Corregido Topic 2

7/21/2019 Corregido Topic 2

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ADICIÓN DE FLEXIBILIDAD EN UNA RED DE

TRANSPORTE DE GAS NATURAL USANDO LOS

SERVICIOS DE TRANSPORTE INTERRUMPIBLE

Abstracto

Se presenta un marco de modelado para analizar si el uso de los servicios de

transporte interrumpible puede mejorar la utilización de la capacidad en una red de

transporte de gas natural. La red consta de dos tomadores de decisiones: el operador del sistema de transmisión (TSO) y un cargador de gas natural. El TSO es

responsable del enrutamiento de gas en la red y asigna capacidad para el cargador

para asegurar ue la seguridad del suministro en la red est! dentro de los l"mites

indicados.

El TSO puede o#recer dos tipos de servicios de transporte: #irme e

interrumpible. Sólo los servicios #irmes tienen una garant"a de medida de suministro$

mientras ue los servicios interrumpibles libremente pueden interrumpirse cada vez

ue la capacidad disponible en la red de transporte no es su#icientemente

grande. %plicamos nuestro marco de modelado en un estudio de caso con los datos

reales de la plata#orma continental noruega. Los resultados indican un aumento de

rendimientos sustanciales y bene#icios con la introducción de servicios

interrumpibles.

1. Introducción

En este trabajo se discute si la introducción de los servicios de transporte

interrumpible en una red de gas natural puede aumentar el rendimiento sindeteriorar la seguridad del suministro. En nuestro marco de modelado queincluyen tanto los servicios de transporte firmes e interrumpibles, donde losservicios de la firma se caracterizan por un nivel garantizado de la seguridad delsuministro, mientras que los servicios interrumpibles se entregan siempre haycapacidad disponible en el día dado. Se presenta un modelo de marco general yun estudio de caso sobre la base de los datos reales del sistema de transporte



de gas natural noruego que cubre casi el 2 por ciento del consumo de gas enEuropa !"irección de #etróleo de $oruega, 2%2&.

Servicios de transporte interrumpible son bien conocidos dentro de la cadena desuministro de gas natural, ya que est'n disponibles en los EE.((. y en variossistemas europeos !incluido el noruego&. Estos servicios permiten al )S* a

e+agerar la capacidad mediante la reventa de capacidad que se reservó firmepero no nominado sin el alivio de la obligación al comprador original, como sedescribe en "oane, c-fee, $ayyar, y illiams !2/&. #or lo general, serequiere que toda la capacidad firme, definida por un límite est'tico predefinido,se vende antes de cualquier capacidad puede ser revendido comointerrumpible. 0a intención de los servicios interrumpibles es mejorar laredistribución de corto plazo de la capacidad de transporte para apoyar el usoeficiente de la red !1uff, 2%2&. $uestra motivación para la introducción de losservicios de transporte interrumpible es diferente. $os centramos en el aumentode la capacidad inicialmente puesto a disposición por el )S* en vez de laredistribución de la capacidad asignada entre los productores. Este ltimo ser'aumentar la utilización de la capacidad ofrecida en la red, mientras que el

primero se incrementar' la capacidad ofrecida. Esto implica una definiciónligeramente diferente, ya que hablamos de contratos interrumpibles en unmercado primario sin ningn supuesto en la reventa. $o tenemos conocimientode cualquier red de gas natural o ejemplos en la literatura donde se utilizan losservicios interrumpibles para este propósito.(n alto nivel de seguridad del suministro es importante en el lado del mercado,para los transportistas puedan entregar en contratos a largo plazo. )ambi3n esimportante en el lado de la producción, para asegurar que la producción depetróleo en los campos con gas asociado no ser' disminuida. 4on el fin demantener un alto nivel de seguridad del suministro de los servicios de la firma, esnecesario que el operador del sistema de retener alguna capacidad en el sistemaen el momento de la reserva para tener la fle+ibilidad para manejar las

incertidumbres en la operación final. Esta fle+ibilidad retenido puede disminuir lautilización de la capacidad en la red. 0a seguridad del suministro se puedee+presar a trav3s de diferentes medidas. "entro del sector de la energía elm3todo $5%, lo que requiere la operación factible incluso si un elemento de la redse cae, es una forma tradicional de proporcionar robustez en caso decontingencias !v3ase, por ejemplo 6ournas, 2%&. 7opp, 8annan, #alocsay, yStevens !%99:& utiliza un conjunto de reglas de negocio para lograr la seguridadsatisfactoria del abastecimiento de la hora de optimizar el problema deplanificación de una empresa de distribución de gas natural local. ;uldmann yang !%999& incluyen un costo reducción en la demanda no satisfecha de unproblema similar. En la literatura de programación estoc'stica una variedad demedidas de riesgo se presentan !v3ase, por ejemplo 1oc<afellar, 2=&, pero

hasta ahora 3stas rara vez se aplican en las aplicaciones de gasnatural. "efinimos la seguridad de nivel de suministro como el rendimientoesperado en todo el sistema en relación con el total de la reserva firme>

ecuación(1)

SEGURIDAD DEL SUMINISTRO = ∑escenario Proai!idad

∑nodos Flujo

∑nodos Reseva

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037722171400993X#bib0023



























Esta es la misma definición utilizada por ?ellemo, idthun, )omasgard, yerner !2%@&, pero a diferencia de ellos tambi3n reportan an'lisis num3rico.

