Kráľovná vied v službách plynárov
9. 5. 2008 | videné 2282-krát
Matematický ústav SAV s úspechom rieši problémy vznikajúce pri tranzitnej preprave plynu na Slovensku i v zahraničí.
Na tlačovej besede dňa 24. apríla 2008 informovali zástupcovia Matematického ústavu SAV médiá o zaujímavých aplikáciách matematiky, ktoré robia vedeckí pracovníci ústavu pre potreby plynárenského priemyslu. Trojica vedcov – riaditeľ ústavu prof. RNDr. Anatolij Dvurečenskij, DrSc., vedecký tajomník ústavu doc. RNDr. Karol Nemoga, CSc. a vedúci riešiteľského tímu úlohy Optimalizácia prepravy plynu tranzitným plynovom RNDr. Tibor Žáčik, CSc. predstavili nové a pre laickú verejnosť priam prekvapujúce aplikácie matematiky.
Samotných matematikov stále novšie možnosti uplatnenia matematiky však už dávno neprekvapujú. "O matematike 21. storočia môžeme povedať, že bude strategickým kľúčom kultúrneho a ekonomického rozvoja. Matematika je súčasťou mnohých technologických objavov. Sú to napr. aplikácie do informačnej techniky, computer science, komunikačných technológií, fyziky, biológie, medicíny, a pod. Na základoch matematiky a teoretickej informatiky stoja dnes nielen mnohé vedné disciplíny a moderné technológie, ale aj mnohé programy 6. a 7. Rámcového programu EÚ. Matematika je prosto všade, aj tam, kde ju nevidíme," uviedol hneď v úvode tlačovej konferencii prof. Dvurečenskij. Pripomenul tiež takmer polstoročnicu (49 rokov) existencie Matematického ústavu SAV, ktorý patrí medzi popredné pracoviská Slovenskej akadémie vied a dosahuje významné medzinárodne uznávané výsledky v oblasti základného výskumu. Nie menej zaujímavé a nie menej uznávané sú však aj jeho aplikácie určené praxi. "Nič nie je praktickejšie ako dobrá teória. A platnosť tohto hesla si overujeme práve pri riešení aktuálnych úloh v národnom hospodárstve," zdôraznil prof. Dvurečenskij.
Algoritmy z MÚ SAV optimalizujú prepravu plynu
K aktuálnym úlohám, pri ktorých si môžu matematici overovať svoje teórie v praxi, patrí aj riešenie problémov, ktoré vznikajú pri preprave zemného plynu. Z Ruska, cez dnešnú Ukrajinu, idú cez našu republiku 4 línie plynovodu (piata je nedokončená), ktorých celková dĺžka je asi 2 200 km potrubí s priemerom 1200 a 1400 mm. Plyn poháňajú štyri kompresorové stanice, z ktorých každá má výkon okolo 250 MW, pričom na pohon plynu slúžia najmä plynové turbíny. "Ak vezmeme do úvahy, že ročná preprava plynárenskej sústavy je asi 90 miliárd metrov kubických, môžeme si predstaviť aké obrovské množstvo plynu preteká každým potrubím. Úlohou Matematického ústavu SAV je pomôcť optimalizovať prepravu plynu, čo sa robí algoritmami, ktoré sme vyvinuli v našom ústave," nie bez hrdosti uviedol prof. Dvurečenskij a dodal "Prúdenie tekutín, ale aj plynov sa riadi známymi Navierovými-Stokesovými rovnicami, ktorých vyriešenie patrí už vyše 180 rokov k najťažším problémom matematiky. Za ich úplné vyriešenie vypísali Američania cenu 1 milión dolárov. Každý pokrok v ich vyriešení je veľkým úspechom." Možno potrvá ešte roky, kým sa vyriešia Navierove-Stokesove rovnice komplexne. Ale fakt, že niektoré ich problémy v súvislosti s prepravou plynu rieši aj Matematický ústav SAV, sám osebe hovorí o tom, že v ústave držia krok so svetom. Spolupracujú pri tom aj s pracovníkmi FMFI UK. O to viac nás môže tešiť, že v niektorých, aj keď len čiastkových problémoch, sú práve slovenskí matematici úspešní.
