В России
На гребне атомной «­Волны»

ВНИИТФ разработал программное обеспечение для управления системой транспортировки газа. ПВК «Волна» уже опробован в одной «дочке» «Газпрома» и пользуется спросом у других. Попробуем разобраться, в чем преимущества программного комплекса и как он работает.

О расширении глобального присутствия

 

Олег БАРАБАНОВ, 
директор по развитию и реструктуризации госкорпорации «Росатом»
 
Уважаемые читатели! Представляем вашему внимаю рубрику о новых направлениях бизнеса госкорпорации «Росатом», которую мы запускаем на постоянной основе с февраля 2016 года.
 
Задача рубрики — ​информирование о стратегическом видении, планах и проектах Росатома в сфере новых бизнесов, об их вкладе в развитие отрасли и экономику России, расширение глобального присутствия.
 
Коротко напомю о том, какие цели в области новых бизнесов поставлены в стратегии Росатома. К 2030 году доля новых бизнесов в консолидированной выручке должна составлять не менее 30 % — ​это подразумевает амбициозную задачу увеличения выручки по новым бизнесам более чем в пять раз относительно текущего уровня. Это не только кратный рост цифр, но и качественные изменения: к 2030 году не менее 30 % выручки по новым бизнесам планируется получать в сегментах B2B/B2C (сейчас 90 % — B2G) и не менее 45 % выручки — на зарубежных рынках.
 
Появление новых бизнесов, новых продуктов помогает решить важные задачи задействования производственных мощностей и высококвалифицированных специалистов, увеличения производительности труда, отдачи активов. Кроме того, с точки зрения экономической устойчивости, широкое присутствие с разными продуктами на разных рынках и в различных рыночных сегментах позволит нам быстрее адаптироваться к изменениям внутренней и внешней среды, обеспечить способность к поддержанию деятельности и дальнейшему развитию.
 
Атомной отраслью наработан потенциал, который мы уже используем при разработке продуктов для ключевых отраслей промышленности, таких, как нефтегазовый сектор, электроэнергетика, металлургия, судо- и авиастроение, ракетно-космическая и оборонная промышленность и другие. Для таких отраслей организации Росатома готовы предложить решения, отвечающие самым жестким требованиям в части безопасности, надежности и эффективности и зарекомендовавшие себя как в России, так и за рубежом. Даже на тех рынках, где госкорпорация уже занимает прочные позиции, мы обязаны развиваться.
 
Диверсификация бизнеса — ​это большая ответственность и детальная работа. Нам необходимо ответить на множество вопросов, как по традиционным, так и по новым продуктам: как изменятся рынок, его требования в ближайшее время и к 2030 году, за счет чего мы собираемся зарабатывать, каким должно быть наше продуктовое предложение, каковы наши текущие и целевые компетенции, объем и структура необходимых ресурсов, что делают конкуренты? И так далее, и так далее.
 
Особенно важно заложить в наши продукты инновационные решения, которые позволят сделать их особенными, привлекательными для заказчиков завтра и послезавтра, когда они появятся на рынке. Поэтому в рубрике будет уделено внимание стратегическим направлениям развития новых бизнесов — ​нашему будущему, нашим перспективным продуктам.
 
Тема кооперации по направлениям, в которых возможен и целесообразен обмен опытом, знаниями, технологиями производства и технологиями управления, наряду с темой импортозамещения как важного драйвера развития собственных технологий на уровне мировых стандартов также будут освещены в нашей рубрике.
 
Модели бизнеса меняются, поэтому мы целенаправленно расширяем и дополняем наше продуктовое предложение, включая в него сервис, обучение и прочие услуги. В результате многие традиционные направления бизнеса фактически становятся новыми. Так, например, появились направления сервиса АЭС за рубежом, энергосбытовой бизнес, оказание услуг в области повышения энергоэффективности, АСУ ТП, изотопный трейдер, системы мониторинга дорожного покрытия и другие.
 
Разрешите пожелать рубрике интересных материалов, а читателям — ​реализации планов и успехов в достижении поставленных целей.
 

 

Еще 20 лет назад информацию о режиме функционирования газотранспортной системы (ГТС) приходилось собирать по телефону, а решения по управлению ею диспетчер принимал на основе интуиции, которую оттачивал годами практической работы на объектах магистрали. Сегодня в производственно-диспетчерских службах газотранспортных обществ используются современные информационные технологии. Внедряются системы сбора и контроля данных (так называемые SCADA-системы), создаются компьютерные информационно-аналитические системы управления.
 
Однако для управления транспортировкой газа недостаточно просто собрать данные о состоянии объекта с помощью SCADA-системы. Ведь газопровод не работает постоянно в одном режиме: при управляющих воздействиях диспетчера в системе могут происходить сложные процессы, нестационарные и волнообразные. Поэтому необходим расчетный прогноз поведения системы с помощью моделирующих программных комплексов. Пример такого успешно действующего комплекса — ​«Волна» разработки ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. Е. И. Забабахина».
 