Eventos no planificados, como cortes y fallas t3cnicas, causan incertidumbre en lacapacidad disponible en la red de transporte. -dem's, el operador del sistema debe tener en cuenta los efectos sobre el sistema que hacen que sea imposible a priori determinar capacidades fija. Esto corresponde a los argumentos de 6'zquez, ?allac< y ;lachant!2%2& que seAalan que vista simplificada del cargador en la red de transporte,nicamente de conformidad con los puntos de entrada y de reserva de salida, requiere dela )S* de retener cierta capacidad para que coincida con la reserva obligaciones con lascapacidades de red físicos.0a fle+ibilidad del sistema a corto plazo viene de la posibilidad de aumentar los niveles deproducción en algunos campos, para desviar el gas, y de las capacidades dealmacenamiento en los gasoductos !linepac<&. idthun, $oBa< y )omasgard !2=& y8eyaerts, ?allac<, ;lachant y "C?aeseleer !2%%& muestran que linepac< tambi3n tiene un

valor comercial que introduce una compensación en relación con la seguridad delsuministro. $o hemos incluido linepac< y esta compensación en nuestro an'lisis de limitar la complejidad del modelo y de centrar el an'lisis sobre los efectos de los contratosinterrumpibles. En nuestro modelo de un solo período de la disponibilidad de linepac<habría aumentado la capacidad de la red que podría reducir el valor de la introducción delos servicios interrumpibles, mientras que en un entorno din'mico realista este efectodepender' en gran medida de la estructura temporal de los eventos de red y elintercambio entre uso comercial y la seguridad de las consideraciones de suministro.

odelado de la física de transporte de gas en redes de tuberías es un reto, debidoprincipalmente a las propiedades no lineales en la din'mica de presión en las tuberías, laeficiencia del compresor y la gestión de la calidad del gas.

$uestra contribución es a la vez un marco de modelado que permite el an'lisis detalladode los servicios interrumpibles para abordar la incertidumbre en la disponibilidad decapacidad de la red en la red de transporte de gas natural, así como un estudio de casosobre la base de datos realistas y topología de la plataforma continental noruega!$4S&.-dem's, se introduce una nueva función de coste de producción de campos degas natural que tenga en cuenta asociada la producción de petróleo. $uestros modelos sebasan en la programación estoc'stica y no incluyen el comportamiento estrat3gico de losparticipantes.

0a validez de este se discutir' con m's detalle cuando introducimos nuestros modelos.

En la sección 2 se describe con m's detalle, así como la secuencia de decisiones de

algunos de nuestros supuestos. - continuación, presentamos el marco de modelado en laSección @, antes de pasar al estudio de caso en la Sección D. #or ltimo, se concluyeen la Sección .








http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037722171400993X#sec0002



















Interrupción de la

capacidad en frme

Capacidad libro

Asignar capacidad frme

Estado dela red

I n t e r r u p c i ó n

L i b

r o I n

t e r r u

m p

i b l e

I n f o r m

a c i ó n i n c o m

p l e t a

I n f o r m a c i ó n

c o m p l e t a

P r o d

u c

i r g a s

d e

v e n

t a

". Pro!e#a

En esta sección se presenta la estructura del modelo y discutimos los supuestossubyacentes. En nuestro marco modelo, establecemos una secuencia de decisiones que

involucra a los agentes de la cadena de suministro !ver Fig. %&.

En t G % los transportistas que presenten sus solicitudes de reserva bajo la incertidumbrede capacidad firme disponible ya t G 2 la )S* asigna la capacidad entre los cargadores.

El )S* trata de minimizar la desviación entre la reserva solicitada y capacidad asignadaal reunirse la seguridad de las necesidades de abastecimiento !v3ase la Ec. !%&&. En t G @,cuando la reserva en firme asignada es conocido por los transportistas, que reservar capacidad interrumpible.

0a capacidad interrumpible es ilimitado, pero los cargadores incluir' la probabilidad deinterrupciones cuando se toman decisiones de reserva. En t G D incertidumbre con

respecto a los eventos de red y los precios de mercado se resuelven. El )S* entoncesasigna interrupciones en base a un patrón de enrutamiento factible. #or ltimo, en t G loscargadores producen y hacen operaciones a corto plazo. 0a secuencia de decisión quehemos descrito es similar a la utilizada en el sistema actual en las $4S, aparte de ladiferencia en el uso de los servicios interrumpibles.

Fig. %.Hlustración de la secuencia de decisiones para un cargador y el )S*. 0os cuadros muestran lasdecisiones que se toman en cada punto, mientras que los trapecios muestran los par'metrosinciertos en esa etapa.

Rutas y asignarinterrupciones

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037722171400993X#fig0001


http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037722171400993X#eq0001






El objetivo de este trabajo es evaluar el potencial de la introducción de los servicios detransporte interrumpible para la red en su conjunto, al tiempo que reconoce que losdiferentes agentes del sistema tienen diferentes incentivos.

El modelado se ha guiado por el sistema noruego. ?emos hecho algunas opciones demodelado importantes para hacer el marco modelo manejable y centrarse en los efectos

que pretendemos analizar>(1) -nalizamos la situación de competencia perfecta que significa que podemos modelar todos los cargadores como agente nico. Esto implica que cualquier comportamientoestrat3gico que podría mejorar el rendimiento de un solo cargador, pero reduce elrendimiento global de la cadena de suministro, no se captura. $o est' claro si tal juegoest' presente en el mercado de transporte en el $4S, por lo tanto hemos decidido nomodelar juegos para nuestro estudio inicial. 0a agregación de todos los cargadores en unagente nico reduce la incertidumbre visto por los transportistas, ya que el cargador modelado conoce el total de la reserva en el sistema. Esto tambi3n significa que nosencontramos con una solución de punto de referencia para las ganancias del cargador dela red cuando se introducen los servicios interrumpibles.Esto corresponde a la ma+imización de los beneficios totales de la cadena de suministro

en nuestro modelo. 4on m's de un cargador que compiten por la capacidad de reserva,los beneficios de los cargadores de la red se reducir' !o en el mejor permanecen igual& encomparación con la situación en la que todos los transportistas est'n unidos a una unidadde decisión. 0a diferencia depender' de las reglas para la asignación de capacidad entrelos diferentes transportistas, y no es el foco de este trabajo.

(") odelamos la reserva de los servicios interrumpibles firme y por un procedimientosecuencial. 0a razón de esto es que queremos obligar a los transportistas a priorizar capacidad firme, y ofrecer incentivos realistas para los servicios firmes relativas a losservicios interrumpibles. E+istentes servicios interrumpibles est'n disponibles sólo si lacapacidad de la empresa ya est' plenamente utilizado, que esperamos ser un requisitotambi3n si los servicios interrumpibles se introducen en el mercado de servicios de

transporte primario. 0a configuración del modelo secuencial implica que el remitente sereserva servicios firmes, siempre y cuando el valor marginal e+cede la tarifa firme, sin laopción de juegos de azar en la disponibilidad futura de los servicios interrumpibles m'sbaratos.