Keď problémy inšpirujú
Problémov s prepravou plynu je neúrekom a môžu mať rôznu podobu. Hovorili o nich doc. Karol Nemoga a ešte konkrétnejšie Tibor Žáčik. Ako uviedol Karol Nemoga, problémy vznikajú napr. pri návrhoch a konštrukcii plynovodnej siete, pri plánovaní prepravy počas dlhodobých rekonštrukčných odstávok potrubí, pri potrebe každodenného optimálneho nastavenia kompresorových staníc tak, aby bola prevádzka plynovodnej sústavy čo najekonomickejšia, pri potrebe rýchlej identifikácie havarijných situácií, atď. Nehovoriac o tom, že každá plynovodná sústava má svoje ďalšie osobité problémy. "Nami vyvinuté metódy sa týkajú práve takýchto problémov. Napr. modelovania činnosti kompresorov, optimalizácie nastavení kompresorových staníc, či metód na detekciu a lokalizáciu únikov plynu z potrubí. Je to pre nás veľmi inšpirujúce, najmä keď tieto aplikácie v plynárenstve obsahujú v sebe nesmierne veľa vedných odborov – fyziku, numerické metódy, kombinatoriku, teóriu grafov, programovanie... Len matematických odvetví je tu asi desať. To všetko sme museli pri spolupráci so Slovenským plynárenským priemyslom (SPP), ktorá sa začala v r. 1997, spojiť do jedného celku, aby výsledkom bol návrh čo najefektívnejšej prepravy určitého množstva plynu v konkrétnej situácii. Dôležité je to tak z ekonomického hľadiska, t.j. z hľadiska spotreby energie, ako aj z hľadiska životného prostredia. Ak sa totiž ušetrí čo len 1% z megawattov, ktoré sú potrebné na pohon plynu cez naše územie, znamená to obrovské zníženie emisií," vysvetľuje Karol Nemoga na margo úlohy, ktorú sa im darí úspešne riešiť.
Samozrejme, že naši matematici nie sú vo svete jediní, ktorí sa zaoberajú týmito problémami. Pracujú na tom českí odborníci a tiež odborníci v Rusku, USA a inde. Hoci na začiatku spolupracovali len s SPP, dnes je už o naše riešenia záujem aj v zahraničí.
Po SPP aj do ďalších štátov
Keď v r 1997 začal Matematický ústav SAV spolupracovať so Slovenským plynárenským priemyslom (SPP), pre vtedajšiu divíziu SLOVTRANZGAZ vyvinul aplikáciu, na ktorej sa dali zrátať optimalizačné úlohy potrebné pre plánovanie prepravy. Neskôr bola vytvorená nová softvérová aplikácia Amadeus MARTI Studio, ktorá bola obohatená o dynamické simulácie prúdenia plynu, prebiehajúce v reálnom čase. V spoločnosti SPP – tranzit, a.s., dnešnom eustream, a.s., sa v dispečerskom centre pomocou tejto aplikácie riešia zložité optimalizačné a simulačné úlohy pre potreby riadenia prevádzky celej slovenskej časti tranzitnej sústavy.
