【天然气之夜】发展管网模拟仿真技术，推进“互联网+”智慧能源（超有料）
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编者按：3月3日晚上，“天然气行业微信群”开展了第三十二期“天然气之夜”空中论坛。我们特别邀请到深圳市爱路恩济能源技术公司的曹北斗总经理，举行一次“推进互联网+智慧能源发展下之管网模拟仿真技术”的主题交流，论坛由彭知军主持，讨论记录由张海洋整理。
【嘉宾介绍】
曹北斗先生，深圳市爱路恩济能源技术有限公司创始人、总经理，硕士学位，曾任城市燃气大型集团公司，从事燃气供应工作十余年，曾参与国家、行业规范制定及企业标准编制，对城市管道燃气、LPG、LNG的运营管理有较丰富的工作经验。现其管网模拟仿真系统已在国内北京燃气、上海燃气、南京港华等大型城市燃气管网应用。
【论坛实录】
一、管网仿真定义
通过模型反映管网的实际工况变化，他提供的数据不可在其他系统得到，可为管网优化、生产调度、安全预案、气源采购、市场客户发展提供操作性依据和决策依据。
二、管网现状介绍
1、前期在群里发了博燃网的访谈，里面比较系统地介绍了管网模拟仿真的意义和基础情况，我在这里就不累述了。
2、去年，依据我们过去同城市燃气公司沟通经验来看，管网模拟仿真与水力计算的差异是最普遍的问题，尤其与设计院应用的水力计算有许多认识误区。
3、在国外欧美，燃气产业链是没有设计院这个环节的，我们的设计院更多地来自于我们过去计划经济的业态。
4、设计院由于受没有城市燃气公司的数据，所以设计更多地应用水力计算软件去计算待建的支线管网，而没有办法考虑计算新建管网、开口位置等对现有整体管网的影响。
5、我们城市燃气几十年来一直自己在私接乱改，造成不断附加的管网和设施形成了输配瓶颈。
三、认识
1、我们现在的运营系统，更多地是依据管网极端地反应显现，来感受和分析管网究竟是什么情况。近期，我们有了GIS、SCADA 系统，这些我们定义为感知系统，也是智能管网中智能的部分，能感知状态，但不知因。管网仿真，就是帮助分析、模拟，再寻求、确定最优的解决方案。我们去年年底为深圳燃气做了高压、次高压的模型搭建和分析，现在正在着手做她们的中压管网。
2、我们城市燃气近十余年伴着城市化发展，正在从投资拉动的增长向精细化管理增长转变，在这个变革期中，我们燃气公司也必将从过去的计划运营模式向市场发展模式转变，也就是与欧美上百年的燃气公司一样殊途同归。
3、城市燃气内部的业务量、管理链太长了，靠轮回制去发展技术的，近期更多燃气公司创了日供气新高，现在更重视管网的负荷能力了。
4、我也特别理解城市燃气的苦衷，过去更多的思考都受上游气源的限制不得不思虑，现在包括陆基的LNG和海基的LNG的多气源，使他们愿意发展市场发展客户，也正在关注管网负荷能力、输配能力，正在寻求解决方案。
四、互动部分
1、目前，两桶油对于scade的系统利用案例多么？
两桶油加中海油具有非常好的系统，这主要是他们的建设是一次性总体建设，更多地按国际标准在设计阶段就考虑未来运营问题，所以他们可以为未来的运营投资建设系统；
二我们城市燃气是历经几十年累计建设的，在系统建设上和管网是不停附加过程，落后是必然的。我们中国的SCADA 系统已经比欧美上百年的企业好多了，但我们数据没有处理的话，这么大量的采集就失去了意义，不分析的数据采集就是耍流氓。
网友观点：1、其实国内很多设计院，燃气公司都没有认识到管网模拟重要性，算管网运行负荷能力也细算，敷衍了；2、我曾经去中石化跑开口，对方建议我们上scade系统替代传统的分输站，我觉得上游对于scade系统是认可的。
网友观点：1、目前只是在大量屯集数据，但没有以应用为目的利用，大量数据还要占用存储空间；2、上游和城市燃气scada系统的理解和用途是不一样的，我们城市燃气对用户的关注度在下降。
2、多大规模的城市适合管网仿真技术？如果逐步城际联网，数据开源是个问题？很多人觉得，大规模的城燃才需要这个？
应用不论大小，主要看数据和需求迫切性。从您说的适合这个词来说，越大越复杂的管网越迫切，同时，大型城市燃气的数据和技术力量也能够支持应用。
其实，管网模型是个必要工具，在欧美有了近二十年的应用，那怕在很稳定的管网，也能在管网设施退役评估提供帮助。
