Obliczenia sieci gazowych
Obliczenia sieci gazowych
Prof.dr. hab.inż. Andrzej J. Osiadacz
Prof.dr. hab.inż. Andrzej J. Osiadacz
Zakład Systemów Ciepłowniczych i
Zakład Systemów Ciepłowniczych i
Gazowniczych
Gazowniczych
1
1
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Prawidłowa eksploatacja istniejących systemów
Prawidłowa eksploatacja istniejących systemów
gazowniczych oraz ich rozbudowa nie może być realizowana
gazowniczych oraz ich rozbudowa nie może być realizowana
bez pomocy nowoczesnej techniki.
bez pomocy nowoczesnej techniki.
Prawidłowa eksploatacja sieci to przede wszystkim realizacja
Prawidłowa eksploatacja sieci to przede wszystkim realizacja
dostaw gazu odbiorcom zgodnie z podpisanymi umowami,
dostaw gazu odbiorcom zgodnie z podpisanymi umowami,
przy jednoczesnej minimalizacji szeroko rozumianych
przy jednoczesnej minimalizacji szeroko rozumianych
kosztów eksploatacji.
kosztów eksploatacji.
W sieciach wysokociśnieniowych:
W sieciach wysokociśnieniowych:
oznacza to zmniejszenie kosztów eksploatacji agregatów
oznacza to zmniejszenie kosztów eksploatacji agregatów
sprężających gaz.
sprężających gaz.
W sieciach dystrybucyjnych:
W sieciach dystrybucyjnych:
celem podstawowym jest minimalizacja strat gazu poprzez
celem podstawowym jest minimalizacja strat gazu poprzez
odpowiedni dobór wartości ciśnienia w węzłach,
odpowiedni dobór wartości ciśnienia w węzłach,
inny cel to odpowiedni rozkład strumieni w sieci tak, aby
inny cel to odpowiedni rozkład strumieni w sieci tak, aby
minimalizować sumaryczne spadki ciśnienia.
minimalizować sumaryczne spadki ciśnienia.
2
2
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYC
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYC
Wzrost udziału w zużyciu gazu przez sektor komunalny powoduje
Wzrost udziału w zużyciu gazu przez sektor komunalny powoduje
znaczny wzrost nierównomierności poboru gazu. Efektywne
znaczny wzrost nierównomierności poboru gazu. Efektywne
sterowanie takim systemem wymaga zastosowania zaawansowanych
sterowanie takim systemem wymaga zastosowania zaawansowanych
metod numerycznych, algorytmów obliczeniowych o dużym stopniu
metod numerycznych, algorytmów obliczeniowych o dużym stopniu
złożoności i odpowiedniej jakości środków technicznych.
złożoności i odpowiedniej jakości środków technicznych.
Prawidłowa rozbudowa sieci to wybór wariantu, który spełni
Prawidłowa rozbudowa sieci to wybór wariantu, który spełni
warunki przyjętego kryterium kosztów eksploatacji oraz budowy.
warunki przyjętego kryterium kosztów eksploatacji oraz budowy.
Oprogramowanie do obliczania i ewidencji sieci powinno zatem
Oprogramowanie do obliczania i ewidencji sieci powinno zatem
stanowić podstawowe narzędzie pracy służb odpowiedzialnych
stanowić podstawowe narzędzie pracy służb odpowiedzialnych
za transport i dystrybucję gazu.
za transport i dystrybucję gazu.
3
3
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYC
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYC
Podstawowym elementem oprogramowania używanego do
Podstawowym elementem oprogramowania używanego do
obliczania sieci są komputerowe programy wykorzystujące
obliczania sieci są komputerowe programy wykorzystujące
modele matematyczne elementów sieci.
modele matematyczne elementów sieci.
Model matematyczny jest układem równań, który w
Model matematyczny jest układem równań, który w
określony sposób i z określoną dokładnością reprezentuje
określony sposób i z określoną dokładnością reprezentuje
rzeczywisty system.
rzeczywisty system.
Model matematyczny jest oczywiście uproszczeniem
Model matematyczny jest oczywiście uproszczeniem
systemu rzeczywistego, ponieważ zawiera tylko te
systemu rzeczywistego, ponieważ zawiera tylko te
aspekty systemu, które odpowiadają wymaganiom
aspekty systemu, które odpowiadają wymaganiom
stawianym modelowi.
stawianym modelowi.
4
4
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Budowanie modelu matematycznego polega na
Budowanie modelu matematycznego polega na
określeniu odpowiednich zmiennych, a potem
określeniu odpowiednich zmiennych, a potem
sformułowaniu równań, które te zmienne spełniają.
sformułowaniu równań, które te zmienne spełniają.
Osiąga się to, używając dobrze znanych praw fizyki
Osiąga się to, używając dobrze znanych praw fizyki
takich jak prawo zachowania masy, momentu i energii
takich jak prawo zachowania masy, momentu i energii
oraz określonych równań uzupełniających.
oraz określonych równań uzupełniających.
Na przykład, przy przepływie gazu przez rurę
Na przykład, przy przepływie gazu przez rurę
powszechnie używa się empirycznego współczynnika
powszechnie używa się empirycznego współczynnika
aby wyrazić efekt opóru przepływu stwarzanego przez
aby wyrazić efekt opóru przepływu stwarzanego przez
ściankę wewnętrzną rury.