Pred piatimi rokmi začal Matematický ústav SAV spolupracovať aj so slovenskou firmou ttc s.r.o., ktorá sa zaoberala únikmi rôznych druhov kvapalín, ako je benzín, nafta, ropa a pod. z produktovodov. Preprava plynu je určitým spôsobom podobná preprave kvapalín, ale čo sa týka matematického modelovania, vzhľadom na stlačiteľnosť plynu, je zložitejšia. Preto začala firma ttc s.r.o. hľadať partnera, s ktorým by na problematike detekcie a lokalizácii miesta úniku plynu spolupracovala. Matematický ústav SAV, ktorý už mal skúsenosti z vyhodnocovania havárie na tranzitnom plynovodnom potrubí pri Kamenných Kosihách v roku 2001 a pre SPP vytvoril štatisticko-korelačný modul na monitorovanie a odhaľovanie podobných udalostí, ponuku na spoluprácu prijal. V rámci tejto spolupráce boli vyvinuté a implementované viaceré matematické metódy, ktoré slúžia pre včasnú detekciu unikajúceho plynu a na čo najpresnejšie nájdenie miesta tohto úniku – jeho lokalizáciu.
PipeMan MARTI
Výsledkom spolupráce s ttc s.r.o. je aj softvérová aplikácia PipeMan MARTI, ktorú úspešne otestovali na reálnom odbere plynu z etylénovodu vedúcom z Litvínova do Neratovíc. Pomocou spaľovania etylénu simulovali únik plynu z potrubia a aplikácia úspešne našla a signalizovala parametre tohto úniku. Firma ttc s.r.o. sa neskôr premenovala, podľa materskej firmy, sídliacej vo Veľkej Británii, na CSE-Servelec, s.r.o. Matematický ústav SAV spolu s CSE-Servelec teraz realizuje projekt detekčného systému na plynovodnom potrubí v Jemene, pripravuje sa na realizáciu detekčných systémov v Spojených arabských emirátoch, Poľsku a Anglicku. Uchádza sa tiež o projekty v Nemecku, Kuvajte, Líbyi a inde. "Dúfame, že v týchto súťažiach uspejeme a že sa nám podarí tieto naše aplikácie aplikovať aj širšie. Je to pre nás aj určitý ekonomický prínos, čo tiež nie je pre nás zanedbateľné," dodáva Karol Nemoga a Tibor Žáčik ho dopĺňa konkrétnymi údajmi o viacerých problémoch sprevádzajúcich prepravu plynu. Jedným je napr. únik plynu. "U nás, na pomerne husto obývanom území, prakticky nie je možné nespozorovať únik plynu, ktorý sa zvyčajne prejaví výbuchom a prudkým horením. Inak je to však, napríklad, v takom Jemene, kde plynovod ide dlhú cestu cez púšť a niet nikoho, kto by včas upozornil na únik plynu. Náš systém na detekciu únikov dokáže pomocou matematických metód sledovať, čo sa v potrubí deje. Meraniami na začiatku a konci plynárenskej sústavy dokážeme nasimulovať podmienky, aké sú v potrubiach. A ak sa niektoré merania na potrubí odlišujú, napr. niekde je menší tlak plynu ako by mal byť, je jasné, že niečo sa stalo a hľadá sa miesto, kde uniká plyn," osvetľuje problematiku Tibor Žáčik a dodáva "Náš systém je schopný nájsť nielen miesto, kde uniká plyn, ale aj aké množstvo plynu vlastne uniklo." Parametrov, ktoré naši matematici dokážu sledovať pri preprave plynu je však oveľa viac. Aj preto sa Matematický ústav SAV v oblasti riešenia problémov pri preprave plynu úspešne zapája do projektov Európskej únie. Napríklad tretí rok je zapojený do riešenia projektu Európskeho sociálneho fondu (ESF) súvisiacim s touto problematikou.
Odhaduje sa, že spotreba plynu bude v budúcnosti stúpať. Aj preto je dôležité mať k dispozícii a naďalej rozvíjať výpočtové prostriedky a metódy, ktoré umožňujú celý proces prepravy plynu monitorovať a plánovať. Ich pozitívny význam nie je pritom iba v ekonomike, ale má aj bezpečnostný a ekologický dosah. Napr. zníženie škodlivých emisií vznikajúcich pri spaľovaní plynu na pohon kompresorov. Ak sa teda povie, že matematici zo Slovenskej akadémie vied pomáhajú nielen prepravovať plyn optimálnejšie, ale aj chrániť životné prostredie, nie je to ani trochu prehnané.
