مدل بهینه‌سازی شبکه انتقال گاز طبیعی- مطالعه موردی شبکه سراسری انتقال گاز ایران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران جنوب، ایران

2 دانشکده مهندسی صنایع و سیستم‌ها، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله یک مدل ریاضی برای طراحی و توسعه یک شبکه انتقال گاز طبیعی به‌منظور کاهش هزینه‌های عملیاتی و سرمایه‌گذاری اولیه ارائه‌شده است. یک مدل بهینه‌سازی برنامه‌ریزی عدد صحیح غیرخطی (MINLP) برای تعیین شبکه انتقال، تعیین محل ایستگاه‌های تقویت فشار و ظرفیت آن‌ها، زمان نصب آن‌ها در یک افق چند دوره‌ایی و درنهایت میزان تولید گاز در حالت پایدار شبکه ارائه‌شده است. این مدل در نرم‌افزار GAMS حل‌شده است. مدل توسعه داده‌شده برای داده‌های شبکه گازی ایران با داده‌های تولید و تقاضای واقعی شبکه در حالات مختلف که در متن مقاله تشریح شده‌اند، حل‌شده و تحلیل حساسیت‌های مختلفی روی اجزای اصلی شبکه صورت گرفته است؛ نتایج حاصل، نشان‌دهنده بهبود      30‌ % در مجموع هزینه‌های شبکه واقعی انتقال گاز بوده است.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Natural Gas Transmission Network Optimization Model – The Case Study of Iran Gas Transmission Networks

نویسندگان [English]

  • Shadi Heirani 1
  • ali Hussienzahe Kashan 2
  • Ali Akbar Akbari 1
1 Department of Industrial Engineering, Islamic Azad University, South Tehran Branch, Iran
2 Department of Industrial and System Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

We consider the problem of designing a new natural gas transmission network and expanding an existing network while minimizing the total investment and operating costs. We develop a mixed-integer nonlinear optimization model to determine pipelines in the network, compressor stations with their capacity as a variable, and their instalation schedule in a multi-period planning horizon. The model further decides on the amount of the produced natural gas in the steady-state flow for each period in the network. The model is solvable using Baron solver in Gams. We conduct computational studies on various cases generated using realistic network structure and data based on the natural gas network in Iran. Our analysis provides insights into sensitivity of network configuration and operations within different periods in the planning horizon and cost parameters of natural gas networks. Result proved 30 percentage decrease in cost of gas network transmission.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compressor Stations
  • Natural Gas
  • MINLP
  • Transmission Network
  • Pipeline

[1]. طی گزارش سالیانه بین‏المللی انرژی در سال 2010 که در سایت http://www.energy.gov موجود است.##

[2]. طی گزارش سالیانه بین‏المللی انرژی در سال 2009 که در سایت http://www.energy.gov موجود است.##

[3]. Hamedi M., Zanjirani Farahani R., Moattar Husseini M. and Esmaeilian Gh. R., “A distribution planning model for natural gas supply chain, a case study,” Energy Policy, Vol. 37(3): pp. 799-812, 2009.##

[4]. Borraz-Sánchez C. and Ríos-Mercado R. Z., “Improving the operation of pipeline systems on cyclic structures by tabu search,” Computers & Chemical Engineering, Vol. 33(1): pp. 58-64, 2009.##

[5]. Chebouba A., Yalaoui F., Smati A., Amodeo L., Younsi K. and Tairi A., “Optimization of natural gas pipeline transportation using ant colony optimization,” Computers & Operations Research, Vol. 36(6): pp. 1916-1923, 2009.##

[6]. Chung, T., Li K. K., Chen G. J. Xie J. D. and Tang G. Q., “Multi-objective transmission network planning by a hybrid GA approach with fuzzy decision analysis,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 25(3): pp. 187-192, 2003.##

[7]. Hamedi M., Farahani Z. and Esmaeilian G., “Optimization in natural gas network planning,” Logistics operations and management, 1st Ed. Elsevier, London, pp. 393-420, 2011.##

[8]. Kabirian A. and Hemmati M. R., “A strategic planning model for natural gas transmission networks,” Energy policy, Vol. 35(11): pp. 5656-5670, 2007.##

[9]. Woldeyohannes A. D. and Majid M. A. A., “Simulation model for natural gas transmission pipeline network system,” Simulation Modelling Practice and Theory, Vol. 19(1): pp. 196-212, 2011.##

[10]. Wu X., Li Ch., Jia W. and He Y., “Optimal operation of trunk natural gas pipelines via an inertia-adaptive particle swarm optimization algorithm,” Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 21: pp. 10-18, 2014.##

[11]. Borraz-Sánchez C. and Haugland D. “Minimizing fuel cost in gas transmission networks by dynamic programming and adaptive discretization,” Computers & Industrial Engineering, Vol. 61(2): pp. 364-372, 2011.##

[12]. Misra S., Fisher M. W., Backhaus S., Bent R., Chertkov M. and Pan F., “Optimal compression in natural gas networks a geometric programming approach,” IEEE Transactions on Control of Network Systems, Vol. 2, Issue 1, pp. 47-56, 2015.##

[13]. Midthun K. Fodstad T. M. and Hellemo L., “Optimization Model to Analyse Optimal Development of Natural Gas Fields and Infrastructure,” Energy Procedia, Vol. 64: pp. 111-119, 2015.##

[14]. Menon E. S., Gas pipeline hydraulics. CRC Press, 2005.##