SOE - Storage Operation Expert

Produktbeschreibung

Storage Operation Expert (SOE) ist eine Softwarelösung zur Optimierung des Betriebs von unterirdischen Gasspeicheranlagen. Das Hauptziel der Software ist die Maximierung des Anlagenpotenzials und die Minimierung des Energieverbrauchs, bei gleichzeitiger Gewährleistung der Konformität mit den operativen Sicherheitsbarrieren. Um einen solchen Kompromiss zu schaffen, müssen zahlreiche komplexe Faktoren berücksichtigt werden, z. B. dass das allgemeine Anlagenpotenzial ohne ein präzises Modell des Entnahme- und Einspeisestrompotenzials künstlich nicht voll ausgelastet wird.

Anwender

SOE ist prädestiniert für Speicherbetreiber. Es kann zur Feststellung der optimalen Nutzung der Kavernen- und Porenspeicher samt der Obertageanlage genutzt werden.

SOE ermöglicht dem Operator nicht nur die Wahl der optimalen Konfiguration der Anlagenkomponenten und Kavernen, sondern auch die Vorhersage des Flusspotenzials der Anlage für einen längeren Zeitraum (z. B. 7 Tage). Das hier eingeführte Anlagenmodell basiert auf echten Operationsdaten und sorgt für geologische Eingrenzungsbedingungen, wie sie von gebirgsmechanischen Fachberichten definiert werden.

Die Software beinhaltet:

  • Ein thermodynamisches Modell der Gaskavernen
  • Gebirgsmechanische Eingrenzungen für Kavernenoperationen
  • Ein Modell für überirdische Einrichtungen
  • Zahlreiche vordefinierte Strategien für die Kavernennutzung

Die SOE-Lösung ist bestimmt für die Verwendung für eine Vielzahl von Szenarien der Gasnachfrage durch die Nutzung verschiedener Konfigurationen von Kavernen und die Auswahl von Kompressoren mit dementsprechend optimalen Leistungsparametern. Die Simulationen zeichnen ein detailliertes Bild des Anlagenzustands, indem sie beispielweise Kurven von Kavernen- Bohrlochkopf-Drücken, Temperaturen und Erfüllung von gebirgsmechanischen Einschränkungen darstellen. Die Kurve des Anlagenstrom-Potenzials kann leicht in die erwarteten verfügbaren Nominierungslimits umgewandelt werden, wodurch den Benutzern der Speicheranlage eine bessere Übereinstimmung von Gasnachfrage und Versorgung ermöglicht wird.

Darüber hinaus ist die SOE-Lösung die richtige Anwendung für die Berechnung des optimalen technischen Profils für eine ausgewogene und ökonomische Nutzung der Kavernen für die jeweiligen Nominierungen. Es ermöglicht auch die Durchführung von WAS-WÄRE-WENN-Simulationen, die die Entwicklung von Service-Plänen für unterirdische Speichereinrichtungen für die optimale Anlagenerhaltung ermöglichen.

Zum Beispiel nichtlineare Eigenschaften von oberirdischen Einrichtungen wie Kompressoren und Vorwärmer, die komplexen Eigenschaften von Kavernen und die Notwendigkeit des Ausgleichs von gebirgsmechanischen Einschränkungen mit Marktanforderungen. Der Anlagenbetreiber muss einen Kompromiss finden zwischen der Nutzung des maximalen Anlagenpotenzials und der Notwendigkeit der Einhaltung gebirgsmechanischer Einschränkungen.

