Wstęp: Ewolucja systemów przesyłowych gazu w Polsce

Polski system przesyłu gazu przeszedł w ostatnich dwóch dekadach znaczącą transformację technologiczną. Od przestarzałych systemów manualnych, przez pierwsze rozwiązania telemetryczne, aż po dzisiejsze zaawansowane systemy cyfrowe wykorzystujące sztuczną inteligencję i Internet Rzeczy (IoT) - droga ta odzwierciedla ogólnoświatowe trendy modernizacji infrastruktury gazowej.

Polskie firmy gazowe, z Gaz-System i PGNiG na czele, inwestują znaczące środki w nowoczesne rozwiązania technologiczne, które mają zwiększyć efektywność, bezpieczeństwo i niezawodność przesyłu gazu. W latach 2016-2022 nakłady na innowacje technologiczne w sektorze przesyłu i dystrybucji gazu wyniosły ponad 3,5 mld złotych, co stanowi wzrost o około 40% w porównaniu z poprzednim pięcioletnim okresem.

W tym artykule przyjrzymy się najważniejszym technologiom stosowanym obecnie przez polskie firmy gazowe oraz ocenimy ich wpływ na funkcjonowanie systemu gazowego.

Smart metering i inteligentne opomiarowanie

Jednym z najbardziej widocznych przejawów cyfrowej transformacji sektora gazowego jest wdrażanie systemów inteligentnego opomiarowania, znanych jako smart metering.

1. Stan wdrożenia w Polsce

Polska Spółka Gazownictwa (PSG), największy dystrybutor gazu w kraju, prowadzi szeroko zakrojony program instalacji inteligentnych liczników gazu. Do końca 2022 roku zainstalowano około 1,2 mln smart liczników, co stanowi około 13% wszystkich odbiorców gazu. W ramach programu, do 2028 roku planuje się wyposażenie w smart liczniki wszystkich odbiorców zużywających powyżej 3000 m³ gazu rocznie oraz co najmniej 80% pozostałych odbiorców.

2. Zastosowane technologie

Polskie firmy gazowe wykorzystują różnorodne technologie w obszarze smart meteringu:

  • Liczniki ultradźwiękowe - PSG w większości przypadków instaluje liczniki wykorzystujące technologię ultradźwiękową, które charakteryzują się wysoką dokładnością pomiaru, brakiem ruchomych części mechanicznych i długą żywotnością. Liczniki te są produkowane m.in. przez polską firmę Apator oraz zagranicznych dostawców jak Itron czy Elster.
  • Systemy komunikacji - do transmisji danych z liczników wykorzystywane są różne technologie, w tym:
    • Sieci komórkowe (2G/3G/4G) - najczęściej stosowane w obszarach miejskich
    • Sieci LPWAN (Low Power Wide Area Network) - technologie Narrowband IoT (NB-IoT) oraz LoRaWAN, testowane przez PSG w obszarach o słabszym zasięgu sieci komórkowych
    • Radio mesh - wykorzystywane w obszarach o dużej gęstości liczników
  • Oprogramowanie analityczne - dane z liczników są analizowane przez zaawansowane systemy informatyczne, które umożliwiają:
    • Wykrywanie anomalii w zużyciu gazu, co może wskazywać na awarie lub nieuprawniony pobór
    • Prognozowanie zapotrzebowania na gaz w różnych obszarach
    • Optymalizację pracy sieci gazowej

3. Korzyści z wdrożenia

Smart metering przynosi szereg korzyści dla firm gazowych i odbiorców:

  • Dla firm gazowych:
    • Eliminacja kosztów związanych z fizycznym odczytem liczników (szacowane oszczędności dla PSG to około 120 mln zł rocznie po pełnym wdrożeniu)
    • Lepsza kontrola nad siecią i szybsze wykrywanie awarii
    • Dokładniejsze bilansowanie sieci i ograniczenie strat gazu (spadek o około 0,4 punktu procentowego)
  • Dla odbiorców:
    • Dokładniejsze rozliczenia oparte na rzeczywistym zużyciu, a nie prognozach
    • Dostęp do szczegółowych informacji o zużyciu gazu poprzez aplikacje mobilne lub portale internetowe
    • Możliwość lepszego zarządzania zużyciem gazu i redukcji kosztów

Monitoring i diagnostyka sieci gazowych

Nowoczesne systemy monitoringu i diagnostyki odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa i efektywności funkcjonowania sieci gazowych. Polskie firmy wykorzystują szereg zaawansowanych technologii w tym obszarze.