($) odelamos el ;1) y el cargador como agentes independientes en lugar de un agenteintegrado a pesar de que buscan una situación de competencia perfecta. Esto esrazonable ya que el modelo - )S* regulada en lugar de un beneficio ma+imizando)S*. 0a elección de modelos que nos hace capaces de observar cómo los diferentesobjetivos y el acceso a la información acerca de las diferentes partes de la cadena desuministro de los dos agentes influyen en el rendimiento general.

(%) Suponemos que tanto cargador y )S* basan sus e+pectativas de eventos de la red enlas propiedades estadísticas de las observaciones históricas que son de conocimientocomn para ambos. Esperamos que esto se parecen mucho a la situación del mundo real.

0as tarifas de reservación se pueden establecer como precio de equilibrio por el mercadoo definen como una tarifa fija regulada. El r3gimen e+istente en $4S utilizar arancelesfijos. Estos se establecen para cubrir los costos de corto y largo plazo de la red y una tasade rentabilidad IrazonableI para los inversores. )arifas reguladas apoyan el principiosubyacente de que los beneficios de la $4S deben ser generados a partir de la



producción y las ventas de gas natural, no de la red de transporte. #or otro lado, ester3gimen es m's limitado en el suministro de seAales de precios para la asignacióneficiente de la capacidad de un precio impulsado por el mercado. #ara m's detalles,consulte "ahl !2%& y ;assco !2%2&.

"esde la perspectiva de un cargador que es razonable esperar que las tarifas

interrumpibles a ser menos que los aranceles en firme, pero que podría no ser elresultado cuando las tarifas se basan en los costos. #or ejemplo, si la capacidadinterrumpible es visto como capacidad adicional Ien la parte superior deI lacapacidad de la empresa, la capacidad interrumpible normalmente tendr' unprecio por una pieza m's cara de la curva de costos compresor. #ara mantener nuestro modelo de acuerdo con el r3gimen actual de la $4S, utilizamos las tarifasfijas y las tarifas de los servicios interrumpibles son m's bajos que para laempresa !;assco, 2%2&.

". De&cri'cione& Mode!o

Esta sección proporciona una formulación matem'tica de los modelos. (navisión general del sistema modelo se da en la Fig. 2, y la notación completa seproporciona en el -p3ndice 7. El modelo de sistema se compone de cincomodelos de optimización, tres problemas cargador, S#% 5 S#@, y dos modelospara la )S*, )S*% 5 )S*2. Entre ellos, tres modelos son problemasestoc'sticos, S#%, S#2 y )S*%, mientras que dos modelos son los problemasdeterministas, S#@ y )S*2. Fig. 2 muestra la secuencia de los modelos seejecutan en !de izquierda a derecha&, las decisiones que se toman en cadamodelo y el flujo de información !división en etapas&. El te+to dentro de cadacuadro de la pertenencia a un modelo describe las decisiones tomadas por el

modelo. 0os resultados de cada problema, e+cepto S#@ son utilizados por todoslos siguientes modelos, como se ilustra por los arcos curvados en la partesuperior. 0as tres 'reas horizontales en el ejemplo, blanco, gris claro y grisoscuro, indica la información establece que cada decisión se basa en, y secorresponde con el 'rbol de escenarios se ilustra en la Fig. @. 0os resultados dela segunda etapa !gris claro& representan eventos de la red, s 2 ∈S 2y losresultados en la tercera fase !gris oscuro& representar a precios demercado, s @∈S @ . Estos resultados se supone que son independientes entre síe id3nticos en todos los modelos. (n escenario a continuación, consiste en unacombinación de un evento y un resultado precio. 0os resultados tienen lasprobabilidades correspondientes J s 2 yJ s @ .
























RESERACapacidad frme asignada

Reserva interrumpibleInterrupción

Reserva

Interrupción

enta de Produc!

Asignación de capacidad frme

Interrupción de enrutamiento

Reserva interrumpible

Interrupción

enta de Produc!

Interrupción de enrutamiento

enta de Produc

Fig. 2.Hlustración de la estructura etapa de cada modelo y la secuencia de modelo se ejecuta,comenzando conS#% y terminando con S#@. 4ada cuadrado redondeado representa una

carrera de modelo, mientras que los cuadrados representan dentro de las etapas con lasdecisiones correspondientes en el modelo. 4ada fila representa un nivel de información,donde los eventos son conocidos en la zona gris claro y la información de mercado que seconoce en la zona gris oscuro.Fig. @.El 'rbol escenario de tres etapas. En la segunda etapa !los nodos grises& la incertidumbrecon respecto a la disponibilidad de la red se revela, mientras que la incertidumbre conrespecto a los precios de mercado se revela en la tercera etapa !los nodos negros&. 0adisponibilidad de la red y de la incertidumbre del mercado se supone que sonindependientes entre sí, todos los nodos del conjunto S 2 por lo tanto, est'n relacionados

con el mismo conjunto de nodos S @ .

En el primer problema cargador, S#% al productor solicitar reservar basa en losresultados y estimaciones de las interrupciones futuras, la producción y lasdecisiones de venta de eventos y de mercado. En esta etapa, el cargador no ve laposibilidad de reservar la capacidad interrumpible despu3s. Sobre la base de lasolicitud de reserva del )S* asigna capacidad firme en )S*%. En el segundoproblema cargador, S#2, se toman decisiones reserva interrumpibles. Este



problema es similar al S#%, salvo que se d3 capacidad firme y la capacidad dereserva interrumpible se pone a disposición. 4uando todas las reservas se decidey los eventos en la red de transporte han dado a conocer la )S* decide cu'ntacapacidad interrumpible y firme que necesita interrumpir en )S*2. En base a lacapacidad disponible final y los precios de mercado realizados el e+pedidor decida

sobre las cantidades a producir y vender en S#@.S#% y S#2 son tres programas estoc'sticos etapa cuadr'tica, mientras S#@ es unmodelo determinista que se ejecuta para todos los nodos de la ltima etapa del'rbol de escenarios. 0a primera decisión etapa en S#% y S#2 es la reserva decapacidad, mientras que en la segunda etapa de las estimaciones del cargador dedecisiones de interrupción de la )S* se realiza con base en los resultados delevento. 0a tercera etapa es la operación real con la producción y lasventas. S#2 y S#@ son variantes de S#%, en reserva en firme se corrigióen Service #ac< 2, mientras que los dos tipos de reserva se fijan en S#@. S#@ esel mismo problema que la ltima etapa de S#% y S#2.

