OPTIMIZATION OF TREE-STRUCTURED GAS DISTRIBUTION NETWORK USING ANT COLONY OPTIMIZATION: A CASE STUDY

چكيده در اين مقاله، از الگوريتم بهينه سازي مورچگان براي بهينه سازي شبكه گازرساني آنتني استفاده مي شود. طراحي لوله ها، تسهيلات و تجهيزات جز وظايف ضروري براي طراحي يك شبكه گازرساني بهينه محسوب مي شوند. يك مدل برنامه ريزي عدد صحيح آميخته به منظور مي نيمم سازي كليه هزينه ها در شبكه ارايه مي شود. هدف اين مدل، بهينه سازي اندازه قطر لوله ها همراه با مي نيمم سازي هزينه مكان يابي- تخصيص مي باشد. سيستم لوله گذاري در يك شبكه گازرساني مي بايست منطبق بر نرخ جريان گاز، طول لوله، ماكزيمم افت فشار مجاز گاز و ماكزيمم سرعت مجاز گاز باشد. در اين مقاله، از اطلاعاتي مرتبط با نرخ جريان گاز و اندازه قطر لوله همراه با در نظر گرفتن محدوديت هاي سرعت و فشار گاز استفاده مي شود. همچنين از تكنيك مي نيمم درخت پوششي براي بدست آوردن شبكه اي با كمترين يال و پوشش تمامي گره ها بدون شكل گيري مسير بسته اي بهره گرفته مي شود. سهم عمده اين مقاله در استفاده از الگوريتم بهينه سازي مورچگان براي حل اين گونه مسايل است. نتايج بدست آمده از اين الگوريتم با نتايج بدست آمده از روش حل دقيق مقايسه مي شوند. نتايج نشان مي دهند كه الگوريتم پيشنهادي بهينه سازي مورچگان، رويكردي موثردر بهينه سازي شبكه گازرساني مي باشد. مطالعه موردي انجام شده در شركت گاز استان مازندران، صحت رويكرد پيشنهادي را تاييد مي كند.

Abstract An Ant Colony Optimization (ACO) algorithm is proposed for optimal tree-structured natural gas distribution network. Design of pipelines, facilities, and equipment systems are necessary tasks to configure an optimal natural gas network. A mixed integer programming model is formulated to minimize the total cost in the network. The aim is to optimize pipe diameter sizes so that the location-allocation cost is minimized. Pipeline systems in natural gas network must be designed based on gas flow rate, length of pipe, gas maximum pressure drop allowance, and gas maximum velocity allowance. We use the information regarding gas flow rates and pipe diameter sizes considering the gas pressure and velocity restrictions. We apply the Minimum Spanning Tree (MST) technique to obtain a network with minimum number of arcs, spanning all the nodes with no cycle. As a main contribution here, we present and use an ant colony optimization algorithm for solving the problem. The proposed method is applied to a real life situation. Our obtained results are compared to the ones obtained by an exact method. The results show that ACO is an effective approach for gas distribution network optimization. A case study in Mazandaran Gas Company in Iran is conducted to illustrate the validity and effectiveness of the proposed approach.