25452

طراحي شبكه انتقال گاز طبيعي تاب آور تحت شرايط شكست:مطالعه موردي شبكه انتقال گاز طبيعي در ايران

دكتري

مهندسي صنايع

1394

17/7/1400

آقاي ميرسامان پيشوايي

آقاي دكتر محمد سعيد جبل عاملي-اقاي دكتر سعيد پاك سرشت

علم و صنعت ايران

گاز طبيعي به خاطر تابآوري ذاتي از يك سو و پشتيباني از توليدهاي گسترده و تجديدپذير از سوي ديگر، جزء اصلي سيستم تابآور انرژي در افق نيمه اول قرن حاضر ميلادي ميباشد. به دليل ساختار پيچيده و گسترده شبكههاي انتقال گاز طبيعي و عدم قطعيت در هزينهها و تقاضا، طراحي شبكه انتقال گاز طبيعي ابزاري مناسب براي بهبود اين صنعت ميباشد. پيچيدگي و گستردگي شبكههاي انتقال گاز طبيعي باعث افزايش آسيبپذيري نسبت به اختلالات ميشود؛ بنابراين هنگام طراحي شبكه انتقال گاز طبيعي، توجه به تابآوري كه شبكه انتقال گاز طبيعي را قادر ميسازد در مواجهه با اختلال، عملكرد مناسبي داشته باشد، ضروري است. بررسي پژوهشهاي قبلي نشان ميدهد كه مطالعه و مدلسازي رياضي مساله طراحي شبكه انتقال گاز طبيعي كه تابآوري شبكه را در بخشهاي مختلف از جمله توليد، ذخيره، انتقال و مصرف بطور همزمان در نظر بگيرد به عنوان يك خلاء تحقيقاتي مورد بررسي قرار دارد. بنابراين در اين تحقيق، دو مدل به منظور طراحي و برنامهريزي بهينهي شبكه انتقال گاز طبيعي تابآور تحت شرايط ريسكهاي معمول كسب و كار و اختلال ارائه شده است. در مدل اول، يك مدل دو مرحلهاي بر مبناي ارزيابي ريسك هر مسير از خطوطلوله و مدل بهينهسازي تصادفي-امكاني دو مرحلهاي به منظور طراحي و برنامهريزي شبكه انتقال گاز طبيعي تابآور با توجه به چالشها در بخش خطوطلوله و مصرف توسعه داده شده است. همچنين، مدل ارائه شده تحت يك شرايط پويا طراحي شده و قادر است تصميمات شبكه را در دورههاي مختلف تعيين كند. از سوي ديگر، توجه به آسيبپذيري شبكه از طريق كمينهسازي بيشترين ميزان كمبود در هر سناريو و بيشترين ميزان ريسك ناشي از احداث خطلوله در هر دوره به عنوان يك هدف در كنار كمينهسازي هزينه شبكه بوده است. در مدل دوم، يك مدل دو هدفه با دو افق زماني استراتژيك و كوتاه مدت به همراه چالشها در بخش تامين گاز طبيعي يعني پالايشگاهها و مخازن ذخيرهسازي علاوه بر چالش در بخش خطوطلوله و مصرف ارائه شد. به منظور كاهش اثرات چالشهاي رخ داده در اين شبكه، استراتژيهاي پيشگيرانه و واكنشي تابآوري در سطوح مختلف شبكه بكار گرفته شد. همچنين، اهداف مساله شامل كمينهسازي كل هزينهها و بيشينهسازي تاباوري شبكه از طريق كمينهسازي بيشترين ميزان كسر تجمعي كمبود تقاضا در زمان اختلال ميباشد. عملكرد هر دو مدل ارائه شده، به وسيلهي مطالعه موردي مورد ارزيابي قرار گرفته كه بر اساس آنها نتايج مديريتي مهمي حاصل شده است. نتايج رساله نشان ميدهد، ميزان افت تاباوري شبكه ناشي از چالشهاي قطع توليد پالايشگاه هاشمي نژاد 40%، قطع خط لوله سوم قبل از ايستگاه رشت 64% و افزايش 8% ميزان مصرف تقاضا 96% ميباشد. همچنين، در گروه چالشهاي خروج ايستگاههاي تقويت فشار، قطع مجمع تاسيسات رشت تاثير قابل توجهي بر كاهش ميزان فشار در نقاط مصرف دارد. از سوي ديگر، نتايج نشان ميدهد كه بكارگيري استراتژيهاي مخازن ذخيرهسازي زير زميني گاز طبيعي، گسترش ظرفيت توليد در پالايشگاه، خطوطلوله پشتيبان و مقاومسازي خطوط لوله به ترتيب بيشترين ميزان تاثير را بر مقاومت شبكه دارند و بطور تقريبي در يك هزينه مشخص به ميزان 54%، 49%، 41% و 34% منجر به افزايش تابآوري شبكه خواهند شد. همچنين، بكارگيري تاسيسات اقماري نيز بر تاباوري شبكه تاثير گذاشته، اما ميزان تاثير آن بستگي به تعداد بكارگيري واحدهاي تاسيسات اقماري در نقاط مختلف يك استان دارد.

