Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de la optimización de gestión de redes de transporte de gas. Concretamente, esta invención está relacionada con el empleo de un optimizador para mejorar la toma de decisiones a la hora de controlar la operación de una red de transporte de gas. Antecedentes de la invención

Por su propia naturaleza, las redes de transporte de gas ocupan grandes extensiones de terreno que, dependiendo de la zona en la que se encuentren, pueden medirse en miles de kilómetros. Generalmente su gestión se lleva a cabo desde un centro de control por el Gestor Técnico del Sistema (GTS) en base a los datos que recibe de los distintos elementos que componen una red: estaciones de regulación y medida, estaciones de compresión, válvulas de control de presión, válvulas de control de flujo, válvulas de cierre, plantas de regasificación, conexiones internacionales, almacenamientos subterráneos, yacimientos y posiciones de seccionamiento. Dado esto, la conjunción de la extensión de la red y de la cantidad de elementos de ésta hace que su gestión sea un problema complejo. Además, las estaciones de compresión y las plantas de regasificación emplean el propio gas para autoalimentarse, consumiendo así recursos propios. Por este motivo, es necesario prestar especial atención a la forma de gestionar una red.

En la actualidad, el objetivo de la gestión de una red de transporte de gas es satisfacer todas las demandas de los consumidores, sin tener en cuenta el coste energético. Es decir, garantizar la seguridad del suministro independientemente de sus costes asociados.

Al tratarse de infraestructuras estratégicas de gran importancia, no se pueden realizar pruebas sobre la gestión de la red que impliquen su paralización total o parcial. Aun suponiendo que esto sea posible, la ejecución de tests directamente sobre la red acarrearía unos costes energéticos y monetarios muy grandes, minimizando el posible ahorro que se conseguiría como resultado de las pruebas realizadas. Por otra parte, la distribución de las zonas de mayor y menor demanda está en continua evolución, por lo que una configuración de la red puede ser óptima bajo unas determinadas premisas pero bajo otras puede no ser apta ni siquiera para garantizar la seguridad del suministro.

Como se puede apreciar, la gestión eficiente de la red no es una tarea sencilla y para ello es necesario emplear una herramienta externa que sirva de apoyo al GTS. Dicha herramienta deberá basarse en un simulador que reproduzca el comportamiento físico del gas a través de la red de gasoductos, así como en las características técnicas de los otros elementos de la red: estaciones de compresión, válvulas de control de presión, válvulas de control de flujo, válvulas de cierre, plantas de regasificación, conexiones internacionales, almacenamientos subterráneos y yacimientos. Otro problema asociado a la gestión de una red de transporte de gas es la aplicación de un sistema tarifario para los agentes que participan en ella. A nivel europeo, muchos de los países miembros de la Unión Europea están reconsiderando sus metodologías para obtener las tarifas que se cobran por el uso y acceso a las redes de transporte de gas para seguir algunas directivas y regulaciones del 3rd EU Energy Package.

En los últimos años se han desarrollado modelos software para la optimización de redes de transporte de gas que, o bien priorizaban el tiempo de cálculo en detrimento de la precisión, o bien se centraban en la precisión de los resultados sin tener en cuenta la cantidad de tiempo computacional: Además, tampoco se tiene conocimiento de ningún software que permita calcular el sistema tarifario asociado a una red de transporte de gas, de acuerdo por ejemplo a las distintas metodologías planteadas por la Unión Europea a través del 3rd EU Energy Package. Por todo ello, la invención que se presenta a continuación sirve como ayuda en la toma de decisiones de los gestores de la red. Esta invención permite reducir el consumo energético garantizando siempre la seguridad del suministro y manteniendo un compromiso entre la precisión de los resultados y el tiempo computacional empleado. De forma adicional, la invención también ofrece la posibilidad de establecer un sistema tarifario de referencia para los agentes de la red. Descripción de la invención

Es objeto de la presente invención un sistema y un procedimiento de optimización de la gestión de una red de transporte de gas que resuelva los problemas anteriormente comentados.

Un primer aspecto de la invención se refiere al sistema de optimización, el cual comprende:

- un sistema de entrada encargado de generar un escenario de optimización, dicho escenario de optimización incluyendo la siguiente información:

• la topología de la red de transporte de gas;

• variables de diseño para establecer una determinada configuración de la red;

. . ^* , · parámetros de control de la red, con datos obtenidos por estaciones de medida de la red;

• rangos de operación de las variables de diseño y de los parámetros de control;

• la disposición de los consumos registrados por estaciones de medida de la red;

- un sistema informático de optimización de la red de transporte de gas que a su vez comprende un módulo de optimización que dispone de modelos físicos que reproducen el comportamiento del gas y los elementos de la red, dicho módulo de optimización estando configurado para:

• recibir el escenario de optimización,

· relajar los modelos físicos para obtener al menos una solución candidata que resuelva el problema físico aproximado de acuerdo a las restricciones impuestas en el escenario de optimización y a los objetivos de optimización,

• transformar la solución candidata en una solución que se ajuste a la física real del problema y que se pueda aplicar directamente sobre la gestión de la red.

En una realización particular el sistema de entrada comprende:

- una pluralidad de terminales remotos que reciben datos de medidas obtenidas en la red de transporte de gas mediante sensores; - al menos un sistema de adquisición de datos encargados de recibir dichos datos de medidas;

- una base de datos para almacenar dichos datos de medidas, a partir de los cuales se obtiene la disposición de los consumos.