1. Systemy SCADA i zdalne monitorowanie

Systemy SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) umożliwiają zdalne monitorowanie i kontrolę infrastruktury gazowej. Gaz-System wykorzystuje nowoczesny system SCADA nowej generacji, który:

  • Zbiera dane z ponad 3000 punktów pomiarowych rozmieszczonych w całej sieci przesyłowej
  • Umożliwia zdalną kontrolę kluczowych elementów infrastruktury, takich jak tłocznie gazu, stacje redukcyjno-pomiarowe i zawory liniowe
  • Pozwala na szybką reakcję w przypadku wykrycia anomalii lub awarii

System ten został zmodernizowany w 2020 roku kosztem ponad 40 mln złotych, co zwiększyło jego niezawodność i możliwości analityczne.

2. Inteligentne systemy inspekcji rurociągów

Dla zapewnienia bezpieczeństwa gazociągów, polskie firmy stosują zaawansowane technologie inspekcji:

  • Inteligentne tłoki (smart pigs) - urządzenia poruszające się wewnątrz gazociągów i wykrywające uszkodzenia, korozję lub inne defekty. Gaz-System regularnie przeprowadza inspekcje swoich gazociągów za pomocą tłoków wyposażonych w:
    • Technologię MFL (Magnetic Flux Leakage) do wykrywania ubytków metalu
    • Systemy ultradźwiękowe do pomiaru grubości ścianek rurociągu
    • Systemy IMU (Inertial Measurement Unit) do precyzyjnej lokalizacji wykrytych defektów
  • Drony i roboty inspekcyjne - do monitorowania zewnętrznej części infrastruktury gazowej PSG i Gaz-System wykorzystują:
    • Drony wyposażone w kamery termowizyjne do wykrywania wycieków gazu
    • Drony z systemami lidar do tworzenia trójwymiarowych map terenu wokół gazociągów
    • Specjalistyczne roboty do inspekcji trudno dostępnych elementów infrastruktury

3. Systemy wykrywania wycieków

Wykrywanie wycieków gazu jest krytycznym elementem zapewnienia bezpieczeństwa sieci. Polskie firmy stosują w tym celu różnorodne technologie:

  • Systemy DAS (Distributed Acoustic Sensing) - Gaz-System wdraża na kluczowych odcinkach gazociągów systemy wykorzystujące światłowody do wykrywania dźwięków i wibracji, które mogą wskazywać na wyciek gazu lub próbę nieautoryzowanego dostępu do infrastruktury.
  • Systemy bilansowe - zaawansowane algorytmy analizujące różnice między ilością gazu wprowadzonego do sieci a odebranego w poszczególnych punktach, co pozwala na wykrycie nawet niewielkich wycieków.
  • Mobilne detektory gazu - pojazdy wyposażone w czułe detektory metanu, które regularnie patrolują trasy gazociągów, szczególnie w obszarach miejskich.

Cyfrowe zarządzanie siecią i modelowanie przepływów

Nowoczesne narzędzia informatyczne rewolucjonizują sposób zarządzania siecią gazową w Polsce.

1. Systemy symulacji i modelowania

Gaz-System i PSG wykorzystują zaawansowane oprogramowanie do modelowania hydraulicznego sieci gazowej. Systemy te umożliwiają:

  • Symulację różnych scenariuszy przepływu gazu w sieci
  • Optymalizację pracy tłoczni gazu i stacji redukcyjno-pomiarowych
  • Planowanie rozbudowy sieci i ocenę wpływu nowych przyłączeń
  • Przewidywanie skutków awarii i planowanie działań awaryjnych

Gaz-System w 2021 roku wdrożył nowy system symulacyjny oparty na oprogramowaniu SIMONE firmy LIWACOM, który działa w czasie rzeczywistym i umożliwia modelowanie przepływów w całej polskiej sieci przesyłowej.

2. Wspomaganie decyzji operatorskich

Aby wspierać operatorów w podejmowaniu optymalnych decyzji, polskie firmy gazowe wdrażają systemy DSS (Decision Support Systems):

  • Systemy te integrują dane z różnych źródeł, w tym z SCADA, systemów prognostycznych i systemów bilansowych
  • Wykorzystują zaawansowane algorytmy optymalizacyjne do sugerowania najlepszych działań operacyjnych
  • Wspierają zarządzanie w sytuacjach kryzysowych, np. podczas nagłych zmian zapotrzebowania na gaz lub awarii infrastruktury

PSG wdrożyła w 2022 roku pilotażowy system DSS w pięciu oddziałach, a pełne wdrożenie planowane jest do końca 2024 roku.

3. Cyfrowe bliźniaki (Digital Twins)

Najbardziej zaawansowanym rozwiązaniem w obszarze zarządzania siecią gazową są cyfrowe bliźniaki - kompleksowe modele cyfrowe odwzorowujące całą infrastrukturę gazową.