$.1. Pro!e#a Pri#er carador SP1

En S#% de reserva interrumpible se establece en cero. Esto significa que elcargador no prev3 la posibilidad de reservar la capacidad interrumpible como 3lhace su solicitud de reserva inicial. Esto imita la regla de diseAo de mercado quesólo debe hacerse capacidad interrumpible disponible si se asigna toda lacapacidad firme.

$.1.1. *unción o+eti,a

El objetivo de un cargador es ma+imizar su beneficio esperado, que es el ingresoesperado de la venta de gas en los mercados al contado menos los costos de

producción previstos y el costo de transporte !tarifas de reserva&>

Ecuación !2&

"onde

# m , s @ es el precio de mercado en el mercado de m en el resultado del mercado s @, + m ,

s 2, s @es el volumen vendido en el mercado de m en el escenario dado por resultadoevento s 2 y resultado del mercado s @. El coste de producción est' dada por la función decoste F g !& que es una función de la producción y g , s 2 , s @ en el campo de g. El costo de

la reserva en firme est' dada por la tarifa en el nodon y el nivel de reserva y estoscostos son independientes de si la capacidad se interrumpe o no.



$.1.". -o&to de 'roducción

0a función de los costos de producción se compone de dos partes, una para la producciónde aceite asociados, llamados Idebe tenerI, y otra para la producción del campo sBing. Elrazonamiento detr's de esto es que cada uno de los nodos de campo en nuestra redrepresenta un conjunto de campos, cada uno con diferentes propiedades. En el 'rea quehay que tomar, el gas natural est' estrechamente vinculado a la producción depetróleo. Si la producción de gas se reduce, la producción de aceite tambi3n debe ser disminuida. )al disminución entonces conducir a una p3rdida sustancial para elcargador. #ara los campos de sBing, la producción de gas no va a influir en la producciónde petróleo. 1epresentamos a los costos de producción de estos campos con una funciónde costo cuadr'tica basado en una modificación de la función proporcionadapor ;olombe<, ;jelsvi< y 1osendahl !%99&. *mitimos la parte logarítmica que, en efecto,ofrece niveles de producción m'+imos. En lugar de ello, hemos implementado un límitesuperior fijo para la producción en cada nodo de campo. 0a función de costo deproducción est' representado por !@& 5 !:& y se ilustra en la Fig. D. El costo de producción

para la producción que hay que tomar, se modela por un conjuntode Q restricciones lineales>

ecuación($)

dónde y son par'metros de costos para el campo g y restricciónlineal q. -dem's, e+iste la función cuadr'tica coste de producción en los camposde oscilación>ecuación!D&

;ire mathja+en

"ónde

Es el par'metro de coste para la parte lineal de la función de coste en el

campo g mientras es el par'metro de coste para la parte cuadr'tica de lafunción de coste. 0a producción relacionada con la capacidad de oscilación en

un campo viene dada por que es la diferencia entre la producción total en

un nodo, y g , s 2 , s @ y definido que hay que tener nivel >

Ecuación !&

0a función de coste F !y g , s 2 , s @ & a continuación, se da como>

















CA"#I$A$ PR%$&CI$A$

C % S # %

CA"#I$A$ PR%$&CI$A$

C % S # %

Ecuación !:&

0a producción debe permanecer dentro de los límites de capacidad de

producción>

Ecuación !=&

Fig. D.0a función de coste de producción utilizado para los nodos de campo agregados. Encuanto a la parte izquierda de la figura, el costo de la producción de petróleo reducido est'disminuyendo a medida que aumenta la producción, y esto hace que la parte de pendientenegativa de la función de coste de producción. 0as diferentes líneas representan losdiferentes campos que se agrupan por el nodo de campo. 0a m's pronunciada de la línea,mayor es la relación de aceite a gas natural es. 0a parte positivamente en pendiente de lafunción de costo de producción representa la producción de gas que es independiente dela producción de petróleo, donde el aumento de nivel de producción da aumento del

costo. 0a parte derecha de la figura ilustra la función de costos de producción resultanteque utilizamos en nuestro modelo.

$.1.$. -a'acidad de re&er,a

El remitente tiene que reservar capacidad para inyectar gas en la red de los nodosde campo y para e+traer gas desde la red a los nodos de mercado. 4apacidadfirme es reservado en la primera etapa y que requiere que la reserva solicitada por



la capacidad de entrada en los campos debe ser igual a la reserva solicitada parala capacidad de salida en los mercados>

Ecuación !/&

El )S* siempre asignar capacidad tal que la reserva en firme se equilibra. Esto esnecesario para hacer posible que el )S* para evaluar la capacidad de cada nodo,que depende del patrón de flujo en el sistema.

En realidad, el remitente tiene datos históricos y observaciones sobre lascapacidades y los eventos de la red. En nuestro modelo tenemos que apro+imar

esto de una capacidad de transporte, ? $, S 2, eso depende de los resultados delevento. Esto se hace mediante un procedimiento de pre5procesamiento sedescribe en el -p3ndice -. 0a capacidad de transporte es est'tico en el sentido deque no tiene en cuenta la forma en propias decisiones de producción y entrega delcargador afectan los patrones de flujo y con ello la capacidad. 0a estimación del

cargador para la interrupción de reserva en firme, a continuación, puede ser

descrita por la diferencia entre la capacidad de transporte y la reserva >

Ecuación !9&

$.1.%. Lo& a!ance& de #a&a

El gas se vende en los mercados al contado con la competencia perfecta. 0asventas totales en el cargador est'n entonces limitados por el total de laproducción>

Ecuación !%&

"onde





+ m , s 2 , s @es el volumen vendido en el mercado de m en el resultado deeventos s 2 resultado y de mercado s @. -dem's, la venta en el mercado m est'limitada por la reserva ininterrumpida en este nodo>

