بخشی از مقاله
مدلسازی زنجیره تامین گاز طبیعی با سیستم داینامیک
چکیده
گاز طبیعی در ایران یک کالای راهبردی است که در آخرین برنامه پنج ساله کشور به عنوان محور توسعه از آن نام برده شده است. به دلیل حجم بالای ذخائر گاز طبیعی در کشور که بیش از 30 تریلیون مترمکعب است، از سالها قبل سیاست جایگزینی گاز طبیعی با سایر حاملهای انرژی در اولویت برنامه های انرژی کشور قرار گرفته است. لذا مدلسازی زنجیره تامین گاز طبیعی دارای اهمیت فراوان بوده و می تواند دیدگاه جامع در مورد صنعت گاز کشور به دست دهد. در این مقاله سعی شده است با استفاده از سیستم داینامیک، زنجیره تامین گاز طبیعی در سطوح تامین (اکتشاف) و مصرف گاز طبیعی مدلسازی و شبیه سازی شود. به کارگیری رویکرد سیستم داینامیک به ما کمک می کند که توجه خود را از نشانههای مساله به علل ریشهای آن معطوف کرده و مساله را به جای آن که تکه تکه و جزئی شناسایی و تعریف کنیم، در کلیت مورد بررسی قرار دهیم. در این مقاله نخست نمودار علت- معلولی سیستم ترسیم و سپس با استفاده از آن نمودار جریان مدل طراحی شده است. پس از شبیه سازی و اجرای مدل، مدل با استفاده از دادههای موجود اعتبارسنجی شده است. تحلیل حساسیت انجام گرفته و سپس راهکار ارائه شده است.
کلیدواژه
سیستم داینامیک- زنجیره تامین- گاز طبیعی- نمودار جریان
1 -مقدمه
استفاده از گاز طبیعی به عنوان یکی از سوختهای اصلی در جهان در حال افزایش است. طبق آمار نشان داده شده در ترازنامههای انرژی کشور استفاده از گاز طبیعی در بین حاملهای انرژی در ایران از %3.5 در سال 1357 به بیش از %33 در سال 1387 رسیده است که با توجه به شعار گاز محور توسعه در برنامههای توسعه کشور و سیاست جایگزینی گاز طبیعی با سایر حاملهای انرژی هم اکنون این درصد بسیار بیشتر
دانشجییکبرشنبسی ارشدمهندسی صنبیع دانشگبه آزاد اس.می واحدتهران جنیهکبرشنبس- ارشد شرکتملیگبز ایران عضی یئتهعلمی دانشگبهعلم وصنعت عضی یئتهعلمی دانشگبهعلم وصنعت
شده است. ایران دومین دارنده ذخائر عظیم گاز در جهان میباشد، لذا گاز در کشور یک کالای راهبردی به شمار میآید واهمیت آن رو به افزایش است. از این رو در سند چشم انداز 20 ساله جایگاه ویژهای دارد.[5]
سیستم داینامیک با امکان دید بلند مدت درباره سیستم موردنظر شرایط بررسی، مدلسازی، اعتبارسنجی، تحلیل حساسیت و پیشبینی مناسبی را درخصوص صنعت گاز در اختیار می گذارد. سیستم داینامیک متدلوژی درک، مطالعه و مدیریت سیستمهای پیچیده و دارای بازخورد است و درواقع از صنعت و مسائل ناشی از آن نشأت گرفته است. این سیستمها میتوانند در حوزههای مختلفی مانند کسب و کار اقتصاد، محیط زیست، مسائل شهری و مدیریت انرژی یا سایر حوزههای اجتماعی و انسانی وجود داشته باشند. بنابراین برای بررسی موردنظر این تحقیق به خوبی میتوان از این ابزار جهت مدلسازی استفاده نمود. به این ترتیب امکان نگاه کلی و جامع به زنجیره تامین گاز طبیعی فراهم آمده و میتوان برنامههای بلندمدت را در آن پیریزی یا پیشبینی نمود و نتیجه هر تصمیم را پیش از اجرا در محیط مجازی با کمک شبیه سازی در کل سیستم مشاهده نمود.[ 1 ]
-2مروری بر ادبیات موضوع
رویکرد سیستم داینامیک نخستین بار توسط جی. دابلیو. فارستر مطرح شد. او در سال 1961 به سمت استادی در مدرسه مدیریت دانشگاه صمه برگزیده شد و مبحث داینامیک صنعتی را با انتشار کتاب
دینامیک صنعتی بوجود آورد. مدلسازی با استفاده از سیستم داینامیک در زمینه برنامهریزی استراتژیک انرژی و تحلیل سیاستها از دهه 1970 آغاز شد. اولین مدل در زمینه انرژی با عنوان COAL توسط راجر نیل ساخته شد. بعدها مدل وی توسعه یافت و با نام تجاری مورد استفاده قرار گرفت. پس از راجر نیل افراد دیگری مثل استرمن، ریچاردسون، دیویدسن، فیدامن، و اندرو فورد نیز هر یک در بخشهای مختلف انرژی از این تکنیک استفاده نمودند . سیستم داینامیک در گستره وسیعی از مسائل مورد استفاده واقع شده است که از جمله میتوان به استراتژی برنامهریزی و طراحی یکپارچه (فارستر 1960 و لینز (1980، رفتارهای اقتصادی (استرمن (1983، مدیریت اجتماعی (هامر و لوبر (1989، مدلسازی بیولوژیکی و پزشکی (هانسون