El módulo de optimización comprende preferentemente:

- un módulo de selección de solución candidata, configurado para obtener al menos una solución candidata;

- un módulo de traducción de solución candidata configurado para recibir el escenario de optimización actualizado con la solución candidata y transformar la solución candidata en una solución que se ajuste a la física real del problema.

El módulo de selección de solución candidata puede estar configurado para relajar los modelos físicos mediante linealización de las restricciones impuestas en el escenario de optimización. Dicho módulo puede a su vez estar configurado para obtener iterativamente soluciones al problema físico y una actualización de la relajación del modelo físico según dicha solución candidata hasta que se cumpla un criterio de parada. Para la transformación de la solución candidata el módulo de traducción de solución candidata puede estar configurado para emplear los gradientes de las variables de diseño con respecto a los parámetros de control y los rangos de operación.

El módulo de optimización está preferiblemente configurado para obtener en paralelo distintas soluciones candidatas, cada una con una relajación inicial de los modelos físicos diferente, y seleccionar como solución candidata final la que mejor se ajuste al objetivo de optimización.

En una realización preferente el sistema informático de optimización de la red de transporte de gas comprende un módulo tarifario para el cálculo de los costes incurridos para enviar una unidad de flujo desde un punto cualquiera de entrada de la red a un punto cualquiera de salida de la red y del sistema tarifario asociado.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento de optimización de la gestión de una red de transporte de gas. EÍ procedimiento comprende las siguientes etapas:

- generar un escenario de optimización que incluye la siguiente información:

• la topología de la red de transporte de gas;

• variables de diseño para establecer una determinada configuración de la red;

• parámetros de control de la red, con datos obtenidos por estaciones de medida de la red;

^» rangos de operación de las variables de diseño y de los parámetros de control;

« la disposición de los consumos registrados por estaciones de medida de la red;

- relajar unos modelos físicos que reproducen el comportamiento del gas y los elementos de la red para obtener al menos una solución candidata que resuelva el problema físico aproximado de acuerdo a las restricciones impuestas en el escenario de optimización y a los objetivos de optimización,

- transformar la solución candidata en una solución que se ajuste a la física real del problema y que se pueda aplicar directamente sobre la gestión de la red.

El procedimiento puede comprender obtener iterativamente soluciones al problema físico y una actualización de la relajación del modelo físico según dicha solución candidata hasta que se cumpla un criterio de parada.

El procedimiento puede comprender obtener en paralelo distintas soluciones candidatas, cada una con una relajación inicial de los modelos físicos diferente, y seleccionar como solución candidata final la que mejor se ajuste al objetivo de optimización.

La transformación de la solución candidata en una solución que se ajuste a la física real del problema se puede realizar mediante el empleo- de los gradientes de las variables de diseño con respecto a los parámetros de control y los rangos de operación.

En una realización particular el procedimiento comprende el cálculo de los costes incurridos para enviar una unidad de flujo desde un punto cualquiera de entrada de la red a un punto cualquiera de salida de la red y del sistema tarifario asociado. Las variables de diseño pueden comprender, entre otras:

- la tasa de compresión de las estaciones de compresión,

- la tasa de descompresión de las válvulas de control de presión,

- el caudal prescrito en las válvulas de control de flujo,

- el estado de las válvulas de cierre,

- el caudal emitido por las plantas de regasificación,

- el caudal importado o exportado a través de las conexiones internacionales,

- el caudal extraído o inyectado en los almacenes subterráneos, y

- el caudal extraído en los yacimientos.

Los parámetros de control pueden comprender, entre otros:

- la temperatura del gas,

- la presión del gas,

- el caudal y la dirección del flujo de gas en un determinado gasoducto, y

- la composición del gas.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

Figura 1. En esta figura se representa un escenario de optimización con todos los datos, parámetros, variables y rangos asociados que lo componen.

Figura 2. En esta figura se muestra un diagrama general de la invención con dos partes claramente diferenciadas, el sistema de entrada y el sistema informático de optimización de la red de transporte de gas. Figura 3. En esta figura se puede apreciar un diagrama del sistema informático de optimización de la red de transporte de gas.

Figura 4. En esta figura se muestra el diagrama de flujo del módulo de selección de solución candidata. Figura 5. En esta figura se presenta el diagrama de flujo del módulo tarifario.

Figura 6. Esta figura muestra un diagrama de flujo del funcionamiento de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Una red de transporte de gas se compone de su topología y los elementos que la conforman. En concreto, la topología está definida mediante las conexiones de los gasoductos y las propiedades físicas de éstos: longitud, diámetro, rugosidad, coordenadas geográficas, etc.

Con respecto a los elementos que forman parte de una red de transporte de gas, se pueden dividir en dos grupos: aquéllos que sirven para obtener información en tiempo real de lo que está ocurriendo en determinados puntos de la red y aquéllos con los que se puede interactuar para modificar la configuración de la red. Dentro del primer grupo se encuentran, básicamente, las estaciones de regulación y medida, mientras que el segundo englobaría el resto de elementos de la red; es decir, estaciones de compresión, válvulas de control de presión, válvulas de control de flujo, válvulas de cierre, plantas de regasificación, conexiones internacionales, almacenamientos subterráneos y yacimientos.