ściankę wewnętrzną rury.
5
5
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Modele można klasyfikować zgodnie z założeniami przyjętymi przy
Modele można klasyfikować zgodnie z założeniami przyjętymi przy
ich tworzeniu. Jeżeli system ma zmienne, które zmieniają się w
ich tworzeniu. Jeżeli system ma zmienne, które zmieniają się w
sposób ciągły w czasie to należy używać modeli dynamicznych
sposób ciągły w czasie to należy używać modeli dynamicznych
opisywanych równaniami ogólnie różniczkowymi.
opisywanych równaniami ogólnie różniczkowymi.
Jeżeli zmienne nie są funkcją czasu, wtedy należy stosować model
Jeżeli zmienne nie są funkcją czasu, wtedy należy stosować model
statyczny opisywany równaniami algebraicznymi. Wybór modelu
statyczny opisywany równaniami algebraicznymi. Wybór modelu
zależy od konkretnej sytuacji. Na przykład, w sieci gazowej
zależy od konkretnej sytuacji. Na przykład, w sieci gazowej
niskociśnieniowej, zmiany ciśnienia i przepływu są bardzo szybkie.
niskociśnieniowej, zmiany ciśnienia i przepływu są bardzo szybkie.
Są one pomijane w większości rozpatrywanych przypadków, stąd
Są one pomijane w większości rozpatrywanych przypadków, stąd
stosowanie modeli stanu ustalonego - równań algebraicznych.
stosowanie modeli stanu ustalonego - równań algebraicznych.
W przypadku sieci wysokiego ciśnienia dynamika przepływającego
W przypadku sieci wysokiego ciśnienia dynamika przepływającego
gazu jest znacznie wolniejsza ze względu na ogromne ilości gazu
gazu jest znacznie wolniejsza ze względu na ogromne ilości gazu
zmagazynowane w rurociągach. Pominięcie jej prowadziłoby do
zmagazynowane w rurociągach. Pominięcie jej prowadziłoby do
dużych błędów w opisie zjawiska. Stąd konieczność stosowania
dużych błędów w opisie zjawiska. Stąd konieczność stosowania
modeli matematycznych w postaci równań różniczkowych.
modeli matematycznych w postaci równań różniczkowych.
6
6
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Opracowywane w oparciu o modele matematyczne
Opracowywane w oparciu o modele matematyczne
oprogramowanie, podzielić można na dwie grupy:
oprogramowanie, podzielić można na dwie grupy:
programy symulacyjne,
programy symulacyjne,
programy optymalizacyjne.
programy optymalizacyjne.
Głównym celem stosowania programów symulacyjnych
Głównym celem stosowania programów symulacyjnych
jest badanie zachowania się sieci gazowych w
jest badanie zachowania się sieci gazowych w
określonych warunkach. Rozwiązanie określonego układu
określonych warunkach. Rozwiązanie określonego układu
równań algebraicznych lub różniczkowych opisujących
równań algebraicznych lub różniczkowych opisujących
sieć, dla założonych obciążeń i zasilań sieci da nam
sieć, dla założonych obciążeń i zasilań sieci da nam
odpowiedz
na pytania dotyczące wartości ciśnienia lub
odpowiedz
na pytania dotyczące wartości ciśnienia lub
przepływów w wybranych punktach lub fragmentach
przepływów w wybranych punktach lub fragmentach
sieci.
sieci.
7
7
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Programy optymalizacyjne umożliwiają znalezienie takich
Programy optymalizacyjne umożliwiają znalezienie takich
warunków pracy systemu lub takich struktur, w których wartość
warunków pracy systemu lub takich struktur, w których wartość
wskaz
nika określającego aspekt ekonomiczny lub techniczny tego
wskaz
nika określającego aspekt ekonomiczny lub techniczny tego
procesu lub tej struktury będzie ekstremalizowana, a jednocześnie
procesu lub tej struktury będzie ekstremalizowana, a jednocześnie
parametry pracy układu nie przekroczą narzuconych na nie
parametry pracy układu nie przekroczą narzuconych na nie
ograniczeń.
ograniczeń.
Na przykład, optymalizacja tłoczni polega na takim dobraniu
Na przykład, optymalizacja tłoczni polega na takim dobraniu
parametrów jej pracy (liczby włączonych maszyn oraz parametrów
parametrów jej pracy (liczby włączonych maszyn oraz parametrów
pracy każdej z nich), aby zminimalizować sumaryczne koszty
pracy każdej z nich), aby zminimalizować sumaryczne koszty
eksploatacji, przy jednoczesnym spełnieniu ograniczeń
eksploatacji, przy jednoczesnym spełnieniu ograniczeń
narzuconych np. na prędkości obrotowe.
narzuconych np. na prędkości obrotowe.
W zależności od stosowanego modelu zarówno symulację jak
W zależności od stosowanego modelu zarówno symulację jak
również optymalizację dzielimy na statyczną i dynamiczną.
również optymalizację dzielimy na statyczną i dynamiczną.
