JP2005107944A

JP2005107944A - 温室効果ガス排出削減量算定方法

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Publication number: JP2005107944A
Application number: JP2003341376A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Ike; 知彦池; Akiko Furuya; 暁子古屋; Hiroyuki Tatsumi; 浩之巽
Original assignee: E & E Solutions Inc; SIMULATION TECHNOLOGY KK; Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: E & E Solutions Inc; SIMULATION TECHNOLOGY KK; Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】対象プラントの厳密な用役システムの最適化シミュレーションモデルを用いることによって、ベースラインを動的にモニタリングし、炭酸ガス等の温室効果ガスの排出削減量を高精度で評価することができる温室効果ガス排出削減量算定方法を提供する。
【解決手段】プラントや用役の稼働状態が変わる時点毎に、ベースライン計算用最適化シミュレーションモデルで、温室効果ガス削減プロジェクト実施前の仮想システムの用役バランスからベースラインを算定し、各時点毎の新たなベースラインと、対応時点での単位時間当たりの実際の温室効果ガス排出量との差分を計算し、当該プラント及び用役システムの稼働状態が一定である時間とその開始時点における前記差分との積算量を温室効果ガス排出量削減プロジェクト後の温室効果ガス排出削減量算定期間全体に亘って前記各時間毎に集計して前記期間における温室効果ガス削減量を算定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、工場プラントから排出される炭酸ガス（ＣＯ2）等の温室効果ガスの排出削減量を精度良く評価するための方法及び算定システムに関する。
なお、ここで、温室効果ガスとは、ＣＯ2の他、CH4、N2Oも含む。ただし、フロンとSF6については、本発明方法の適用範囲を外れるため、除外する。

近年、問題となってきている炭酸ガス等の温室効果ガスによる地球温暖化の現象に対しては、炭酸ガス（ＣＯ2）をはじめとする温室効果ガスの発生量を削減することが重要な課題となってきており、これに関連する提案もなされている。
特開２００１−３３８０２８号

地球温暖化問題に係る国際協定である京都議定書においては、プラントのエネルギー用役システムを改善する等の炭酸ガス削減プロジェクト（以下、ＣＯ2等の温室効果ガス削減プロジェクトを単に省エネプロジェクトともいう。）を実施することで、何も対策を講じなかった従来の状況と比較して、炭酸ガスの排出量を削減できた場合には、削減された炭酸ガス排出量分を他の事業者に排出権として売買することができるというルールが規定されている。

ここで、炭酸ガスの排出に対して何も対策を講じていない場合の炭酸ガス排出量をベースラインと呼び、炭酸ガス削減プロジェクトを実施した結果、削減された炭酸ガスの排出量分をクレジットと呼んでいる。

従来における一般的なベースラインの算定方法としては、事業所内の各プラントの日々の燃料や電力の使用量に、燃料や電力の単位使用量当たりの炭酸ガス排出原単位を乗じて合算する方法や、過去の実績をベースにプラント単位の製造量にそれぞれの炭酸ガス排出原単位を乗じて算定する方法が採られている。

従来のベースラインの算定方法においては、炭酸ガス原単位をいかに正確に評価して合算したとしても、事業所全体としては、用役設備（ボイラー、タービン等のエネルギー関連システム）に付随する様々な制約条件のため、正確な算定になり難い問題があった。

例えば、あるプラントの生産量が増えたときに、本来であればボイラー蒸気を蒸気タービンを通して発電した後に当該プラントに供給していたものを、蒸気タービンの能力が一杯になってしまうために発電をしないでレットダウンせざるを得ない場合がある。

この場合、原単位は、発電した後の蒸気を想定して計算されていたとすると、実際よりも炭酸ガスの削減量を多めに見積もってしまう恐れがある。蒸気タービンが能力が一杯になるかどうかは、単一プラントの都合で決まるものではなく、事業所内の全てのプラントの合計で決まるものであるので、このような問題を事前に予測して適切な原単位をケース毎に準備しておくことは困難である。

また、プラントのエネルギー用役の改善プロジェクトにおいては、生産量の変化や、エネルギー単価の変動など要因によって、エネルギー使用量が日々変動し、これに伴って炭酸ガス排出量も変動する。

このような理由により、どの時点での炭酸ガス排出量をベースラインとして採用するかを適切な理由をもって特定することが困難であり、ベースラインの精度が低いため、種々の安全係数を掛けるなどしてベースラインが低めに算定されており、実際に達成した炭酸ガス削減量をクレジットとしてフルに得られない問題があった。

一方、炭酸ガス等の温室効果ガス発生源を有する区域全体のエネルギー用役システムシミュレーション技術は、日々の現存するシステムに対する最適化目的として既に実用化されている。
Alan Eastwood-Linnhoff March, a division of KBC Process Technology Ltd．,「Optimizing the Day to Day Operation of Utility Systems」，Industrial Energy Technology Conference, ２００３年５月１４日