En este segundo grupo que se acaba de definir, los parámetros con los que se puede interactuar reciben el nombre de variables de diseño, las cuáles sirven para establecer una determinada configuración de la red. Por lo tanto, las variables de diseño son: la tasa de compresión de las estaciones de compresión, la tasa de descompresión de las válvulas de control de presión, el caudal prescrito en las válvulas de control de flujo, el cierre o apertura de las válvulas de cierre, el caudal emitido por las plantas de regasificación, el caudal importado o exportado a través de las conexiones internacionales, el caudal extraído o inyectado en los almacenes subterráneos y el caudal extraído en los yacimientos.

Adicionalmente, las estaciones de regulación y medida permiten obtener datos de otros parámetros de la red, conocidos como parámetros de control. Dado que estas estaciones se encuentran normalmente colocadas en puntos estratégicos de la red de transporte de gas, distintas implementaciones de la invención podrían incluir en este conjunto: la temperatura y la presión del gas, la cantidad y la dirección del flujo de gas en un determinado gasoducto y la composición del gas.

Para completar la información necesaria para la optimización, se impondrán una serie de restricciones acerca del rango en el que deben actuar las variables de diseño anteriormente definidas. Con respecto a los parámetros de control, éstos también poseerán unos rangos en los que se puede operar. Es importante señalar que tanto los rangos de las variables de diseño como los rangos de los parámetros de control vendrán determinados por las características técnicas de los elementos asociados.

Por último, faltaría por incluir los consumos que existen en cada uno de los puntos de la red de transporte de gas, ya que éstos serán variables a lo largo del tiempo. La distribución de los consumos en un momento concreto recibe el nombre de disposición de los consumos.

La suma de toda la información definida en los párrafos anteriores compone un escenario de optimización. Es decir, un escenario de optimización está compuesto por la topología de la red, las variables de diseño, los parámetros de control, los rangos en los que pueden operar y la disposición de los consumos. En la Figura 1 se presenta, a modo de ejemplo, un esquema con los conceptos incluidos en un escenario de optimización.

Como objetivo de la optimización, los criterios de eficiencia que se pueden imponer a la hora de mejorar la gestión de la red podrían ser, entre otros, reducir el autoconsumo de gas en las estaciones de compresión y/o en las plantas de regasificación (coste conocido como boil-off).

La forma de reducir este autoconsumo sería minimizando el uso de estos elementos, obteniendo una configuración de la gestión de la red donde sólo actúen los estrictamente necesarios y al menor régimen de trabajo posible. En el caso de las estaciones de compresión, este objetivo se conseguiría seleccionando el menor número de estaciones necesarias para garantizar la seguridad del suministro y, que a su vez, compriman con tasas de compresión que impliquen un menor autoconsumo. Con respecto a las plantas de regasificación, el autoconsumo está ligado a la emisión, y por lo tanto el objetivo es conseguir la menor emisión garantizando siempre la seguridad del suministro.

Es importante señalar que la búsqueda de estos objetivos se realiza de manera global, de forma que el coste total de esa configuración de la gestión de la red sea óptimo. Nótese que durante el proceso de optimización se establece un equilibrio entre todos los criterios de eficiencia, por lo que no se persigue la optimización de cada uno de los elementos a nivel individual, sino de forma colaborativa. Para tratar un escenario de optimización, la invención se divide en dos sistemas que se detallarán a continuación: ^" _

• Sistema de entrada (1 ),

• Sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2). En la Figura 2 aparece representado el sistema de entrada (1), que sirve como sistema de entrada y preprocesado de datos para el sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2). A continuación se explica la interacciórr entre los distintos elementos que Conforman el sistema de entrada (1). Las estaciones de regulación y medida suelen disponer de terminales remotos (12) que reciben datos de las medidas obtenidas mediante los sensores (11 ) y los comunican a uno o a más sistemas de adquisición de datos o SCADAs (13). Como es conocido por aquellos expertos en este campo, los SCADAs son sistemas basados en ordenador para recoger y analizar datos en tiempo real. En esta invención, los SCADAs envían los datos recibidos con las medidas a una base de datos (14).

Esta base de datos (14) almacena los históricos de los datos en tiempo real. Con todos estos datos y un intervalo de tiempo determinado por el usuario, se construye la disposición de los consumos que representa los consumos registrados mediante las estaciones de regulación y medida. La construcción de esta disposición de los consumos podría realizarse con la media de los consumos en el intervalo de tiempo elegido, la mediana o cualquier otra técnica matemática para el tratamiento de datos temporales. El objetivo de este tipo de disposición de los consumos es la obtención de un estado estacionario de la red de transporte de gas que sea representativo. No obstante, ésta no es la única vía posible de alimentación de datos de la base de datos. La información puede provenir mediante el módulo de red (15) directamente de servicios de envío de datos situados en redes de ordenadores, tanto internas como externas, pertenecientes a organismos oficiales, gobiernos, empresas privadas, etc. con datos sobre el consumo de los puntos de sus redes de transporte de gas. A modo de ejemplo, el protocolo de comunicación en este caso puede ser HTTPS sobre TCP/IP, pero cualquier experto en materia de comunicaciones de redes de ordenadores podría realizar la conexión de otra forma alternativa. Toda la información relativa a un escenario de optimización se empaqueta en un formato de representación de datos, por ejemplo en formato XML Como ya se ha mencionado con anterioridad, dentro de este formato de representación de datos se incluye la información compuesta por la topología de la red, las variables de diseño, los parámetros de control, los rangos en los que pueden operar y la disposición de los consumos.

