Разработка компьютерного комплекса для диспетчерского управления экспортными поставками газа

Актуальность проблемы. Будущее мировой энергетики связано с природным газом. Россия располагает одной третью мировых ресурсов природного газа (включая неразведанные запасы). Сегодня собственные запасы и добыча природного газа Европы являются весьма скромными, всего 3,5% и 12% от мировых показателей, соответственно. По прогнозам, приведенным в [72], добыча газа в ЕС будет снижаться. Спрос же на природный газ в Европе увеличивается, что создает предпосылки для расширения импорта. Так, в 2002 году потребление природного газа в Европе, если судить по данным [26, 42, 72], составило.

3 3.

516,6 млрд. м, а в 2010 году составит 610−640 млрд. м, что как минимум на 76 млрд. м1 больше суммы объемов добычи европейскими странами и поставок традиционных экспортеров, чьи совокупные возможности оцениваются в 534 млрд. м3 (Рис. В.1).

Доля европейских производителей газа на европейском рынке при минимальном спросе в 610 млрд куб.м.

Европейский рынок природного газа е 2002 г. The Share of European Gas Producers in.

European Natural Gas Market in 2002 the European Market With the Minimum.

Demand of 810.0 bcm ш 0.9% 2.8*/,.

Великобритания.

Great Britain Норвегия Norway Нидерланды Netherlands Ig, Остальная Европа Other Europe.

Всего: 516,6 млрд м3 Алжир Algeria.

Р Нигерия ш Nigeria Другие ¦ Other г Россия.

Russia.

Total: 516.6 burn.

Великобритания.

Great Britain Остальная Европа.

Other Europe Россия.

Russia.

Другие афринанские производители.

Other african producers ы Norway Алжир Algeria Прочие ¦ производители Other producers.

Всего: 610 млрд м3.

Total: 610 hem.

Рисунок B. l — Рост европейского рынка и доли России в нем.

Недостаток газа может быть компенсирован за счет увеличения присутствия на рынке некоторых его участников. Россия может удовлетворить растущий спрос Европы на прородный газ.

Для этого на Европейский рынок будут привлечены страны средней Азии.

— предже всего Туркменистан и Казахстан. Согласно тем же источникам, Казах.

— j стан и Туркменистан к 2010 году будут экспортировать около 24 млрд. м и 80 млрд. м3 соответствено. В силу территориального расположения этих государств большая часть газа будет экспортироваться в Европу через территорию России. Казахстан уже создал совместное предприятие с ОАО «Газпром» для работы на Европейском рынке газа. С Туркменистаном подписано соглашение, в соответствии с которым Россия будет покупать у Туркменистана газ с правом реэкспорта.

Кроме того, в России быстрыми темпами развивается добыча газа независимыми производителями. В качестве них часто выступают нефтяные компании, которые могут реализовывать как попутный газ, так и газ, добываемый на разрабатываемых ими нефтегазовых месторождениях. Создание благоприятных правовых и экономических условий, прежде всего, обеспечение нормальных условий доступа к трубопроводной сети, справедливые траспортные тарифы, позволят выйти независимым производителям на Европейский рынок или погашать за счет них значительную часть внутреннего спроса на газ.

К 2010 году планируется запустить Штокмановское месторождение, которое в силу своего расположения будет преимущественно работать на экспорт. Планируется освоение новых месторождений на полуострове Ямал.

Кроме увеличения объемов предложения планируется осуществление и ряда проектов по повышению пропускной способности экспортных газопроводов и диверсификации потоков газа. Среди таких проектов можно выделить пуск второй очереди Голубого потока, строительство Северо-Европейского газопровода, реконструкцию и модернизацию существующих коридоров и др. Это приведет к увеличению объемов экспорта по всем направлениям, а значит к заключению новых контрактов и расширению географии экспорта. В силу этих причин следует ожидать увеличения количества контрактов по всем экспортным направлениям, географическое расширение зон ответственности диспетчерских центров (появятся новые точки входа и выхода, новые маршруты экспорта). Все это делает необходимым повышение эффективности диспетческого управления, т.к. процесс принятия решений значительно усложняется.

Российское предприятие ОАО «Газпром» — крупнейшая газовая компания мира, входящая в десятку ведущих промышленных корпораций. Доля ОАО.

