Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы и перспективы организации производств по сжижению природного газа 10
1.1. Обзор развития производств по сжижению природного газа 10
1.2. Российские проекты по созданию производств СПГ 14
1.3. Технологические и конструктивные особенности производства, хранения и отгрузки СПГ 17
1.4. Особенности проектирования СПГ-производств в условиях Арктики 40
1.5. Автоматизированная система управления процессом отгрузки СПГ 46
1.6. Выводы по главе 1 53
Глава 2. Разработка модели функционирования систем хранения и отгрузки промышленного комплекса по сжижению природного газа 54
2.1. Основные параметры модели 55
2.2. Определение оптимального размера партии 62
2.3. Выбор параметров резервуарных парков 65
2.4. Выводы по главе 2 68
Глава 3. Регулирование производственной мощности промышленного комплекса по сжижению природного газа с использованием модели нечеткого управления 69
3.1. Основные положения теории нечетких множеств 69
3.2. Основы нечеткой логики и системы нечеткого вывода 73
3.3. Создание модели управления производственной мощностью промышленного комплекса по сжижению природного газа 81
3.4. Выводы по главе 3 83
Глава 4. Алгоритмы практической реализации моделей на примере промышленного комплекса по сжижению природного газа на полуострове Ямал 84
4.1. Моделирование изменения наличного запаса СПГ в резервуарах при различных интенсивностях отгрузки 84
4.2. Общие рекомендации по управлению производительностьюпромышленного комплекса по сжижению природного газа 90
4.2.1. Исходные данные для разработки модели 90
4.2.2. Построение базы нечетких лингвистических правил 92
4.2.3. Основные этапы нечеткого вывода 94
4.3. Выводы по главе 4 104
Выводы 106
Список сокращений 108
Приложение 110
Список литературы 120
- Технологические и конструктивные особенности производства, хранения и отгрузки СПГ
- Основные параметры модели
- Основы нечеткой логики и системы нечеткого вывода
- Моделирование изменения наличного запаса СПГ в резервуарах при различных интенсивностях отгрузки
Введение к работе
Актуальность диссертационной работы также подтверждается тем, применение предлагаемой модели нечеткого управления позволит оптимизировать издержки предприятия при наличии транспортных рисков не только для промышленного комплекса по сжижению природного газа, но и для любой другой отрасли промышленности.
Цель работы. Разработка модели управления производственной мощностью промышленного комплекса по сжижению природного газа (далее - КСПГ) в условиях нестабильной отгрузки продукции, позволяющей
і
минимизировать эксплуатационные издержки и повысить экономическую эффективность КСПГ.
Для достижения поставленной цели в диссертационном исследовании необходимо решить следующие основные задачи:
1. Анализ функционирования КСПГ и специфики отгрузки продукции;
-
Разработка модели функционирования систем хранения и отгрузки промышленного комплекса по сжижению природного газа, для определения оптимального объема резервуарного парка, количества и грузовместимости судов для перевозки СПГ;
-
Определение мероприятий по компенсации транспортных рисков и минимизации эксплуатационных издержек КСПГ;
-
Разработка модели управления производственной мощностью КСПГ для принятия управленческих решений по изменению производственной мощности, снижения издержек производства и хранения СПГ.
Научная новизна диссертации заключается в том, что на основе анализа
специфики функционирования предприятий ТЭК в арктических и
субарктических регионах России разработан новый организационно-
экономический механизм управления производственной мощностью
промышленного комплекса по сжижению природного газа, отличающийся
использованием методов имитационного и нечетко-лингвистического
моделирования для поддержки принятия управленческих решений в условиях
нестабильной отгрузки СПГ.
Научную новизну работы составляют основные научные результаты, полученные в ходе исследования лично автором:
- разработана модель функционирования систем хранения и отгрузки
промышленного комплекса по сжижению природного газа, которая
позволяет имитировать нестабильную отгрузку готовой продукции и путем
проведения многократных численных оценок изменения наличного запаса
СПГ в этой ситуации определить оптимальный объем резервуарного парка,
количество и грузовместимость судов для перевозки СПГ;
- предложена база правил систем нечеткого вывода, представляющая из себя
набор рекомендаций по изменению производственной мощности при
различных сценариях прибытия перевозящих СПГ судов под погрузку, а
также определен вид функций принадлежности входных и выходных
лингвистических переменных, в качестве которых обоснованно выбраны:
время прибытия танкера, уровень заполнения резервуаров и
производительность комплекса;
- разработана модель управления производственной мощностью
промышленного комплекса по сжижению природного газа, основанная на
теории нечетких множеств и нечеткой логике, позволяющая принимать
управленческие решения по изменению производственной мощности,
уменьшать издержки производства и хранения СПГ.
