Analisi delle problematiche di quality tracking nella rete di trasporto italiana del gas naturale

The term Quality Tracking, applied to the gas transport, refers to the monitoring and management of the quality of natural gas, which is primarily assessed through the determination of some relevant parameters of the gas, primarily the Gross Calorific Value. This thesis is part of a larger project which involves the collaboration between SNAM S.p.A. and the Energy Department of Politecnico di Milano, for activities in the field of quality measurement and simulation of gas transport networks, and its main object is a preliminary study aimed at improving the measurement of the gas quality in the Italian transport network. In this context, the scenario of gas transportation includes some significant characters: • SNAM S.p.A., which manages the Italian gas transmission network; • the Authority for Electricity and Gas (AEEG), which is the energy sector regulator; • the shipper, i.e. the companies that deal to commercialize gas; • the end customers, who are placed at the terminals of the network, named delivery points, and receive the delivered gas. Within this scenario, the goal of improving the quality determination is dictated mainly by two factors: the first is due to the fact that SNAM follows certain rules and guidelines laid down by the Authority, concerning the management of transport and measurement services, and the second reason is instead dictated by economic reasons, due to the fact that customer billing is done on the basis of energy consumption, and not on the amount of gas that is redelivered from the network. It is therefore of primary importance a correct and precise determination of the PCS of the gas delivered, a parameter that is strongly influenced by the different nature of the input gas in the transport network, each of them with different composition and PCS. The project work has initially concerned the study of the current state of the national transport network, in relation to the different types of inlet gas and the various facilities. Subsequently, the calculation methods used by SNAM have been taken into consideration to verify the strengths and the possible improvements, in order to understand whether the simplifications, if present, are suitable for the context of the study. After dealing with this first approach, we have proceeded with the construction of a simplified program implemented in MATLAB, for the simulation of gas transport in a section of the network; the results have been initially compared with field measurements focused on certain sections of the network, integrating it with an initial comparison with the methods in use at SNAM for the calculation of the gas quantity in a duct (Line-Pack). Subsequently, the results of the MATLAB model have been compared with those obtained by the specific software for the simulation of gas transport in the national network, called SIMONE, in order to draw a further validation. The heart of the project lies in the simulation of two sections of the national network, reconstructed in detail through SIMONE, in order to verify the validity of the software as an alternative to the current method used by SNAM for the calculation of gas quality, based on Homogeneous Areas of Sampling. The conclusions of this preliminary study on the problems of Quality Tracking have finally allowed to outline the guidelines for a continuation of the main project.

Con il termine Quality Tracking, applicato al settore del trasporto del gas, ci si riferisce al monitoraggio e alla gestione della qualità del gas naturale, quest’ultima valutata principalmente attraverso la determinazione di alcuni parametri rilevanti del gas, in primis il Potere Calorifico Superiore. Questa tesi si colloca all’interno di un progetto più ampio che vede la collaborazione tra SNAM S.p.A. e il Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano per attività nel campo di misura di qualità del gas e della simulazione delle reti di trasporto, ed ha come oggetto lo svolgimento di uno studio preliminare finalizzato al miglioramento della misurazione della qualità del gas nella rete di trasporto italiana. In tale contesto, lo scenario del trasporto del gas vede presenti molteplici figure rilevanti: • SNAM S.p.A., che gestisce la rete di trasporto gas italiana; • l’Autorità dell’Energia Elettrica e Gas (AEEG), che costituisce l’ente regolatore del settore energetico; • gli shippers, ossia le società che si occupano di commercializzare il gas; • i clienti finali, i quali ricevono il gas riconsegnato e sono collocati in corrispondenza dei terminali della rete, denominati punti di riconsegna. All’interno di tale scenario, l’obiettivo di miglioramento della determinazione della qualità è dettato principalmente da due fattori: il primo è dovuto al fatto che SNAM segue determinate regole e direttive dettate dall’AEEG in tema di gestione del servizio di trasporto e misura; il secondo motivo è invece dettato da ragioni economiche, dovute al fatto che la fatturazione dei clienti è effettuata sulla base del consumo di energia e non sulla quantità di gas effettivamente riconsegnata dalla rete. È quindi di primaria importanza una determinazione corretta e precisa del PCS del gas riconsegnato, parametro che è fortemente influenzato dalla diversa natura dei gas in ingresso nella rete di trasporto, ciascuno di essi con diversa composizione e PCS. Il progetto di lavoro ha riguardato inizialmente lo studio dello stato attuale della rete di trasporto nazionale, in relazione alle diverse tipologie di gas in ingresso e le varie strutture presenti. Successivamente sono state prese in esame le metodologie di calcolo in uso presso SNAM, per verificarne i punti di forza ed i possibili margini di miglioramento, in modo da capire se le eventuali semplificazioni apportate siano valide per il contesto di studio. Dopo aver affrontato questo primo approccio, si è proceduto con la costruzione di un programma semplificato implementato in MATLAB per la simulazione del trasporto del gas in un tratto di rete; i risultati ottenuti tramite quest’ultimo sono stati inizialmente paragonati con dati reali misurati in campo su alcuni tratti mirati di rete, applicando il tutto ad un primo confronto con le metodologie di calcolo in uso presso SNAM per il calcolo del quantitativo di gas presente in un condotto (Line-Pack). Successivamente i risultati del modello in MATLAB sono stati confrontati con quelli ottenuti dal software specifico per la simulazione del trasporto di gas nella rete nazionale, denominato SIMONE, per poter trarre un’ulteriore validazione. Il cuore del progetto risiede poi nella simulazione di due tratti di rete nazionale, appositamente ricostruiti in modo dettagliato attraverso SIMONE, per poter verificare l’effettiva validità del software come alternativa all’attuale metodo di calcolo della qualità del gas, tramite Aree Omogenee di Prelievo (AOP), in uso presso SNAM. Le conclusioni dello studio preliminare delle problematiche di Quality Tracking così sviluppato hanno consentito infine di tracciare le linee guida per una continuazione del progetto principale.