8
8
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
SYMULACJA STATYCZNA  DANE WEJŚCIOWE I WYNIKI OBLICZEC

SYMULACJA STATYCZNA  DANE WEJŚCIOWE I WYNIKI OBLICZEC

Danymi wejściowymi programów symulacji statycznej są:
Danymi wejściowymi programów symulacji statycznej są:
struktura topologiczna sieci,
struktura topologiczna sieci,
wymiary geometryczne,
wymiary geometryczne,
wartości obciążeń oraz zasilań sieci.
wartości obciążeń oraz zasilań sieci.
W wyniku symulacji otrzymujemy:
W wyniku symulacji otrzymujemy:
wartości ciśnienia w węzłach sieci,
wartości ciśnienia w węzłach sieci,
przepływy w odcinkach spełniające I-sze i II-gie prawo
przepływy w odcinkach spełniające I-sze i II-gie prawo
Kirchhoffa oraz równanie przepływu.
Kirchhoffa oraz równanie przepływu.
Jest to najmniej wymagający (z punktu widzenia ilości danych)
Jest to najmniej wymagający (z punktu widzenia ilości danych)
algorytm obliczeniowy
algorytm obliczeniowy
9
9
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
SYMULACJA DYNAMICZNA SIECI
SYMULACJA DYNAMICZNA SIECI
Algorytm symulacji dynamicznej oblicza wartości ciśnienia lub
Algorytm symulacji dynamicznej oblicza wartości ciśnienia lub
przepływów w wybranych punktach (węzłach) sieci w
przepływów w wybranych punktach (węzłach) sieci w
określonych chwilach czasowych.
określonych chwilach czasowych.
W porównaniu z algorytmem stanów ustalonych, liczba
W porównaniu z algorytmem stanów ustalonych, liczba
danych wejściowych niezbędnych do wykonania obliczeń
danych wejściowych niezbędnych do wykonania obliczeń
jest znacznie większa ponieważ zarówno obciążenia jak
jest znacznie większa ponieważ zarówno obciążenia jak
również zasilania systemu mogą być funkcją czasu. Rośnie
również zasilania systemu mogą być funkcją czasu. Rośnie
w sposób znaczący w porównaniu do symulacji statycznej
w sposób znaczący w porównaniu do symulacji statycznej
czas obliczeń, ponieważ:
czas obliczeń, ponieważ:
problem polega na rozwiązaniu układu równań
problem polega na rozwiązaniu układu równań
różniczkowych cząstkowych lub zwyczajnych zamiast
różniczkowych cząstkowych lub zwyczajnych zamiast
algebraicznych,
algebraicznych,
symulacja dynamiczna dotyczy określonego przedziału
symulacja dynamiczna dotyczy określonego przedziału
czasu a więc wielokrotnego rozwiązania układu równań.
czasu a więc wielokrotnego rozwiązania układu równań.
10
10
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
SYMULACJA SIECI  WNIOSKI
SYMULACJA SIECI  WNIOSKI
Dzięki algorytmom symulacji możemy znacznie zmniejszyć
Dzięki algorytmom symulacji możemy znacznie zmniejszyć
nakłady na wyposażenie pomiarowe systemów gazowniczych, a
nakłady na wyposażenie pomiarowe systemów gazowniczych, a
także zakładając poprawność modeli uzyskiwać pełną i dokładną
także zakładając poprawność modeli uzyskiwać pełną i dokładną
informację o systemie. Algorytmy symulacji powinny umożliwiać
informację o systemie. Algorytmy symulacji powinny umożliwiać
realizację następujących funkcji:
realizację następujących funkcji:
przeprowadzanie symulacji sieci w całości lub wybranych jej
przeprowadzanie symulacji sieci w całości lub wybranych jej
fragmentów w trybie off-line w celu analizy reakcji sieci na
fragmentów w trybie off-line w celu analizy reakcji sieci na
określone wymuszenia lub zmiany jej konfiguracji,
określone wymuszenia lub zmiany jej konfiguracji,
symulacja on-line na bazie danych dostarczonych przez
symulacja on-line na bazie danych dostarczonych przez
system telemetryczny,
system telemetryczny,
ocenę jakości pracy systemu telemetrycznego i urządzeń
ocenę jakości pracy systemu telemetrycznego i urządzeń
pomiarowych,
pomiarowych,
11
11
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
SYMULACJA SIECI  WNIOSKI (c.d.)
SYMULACJA SIECI  WNIOSKI (c.d.)
symulacja w celu monitorowania pracy sieci,
symulacja w celu monitorowania pracy sieci,
śledzenie zmian akumulacji gazu w systemie,
śledzenie zmian akumulacji gazu w systemie,
wydawanie zapewnień dostawy gazu przyszłym odbiorcom,
wydawanie zapewnień dostawy gazu przyszłym odbiorcom,
sprawdzenie jakości funkcjonowania sieci podczas
sprawdzenie jakości funkcjonowania sieci podczas
prowadzenia remontu wybranej jej części,
prowadzenia remontu wybranej jej części,
określenie masy gazu traconej w systemie na skutek
określenie masy gazu traconej w systemie na skutek
nieszczelności,
nieszczelności,
ocenę możliwości przepustowych sieci,
ocenę możliwości przepustowych sieci,
śledzenie procesu mieszania się gazów o różnych składach.
śledzenie procesu mieszania się gazów o różnych składach.
w przypadku awarii sieci określenie straconej masy gazu.
w przypadku awarii sieci określenie straconej masy gazu.
