数理最適化サービスの事例

石油・ガスパイプライン上のポンプ場効率の改善



PSI 社について

PSI AG 様は、エネルギー管理(ガス、石油、電力、熱、エネルギートレーディング)、製品管理(採掘、鉱業、自動車、機械工学、ロジスティクス)、および輸送と安全に関するインフラ管理での完全なソリューションの開発、およびインテグレーションを業務とされています。PSI 社は 1969 年に創業し、世界で 1,700 人の従業員を雇用しています。石油・ガスパイプライン効率、リーク検出、パイプラインモニタリングを専門とする PSI 様のチームは、最適化問題と可能な解法に対する数理モデルの相談を NAG に持ちかけられました。

解決すべき問題

お客様は彼らの顧客から、パイプライン上のポンプ場の全体効率を改善する新たなソリューション提案を出すように問われていました。主たる目的は圧力レベルとフローレートを調節する際のポンプの同時操作を最適化することでした。このパイプラインは現在稼働中のものです。ポンプ場の数や位置と共に、、圧力、流量といったポンプの特性を含む技術的なデータも入手可能です。また、各ポンプとポンプ場のオペレーションコスト、エネルギー消費量、運用保守コストやその他の要因も入手可能です。各パイプラインは 10 以上のポンプ場が装備されており、各ポンプ場は一つ以上のポンプを持ちます。圧力と流量は幾つかの異なる手法で制御することが可能です。顧客によっては予期しない操作上の理由により 3 か 4 以上のポンプは同時に動作させていません。この付加的な制約から運用可能な解の数は制限されます。

NAGサービスチームの作業

パイプラインのシナリオは、数千の変数を用いた混合整数線形計画法でモデル化されていました。NAG 最適化チームは最適化のこの領域において多くの知見と経験を保有しています。

NAG と PSI の両チームは、この問題に対して可能な別の定式化を定義できるかについて、現状のモデルの詳細について議論しました。結果、幾つかの制約が冗長なことが判明し、ソルバーの計算速度を改善する新しい定式化も提案されました。同時に、オープンソースと NAG ライブラリを含む適用可能な数値計算ソルバーが検討されました。

使用する言語とライセンスに関して、PSI 社の商用アプリケーションに容易に組み込むことが可能なものに限ることでこれらのソルバーを取捨選択し、全ての要請を満たす高速かつ安定したソルバーを選択しました。さらに NAG チームは、異なるモデルをより容易に開発できるように、最適化モデリング言語の使用を提言しました。また、モデルの検証と性能試験に最適な言語が選択されました。最終的に、新しい最適化モデルを用いた新しいソルバーの実装に成功しました。

成果

新しいソリューションにより大きな改善と有益性が得られました。完全な最適化問題を 0.5 秒以内で解くことが可能になりました。

PSI 社の Michael Kratsch 様から次のようなコメントを頂きました:
「NAG のサーピスは我々にとって非常に貴重なものでした。我々のパイプライン問題は高速化されました。このサービスは素晴らしく、最適化ソルバーやモデリング技術について得られた蓄積は我々が望んだ以上のものでした。NAG の人たちと共に作業できたことは光栄であり、最高のコンサルティング契約でした。」

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