و بای (1987، انرژی و محیط (فورد و لوبر (1989، پویاییهای ترکیبی غیرخطی (موسکیلد (1991، توسعه
تئوریهای علوم طبیعی و اجتماعی (دیل (1997، تصمیم گیریهای پویا (استرمن (1989، مهندسی نرمافزار
(عبدالحمید (1984، مدیریت زنجیره تامین (تاویل 1990، بارلاس و اسکوگان 1997، اکرمن (1999 اشاره
کرد. مدل 3 توسط فارستر ( (1973، بنیانگذار سیستم داینامیک تهیه شده است. این مدل به
بررسی تغییرات منابع کانی، آنی و انسانی براساس فعالیتهای بشر بر روی زمین میپردازد. این مدل بعدا توسط میدوز و همکاران در سال 1974 و 1992 در موسسه تکنولوژی ماساچوست تکمیل شد. اما درزمینه مدلسازی گازطبیعی با سیستمداینامیک تاکنون کارهای محدودی انجام شدهاست. 2009
یک مدل با استفاده از رویکرد سیستم داینامیک برای صنعت گاز طبیعی در انگلستان ارائه نمودند. متغیرهای اصلی اکتشاف، تولید و مصرف درنظر گرفته شده. هدف تحقیق چی و همکاران تعیین طبیعت
رفتار سیستم گاز طبیعی انگلستان و بررسی تامین بلند مدت گاز طبیعی در آن است. برخی از رفتارهای پویای اصلی صنعت گاز طبیعی از کارهای نیل درمورد مدلسازی انرژی با سیستم داینامیک و مدل شبیه سازی استرمن و ریچاردسون درخصوص منابع تمامشدنی گرفته شده است. E 1970 صنعت گاز
امریکا را با سیستم داینامیک مدلسازی کرد و در آن به مدلسازی اکتشاف و مصرف با فرضهای مختلف مانند نرخ مصرف برابر است با نرخ تولید پرداخت. مدل راجر نیل بر پایه تئوری چرخه حیات نفت و گاز کینگ هربرت (مجدود بودن منابع نفت و گاز زمین) است. ساختار مدل نیل دلالت بر این دارد که نرخ تولید با نرخ استفاده برابر است 7] و .[9
-3مدلسازی
جهت مدلسازی پس از شناخت سیستم نخست نمودار علت- معلولی آن ترسیم میشود.
(1-3 نمودار علت معلولی
+ +
نسخ استحصال دزآمد حاصل اش
+ نفت فسوشنفت
تصزیقبو میادیننفتی
ذخائس کشف
- نشده
+ + -
B ذخائسثبات نسخ اکتشاف
نسخ مصسف B
یصینو اکتشاف
شده +
-
-
دزآمد حاصل اش شاخصنسخ
اکتشاف
+فسوشگاش
+
+
+ سسمایوگرازی دز
اکتشاف
شکل (1 نمودار علت –معلولی زنجیره تامین گاز طبیعی
در شکل 1 نمودار علت معلولی مدل ترسیم شده است. لازم به توضیح است، ذخائر کشف نشده، حجم کلی از گاز طبیعی است که انتظار میرود در آینده پیدا شود و به علت رشد حوزههای موجود نیست. ذخائر اثباتشده، ذخائری هستند که اطمینان زیادی درمورد تولیدشان وجود دارد و به معنی این است که در حال حاضر اقتصادی هستند. هرچه میزان اکتشاف گاز طبیعی بالا میرود از حجم ذخائر کشف نشده کشور کاسته میشود. هر چه حجم ذخائر کشف نشده گاز طبیعی پایینتر باشد، هزینه بیشتری برای اکتشاف آنها لازم است. در نتیجه شاخص نرخ اکتشاف پایین میآید. از آنجائیکه نتیجه اکتشافات گاز به طور کلی 4 الی 5 سال طول میکشد تا مشخص شود. یک تاخیر بین شاخص نرخ اکتشاف و نرخ اکتشاف وجود دارد. با بالارفتن نرخ اکتشاف حجم ذخائر اثبات شده بیشتر میشود. هرچه ذخائر بیشتر قابل استحصال در کشور
وجود داشته باشد، نرخ مصرف نیز بیشتر میشود و مصرف بیشتر از حجم ذخائر گاز کشور کم می کند. با بالا رفتن نرخ مصرف درآمد ناشی از فروش گاز طبیعی نیز افزایش مییابد. قسمتی از این درآمد در سرمایه گذاریهای اکتشاف صرف میشود. از طرفی قسمتی از مصرف گاز طبیعی صرف تزریق گاز سبک یا غنی به میادین نفتی جهت استحصال بیشتر نفت خام میشود. با فروش نفت حاصله درآمدی حاصل میشود که قسمتی از آن نیز به سرمایه گذاریهای اکتشاف اختصاص مییابد.