12
12
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPTYMALIZACJA STATYCZNA SIECI
OPTYMALIZACJA STATYCZNA SIECI
O ile symulacja zajmuje się badaniem zachowania się układu w
O ile symulacja zajmuje się badaniem zachowania się układu w
określonych warunkach której wyniki stanowią w wielu
określonych warunkach której wyniki stanowią w wielu
przypadkach z
ródło wiedzy o możliwych reakcjach układu
przypadkach z
ródło wiedzy o możliwych reakcjach układu
na określone wymuszenia, o tyle optymalizacja polega na
na określone wymuszenia, o tyle optymalizacja polega na
znalezieniu rozwiązania spełniającego narzucone przez
znalezieniu rozwiązania spełniającego narzucone przez
użytkownika warunki.
użytkownika warunki.
Model matematyczny optymalizacji formułuje zadanie
Model matematyczny optymalizacji formułuje zadanie
optymalizacji (maksymalizacji lub minimalizacji) określonej
optymalizacji (maksymalizacji lub minimalizacji) określonej
wielkości (fizycznej, technologicznej lub ekonomicznej)
wielkości (fizycznej, technologicznej lub ekonomicznej)
zwanej kryterium optymalizacji (wskaz
nikiem jakości,
zwanej kryterium optymalizacji (wskaz
nikiem jakości,
funkcją celu) przy odpowiednich ograniczeniach.
funkcją celu) przy odpowiednich ograniczeniach.
Te ostatnie, określające zazwyczaj dopuszczalne zakresy
Te ostatnie, określające zazwyczaj dopuszczalne zakresy
parametrów technicznych lub zasobów, występują w modelu
parametrów technicznych lub zasobów, występują w modelu
w postaci równań lub nierówności algebraicznych,
w postaci równań lub nierówności algebraicznych,
różniczkowych lub całkowych.
różniczkowych lub całkowych.
13
13
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPTYMALIZACJA STATYCZNA SIECI
OPTYMALIZACJA STATYCZNA SIECI
Istnieje wiele różnych problemów optymalizacji sieci gazowych.
Istnieje wiele różnych problemów optymalizacji sieci gazowych.
W przypadku optymalizacji statycznej sieci gazowej
W przypadku optymalizacji statycznej sieci gazowej
wysokociśnieniowej, problem polega na zminimalizowaniu kosztów
wysokociśnieniowej, problem polega na zminimalizowaniu kosztów
energii przez agregaty sprężające gaz czyli na zminimalizowaniu
energii przez agregaty sprężające gaz czyli na zminimalizowaniu
zużycia paliwa. Ponieważ zużycie paliwa jest proporcjonalne do
zużycia paliwa. Ponieważ zużycie paliwa jest proporcjonalne do
mocy zużywanej przez sprężarki, przyjęto zatem następujący
mocy zużywanej przez sprężarki, przyjęto zatem następujący
wskaz
nik jakości
wskaz
nik jakości
S
J = N
"
i
i =1
gdzie:
gdzie:
N - moc dostarczona na wał sprężarki [KM]
N - moc dostarczona na wał sprężarki [KM]
S - liczba włączonych (pracujących) maszyn.
S - liczba włączonych (pracujących) maszyn.
14
14
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPTYMALIZACJA STATYCZNA SIECI
OPTYMALIZACJA STATYCZNA SIECI
b) ograniczenia równościowe:
b) ograniczenia równościowe:
I-sze prawo Kirchhoffa,
I-sze prawo Kirchhoffa,
II-gie prawo Kirchhoffa,
II-gie prawo Kirchhoffa,
równanie przepływu gazu w stanie ustalonym.
równanie przepływu gazu w stanie ustalonym.
c) ograniczenia nieliniowe występujące w przypadku
c) ograniczenia nieliniowe występujące w przypadku
stosowania sprężarek typu wirnikowego:
stosowania sprężarek typu wirnikowego:
Każda maszyna posiada określony obszar pracy
Każda maszyna posiada określony obszar pracy
ograniczony obrotami maksymalnymi (nmax), obrotami
ograniczony obrotami maksymalnymi (nmax), obrotami
minimalnymi (nmin) oraz liniami stabilnej pracy maszyny:
minimalnymi (nmin) oraz liniami stabilnej pracy maszyny:
maksymalnym przepływem dla określonej prędkości obrotowej
maksymalnym przepływem dla określonej prędkości obrotowej
tzw. "choking line ,
tzw. "choking line ,
minimalnego przepływu dla określonego stopnia sprężania tzw.
minimalnego przepływu dla określonego stopnia sprężania tzw.
"surge line".
"surge line".
15
15
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPTYMALIZACJA STATYCZNA SIECI
OPTYMALIZACJA STATYCZNA SIECI
Jak więc widać równania symulacji statycznej pełnią tutaj rolę
Jak więc widać równania symulacji statycznej pełnią tutaj rolę
ograniczeń równościowych co oznacza że posiadanie algorytmu
ograniczeń równościowych co oznacza że posiadanie algorytmu
symulacji statycznej powinno znacznie ułatwić opracowanie
symulacji statycznej powinno znacznie ułatwić opracowanie
algorytmu optymalizacji.
algorytmu optymalizacji.