管网模拟仿真是众多工业过程、流程管理的一部分，不仅仅在生产领域，在军事领域也是最大的应用，我们中国军队在这部分近几年已经进入了先进行列。当下城燃没有重视这一块，还是各自为阵，赚眼前的。现有的图纸都不准确。现在城市燃气工程收入在降低、增量多在现有管网增加，创造新的利润来源和利润管理倒逼他们重视管网、重视管网效率。
我去华盛顿燃气，他们更换一个阀门为120美金，通过模型的计算来决定退役或更换，每年几万个阀门到期，他们就在此每年就可节约上百万美金。这就是精细化运营要求下的，最小应用价值。
网友观点：
管网模拟工程太大，城燃我没接触，我以前一直在上游，我想也是殊途同归，油气生产管道也曾经想搞这个，可以到随时监测，但是投入太大，油气田公司后来就没做了，只是小范围局部做了！
希望中国早日更强大更信息化，智能化，可预防。
不知道对否，用户多峰谷差大的城市，城际用户对气量没有控制，意义不大；
网友观点：把燃气公司挖沟的工人都留下来搞巡查，正确认识并重视地下管网设施数据的价值。在城市各类地下管道事故频发的背景下，我们必须重新审视地下管道设施的管理，正确认识并重视对它们的数据搜集、整理、存数和管理。管网模拟主要是数据收集、分析、过滤、赋权之后建模。
网友观点：城市燃气的数据现在必须要做，而且有的是抢修性的，现在不做，未来那些老施工的人员都离世时，更需要花费上千万的去探测。
网友观点：正确认识并重视地下管道设施数据的价值。在不久前发生的天津滨海“8·12”大爆炸事故中，应急处置和事故救援中面临着的一个重大威胁就是危险化学品的信息缺失，有哪些危化品，数量有多少，放在哪里……，这些关键信息都不清楚，给应急救援工作带来了重大损失。事实上，在2013年“11·22”事故中也存在类似的问题，即地下管道及相关的设施，如排水暗渠。
在城市各类地下管道事故频发的背景下，我们必须重新审视地下管道设施的管理，正确认识并重视对它们的数据搜集、整理、存储和管理。
【相关链接】管网模拟仿真将给城市燃气带来持续性经济效益（节选）
（全文请查询2015年12月3日“讯腾博燃资讯”微信公众号）
博燃网编辑：城市燃气信息化目前在行业发展非常迅速，管网模拟仿真技术能为客户带来什么样的价值？
曹北斗：目前，城市燃气发展正经历变革期，从投资带动的粗犷型管理发展到精细化管理。目前城市燃气管理中规划设计、市场发展、生产调度、应急抢险，包括IT建设里的信息孤岛、系统相连、大量的数据处理分析等方面存在问题，管网模拟仿真系统针对性地解决了这些问题，并能给城市燃气带来巨大的价值。
分门别类来讲，管网模拟仿真技术能在市场发展、气源采购、输配计划、管网优化、应急抢险预案、人才培养等方面为燃气公司提供支持。
市场发展——随着城市化的发展进程，城市燃气在这十年获得巨大发展。随着房地产开发、工商业客户投资带来增量，管网延伸进入新的区域，收入模式以工程收入作为支撑。现在，城市化进程慢下来，GDP增量只有7%，未来数据可能还会有波动，城市化进程停止，城市燃气赚取利润需要通过精细化管理来提升自身的售气量和价差。
目前，城市燃气迎来新发展机遇，国家鼓励清洁能源的发展，油改气、煤改气项目得到重视，居民，工商业客户对清洁能源的需求，都会在现有管网里形成增量，需要城市管网增加负荷能力。
而当前情况是，城市燃气对自身资产状态和能力认识不足，不了解管网负荷能力。这是有历史原因的，城市燃气在不断发展过程中，已经至少积累了四五十年历史甚至更久，由于历史的原因，城市燃气规划无序进行，尤其在干线管网上，这就形成输配瓶颈和水利平衡差异。我们在和大中城市客户沟通中，几乎都能看到输配带来的问题。如果现在发展油改气、煤改气，增量要提高，必须打通输配瓶颈，优化管网能力，能够在稳态计算、瞬态计算中，提高管网系统输配能力。以前这个工作更多依赖设计院去做，但是这种方式有两个弊端，一是没有强大的管网模拟仿真系统，只有小型的水力计算软件辅助。二是缺乏管网数据和工况数据不能做整个管网模型，因为这个数据存在于城市燃气本身。设计院没有能力帮助城市燃气解决迫切需求解决的问题所以城市燃气对管网模拟仿真系统有迫切需要。
气源采购——国内有西气东输一二线及延长线、川气东送、陆基LNG调峰、海路LNG调峰等来源，在多气源情况下，燃气公司如何最大化采购低价气源，这是一个课题。合理的气源规划需要系统计算出燃气需求量、门站覆盖范围、峰值、增量最大值等。
