《Energy》：Pipeline sharing: Remaining capacity evaluation for liquid ammonia transportation in multi-product pipelines considering variable flow rate
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本文针对氢能储运需求与可再生能源地理错配问题，创新性提出利用低负荷率多产品管道（Multi-product Pipeline）剩余容量输送液氨（Liquid Ammonia）。研究建立了融合变流速安全约束的时空容量评估模型，采用混合时间表征法（Hybrid Temporal Representation）解决氨批次与油批次并发操作的流速控制难题。通过案例（LZC Pipeline）验证表明，批次排布、操作容忍度（Operational Tolerance）与合同严格性（Contractual Stringency）显著影响容量利用率，为"氨-氢"能源系统（Ammonia-Hydrogen Energy System）基础设施优化提供理论支撑。
Highlight
作为氢能储存与运输的有效载体，氨能源成为解决可再生能源供需空间失衡的关键方案，推动液氨大规模长距离输送需求。尽管管道是液态能源连续输送的经济可行且安全的方式，当前多产品管道普遍低负荷运行导致基础设施严重未充分利用。本研究提出利用管道剩余容量输送液氨，开发了一种适用于顺序输送管道的时空容量评估方法。然而，氨在管道输送过程中存在气化和静电安全挑战，尤其涉及流速问题。我们的方法通过纳入变流速要求来应对这些挑战，以适应液氨与石油产品之间的操作边界差异，从而确保管道安全。
创新方法
创新性地提出了一种混合时间表征方法，将连续时间窗口嵌入离散时间框架内，以在模型中精确区分氨批次与油批次。该方法在保持计算效率的同时，实现了对氨批次的精确调度和安全速度约束。评估模型还整合了两个合同引导参数，以促进基于场景的剩余容量利用探索。
案例发现
通过基于中国LZC管道的案例研究进行控制变量分析，我们对不同场景下的氨输送量进行了横向比较，并对剩余容量的影响机制进行了纵向研究。结果表明：i) 批次定位导致利用率的显著变化，这受注入时机与管道空闲窗口的时空匹配所控制；ii) 批次数量增加增强了操作灵活性，在我们的案例中使容量利用率提升了47.40%；iii) 氨输送量与操作容忍度呈正相关，与合同严格性呈负相关，达到特定场景的权衡点（在我们的案例中为5%和5倍）。
Section snippets
问题描述
多产品管道通常采用具有多个中间分输站的顺序输送过程。不同管段的输送需求各异，通常呈现从单源到多汇的递减趋势。为提高管道工程经济性，设计者采用变径系统设计原则。不同直径对应的输送能力，称为段能力……
研究框架
为解决上述问题，本文提出了一个用于多产品管道系统集成液氨输送剩余容量的系统性评估框架（见图3）。该框架包含四个模块：参数输入、合规策略模拟、优化模型与求解、结果输出。参数输入模块整合了管道系统参数、现有石油产品输送方案以及拟增液氨批次的数量/位置。
模型假设
为便于建立多产品管道液氨输送剩余容量评估模型，本文提出以下假设：
(1) 石油产品输送计划已预先确定，包括初始管道状态、批次序列、批次数量、批次体积和沿线站点需求。
(2) 管道输送过程中产品混合的体积损失被忽略，所有流体假定为不可压缩。虽然液氨表现出更高的饱和蒸汽压……
Pipeline system parameters
本研究以中国LZC管道作为计算案例进行分析。该多产品管道绵延约900公里，由11个站（N1-N11）组成，其中N1为首站，N11为末站（参见图4）。所有站的位置均以体积坐标标注。该基础设施连续输送两种精炼石油产品：0#柴油和92#清洁汽油。
管道沿线各站的流速规格为……
Original oil transportation plan
计算框架通过Python编程实现，利用Gurobi求解器（V11.0）求解剩余容量评估模型。Eq. (1a) 在本节中用作目标函数。结果表明所有操作节点的输送偏差为零。图5可视化了石油批次在整个管道系统中的时空分布模式。关键操作分析揭示了全线停运持续时间为4天（即24-120小时，图5）。
Strict adherence to the oil transportation plan
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Conclusions and future work
随着氢能日益突出，"氨-氢"能源路线作为大规模长距离氢能储存和运输的潜在解决方案引起了广泛关注。本文提出了一种利用多产品管道剩余容量输送液氨的创新方法，考虑了当前由环境和资源约束导致的运营低迷，以及精炼油市场 renewed growth 的近零可能性……