そこで、本発明者らは、前述した、ベースライン算定問題の解決を図る上で、この同種のシミュレーションモデルを省エネプロジェクト実施前のシステムに対して作成し、現存するシステムに対する計算と平行して最適化シミュレーションを実施することにより、日々、もしくは、時々刻々変化するベースラインを精度良く算定できることを見出し、本発明に至った。

本発明は、前述したような従来技術の問題を解消し対象プラントの厳密な用役システムの最適化シミュレーションモデルを用いることによって、ベースラインを動的にモニタリングし、炭酸ガス等の温室効果ガスの排出削減量を高精度で評価することができる温室効果ガス排出削減量算定方法を提供することを目的とする。

本発明の温室効果ガス排出削減量算定方法は、炭酸ガス等の温室効果ガス発生源を有する区域内の前記発生源となるプラント及び用役システムにおける装置稼働状態に関するデータを、温室効果ガス排出量削減プロジェクト開始後、温室効果ガス排出削減量算定期間の開始時に収集し、ベースライン計算用最適化シミュレーションモデルに前記データを適用して温室効果ガス排出量削減プロジェクトが実施される前の状態をシミュレートする仮想システムにおける当該区域内の用役バランスを計算し、これに基づいて、当該区域から排出される温室効果ガスの単位時間当たりの総排出量を算出してこれを温室効果ガス排出削減量算定期間の開始時のベースラインとして設定し、前記ベースラインと、当該区域内での温室効果ガス排出削減量算定期間の開始後における用役使用量から算出した単位時間当たりの実際の温室効果ガス排出量との差分を計算し、前記プラント及び用役システムの稼働状態が変化した時点毎、または、一定の時間間隔毎に前記仮想システムにおける当該区域内の用役バランスを、前記変化により修正された当該プラント及び用役システムの各時点における装置稼働状態に関するデータをベースライン計算用最適化シミュレーションモデルに適用して計算し、これに基づいて、当該区域から排出される温室効果ガスの単位時間当たりの総排出量を算出してこれを各時点毎に新たなベースラインとして設定するとともに、各時点毎の新たなベースラインと、当該区域内における対応時点での用役使用量から算出した単位時間当たりの実際の温室効果ガス排出量との差分を前記各時点について計算し、当該プラント及び用役システムの稼働状態が一定である時間とその開始時点における前記差分との積算量を温室効果ガス排出削減量算定期間全体に亘って前記各時間毎に集計して前記期間における温室効果ガス削減量を算定するものである。

前述した温室効果ガス排出削減量算定方法においては、温室効果ガス排出削減量算定期間の開始時からプラントや用役システムの稼働状態が変化した時点毎に、プラント及び用役システムの装置稼働状態に関するデータをシステムシミュレーションモデルに適用して用役バランスのシミュレーションを行い、システムシミュレーションモデルの入出力に許容値以上の誤差を生じた場合にシミュレーションモデル計算のパラメータを修正し、これをベースライン計算用最適化シミュレーションモデルのパラメータに反映することが好ましい。

本発明によれば、OptiSteamのようなモデリングツールで炭酸ガス等の温室効果ガス発生源を有する区域内、例えば事業場全体のエネルギーバランスをシミュレーションすることで、あらゆる事態に厳密に対処でき、また、同時に最適化を行うため、プロジェクトを実施しなかった状態のシステムにおいても最も炭酸ガス等の温室効果ガスの排出の少ない算定をすることができる。

また、この最適化には、ボイラや蒸気タービン等の機器毎の制約条件も同時に取り扱うことができるため、仮想的ではあるが、実測値と見なしても良い精度のベースラインを算定することができる。その結果、達成した炭酸ガス等の温室効果ガスのクレジットをフルに得ることができ、温室効果ガス削減プロジェクトの経済効果が高められて炭酸ガス排出量の削減を促進することができる。

以下、本発明の温室効果ガス排出削減量算定方法の１実施形態を説明する。ここでは温室効果ガスを最も一般的な炭酸ガス（Ｃ０２）とし、また、炭酸ガスの発生源を有する区域を事業場全体とする。

図１は、本発明の温室効果ガス排出削減量算定方法が実施されるシステムの全体の構成図であって、各プラントのプラント操業データ１及び発電・動力システム（用役システム）の発電・動力システム操業データ２は、計装・制御システム、データ管理システム、及びプロセス系ネットワークが含まれるモジュールに取り込まれ、ここから、モニタリング用の操業データ３が集計・演算装置に送られる。

なお、図示していないが、前記操業データ３は、実際には安全のためにファイアウォールを通して集計・演算装置に送るようにしている。

集計・演算装置は、通常のパーソナルコンピュータにより構成することができ、モニタリング用操業データ３を取り込むためのデータインターフェイスを備えている。

また、集計・演算装置には、ハードディスク等の記憶装置を有しており、ここに、最適化モデル（最適化シミュレーションモデル）と現状モデル（現状シミュレーションモデル）の各プログラムや集計プログラム等のアプリケーションソフトが格納されている。

データインターフェイスに取り込まれたモニタリング用操業データ３は、最適化モデルと現状モデルの計算処理のために、それぞれ現状モデル計算用データ４及び最適化モデル計算用データ５として利用される。