输配方案——市场发展、上游气源采购供给的计划性，加在一起，可以打造城市燃气供应链管理系统，进而可以做输配方案，管网模拟仿真系统重点关注管网营运状态的管理。
如SCADA只关注目前管网一些关键点的状态，但是状态如何产生，未来会怎样发展，如何改善，缺乏分析工具，我们实际需要瞬态分析和时间所有相关的坐标，如年、季度、月、周、天的分析，也可以估算高峰、低谷这些峰值变化带来的市场需求、管网负荷能力，然后加上碰口作业、管网及设备的增减，综合起来做系统方案。
对比国外经验，国外的生产调度方案，通过模型的搭建和分析指导未来管网发展趋势，制定周、月、季度计划，包括气源采购、输配计划、调压计划、停气复供计划、应急抢险计划。
如果燃气公司采用管网模拟仿真系统，目前城市燃气存在很多的问题，如耗巨资购入高端设备却得不到很好的利用（如很多调压器使用一年也不根据峰谷值调整，因为没有数据支撑）。如输差，城市燃气一直在高压力运营，为了进一步提高管网运营能力，要进一步提高压力。出现这个情况，一是上游门站的压力是40公斤左右，输配的动力是零成本的，在这种情况下，燃气公司更愿意高压力运营，但是缺点是有更多的输差和安全隐患，以及缩短资产尤其管网设备的生命周期。
我们最大的课题是希望降下来城市管网的压力，管网模拟仿真系统可以做到根据峰谷值调整输差。现在城市燃气的输差在2%左右，我国大概一年接近于数千亿方的输配量，即使改善20%的输差，一年下来也是几十个亿的价值，对于小城市燃气公司，也是几十万上百万的收益，同时，大幅减少安全隐患。
输配计划产生后，咱们接着讲管网优化。
管网优化——管网优化需要大量的计算，在压降、流速增加的地方去做改善，这个针对性的改善会节约巨大的投资，这和新建管网模式不一样。依据现有管网做分析计算，需要庞大的系统。大部分管网，例如地级市一般都拥有上千公里的管网，有十余万个节点，需要系统支持的运算。我们曾经做过欧盟所有国家的负荷分析，节点数为270万个。
还有人才培养和应急抢险，是目前城市燃气各种信息化系统中缺乏的。
人才培养——城市燃气缺乏对新时代人员的培养，尤其在生产、运营体系中，以前的模式为师傅带徒弟，人员在通过对管网系统熟悉的过程中逐渐成长，但是这需要十年甚至三十年的时间，有历史的企业，现在很多中层高层都在50岁左右，对管网应知能力得到提高，但是对管网没有科学的认识。我们需要培养一代新人，需要像培养飞行员一样的去培养燃气人才，虚拟系统能模拟管网人员调度、生产调度、应急抢险训练系统，了解市场发展空间，管网模式，包括未来优化分析如何去做，进而能够带动行业培养、考核人才。
应急抢险预案——燃气行业比较特殊，安全是重中之重，国内如北燃、港华等龙头企业都把安全放到第一位。目前行业内对安全的认知，更多是对安全隐患的分级，包括对燃气事故等级的划分，但是发生事故的是管网系统，当发生安全隐患或者事故的时候，应急预案应该投入什么力量，如何关闭区域及不受影响的区域是什么状态，需要系统做各种模拟，如上游气站减少50%的供应量会怎样，中压管网破裂会怎样，调压器出现故障，阀门关闭会怎样等等，都可以做量化分析，管网模拟仿真系统知道怎样把灾害减少到最小，不会有二次灾害、三次灾害产生。
管网模拟仿真系统立足行业十年信息化发展的基础，有机整合了GIS系统、SCADA系统及客户管理系统。
过去的信息化系统针对信息采集，GIS系统建立整个管网的电子文档，SCADA系统展示管网的节点尤其是关键节点工况数据，客户管理系统针对抄收、安检、客户信息档案管理，采集大量客户数据，包括用气量、客户类型、客户所在区域等。
严格来讲，这些都属于数据采集，是感知层，给前线员工操作提供支持应用：GIS系统给管网维护人员进行管网维护，SCADA系统给生产调度人员使用，没有一套系统针对决策者，如何使管网运营能力提升，如何投资提高管网能力，如何对市场发展提供数据支持，目前没有系统可以提供支持。
管网模拟仿真可以针对以上各方面提供数据支持和分析，如管网改造、升级、生命周期、市场拓展，气源采购、门站调压站设置等等，这种分析结果能对管理层，提供决策参考和依据。
从经济效益上讲，管网模拟仿真能够给城市燃气带来持续性的经济效益。美国经验投入与产出比为1:3，包括系统建设、人员管理和模型维护。