Газпром" в мировых разведанных запасах газа составляет 65%. ОАО «Газо пром» ежегодно экспортирует в страны дальнего зарубежья около 130 млрд. м природного газа. В перспективе объем поставок может быть увеличен до 200 а млрд. м. В настоящее время доля «Газпрома» в совокупном потреблении природного газа на европейском рынке оценивается в 25%. Подписанные контракты обеспечивают сохранение этого показателя на перспективу, однако суммарные обязательства по ним немногим превышают 7% разведанных запасов газа, находящихся в распоряжении ОАО «Газпром».

Экспорт природного газа является одним из важнейших направлений деятельности ОАО «Газпром», по объему которого компания занимает первое место в мире. Поставками российского природного газа в дальнее зарубежье занимается дочерняя компания ОАО «Газпром» — ООО «Газэкспорт». Учредителем его со 100%-ым долевым участием является ОАО «Газпром». «Газэкспорту» уже более 30 лет. Он является важной частью российской газовой отрасли и представляет ОАО «Газпром» в мире. Кроме того, ООО «Газэкспорт» выполняет следующие функции:

• осуществляет экспортные поставки газового конденсата, нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов и др.;

• занимается маркетингом газа на новых рынках, оптимизацией экспортных потоков, анализом и прогнозированием конъюнктуры газового рынка;

• участвует в разработке и реализации инвестиционных газовых и газоэнергетических проектов ОАО «Газпром» в России и за рубежом;

• является гарантом ОАО «Газпром» по большинству инвестиционных проектов. Долгосрочные контракты «Газэкспорта» с западноевропейскими покупателями газа служат обеспечением кредитов, получаемых ОАО «Газпром» для финансирования программ по реконструкции, модернизации и развитию экспортных газотранспортных систем в Российской Федерации.

Размеры экспортных поступлений от ООО «Газэкспорт» составляют значительную долю доходной части российского бюджета. Проиллюстрируем это утверждение следующим примером:

• по данным [83] на ОАО «Газпром» приходится 8% ВВП и 20% всех отчислений в федеральный и местные бюджеты.

• по данным [3] доходы ОАО «Газпром» в 2005 г. от экспорта газа ожидались на уровне 699,7 млрд руб.

• в целом доходы Газпрома в 2005 г. были запланированы на уровне 1 трлн. 483 млрд руб.

Таким образом, Газэкспорт приносит 21,2% от общей прибыли ОАО «Газпром». Это означает, что бюджетные поступления от ООО «Газэкспорт» составляют примерно 4,24% от бюджета страны. Экспорт газа в 2005 году принес государству примерно 62,9 млрд. рублей. Даже незначительное в процентном отношении увеличение прибыли ООО «Газпром» даст в абсолютном исчислении значительные денежные средства. Настоящая работа посвящена созданию программного комплекса для поддержки принятия решений диспетчерским персоналом ООО «Газэкспорт». До разработки программного комплекса информационные системы в диспетчерском управлении экспортными потоками не применялись. Информационная система обеспечит более строгий учет экономических факторов при принятии оперативных решений, что должно привести в целом к повышению уровня диспетчерского управления поставками газа и, в конечном итоге, к увеличению поступлений в бюджет страны. Расчет показал, что в случае внедрения оптимизационного расчета на уровень диспетчерского управления, доход от продажи газа увеличится как минимум на 0,5%.

В 1998 году была принята Директива ЕС о либерализации газового рынка, предполагающая увеличение конкуренции и создание газовых бирж. Как следствие этого, с каждым годом значительно увеличивается количество действующих контрактов, повышаются требования к процессу диспетчерского управления.

В целом, требования к качеству диспетчерского управления повышаются, принятие решений в новых условиях становится все более сложным и противоречивым процессом. Традиционные методы управления без использования информационных систем, основанные только на производственном опыте диспетчеров, становятся неприемлемыми. Компьютеризация процесса диспетчерского управления увеличивает эффективность и выводит его на качественно новый уровень. Учитывая развитие информационных систем фирм-партнеров, интенсивное внедрение компьютерных технологий следует признать необходимым условием для сохранения конкурентоспособности ООО «Газэкспорт».

Объектом исследования служит информационное взаимодействие подразделений ООО «Газэкспорт» между собой и с другими организациями в части заключения и исполнения контрактов, необходимое для диспетчерского управления экспортными поставками газа, обеспечивающего бесперебойный экспорт Российского газа в Европу.

