Введение к работе
Актуальность проблемы. Один из главных приоритетов политики любого государства - обеспечение его энергетической безопасности за счет бесперебойного снабжения энергоресурсами внутреннего рынка - промышленности, транспорта и населения. Поэтому с начала развития газовой промышленности в России газификация регионов стала важнейшим направлешіем энергетической стратегии страны, показателем социальной стабильности государства. В настоящее время перспективы социально-экономического развития регионов РФ напрямую зависят от уровня их газификации. Газификация предоставляет новые возможности для развития территорий и бизнеса на них, повышения стабильности в работе малых и крупных предприятий, развития социальной сферы.
Газификация предъявляет новые требования к функционированию и развитию территориальных систем газоснабжения (ТСГ), по которым осуществляются поставки природного газа в регионы. Увеличение в перспективе объемов потребления газа и изменение структуры потребления по сравнению с проектными показателями существующих систем газоснабжения на фоне устойчивого старения основных производственных фондов требует проведения исследований по выявлению возможностей ТСГ по поставкам дополнительных объемов газа в регионы. Зачастую результаты таких исследований указывают на необходимость проведения мероприятий по развитию и реконструкции систем газоснабжения.
От качества принимаемых решений по развитию и реконструкции ТСГ зависит надежность перспективного энергоснабжения потребителей. Эффективность решений зависит, прежде всего, от качества оценок перспективных потребностей регионов в энергоресурсах, определяемых исходя из задач социально-экономического развития РФ. В перспективных топливно-энергетических балансах (ТЭБ) регионов определены рациональные доли газа, с учетом которых должны проводиться параметрические исследования ТСГ на компьютерных моделях, многокритериальное сопоставление различных вариантов и проектов развития, выбор эффективных технических решений. Для решения данного комплекса проблем требуется современная научно-методическая, алгоритмическая и программно-вычислительная база, основанная на накопленном опыте науки в области трубопроводного транспорта газа, современных информационных технологиях и программно-вычислительных средствах поддержки принятия проектных решений.
Теоретическое значение решения данных проблем состоит в повышении эффективности методов и алгоритмов, применяемых в компьютерных комплексах поддержки проектных решений. Народнохозяйственное значение заключается в
2 повышении обоснованности технических решений по развитию подсистем топливно-энергетических комплексов (ТЭК) РФ, сокращении сроков их разработки.
Объектами исследования являются территориальные подсистемы Единой системы газоснабжения (ЕСГ) РФ.
Цель работы состоит в разработке методов, вычислительных алгоритмов и компьютерных программ, обеспечивающих формирование эффективных проектных решений по развитшо и реконструкции систем газоснабжения для обеспечения перспективных планов поставок природного газа отечественным и зарубежным потребителям.
Задачи исследования
В работе были поставлены и решены следующие основные задачи:
Формализация расчетных задач планирования развития и реконструкции систем газоснабжения в виде системы методов и расчетных процедур для поддержки проектных решений.
Анализ актуальных проблем в области разработки научно-методического, алгоритмического и программного обеспечения задач планирования развития систем газоснабжения.
Разработка методических подходов, вычислительных алгоритмов и программных модулей для поддержки проектных решений по развитию и реконструкции систем газоснабжения.
Разработка компьютерных комплексов моделирования и оптимизации потоковых и гидравлических режимов территориальных подсистем ЕСГ на основе современных информационных технологий.
Численное исследование перспектив развития конкретных систем газоснабжения на компьютерных моделях.
Методы псследовання
В работе применены следующие основные методы:
математического и численного моделирования стационарных неизотермических режимов транспорта газа по газотранспортным системам, методы моделирования режимов технологических объектов, методы идентификации эмпирических параметров модели и т.д.;
многокритериальной оптимизации, сетевого потокового и нелинейного математического программирования;
объектно-ориентированного проектирования и программирования, разработки приложений средствами Microsoft Visual Studio с использованием библиотек MFC, boost, Rogue Wave, технологии HTML, XML, XSLT, JavaScript, OCCI и др.