Una vez empaquetado el escenario de optimización en el formato de representación de datos adecuado, éste se pasa al sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2). Nótese que las comunicaciones entre los terminales remotos (12), los sensores (11 ), los SCADAs (13), la base de datos (14) y el sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2) podrían realizarse usando vínculos de comunicación sobre una red local o externa de forma conocida por expertos en este campo. Como se puede apreciar en la Figura 2, el sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2) recibe del sistema de entrada (1) el escenario de optimización en un formato de representación de datos determinado.

En la representación de la invención, se utiliza un sistema basado en ordenador para ejecutar distintos módulos para la optimización de la gestión de una red de transporte de gas. Generalmente, estos módulos incluyen subrutinas, programas, componentes, estructuras de datos y otros tipos de estructuras que llevan a cabo determinadas tareas o que implementan determinados tipos de datos abstractos. El módulo principal del programa sirve para optimizar la gestión de una red de transporte de gas en estado estacionario. El sistema basado en ordenador también incluye otros módulos del programa adicionales, como el módulo para calcular el sistema tarifario de una red de transporte de gas.

En la Figura 3, se puede apreciar un esquema de la arquitectura del sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2). La mencionada arquitectura representa un ordenador de escritorio o un portátil convencional incluyendo una unidad central de procesado o CPU (204), un sistema de memoria (205) compuesto de memoria de acceso aleatorio o RAM (206) y memoria de sólo lectura o ROM (207), y un sistema de bus (220) que acopla el sistema de memoria (205) a la CPU (204). Adicionalmente, dispone de una unidad de interfaz de red (203), para la conexión con una red (201 ), y de un controlador de entrada/salida (202) que contiene subrutinas esenciales para ayudar a transferir información entre elementos dentro de un ordenador. El sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2) además incluye un dispositivo de almacenamiento masivo (208) para almacenar un sistema operativo (211), un módulo de optimización (22) para la gestión de una red de transporte de gas, a su vez dividido en un módulo de selección de solución candidata (209) y un módulo de traducción de solución candidata (210); un módulo tarifario (23) para la red de transporte de gas, un módulo controlador visual (21 ) y otros módulos (212) del programa. Estos módulos serán descritos con mayor detalle en las secciones correspondientes.

Cabe señalar que el sistema basado en ordenador que se utiliza para materializar la invención podría estar basado en otras configuraciones de sistemas, como pueden ser sistemas móviles, sistemas mültiprocesador, dispositivos electrónicos programables, miniordenadores, servidores, clusters y otros sistemas por el estilo. Esta materialización de la invención también podría llevarse a cabo en entornos de computación distribuida donde las tareas se realizan mediante dispositivos de procesado remoto vinculados a través de una red de comunicaciones. En un entorno de computación distribuida, los módulos del programa podrían ser alojados tanto en dispositivos de almacenamiento local como remoto.

El dispositivo de almacenamiento masivo (208) está conectado a la CPU (204) a través del controlador de almacenamiento masivo (no mostrado en el diagrama) que se encuentra conectado al bus (220). El dispositivo de almacenamiento masivo (208) y su soporte informático proporcionan almacenamiento no volátil para el sistema basado en ordenador. Aunque la descripción del soporte informático aquí presentado se refiere a un dispositivo de almacenamiento masivo, tales como un disco duro o una unidad de CD-ROM, es importante señalar que los expertos en este campo podrían conseguir la misma funcionalidad con cualquier soporte disponible que pueda ser accedido por un sistema de ordenador.

A modo de ejemplo, y no como una limitación, el soporte informático podría constar de un sistema de almacenamiento y de un sistema de comunicaciones. El soporte de almacenamiento informático incluye volátil y no volátil, extraíble o no extraíble, implementado en cualquier método o tecnología para almacenar información como instrucciones interpretables por un ordenador, estructura de datos, módulos de programas y otros datos. El soporte de almacenamiento informático incluye RAM, ROM, EPROM, EEPROM, memorias flash u otras tecnologías de estado sólido, CD- ROM, DVD, Blu-ray u otro almacenamiento óptico, cintas magnéticas, discos magnéticos de almacenamiento o cualquier otro medio que pueda ser usado para almacenar la información deseada y que pueda ser accedido mediante el sistema basado en ordenador.

Con respecto a las posibles ímplementaciones de la invención, el sistema basado en ordenador podría operar en un entorno en red usando conexiones lógicas a ordenadores remotos, bases de datos y otros dispositivos a través de la red (201). El sistema basado en ordenador podría conectarse a la red (201 ) a través de una unidad de interfaz de red (203) conectada al bus (220). Las conexiones que puedan hacerse a través de la unidad de interfaz de la red (203) podrían incluir conexiones de red de área local o LAN o conexiones de red de área amplia o WAN. Los entornos de red LAN y WAN son comunes en oficinas, redes empresariales de ordenadores, intranets e Internet. Cabe señalar que la unidad de interfaz de red (203) podría también utilizarse para conectarse a otro tipo de redes y ordenadores remotos. El sistema basado en ordenador podría también incluir un controlador de entrada/salida (202) para recibir y procesar una entrada desde otros dispositivos; entre ellos un teclado, ratón, stylus o pantalla táctil (no mostrados en el diagrama). De forma similar, el controlador de entrada/salida (202) podría proporcionar salida a una pantalla, una impresora u otro tipo de dispositivos de salida. Como se ha mencionado previamente, algunos de los módulos que componen el sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2) pueden ser almacenados en un dispositivo de almacenamiento masivo (208) del sistema basado en ordenador, incluyendo un sistema operativo (21 1 ) adecuado para controlar el funcionamiento de un ordenador personal conectado a la red de comunicaciones (201 ). El dispositivo de almacenamiento masivo (208) y la RAM (206) pueden también almacenar uno o varios módulos del programa. El módulo controlador visual (21 ) forma parte del sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2). La funcionalidad principal del módulo controlador visual (21 ) es la edición y visualización del escenario de optimización. Por tanto, este módulo emplea el formato de representación de datos utilizado para empaquetar el escenario de optimización con el objetivo de registrar cualquier cambio realizado durante la edición.

