El panorama cambiante de las operaciones de los gasoductos
Desde la calefacción de los hogares hasta la generación de electricidad y la fabricación de materiales, el gas natural es una fuente de energía en la que se confía comercialmente desde hace más de 200 años.1 Aunque los ductos siguen siendo el medio más seguro de transportar gases, el mantenimiento de las operaciones de los gasoductos ha planteado un número creciente de retos en los últimos años.
Sin embargo, la disponibilidad de la computación en la nube ha hecho posible ejecutar rápidamente complejas simulaciones de ductos, lo que ha permitido introducir el aprendizaje automático (machine learning, ML) en las redes de transporte y distribución de gas.
En el siguiente blog, nuestro Director de Desarrollo Comercial de Atmos Intelligent Optimizer (AIO), Bob Truman, analiza los siguientes retos a los que se enfrentan las operaciones de los ductos de gas y cómo el aprendizaje automático puede ofrecer oportunidades de optimización:
- Hacer frente al creciente coste de explotación de los sistemas de transporte y distribución de gas
- Gestionar los riesgos asociados a la explotación de ductos de gas
- Facilitar la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero
- Gestión del envejecimiento de las infraestructuras de ductos
- La evolución de la demanda y cómo adaptarnos
- Gestionar la complejidad de las redes de transporte y distribución de gas
El creciente costo de explotación de los sistemas de transporte y distribución de gas
Debido a la creciente complejidad y a los requisitos de explotación de los sistemas de transporte y distribución de gas, los costes de explotación están aumentando significativamente en las redes de ductos de gas, ya que los operadores hacen todo lo posible por satisfacer todas las demandas de los clientes, al tiempo que crece la necesidad de nuevas tecnologías.
Para garantizar que el sistema funciona dentro de los límites de seguridad, un software de simulación de ductos en línea como Atmos SIM proporciona una visión en tiempo real de un sistema de ductos de gas utilizando mediciones de flujo, presión y temperatura en el ducto.
Atmos Intelligent Optimizer (AIO) funciona junto con el software de simulación de ductos para ayudar a cumplir de forma fiable los requisitos contractuales de gas de los clientes de ductos. Reduce los costes de los operadores de gasoductos informando a la sala de control sobre la mejor forma de actuar en caso de incidencias planificadas o imprevistas en las redes de transporte y distribución de gas.
Gestión de los riesgos asociados a la explotación de los ductos de gas
Para garantizar la seguridad del personal, el público y el medio ambiente, es crucial que los ductos de gas funcionen dentro de los límites permitidos. No hacerlo puede tener consecuencias indeseables.
Los operadores de ductos de gas natural están sujetos a estrictos límites de presión en sus redes de ductos, que dictan una presión operativa máxima admisible (MAOP) y una presión operativa mínima admisible (LAOP).
Es habitual que la MAOP de un gasoducto moderno supere las 100 atmósferas, pero hay otros factores que deben tenerse en cuenta, como el hecho de que los gasoductos suelen funcionar en desequilibrio y rara vez alcanzan un estado estable. Además, los gasoductos suelen necesitar LAOP para cumplir los requisitos del cliente y la integridad operativa del ducto. Aunque existen márgenes razonables en los MAOP y los LAOP, la AIO formula recomendaciones para reducir el riesgo de que los ductos operen fuera de los límites permitidos, lo que a su vez garantiza la seguridad de las operaciones al tiempo que se alcanzan los requisitos del cliente..
Figura 1: Ejemplo de puntos de consigna de flujo y presión recomendados por la AIO
Facilitar la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero
Como parte de las iniciativas de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero del sector, las empresas buscan soluciones creativas y rentables. En el caso de las operaciones de ductos, una forma económica de reducir todas las emisiones es mejorar la eficiencia y reducir el consumo de energía.
Otra solución para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero es la introducción de hidrógeno en el flujo de gas. El hidrógeno no genera emisiones de gases de efecto invernadero cuando se quema, pero plantea problemas adicionales debido a su menor densidad energética que el gas natural y a la fragilización del hidrógeno. Los operadores deberán tener en cuenta estas diferencias a la hora de gestionar sus sistemas de ductos.
Los programas informáticos de simulación de gasoductos ayudarán a los operadores a modelizar rápidamente el comportamiento de las distintas mezclas de hidrógeno, gestionar la capacidad de la red y controlar la calidad del gas en todo el sistema de ductos.
