一、技术来源
天然气管网资源配置路径优化关键技术是储运工程中的新技术，该技术重点解决大规模复杂管网中资源分配及路径优化问题。随着天然气管网的不断发展，各管道互联互通形成大型输气管网，气源、用户节点分布广泛，单纯凭借人工经验来确定管网的天然气资源及路径的方法存在效率低、方案非全局最优等问题。国家管网集团公司2023年4月正式立项课题“全国天然气管网决策支持平台关键模型研发”，针对路径优化问题进行专题研究，制定资源配置路径优化原则，确定优化目标，组合、研发新的理论计算方法，研究天然气管网水力特性，最终形成天然气管网资源配置路径优化关键技术，技术成果自主可控。
二、基本原理
以水力分析为基础，构建最小接气成本、最低能耗、最优负荷率、最小周转量四大目标函数，通过数学规划技术建立含决策变量(流量、压力等)、约束方程(水力平衡、负荷率限制等)的优化模型;采用序列线性规划(SLP)算法线性化非线性约束，结合信赖域算法保障求解精度与效率，实现管网全局协同优化。
三、技术路线
天然气管网资源配置路径优化关键技术聚焦算法、优化技术及水力模型开展研究，通过调研电网、路网等行业相关技术发展现状，归纳总结可借鉴的技术和经验，结合管网运行特点及业务需求，构建目标函数，开展优化技术及算法研究。
图1 天然气管网资源配置路径优化关键技术研究路线
四、技术特点
天然气管网资源配置路径优化关键技术主要有以下特点：
(1)根据天然气管道水力特性实现压力、温度求解;
(2)最小周转量、最低能耗、最优负荷率、最小接气成本多目标优化求解;
(3)仿真与优化深度耦合，在满足水力计算基础上进行管网优化;
(4)根据实际输量与设计参数可自动识别瓶颈;
(5)可实现周转量、平均负荷率等指标的自动计算。
五、技术水平
本技术在国内首次实现了基于水力系统的大规模天然气管网多目标优化，攻克了传统方法优化目标单一、规模受限、依赖人工等瓶颈。关键性能指标包括：支持≥5000节点、≥4000管段，计算速度达分钟级，求解误差≤5%，整体达到国际先进水平，且实现全链条技术自主可控。
六、能源消耗与节能减排
该技术为软件类优化工具，本身不直接消耗能源。其通过优化管网运行方案，降低压缩机能耗、减少周转量，从而间接降低管网系统整体能耗。在“双碳”目标下，该技术有助于提升管网运行经济性与低碳化水平，支持绿色能源调度。
七、技术应用条件
适用于天然气长输管网规划、项目前期论证、运行优化调度等场景。需具备管网拓扑、管径、长度、设计压力、气源与用户数据等基础信息。可在国产化服务器环境下部署，支持多用户并发访问。
八、应用实例
(1)黑河-大庆-长岭天然气管道项目：搭建东北区域管网模型，实现多情景输配气自动分析，支撑项目决策与经济评价;
(2)全国天然气“十五五”规划：构建1115节点全国骨干管网模型，覆盖10余万公里骨干管网模型，识别瓶颈并提出规划管道;
(3)涩宁兰管道系统优化：对比3类规划方案，支撑气源优化决策。
九、经济效益
该技术已应用于多项国家管网集团公司的规划与可研项目，累计节省人员成本约374万元，显著提升作业效率。预计未来三年在相关业务领域可提效1000万元以上。通过优化资源配置、降低运营成本，该技术具有持续的经济效益与战略价值。
(来源：中国石油和化工勘察设计协会) |