Es importante señalar que en distintas representaciones de la invención cabría la posibilidad de automatizar este proceso y que la comunicación entre el módulo controlador visual (21 ) y el módulo de optimización (22) fuese directa, sin ningún tiempo de espera en el proceso de edición del escenario de optimización.

En esta invención, el sistema de representación de datos también es válido para guardar los resultados generados por el módulo de optimización (22). Gracias a esta propiedad, el módulo controlador visual (21 ) permite visualizar los resultados generados por la invención.

El módulo controlador visual (21 ) también permite mostrar los resultados generados por el módulo tarifario (23), completando de esta forma la visualización con todos los datos que interactúan con la invención.

De forma adicional, el módulo controlador visual (21 ) podría utilizar sistemas de información geográfica o GIS para la representación de los datos de la red de transporte de gas sobre mapas geográficos. Nótese que las comunicaciones entre el módulo controlador visual (21 ) y el GIS podrían realizarse usando vínculos de comunicación sobre una red local o externa de forma conocida por expertos en este campo a través de la unidad de interfaz de red (203).

El módulo de optimización (22) forma parte del sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2). La funcionalidad principal del módulo de optimización

(22) es la optimización del escenario de optimización.

El módulo de optimización (22) interactúa con el módulo controlador visual (21 ) y con el módulo tarifario (23) mediante el escenario de optimización. El módulo controlador visual (21 ) envía el escenario de optimización al módulo de optimización (22), el cual realiza la optimización y actualiza el escenario de optimización. A continuación, el usuario puede escoger si quiere enviar el escenario de optimización al módulo tarifario

(23) . En caso negativo, el escenario de optimización pasará de nuevo al módulo controlador visual (21 ) para la visualización de los resultados. Dado esto, el módulo de optimización (22) emplea el formato de representación de datos utilizado para empaquetar el escenario de optimización como formato de entrada y salida.

Anteriormente se ha comentado la necesidad de una herramienta de optimización basada en la simulación para evitar los problemas que ocasionaría la realización de pruebas sobre la gestión directamente sobre la red de transporte de gas. Por este motivo, el módulo de optimización está basado en modelos matemáticos que reproducen el comportamiento del gas y del resto de elementos de la red de transporte de gas a través de la mecánica de fluidos, la física, la química y otras herramientas matemáticas.

Como es bien conocido por los expertos en este campo, estos modelos matemáticos conducen a ecuaciones no lineales cuya resolución tiene un alto coste computacional, sobre todo al aplicarlos a la optimización de la gestión de redes de transporte de gas. Por todo ello, el módulo de optimización (22) emplea dos etapas de optimización, dividiéndose así en los módulos siguientes, tal y como se muestra en la Figura 3:

• Módulo de selección de solución candidata (209),

• Módulo de traducción de solución candidata (210).

En la primera etapa, el módulo de selección de solución candidata (209) recibe el escenario de optimización. La propiedad principal de este módulo es que emplea una relajación del modelo original y por tanto requiere menor esfuerzo computacional. Con esta información se realiza una optimización inicial en la que se selecciona una solución candidata. Con ella, se actualiza el escenario de optimización con las variables de diseño que se encuentran activas y con unos valores iniciales para cada una de ellas.

En la segunda etapa, el módulo de traducción de solución candidata (210) recibe el escenario de optimización actualizado con la solución candidata. Este módulo afina y transforma la solución candidata en una solución que se ajusta a la física real del problema y que se puede aplicar directamente sobre la gestión de la red.

El requisito fundamental del módulo de optimización (22) es garantizar la seguridad de suministro. Es decir, la solución tiene que satisfacer la demanda de todos los consumidores. Para ello, tanto las estaciones de compresión como las plantas de regasificación de gas tienen que trabajar dentro los límites que establezcan sus características técnicas.

Además, el módulo de optimización (22) tratará la configuración de los almacenamientos subterráneos _s de las conexiones internacionales y de los yacimientos de gas. De esta forma, el gestor técnico del sistema podrá conocer si realmente es necesario utilizar el gas de los almacenes para garantizar la seguridad de suministro, importar/exportar gas de las conexiones internacionales o extraer gas de los yacimientos. Con respecto a los demás elementos de la red de transporte de gas, el módulo de selección de solución candidata (209) se encargará de la administración de las estaciones de compresión y de las distintas válvulas de la red; estas últimas son las válvulas de control de presión, las válvulas de control de flujo y las válvulas de cierre. Como ya se ha mencionado anteriormente, los costes de operación, entendidos como el gas que se autoconsume tanto en las plantas de regasificación como en las estaciones de compresión, podrían ser el objetivo de la optimización.

