Simone Software

SIMONE

• Branchenführende und richtungsweisende Standardsoftware zur Simulation und Optimierung des Flusses von Erdgas und anderer gasförmiger Fluide in komplexen, ausgedehnten Rohrnetzen.
• Marktführer in Europa und ein weltweit verbreitetes Produkt.
• Optimal ausgelegt für Transport- und Verteilsysteme.
• Deckt alle Bereiche der Gasnetz-Simulation ab, wie Ausbauplanung und Kapazitätsberechnung, Echtzeitbetrieb, Leckerkennung, Verdichter-Optimierung und Energieabrechnung.
• Ist ein gemeinsames Produkt von LIWACOM und der SIMONE Research Group.

Alleinstellungsmerkmale

• Über alle Applikationen nahtlos eingebundenes Softwarepaket.
• Eine gemeinsame Datenbank und eine Benutzeroberfläche für alle Applikationen.
• Voll kompatible Simulationskerne für Zustandsrekonstruktion, stationäre Simulation und instationäre Simulation.
• Branchenführende grafische Benutzeroberfläche
• Robustes, genaues, stabiles und schnelles Echtzeit-Modell.
• Praxiserprobt in Gasnetzen von mehreren hunderttausend Kilometern und hunderten Verdichterstationen.
• Behördlich zur Energieabrechnung zugelassen.
• Höchste Modellierungsgenauigkeit der Verdichtermodellierung und –optimierung.
• Hervorragende Skalierbarkeit.
• Metrische und angelsächsische technische Einheiten.

Modellierung

• Simuliert stationäre und dynamische Betriebsszenarien.
• Schätzt den Zustand von Echtzeitsystemen.
• Berechnet Überlebenszeiten.
• Verfolgt die Beschaffenheit und physikalische Parameter der Gase, sowie den Lauf von Leitungs-Molchen.
• Berechnet Temperatur, Leitungsinhalt, Fließgeschwindigkeit und mehr.
• Erkennt und ortet Gaslecks.
• Bestimmt Systemkapazitäten.
• Modelliert und optimiert Verdichterstationen.

Fortschrittliche Softwaretechnologie

• Gemeinsamer Quellcode für Windows, Unix und Linux Systeme.
• Client-Server Technologie.
• Unterstützung redundanter Systemarchitekturen.
• Mehrbenutzerunterstützung.
• Branchenführende Java-basierte grafische Benutzeroberfläche (GUI).
• Vielseitige Anwendungsschnittstelle, bekannt als SIMONE API zur Integration mit SCADA, GIS, Datenbanken und Kundenapplikationen.

SIMONE modelliert die Hydraulik großflächiger, komplexer Gastransport und -Verteilsysteme detailgetreu und mit hervorragender Genauigkeit. Ein SIMONE Modell besteht aus den zwei Teilen: Netzmodell und Szenario. Ein Netzmodell beschreibt die Netzelemente (Leitungen, Schieber, Regler, Verdichter) und ihre Zusammenschaltung (Topologie). Ein Szenario modelliert die für ein Netzmodell zu simulierende Strömungssituation.

Netzmodell

Ein SIMONE Netzmodell beschreibt den statischen Aufbau eines Gastransport oder –Verteilsystems. Es definiert die topologischen Zusammenhänge der Systemobjekte (Rohrsegmente, Schieber, Regler, Verdichter), und die Eigenschaften und Parameter der Objekte.

Rohrelemente besitzen Länge, Innendurchmesser, Rauigkeit und Neigung. Gastemperaturen können über Wärmeübergangskoeffizienten und Wärmekapazitäten simuliert werden.  

Schieber (Absperrventile, Rückschlagklappen, Regler) besitzen einen Innendurchmesser und optional einen Widerstandskoeffizienten. Schieber können zum Druckausgleich über ein Bypass-Ventil verfügen, damit  der Hauptschieber geöffnet werden kann. Regler können mit ihrer Öffnungscharakteristik modelliert werden und sie können mit einer Gasvorwärmung ausgerüstet sein.

Verdichterstationen besitzen grundlegende Parameter, beispielsweise eingangs- und ausgangsseitige   Widerstandskoeffizienten zur Berücksichtigung des Druckabfalls durch das Stationspiping, oder den Entnahmeort des Treibgases von Gasturbinen. Zusätzlich bietet SIMONE eine detaillierte Verdichtermodellierung. Sie beschreibt die Kennfelder und Betriebsgrenzen von Radial- und Kolbenverdichtern, Antrieben (Gasturbinen, Gas- und Elektromotoren) sowie Gaskühlern.