Объект исследования: промышленный комплекс по сжижению природного газа в арктических и субарктических регионах России,
исследуемый в диссертации как экономическая система ТЭК,
функционирующая в условиях нестабильной отгрузки готовой продукции.
Предмет исследования: организационно-экономические методы управления производственной мощностью промышленного комплекса по сжижению природного газа.
Область исследования. Основные научные положения диссертации соответствуют следующим пунктам паспорта ВАК Минобранауки РФ по специальности 08.00.05 «Экономика и управление народным хозяйством»: 1.1.19 Методологические и методические подходы к решению проблем в области экономики, организации управления отраслями и предприятиями топливно-энергетического комплекса; 1.1.27. Управление производственной программой в различных условиях хозяйствования подразделения организации.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанные в диссертации модели и алгоритмы расчетов могут использоваться для определения объема резервуарных парков СПГ и танкерного флота при реализации проектов по созданию СПГ-производств. Использование модели управления производственной мощностью промышленного комплекса позволяет уменьшить издержки производства и хранения СПГ.
Методология и методы исследования.
Методологическую основу составили труды отечественных и
зарубежных авторов по экономике и управлению предприятием, организации
производства, управлению запасами предприятия, теории нечетких
множеств, нечеткой логики, методы моделирования управления
производственными системами в условиях неопределенности и
транспортных рисков.
В работе использовались открытые материалы, опубликованные в общей, специальной литературе, в периодической печати, интернет-изданиях, собственные материалы автора, полученные в процессе работы над диссертацией.
Основные положения, выносимые на защиту:
разработанная для определения изменения наличного запаса СПГ в резервуарах, минимального запаса СПГ в резервуарах, оптимального количества и грузовместимости судов для перевозки СПГ, модель функционирования систем хранения и отгрузки промышленного комплекса по сжижению природного газа;
сформулированные в виде базы правил рекомендации по изменению производственной мощности промышленного комплекса по сжижению природного газа при различных сценариях прибытия перевозящих СПГ судов под погрузку;
разработанная для принятия управленческих решений по изменению производственной мощности промышленного комплекса по сжижению природного газа и снижения издержек производства и хранения СПГ модель управления производственной мощностью;
- алгоритмы практической реализации математических моделей на примере комплекса по сжижению природного газа на полуострове Ямал.
Достоверность результатов исследования подтверждается
использованными математическими методами, теорией нечетких множеств, нечеткой логики, основывается на положениях, сформулированных в исследованиях отечественных и зарубежных специалистов.
Апробация результатов. Основные положения работы докладывались
и обсуждались на Юбилейной 70-ой Международной молодежной научной
конференции «Нефть и газ 2016», Москва, 2016; на VI Всероссийской
научной конференции по организации производства (ШЕСТЫЕ
ЧАРНОВСКИЕ ЧТЕНИЯ), Москва, 2016; на научно-технических совещаниях в компании ОАО «Ямал СПГ», Москва, 2013-2016; на заседаниях кафедры оборудования нефтегазопереработки РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, Москва, 2015-2017; на заседании кафедры промышленной логистики МГТУ имени Н.Э. Баумана, Москва, 2017.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 7 научных работах, общим объемом 4,32 п.л., из них в журналах, рекомендованных ВАК РФ – 3.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка сокращений, приложения и списка литературы из 86 наименований. Диссертация содержит 127 страниц основного текста, 37 рисунков, 3 таблицы.
Технологические и конструктивные особенности производства, хранения и отгрузки СПГ
При проектирoвании комплексoв по сжижению природного газа вoзникает ряд характерных прoблем. Анализ этих прoблем показывает, что неoбычайнo важным является обoснованный выбoр параметрoв резервуарнoго парка. Они должны oпределяться на oснове расчетнoй мoдели из услoвия минимума затрат на транспoртировку и хранение СПГ, c учетом cезoнности cпрoса, параметрoв oбcлуживающегo танкернoго флoта и вoзможных чаcтoт oтгрузки.