No obstante, el módulo de optimización (22) puede ser replicado para cualquier criterio de eficiencia que fuese de interés sin más que cambiar en el problema el objetivo de la optimización. Otros criterios de eficiencia podrían ser maximizar o minimizar la exportación o importación de gas en ciertas zonas de la red de gas, maximizar la emisión de una planta de regasificación, etc. El módulo de selección de solución candidata (209) forma parte del módulo de optimización (22). Se trata de la primera etapa de optimización.

El módulo de selección de solución candidata (209) toma el escenario de optimización que el módulo controlador visual (21 ) envió al módulo de optimización (22). El módulo de selección de solución candidata (209) interactúa con el módulo de traducción de solución candidata (210) mediante el escenario de optimización. Dado esto, el módulo de selección de solución candidata (209) emplea el formato de representación de datos utilizado para empaquetar el escenario de optimización como formato de entrada y salida.

El objetivo principal de este módulo es la elección de una solución que represente una configuración apropiada y eficiente para la gestión de la red de transporte de gas. Por una configuración eficiente de la red se entiende, por ejemplo, aquélla en la que se minimiza el consumo de gas en las estaciones de compresión o en las plantas de regasificación.

Como se ha comentado previamente, el problema de optimización asociado a la búsqueda de una solución óptima en una red de gas utiliza ecuaciones basadas en modelos físicos de mecánica de fluidos y procedimientos químicos. La resolución de dichas ecuaciones requiere de un gran esfuerzo computacional, pero en este módulo se llevará a cabo una relajación de las mismas para facilitar la búsqueda de soluciones candidatas.

Un paso fundamental del módulo de selección de solución candidata (209) es la relajación de los modelos físicos del problema, que facilita la resolución de las restricciones físicas asociadas al problema cuya dificultad deriva principalmente de las no linealidades que presentan. Por este motivo, una forma de relajar los modelos físicos sería linealizando dichas restricciones de forma que al final se tenga que resolver un problema de programación lineal. Evidentemente, la linealización se podría llevar a cabo de multitud de formas, algunas de las cuales pueden ser más eficientes que otras dependiendo del tipo de restricción en cuestión.

Si se considera el módulo de optimización (22) como un conjunto de módulos, cabe destacar que el módulo de selección de solución candidata (209) no tendría sentido por sí solo, puesto que es necesario llevar a cabo un procedimiento posterior para garantizar que efectivamente se verifican las restricciones físicas del problema. Dicho procedimiento se llevará a cabo en el módulo de traducción de solución candidata (210), el cual se explicará con detalle a continuación. Toda la información que proporciona la solución candidata será de gran utilidad a la hora de ejecutar el módulo de traducción de solución candidata (210), puesto que estará fijando las bases para establecer una solución física del problema sin la cuál no se podría llevar a cabo.

El funcionamiento del módulo de selección de solución candidata (209) se presenta en detalle en la Figura 4. En primer lugar, se recibe el escenario de optimización que fue enviado al módulo de optimización (22) por el módulo controlador visual (21 ). En este paso se extraen todos los datos (402) necesarios para poder llevar a cabo dicha selección, entre los cuales estarán los datos relativos a la topología de la red, las variables de diseño, los parámetros de control, los rangos en los que pueden operar y la disposición de los consumos.

Una vez se dispone de todos los datos necesarios, se lleva a cabo una simplificación o relajación de los modelos físicos (404) del problema. Gracias a esta relajación, se consigue que el problema de optimización resultante sea más fácil de resolver y, por tanto, de encontrar una solución candidata. A la hora de resolver el problema de optimización (406), interesa encontrar aquella solución que, por ejemplo, obtenga un menor autoconsumo en las estaciones de compresión y en las plantas de regasificación. No obstante, se debe garantizar la verificación de ciertas restricciones: las estaciones de compresión deben actuar dentro de sus rangos de operación, las plantas de regasificación tienen que operar dentro de los límites de sus características técnicas, etc.

El siguiente paso a realizar es comprobar si se cumple un criterio de parada (408). En caso de que no se cumpla, se actualizará la relajación del modelo físico (410) empleando la información proporcionada por la solución obtenida en el paso previo. De esta forma, se irá ajusfando la relajación del problema (404) para que se vaya acercando al modelo físico original. A continuación se resuelve el nuevo problema de optimización (406) dando lugar a una nueva solución candidata. Finalmente, se repite el proceso anterior hasta encontrar una solución candidata con unas buenas propiedades. Algún criterio de parada (408) que se podría utilizar, entre otros, sería comprobar que no se está mejorando la optimización con las nuevas soluciones candidatas que se van obteniendo. Nótese que en cada paso se resuelve un problema de optimización con una relajación distinta, y por tanto los problemas a resolver son diferentes. Esto permite obtener soluciones con distintos valores objetivo (es decir, por ejemplo, el gas consumido en la estaciones de compresión puede ser distinto) que serán verificadas con el criterio de parada (408).