Speicher sind Volumenelemente um z.B. die Kapazität von vorgeschalteten Netzen zu modellieren.

Widerstände verursachen einen lokalen Druckverlust, hervorgerufen z.B. durch Rohrleitungskrümmungen oder Stationsanlagen (Filter usw.).

Knoten sind die Verbindungspunkte der Netzelemente (Rohrleitungen, Schieber usw.). Knoten besitzen einen Namen und eine Höhe über Meeresspiegel. Künstliche Knoten ermöglichen z.B. die Modellierung mehrerer Gasströme, die demselben physischen Knoten zugeordnet sind.

Szenario  

Ein SIMONE Szenario spezifiziert eine Simulations- oder Optimierungs-Aufgabe für ein vorgegebenes Netzmodell. Ein Szenario wird definiert durch

• Den Simulationstyp (z.B. Simulation eines stationären oder instationären Fließzustandes, Zustandsschätzung auf Basis von Messwerten)
• Start- und Endzeit der Simulation
• Anfangsbedingungen (Systemzustand zur Anfangszeit)
• Szenarioparameter  

Szenarioparameter definieren die Randbedingungen (Einspeisungen und Abnahmen), die Steuerungen (Sollwerte, Schieberstellungen usw.), technische Grenzen, sowie die Auswahl der anzuwendenden hydraulischen Modellgleichungen. Szenarioparameter können zeitgesteuert sein (z.B. Verdichter-Start zu einer bestimmten Zeit) oder aber ereignisgesteuert (z.B. Verdichterstart bei Erfüllung einer Bedingung oder beim Auftreten eines Ereignisses wie bei einem zu hohen Druckabfall).

SIMONE bietet verschiedene Simulations-Kerne, die nahtlos miteinander arbeiten und dieselben Datenstrukturen und dieselbe Benutzeroberfläche nutzen.

Stationäre Simulation. Sie geht davon aus, dass der Fließzustand zeitlich unveränderlich ist. Daher besitzt das System eine ausgeglichene Netzbilanz, d.h. die Summe der Einspeisungen entspricht den kumulierten Abnahmen.

Instationäre Simulation. Diese modelliert zeitvariable Fließzustände, die z.B. durch Änderungen von Einspeisungen und Abnahmen, Sollwerten, Schieberstellungen und durch Ereignisse (z.B. Verdichter-Anlauf oder Abschaltung, Rohrbruch) verursacht werden.  

Zustandsrekonstruktion. Sie ist eine auf Messwerten basierende instationäre Simulation. Die Zustandsrekonstruktion schätzt in einer Fehlerausgleichsrechnung den wahrscheinlichsten Systemzustand unter Berücksichtigung der Messtoleranzen und unter Ausnutzung redundanter Informationen (z.B. Druckmessungen).

Diese Simulations-Kerne  verwenden eine Reihe von Modellgleichungen:  

Flussgleichungen. SIMONE modelliert Rohrleitungsflüsse, -Drücke und –Temperaturen mit einem Satz aus drei partiellen Differentialgleichungen. Sie beschreiben die physikalischen Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie. Zur Lösung der partiellen Differentialgleichungen benutzt SIMONE ein originär für große Gasnetze entwickeltes explizites Integrationsverfahren ein.  

Druckabfall durch Reibung. SIMONE bietet mehrere industrieübliche Reibungsfaktor-Formeln zur Auswahl. Der Reibungsfaktor geht in die Darcy-Weisbach-Gleichung ein, die den reibungsbedingten Druckverlust in der Impulsgleichung beschreibt.  

Zustandsgleichung. Zur Modellierung der Kompressibilität des realen Gases bietet SIMONE eine Fülle von Zustandsgleichungen zur Auswahl. Darunter sind SGERG, GERG2004 und AGA8DC92.  

Thermodynamische Gaseigenschaften. SIMONE verfügt über Verfahren zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität, des Isentropen-Exponenten, des Joule-Thomson-Koeffizienten und der Viskosität. Diese Parameter gehen in die Berechnung von Leitungsfluss, Verdichtung, Druckminderung und Wärmeaustausch ein.  

Gasverfolgung. SIMONE verfolgt Gasparameter (chemische Zusammensetzung des Gases, physikalische Eigenschaften, benutzerdefinierte Parameter) auf dem Weg von den Einspeise- bis zu den Abnahmestellen. Die Software modelliert die Mischung von Gasen unterschiedlicher Herkunft innerhalb des Netzes.  