Die wichtigsten praktischen Funktionen der SOE-Anwenung:

  • Finden der Zeitkurve für die optimale Konfiguration von Kavernen und Geräten für das angenommene Nominierungsprofil
  • Berechnung der aktuellen und zukünftigen maximal möglichen Anlagenströmung
  • Bereitstellung eines Tools für WAS-WÄREWENN- Simulationen
  • Befolgung der Einhaltung von felsmechanischen Grenzen

Optimierungsprozess

Kurz gesagt: das Ziel des Optimierungsprozesses ist es, den maximalen Entnahme- und Einspeisefluss der Anlage zu finden für jeweils gegebenen Zustand und externe Parameter der Anlage (z. B: Gasdruck im Systemrohr). Die Optimierungsaufgabe wird gelöst durch Finden von:

Die wichtigsten Blöcke aus denen der Algorithmus besteht, sind:

  • Ein thermodynamisches Modell der Gaskavernen
  • Ein Modell der oberirdischen Einrichtungen
  • Eine Menge von vordefinierten Regeln der Anlagenoperationen, die eine Strategie der Kavernennutzung definieren
  • Ein Optimierungsverfahren, das jene Anlagenkonfiguration auswählt, die den maximalen Durchfluss bietet
  • Eine Menge von Schaltuhren, die für die Einhaltung der Grenzen, die aus gebirgsmechanischen Eingrenzungen von Kavernenoperationen, verantwortlich sind

Die Strategie

In den meisten Fällen gibt es mehrere verschiede Anlagenkonfigurationen, die verwendet werden können, um den gewünschten Durchfluss zu erreichen. Das Ziel der Strategie ist es, eine Konfiguration von Kavernen zu finden, die vom ökonomischen und betrieblichen Standpunkt die effektivste sein wird. Beispielsweise ziehen wir vor, Gas aus den Kavernen bei ausgeschalteten Kompressoren zu entnehmen, und die Kavernen zu nutzen, für die der Gasdruck hoch genug ist, um gebirgsmechanische Einschränkungen nicht beachten zu müssen. Natürlich wird eine vorgezogene Konfiguration nicht immer den gewünschten Durchfluss liefern können, somit generiert die Strategie eine Gruppe von Konfigurationen mit einer jeweils zugeschriebenen Priorität. Die SOE-Anwendung wählt die Aktion mit der höchsten Priorität, für die der Anlagenfluss dem gewünschten Gasdurchfluss am nächsten ist. Für den Fall, dass wir maximalen Durchfluss bereitstellen möchten, gibt es ein zusätzliches Verfahren, das an der Gruppe aktiver Kavernen durchgeführt wird, um eine optimale Konfiguration auszuwählen. Somit wählt SOE in jedem Schritt die Aktion, die die Gasnachfrage erfüllt und die Betriebskosten der Anlage minimiert.

Die SOE Anwendung berücksichtigt geologische Empfehlungen, die mit dem Gaskavernenbetrieb verbunden sind. Diese Anti-Einsturz-Regeln variieren für verschiedene Kavernentypen (verschiedene Kavernentypen können sogar in einer einzelnen Anlage eingesetzt werden). SOE überwacht den Zustand jeder Kaverne gemäß diesen Empfehlungen und registriert automatisch die Notwendigkeit der Einleitung einer Einspeisung, die die jeweilige Kaverne vor dem Verstoß gegen die geologischen und betrieblichen Einschränkungen schützt.

Die komplexesten gebirgsmechanischen Einschränkungen sind jene, die die Zeit einer sicheren Operation für eine Kaverne unterhalb eines bestimmten Druckniveaus begrenzen (bezeichnet durch LLOUR, untere Grenze der unbegrenzten Operation). Unter Befolgung dieser Regeln wählt die SOE Anwendung eine Konfiguration, die – wenn möglich – beschränkte Druckbereiche vermeidet. Wenn dies nicht möglich ist und die Kavernen mit Drücken in den beschränkten Bereichen arbeiten müssen, wird eine Gruppe dafür bestimmter Schaltuhren eingesetzt, um festzulegen, wann das Verlassen der beschränkten Druckbereiche durch Einspeisen von Gas in die Kavernen notwendig wird.

Ein Beispiel von gebirgsmechanischen Einschränkungen beim Kavernenbetrieb. Die LLOUR Schaltuhr misst die Zeit, in der der Kavernendruck innerhalb des beschränkten Bereichs bleibt. Die maximal zulässige Zeit um unterhalb der LLUOR Grenze zu bleiben, wird durch den untersten Wert des Drucks in der Kaverne nach dem Einschalten der LLUOR Schaltuhr definiert.