Jeśli chodzi o ten ostatni to celem jest minimalizacja mocy a więc
Jeśli chodzi o ten ostatni to celem jest minimalizacja mocy a więc
dobór określonych wartości pT, pS oraz MT każdej maszyny
dobór określonych wartości pT, pS oraz MT każdej maszyny
(każdej tłoczni).
(każdej tłoczni).
Należy przy tym pamiętać że wartości optymalne tych parametrów
Należy przy tym pamiętać że wartości optymalne tych parametrów
zależą w dużej mierze od rozpływu strumieni w sieci, a zatem od jej
zależą w dużej mierze od rozpływu strumieni w sieci, a zatem od jej
struktury, czyli liczby włączonych tłoczni (sprężarek), zaworów,
struktury, czyli liczby włączonych tłoczni (sprężarek), zaworów,
regulatorów i z
ródeł.
regulatorów i z
ródeł.
Algorytmy służące do optymalizacji statycznej sieci podzielić można
Algorytmy służące do optymalizacji statycznej sieci podzielić można
na dwie grupy.
na dwie grupy.
16
16
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPTYMALNE STEROWANIE SIECI

OPTYMALNE STEROWANIE SIECI

Celem algorytmu optymalnego sterowania siecią gazową jest
Celem algorytmu optymalnego sterowania siecią gazową jest
minimalizacja kosztów zużycia paliwa przez agregaty sprężające
minimalizacja kosztów zużycia paliwa przez agregaty sprężające
gaz w określonym przedziale czasowym.
gaz w określonym przedziale czasowym.
Jest to zdecydowanie najtrudniejsze zadanie do rozwiązania i
Jest to zdecydowanie najtrudniejsze zadanie do rozwiązania i
dlatego też powinno być ostatnim etapem na drodze budowania
dlatego też powinno być ostatnim etapem na drodze budowania
oprogramowania użytkowego.
oprogramowania użytkowego.
17
17
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPTYMALNE STEROWANIE SIECI
- WNIOSKI
OPTYMALNE STEROWANIE SIECI
- WNIOSKI
Według danych British Gas na rok 2005, koszty paliwa
Według danych British Gas na rok 2005, koszty paliwa
sprężarek pracujących w systemie przesyłowym
sprężarek pracujących w systemie przesyłowym
Wielkiej Brytanii wynoszą rocznie ponad 40 mln.
Wielkiej Brytanii wynoszą rocznie ponad 40 mln.
funtów, co stanowi 80 % całkowitych kosztów
funtów, co stanowi 80 % całkowitych kosztów
energii zużywanej przez B.Gas. Dane American Gas
energii zużywanej przez B.Gas. Dane American Gas
Association mówią, że koszty pracy sprężarek
Association mówią, że koszty pracy sprężarek
stanowią do 50% kosztów eksploatacji przeciętnego
stanowią do 50% kosztów eksploatacji przeciętnego
przedsiębiorstwa transportu gazu. To wyjaśnia
przedsiębiorstwa transportu gazu. To wyjaśnia
celowość stosowania algorytmów optymalizacji.
celowość stosowania algorytmów optymalizacji.
18
18
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPTYMALNE STEROWANIE SIECI
 WNIOSKI
OPTYMALNE STEROWANIE SIECI
 WNIOSKI
Oddzielną grupę stanowią algorytmy optymalnego projektowania sieci
Oddzielną grupę stanowią algorytmy optymalnego projektowania sieci
- podstawowe narzędzie projektanta.
- podstawowe narzędzie projektanta.
Służą one najczęściej w przypadku znanych struktur sieci, do
Służą one najczęściej w przypadku znanych struktur sieci, do
określania odpowiednich średnic rurociągów w taki sposób,
określania odpowiednich średnic rurociągów w taki sposób,
aby zminimalizować pewną funkcję celu charakteryzującą koszty
aby zminimalizować pewną funkcję celu charakteryzującą koszty
budowy i eksploatacji sieci. W procesie poszukiwania wartości
budowy i eksploatacji sieci. W procesie poszukiwania wartości
minimalnych wskaz
nika jakości pamiętać należy o ograniczeniach
minimalnych wskaz
nika jakości pamiętać należy o ograniczeniach
których spełnienie gwarantuje odpowiednią jakość eksploatacji
których spełnienie gwarantuje odpowiednią jakość eksploatacji
sieci.
sieci.
Inny wariant algorytmu optymalnego projektowania sieci to wybór
Inny wariant algorytmu optymalnego projektowania sieci to wybór
miejsc instalowania elementów typu zawór, stacja redukcyjna,
miejsc instalowania elementów typu zawór, stacja redukcyjna,
tłocznia, z punktu widzenia minimalizacji strat energii zawartej w
tłocznia, z punktu widzenia minimalizacji strat energii zawartej w
transportowanym strumieniu gazu.
transportowanym strumieniu gazu.