При рассмотрении вопросов по проектированию комплексов сжижения природного газа, на наш взгляд, следует выделить следующие характерные проблемы, формирующие философию транспортных составляющих проектов: – непрерывный характер производства СПГ; – особые требования к хранению СПГ; – периодичность вывоза СПГ.
Далее детально рассмотрена каждая из проблем. Технология производства СПГ не предполагает возможность регулярных остановок комплекса. Это означает, что объем резервуаров для хранения СПГ должен быть рассчитан таким образом, чтобы избежать недогруза СПГ в танкер при работе завода на неполную мощность (в случае проведения плановых ремонтных работ, внеплановых остановках и т.д.).
С другой стороны, резервуары СПГ представляют собой сложные и дорогостоящие конструкции, их количество и вместимость должны быть рассчитаны оптимальным образом, с учетом частоты и объемов отгружаемого СПГ, а также рисков, связанных с возможной задержкой танкера. Также необходимо учитывать, что природный газ находится в сжиженном состоянии благодаря низким температурам (-1600С) и, несмотря на сложные изоляционные системы, заложенные в конструкции резервуаров, испаряется в среднем в количестве 0,1-0,15% от общего объема в сутки. Отпарной газ может направляться на повторное сжижение, либо на факельную установку, что является нерациональным решением.
Следует обратить внимание, что количество танкеров, способных работать круглогодично в ледовых условиях, ограничено, и, поэтому, существует также некоторая вероятность задержки прихода танкера в порт в запланированное время.
Продажа СПГ и ГК должна осуществляться по долгосрочным контрактам. Как правило, к моменту ввода комплекса СПГ в эксплуатацию вся добываемая продукция бывает законтрактована. В связи с этим, задержки в отгрузке СПГ на танкеры по причине отсутствия рынков сбыта продукции не учитываются.
На Рисунке 1.5 показана принципиальная схема комплекса по сжижению природного газа.
На входных сооружениях комплекса происходит сепарация, т.е. отделение от газа механических примесей, воды, метанола и конденсата. Отсепарированный газ поступает на технологические линии сжижения и последовательно проходит очистку от кислых газов и следов метанола, осушку и удаление ртути, извлечение сжиженных углеводородных газов. Далее очищенный газ поступает на предварительное охлаждение и сжижение.
Комплексы по производству СПГ также включают в себя установки фракционирования сжиженных углеводородных газов, резервуарные парки хранения СПГ, стабильного газового конденсата, нефти и хладагентов, электростанции, общезаводские инженерные системы и факельные установки.
В условиях Арктики потребуется меньшее количество удельной энергии на сжижение газа, следовательно, объем производства СПГ будет выше, чем в проектах, использующих аналогичное оборудование и расположенных в южных широтах. Линии производства СПГ обладают фиксированной производственной мощностью.
Плановые ремонтно-профилактические работы занимают не более 35-45 дней, с повторением обслуживания каждые 3 года для каждой технологической линии.
Существуют различные технологические и конструктивные варианты хранения сжиженных газов.
Первый вариант – хранение в горизонтальных или шаровых резервуарах под давлением и при температуре не выше + 50 С.
Второй вариант – возможен при пониженном давлении. Реализуется созданием подземных, надземных, передвижных резервуаров. Также используются искусственно создаваемые пустоты под землей.
Третий вариант – изотермический способ хранения, Сжиженный газ хранится при небольшом избыточном давлении и температуре, близкой к температуре насыщения при данном давлении. Данный вариант реализуется при использовании подземных льдогрунтовых хранилищ или в подземных и надземных резервуарах.
Третий вариант является самым предпочтительным вариантом для хранения больших объемов СПГ. Наибольшее распространение в мире получили надземные вертикальные изотермические резервуары. Классификация изотермических резервуаров хранения СПГ приведена на Рисунке 1.6.
