Аннотация
В условиях развития городской инфраструктуры повышение энергетической эффективности систем городского водоснабжения является важной и актуальной задачей, требующей комплексного понимания аспектов, обуславливающих производственные и энергетические режимы. Оптимизация электропотребления насосных станций становится возможной за счет точного планирования водопотребления в условиях внешних возмущающих воздействий. В этой статье основной целью исследования являлось выявление социально-экономических факторов, влияющих на водопотребление и связанные с этим затраты электроэнергии городских систем водоснабжения. Методологической основой исследования стали дисперсионный анализ (ANOVA) и метод Тьюки для оценки значимости различий между группами данных, а также плотностной анализ часовых режимов водозаборов. В работе была использована статистика системы водоснабжения города населением более полумиллиона человек за период с 2017 по 2023 годы. Результаты исследования показали, что социально-экономические факторы, такие как типы дней недели и сезонные колебания, оказывают значительное влияние на режимы водопотребления. Особое внимание уделено православному празднику Чистому четвергу, который обуславливал повышенный спрос на воду, что увеличивало энергопотребление на 11% по сравнению с обычными днями. Плотностной анализ данных позволил выделить два основных кластера часового водопотребления, соответствующих режимам высокой и низкой загрузки системы. Гистограмма продемонстрировала бимодальную структуру данных, которая была описана с использованием четырёхкомпонентного нормального распределения. Это обеспечивает возможность более точного прогнозирования пиков и спадов потребления воды, а также использования этих данных для оптимизации управления энергопотреблением насосных станций, что способствует повышению общей эффективности работы системы.
Ключевые слова
система водоснабжения, энергопотребление, социально-экономические факторы, дисперсионный анализ, метод Тьюки, плотностной анализ, кластеры водопотребления, бимодальная структура, насосные станции, энергоэффективность
1. Effects of urban development patterns on municipal water shortage / H. Heidari, M. Arabi, T. Warziniack, S. Sharvelle // Frontiers in Water. 2021. Vol. 3. 694817. doi: 10.3389/frwa.2021.694817
2. Ghatani S. Problems and Challenges on Urban Water Management in Darjeeling Hill Town // Asian Research Journal of Arts & Social Sciences. 2021. No. 13(2). Pp. 24-33. doi: 10.9734/arjass/2021/v13i230209
3. Analysis of Water Supply‐Demand Based on Socioeconomic Efficiency / W. Ren, X. Bai, Y. Wang, C. Liang, S. Huang, Z. Wang, L. Yang // Journal of Sensors. 2022. Vol. 2022. No. 1. 3438943. doi: 10.1155/2022/3438943
4. Forecasting water demand across a rapidly urbanizing region / G.M. Sanchez, A. Terando, J.W. Smith, A.M. Garcia, C.R. Wagner, R.K. Meentemeyer // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 730. 139050. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.139050
5. Dong C.L., Schoups G., Giesen N. Scenario development for water resource planning and management: a review // Technological Forecasting and Social Change. 2013. No. 80(4). Pp. 749-761. doi: 10.1016/j.techfore.2012.09.015
6. Ocholla G., Letema S., Mireri C. Socioeconomic determinants of water delivery satisfaction in a medium sub-Saharan Africa city: A case of Kisumu, Kenya // Water Supply. 2022. No. 22(12). Pp. 8682-8697. doi: 10.2166/ws.2022.388
7. Twomey K.M., Webber M.E. Evaluating the energy intensity of the US public water system // Energy Sustainability. 2011. No. 54165. Pp. 1735-1748. doi: 10.1115/ES2011-54165
8. Bezerra B.G., Lee T.S. Crop evapotranspiration and water use efficiency // Irrigation Systems and Practices in Challenging Environments. Publisher: InTech, 2012. Pp. 57-76. doi: 10.5772/29777
9. Zapata O. More water please, it's getting hot! The effect of climate on residential water demand // Water Economics and Policy. 2015. No. 1(3). 1550007. doi: 10.1142/S2382624X15500071
10. Operational water consumption and withdrawal factors for electricity generating technologies: a review of existing literature / J. Macknick, R. Newmark, G. Heath, K. C. Hallett // Environmental Research Letters. 2012. No. 7(4). 045802. doi: 10.1088/1748-9326/7/4/045802
11. Грунтович Н. В., Капанский А. А., Федоров О. В. Исследование влияния факторов на формирование удельных и общих расходов электрической энергии в технологической системе водоснабжения // Электротехнические системы и комплексы. 2016. № 3(32). С. 54-59. doi: 10.18503/2311-8318-2016-3(32)-54-59
12. Sthle L., Wold S. Analysis of variance (ANOVA) // Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 1989. No. 6(4). Pp. 259-272. doi: 10.1016/0169-7439(89)80095-4
13. Nanda A., Mohapatra B. B., Mahapatra A.P.K. Multiple comparison test by Tukey’s honestly significant difference (HSD): Do the confident level control type I error // International Journal of Statistics and Applied Mathematics. 2021. No. 6(1). Pp. 59-65. doi: 10.22271/maths.2021.v6.i1a.636
14. Abdi H., Williams L.J. Tukey’s honestly significant difference (HSD) test // Encyclopedia of Research Design. 2010. No. 3(1). Pp. 1-5.
15. Ezechi C.G., Okoroafor E.R. Integration of Artificial Intelligence with Economical Analysis on the Development of Natural Gas in Nigeria; Focusing on Mitigating Gas Pipeline Leakages // SPE Nigeria Annual International Conference and Exhibition. SPE, 2023. Pp. D031S018R004. doi: 10.2118/217163-MS
16. Liu W., Chen Z., Hu Y. Failure Pressure Prediction of Defective Pipeline Using Finite Element Method and Machine Learning Models // SPE Annual Technical Conference and Exhibition. SPE, 2022. Pp. D021S022R001. doi: 10.2118/210406-MS
17. Machine learning based water pipe failure prediction: The effects of engineering, geology, climate and socio-economic factors / X. Fan, X. Wang, X. Zhang, X.B. Yu // Reliability Engineering & System Safety. 2022. Vol. 219. Pp. 108185. doi: 10.1016/j.ress.2021.108185
Капанский А.А., Федоров О.В. Социально-экономические аспекты формирования энергетических режимов городского водоснабжения // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 4(65). С. 4-13. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-4(65)-4-13