Text: Adela Štrpková
Foto: Ferdinand Tisovič
Na tlačovej besede dňa 24. apríla 2008 informovali zástupcovia Matematického ústavu SAV médiá o zaujímavých aplikáciách matematiky, ktoré robia vedeckí pracovníci ústavu pre potreby plynárenského priemyslu. Trojica vedcov – riaditeľ ústavu prof. RNDr. Anatolij Dvurečenskij, DrSc., vedecký tajomník ústavu doc. RNDr. Karol Nemoga, CSc. a vedúci riešiteľského tímu úlohy Optimalizácia prepravy plynu tranzitným plynovom RNDr. Tibor Žáčik, CSc. predstavili nové a pre laickú verejnosť priam prekvapujúce aplikácie matematiky.
Samotných matematikov stále novšie možnosti uplatnenia matematiky však už dávno neprekvapujú. "O matematike 21. storočia môžeme povedať, že bude strategickým kľúčom kultúrneho a ekonomického rozvoja. Matematika je súčasťou mnohých technologických objavov. Sú to napr. aplikácie do informačnej techniky, computer science, komunikačných technológií, fyziky, biológie, medicíny, a pod. Na základoch matematiky a teoretickej informatiky stoja dnes nielen mnohé vedné disciplíny a moderné technológie, ale aj mnohé programy 6. a 7. Rámcového programu EÚ. Matematika je prosto všade, aj tam, kde ju nevidíme," uviedol hneď v úvode tlačovej konferencii prof. Dvurečenskij. Pripomenul tiež takmer polstoročnicu (49 rokov) existencie Matematického ústavu SAV, ktorý patrí medzi popredné pracoviská Slovenskej akadémie vied a dosahuje významné medzinárodne uznávané výsledky v oblasti základného výskumu. Nie menej zaujímavé a nie menej uznávané sú však aj jeho aplikácie určené praxi. "Nič nie je praktickejšie ako dobrá teória. A platnosť tohto hesla si overujeme práve pri riešení aktuálnych úloh v národnom hospodárstve," zdôraznil prof. Dvurečenskij.
Algoritmy z MÚ SAV optimalizujú prepravu plynu
K aktuálnym úlohám, pri ktorých si môžu matematici overovať svoje teórie v praxi, patrí aj riešenie problémov, ktoré vznikajú pri preprave zemného plynu. Z Ruska, cez dnešnú Ukrajinu, idú cez našu republiku 4 línie plynovodu (piata je nedokončená), ktorých celková dĺžka je asi 2 200 km potrubí s priemerom 1200 a 1400 mm. Plyn poháňajú štyri kompresorové stanice, z ktorých každá má výkon okolo 250 MW, pričom na pohon plynu slúžia najmä plynové turbíny. "Ak vezmeme do úvahy, že ročná preprava plynárenskej sústavy je asi 90 miliárd metrov kubických, môžeme si predstaviť aké obrovské množstvo plynu preteká každým potrubím. Úlohou Matematického ústavu SAV je pomôcť optimalizovať prepravu plynu, čo sa robí algoritmami, ktoré sme vyvinuli v našom ústave," nie bez hrdosti uviedol prof. Dvurečenskij a dodal "Prúdenie tekutín, ale aj plynov sa riadi známymi Navierovými-Stokesovými rovnicami, ktorých vyriešenie patrí už vyše 180 rokov k najťažším problémom matematiky. Za ich úplné vyriešenie vypísali Američania cenu 1 milión dolárov. Každý pokrok v ich vyriešení je veľkým úspechom." Možno potrvá ešte roky, kým sa vyriešia Navierove-Stokesove rovnice komplexne. Ale fakt, že niektoré ich problémy v súvislosti s prepravou plynu rieši aj Matematický ústav SAV, sám osebe hovorí o tom, že v ústave držia krok so svetom. Spolupracujú pri tom aj s pracovníkmi FMFI UK. O to viac nás môže tešiť, že v niektorých, aj keď len čiastkových problémoch, sú práve slovenskí matematici úspešní.
