По материалам Esri
Ethanol Buzz Fuels GIS Planning by Colonial Pipeline Company
При управлении системой трубопроводов необходим комплексный учет нормативных и законодательных ограничений, потребностей производства и наличия потребителей, что во многом связано с разнообразными пространственными факторами, особенностями территории и развитостью инфраструктуры в районах их прохождения. Поэтому в данной сфере деятельности, как и во многих других, эффективное управление и принятие компетентных решений невозможны без использования технологии геоинформационных систем (ГИС).
О проекте
В данном проекте инструментарий ГИС использовался для выявления оптимальных вариантов процесса доставки топлива (в данном случае – этанола) от производителей к трубопроводам, терминалам и заправкам. С помощью программного обеспечения ArcGIS определялись места, где расположены объекты инфраструктуры, в том числе те, вблизи которых нельзя хранить или транспортировать этанол. Через пространственные запросы выявлялись наиболее приемлемые варианты перемещения этанола от производителей к потребителям.
В США в ходе бурных дебатов, посвященных поиску путей для сокращения зависимости от нефти, призывы заменить бензин этанолом вызвали достаточно шума, чтобы привлечь внимание правительства и бизнесменов. Федеральный мандат, выпущенный в декабре 2007 года, предписывает Соединенным Штатам к 2015 году производить 15 миллиардов галлонов этанола (это почти 60 млрд. литров), создаваемого на основе переработки злаковых культур, в основном кукурузы. В ответ на эти планы одна из крупнейших трубопроводных компаний страны Colonial Pipeline Company, базирующаяся в шт. Джорджия, начала свое исследование по изучению возможности транспортировки альтернативных видов топлива, например этанола, по трубопроводам.
На этом фрагменте карты с рельефом показаны некоторые из трубопроводов компании Colonial с учетом их топологических взаимосвязей. Эффективность трубопроводного транспорта делает инвестиции в строительство новых транснациональных трубопроводов вполне оправданными.
«Пока этанол как правило перевозится железнодорожным и автомобильным транспортом, однако сейчас нарастает интерес к использованию для этой цели трубопроводов и ставится комплексная задача обеспечения транспортировки любых видов топлива», – отмечает Чэд Замарин, который с 2004 года работает в компании Colonial, а до этого восемь лет трудился в газовой промышленности и занимался строительством трубопроводов, анализом имевшихся неисправностей и сбоев, контролем работоспособности и целостности трубопроводов.
Компания Colonial уже 45 лет занимается трубопроводным бизнесом и поставляет на рынок около 100 млн. галлонов различных видов топлива в день по трубопроводам, проходящим через южную и восточную части США. Сеть подземных трубопроводов компании длиной 5500 миль простирается от Хьюстона (Техас) до бухты Нью-Йорка, по ней происходит транспортировка бензина, печного топлива, авиационного горючего и других продуктов нефтепереработки.
Но даже такой компании как Colonial, обладающей богатым опытом и развитой инфраструктурой, решение задачи по транспортировке этанола приносит новые заботы, такие, например, как защита стальных труб и обеспечение качества транспортируемого топлива. Тем не менее, компания активно продвигается вперед в разработке целостной системы процесса доставки, в изучении условий и опыта транспортировки альтернативных видов топлива, включая биотопливо.
По словам Замарина, компания находится на пути перехода к альтернативным видам топлива, поскольку она хочет быть готовой к работе не только с современными, но также с появляющимися или еще неизвестными видами топлива. И, поскольку трубопроводы являются наиболее безопасным, надежным и эффективным способом транспортировки, Colonial тщательно анализирует разные варианты использования имеющейся инфраструктуры и технологий в соответствии с потребностями страны в энергоресурсах.
Проблема транспортировки этанола
Первым шагом в решении задачи, связанной с этанолом, стал анализ существующей системы трубопроводов для выяснения принципиальной возможности транспортировки по ней нового вида топлива.
Colonial и другие эксперты трубопроводной отрасли выяснили, что существующие системы не в полной мере удовлетворяют новым требованиям. Этанол растворим в воде и склонен абсорбировать влагу, которая может скапливаться в трубопроводе. А водные добавки могут сделать этанол малопригодным к использованию в качестве топлива. Кроме того, этанол отличается от нефтепродуктов тем, что при наличии некоторых примесей он может вызвать повреждения стальных труб. Этанол также может представлять опасность и для другого трубопроводного оборудования.
Идея транспортировки этанола по существующим трубопроводам рассматривается также через призму местоположения. Центры производства этанола располагаются в основном на Среднем Западе – вдали от основных потребителей и в стороне от имеющихся трубопроводов. Это означает, что этанол, очевидно, по-прежнему придется доставлять к месту перекачки в трубопровод по железной дороге, воде или автотранспортом.
Индустрия производства биотоплива в США сталкивается со многими трудностями, которые напрямую касаются вопросов местоположения. В связи с этим, в условиях современной сложной структуры контроля, производственной и эксплуатационной конъюнктуры, ГИС являются ценным инструментом для поддержки эффективного управления системой трубопроводов.
Данное изображение нефтеперегонного завода включает результаты пространственного анализа для подробного планирования.
Для рассмотрения постоянно растущего множества обстоятельств и соображений, которые необходимо учитывать в планировании производственного процесса, Colonial широко использует геоинформационные технологии. Выбор в пользу программного ГИС-обеспечения Esri был обусловлен тем, что оно предоставляет единую мощную информационную инфраструктуру для анализа, понимания и наглядного представления роли всех элементов конкретной ситуации на основе их географического положения и пространственных взаимоотношений между ними. В трубопроводной отрасли ГИС уже довольно давно используются для выявления оптимальных вариантов и способов связывания производителей и поставщиков с трубопроводами, терминалами и, в конечном итоге, с заправочными станциями.