Ecuación !%%&

#or ltimo, hay que asegurarse de que la reserva ininterrumpida essuficiente para que los niveles de producción en los nodos de campo>

Ecuación !%2&

$.". Pri#er 'ro!e#a TSO TSO1

El )S* asigna capacidad firme al remitente sobre la base de las solicitudes dereserva de S#%. . El )S* busca satisfacer las peticiones, pero est'n limitadaspor las capacidades de transporte en la red y un requisito en la seguridad delsuministro de espera )S*% es un programa estoc'stico cuadr'tica en dosetapas, donde se dan las asignaciones en la primera etapaK mientras que lasdecisiones de encaminamiento se hacen en la segunda etapa despu3s de quese conoce la disponibilidad de capacidad de la red. El objetivo de este problemaes reducir al mínimo la desviación cuadrada de solicitudes de reserva, demanera que la asignación se mantiene cerca de las solicitudes del remitente>

Ecuación !%@&

"ónde

es las solicitudes de reserva hechas por el cargador, mientras que es lacapacidad asignada al remitente del ;1). "ebemos asegurarnos de que la

asignación de capacidad cargador no m's de lo que solicitó es >

Ecuación !%D&

En la e+pectativa, la seguridad del suministro debe ser de al menos R, quecorresponde a la limitación de la relación de reserva interrupción5to5Se espera



que sea menos de % 5 R. 0a seguridad del suministro es la tasa de ejecución totalesperado por el )S* sobre el total reserva en firme. Esto limita las interrupcionesde esperar, que est'n representados por la diferencia entre las reservas firmes

asignados a un nodo de mercado m, y la suma de los flujos de f j , m ,

s 2desde los nodos j al mercado m:

Ecuación !%&

0uego aAadimos restricciones para asegurarse de que los flujos est'n limitadospor la reserva asignada en los nodos de reserva !los campos g y mercados m). El conjunto* ! j&da los nodos que est'n conectados directamente aguas abajo auna tubería que va desde el nodo j, mientras que el conjunto H ! j &da los nodos

que est'n conectados directamente aguas arriba de un oleoducto en el nodo j.

Ecuación !%:&

Ecuación !%=&

#ara los nodos intermedios !que no reservan nodos& hay que cuidar elbalance de masas>

Ecuación !%/&

0os eventos son modelados por capacidades reducidas 8 i , j , s 2en tuberíasentre los nodos i y j. En los campos y mercados la reducción de la capacidadviene dada por 8 j , s 2 >

Ecuación !%9&



Ecuación !2&

Ecuación !2%&

0a capacidad din'mica de la red depende de la presión en cada nodo, y sedescribe a trav3s de una ecuación de eymouth para cada tubería. 0a ecuaciónde eymouth tiene la siguiente forma>

Ecuación !22&

• "ónde

• es la constante de eymouth para el gasoducto que va desde el nodo j al

nodo i. Esta constante depende de las características de la tubería como eldi'metro, la longitud y la rugosidad !para m's detalles, v3ase, por ejemplo, 4ampbell !%992&&.0a presión en el nodo j en el resultado evento s 2 acontinuación, est' dada por p j , s 2 . "esde !22& no es lineal, una apro+imacióne+terna deriva por la e+pansión en serie de )aylor alrededor de los puntos depresión fijo PI l y PO l se utiliza !1 L mo et al.,29&>

•

Ecuación !2@&











"ondeEl conjunto 0da los puntos fijos utilizados para la linealización. En nuestrae+periencia alrededor de 2 de estas restricciones son necesarias para asegurar un buen ajuste a la ecuación de eymouth. #or ltimo, hay que asegurarse de

que la presión en cada nodo j es dentro de su límite superior e inferior !y P j):

Ecuación !2D&

$.$. Seundo 'ro!e#a carador SP"

En S#2 la función objetiva en el Service #ac< % !v3ase la Ec. !2&& se amplía conel arancel de reserva interrumpible

Ecuación !2&

El principal cambio es que la asignación de capacidad firme que se ha hecho por

el ;1) y ahora se introduce en un problema de optimización del remitente,. En la primera etapa de este programa estoc'stico de tres etapas del e+pedidor

decide cu'nta capacidad interrumpible de reserva, . En la segunda etapa de ladisponibilidad de capacidad de red se conoce y, por ltimo, en la tercera etapa,los precios de mercado conocidos.4uando la disponibilidad de capacidad de red se da a conocer en la segundaetapa, el )S* decide sobre enrutamiento y por lo tanto de la cantidad decapacidad reservada del remitente que debe ser interrumpido.

El remitente estima que la interrupción depende de eventos, un n , s 2 , como ladiferencia entre el total de la reserva y la estimación del cargador de la

capacidad disponible en el resultado de eventos s 2, ? $ , S 2 >

Ecuación !2:&








Finalmente, el e+pedidor supone que el )S* asignar' capacidades de talmanera que la reserva final es equilibrada en el sentido de que la entrada!campo& es igual a la capacidad de salida de capacidad !mercado&>

Ecuación !2=&

)ambi3n tenemos que incluir los balances de masa en este problema, ahoraincluyendo tanto reserva en firme e interrumpible. 0as inyecciones y e+traccionesno se les permite superar la capacidad asignada en cada nodo de la reserva,

que es la firma de la reserva ! y & M la capacidad interrumpible ! y &enos las interrupciones estimados !un g , s 2 y una m , s 2 &.

Ecuación !2/&

Ecuación !29&

$.%. Seundo 'ro!e#a TSO TSO"

)S*2 es una cuadr'tica entera mi+ta ejecución del programa lineal para cadauno de los resultados de eventos en S 2 . 4uando la disponibilidad de capacidadde la red se conoce, el ;1) decide cu'nto firme y la capacidad interrumpibleque se puede entregar. 0a asignación de capacidad firme se ha determinadoen )S*%, y la reserva interrumpible por el cargador se determina en el S#2.