Супермозги на конверсии

В 1999 году специалисты ­ВНИИТФа, основной тематикой которого с момента создания была разработка ядерного оружия, в рамках одной из конверсионных отраслевых программ по инициативе академика Евгения Аврорина взялись за создание программного комплекса моделирования магистрального транспорта газа.
 
«То, что именно в нашем институте были начаты эти работы, не случайно, — ​рассказывает ведущий научный сотрудник Михаил Анучин. — ​Одним из основных направлений деятельности ядерного центра с самого его основания была разработка программных комплексов моделирования сложных физических процессов и явлений. Мы увидели, что это очень интересная прикладная задача и у нас есть все для ее решения: физики, которые разбираются в газодинамике; математики (специалисты по численным методам, в частности, по моделированию газодинамических процессов); есть программисты и вычислительные мощности. То есть технологическая цепочка по разработке моделирующих программно-вычислительных комплексов в институте существовала, хотя нужно признать: у нас не было опыта создания именно коммерческих продуктов — ​его пришлось приобретать на ходу».
 
Для решения поставленной задачи была организована команда, в которую вошли физики и математики научно-теоретического отделения под руководством Михаила Козманова, программисты-прикладники и системщики научно-исследовательского отделения под руководством Вячеслава Крюкова.
 
Неформальным лидером проекта стал М. Анучин, во многом благодаря действиям которого после двухлетнего предварительного научного этапа ВНИИТФу удалось заключить договор с газотранспортным обществом «Газпром трансгаз Ухта». «Мы прошли все этапы развития сотрудничества: протокол о намерениях, договор о научно-техническом сотрудничестве, коммерческие договоры, — ​вспоминает М. Анучин. — ​Очень трудно начинать сотрудничать с нуля, не имея даже опытного образца, а нам это удалось. Хотя это противоречило общей политике „Газпрома“».
 
Необходимые НИОКР были профинансированы ВНИИТФом и ухтинским трансгазом в равных долях, так же распределились и права на интеллектуальную собственность. На основе результатов разработки был создан программно-вычислительный комплекс нестационарного моделирования, оптимизации и мониторинга газотранспортных систем, который по предложению газовиков получил название «Волна».
 

От Ямала до Мышкина

Специалисты ВНИИТФа смоделировали довольно сложную многониточную газотранспортную систему, принадлежащую ООО «Газпром трансгаз Ухта». Она обеспечивает транспортировку газа на расстояние 2,5 тыс. км, от Бованенковского месторождения на Ямале до города Мышкин Ярославской области. Расчеты режима работы газотранспортной системы проводятся в реальном времени (онлайн); они сопровождаются предварительной обработкой и анализом данных по специально разработанным алгоритмам.
 
 
Назовем еще несколько особенностей комплекса: методика расчета нестационарных газовых потоков, обеспечивающая высокую точность моделирования и возможность расчета критических режимов течения; специальные методические и функциональные возможности, позволяющие моделировать аварии с разрывами трубопроводов, производить расчет движения очистных и диагностических снарядов, включая системы мониторинга энергетических и экологических показателей; а также удобный настраиваемый интерфейс, обеспечивающий эффективную работу конечных пользователей.
 
В 2013 году актуальная версия комплекса «Волна» была введена в промышленную эксплуатацию в производственно-диспетчерской службе этого предприятия. А с 2014 года ­ВНИИТФ оказывает ООО «Газпром трансгаз Ухта» услуги по техническому сопровождению комплекса и ведению онлайн-расчетов газотранспортной системы, что и приносит институту основной доход от разработки.
 

«Волна» накрывает «Газпром»

Если отталкиваться от протяженности труб (примерно 16 тыс. км), то сейчас «Волной» охвачено около 10 % всего «Газпрома». Разработанная модель универсальна, ее можно применять как для любого другого «трансгаза», так и для ЕСГ в целом. И география применения «Волны» расширяется: закончены работы по адаптации и внедрению комплекса в ООО «Газпром трансгаз Томск», начата его опытная эксплуатация.
 
«Томского главного диспетчера отличает современный подход к делу: он считает, что диспетчер во время работы должен смотреть не на SCADA-систему, а в модель, поскольку именно там отражены и фактические данные, и расчетные, — ​рассказывает М. Анучин. — ​Мы договорились, что по результатам опытной эксплуатации будем готовить совместное заключение о нашем комплексе с рекомендацией его широкого применения. В Томске уже есть обученные люди, умеющие работать с „Волной“».
 

