O cenário em transformação das operações de gasodutos
Desde o aquecimento de residências até a geração de eletricidade e a fabricação de materiais, o gás natural é uma fonte de energia da qual se depende comercialmente há mais de 200 anos.1 Embora os gasodutos continuem sendo o meio mais seguro de transporte de gases, a manutenção das operações de gasodutos tem apresentado um número crescente de desafios nos últimos anos.
No entanto, a disponibilidade da computação em nuvem tornou viável a execução rápida de simulações complexas de dutos, o que permitiu que a aprendizado de máquina (ML) fosse introduzida nas redes de transmissão e distribuição de gás.
Neste blog, nosso Diretor de Desenvolvimento de Negócios do Atmos Intelligent Optimizer (AIO), Bob Truman, aborda os seguintes desafios enfrentados pelas operações de gasodutos e como o aprendizado de máquina pode oferecer oportunidades de otimização:
- Abordar o custo crescente da operação de sistemas de transporte e distribuição de gás
- Gerenciar os riscos associados à operação de gasodutos
- Facilitar a redução da emissão de gases de efeito estufa
- Gerenciar o envelhecimento da infraestrutura de gasodutos
- Adaptar-se às mudanças na demanda
- Gerenciar a complexidade das redes de transporte e distribuição de gás
O custo crescente da operação dos sistemas de transporte e distribuição de gás
Devido à crescente complexidade e aos requisitos de operação dos sistemas de transmissão e distribuição de gás, os custos operacionais estão aumentando significativamente nas redes de gasodutos, uma vez que os operadores se esforçam ao máximo para atender às demandas de todos os clientes, enquanto a necessidade de novas tecnologias aumenta.
Para garantir que o sistema opere dentro de limites seguros, o software de simulação de gasodutos on-line, como o Atmos SIM, fornece uma visão em tempo real de um sistema de gasoduto usando medições de fluxo, pressão e temperatura no gasoduto.
O Atmos Intelligent Optimizer (AIO) trabalha em conjunto com o software de simulação de gasodutos para ajudar a atender de forma confiável aos requisitos de contrato de gás dos clientes de gasodutos. Ele reduz os custos para os operadores de gasodutos, informando à sala de controle o melhor curso de ação quando se trata de eventos operacionais planejados e não planejados em redes de transmissão e distribuição de gás.
Gerenciar os riscos associados à operação de gasodutos
Para garantir a segurança do pessoal, do público e do meio ambiente, é fundamental que os gasodutos funcionem dentro dos limites permitidos. Não fazer isso pode resultar em consequências indesejáveis.
Os operadores de gasodutos de gás natural estão sujeitos a limites rigorosos de pressão em suas redes de gasodutos, que determinam uma pressão operacional máxima permitida (MAOP) e uma pressão operacional mínima permitida (LAOP).
É comum que a MAOP em um gasoduto moderno de transmissão de gás esteja acima de 100 atmosferas, mas há outros fatores a serem considerados, como o fato de que os gasodutos normalmente são operados em uma condição desequilibrada, raramente ou nunca atingindo um estado estável. Da mesma forma, muitas vezes é necessário que os gasodutos tenham LAOPs para atender aos requisitos do cliente e à integridade operacional do gasoduto. Embora existam margens razoáveis nos MAOPs e LAOPs, a AIO faz recomendações para reduzir o risco de operar os gasodutos fora dos limites permitidos, o que, por sua vez, garante operações seguras e atende aos requisitos do cliente.
Figura 1: Um exemplo de pontos de ajuste de fluxo e pressão propostos e recomendados pela AIO
Facilitar a redução das emissões de gases de efeito estufa
Como parte das iniciativas de redução das emissões de gases de efeito estufa do setor, as empresas estão buscando soluções criativas e econômicas. Nas operações de dutos, uma maneira econômica de reduzir todas as emissões é melhorar a eficiência e reduzir o consumo de energia.
Outra solução para reduzir as emissões de gases de efeito estufa é a introdução de hidrogênio no fluxo de gás. O hidrogênio não gera emissões de gases de efeito estufa quando queimado, mas apresenta desafios adicionais devido à sua densidade energética menor do que a do gás natural e à fragilização do hidrogênio. Os operadores terão de levar em conta essas diferenças na forma como operam seus sistemas de gasodutos.
O software de simulação de dutos ajudará as operadoras a modelar rapidamente o comportamento das várias misturas de hidrogênio, gerenciando a capacidade da rede e acompanhando a qualidade do gás em todo o sistema de dutos.