После заполнения резервуара хранения СПГ (рабочая емкость заполнена на 100%), подача СПГ с технологической линии по в этот резервуар прекращается. Технологическая линия производства СПГ ищет другой резервуар хранения для заполнения. В случае если такой резервуар не находится, то:
– сначала на технологической линии уменьшается произвoдство, резервуар заполняется до уровня LAHH (используется дополнительная емкость), в этом случае скорость заполнения сокращается в два раза по сравнению с мощностью технологической линии;
– в дальнейшем производство на линии прекращается;
– технолoгическая линия может быть запущена повторно пoсле того, как уровень СПГ в резервуаре хранения СПГ снижается ниже уровня «повторного запуска». Данный уровень «повторного запуска» находится ниже уровня LAH. Выделяются следующие правила заполнения резервуаров:
1. Дoпускается, что все резервуары хранения СПГ запoлняются и опустошаются равномерно.
2. Резервуары хранения СПГ могут заполняться с одной или нескольких технологических линий одновременно.
3. Производительность технологических линий СПГ является постоянной (100% производства) или нулевой.
Считается, что испарение происходит постоянно, с одинаковой скоростью. Это является некоторым упрощением, в связи с тем, что темпы появления отпарного газа (BOG) будут варьироваться в зависимости от разных режимов работы. Поэтому показатель возникновения отпарного газа принимает усредненное значение.
Влияние испарения можно показать на примере: если резервуар хранения СПГ объемом 150 000 м3 не используется, то через 100 дней (150 000 / 1500 = 100 дней) резервуар опустошается полностью.
Сооружения хранения и отгрузки СПГ работают в двух режимах: – режим хранения, при котором осуществляется рециркуляция СПГ от резервуаров хранения к причалу и обратно в резервуары хранения по рециркуляционным линиям насосов отгрузки СПГ. Этот процесс способствует поддержанию криогенной температуры во всех трубопроводах.
– режим отгрузки – отгрузка СПГ с определенной скоростью из резервуаров хранения в танкеры СПГ по линиям отгрузки.
В обoих режимах в резервуары хранения пoстоянно поступает прoдукт СПГ с технолoгических линий.
Все отпарные газы (ОГ), oбразующиеся в трубoпроводах и резервуарах хранения СПГ, и избытoчные пары, вoзвращаемые с операций oтгрузки (при наличии), кoмпримируются и направляются в систему тoпливного газа.
Рабочее давление резервуаров хранения СПГ составляет приблизительно 5 кПа изб. Рабочее давление контролируется, главным образом, компрессорами отпарного газа. При повышении давления производится сдувка паров из резервуара на факел отпарного газа.
Основные параметры модели
При проектировании комплексов по сжижению природного газа возникают характерные проблемы, изложенные в главе 1 настоящей работы. Эти проблемы связаны с постоянным характером производства, особыми требованиями к хранению и периодичностью вывоза сжиженного природного газа (СПГ). Анализ проблем показал, что необычайно важным является обоснованный выбор технологических параметров систем хранения и транспортировки СПГ.
Для определения конфигурации резервуарного парка хранения СПГ и танкерного флота для его транспортировки требуется разработка специализированной модели. В данной главе предложена разработка модели функционирования систем хранения и отгрузки комплекса по сжижению природного газа.
Арктические и субарктические регионы России тяготеют к созданию комплексов по сжижению природного газа. Капитальные и эксплуатационные затраты, относящиеся к объектам технологии сжижения и хранения газа, для этих регионов будут существенно ниже по сравнению со странами с жарким климатом. Также одним из преимуществ холодного климата является сокращение расхода газа на сжижение - в условиях Арктики потребуется меньшее количество удельной энергии на его сжижение. Использование северного морского пути значительно снижает расходы на транспортировку СПГ на рынки азиатско-тихоокеанского региона (АТР).
В данной главе разработана модель функционирования систем хранения и отгрузки комплекса по сжижению газа, на основе которой можно произвести расчет оптимального объема резервуарного парка СПГ, изменения наличного запаса СПГ в резервуарах, минимального запаса СПГ в резервуарах, оптимального количества и грузовместимости судов для перевозки СПГ.
Основным параметром модели является время оборачиваемости судна (ВОС). Под показателем оборачиваемости судна подразумевается время, которое требуется одному танкеру для прохождения от района ожидания до порта, швартовки у причала, погрузки СПГ, отхода от причала и прохождения назад до района ожидания.