(2-3 نمودار جریان
با توجه به اینکه مقادیر درآمدهای حاصل از فروش نفت و گاز یا شفاف نبوده یا از طرف سازمانهای مربوطه اعلام نمیگردند، در نمدار جریان مدل مجبور به حذف این موارد شدیم که تا حد زیادی مدلسازی محدود می:ند. در شکل 2 نمودار جریان مدل ترسیم شده است. ذخائر کشف نشده هیچ جریان ورودی ندارد، زیرا جریان ورودی آن در طی هزاران سال بوده تا ذخائر زیرزمینی تشکیل شوند و بسیار فراتر از بازه مورد بررسی این مدل است، لذا نداشتن جریان ورودی در بازه محدود مدلسازی این مقاله مشکلی ایجاد نمی کند. جریان ورودی ذخائر اثبات شده نرخ اکتشاف و جریان خروجی از آن نرخ مصرف گاز طبیعی است.
سایس مصازف
مصسف خانگی
ذخائسثبات ذخائس کشف
نسخ مصسف شده نسخ اکتشاف نشده
تلفات وگاشیای
سوشانده شده ضسیب مصسف ضسیب اکتشاف
تصزیقبو میادیننفتی
شکل (2 نمودار جریان زنجیره تامین گاز طبیعی
(3-3 روابط و توابع مدل
در این بخش معادلات بین متغیرها تعیین میشود. باتوجه به اینکه حجم ذخائر کشف نشده ایران تاکنون
محاسبه یا تخمین زده نشده است، در اینجا باتوجه به حجم ذخائر کشف شده ایران در سال 1374 که
19.35 تریلیون مترمکعب اعلام شده است، میتوان فرض کرد به طور تقریبی حجم ذخائر کشف نشده کشور در این سال برابر با حجم ذخائر اثبات شده آن بوده است. در سال 1387 حجم ذخائر کشور 29.61 تریلیون مترمکعب اعلام شد، که مشخص می کند 7.72 تریلیون مترمکعب در این مدت کشف شده است. این میزان را نیز میتوان به میزان تقریبی حجم ذخائر کشف نشده سال 1374 اضافه نمود. لذا برای سال 1374 ، میزان ذخائر کشف نشده را به طور تقریبی میتوان 27 تریلیون مترمکعب تخمین زد.
ذخائر کشف نشده= (-نرخ اکتشاف, 7e+ 013؟INTEG (2 m3
ذخائر اثبات شده)= نرخ مصرف- نرخ اکتشاف, 189 e+ 013؟INTEG ( 2 m3
نرخ اکتشاف=ذخائر کشف نشده*ضریب اکتشاف m3/year
نرخ مصرف=ذخائر اثبات شده*ضریب مصرف m3/year
(4-3 اجرای مدل
در بخش قبلی پس از ترسیم نمودار جریان سپس معادلات مربوطه تعیین گردید. در این بخش نمودار جریان ساخته شده برای سالهای 1375 تا 1404 با گامهای یک ساله، توسط نرمافزار Vensim اجرا میشود.
نتایج حاصل از اجرای مدل در نمودارهای ذیل آورده شده است.
شکل (3 نمودار ذخائر کشف نشده شکل (4 نمودار ذخائر اثبات شده
شکل (5 نمودار اکتشاف شکل (6 نمودار مصرف