Предметом исследования являются принципы и алгоритмы диспетчерского управления экспортными потоками газа, характер учета технологических, контрактных и иных ограничений в процессе управления.

Цель работы состоит в создании программных средств, способствующих повышению скорости и качества принятия диспетчерских решений, благодаря реализации в этих средствах эффективных методов визуализации процессов экспорта и специализированных расчетных моделей для оптимизации процесса управления экспортом газа.

Основные задачи исследования:

1. Разработка принципов создания человеко-машинного интерфейса для визуализации процессов управления экспортными потоками.

2. Формулировка требующих компьютерной поддержки задач диспетчерского управления экспортными потоками газа.

3. Разработка математической модели для оптимизационных расчетов распределения газа по контрактам.

4. Разработка алгоритмического обеспечения системы поддержки принятия решений по управлению потоками.

5. Создание проекта компьютерной системы для поддержки принятия решений по управлению потоками.

6. Разработка и ввод в промышленную эксплуатацию компьютерной системы анализа и управления потоками.

Методы исследования. В исследовании были применены следующие математические методы: потоковое и нелинейное программирование, численный анализ, многокритериальная оптимизация.

В работе использованы методы объектно-ориентированного проектирования и программирования, разработки приложений на основе библиотеки визуальных компонентов (VCL), проектирования реляционной структуры в СУБД. Практическая ценность полученных результатов:

1. Исследованы взаимосвязи и функции всех участников процесса управления экспортными поставками газа из России.

2. Разработан ряд программных модулей, включенных в информационно-управляющую систему ООО «Газэкспорт», находящуюся в промышленной эксплуатации.

3. На основе моделирования сети магистральных газопроводов предприятия ООО «Кубаньгазпром» предложены варианты ее эффективного развития с учетом ввода в эксплуатацию экспортного газопровода «Голубой поток».

Научная новизна:

1. Сформулированы задачи управления экспортными потоками газа, для решения которых необходима компьютерная поддержка.

2. Построена математическая модель, на основе которой разработан алгоритм оптимального распределения экспортных потоков газа.

3. Разработана экспертная система, которая формирует правила распределения потоков с учетом диспетчерских предпочтений и других экспертных знаний, что позволяет при принятии решений опираться на накопленный опыт и интуицию диспетчеров.

4. Разработана универсальная геоинформационная система, которая может быть использована для графического отображения любых систем, допускающих представление в виде графа.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Технология визуализации экспортных потоков газа, основанная на описании процессов экспорта с помощью потоковых и балансовых схем.

2. Идея использования графа с заданными допустимыми маршрутами для моделирования процессов управления потоками.

3. Расчетный алгоритм, являющийся адаптированным вариантом алгоритма Басакера-Гоуэна.

5. Программный комплекс «Балансирование», использующий предыдущие наработки и находящийся в промышленной эксплуатации в ООО «Газэкс-порт».

Краткое содержание работы. Работа состоит из введения, трех основных глав, выводов, библиографического списка и приложения.

В главе 1 проанализировано текущее состояние исследуемой проблемы, формализованы процессы управления экспортными поставками газа. Проведен комплексный анализ организации документооборота. Сопоставлены все известные факты, и на их основании предложены способы визуализации процессов экспорта газа, а также критерии оптимизации. В конце главы приведен алгоритм расчета.

В главе 2 описаны основные требования к диспетчерским информационным системам. Приведен обзор современных технологий, в частности, объектно-ориентированный подход, которые используются для построения таких систем, приведены различные варианты архитектуры и структуры компьютерной системы. Затем сформулированы обязательные требования, без которых невозможно создание и функционирование такого рода систем.

В главе 3 рассматривается разработанный программный комплекс «Балансирование». Описана программа расчета режимов функционирования газопроводных систем, которая взята в качестве основы для разработки информационной системы управления экспортными поставками газа. Показана структура комплекса и все его модули. Приводится объектный состав и объяснены взаимосвязи различных объектов друг с другом. Далее раскрывается уникальная технология записи больших массивов объектов в реляционную базу данных. Главу завершает описание места комплекса в информационно-управляющей системе (ИУС) ООО «Газэкспорт», которая охватывает всю его деятельность, связанную с экспортом газа.