В теории показатель оборачиваемости означает время, которое необходимо танкеру для прохождения всего цикла, при условии отсутствия времени ожидания (теоретический показатель зависит от скорости судна, которая зависит от ледовых условий во время навигации судна).
Под фактическим показателем ВОС подразумевается теоретический показатель + время, затраченное судном на ожидание (ожидание хорошей погоды, ледокольного сопровождения (в случае тяжелых ледовых условий), готовности причала или канала и т.д.) + задержки в ходе погрузки (например, из-за поломки стендера или из-за вынужденного отплытия с частичным грузом).
При создании модели учитывался ряд правил судоходства по фарватеру Обской губы. В базовых сценариях для ожидания используется район ожидания № 1. Допускается также использование района ожидания № 2.
СПГ-танкер приходит из открытого моря в район ожидания № 1, далее принимается решение о том, может ли СПГ-танкер проследовать к причалу. Фарватер от района ожидания № 1 до причала разделен на три сегмента S1 , S2 , S3 После получения разрешения судно проходит поочередно все сегменты до причала.
На причале проводятся операции по отгрузке СПГ, и по завершении отгрузки принимается решение о том, может ли СПГ-танкер покинуть причал и выйти в открытое море.
Перед тем, как танкер получит разрешение проследовать к одному из причалов, необходимо провести несколько проверок:
наличие продукта в хранилищах – в резервуарах СПГ должно быть достаточное количество СПГ, прежде чем танкер сможет выдвинуться к причалу;
готовность причала - причал должен быть готов к принятию танкера. Причал считается занятым, если судно уже пришвартовалось к нему, либо совершает маневры для подхода;
канал - уходящие суда имеют приоритет перед прибывающими. Входящие суда рядом с районом ожидания № 1 могут запросить прохождение сегмента S1 (см. Рисунок 1.4, Рисунок 2.2) при условии, что это не вызовет задержки уходящих судов. Такая задержка будет возникать из-за ограничений при пересечении курсов. Фактически, это означает, что прибывающему судну необходимо прогнозировать свое время прохождения в порт с учетом времени выхода из порта отходящего судна.
Наличие льда в судоходном канале является фактором, снижающим скорость танкера СПГ при прохождении акватории (в зависимости от состояния ледовой обстановки), что в свою очередь ведет к увеличению времени следования.
Таким образом, для каждого сегмента определены различные правила судоходства: в сегментах S1 и S3 пересекающееся судно недопустимо.
в сегменте S2 пересечение курсов допускается.
в сегментах S1 и S2 в одном направлении одновременно могут следовать несколько судов. Для сегмента S3 это является недопустимым.
Одним показателей эффективности работы любого перегрузочного терминала является коэффициент занятости причалов. Расчет коэффициента занятости причалов характеризует использование причала по времени в процессе обработки судов.
Коэффициент определяется как доля рабочего времени Т в плановом бюджете времени причала Тб
Основы нечеткой логики и системы нечеткого вывода
Основным понятием нечеткой логики является понятие элементарного нечеткого высказывания. Таким высказыванием называется последовательное предложение, выражающее законченную мысль, относительно которой мы можем судить об ее истинности или ложности только с некоторой степенью уверенности.
В число основных логических операций с нечеткими высказываниями входят логическое отрицание нечетких высказываний, логическая конъюнкция нечетких высказываний, логическая дизъюнкция нечетких высказываний, нечеткая импликация, нечеткая эквивалентность. Остановимся более подробно на логической конъюнкции и дизъюнкции.
Конъюнкцией нечетких высказываний А и В называется логическая операция, степень истинности которой определяется следующим образом:
ju{A лB) = xmn{ju{A);ju{B)},
где
ju(A) - степень истинности высказывания А;
ju(B) - степень истинности высказывания В.
Логическую конъюнкцию также называют нечетким логическим «И».
Дизъюнкцией нечетких высказываний А и В называется операция, истинность которой определяется по формуле:
ju{A wB) = тах{фО;//(Я)} Логическую дизъюнкцию также называют нечетким логическим «ИЛИ». Под правилом нечеткой продукции понимается выражение (i):Q;P.A B,S,F,N,
где
О - имя нечеткой продукции;
Q - сфера применения нечеткой продукции;
Р - условие применимости ядра нечеткой продукции;
А В - ядро нечеткой продукции;
А - условие ядра (антецедент);
В - заключение ядра (консеквент);
« = » - знак логического следования;
S - метод определения степени истинности заключения ядра;
F - коэффициент определенности нечеткой продукции;
N - постусловия продукции.
