Вісник НАН України. 2015. № 10. С. 17–24.
https://doi.org/10.15407/visn2015.10.017

П’ЯНИЛО Ярослав Данилович
доктор технічних наук, директор Центру математичного моделювання
Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТРАНСПОРТУ І ЗБЕРІГАННЯ ГАЗУ
За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України
9 вересня 2015 року

Розглянуто результати досліджень з використання методів математичного моделювання для оптимізації та підвищення ефективності роботи систем транспортування й зберігання природного газу в Україні. Зазначені результати отримано науковцями Центру математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України у співпраці з фахівцями Інституту транспорту газу ПАТ «Укртрансгаз». 

Ключові слова: газотранспортна система, підземні газосховища, управління газопотоками.

Основними науковими напрямами діяльності Центру математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України є дослідження і розробки в галузі сучасних проблем математичного моделювання; моделювання взаємопов’язаних процесів різної природи в структурно-неоднорідних тілах у класичних постановках і з використанням похідних та інтегралів дробового порядку; розроблення методів обчислювального експерименту й оптимізації стосовно проблем створення нових зразків техніки і технологій.

З-поміж основних результатів, отриманих науковцями Центру, можна відзначити побудову конкретних математичних моделей процесів транспортування і зберігання газу газотранспортною системою України, які здобули визнання фахівців ПАТ «Укртрансгаз».

Газотранспортна система (ГТС) України за своєю складністю і потужністю є другою, після російської, в Європі і третьою у світі за обсягами транзиту газу (рис. 1). Складність об’єкта характеризують такі цифри: довжина газопроводів становить 38,579 тис. км; кількість компресорних станцій ‑ 72; компресорних цехів – 110; газоперекачувальних агрегатів ‑ 702; підземних сховищ газу ‑ 12 загальною місткістю понад 30 млрд м3. При цьому, за умови сумарного надходження газу до системи в обсязі 210 млрд м3 на рік, виробничо-технологічні витрати газу на забезпечення роботи ГТС становлять близько 6,5 млрд м3 на рік, що відповідає 9% загального споживання природного газу українськими споживачами.

З наведених даних випливає, що важливою складовою підвищення загальної ефективності функціонування газотранспортної системи є рівень диспетчерського управління газовими потоками. З огляду на досвід закордонних газотранспортних компаній з впровадження та експлуатації системних програмних комплексів (Simone, Астра, Сампаг та ін.), можна зробити висновок, що їх використання у плануванні й оптимізації роботи газотранспортних систем дає можливість для значної економії енергоресурсів.

Потенціал енергозаощадження в ГТС України, пов’язаний з розробленням і впровадженням інформаційних, моделюючих, оптимізуючих і керуючих систем, є досить значним.

Отже, підвищення ефективності транспортування газу в газотранспортних мережах – це важливе науково-прикладне завдання державного значення, виконання якого значною мірою ґрунтується на побудові математичних моделей, що описують фізичні процеси у трубопроводах, газоперекачувальних агрегатах та інших об’єктах ГТС. Актуальність цього завдання істотно підвищується у зв’язку з постійним зростанням цін на первинні енергоносії.

Газодинамічні процеси в ГТС відбуваються у значних просторових і часових вимірах. Тому підхід до їх моделювання полягає в побудові і обґрунтуванні комплексу взаємопов’язаних математичних моделей об’єктів трубопровідних мереж. При цьому виникають нелінійні системи з розподіленими чи зосередженими параметрами, що залежать від багатьох чинників. Крім того, актуальною є побудова моделі всієї системи транспортування газу та розроблення ефективних, простих у реалізації і досить універсальних адаптивних швидкозбіжних методів розв’язання супутніх систем нелінійних рівнянь. Повний текст