تحلیل شبکه‌ی آبرسانی شامل توربین با EPANET

در برخی از شبکه‌های آبرسانی، به‌ویژه شبکه‌هایی با اختلاف تراز زیاد یا فشارهای بیش‌ازحد، به‌جای اتلاف انرژی از طریق شیرهای کاهنده فشار، می‌توان از توربین (Hydro Turbine) برای بازیابی انرژی استفاده کرد. نرم‌افزار EPANET این امکان را فراهم می‌کند که رفتار هیدرولیکی چنین شبکه‌هایی به‌صورت دقیق شبیه‌سازی و تحلیل شود.

۱. مفهوم استفاده از توربین در شبکه آبرسانی

در شبکه‌های ثقلی یا نیمه‌ثقلی، فشار اضافی در نقاط پایین‌دست می‌تواند:

• باعث افزایش شکستگی لوله‌ها شود
• منجر به اتلاف انرژی گردد

قرارگیری توربین در این نقاط، علاوه بر کاهش فشار، امکان تولید انرژی الکتریکی را فراهم می‌کند. از دید هیدرولیکی، توربین عملکردی مشابه یک مانع افت هد کنترل‌شده دارد.

۲. مدل‌سازی توربین در EPANET

EPANET به‌صورت مستقیم المان «توربین» ندارد، اما توربین معمولاً با استفاده از یکی از روش‌های زیر مدل‌سازی می‌شود:

گزینه‌ ۱: مدل‌سازی به‌صورت پمپ با هد منفی

• تعریف پمپ با منحنی هد–دبی منفی
• نمایش برداشت انرژی از جریان
• رایج‌ترین روش برای شبیه‌سازی توربین

گزینه‌ ۲: استفاده از شیر کنترل (FCV یا GPV)

• اعمال افت هد مشخص
• مناسب برای زمانی که تمرکز فقط بر کاهش فشار است و نه تولید انرژی

✅ برای تحلیل بازیابی انرژی، روش پمپ با هد منفی توصیه می‌شود.

۳. اجزای شبکه آبرسانی شامل توربین

یک شبکه نمونه شامل:

• منبع یا مخزن (Reservoir)
• لوله انتقال
• توربین (مدل‌شده به‌صورت پمپ معکوس)
• شبکه توزیع پایین‌دست
• گره‌های مصرف

این ساختار امکان بررسی دقیق تأثیر توربین بر فشار و دبی شبکه را فراهم می‌کند.

۴. تحلیل هیدرولیکی شبکه

در تحلیل هیدرولیکی با EPANET، موارد زیر بررسی می‌شود:

• افت هد ایجادشده توسط توربین
• تغییر فشار گره‌های بالادست و پایین‌دست
• دبی عبوری از توربین
• پایداری هیدرولیکی شبکه پس از نصب توربین

تحلیل معمولاً به‌صورت Extended Period Simulation (EPS) انجام می‌گیرد.

۵. تحلیل بازیابی انرژی توربین

توان قابل بازیابی از روابط هیدرولیکی قابل محاسبه است:

$P=\rho gQH\eta$P=ρgQHη

که در آن:

• $Q$Q دبی عبوری
• $H$H هد قابل‌برداشت
• $\eta$η راندمان توربین

مقادیر $Q$Q و $H$H مستقیماً از خروجی EPANET استخراج می‌شوند.

۶. بررسی سناریوهای بهره‌برداری

در شبکه‌های شامل توربین، بررسی سناریوهای زیر اهمیت دارد:

• تغییرات دبی مصرف در شبانه‌روز
• حداقل دبی عبوری از توربین
• عملکرد شبکه در زمان اوج مصرف
• حذف یا بای‌پس توربین در شرایط اضطراری

۷. مزایا و محدودیت‌های استفاده از توربین در EPANET

مزایا

• کاهش فشار اضافی شبکه
• امکان تحلیل بازیابی انرژی
• کاهش تلفات و شکستگی لوله‌ها

محدودیت‌ها

• عدم وجود المان توربین مستقل
• نیاز به مدل‌سازی غیرمستقیم (پمپ معکوس)
• عدم تحلیل دقیق راندمان مکانیکی و الکتریکی

جمع‌بندی

تحلیل شبکه‌ی آبرسانی شامل توربین با EPANET روشی مؤثر برای بررسی هم‌زمان کنترل فشار و بازیابی انرژی در شبکه‌های توزیع آب است. با مدل‌سازی صحیح توربین به‌صورت پمپ با هد منفی و انجام تحلیل زمانی، می‌توان عملکرد شبکه را بهینه کرده و تصمیم‌های فنی دقیق‌تری اتخاذ نمود.

کلیدواژه ها : تحلیل شبکه آبرسانی-EPANET-توربین آبی-Hydro Turbine-بازیابی انرژی-پمپ با هد منفی-کنترل فشار-افت هد-Extended Period Simulation (EPS)-شبکه توزیع آب-تحلیل هیدرولیکی-اختلاف تراز-مدلسازی توربین