El objetivo es reducir al mínimo la plaza de interrupciones ponderados por las

tarifas de reserva. )enga en cuenta que esto es diferente de minimizar lacapacidad total de la reserva interrumpido. En lugar de disminuir el total de lareserva disponible para los transportistas, la HS* tratar' de mantener el mismopatrón de reserva, ya antes de que las interrupciones. Esto es para evitar interrupciones en grandes partes de la red cuando esto es posible evitar por lanoche las interrupciones.



Ecuación !@&

El )S* entonces debe asegurarse de que hay un equilibrio entre la reserva en

firme reserva interrumpible interrupción del firme y la capacidad

interrumpible ! & M el flujo f g , j , s 2 en cada nodo de reserva>

Ecuación !@%&

Ecuación !@2&

El )S* tambi3n debe asegurarse de que la interrupción de la capacidad no esmayor que la reserva asignada de los servicios interrumpibles firme y>

Ecuación !@@&

Ecuación !@D&

"ar prioridad reserva en firme, sin reserva en firme debe interrumpirse menosque se interrumpa toda reserva interrumpible en el mismo nodo. 0os dossiguientes limitaciones cumplir esto mediante el uso de la variable binaria N $ ,

S 2 es % si alguna reserva en firme se interrumpe>



Ecuación !@&

Ecuación !@:&

0os flujos est'n limitadas por las capacidades de la red, con limitaciones igualesa!%/& 5 !2D& de )S*%.

%. An!i&i& nu#/rico 0 di&cu&ión

En esta sección primero presentamos los datos y los supuestos para nuestrocaso de estudio. - continuación, analizaremos los resultados num3ricos ynuestras principales conclusiones.

%.1. Lo& dato& de entrada 0 &u'ue&to&

0a topología en nuestro estudio de caso se basa en la topología de la $4S, y seilustra en la Fig. . 0a base de la topología se da en la "irección de #etróleo de

$oruega !2%%&, mientras que los detalles sobre las capacidades de produccióny de transporte y los planes son confidenciales y proporcionada por el operador del sistema noruego, ;assco. $uestra red tiene una capacidad de entregam'+ima de @% metros cbicos de mega est'ndar, mientras que la entrega diariam's grande del $4S en 2%% fue de @:% mega de metros cbicosest'ndar !;assco, 2%%&. 0os ocho campos que utilizamos en nuestro estudio decaso representan apro+imadamente campos reales, agregados por región.

Estos campos agregados pueden cubrir tanto que hay que tomar los campos y elsBing de los campos, y los campos de sBing implicarían una capacidad deproducción diaria mayor que la capacidad de transporte. )odos los campos y losmercados est'n reservando los nodos en la red, tales que requieren reserva de

capacidad de transporte correspondiente a su producción y venta. 0as tarifas dereserva para capacidad de transporte firme corresponden a las tarifas realessobre el $4S, definidos individualmente para cada nodo de reserva, y est'ndisponibles en ;assco !2%2&.?emos asumido la tarifa de reserva para losservicios interrumpibles a ser la mitad del precio de los servicios de la firma. Elmodelo ha sido probado con la seguridad de los aprovisionamientos, R, para losservicios de la firma en el rango de 0, a ! "donde ! indica que toda lacapacidad de la firma de#e ser entregado en todos los escenarios).





















%.1.1. E&cenario&

?emos generado los resultados de precios basado en los precios al contadoreales a partir de 2% a 2%% para todos los centros de mercado conectadosdirectamente a la red de e+portación $4S, que es $#7 !1eino (nido&,Oeebrugge !73lgica&, ;as piscina !-lemania& y $et4onnect !-lemania&. Ma quesólo tenemos un nodo que representa a los mercados de -lemania, hemosdefinido el precio para el nodo de mercado I-lemaniaI como el promedio de losdos centros del mercado alem'n. El precio de "un<erque se estima que % por ciento del precio ;as#ool y el 9 por ciento del precio de Oeebrugge. 0os preciosde mercado est'n representados por % resultados que se generan con elprocedimiento momento de coincidencia se describe en ?Pyland, 8aut, yallace !2@&. #rueba nuestro marco modelo en varios conjuntos de resultadosde los precios de mercado generados mostraron que el % era un nmerosuficiente de los resultados para lograr dentro de la muestra de estabilidad !8aut,

allace, 6ladimirou y Oenios, 2=&, con una desviación est'ndar de .% por ciento en el S#@ valor de la función objetivo. Fig. : muestra los precios de los %resultados.

Fig.0os resultados de precio % punto utilizados en nuestro an'lisis. 0a figura muestra que losprecios son vol'tiles y altamente correlacionados.

"ebido a la falta de datos reales, nuestros eventos son descritos por los datosconstruidos. ?emos definido %9 eventos con capacidad reducida, cada unocorrespondiente a un resultado diferente. -dem's, tenemos un resultado predeterminadoen el que el sistema funciona a pleno rendimiento. $o consideramos mltiples eventossimult'neos en ninguno de los resultados. Esto significa que cada resultado evento sóloda reducción de la capacidad en un solo nodo. 0os resultados de eventos se construye detal manera que todos los mercados y campos tener reducción de la capacidad en uno delos resultados, mientras que las dos plantas de procesamiento de 8ollsnes y 8QrstP !ennuestro caso de prueba de un campo y un nodo intermedio, respectivamente& tienencuatro eventos de cada uno. 0a probabilidad y la magnitud de las reducciones decapacidad se calibran por lo que la disponibilidad se corresponde con las cifras promediodisponibilidad reportados por ;assco !2%&K2%%&. "esde nuestros nodos de camporepresentan un agregado de varios campos m's pequeAos hemos distinguido entre losnodos de campo que representan sólo unos pocos campos subyacentes y nodos de

Resultados del

ALE'A"IA



























campo que representan muchos. 0a reducción de la capacidad es mayor para los nodosde campo con pocos campos subyacentes y m's pequeAo pero es m's probable para losnodos de campo con varios campos subyacentes. 0a )abla % muestra los eventos con elnodo afectado, la probabilidad y la reducción de la capacidad.

esa %.El evento resultados que utilizamos en nuestro an'lisis. Sólo un nodo tiene unareducción de la capacidad en cada uno de los resultados. 0os nmeros est'ncalibrados para que coincida con las cifras reportadas sobre la disponibilidad de;assco.