1400/08/09

resilient natural gas transmission network design under failure:case study of natural gas transmission network design in iran

10/9/2022 12:00:00 AM

Natural gas is a major component of the energy resilience system due to its inherent resilience and support for massive productions and renewable energy in the first half of the present century. Due to the complex and extensive structure of natural gas transmission network and uncertainty in costs and demand, Design of natural gas transmission network is a suitable tool to improve this industry. On the other hand, the complication and vastness of natural gas transmission networks lead to increase vulnerability to disruption. So, it is necessary to pay attention the resilience concept while designing natural gas transmission network that enables it to have proper performance in the face of disruption. Review of previous researches shows that mathematical modelling of natural gas transmission network design problem that considers resilience in various sectors such as refinery, gas storage, transmission and consumption simultaneously is under investigation as a research gap. To achieve this purpose, two models are proposed for the optimal design and planning of resilient natural gas transmission network under business-as-usual and disruption risks in this research. In the first model, a two-stage approach based on risk evaluation of each pipeline route and a two-stage stochastic-possibilistic optimization model is developed in order to design resilient natural gas transmission network according to the pipeline and consumption challenges. Also, the proposed model is designed under a dynamic condition such that enables to determine network decisions in different periods. On the other hand, the vulnerability of Natural gas transmission network through minimizing the maximum ratio of the Natural gas shortage to the total demand in each scenario and total risk due to pipeline installation in each period is defined as the second goal beside minimizing network costs. In the second model, a two-objective model with two strategic and short-term time horizons was developed such that the challenges in the natural gas supply sector, i.e., refineries and storage tanks are considered in addition to pipelines and consumption sectors challenges. In order to reduce the effects of the challenges that occurred in this network, mitigation and reactive strategies were utilized at different levels of the network. Also, the aims of the problem include minimizing total costs and maximizing network resilience by minimizing the maximum cumulative fraction of unsupplied demand (relative to the met demand before the disruption). Finally, the performance of both proposed models has been evaluated using the data of a real case study in which important results have been obtained based on executing different sensivity analyses. The results showed, the rate of network resilience reduction due to the challenges of cutting production of Hashemi Nejad refinery is 40%, failure of the third pipeline before Rasht compressor station is 64% and increase of 8% in NG demand is 96%. On the other hand, employing the resilience strategies such as underground gas storages, expansion of production capacity in refineries, backup pipelines and fortification of pipelines have the numerous impacts on the network resistance respectively. At a certain cost, they will approximately increase network resilience by 54%, 49%, 41% and 34%. Furthermore, the result indicated that the satellite facilities has also affected the resilience of the network, but the extent of their impact depends on the number of unites used in different regions of a province.

زنجيره تامين گاز طبيعي، طراحي شبكه انتقال گاز طبيعي، تابآوري، ارزيابي ريسك، عدم قطعيت.

Natural gas supply chain, natural gas transmission network design, resilience, risk evaluation, uncertainty.