19
19
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy GIS (Geoghraphical Information Systems) zwane również SIS
Systemy GIS (Geoghraphical Information Systems) zwane również SIS
(Spatial Information Systems), czyli Systemy Zobrazowania
(Spatial Information Systems), czyli Systemy Zobrazowania
Informacji Przestrzennej, to kategoria złożonych programów
Informacji Przestrzennej, to kategoria złożonych programów
komputerowych służących do przechowywania dużych,
komputerowych służących do przechowywania dużych,
kompleksowych zestawów informacji o charakterze
kompleksowych zestawów informacji o charakterze
geo-graficznym lub/oraz informacji o obiektach posiadających
geo-graficznym lub/oraz informacji o obiektach posiadających
atrybut lokalizacji w terenie.
atrybut lokalizacji w terenie.
Systemy GIS są narzędziem umożliwiającym coraz bardziej efektywne
Systemy GIS są narzędziem umożliwiającym coraz bardziej efektywne
sposoby pozyskiwania, analizowania i zarządzania informacją
sposoby pozyskiwania, analizowania i zarządzania informacją
dotyczącą terenu, lub lokalizacji w terenie, z bezpośrednim
dotyczącą terenu, lub lokalizacji w terenie, z bezpośrednim
przeniesieniem na praktyczne zastosowanie (od celów
przeniesieniem na praktyczne zastosowanie (od celów
ewidencyjnych po podejmowanie różnorodnych decyzji o
ewidencyjnych po podejmowanie różnorodnych decyzji o
charakterze lokalizacyjnym - projektowanie dróg
charakterze lokalizacyjnym - projektowanie dróg
komunikacyjnych, postępowanie w sytuacjach awaryjnych,
komunikacyjnych, postępowanie w sytuacjach awaryjnych,
eksploracja zasobów, nawigacja, monitoring, planowanie
eksploracja zasobów, nawigacja, monitoring, planowanie
rozwoju, inwestycji, itp.).
rozwoju, inwestycji, itp.).
20
20
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy GIS pozwalają na jednoznaczne i szybkie
Systemy GIS pozwalają na jednoznaczne i szybkie
zinterpretowanie kompleksowo ujętych danych o
zinterpretowanie kompleksowo ujętych danych o
terenie, ich uproszczoną obsługę i aktualizację,
terenie, ich uproszczoną obsługę i aktualizację,
integrację w złożonym programowo i sprzętowo
integrację w złożonym programowo i sprzętowo
środowisku komputerowym, analizę i syntezę w
środowisku komputerowym, analizę i syntezę w
połączeniu z systemowym podejmowaniem decyzji w
połączeniu z systemowym podejmowaniem decyzji w
skali lokalnej, jak też regionalnej i globalnej.
skali lokalnej, jak też regionalnej i globalnej.
Efektem tego jest o wiele bardziej skuteczne i
Efektem tego jest o wiele bardziej skuteczne i
ekonomiczne gospodarowanie naturalnymi zasobami
ekonomiczne gospodarowanie naturalnymi zasobami
powierzchniowymi gruntów, zabudową przestrzenną z
powierzchniowymi gruntów, zabudową przestrzenną z
infrastrukturą oraz również planowanie urbanistyczne
infrastrukturą oraz również planowanie urbanistyczne
i inne.
i inne.
21
21
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy GIS zazwyczaj w wykorzystują usługi standardowych
Systemy GIS zazwyczaj w wykorzystują usługi standardowych
pakietów baz danych (mogą pracować z różnymi pakietami,
pakietów baz danych (mogą pracować z różnymi pakietami,
na różnych strukturach i typach plików przechowujących
na różnych strukturach i typach plików przechowujących
informacje), choć zdarzają się systemy GIS, które operują
informacje), choć zdarzają się systemy GIS, które operują
na własnej, wbudowanej, zorientowanej geograficznie
na własnej, wbudowanej, zorientowanej geograficznie
bazie danych. Ponieważ dane o charakterze przestrzennym
bazie danych. Ponieważ dane o charakterze przestrzennym
wymagają indeksowania przestrzennego, takie wbudowane
wymagają indeksowania przestrzennego, takie wbudowane
mechanizmy bazy danych przyspieszają wyszukiwanie i
mechanizmy bazy danych przyspieszają wyszukiwanie i
obróbkę informacji o charakterze lokalizacyjnym. Jednakże
obróbkę informacji o charakterze lokalizacyjnym. Jednakże
zaletą stosowania standardowych pakietów baz danych są
zaletą stosowania standardowych pakietów baz danych są
rozbudowane mechanizmy obsługi baz danych, włączając
rozbudowane mechanizmy obsługi baz danych, włączając
w to aplikacje sieciowe, typu klient-serwer, a również
w to aplikacje sieciowe, typu klient-serwer, a również
możliwość pracy z rozproszonymi bazami danych.
możliwość pracy z rozproszonymi bazami danych.
22
22
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Komputerowe systemy GIS w bardziej zaawansowanej
Komputerowe systemy GIS w bardziej zaawansowanej
formie mogą być i już są teraz wspomagane
formie mogą być i już są teraz wspomagane
nowoczesną techniką wykorzystującą łączność
nowoczesną techniką wykorzystującą łączność
satelitarną, komórkową i inne dostępne najnowsze
satelitarną, komórkową i inne dostępne najnowsze
rozwiązania techniczne (GPS- Global Positioning
rozwiązania techniczne (GPS- Global Positioning
System).
System).