Gaz-System rozpoczął w 2022 roku projekt budowy cyfrowego bliźniaka dla polskiej sieci przesyłowej, który ma być ukończony do 2025 roku. Projekt ten obejmuje:

  • Stworzenie trójwymiarowego modelu całej infrastruktury przesyłowej
  • Integrację danych z różnych systemów, w tym SCADA, GIS, ERP i systemów utrzymania majątku
  • Wdrożenie zaawansowanych algorytmów AI do predykcyjnego utrzymania infrastruktury
  • Stworzenie interfejsów dla operatorów, umożliwiających wirtualne "spacery" po infrastrukturze

Rozwiązania dla "ostatniej mili" - sieci dystrybucyjne

Ostatni etap przesyłu gazu do odbiorców końcowych również podlega cyfrowej transformacji.

1. Inteligentne stacje redukcyjno-pomiarowe

PSG modernizuje swoje stacje gazowe, wyposażając je w nowoczesne rozwiązania technologiczne:

  • Zdalne sterowanie parametrami stacji (ciśnienie, temperatura, przepływ)
  • Automatyczna analiza jakości gazu w czasie rzeczywistym
  • Systemy zabezpieczeń przed nadmiernym lub zbyt niskim ciśnieniem
  • Zasilanie z odnawialnych źródeł energii (panele fotowoltaiczne) i systemy bateryjne zapewniające ciągłość pracy nawet w przypadku awarii zasilania

Do 2022 roku PSG zmodernizowała ponad 600 stacji, a do 2028 roku planuje modernizację kolejnych 1500.

2. Systemy AMI (Advanced Metering Infrastructure)

Infrastruktura inteligentnego opomiarowania to coś więcej niż same liczniki - to kompleksowe systemy obejmujące:

  • Inteligentne liczniki u odbiorców
  • Koncentratory danych zbierające informacje z liczników w danym obszarze
  • Systemy komunikacyjne przesyłające dane do centralnych systemów
  • Centralne systemy MDM (Meter Data Management) przetwarzające i analizujące dane
  • Portale klienckie i aplikacje mobilne umożliwiające odbiorcom dostęp do danych o zużyciu

PSG wdrożyła kompleksowy system AMI we współpracy z polskimi firmami technologicznymi, w tym Apator i Atende.

3. Bezpieczeństwo instalacji wewnętrznych

Firmy gazowe promują również rozwiązania zwiększające bezpieczeństwo instalacji gazowych u odbiorców końcowych:

  • Inteligentne detektory gazu połączone z automatycznymi zaworami odcinającymi
  • Zawory trzęsieniowe automatycznie odcinające dopływ gazu w przypadku wstrząsów sejsmicznych lub wybuchów
  • Systemy monitorujące jakość spalania gazu w urządzeniach gazowych, pomagające zapobiec zatruciom tlenkiem węgla

PGNiG Obrót Detaliczny prowadzi program "Bezpieczny Dom", w ramach którego oferuje odbiorcom indywidualnym preferencyjne warunki zakupu takich urządzeń. Do końca 2022 roku w ramach programu zainstalowano ponad 120 000 urządzeń zwiększających bezpieczeństwo.

Przyszłościowe technologie - co przed nami?

Polskie firmy gazowe aktywnie śledzą i testują nowe rozwiązania technologiczne, które mogą zrewolucjonizować sektor w najbliższych latach.

1. Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe

AI i ML znajdują coraz szersze zastosowanie w polskim sektorze gazowym:

  • Predykcyjne utrzymanie infrastruktury - algorytmy analizujące dane historyczne i identyfikujące potencjalne awarie przed ich wystąpieniem
  • Optymalizacja efektywności energetycznej tłoczni gazu - systemy AI analizujące parametry pracy sprężarek i sugerujące optymalne ustawienia
  • Zaawansowane prognozowanie zapotrzebowania na gaz - modele uwzględniające nie tylko dane historyczne, ale również prognozy pogody, wydarzenia publiczne i inne czynniki

Gaz-System współpracuje z polskimi uczelniami technicznymi (Politechnika Warszawska, AGH) nad rozwojem rozwiązań AI dla sektora przesyłu gazu.

2. Blockchain w rozliczeniach i bilansowaniu sieci

Technologia blockchain testowana jest w obszarze rozliczeń i bilansowania sieci gazowej:

  • Smart kontrakty automatyzujące rozliczenia między uczestnikami rynku gazu
  • Transparent ne i niewzruszalne rejestry odczytów z liczników i transakcji gazowych
  • Decentralizacja handlu gazem, umożliwiająca bezpośrednie transakcje między producentami a odbiorcami

Polska Spółka Gazownictwa prowadzi prace badawcze nad wykorzystaniem blockchain w rozliczeniach dla małych biometanowni przyłączonych do sieci dystrybucyjnej.