Keď problémy inšpirujú
Problémov s prepravou plynu je neúrekom a môžu mať rôznu podobu. Hovorili o nich doc. Karol Nemoga a ešte konkrétnejšie Tibor Žáčik. Ako uviedol Karol Nemoga, problémy vznikajú napr. pri návrhoch a konštrukcii plynovodnej siete, pri plánovaní prepravy počas dlhodobých rekonštrukčných odstávok potrubí, pri potrebe každodenného optimálneho nastavenia kompresorových staníc tak, aby bola prevádzka plynovodnej sústavy čo najekonomickejšia, pri potrebe rýchlej identifikácie havarijných situácií, atď. Nehovoriac o tom, že každá plynovodná sústava má svoje ďalšie osobité problémy. "Nami vyvinuté metódy sa týkajú práve takýchto problémov. Napr. modelovania činnosti kompresorov, optimalizácie nastavení kompresorových staníc, či metód na detekciu a lokalizáciu únikov plynu z potrubí. Je to pre nás veľmi inšpirujúce, najmä keď tieto aplikácie v plynárenstve obsahujú v sebe nesmierne veľa vedných odborov – fyziku, numerické metódy, kombinatoriku, teóriu grafov, programovanie... Len matematických odvetví je tu asi desať. To všetko sme museli pri spolupráci so Slovenským plynárenským priemyslom (SPP), ktorá sa začala v r. 1997, spojiť do jedného celku, aby výsledkom bol návrh čo najefektívnejšej prepravy určitého množstva plynu v konkrétnej situácii. Dôležité je to tak z ekonomického hľadiska, t.j. z hľadiska spotreby energie, ako aj z hľadiska životného prostredia. Ak sa totiž ušetrí čo len 1% z megawattov, ktoré sú potrebné na pohon plynu cez naše územie, znamená to obrovské zníženie emisií," vysvetľuje Karol Nemoga na margo úlohy, ktorú sa im darí úspešne riešiť.
Samozrejme, že naši matematici nie sú vo svete jediní, ktorí sa zaoberajú týmito problémami. Pracujú na tom českí odborníci a tiež odborníci v Rusku, USA a inde. Hoci na začiatku spolupracovali len s SPP, dnes je už o naše riešenia záujem aj v zahraničí.
Po SPP aj do ďalších štátov
Keď v r 1997 začal Matematický ústav SAV spolupracovať so Slovenským plynárenským priemyslom (SPP), pre vtedajšiu divíziu SLOVTRANZGAZ vyvinul aplikáciu, na ktorej sa dali zrátať optimalizačné úlohy potrebné pre plánovanie prepravy. Neskôr bola vytvorená nová softvérová aplikácia Amadeus MARTI Studio, ktorá bola obohatená o dynamické simulácie prúdenia plynu, prebiehajúce v reálnom čase. V spoločnosti SPP – tranzit, a.s., dnešnom eustream, a.s., sa v dispečerskom centre pomocou tejto aplikácie riešia zložité optimalizačné a simulačné úlohy pre potreby riadenia prevádzky celej slovenskej časti tranzitnej sústavy.
Pred piatimi rokmi začal Matematický ústav SAV spolupracovať aj so slovenskou firmou ttc s.r.o., ktorá sa zaoberala únikmi rôznych druhov kvapalín, ako je benzín, nafta, ropa a pod. z produktovodov. Preprava plynu je určitým spôsobom podobná preprave kvapalín, ale čo sa týka matematického modelovania, vzhľadom na stlačiteľnosť plynu, je zložitejšia. Preto začala firma ttc s.r.o. hľadať partnera, s ktorým by na problematike detekcie a lokalizácii miesta úniku plynu spolupracovala. Matematický ústav SAV, ktorý už mal skúsenosti z vyhodnocovania havárie na tranzitnom plynovodnom potrubí pri Kamenných Kosihách v roku 2001 a pre SPP vytvoril štatisticko-korelačný modul na monitorovanie a odhaľovanie podobných udalostí, ponuku na spoluprácu prijal. V rámci tejto spolupráce boli vyvinuté a implementované viaceré matematické metódy, ktoré slúžia pre včasnú detekciu unikajúceho plynu a na čo najpresnejšie nájdenie miesta tohto úniku – jeho lokalizáciu.