ВНИИТФ уже получил заявки на приобретение локальной версии комплекса (работающей при ручном вводе данных) и от других «дочек» «Газпрома»: ООО «Газпром информ», АО «Гипрогазцентр», ДАО «Газпром центрэнергогаз», ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ООО «Газпром промгаз».
 
«В настоящее время во всех газотранспортных обществах используется инженерный комплекс „Астра“ собственной „газпромовской“ разработки, — ​поясняет М. Анучин. — ​Однако этот комплекс предназначен только для стационарных процессов. Кроме того, он уже устарел в программном смысле, из-за этого его сложно развивать. У нас очень квалифицированные программисты, поэтому наш комплекс „Волна“ выполнен на основе современных программных технологий, и развивать его относительно легко. В частности, мы постоянно занимаемся совершенствованием методик расчета. Еще существует модель „Веста“, разработанная сотрудниками Государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина. В основном она используется в качестве тренажера для обучения диспетчеров. Но и на нашей модели тоже можно обучаться, причем на основе расчетов реальной ГТС, на реальных данных и в реальных режимах!»
 
Кроме того, «Газпром» рассматривает комплекс «Волна» в качестве кандидата на внедрение в составе системы оперативного диспетчерского управления строящегося газопровода «Сила Сибири».
 
Конкурентов у «Волны» нет, убеждены разработчики. Политика импортозамещения закрыла дорогу в «Газпром» зарубежным моделям (на западном рынке подобное ПО представлено более разнообразно), а перед отечественными аналогами у комплекса ВНИИТФа есть целый ряд преимуществ. Так, «Волна» обеспечивает расчет звуковых волн и нелинейных волн сжатия и разгрузки; расчет размеров опасных зон при разрыве газопровода; расчет и мониторинг выбросов вредных веществ при сжигании топливного газа; расчет движения очистных и диагностических снарядов по газопроводу; реализован интерактивный режим формирования сценария управляющих воздействий диспетчера.
 
К тому же тот факт, что газовики являются совладельцами прав на ПО, делает продукт ВНИИТФа «своим» в «Газпроме» и облегчает задачу его продвижения.
 

 
Линейка ­продуктов ­ВНИИТФа на базе ­комплекса «Волна»: 
 
1. Программно-вычислительный комплекс моделирования и оптимизация газотранспортных систем «Волна». 
 
2. Система мониторинга показателей энергетической эффективности и экологических показателей функционирования газотранспортных систем. 
 
3. Программный комплекс параметрической диагностики и мониторинга текущих показателей технического состояния парка основного газоперекачивающего оборудования «Газпрома». 
 
4. Тренажер диспетчера газотранспортной системы.
 
5. Программно-вычислительный комплекс моделирования и оптимизации Единой системы газоснабжения Российской Федерации на основе параллельных вычислений. 
 
6. Самообучающаяся система поддержки принятия диспетчерских решений по оперативному управлению газотранспортными системами на базе биологически реалистичных моделей нейронных сетей и высокопроизводительных ЭВМ. 
 

 

Масштаб, поражающий ­воображение

Для внедрения «Волны» на оставшихся 90 % сетей «Газпрома» необходимо выполнить большую работу: включить в ПВК технологические схемы газотранспортных систем, пополнить базы данных характеристик объектов, а также адаптировать комплекс к информационной среде газотранспортных обществ.
 
В перспективе внедрение комплекса «Волна» позволит «Газпрому» решать более широкий спектр задач, связанных с транспортировкой газа, считают в Уральском ядерном центре. Помимо оперативного диспетчерского управления, это могут быть: ведение учета баланса газа; мониторинг показателей энергетической эффективности объектов газотранспортной системы; мониторинг выбросов в атмосферу вредных веществ и парниковых газов при сгорании топливного газа; мониторинг технического состояния парка газоперекачивающих агрегатов; обучение диспетчерского персонала.
 
 
«У нас есть амбициозная задача — ​разработать модель расчета не отдельных „трансгазов“, а всей Единой системы газоснабжения России, — ​поделился планами М. Анучин. — ​Из-за большого масштаба системы здесь потребуются другие подходы. Наши специалисты могут и готовы этим заниматься».
 
ВНИИТФ имеет возможность разработать целое семейство программных продуктов для «Газпрома» (см. справку). «В институте очень удобно разрабатывать новые программные продукты для промышленного применения, потому что всегда можно привлечь нужного специалиста, разумеется, по договору, — ​говорит М. Анучин. — ​Пока у нас трудится команда, собранная по матричному принципу. Если круг задач расширится, можно ставить вопрос о формировании самостоятельного коллектива. Почему лично я этим занимаюсь? Я думаю, что любой ученый заинтересован в практическом применении результатов своей работы. В нашем же случае масштаб возможного промышленного внедрения просто поражает воображение!»