Выводы.

1. Выделены основные участники процессов управления экспортными поставками газа и их функции. Изучены типовые контрактные условия, а также процедура документооборота диспетчерского управления экспортными поставками. Сформулированы основные задачи диспетчерского управления, требующие компьютерной поддержки, выявлены особенности этих задач.

2. Проанализированы существующие диспетчерские системы, модели ре-жимно-технологических расчетов, потоковые задачи и системы поддержки принятия решений. Сделан вывод о том, что с помощью существующих моделей и систем невозможно решить задачи управления экспортными потоками.

3. Разработаны методы визуализации процессов экспорта газа с помощью балансовых, потоковых и балансово-потоковых схем с заданными возможными маршрутами, а также с помощью балансовых таблиц.

4. Предложены критерии для распределения экспортных потоков в случае дефицита газа. Для субъективных критериев введена шкала, позволяющая дать им численную оценку.

5. Создана математическая модель, на основе которой разработан расчетный алгоритм для оптимального распределения экспортных потоков газа на базе алгоритма Басакера-Гоуэна поиска максимального потока минимальной стоимости.

6. Выбраны архитектура, технология реализации и технология взаимодействия компонентов, наилучшим образом подходящие для диспетчерской информационной системы управления экспортными поставками.

7. Разработана программа для расчетов технологических режимов газопроводных систем, с помощью которой был произведен ряд расчетов и предложен сценарий развития системы магистральных газопроводов ООО.

Кубаньгазпром" с учетом ввода в эксплуатацию экспортного газопровода по проекту «Голубой поток».

8. Создана универсальная геоинформационная система, которая используется для визуализации процессов экспорта газа, но также может применяться для отображения любых систем, допускающих представление в виде графа.

9. Создан программный комплекс «Балансирование» для поддержки принятия решений диспетчеров, в который заложена математическая модель и расчетный алгоритм для оптимального распределения потоков, а также методы визуализации процессов экспорта газа.

10.В программном комплексе «Балансирование» реализована экспертная система, дающая возможность учета субъективных критериев диспетчеров и других экспертных оценок.

11 .Программный комплекс реализует специальную технологию записи изменений в больших массивах однородных объектов в оперативной памяти в реляционную базу данных.

12.Программный комплекс «Балансирование» является одной из подсистем информационно-управляющей системы ООО «Газэкспорт», которая находится в промышленной эксплуатации.

Введенные понятия.

Статья баланса. Диспетчеры составляют баланс. Баланс — это набор чисел, которые соответствуют объемам газа за некоторый расчетный период по некоторой системе. Любая из позиций диспетчерского баланса — это статья баланса. Строго говоря, статья баланса — это переменная, которая обозначает объем газа, соответствующий некоторой комбинации материальных объектов. Статья баланса может соответствовать трубопроводу, контракту, ПСП, стране, фирме, комбинации контракта и ПСП и т. д. Статьи баланса имеют наименования, номера, а также другие справочные характеристики.

Объем газа. В данной работе этот термин совпадает с термином количество газа.

Количество газа — это некоторая масса природного газа, измеряемая л обычно в объемных единицах при стандартных условиях (например, млн. м. при 20° С0). В РФ обычно принято измерять количество газа при 20° С0. В Европе обычно количество гащза измеряется при 0° С0. Некоторые контракты заключаются в энергетических единицах. В этом случае для определения количества газа по количеству содержащейся в нем энергии необходимо задавать калорийность газа.

Своп — это обмен газа между двумя фирмами в двух различных географических точках на взаимовыгодных условиях.

Обозначения и сокращения.

ПСП — пункт сдачи/приемки газа. ГИС — газоизмерительная станция. ДЦ — диспетчерский центр.

ЦПДД — центральный производственно-диспетчерский депертамент.

СКК — суточное контрактное количество. макс. СКК — максимальное суточное контрактное количество.

ПХГ — подземное хранилище газа.

ЕСГ — единая система газоснабжения.

ГТС — газотрансопртная система.

ГРС — газораспределительная станция.

КС — компрессорная станция.

ГРП — газораспределительная станция.

СППР — система поддрежки принятия решений.

ЛПР — лицо, принимающее решение.

СУБД — система управления базой данных.

КП — комплекс программ.