С помощью ГИС специалисты трубопроводных компаний могут накладывать, совместно рассматривать и анализировать тематические слои карт с объектами инфраструктуры, данными об окружающей среде и демографии. Для компании Colonial ГИС предоставляет обобщенную сводку данных об объектах недвижимого имущества и прочей инфраструктуре. Система позволяет точно зафиксировать и отобразить расположение трубопроводов, топливных резервуаров, оборудования и прочих компонентов производственного цикла. Благодаря современному инструментарию программного обеспечения ArcGIS для работы с геопространственными данными компания Colonial может проводить полноценный анализ своей инфраструктуры для решения различных задач, в том числе для выявления объектов и местоположений, несовместимые с этанолом. А заранее моделируя планируемые мероприятия на компьютере руководство и специалисты могут заблаговременно выявлять возможные риски и варианты их преодоления, принимать решения о возможности использования существующей системы трубопроводов или необходимости ее модификации.
В результате, работая с технологией ГИС, компания Colonial разработала бизнес-модели транспортировки этанола по трубопроводам. Они позволяют через введение весовых коэффициентов ранжировать затраты, связанные с различными вариантами использования железнодорожного транспорта с учетом мощностей каждого из заводов по производству этанола и длительности перевозки продукта от поставщика до трубопровода. Специалисты компании Colonial проводят моделирование и наносят на карту возможные сценарии транспортировки этанола от производителя до поезда, баржи или грузовика-этаноловоза, до трубопровода или терминала и обратно к грузовикам для перевозки горючего конечному потребителю. Совместно с этими данными при помощи ГИС они могут анализировать демографические и прочие данные, чтобы определить, где существуют наибольшие потребности в этаноле.
«Если мне нужно узнать, какие производители этанола находятся ближе всего к трубопроводам Colonial или какие железнодорожные ветки нас связывают» – объясняет Замарин – «то при старом подходе мне придется использовать множество бумажных карт и схем, однако вполне вероятно, что я так и не смогу рассчитать наилучшую комбинацию транспортной цепочки производитель – железная дорога. Если же мы введем всю информацию в ГИС, то избежим утомительного просмотра кипы бумажных карт и не станем всецело полагаться на интерпретацию карт вручную. Теперь подобные задачи эффективно решаются посредством автоматизированных инструментов интерактивного пространственного анализа. Например, мы используем пространственные запросы, чтобы выяснить, какие производители этанола находятся вблизи железных дорог и могут быть подсоединены к нашим трубопроводам, а результаты такого анализа можно использовать в бизнес-модели для определения оптимальной комбинации процесса доставки продукции потребителям».
В Colonial вся необходимая в работе информацию хранится в корпоративной базе геоданных и структурирована на основе доступного прототипа модели данных по трубопроводам (ArcGIS Pipeline Data Model, APDM). Данные хранятся в Oracle9i под управлением технологии ArcSDE. Интеграция данных, их анализ и обмен ими осуществляются через ArcGIS Server и набор готовых приложений от компании Esri и ее бизнес партнеров. Для поддержки производственных процессов и реализации проектов Colonial использует множество приобретенных, общедоступных и собранных самой компанией и принадлежащих ей данных.
Дебаты вокруг этанола
Пока Colonial готовится к тому, чтобы адекватно отреагировать на прогнозируемый рост потребностей в биотопливе – этаноле или каком-то другом продукте, обсуждение стратегии использования этанола в США значительно оживилось. На протяжении десятилетий в нефтяной и газовой промышленности США было принято смешивать этанол с бензином для повышения октанового числа и содержания кислорода, что снижает вредные выбросы в атмосферу при сжигании топлива.
По данным Министерства сельского хозяйства США (USDA), в 2007 году американские фермеры собрали немногим более 13 миллиардов бушелей кукурузы (1 бушель равен 36,36872 литров), из которых немногим более 3 млрд. пошло на выработку этанола и более 2 млрд. – на экспорт. Правда, в 2008 году после сильных дождей и наводнений на территории «Кукурузного пояса» (западная часть Среднего Запада США, от Огайо до Канзаса и Небраски), где условия наиболее благоприятны для произрастания кукурузы, ее урожай снизился до 11 млрд. бушелей, но при этом его доля, выделяемая на производство этанола, подскочила до 30%.
B связи с таким развитием событий, появлением новых возможностей и перспектив трубопроводные компании, в том числе Colonial, приступили к реализации проектов по выбору маршрутов и планированию строительства новых трубопроводов. При прокладке новых трубопроводов необходимо принимать во внимание интересы собственников земли и недвижимости, водные объекты, экологические вопросы, возможное воздействие на иные сооружения и объекты, типы почв и растительности, орографию и линии разломов и прочие моменты. Вся эта информация может быть организована в тематические слои в ГИС, обработана и проанализирована, А результаты моделирования и анализа, в том числе представленные в наглядном картографическом виде, использованы для выработки стратегии действий и принятия управленческих решений.
За дополнительной информацией обращайтесь к Чэду Замарину (Chad Zamarin), Colonial Pipeline Company (e-mail: CZamarin@colpipe.com).
Этанол – C2H5OH или CH3-CH2-OH – этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт, гидроксид пентагидродикарбония, в просторечии просто «спирт» или «алкоголь».