Zustandsrekonstruktion. Die SIMONE Zustandsrekonstruktion schätzt den wahrscheinlichsten Systemzustand aufgrund der Echtzeitmesswerte und deren Nenngenauigkeiten.  

Optimierung. SIMONE optimiert netzmodellweit die Kosten für die Verdichtung unter Berücksichtigung der vorliegenden technischen Grenzen. Die Software trifft optimale Einsatzentscheidungen und berechnet optimale Sollwerte für die Verdichter.  

Hydratbildung. SIMONE wertet die Drei-Phasen-Gleichgewichtsbedingung für Gas, freies Wasser und Gashydrat aus. Die Software ermittelt die Rohrabschnitte, in denen sich freies Wasser (Verfolgung des Taupunktes) und Gashydrate bilden können.

SIMONE zeichnet sich durch die industrieweit führende, intuitive grafische Benutzeroberfläche (GUI) aus. Das neue JAVA Design ist das Ergebnis vieler Jahre praktischer Erfahrung. Die SIMONE Benutzeroberfläche unterstützt optimal sowohl den routinierten Power-User, als auch den gelegentlichen oder neuen Anwender.

Weltbild. Mittelpunkt der SIMONE Benutzeroberfläche ist die objektorientierte Interaktion im SIMONE Weltbild des Pipelinesystems. Der Benutzer klickt die gewünschten Objekte an und wählt die hierfür angeforderte Aktion aus (z.B. Definition von Szenario Parametern oder Anzeige von Simulationsergebnissen). Das Weltbild verfügt über dynamische Netzeinfärbung, benutzerdefinierte Objektmengen, grafische Ebenen und vieles mehr.

Diagramme. SIMONE bietet eine Reihe praktischer Werkzeuge für die grafische Präsentation von Simulationsergebnissen. SIMONE verfügt über verschiedene Diagrammtypen: Zeitreihen für die Darstellung von Werten über die Zeit. Ortsverläufe zeigen Werte entlang von Leitungen. XY-Diagramme präsentieren Werte in Abhängigkeit anderer Werte. Eine Trajektorie ist ein spezielles XY-Diagramm, das die Arbeitspunktbewegung in einem Verdichter- oder Turbinenkennfeld zeigt.  

Tabellen. SIMONE bietet Tabellen wie in einer Tabellenkalkulation. Sie ermöglichen die Darstellung von Werten für einen festen Zeitpunkt als auch über einen Zeitraum. Tabellen sind leicht an die benutzerspezifischen Anforderungen anpassbar.  

Objektmengen und Pfade. SIMONE ermöglicht die Definition von Variablen, die Werte für beliebige Objektmengen enthalten (z.B. der kumulierte Leitungsinhalt einer Menge von Rohren). Ein „Pfad“ ist eine geordnete Objektmenge z.B. zur Anzeige eines Druckprofils entlang von Leitungen. Ein Molchpfad definiert den Weg eines Inspektions- oder Reinigungs-Molchs durch die Rohrleitungen.  

Funktionen. SIMONE verfügt über Funktionen von Szenarioparametern und Simulationsvariablen. Diese können z.B. für die Anzeige oder für Szenariodefinition und die Szenario-Steuerung eingesetzt werden. Eine große Anzahl vordefinierter Funktionen steht zur Verfügung. Der Anwender kann leicht eigene Funktionen mit dem SIMONE Funktionseditor erstellen.  

Netzeditor. Der SIMONE Netzeditor unterstützt effizient die Entwicklung und Erweiterung von Netzmodellen. Er dient zur Definition der topologischen Netzstruktur, der Objektparameter sowie der Gestaltung des grafischen Layouts des Weltbildes.

SIMONE ist eine offene Anwendung. Sie bietet umfassende Möglichkeiten zum Austausch beliebiger Daten mit anderen Anwendungen und Datenbanken.

SIMONE API. Diese einzigartige Schnittstelle zur Anwendungsprogrammierung ermöglicht den Transfer beliebiger SIMONE Ein- und Ausgabedaten zum und vom Simulator. Erweiterte API-Funktionen ermöglichen es SIMONE vollständig in Host-Anwendungen wie SCADA oder GIS-Systeme oder auch Anwenderapplikationen zu integrieren. Sie ermöglichen eine Simulationsrechnung auszulösen, das Bearbeiten von Netzen, das Management der Online-Simulation und die Archivierung von Daten.

Datenimport. Für den Import von Netzbeschreibungen, Szenarioparametern, Abnahme- und Einspeiseflüssen und mehr bietet SIMONE neben dem API verschiedene dedizierte Schnittstellen.