Una vez se verifique el criterio de parada (408), la solución candidata (412) obtenida mediante este módulo proporciona información relevante que podrá ser utilizada en procedimientos posteriores. Concretamente, actualiza las variables de diseño con los valores para la tasa de compresión de las estaciones de compresión, la tasa de descompresión de las válvulas de control de presión, el caudal prescrito en las válvulas de control de flujo, el cierre o apertura de las válvulas de cierre, el caudal emitido por las plantas de regasificación, el caudal importado o exportado a través de las conexiones internacionales, el caudal extraído o inyectado en los almacenes subterráneos y el caudal extraído en los yacimientos.

Dada la complejidad de las ecuaciones físicas y químicas subyacentes al modelo de la red de transporte de gas, no existe en el estado del arte ninguna técnica que permita garantizar un óptimo global del problema original. Por lo tanto, una variante del esquema que se acaba de presentar y que podría mejorar la solución candidata obtenida sería utilizar técnicas de multiarranque. Estas técnicas permiten la ejecución de varias instancias del módulo de selección de solución candidata (209), cada una con una relajación inicial del modelo distinta. Finalmente se elige la mejor solución candidata de entre todas las soluciones candidatas calculadas de acuerdo al objetivo de optimización. El módulo de traducción de solución candidata (210) forma parte del módulo de optimización (22). Se trata de la segunda etapa de optimización.

El módulo de traducción de solución candidata (210) recibe del módulo de selección de solución candidata (209) el escenario de optimización actualizado. Una vez realizado el proceso, el usuario puede escoger si quiere enviar el escenario de optimización al módulo tarifario (23). En caso negativo, el escenario de optimización pasará de nuevo al módulo controlador visual (21 ) para la visualización de los resultados. Dado esto, el módulo de selección de solución candidata (209) emplea el formato de representación de datos utilizado para empaquetar el escenario de optimización como formato de entrada y salida.

La funcionalidad principal del módulo de traducción de solución candidata (210) es generar una solución que se ajuste a la física real del problema, empleando para ello modelos matemáticos que reproduzcan el comportamiento del gas y del resto de elementos de la red de transporte de gas a través de la mecánica de fluidos, la física, la química y otras herramientas matemáticas.

Como se ha mencionado previamente, estos modelos matemáticos conducen a ecuaciones no lineales cuya resolución tiene un alto coste computacional, sobré todo al aplicarlos a la optimización de la gestión de redes de transporte de gas. No obstante, en el módulo de traducción de solución candidata (210) este coste compütacional se ve reducido porque se parte de una solución candidata. Por lo tanto, con este módulo lo que se persigue es, por un lado, asegurar que la solución creada por la invención se pueda aplicar directamente sobre la gestión de la red y, por otro, intentar mejorar la solución candidata en términos de eficiencia. Dichos términos pueden ser, por ejemplo, el autoconsumo de las estaciones de compresión y de las plantas de regasificación.

El funcionamiento del módulo de traducción de solución candidata (210) comienza con la recepción del escenario de optimización generado por el módulo de selección de solución candidata (209) como entrada. En dicho escenario de optimización, vienen predeterminadas qué variables de diseño se encuentran activas y unos valores iniciales para cada una de ellas. De forma más concreta, vienen dados los valores para la tasa de compresión de las estaciones de compresión, la tasa de descompresión de las válvulas de control de presión, el caudal prescrito en las válvulas de control de flujo, el cierre o apertura de las válvulas de cierre, el caudal emitido por las plantas de regasificación, el caudal importado o exportado a través de las conexiones internacionales, el caudal extraído o inyectado en los almacenes subterráneos y el caudal extraído en los yacimientos.

Para la búsqueda de una solución mejorada, en la que se mantendrá el compromiso de aproximación a la física real del problema, el módulo de traducción de solución candidata (210) se apoya en los gradientes de las variables de diseño con respecto a los parámetros de control y los rangos de operación para ir encontrando aquellas direcciones que marcan una mejora de la solución candidata de partida.

Nótese además que cada uno de los elementos de la red de transporte de gas debe encontrarse dentro de los límites de operación que establecen sus características técnicas y que se debe satisfacer la seguridad del suministro, teniendo siempre en cuenta las premisas del objetivo de la optimización.

El módulo tarifario (23) forma parte del sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2). La funcionalidad principal del módulo tarifario (23) es el cálculo de las tarifas en los puntos de entrada y salida de una red de transporte de gas, de acuerdo a las directivas y regulaciones vigentes.

El módulo tarifario (23) interactúa con el módulo controlador visual (21 ) y con el módulo de optimización (22) mediante el escenario de optimización. Si el usuario así lo indica, el módulo de optimización (22) envía el escenario de optimización al módulo tarifario (23), este último realiza el cálculo del sistema tarifario y actualiza el escenario de optimización. A continuación, el escenario de optimización pasará de nuevo al módulo controlador visual (21 ) para la visualización de los resultados. Dado esto, este módulo tarifario (23) emplea el formato de representación de datos utilizado para empaquetar el escenario de optimización como formato de entrada y salida.

En la Figura 5 se presenta una descripción detallada del módulo tarifario. En primer lugar, el módulo recibe como entrada el escenario de optimización actualizado por el módulo de optimización (22). En este paso se extraen todos los datos necesarios para poder llevar a cabo los cálculos del sistema tarifario. Entre otros, se necesita conocer: cómo se distribuyen los flujos por la red de transporte de gas, los costes asociados a las infraestructuras de la red (gasoductos, válvulas, estaciones de compresión, plantas de regasificación, almacenes subterráneos, etc.), los parámetros de diseño del sistema tarifario, etc.

