Mole-based vs mass-based object oriented modelling of the italian natural gas transport network

The modeling and simulation of natural gas transmission networks play a central role in ensuring reliable energy delivery and system performance under dynamic operating conditions. This thesis focuses on the development of a mole-based modeling framework for simulating gas transport networks within the OpenModelica environment. The reformulation was motivated by the availability of gas composition and quality data in molar terms, as provided by industrial operators such as SNAM. The core of this work involves converting a modular mass-based gas network model into its mole-based counterpart. Key components like pipes, compressors,compressor station, gas turbine, valves, and source elements have been reformulated in terms of molar quantities. This approach ensures direct compatibility with molar input data, avoids unnecessary conversions and supports improved consistency in species transport and composition tracking. Validation has been carried out through a series of simulations comparing pressure profiles, molar flow rates, and gas compositions between the mass based models and the new mole based model. The results confirm the correctness and consistency of the mole-based approach and establish a foundation for future extensions.

La modellazione e la simulazione delle reti di trasporto del gas naturale rivestono un ruolo centrale nel garantire l’affidabilità della fornitura energetica e le prestazioni del sistema in condizioni operative dinamiche. Questo lavoro di tesi si concentra sullo sviluppo di un framework di modellazione basato su quantità molari per la simulazione delle reti di trasporto del gas nell’ambiente OpenModelica. La riformulazione è stata motivata dalla disponibilità, da parte di operatori industriali come SNAM, di dati sulla composizione e sulla qualità del gas espressi in termini molari. Il nucleo del lavoro consiste nella conversione di un modello modulare di rete gas basato sulla massa nella sua controparte basata sulle moli. Componenti chiave come tubazioni, compressori, stazioni di compressione, turbine a gas, valvole e sorgenti sono stati riformulati utilizzando grandezze molari. Questo approccio garantisce la piena compatibilità con i dati di ingresso in termini molari, evita conversioni non necessarie e favorisce una maggiore coerenza nel trasporto di specie e nel tracciamento della composizione. La validazione è stata effettuata attraverso una serie di simulazioni che confrontano i profili di pressione, i flussi molari e le composizioni del gas tra il modello basato sulla massa e quello riformulato con grandezze molari. I risultati ottenuti confermano la correttezza e la coerenza dell’approccio molare, ponendo le basi per futuri sviluppi.