Das nachfolgende Diagramm präsentiert ein spezifisches Beispiel mit fünf Kavernen in drei Phasen. Es illustriert die Definition der Strategie, die im Gas-Entnahme-Modus verwendet wird. In der ersten Phase entscheiden wir uns für die Gasentnahme:

  • aus den Klasse A Kavernen, wenn der Druck in diesen über dem Niveau des unbeschränkten Betriebs liegt (dieses Niveau legt den Zieldruck für die Gasentnahme-Aktion fest),
  • aus den Klasse B Kavernen, die innerhalb des beschränkten Druckbereichs für unbegrenzte Zeit arbeiten können, solange der Druck nicht den Minimalwert erreicht. Der Zieldruck wurde auf den Wert der Kompressoraktivierung eingestellt

Sobald die Gasmenge in den Kavernen zurückgegangen ist, wurden die Klasse A Kavernen ausgeschaltet, wenn der Druck in ihnen auf den Minimalwert von unbeschränktem Betrieb zurückgegangen ist. Wenn das gesamte Gas aus den Klasse B Kavernen ausgepumpt wurde, sind wir gezwungen, die Klasse A Kavernen zu nutzen, die nun unterhalb des Niveaus von unbeschränktem Betrieb arbeiten – die gebirgsmechanischen Schaltuhren sind nun aktiv.

Die Strategie wählt aus, welche Kavernen eingeschaltet (an das Feldrohr angeschlossen) und welche ausgeschaltet (vom Feldrohr abgeschlossen) sind, in Abhängigkeit von den Druckwerten innerhalb der Kavernen, den Details der gebirgsmechanischen Einschränkungen, den ökonomischen und betrieblichen Faktoren (z. B. dem Druckniveau im Feldrohr, unterhalb welchem die Kompressoren eingeschaltet sein müssen).

Die SOE Input-Parameter können in vier Kategorien unterteilt werden:

  • Parameter, die die Eigenschaften der Anlage beschreiben, wie etwa physische Einschränkungen, Details des thermodynamischen Kavernenmodells und nichtlineare gebirgsmechanische Regeln, technische Daten des Kompressorpotenzials etc.
  • Parameter, die den Anfangszustand der Anlage definieren, wie etwa Druck- und Temperaturwerte in den Kavernen, Zustand der Schaltuhren, die die Erfüllung der gebirgsmechanischen Einschränkungen überwachen und aktuelle Konfiguration der Kompressoren. Diese Parameter können manuell eingestellt werden oder vom aktuellen Zustand der Anlage definiert werden
  • Kurven, die die Zukunftswerte verschiedener Größen beschreiben, wie die Prognose physikalischer Gasparameter, Gasnachfrage-Szenarios, Verfügbarkeit von Kavernen und Kompressoren, die vom Service-Plan vorgegeben werden
  • Parameter, die die Wirkung des Algorithmus und die Einstellung des Optimierungsverfahrens kontrollieren, wie etwa verschiedene Druckgrenzen oder der Penalty-Faktor, der ständiges Umschalten der Anlagen-Konfiguration verhindert

SOE simuliert den Zustand der Speicheranlage für jede Stunde oder jeden Tag der Simulation. Output-Daten werden in Form von einfach zu interpretierenden Zeit-Diagrammen dargestellt. Diese Zeitgrafiken stellen folgende Kurven dar:

  • Druck und Gasvolumen in jeder Kaverne
  • Kavernenzustand (aktiv/inaktiv)
  • stündliche oder tägliche Schritte des Gasvolumens in jeder Kaverne sowie für alle Kavernen
  • Entscheidungen über die Gaskavernen- Operationen, in Zusammenhang mit geologischen Einschränkungen und der eingesetzten Strategie der Gasverteilung zwischen den Kavernen
  • Zustand der speziellen Schaltuhren, die mit den geologischen Einschränkungen zusammenhängen und aktiviert werden, wenn der Gaskavernendruck unterhalb den LLUOR- oder RCP-Level sinkt

Screenshots

Video

Storage Operation Expert