Ядро продукции записывается в форме «ЕСЛИ А, ТО В» (IF A, THEN В), где А и В - нечеткие выражения.
Система нечетких правил представляет собой согласованное множество отдельных нечетких правил в форме «ЕСЛИ А , ТО В».
Процесс нечеткого вывода представляет собой алгоритм получения нечетких заключений на основе нечетких условий. Алгоритм включает в себя ряд этапов, реализация которых выполняется с помощью основных положений нечеткой логики.
Информацией, которая поступает на вход системы нечеткого вывода, являются определенные входные переменные, соответствующие реальным переменным процесса управления. По результатам нечеткого вывода формируются выходные переменные.
Основными этапами нечеткого вывода являются:
– формирование базы правил систем нечеткого вывода; – фаззификация входных переменных;
– агрегирование подусловий в нечетких правилах продукций; – активизация подзаключений нечетких правил продукций.
База правил систем нечеткого вывода предназначена для формального представления эмпирических знаний или знаний экспертов в той или иной проблемной области. В системе нечеткого вывода используются правила, в которых условия и заключения сформулированы в терминах нечетких лингвистических высказываний.
В качестве одной из предпосылок возникновения идеи нечеткого множества выдвигается так называемый принцип несовместимости, который заключается в том, что с увеличением размеров и сложности системы существенно усложняется ее моделирование с помощью известных математических выражений. Другими словами, при использовании формул существенно возрастает число переменных и определение параметров сильно затрудняется. Создание полностью адекватной модели становится практически невозможным. Вместо этого, предлагается лингвистическая модель, которая использует не математические выражения, а слова, отражающие качество. Применение этих слов не обеспечивает такую же точность, какой обладают математические модели, но дает возможность создать хорошую, качественную модель системы. Вместо того, чтобы выстраивать цепочку числовых значений, оператор проводит нечеткие границы типа «значительная задержка танкера», «высокий уровень заполнения резервуаров» и т.п., используя качественную оценку. Благодаря применению нечетких слов можно легко представить случаи с неполными данными.
Таким образом, модель нечеткого управления, используя качественную оценку ситуации, позволяет получить решение в виде количественной оценки.
Выделяются четыре способа составления правил нечеткого управления:
1. на основе опыта и знаний эксперта;
2. путем создания модели действий оператора;
3. путем обучения;
4. на основе нечеткой модели оборудования.
Способ 1 аналогичен способу создания экспертной системы: в словесном виде извлекается опыт квалифицированного оператора и знания инженера по управлению. Данная информация обобщается в виде правил нечеткого управления в форме «если то».
Способ 2 используется, когда от экспертов не удается получить правила в словесном выражении, в частности, когда оператор запоминает манипуляции, например в виде движения рук, но представить их на языковом уровне затрудняется. Но даже в этом случае, если действия оператора можно смоделировать в форме «если то», их можно непосредственно использовать в качестве правил управления.
Способ 3 применяется в случаях, когда можно провести эксперимент на реальном оборудовании или существует возможность создания модели оборудования. Правила нечеткого управления можно формировать путем обучения, начиная с ситуации, когда еще нет ни одного правила, либо в соответствии с изменением среды постепенно улучшать за счет обучения (поэтому можно не привлекать экспертов).
Способ 4 используется в случаях, когда предполагается создание нечеткой модели оборудования. Если при этом модель создается в форме «если то», правила нечеткого управления легко выводятся теоретически исходя из целей управления и модели оборудования.
Для формирования базы правил систем нечеткого вывода необходимо предварительно определить входные и выходные лингвистические переменные. В качестве первой из входных лингвистических переменных следует использовать «время прибытия танкера» - Д, в качестве второй входной лингвистической переменной - «уровень заполнения резервуарного парка» - , а в качестве третьей входной переменной - «сезонные условия» - рг.