Cechą charakterystyczną systemów GIS jest
Cechą charakterystyczną systemów GIS jest
umożliwienie łatwego, wygodnego pozyskiwania,
umożliwienie łatwego, wygodnego pozyskiwania,
przechowywania, przetwarzania i udostępniania
przechowywania, przetwarzania i udostępniania
(prezentacji) kompleksowych danych o charakterze
(prezentacji) kompleksowych danych o charakterze
geograficznym, lokalizacyjnym. Ich główne funkcje to:
geograficznym, lokalizacyjnym. Ich główne funkcje to:
23
23
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Ich główne funkcje to:
Ich główne funkcje to:
wprowadzanie danych do systemu,
wprowadzanie danych do systemu,
uwzględniające ich wstępną weryfikację
uwzględniające ich wstępną weryfikację
(walidacja) i obróbkę,
(walidacja) i obróbkę,
gromadzenie i przechowywanie danych w
gromadzenie i przechowywanie danych w
systemie bazy danych w celu dalszego
systemie bazy danych w celu dalszego
wykorzystania,
wykorzystania,
przetwarzanie właściwe i modelowe danych w
przetwarzanie właściwe i modelowe danych w
systemie (analizy problemowe),
systemie (analizy problemowe),
wyprowadzanie określonej postaci danych z
wyprowadzanie określonej postaci danych z
systemu.
systemu.
24
24
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Dobry, nowoczesny pakiet (system) zobrazowania
Dobry, nowoczesny pakiet (system) zobrazowania
informacji geograficznej powinien charakteryzować się:
informacji geograficznej powinien charakteryzować się:
efektywnym, łatwym w obsłudze, modyfikowalnym
efektywnym, łatwym w obsłudze, modyfikowalnym
interfejsem graficznym służącym komunikacji
interfejsem graficznym służącym komunikacji
użytkownika z programem, sterowanym przy pomocy
użytkownika z programem, sterowanym przy pomocy
klawiatury, myszy lub wskaz
nika digitizera,
klawiatury, myszy lub wskaz
nika digitizera,
zaopatrzonym we wszechstronny mechanizm
zaopatrzonym we wszechstronny mechanizm
bezpośredniej kontekstowej pomocy (ON-LINE HELP);
bezpośredniej kontekstowej pomocy (ON-LINE HELP);
otwartą architekturą zapewniającą bezpośredni dostęp
otwartą architekturą zapewniającą bezpośredni dostęp
do baz danych utworzonych (pielęgnowanych) przy
do baz danych utworzonych (pielęgnowanych) przy
pomocy popularnych standardów relacyjnych baz
pomocy popularnych standardów relacyjnych baz
danych;
danych;
25
25
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Systemy Informacji Geograficznej GIS
Systemy Informacji Geograficznej GIS
& & & & & & & & & ..
& & & & & & & & & ..
możliwością jednoczesnej obsługi wielu użytkowników
możliwością jednoczesnej obsługi wielu użytkowników
korzystających z tej samej informacji graficznej i
korzystających z tej samej informacji graficznej i
opisowej, oraz realizacją długookresowych transakcji
opisowej, oraz realizacją długookresowych transakcji
z możliwością dostępu do danych zlokalizowanych w
z możliwością dostępu do danych zlokalizowanych w
różnych węzłach sieci (rozproszone bazy danych
różnych węzłach sieci (rozproszone bazy danych
graficznych i opisowych);
graficznych i opisowych);
łatwymi w obsłudze, wszechstronnymi mechanizmami
łatwymi w obsłudze, wszechstronnymi mechanizmami
pielęgnacji, modyfikacji i selekcji danych
pielęgnacji, modyfikacji i selekcji danych
przestrzennych;
przestrzennych;
możliwością bezpośredniego kontaktu z innymi
możliwością bezpośredniego kontaktu z innymi
aplikacjami i bazami danych;
aplikacjami i bazami danych;
szeroką otwartością i niezależnością od platformy
szeroką otwartością i niezależnością od platformy
sprzętowej;
sprzętowej;
26
26
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Systemy Informacji Geograficznej GIS - klasyfikacja
Systemy Informacji Geograficznej GIS - klasyfikacja
- biurkowy GIS
- biurkowy GIS
ArcView, MapInfo  wszystkie funkcje uproszczone,
ArcView, MapInfo  wszystkie funkcje uproszczone,
bazy danych: dBase, MsAccess&
bazy danych: dBase, MsAccess&
- CAD GIS
- CAD GIS
AutoCad Map 2000& .  nakładka  mapowa ,
AutoCad Map 2000& .  nakładka  mapowa ,
- profesjonalny GIS
- profesjonalny GIS
ARC/INFO, Geomedia - uniwersalne,
ARC/INFO, Geomedia - uniwersalne,
FRAMME, GENASYS, Germini - infrastruktura komunalna&
FRAMME, GENASYS, Germini - infrastruktura komunalna&
- zwarty GIS
- zwarty GIS
Dane przestrzenne wbudowane w relacyjną bazę danych (ORACLE),
Dane przestrzenne wbudowane w relacyjną bazę danych (ORACLE),
Bardzo szybki  jednocześnie przetwarza się dane przestrzenne i
Bardzo szybki  jednocześnie przetwarza się dane przestrzenne i
alfanumeryczne &
alfanumeryczne &
- internetowy GIS
- internetowy GIS
MapWizjer do przeglądania i analiz: Mazow. Syst. Inform. Przestrzennej
MapWizjer do przeglądania i analiz: Mazow. Syst. Inform. Przestrzennej
mapa, dynamiczne etykiety obiektów z bazy, zarządzanie bazą& .
mapa, dynamiczne etykiety obiektów z bazy, zarządzanie bazą& .
