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지역:에너지문제 클래스:MINLP기술:GAMS
무료 슬롯는 석유 및 바이오 연료, 천연 가스, 바이오 가스 및 저탄소 수소, 재생 가능 에너지 및 전기 등의 에너지를 생산하고 판매하는 글로벌 통합 에너지 회사입니다. 100,000명 이상의 직원이 보다 안정적이고 저렴하며 지속 가능한 에너지를 최대한 많은 사람들에게 제공하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 약 120개 국가에서 활동 중인 무료 슬롯는 전략, 프로젝트 및 운영의 중심에 지속 가능성을 두고 있습니다.
야망의 일환으로2050년까지 탄소 중립, 무료 슬롯는 사회와 함께 탄소 포집 저장(CCS) 솔루션을 개발하여 산업 현장에서 배출되는 CO2를 포집하여 운반하고 해저에 영구적으로 저장합니다.
이 작업을 기술적으로나 경제적으로 실현 가능하게 만들기 위해,무료 슬롯는 정교한 GAMS 최적화 모델을 개발했습니다.CO2 물류의 복잡한 작업(탱크 내 완충, 운송, 지하 저수지 주입)을 관리합니다. 이 대규모 MINLP 무료 슬롯은 작업을 기반으로 Grossmann 교수와 Carnegie Mellon University의 여러 학생들과 협력하여 구축되었습니다. 그러나 학문적 무료 슬롯을 취하여 이를 실용적인 산업 무료 슬롯로 전환합니다.중요한 과제 제시, 특히 장기 계획 범위와 상세한 일일 운영 결정 때문입니다.
GAMS 컨설팅모델의 병목 현상을 해결하고 몇 가지 획기적인 발전을 이루었습니다. GAMS는 목표한 개선을 통해 무료 슬롯가 모델을 활용한 성능 향상을 달성하도록 도왔습니다.약 1시간 만에 1~2년의 현장 개발 전략 수명을 실행하는 것부터 몇 분 만에 20년까지.또한 우리는 다음을 개발했습니다.사용자 친화적인 Python 인터페이스전문적인 도메인 지식이 없는 기술 직원이 쉽게 사용하고 상호 작용할 수 있습니다.
무료 슬롯에서 개발한 CCS 최적화 모델은 CO2가 항구 터미널에 도착하는 것부터 연안 저장소에 최종 주입하는 것까지 탄소 가치 사슬의 중요한 부분을 통해 작동하도록 설계되었습니다. 그러나무료 슬롯을 매우 강력하게 만든 요인으로 인해 사용이 불가능해졌습니다.여러 시간 규모에 걸쳐 유정 압력 동작, 주입 역학 및 탱크 버퍼링의 운영상의 미묘한 차이를 포착한다는 것은 매우 비선형적인 제약 조건과 수많은 이진 결정을 통합하는 것을 의미했습니다. 그 결과, 계획을 세울 때마다 기하급수적으로 증가하는 수만 개의 변수와 제약 조건이 있는 무료 슬롯이 탄생했습니다.
이러한 복잡성은 수년 또는 수십 년에 걸쳐 계획을 세우면서 매일 간격으로 결정을 내려야 했기 때문에 더욱 악화되었습니다. 기본적으로 장기적인 비전은 단기적인 계산 타당성과 충돌했습니다. 특히 현실적인 시나리오를 시뮬레이션할 때 무료 슬롯을 해결하는 데 너무 오랜 시간이 걸렸습니다.
이러한 지연으로 인해 연구 수행에 시간이 많이 걸리고 번거로워졌습니다.각각 1시간 넘게 걸리는 테스트를 실행하는 것은 단순히 비효율적이었습니다. 또한 무료 슬롯의 고도로 기술적 구조로 인해 비전문가가 상호 작용하기 어려웠고, 이로 인해 가장 필요한 엔지니어의 접근성과 실용 가치가 제한되었습니다.
우리 팀은 기술 전문 지식과 깊은 도메인 이해를 결합한 전략으로 이 문제에 접근했으며 여러 단계에 걸쳐 솔루션을 개발했습니다.
첫 번째 단계로 우리는 기존 무료 슬롯에 대한 철저한 감사를 실시하여 계산 및 구조적 병목 현상을 식별했습니다. 그런 다음 팀은 최신 GAMS 기능을 사용하여 무료 슬롯의 코드를 리팩터링하여 유지 관리성을 개선하고 논리를 간소화했습니다. 문제별 지식을 활용하여 제약 조건과 시간 구조를 재구성하여 전체 무료 슬롯의 복잡성을 줄였습니다. 무료 슬롯을 해결하는 데 사용되는 분해 알고리즘이 개선되어 최적화 프로세스가 훨씬 더 효율적으로 이루어졌습니다.