Al tiempo que gestionan una mayor flexibilidad en el suministro y la entrega a los clientes, se espera que las redes de gasoductos maximicen su capacidad. Esto plantea un reto durante la introducción del hidrógeno y las mezclas de hidrógeno, ya que la capacidad máxima se reduce a medida que aumentan las concentraciones de hidrógeno en una red de gas natural.
Figura 2: Capacidad máxima de mezcla de hidrógeno calculada por Atmos SIM (rojo 0%, verde 10%, azul 25% y naranja 50%) en un ejemplo de red de ductos
En los gasoductos operativos, AIO puede utilizarse para optimizar el uso de la capacidad de los ductos a medida que se introducen diferentes cantidades de hidrógeno. Produce un plan operativo que incluye los valores de consigna de flujo y presión en todos los controladores.
El software de simulación también puede utilizarse para detectar y localizar fugas en los ductos y minimizar la liberación de gas, reduciendo así las emisiones de gases de efecto invernadero..
Gestionando el envejecimiento de las infraestructuras de ductos
Al igual que ocurre con los ductos que transportan cualquier fluido, los gasoductos inevitablemente llegarán a su periodo de desgaste, un punto del ciclo de vida de un ducto en el que puede considerarse que "envejece". Los ductos de gas que llegan a este punto se caracterizan normalmente por un aumento de los incidentes, como fugas y roturas, y suelen mostrar signos más graves de corrosión.2
Figura 3: Visualización de la curva de bañera, utilizada para definir la fiabilidad de un producto
Atmos Intelligent Optimizer puede ayudar a reducir la volatilidad operativa para que haya menos tensión en la infraestructura de un ducto envejecido. Su generación automática de un plan operativo óptimo y procesable cada día crea puntos de ajuste para el flujo, la presión y el equipo, garantizando el uso más inteligente de una red de gasoductos y creando menos riesgo de acelerar el envejecimiento de los ductos.
La evolución de la demanda y cómo adaptarnosdaptación a la evolución de la demanda
Las redes de gasoductos actuales pueden tener miles de kilómetros de longitud y muchos puntos de entrega. La demanda en los ductos cambia constantemente y los cargadores insisten en una mayor flexibilidad intradiaria en la nominación y el volumen. También puede haber diferencias entre los flujos horarios de demanda programados y los reales. Es responsabilidad del operador del ducto introducir cambios operativos para hacer frente a las frecuentes variaciones de la demanda, al tiempo que opera con la mayor eficiencia posible.
El AIO es esencialmente un experto en la sala de control, que garantiza que el operador del ducto de gas tenga toda la información para satisfacer la demanda cambiante y gestionar el flujo, la presión y la composición de la mezcla de gas en condiciones operativas variables.
Complejidad de las redes de transporte y distribución de gas
Las redes de gas son complejas, con muchos componentes, limitaciones y demandas, lo que hace difícil, incluso para el operador de ductos más experimentado, saber cuál es la mejor línea de actuación cuando se producen múltiples cambios en el sistema. Por ejemplo, podría haber un cambio en la carga de generación de energía prevista para la tarde siguiente, mientras que varios compresores que normalmente se utilizan para servir a la carga están fuera de servicio. Podría haber varias soluciones disponibles, pero ¿cuál es la mejor?
Para una red compleja con múltiples estaciones de compresión y muchos puntos de entrega, AIO permite a los operadores de gasoductos beneficiarse de un plan óptimo junto con un perfil de presión detallado para cada sección de la red de ductos. Por ejemplo, la figura 4 representa un ducto de transporte de gas de 548 millas a través de tres países de Europa en el que se puede conseguir un ahorro energético del 5%, lo que supone un ahorro de 5 millones de dólares a 56 dólares por MWh al año.
Figura 4: Consumo de energía del compresor calculado por AIO (amarillo) comparado con datos históricos (verde)
Machine learning es el futuro de las operaciones óptimas de los ductos de gas
Aunque la explotación de un ducto de gas plantea una serie de retos, el aprendizaje automático con soluciones de software de simulación como AIO será lo que permita a los operadores de ductos de gas minimizar los costes energéticos al tiempo que satisfacen todas las demandas de los clientes o maximizan las ventas de gas y evitan infringir las restricciones operativas.
Referencias
1 https://www.apga.org/apgamainsite/aboutus/facts/history-of-natural-gas