- multimedialny GIS
- multimedialny GIS
dz
więk, kolorowe zdjęcia, filmy& ..
dz
więk, kolorowe zdjęcia, filmy& ..
27
27
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Aplikacja obliczeniowa w środowisku GIS - schemat
Aplikacja obliczeniowa w środowisku GIS - schemat
DANE Zobrazowanie
(topologia+opis sieci)
- skaner
digitizer
Interfejs Graficzny
GIS
FRAMME
CableCad
MapInfo
Arc/INFO
Sterowanie i kontrola
Interfejs
poprawności
Pakiet
Obliczeniowy
Obliczeniowy
(Num eryczny)
Aplikacja
Dane/W yniki
Dane/W yniki
Zintegrowana
Baza Danych
ORACLE
Dbase
Dane/W yniki
Informix
Zbiory pośrednie
.....
(tymczasowe)
TELEMETRIA
28
28
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Aplikacja obliczeniowa w środowisku GIS
Aplikacja obliczeniowa w środowisku GIS
Na schemacie przedstawiono koncepcję współpracy trzech
Na schemacie przedstawiono koncepcję współpracy trzech
podstawowych elementów systemu nadzoru pracy sieci gazowej.
podstawowych elementów systemu nadzoru pracy sieci gazowej.
Środowisko operacyjne stanowi system GIS, spełniający również rolę
Środowisko operacyjne stanowi system GIS, spełniający również rolę
interfejsu graficznego Użytkownika oraz nawigatora i programu
interfejsu graficznego Użytkownika oraz nawigatora i programu
zarządzającego zasobami całego systemu (bazą danych, dostawcami
zarządzającego zasobami całego systemu (bazą danych, dostawcami
informacji z systemu telemetrii oraz wywołaniem procedur
informacji z systemu telemetrii oraz wywołaniem procedur
obliczeniowych).
obliczeniowych).
W bazie danych przechowywane są wszystkie informacje niezbędne do
W bazie danych przechowywane są wszystkie informacje niezbędne do
prawidłowego funkcjonowania programu obliczeniowego oraz
prawidłowego funkcjonowania programu obliczeniowego oraz
dodatkowo informacje, które mają charakter ewidencyjny niezbędne
dodatkowo informacje, które mają charakter ewidencyjny niezbędne
dla pracy dyspozytora.
dla pracy dyspozytora.
Ponadto, baza danych zawierać może informacje archiwalne
Ponadto, baza danych zawierać może informacje archiwalne
(historyczne) stanowiące raporty i dokumentację pracy systemu w
(historyczne) stanowiące raporty i dokumentację pracy systemu w
29
29
przeszłości.
przeszłości.
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Aplikacja obliczeniowa w środowisku GIS
Aplikacja obliczeniowa w środowisku GIS
System GIS posiada mechanizmy pozwalające na tworzenie aplikacji
System GIS posiada mechanizmy pozwalające na tworzenie aplikacji
Użytkownika - taką aplikacją jest zaznaczony na schemacie blok o
Użytkownika - taką aplikacją jest zaznaczony na schemacie blok o
nazwie  Interfejs obliczeniowy czyli taki moduł funkcjonalny, który
nazwie  Interfejs obliczeniowy czyli taki moduł funkcjonalny, który
zapewnia eksport z zewnętrznej bazy danych informacji wymaganych
zapewnia eksport z zewnętrznej bazy danych informacji wymaganych
na wejściu przez pakiet obliczeniowy w odpowiednim formacie i
na wejściu przez pakiet obliczeniowy w odpowiednim formacie i
odpowiednio zweryfikowanych formalnie.
odpowiednio zweryfikowanych formalnie.
Dzieje się tak, bowiem pakiet obliczeniowy rozpoczyna działanie
Dzieje się tak, bowiem pakiet obliczeniowy rozpoczyna działanie
zakładając, że dane spełniają podstawowe kryteria poprawności
zakładając, że dane spełniają podstawowe kryteria poprawności
(spójność grafu, obecność przynajmniej jednego z
ródła w sieci, itp.).
(spójność grafu, obecność przynajmniej jednego z
ródła w sieci, itp.).
Interfejs obliczeniowy dokonuje wstępnej weryfikacji poprawności
Interfejs obliczeniowy dokonuje wstępnej weryfikacji poprawności
danych i w przypadku powodzenia tej operacji odsyła dane do
danych i w przypadku powodzenia tej operacji odsyła dane do
ustalonych obiektów obszarowych (tymczasowe zbiory pośrednie).
ustalonych obiektów obszarowych (tymczasowe zbiory pośrednie).
30
30
Gazownictwo
Gazownictwo
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
OPROGRAMOWANIE DO OBLICZANIA I EWIDENCJI SIECI GAZOWYCH
Aplikacja obliczeniowa w środowisku GIS
Aplikacja obliczeniowa w środowisku GIS
KONIEC
KONIEC
31
31