3. Przygotowanie sieci do transportu gazów zdekarbonizowanych

W kontekście transformacji energetycznej polskie firmy gazowe przygotowują swoją infrastrukturę do transportu gazów odnawialnych i zdekarbonizowanych:

  • Transport biometanu - PSG realizuje program "Biogaz+" mający na celu przyłączenie do sieci dystrybucyjnej 1500 biometanowni do 2030 roku. Wymaga to:
    • Dostosowania systemów pomiarowych do monitorowania jakości biometanu
    • Wdrożenia systemów zarządzania zmiennymi parametrami gazu w sieci
    • Rozwoju systemów certyfikacji pochodzenia gazu odnawialnego
  • Przygotowanie do transportu wodoru - Gaz-System i PSG prowadzą badania nad możliwością transportu mieszanin gazu ziemnego z wodorem (do 20% objętościowo) w istniejącej infrastrukturze. W ramach tych prac:
    • Testowane są materiały i komponenty sieci pod kątem odporności na wodór
    • Rozwijane są nowe systemy pomiarowe zdolne do dokładnego pomiaru mieszanin gaz-wodór
    • Budowane są modele symulacyjne przepływu takich mieszanin

Gaz-System planuje do 2030 roku przygotowanie wydzielonego "korytarza wodorowego" umożliwiającego transport czystego wodoru z północy na południe Polski.

Podsumowanie: Efektywność i korzyści z wdrażanych technologii

Nowoczesne technologie wdrażane przez polskie firmy gazowe przynoszą wymierne korzyści w różnych obszarach:

1. Efektywność ekonomiczna

Oceniając efektywność ekonomiczną, można stwierdzić, że inwestycje w nowe technologie zwracają się poprzez:

  • Obniżenie kosztów operacyjnych - o około 15-20% w przypadku systemów zdalnego monitoringu i sterowania
  • Redukcję strat gazu - z około 1,8% do 1,4% w sieci dystrybucyjnej PSG
  • Optymalizację wykorzystania infrastruktury - zwiększenie przepustowości istniejących gazociągów o 5-8% dzięki lepszemu zarządzaniu
  • Zmniejszenie kosztów utrzymania - o około 25% dzięki systemom predykcyjnego utrzymania

Według analizy przeprowadzonej przez PSG, całkowity zwrot z inwestycji w systemy smart metering nastąpi po około 7-8 latach od ich wdrożenia.

2. Bezpieczeństwo i niezawodność

Nowoczesne technologie znacząco poprawiają bezpieczeństwo i niezawodność systemu gazowego:

  • Liczba poważnych awarii w sieci przesyłowej Gaz-System zmniejszyła się o 30% w latach 2018-2022
  • Średni czas reakcji na awarie w sieci dystrybucyjnej PSG skrócił się z 45 do 28 minut
  • Liczba przerw w dostawach gazu do odbiorców zmniejszyła się o 22%

3. Wpływ na środowisko

Wdrażane technologie przyczyniają się również do redukcji wpływu sektora gazowego na środowisko:

  • Emisje metanu z sieci gazowej zmniejszyły się o około 18% dzięki lepszym systemom wykrywania i zapobiegania wyciekom
  • Zużycie energii przez tłocznie gazu spadło o około 12% dzięki systemom optymalizacji ich pracy
  • Liczba interwencji terenowych (i związanych z nimi emisji z transportu) zmniejszyła się o około 40% dzięki systemom zdalnego sterowania

4. Jakość obsługi odbiorców

Cyfrowa transformacja przekłada się na lepszą obsługę odbiorców końcowych:

  • Dokładność rozliczeń za gaz wzrosła z 94% do 99,3% dzięki inteligentnym licznikom
  • Czas realizacji przyłączenia do sieci gazowej skrócił się średnio o 20% dzięki cyfryzacji procesów
  • Wskaźnik satysfakcji klientów (NPS) PSG wzrósł z 32 do 46 punktów

Wnioski

Nowoczesne technologie są kluczowym elementem transformacji polskiego sektora gazowego, przyczyniając się do zwiększenia jego efektywności, bezpieczeństwa i zrównoważonego rozwoju. Polskie firmy gazowe aktywnie wdrażają innowacyjne rozwiązania, często współpracując z krajowymi ośrodkami badawczymi i firmami technologicznymi.

Wyzwaniem na przyszłość będzie integracja istniejących systemów technologicznych w spójne ekosystemy cyfrowe oraz przygotowanie infrastruktury do transportu gazów odnawialnych i zdekarbonizowanych. To, jak skutecznie polskie firmy gazowe sprostają tym wyzwaniom, będzie miało istotny wpływ na transformację energetyczną kraju i bezpieczeństwo energetyczne w nadchodzących dekadach.