Ao mesmo tempo em que gerenciam maior flexibilidade no fornecimento e na entrega ao cliente, espera-se que as redes de gasodutos maximizem a capacidade. Isso cria um desafio durante a introdução de hidrogênio e misturas de hidrogênio porque a capacidade máxima é reduzida à medida que as concentrações de hidrogênio aumentam em uma rede de gás natural.
Figura 2: Capacidade máxima da mistura de hidrogênio calculada pelo Atmos SIM (vermelho 0%, verde 10%, azul 25% e laranja 50%) em um exemplo de rede de gasodutos
Em gasodutos operacionais, o AIO pode ser usado para otimizar o uso da capacidade do gasoduto à medida que diferentes quantidades de hidrogênio são introduzidas. Ele produz um plano operacional que inclui os pontos de ajuste de fluxo e pressão em todos os controladores.
O software de simulação também pode ser usado para detectar e localizar vazamentos na tubulação para minimizar a liberação de gás, reduzindo assim as emissões de gases de efeito estufa.
Gerenciamento da infraestrutura de tubulação envelhecida
Como acontece com um gasoduto que transporta qualquer fluido, os gasodutos inevitavelmente atingirão seu período de desgaste, um ponto no ciclo de vida de um gasoduto em que ele pode ser considerado "envelhecido". Os gasodutos que chegam a esse ponto geralmente são caracterizados por um aumento nos incidentes com gasodutos, como vazamentos e rupturas, e geralmente apresentam sinais mais graves de corrosão.2
Figura 3: Uma visualização da curva da banheira, usada para definir a confiabilidade de um produto
O Atmos Intelligent Optimizer pode ajudar a reduzir a volatilidade operacional para que haja menos pressão sobre a infraestrutura de um oleoduto envelhecido. Sua geração automática de um plano operacional ideal e acionável a cada dia cria pontos de ajuste para fluxo, pressão e equipamento, garantindo o uso mais inteligente de uma rede de gasodutos e criando menos risco de acelerar o envelhecimento do gasoduto..
Adaptação às mudanças na demanda
As redes de gasodutos atuais podem ter milhares de quilômetros de extensão com muitos pontos de entrega. A demanda no gasoduto está sempre mudando e os remetentes do gasoduto estão insistindo em mais flexibilidade de volume e nomeação intradiária. Também pode haver diferenças entre os fluxos de demanda programados e os reais por hora. É responsabilidade do operador do oleoduto fazer alterações operacionais para atender às frequentes variações de demanda e, ao mesmo tempo, operar da forma mais eficiente possível.
A AIO é essencialmente um especialista na sala de controle, garantindo que o operador do gasoduto tenha todas as informações para atender à demanda em constante mudança e gerenciar o fluxo, a pressão e a composição da mistura de gás em condições operacionais variáveis
Complexidade das redes de transporte e distribuição de gás
As redes de gás são complexas, com muitos componentes, restrições e demandas, o que torna difícil até mesmo para o operador de gasoduto mais experiente saber qual é o melhor curso de ação quando ocorrem várias mudanças no sistema. Por exemplo, pode haver uma mudança na carga de geração de energia prevista para a próxima tarde, enquanto vários compressores normalmente usados para atender à carga estão off-line. Pode haver várias soluções disponíveis, mas qual delas é a melhor?
Para uma rede complexa com várias estações de compressores e muitos pontos de entrega, a AIO permite que os operadores de gasodutos se beneficiem de um plano ideal juntamente com um perfil de pressão detalhado para cada seção da rede de gasodutos. Por exemplo, a Figura 4 representa um gasoduto de transmissão de gás de 548 milhas em três países da Europa, onde é possível obter uma economia de energia de 5%, economizando US$ 5 milhões a US$ 56 por MWh por ano.
Figura 4: Consumo de energia do compressor calculado pela AIO (amarelo) em comparação com os dados históricos (verde)
O aprendizado de máquina é o futuro das operações ideais de gasodutos
Embora exista uma série de desafios em uma operação de gasoduto, o aprendizado de máquina com soluções de software de simulação, como a AIO, será o que permitirá que os operadores de gasodutos minimizem os custos de energia e, ao mesmo tempo, atendam às demandas de todos os clientes, ou maximizem as vendas de gás e evitem violar as restrições operacionais.
Referências
1 https://www.apga.org/apgamainsite/aboutus/facts/history-of-natural-gas