Научная новизна
Основные научные результаты работы состоят в следующем1.
Предложена методическая процедура исследований перспектив развития и реконструкции систем газоснабжения, которая базируется на математических методах и программно-вычислительных комплексах (ПВК) моделирования и оптимизации режимов трубопроводного транспорта газа. Процедура позволяет учитывать системные взаимосвязи в развитии ТСГ, ЕСГ, региональных ТЭК и систем газораспределения.
Разработаны новые эффективные вычислительные алгоритмы для поиска технологически допустимых и квазиоптимальных стационарных режимов трубопроводного транспорта газа. Расчетные процедуры не накладывают ограничений на состав объектов, размерность и топологию систем газоснабжения.
Разработана новая архитектурная схема компьютерной системы поддержки принятия проектных решений в области газоснабжения. Схема базируется на принципах модульного проектирования отдельных программных подсистем, функционирующих в едином информационном пространстве.
Предложена технология проектирования и сопровождения самостоятельных ПВК, интегрированных в компьютерную систему поддержки принятия проектных решений. Технология основана на объектно-ориентированном подходе и принципах модульной разработки.
Практическая ценность работы определяется успешным опытом использования ее основных результатов (методов, алгоритмов, программ, результатов расчетов) при решении актуальных прикладных задач планирования развития и реконструкции территориальных подсистем ЕСГ.
Результаты работы использовались при разработке Генеральных схем газоснабжения и газификации субъектов РФ, предложений в отраслевые Программы реконструкции и технического перевооружения объектов транспорта газа, Комплексных схем газоснабжения и газификации в увязке с развитием энергоснабжения Федеральных округов РФ и др. Научно-методическое и проектное обеспечение данных работ осуществляет ОАО «Газпром промгаз».
Результаты работы внедрены в отраслевые ПВК моделирования и оптимизации режимов транспорта газа:
- ПВК «Веста», ПВК «Веста-тренажер» (РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, ООО фирма «Ингойл);
- ПВК «САМПАГ» (000 «Газпром трансгаз Мосісва», РГУ нефти и газа
имени И.М. Губкина, ООО фирма «Ингойл).
Разработанные ПВК «Веста-Оптима», «Веста-КС», «Веста-НСИ ГПА», «Веста-КТС ГПА» интегрированы в информационно-аналитическую систему (ИАС) ОАО «Газпром промгаз» и применяются для моделирования и оптимизации режимов ТСГ и отдельных технологических объектов.
Разработанный ПВК «Векта-поток» интегрирован в ИАС ОАО «Газпром промгаз», применяется для моделирования перспективных потоков газа в территориальных подсистемах ЕСГ. Комплекс состоит из компьютерной программы и базы данных, зарегистрированных в Реестре программ для ЭВМ (свидетельство № 2007610796) и Реестре баз данных (свидетельство № 2007620087).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:
59-ая Межвузовская студеігаеская научная конференция «Нефть и Газ -2005» (Москва, РГУ нефти и газа, 2005 г.).
III и IV Международные научно-технические конференции «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами (DISCOM)» (Москва, 2007 г., 2009 г.).
XI Всероссийский научный семинар с международным участием «Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем» (Иркутск, Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 2008 г.).
XXIV Мировой газовый конгресс (Аргентина, Буэнос-Айрес, 2009 г.).
Международная конференция «Эффективное распределение и использование газа» (Москва, 2009 г.).
Результаты исследований докладывались на отраслевых совещаниях ОАО «Газпром», заседаниях рабочих групп в Администрациях и Правительствах субъектов РФ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе в одном издании, рекомендованном ВАК для защиты докторских и кандидатских диссертаций, и в сборниках материалов, трудов и тезисов Международных и Всероссийских конференций.
Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, литературы из 122 нанменовашій и 1 приложения. Работа изложена на 147 страницах основного текста и 4 страницах приложения. Текст работы содержит 37 рисунков и 3 таблицы.