Re&u!tado Nodo Proai!idad La reducción de ca'acidad ('or ciento)

$o evento ,:@% 1 $7# ,% @" Oeebrugge ,% @$ "un<erque ,% @% -lemania ,% @2 -read ,= 3 $yhamna ,D =4 ?eimdal ,= 5 *seberg , =6 -1E-- ,%% @1 -rea7 ,%@ 211 E<ofis< ,@ %1" 8ollsnes ,:9 21$ 8ollsnes ,2 1% 8ollsnes ,% =12 8ollsnes ,% %13 8QrstP ,=: 214 8QrstP ,2 15 8QrstP ,% =

16 8QrstP ,% %

En total, los resultados del mercado de % y 2 resultados de eventos dan un 'rbolescenario de tres etapas con 2 escenarios.

%.". Re&u!tado& 0 di&cu&ión

El modelo se implementa en osel versión @.2.2 y resuelto por Rpress *ptimizer versión 22.%.% en un equipo dual core 2./ ;?z con D gigabytes de1-. )odos los problemas se resuelven de optimalidad, y toda la secuencia delcargador y problemas )S* fueron resueltos en cuestión de segundos. (n puntode referencia se calcula con el mismo marco modelo. 0a diferencia es que nohay servicios interrumpibles disponibles en el punto de referencia, lo que tambi3nsignifica que S#2 es superfluo. En lo que sigue se utiliza la etiqueta ISinI para lasolución de referencia, mientras que I4onI indica pruebas con servicios

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037722171400993X#tbl0001

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037722171400993X#tbl0001



interrumpibles. #robamos las dos configuraciones de modelo para aumentar laseguridad de los aprovisionamientos, y comparar los efectos sobre los niveles dereserva, rendimiento total, los ingresos y los costos.

%.".1. Ni,e!e& de re&er,ación

$uestra primera o#servaci$n es que el total de la reserva se mantiene constanteindependiente de la seguridad de nivel de suministro cuando los serviciosinterrumpibles est'n disponibles. Esto se puede ver en la Fig. =, dondedisminuye la reserva en firme, mientras que los interrumpibles aumentos dereserva con la misma cantidad. Esta observación viene del hecho de que lastarifas est'n por debajo del valor marginal de la capacidad para que sea vista dele+pedidor de la capacidad de red que limita la reserva. "esde la preferencia delcargador de capacidad de transporte no se reduce de S#% a S#2que buscar'obtener la misma cantidad total de la capacidad mediante el aumento de lareserva interrumpible. (n an'lisis de sensibilidad muestra que esta observaciónno cambian si tarifa interrumpible se aumenta a por ciento por encima detarifas firme.

%.".". Rendi#iento e&'erado tota!

0a capacidad firme asignada est' cayendo a medida que aumenta la seguridad de nivelde suministro, lo que es algo natural ya que se necesitan cada vez m's tampones parasoportar los eventos. $uestra tercera observación es que el punto de referencia tiene unrendimiento esperado de caer como la seguridad de e+igencia aumenta la oferta, como sepuede observar en la Fig. . #or otro lado, de acuerdo con nuestra cuarta observación elrendimiento esperado es insensible a la seguridad del requisito de suministro de serviciosinterrumpibles cuando est'n disponibles. Estas dos ltimas observaciones en conjunto confirman nuestra hipótesis, que lainclusión de los servicios interrumpibles al r3gimen de servicio de transporte aumentar' la

eficiencia al permitir un rendimiento esperado mayor en la red de transporte sin reducir laseguridad del suministro. 0os aumentos de rendimiento esperados con el 2D por ciento enla introducción de servicios interrumpibles en la seguridad m's bajo del nivel dealimentación !,99&, y la diferencia aumenta a m's del 2:9 por ciento cuando la seguridadde la necesidad de alimentación es %.

Seguridad del re(uisito de

conRendimiento

sin















Fig.

El rendimiento total esperado en el sistema. 0a línea punteada muestra los resultados parael modelo sin servicios interrumpibles, mientras que la línea completa muestra losresultados para el modelo con servicios interrumpibles.

%.".$. Lo& inre&o& 0 co&to&

El ingreso resultante muestra un patrón similar al del flujo total, con un aumentode entre el 2D por ciento !con seguridad de nivel de suministro de ,99& y el 2:=por ciento !con seguridad de nivel de suministro de %& en comparación con elíndice de referencia. 0as diferencias en los precios medios al contadoalcanzados son pequeAas, lo cual es razonable, ya que tanto la reserva y lainterrupción se asignan antes de los precios al contado se conozcan. #or tanto, la capacidad de adaptarse a los diferentes precios spot selimita. $uestra quinta o#servaci$n por otro lado es un dram'tico incremento en elcoste de producción debido a la disminución de la producción de petróleo para el

punto de referencia como la seguridad de la oferta aumenta, como puede verseen la Fig. 9. 4uando se reduce la capacidad de transporte, la producción de gasnatural en el campo debe ser reducido y, por tanto, tambi3n la producción deaceite. Esto lleva a los mayores cambios en el punto de referencia ya que lacapacidad de transporte cae por debajo del obligada tomar límites de producciónen estos campos cuando la seguridad de las necesidades de abastecimiento esalto. "ado que no tenemos funciones de costos reales de producción disponibleshay una incertidumbre sustancial con respecto al verdadero costo monetario deesta disminución de la producción de petróleo. Sin embargo, los m'rgenes debeneficio de aceite es sustancialmente mayor que para el gas, por lo que laforma de las funciones de costos de producción son representativos.#or lo tanto, tambi3n sostenemos que la capacidad mejorada de la producción

de petróleo estable a trav3s de la introducción de los servicios interrumpibles esv'lida. 0a forma no monótona de las curvas en la Fig. 9 se debe a nuestro marcomodelo con una secuencia de modelos con objetivos que no est'n totalmentealineados, en una reserva anticipada o decisión de asignación pueden ser noóptimo para el rendimiento final de la cadena de suministro.

conCosto de producción

sin

Seguridad del re(uisito de
















Fig.El costo final de producción en los campos en nuestro modelo funciona. 0a línea completamuestra los resultados cuando es interrumpible de reserva disponibles, mientras que lalínea de puntos es el resultado del modelo en el que no se dispone de reservainterrumpible.