Надежда МОДЕСТОВА

28.03.2016

Комментарии 0

Войдите или  зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии

Комментарий эксперта

Комментарий эксперта: 

Комментарий эксперта

советник проектного офиса по гражданской продукции Росатома:
Развитие ПВК „Волна“ и создание аналогичных комплексов для других крупных сетевых систем — ​одно из перспективных направлений нового бизнеса, развиваемое Росатомом. Повысить эффективность работы больших систем, таких, как газотранспортная или электросетевая, можно только с применением технологий моделирования и предоставления предсказательной информации о состоянии агрегатов, их режимах работы и снабжения потребителей.
 
Сегодня разработка ­ВНИИТФа включена в программу научно-технического сотрудничества госкорпорации и «Газпрома» на 2014–2016 годы, и уральские ученые проводят работы по внедрению ПВК  „Волна“ в „Газпром трансгаз Томск“ для газотранспортной системы „Сахалин — ​Хабаровск — ​Владивосток“, предусматривающие в том числе сопряжение данного комплекса со SCADA-системами российских разработчиков.
 
Экономический эффект от применения ПВК „Волна“ может обеспечить снижение потребления топливного газа до 3 % за счет оптимизации режимов функционирования газотранспортной системы, сократить стоимость регламентных работ, повысить эффективность планирования поставок газа и уменьшить вредные выбросы в атмосферу.
 
В настоящее время „Газпром“ совершенствует программно-вычислительные комплексы диспетчерского управления транспортировкой газа, и по итогам апробации “Волны” мы рассчитываем на дальнейшее расширение совместных проектов с газовым концерном.

Справка

Как устроена ЕСГ

Единая система газоснабжения РФ (ЕСГ), принадлежащая государственной компании ПАО «Газпром», — ​уникальный по масштабу промышленный объект, не имеющий аналогов в мире (см цифры).

Главная задача управления Единой системой газоснабжения — ​обеспечить бесперебойные поставки газа потребителям. При этом все компоненты системы должны функционировать безопасно и надежно. За это отвечает производственно-диспетчерская служба «Газпрома», которая имеет трехуровневую иерархическую структуру.
 
На самом верху — ​центральный диспетчерский пункт ЕСГ, расположенный в Москве. Здесь решают, как оптимально распределить потоки газа по системе, чтобы обеспечить поставки регионам и крупным потребителям, в том числе и зарубежным. Отсюда поступают указания газотранспортным обществам «Газпрома», обеспечивающим транспортировку газа по находящимся в их ведении газотранспортным системам (ГТС).
 
Типичная ГТС представляет собой магистральный многониточный газопровод длиной порядка тысячи километров, включающий около десятка компрессорных станций (КС). Далее система делится на линейные производственные управления (ЛПУ); производственно-диспетчерская служба управляет функционированием компрессорных станций, входящими в систему компрессорными цехами, газоперекачивающими агрегатами, а также кранами, расположенными на примыкающих к КС линейных участках газопроводов. Все это делается с учетом заданий, полученных из центрального диспетчерского пункта.
 
Образно говоря, единая система магистральных газопроводов «Газпрома» похожа на паутину. Она предназначена для транспортировки газа на значительные расстояния, от месторождения к потребителю. 
 
Обычно параллельно идут несколько трубопроводов, и примерно через каждые 150 км расположены компрессорные станции. Они повышают давление, сжимают газ. По мере движения газ расширяется, давление падает — ​и процесс повторяется от станции к станции. Вся эта «паутина» административно поделена на так называемые «трансгазы». В «Газпроме» их около двадцати, каждый отвечает за свой участок газовой сети.
 

Совместимый комплекс

План правительства РФ по снижению зависимости от импорта в IT предполагает разработку как отечественной элементной базы (датчики, контроллеры, коммуникационная и вычислительная техника), так и отечественного программного обеспечения (SCADA-системы для сбора данных, программно-вычислительные комплексы).
 
И программный комплекс «Волна» может работать как на операционной системе Windows, так и на открытых операционных системах семейства Linux, которые могут использоваться, в том числе, на отечественных процессорах «Эльбрус».
 
В первую очередь отечественные технологии будут применяться на новых газопроводах, таких, как «Сила Сибири», который организационно будет подчиняться ООО «Газпром трансгаз Томск», где сейчас ведутся работы по промышленному внедрению программно-аппаратного комплекса «Волна». В связи с этим ВНИИТФ получил предложения о сотрудничестве от нескольких отечественных разработчиков SCADA-систем, в том числе от отраслевого НИИИС им. Ю. Е. Седакова.
 
Отечественная платформа «СКАДА АТОМ-НН», в отличие от западных аналогичных платформ, основана на открытом исходном коде и не использует заимствованные закрытые программные продукты, что позволяет свободно применять ее в проектах как на внутреннем, так и на мировом рынке вне зависимости от лицензионной и торговой политики третьих фирм или государств.
 
Аналитика