이러한 노력은 극적인 성능 향상으로 이어졌습니다.25년 무료 슬롯의 경우 런타임이 몇 시간에서 몇 분으로 단축되었습니다. 이러한 런타임 개선은 해결 단계에서 가장 두드러졌으며, 이를 통해 몇 분 안에 상세하고 현실적인 시나리오를 실행할 수 있게 되었습니다. 또한 이는 무료 슬롯의 복잡성이 더욱 향상될 수 있음을 의미합니다. 예를 들어 이전에는 불가능했던 불확실성이 허용됩니다.
프로그래밍보다 운영 통찰력에 더 초점을 맞춘 전문가인 저수지 엔지니어가 이 무료 슬롯을 주로 사용할 것이라는 점을 인식하여 우리 팀은 사용자 상호 작용 경험을 재설계했습니다. 우리는 다음을 개발했습니다.파이썬 기반 인터페이스이를 통해 사용자는 무료 슬롯 실행을 구성하고 입력 및 출력 데이터를 관리하며 구조적이고 직관적인 방식으로 결과를 볼 수 있습니다. 그런 다음 고급 최적화와 사용자 친화적인 작업 간의 격차를 해소하기 위해이 인터페이스는 Excel 호환 프런트엔드와 쌍을 이루었습니다.이를 통해 엔지니어는 익숙한 도구를 사용하여 무료 슬롯과 상호 작용할 수 있어 GAMS 구문이나 Python 코드를 이해할 필요가 없어져 엔지니어와 최적화 플랫폼 간의 보다 원활한 워크플로가 가능해졌습니다.
또한 장기적인 지속 가능성을 지원하고 채택을 장려하기 위해 교육과 지식 이전을 우선시했습니다. 컨설팅 팀이 제공한 내용무료 슬롯 아키텍처, 고급 GAMS 기능 사용 및 실행 구성을 다루는 자세한 문서입니다.또한 무료 슬롯의 직원이 향후 요구 사항에 맞게 모델을 독립적으로 유지 관리하고 조정할 수 있도록 예제, 운영 지침 및 문제 해결 팁이 포함된 단순화된 사용자 매뉴얼을 제작했습니다.
이 파트너십은 고급 최적화와 전문가 컨설팅의 결합이 실제 세계에 미치는 영향을 보여줍니다. 무료 슬롯는 유지 관리가 어렵고 계산 시간 측면에서 성능이 저조한 매우 복잡한 CCS 모델에 직면했습니다. GAMS 팀은 대상 모델 리팩토링 및 알고리즘 개선을 통해 런타임을 크게 줄여 현실적인 시나리오 계획과 더 빠른 의사 결정을 가능하게 했습니다. 또한 이러한 속도 향상을 통해 무료 슬롯는 모델에 훨씬 더 복잡성을 추가하여 기존 가정을 완화하고 모델을 최대한 현실에 가깝게 만들 수 있습니다.
마찬가지로 중요한 것은 깊은 프로그래밍 전문 지식 없이도 엔지니어가 무료 슬롯에 접근할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스 재설계였습니다. Python 백엔드를 Excel 호환 프런트엔드와 통합함으로써 GAMS는 운영 결정에 가장 가까운 사람들이 이 도구를 직접 사용할 수 있도록 보장했습니다.
그 결과 기술적으로는 강력하지만 번거로운 모델이 능률적이고 전략적인 도구로 변모했습니다. 우리 팀은 계산 속도를 높였을 뿐만 아니라 무료 슬롯의 엔지니어들에게 일상적으로 사용할 수 있을 만큼 빠른 솔루션을 제공하여 CCS 운영을 지원하기 위한 최적화 접근 방식을 변경했습니다.
현재 이 모델은 무료 슬롯의 넷제로 전략을 발전시키는 데 핵심적인 역할을 하는 강력하고 사용자 친화적인 의사 결정 지원 시스템으로 작동합니다. 이번 협력은 올바른 전문 지식이 어떻게 복잡성을 역량으로, 비전을 행동으로 바꿀 수 있는지 보여주는 분명한 예입니다.
Ambrish Abhijnan, Kathan Desai, Jiaqi Wang, Alejandro Rodríguez-Martínez, Nouha Dkhili, Raymond Jellema 및 Ignacio E. Grossmann 산업 및 공학 화학 연구 2024 63 (27), 12053-12063DOI:10.1021/acs.iecr.4c00390