%.".%. Di&cu&ión de co#'orta#iento TSO

En nuestro marco de modelado del )S* es un agente sin fines de lucro queminimiza la desviación entre las solicitudes de reserva del cargador y el flujo en

la red. El cargador por otro lado es la ma+imización de beneficios. Esto secorresponde bien a los incentivos de los agentes del sistema noruego. Sinembargo, estos objetivos no alineados pueden causar ineficiencias visto desdeuna perspectiva de sistema. El )S* qu3 no tenemos información sobre losprecios al contado ni los costes de producción. #or tanto, el )S* podría dar prioridad a un campo de oscilación e interrumpir deber5tener la producción, ointerrumpir un mercado de alto precio en lugar de un mercado de bajoprecio. % En el r3gimen de reserva en el modelo, que se correspondeestrechamente con el sistema noruego real, no hay manera para lostransportistas para seAalar las prioridades entre los diferentes nodos de reserva,que dejan un riesgo para el funcionamiento ineficiente cuando los precios ocostos varían.

#ara probar la significación de los agentes incentivos diferentes sobre elrendimiento de la cadena de suministro, nos encontramos con nuestro estudiode caso con un conjunto alternativo de modelos )S*, donde los incentivosestaban m's en línea con los incentivos del cargador. Es decir, las funcionesobjetivo originales fueron sustituidos por un objetivo, donde se ma+imiza ele+cedente social en la red. Esto corresponde a una situación idealizada donde el)S* tiene toda información de precios y costos de producción. Fig. % secompara con las ganancias del e+cedente social ma+imizando )S* a laformulación original. 0a se%ta o#servaci$n es que los beneficios puedenaumentar si el )S* ma+imiza e+cedente social en lugar de tomar las seAales delmercado de sólo las solicitudes de reserva. 4on la mejora de la información, y el

mandato de actuar en 3l, el )S* puede aumentar los beneficios en elsistema. "ebido al aumento del flujo y el ingreso no es de apro+imadamente %por ciento de aumento de beneficios para la seguridad de los aprovisionamientos,99= cuando los servicios interrumpibles est'n disponibles. #or razones deseguridad m's estricta de las necesidades de abastecimiento de los incrementosde beneficios son menos regulares. 4on los servicios interrumpibles el modelodonde el )S* ma+imiza e+cedente social evita la retención debe tomar5producción con la valiosa aceite asociado, lo que provoca un importanteaumento de beneficios del :9 por ciento cuando la seguridad del suministro es %.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037722171400993X#fn0001




http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037722171400993X#fn0001




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Figura.5 4omparación de los beneficios !ingresos menos los costos de producción& delmodelo se ejecuta con las funciones originales )S* objetivos !I*riginalI& y las funciones

objetivo )S* modificados que est'n m's alineados con la función objetivo del productor !I-lineadoI&. 0a parte izquierda muestra los resultados con servicios interrumpibles y laparte derecha es sin servicios interrumpibles disponible.

%.".2. I#'!icacione& de! u&o de un #ode!o de tre& eta'a&

?emos considerado dos tipos de incertidumbre en nuestro modelo> eventos enlos precios de la red y de mercado. 0a fle+ibilidad ofrecida por los serviciosinterrumpibles se puede utilizar para aumentar el rendimiento en el sistemadebido a la incertidumbre con respecto a eventos. 0os servicios interrumpiblestambi3n permitir que el remitente tenga reserva desequilibrada que podría ser

valiosa con los precios de mercado vol'tiles. Si bien hemos demostrado que elefecto sobre el rendimiento es realmente importante, no hemos sido capaces dedemostrar cualquier valor significativo de la inclusión de los serviciosinterrumpibles cuando los precios de mercado desconocidos son la nica fuentede incertidumbre. Esto es sin embargo como se esperaba ya que lasinterrupciones se asignan antes de la incertidumbre del mercado se resuelve ennuestro marco modelo. #ara analizar el efecto de los servicios interrumpibles enla incertidumbre del mercado, tendríamos que aumentar el nmero de etapas ennuestros modelos. Esto es debido al nmero de iteraciones utilizadas en el $4Spara asignar capacidad firme y la posibilidad de adaptar la asignación decapacidad a los precios de mercado como la incertidumbre se reducegradualmente.

2. -onc!u&ione&

En este trabajo se ha desarrollado un marco para el an'lisis de los servicios detransporte interrumpible en el sistema de gas natural. )ambi3n hemosdesarrollado una nueva función de coste de producción, donde se incorporan losefectos de la producción de gas reducido en la producción de petróleo en elmismo campo. ?emos probado el marco de modelado en un estudio de caso condatos de entrada realistas, y una topología que es similar a la topología en laplataforma continental noruega. 0os resultados de nuestro estudio de caso

)enefc)enefc

Seguridad del re(uisito de Seguridad del re(uisito de



muestran que hay una ganancia sustancial en la eficiencia en la red cuando seintroducen servicios interrumpibles para hacer frente a eventos de red. )antoflujo total y el ingreso en el sistema se incrementa dr'sticamente en comparacióncon la solución de referencia donde los servicios interrumpibles no est'ndisponibles. #ara el m's alto nivel de seguridad de abastecimiento, el aumentoen el flujo y el ingreso en el sistema es tan grande como 2 por ciento.

Re7erencia&

%.o -lonso, *lmos, Serrano, 2%

o -. -lonso, 0. *lmos, . Serrano

o La a'!icación de un #ode!o de tari7a& de entrada 0 &a!ida a! &i&te#a de

tran&'orte de a& en E&'a8a

o #olítica energ3tica, @/ !2%&, pp. %@@ a .%D

2.o

7opp, 8annan, #alocsay, Stevens, %99:o -. 7opp, 6. 8annan, S. #alocsay, S. Stevens

o Un #ode!o de o'ti#i9ación de !a '!ani7icación natura! de !a& co#'ra& de a&

e! tran&'orte e! a!#acena#iento 0 !a ca'acidad de entrea

o *mega, 0a 1evista Hnternacional de 4iencias de la ;estión, 2D !& !%99:&, pp. %%

hasta 22





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