Datenzuordnung. Die Beziehungen zwischen den SIMONE Objektnamen und den korrespondierenden Datenkennungen der externen Datenquelle/-senke (z.B. SCADA) können mit SIMONE Konfigurationswerkzeugen festgelegt und verwaltet werden.

Viele unserer Kunden setzen auf das SIMONE Online Simulationssystem zur Überwachung und Steuerung ihrer Gastransport- und –Verteilsysteme. Die Online-Simulation nutzt die Echtzeitmessungen (z.B. Flüsse, Drücke, Gasparameter) zur Bereitstellung eines vollständigen und realistischen Bildes des aktuellen Systemzustands sowie der nahen Zukunft. Die SIMONE Online-Simulation besteht aus der Online-Umgebung und verschiedenen Simulationsmodi (z.B. prozessbegleitende Simulation, vorausschauende Simulation, Leckerkennung).

Online-Umgebung. Die Online-Umgebung bietet die volle Funktionalität für die Online-Simulation. Sie kann einfach in jedes SCADA-System integriert werden. Selbständig kontrolliert sie die Ausführung der Online-Simulationsaufgaben, ruft  Messdaten aus dem SCADA System, und liefert  Simulationsergebnisse zurück, bietet Initialisierungsmechanismen, ermöglicht die Aktualisierung des Netzmodells und der Datenzuordnung unterbrechungsfrei während des laufenden Betriebes und sichert die Daten.

Prozessbegleitende Simulation. SIMONE verfolgt die aktuellen Fließprozesse in einem Gastransport- oder Verteilnetz. Der Simulator nutzt aktuelle Messungen, Sollwerte und Schieberzustandsinformationen aus dem SCADA-System in einem konfigurierbaren Zyklus. Der Echtzeitsimulator nutzt die Redundanzen der verfügbaren Messwerte und liefert somit den wahrscheinlichsten und vollständigen Systemzustand bestehend aus allen hydraulischen Werten. SIMONEs einzigartige Filtermethode, bekannt als Zustandsrekonstruktion, ist eine heuristische Umsetzung eines Kalman Filters.

Verdichteroptimierung. SIMONE ermöglicht die Optimierung des Verdichtereinsatzes. Die für die Transportaufgabe kostengünstigste Einsatzweise wird ermittelt (Einsatzentscheidungen der Verdichter und Sollwerte).

Vorausschauende Simulation. SIMONE prognostiziert kontinuierlich den hydraulischen Zustand über die nächsten Stunden (typischerweise bis zum Ende des folgenden Gastages), ausgehend vom aktuellen Systemzustand, den die prozessbegleitende Simulation geschätzt hat. Die vorausschauende Simulation berechnet die Stabilität des Systembetriebs und warnt vor möglichen unzulässigen oder gar gefährlichen Situationen Somit kann das Betriebspersonal bereits vorher Präventionsmaßnahmen erarbeiten und das Netz vorbeugend entsprechend steuern.

Ermittlung der Überlebenszeit. Mehrere verschiedene vorausschauende Simulationen können prozessbegleitend verschiedene potentielle Ausfallszenarien berechnen (z.B. den Ausfall einer Gasquelle oder einer Verdichterstation). SIMONE berechnet die Überlebenszeit, d.h. die verbleibende Zeit bis das Gassystem in einen unzulässigen hydraulischen Zustand zu geraten droht (z.B. Nichteinhaltung eines vertraglich zugesicherten Drucks).

„Was wäre, wenn“-Simulation. Hierbei handelt es sich um die interaktive Version einer vorausschauenden Simulation. Damit können die Auswirkungen geplanter Steuerungen oder angenommener Störfälle simuliert werden.

Leckerkennung. SIMONE erkennt Leckagen, indem stetig die Ein- Ausgangs-Flussbilanz des Gassystems berechnet und mit der Änderung des Leitungsinhalts verglichen wird (Dynamisches Massenbilanzierungsverfahren). Die SIMONE Leckerkennung läuft parallel zur prozessbegleitenden Simulation, typischerweise jedoch in einem schnelleren Zyklus. SIMONE meldet das Leck, sobald sich der ermittelte Bilanzfehler vom Messwertrauschen abhebt.

Leckortung. SIMONE wertet die von der Leckerkennung bereitgestellten Ergebnisse aus (das betroffene hydraulische Gebiet, die geschätzte Leckflussrate und die Anfangszeit der Leckage). SIMONE ortet dann das Leck mit der Hypothesentest-Methode. Sie ermittelt den Netzknoten, der dem Leckort am nächsten liegt. Anschließend bestimmt sie den genauen Leckort auf der betreffenden Rohrleitung.