PipeMan MARTI
Výsledkom spolupráce s ttc s.r.o. je aj softvérová aplikácia PipeMan MARTI, ktorú úspešne otestovali na reálnom odbere plynu z etylénovodu vedúcom z Litvínova do Neratovíc. Pomocou spaľovania etylénu simulovali únik plynu z potrubia a aplikácia úspešne našla a signalizovala parametre tohto úniku. Firma ttc s.r.o. sa neskôr premenovala, podľa materskej firmy, sídliacej vo Veľkej Británii, na CSE-Servelec, s.r.o. Matematický ústav SAV spolu s CSE-Servelec teraz realizuje projekt detekčného systému na plynovodnom potrubí v Jemene, pripravuje sa na realizáciu detekčných systémov v Spojených arabských emirátoch, Poľsku a Anglicku. Uchádza sa tiež o projekty v Nemecku, Kuvajte, Líbyi a inde. "Dúfame, že v týchto súťažiach uspejeme a že sa nám podarí tieto naše aplikácie aplikovať aj širšie. Je to pre nás aj určitý ekonomický prínos, čo tiež nie je pre nás zanedbateľné," dodáva Karol Nemoga a Tibor Žáčik ho dopĺňa konkrétnymi údajmi o viacerých problémoch sprevádzajúcich prepravu plynu. Jedným je napr. únik plynu. "U nás, na pomerne husto obývanom území, prakticky nie je možné nespozorovať únik plynu, ktorý sa zvyčajne prejaví výbuchom a prudkým horením. Inak je to však, napríklad, v takom Jemene, kde plynovod ide dlhú cestu cez púšť a niet nikoho, kto by včas upozornil na únik plynu. Náš systém na detekciu únikov dokáže pomocou matematických metód sledovať, čo sa v potrubí deje. Meraniami na začiatku a konci plynárenskej sústavy dokážeme nasimulovať podmienky, aké sú v potrubiach. A ak sa niektoré merania na potrubí odlišujú, napr. niekde je menší tlak plynu ako by mal byť, je jasné, že niečo sa stalo a hľadá sa miesto, kde uniká plyn," osvetľuje problematiku Tibor Žáčik a dodáva "Náš systém je schopný nájsť nielen miesto, kde uniká plyn, ale aj aké množstvo plynu vlastne uniklo." Parametrov, ktoré naši matematici dokážu sledovať pri preprave plynu je však oveľa viac. Aj preto sa Matematický ústav SAV v oblasti riešenia problémov pri preprave plynu úspešne zapája do projektov Európskej únie. Napríklad tretí rok je zapojený do riešenia projektu Európskeho sociálneho fondu (ESF) súvisiacim s touto problematikou.
Odhaduje sa, že spotreba plynu bude v budúcnosti stúpať. Aj preto je dôležité mať k dispozícii a naďalej rozvíjať výpočtové prostriedky a metódy, ktoré umožňujú celý proces prepravy plynu monitorovať a plánovať. Ich pozitívny význam nie je pritom iba v ekonomike, ale má aj bezpečnostný a ekologický dosah. Napr. zníženie škodlivých emisií vznikajúcich pri spaľovaní plynu na pohon kompresorov. Ak sa teda povie, že matematici zo Slovenskej akadémie vied pomáhajú nielen prepravovať plyn optimálnejšie, ale aj chrániť životné prostredie, nie je to ani trochu prehnané.
Text: Adela Štrpková
Foto: Ferdinand Tisovič