A continuación se hace un procesamiento de todos los datos de entrada (502) para obtener una serie de elementos que serán fundamentales para el cálculo del sistema tarifario. Atendiendo a los parámetros de diseño, se calcularán todos los costes que incurren en la red por enviar una unidad de flujo desde cualquier punto de entrada de la red a un punto de salida. Algunos de estos parámetros de diseño podrían ser: los tipos de costes que se desean emplear (costes reales, costes basados en las características técnicas de las gasoductos, etc.) o el factor que determina cuánto cuesta recorrer un gasoducto en sentido opuesto al flujo (denominado habitualmente en la literatura como "backhaul").

Una vez se dispone de todos los elementos necesarios, se lleva a cabo el cálculo de las tarifas (504) siguiendo distintos enfoques. Por ejemplo, se podrían utilizar las metodologías publicadas recientemente por ACER (Agency for the Cooperation of Energy Regulators) en su documento de consulta pública titulado "Revised chapter on cost allocation and determination of the reference price of the draft framework guidelines on rules regarding harmonised transmission tariff structures" . Algunas dé estas metodologías son: "postage stamp" (506), "capacity-weighted distance approach" (508), "virtual point-based approach", "matrix approach" u otras metodologías (510).

En el siguiente paso se ejecutará un postprocesado de las tarifas (512) obtenidas en el paso anterior. Dependiendo de los parámetros de diseño, se realizarán distintos reajustes de las tarifas. Por ejemplo, se podría llevar a cabo un reescalado de las tarifas para que el orden de sus unidades sea comparable con los costes reales que se desean imputar o se podría aplicar algún procedimiento a las tarifas para que verifiquen una cierta dispersión. Finalmente se obtienen las tarifas (514) según los reajustes establecidos.

Algo a destacar de este procedimiento es que si se dispone de acceso a una base de datos que contenga la información necesaria de la red de transporte de gas en tiempo real, lo cual se haría mediante el sistema de entrada (1 ), se podría calcular el sistema tarifario en cada instante. Además, si se desea calcular el sistema tarifario para un período dado, bastaría con predecir el comportamiento de la red de transporte de gas e ir calculando el sistema tarifario en cada instante. De esta forma, el sistema tarifario establecido para el período concreto podría ser una combinación de los sistemas de tarifas obtenidos en cada instante.

El módulo tarifario (23) se puede interpretar como parte de un sistema de gestión de decisiones. Tal y como se acaba de explicar, este módulo permite conocer cuánto costaría acceder a la red de transporte de gas en cualquier punto de la misma y en cualquier período fijado. De este modo, para un agente interesado en accederá la red, podría utilizarlo como gestor de decisiones ya que le permite conocer con exactitud cuándo y en qué punto le sería más beneficioso el acceso. En la Figura 6 se recogen las explicaciones dadas con anterioridad sobre la interacción de los distintos módulos de la invención mediante un diagrama de flujo. Por tanto, el flujo de la optimización de la gestión de una red de transporte de gas es el siguiente: S1. Los datos de entrada se reciben mediante el sistema de entrada (1) a través de los distintos dispositivos de los que se compone.

52. Con la información recibida en el sistema de entrada (1 ), se genera en dicho sistema el escenario de optimización que contiene la topología de la red, las variables de diseño, los parámetros de control, los rangos en los que pueden operar y la disposición de los consumos.

53. El escenario de optimización es recibido por el sistema informático de optimización de la red de transporte de gas (2) y dentro de este sistema, el primero en tratarlo es el módulo controlador visual (21 ). El módulo controlador visual (21 ) permite la visualización y la edición del escenario de optimización.

54. El escenario de optimización editado es enviado al módulo de optimización (22). Dentro de este módulo, se ejecutan varias instancias del módulo de selección de solución candidata (209) mediante las técnicas de multiarranque para obtener varias soluciones candidatas.

55. Entre las soluciones candidatas generadas en el paso S4, se selecciona la que mejor se ajuste a las premisas del objetivo de optimización de la gestión de la red

, de transporte de gas.

56. Con la solución candidata seleccionada en el paso S5, se actualiza el escenario de optimización. Concretamente, se actualizan las variables de diseño con los valores para la tasa de compresión de las estaciones de compresión, la tasa de descompresión de las válvulas de control de presión, el caudal prescrito en las válvulas de control de flujo, el cierre o apertura de las válvulas de cierre, el caudal emitido por las plantas de regasificación, el caudal importado o exportado a través de las conexiones internacionales, el caudal extraído o inyectado en los almacenes subterráneos y el caudal extraído en los yacimientos.

57. El módulo de traducción de solución candidata (210) recibe el escenario de optimización actualizado con la solución candidata. Este módulo afina y transforma la solución candidata en una solución que se ajusta a la física real del problema y que se puede aplicar directamente sobre la gestión de la red.

S8. Se actualiza el escenario de optimización con la solución física del problema dada en el paso S7. S9. El usuario elige si desea calcular el sistema de tarifas asociado al escenario de optimización. En caso negativo, continúa en el paso S1 .

510. El módulo tarifario (23) recibe el escenario de optimización y calcula el sistema de tarifas asociado. Una vez hecho el cálculo, actualiza el escenario de optimización con las tarifas.

511. El módulo controlador visual (21 ) recibe y muestra el escenario de optimización al final de todo el proceso.