Моделирование изменения наличного запаса СПГ в резервуарах при различных интенсивностях отгрузки
Применим модель, разработанную и описанную в главе 2 настоящей работы, для проекта по освоению Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения. В модели рассмотрены сценарии изменения наличного запаса СПГ в резервуарах для летнего и зимнего сезона. В зависимости от суровости зимнего сезона (толщины льда) выделены случаи мягкой, средней и суровой зимы.
Исходные данные, использованные в модели, представлены в Таблице 2 и Таблице 3.
Для целей моделирования, поскольку в действительности СПГ-танкер прибывает с небольшим остатком, за рабочий вариант принимается прибытие СПГ-танкера без остатка в танках, но при этом заполнение идет только на 97,5% от полной емкости.
По результатам расчетов было обнаружено значительное превышение допустимых значений изменения наличного запаса СПГ за время оборачиваемости одного танкера. Так, изменение наличного запаса СПГ за время оборачиваемости одного танкера в зимний сезон для сценариев
- мягкой зимы составило Амягзим=9558м3 / рейс ;
- средней зимы составило Асрзим = 24525м3/рейс;
- суровой зимы составило Дсурзим = 50469м3/рейс .
Изменение наличного запаса СПГ за время оборачиваемости одного танкера в летний сезон составило Алет = -20377м3/рейс.
При пересчете в стоимостные показатели (исходя из стоимости природного газа, равной 250 долл. США за 1000 м3):
- для мягкой зимы Амягзим = 1433700долл.США/ рейс;
- средней зимы Асрзим =3678750долл.США/рейс;
- суровой зимы Асурзим=7570350долл.США/рейс;
- летнего сезона Алт=-3056550долл.США/рейс.
Результаты расчетов представлены в графическом виде на Рисунке 4.1.
Используя выражения (2) и (3) и полученные фактические значения интенсивности изменения наличного запаса в резервуарном парке, рассчитаем количество судов, после обработки которых резервуарный парк будет полностью заполнен (для зимних сезонов) / полностью опустошен (для летних сезонов).
Полученный расчет показал, что резервуарный парк будет полностью заполнен через 62 рейса – для сценария мягкой зимы, 24 рейса – для сценария средней зимы, 12 рейсов - для сценария суровой зимы, и полностью пустым через 31 рейс - для летнего сезона.
Результаты выполненных расчетов показывают перепроизводство СПГ в зимний период, что приводит к необходимости принудительного выпаривания СПГ и направления его на факел. В летний период создается дефицит СПГ, что может привести к срыву установленных сроков поставки продукта покупателю и, возможно, к штрафным санкциям.
Рассмотрены варианты решения изложенной проблемы.
Одним из вариантов является увеличение габаритов резервуарного парка.
Максимальный объем резервуарного парка должен определяться как максимальное значение двух выражений: V = max
Для унификации решения в дальнейших расчетах модели сценарии мягких и суровых зим не рассматриваются.
Для годового цикла «средняя зима - лето» максимальный объем резервуарного парка составляет 4 209 250 м3. Создание резервуарного парка подобных габаритов не совместимо с реальностью и показывает абсурдность данного варианта.
Соблюдение допустимых значений изменения наличного запаса СПГ за время оборачиваемости одного танкера, как уже было сказано ранее, возможно за счет увеличения грузовместимости танкеров, либо увеличения количества обрабатываемых танкеров для зимнего периода и использования танкеров с меньшей грузовместимостью для летнего периода.
Для лимитированного перепроизводства СПГ при сценарии средней зимы оптимально использование танкеров грузовместимостью 205 000 м3. Изменение наличного запаса СПГ за время оборачиваемости одного танкера для сценариев средней зимы составит Асрзим = 3260м3/рейс [Асрзим].
Для лимитированного перепроизводства СПГ в летние сезоны оптимально использование танкеров грузовместимостью 150 000 м3. Изменение наличного запаса СПГ за время оборачиваемости одного танкера составит Алет=-7401м 3 рейс [Длет].
Еще одним вариантом оптимизации транспортной составляющей проекта является увеличение количества обрабатываемых танкеров, что также позволит выдержать производство СПГ в лимитированных пределах.
Так, при генерации в сегменте S1 одновременно двух танкеров под каждую пятую отгрузку, изменение наличного запаса в резервуарном парке будет выглядеть следующим образом.