また、モニタリング用操業データ３は、集計プログラムの計算処理のために、集計演算用生データ６として利用される。また、この集計プログラムは、最適化モデルから集計演算用最適化結果データ７を取り込むようになっている。
なお、集計・演算装置には、このデータインタフェイスを介してキーボード等の入力機器が接続されており、ここから、補助的な手入力用データ８も入力できるようになっている。

また、集計プログラムは、図示していない出力インターフェイスを介してＣＯ2排出ベースラインおよび削減量の算定結果情報９としてプリンタ、ＣＲＴに表やグラフ等にして出力するようになっている。また、前記算定結果の情報は、集計・演算装置に接続されている図示しないネットワークシステムを介して離れた場所でもモニタ可能になっている。

図２は、本発明方法により年間ＣＯ2排出削減量を算出する手順を示すフロー図である。本方法においては、省エネプロジェクト開始直前のシステムが、現状のプラント需要を満たす最適バランスを求めるために、事業場全体の最適化シミュレーションモデルの作成を行う必要がある。

ここで、最適化の基準としては、当該事業場の運転管理ポリシーに従って、例えば、コスト最小、環境負荷最小、あるいは、これらの間に重み付けをおこなって、その合算値最小を最適化の目的関数とすることができる。

集計・演算装置は、省エネプロジェクト開始時点の時刻ＴをＴ０として記憶し、また、この時刻Ｔをデータ更新時刻Ｔ１として記憶するとともに、ＣＯ2排出削減量の積算値Ｃｔを０にリセットし、（ステップＳ１）、現状の事業場内のプラント及び用役システムの装置稼働状態に関するデータ読み込む。（ステップＳ２）

これは、プラントに関しては用役需要量データ、用役システムに関しては、ボイラ、タービン等の装置の稼働状況（入出力バランス）及び、使用燃料の種別流量が重要なデータであり、これはモニタリング用操業データとして、集計・演算装置に読み込む。

なお、ＤＣＳ（分散型制御システム）によるプラント運転管理を実現している事業場においては、各プラントの運転データから需要データをオンラインによって容易に入力可能である。通常は、データヒストリアン（データ記録）のデータベースから、各プラントの蒸気レベル別の消費量などの必要なデータを、データタグ名を指定して取得できる。

次に、現状の用役システムシミュレーションモデル（図１の現状モデル）により、現状の用役バランスのシミュレーションを行う。なお、ここで、集計・演算装置は、このシミュレーションモデルの入出力に一定以上の誤差を生じれば、自動的にパラメータを調整する。（ステップＳ３）

次に、集計・演算装置は、集計プログラムにより、現状の用役使用量にＣＯ2排出係数を掛けて、実際の単位時間当たりのＣＯ2排出量Ｃａを求める。（ステップＳ４）

さらに、集計・演算装置は、ベースライン計算用の最適化シミュレーションモデル（図１）により、省エネプロジェクトを実施する前の仮想システムにおける事業場の用役バランスを計算する。（ステップＳ５）

なお、前述したステップＳ４において、パラメータ調整が行われていた場合には、集計・演算装置はその結果を反映して計算を行う。こうして求められた用役バランスに基づいて、ベースラインとなる単位時間当たりのＣＯ2排出量Ｃｂが算定される。（ステップＳ６）

ここで、計算の精度上、特に注意すべきは、ボイラ効率およびタービン効率である。これらの効率は、流量に対して変化する。従って、現状運転における流量とベースライン条件における流量に相違がある場合には、現状の効率をそのまま用いることができない。

そこで、これらの効率は、実績や設計データを基に正確なパラメータ同定をあらかじめ行っておくことが必要である。さらに、時間経過と共に汚れや機械的、化学的な劣化等により、効率が低下することがあるが、そのような場合は現状シミュレーションによって検知し、パラメータ調整を行うことが必要である。これによって恒常的にシミュレーションモデルの精度が高く保たれる。

なお、ベースライン計算用の最適化シミュレーションモデルの精度をそれほど必要としない場合においては、前述したステップＳ３の手順は省略してもよい。

次に、集計・演算装置は、集計プログラムにより、ベースラインとなる単位時間当たりのＣＯ2排出量Ｃｂと、実際の単位時間当たりのＣＯ2排出量Ｃａとの差である単位時間当たりのＣＯ2削減量ΔＣを計算する。（ステップＳ７）

次のステップＳ８では、集計・演算装置は、ＣＯ2排出削減量の積算値Ｃｔをそれ以前に記憶されている積算値Ｃｔ（初期値は０）に（Ｔ−Ｔ１）ΔＣを加えて、これを新たな積算値Ｃｔとして記憶する。

次いで、集計演算装置１は、現時点の時刻Ｔと省エネプロジェクト開始時点の時刻Ｔ０との差が、一年に達したか否かを判断し、１年未満である場合には、記憶されている時刻Ｔ１を現時点の時刻Ｔに更新する。（ステップＳ１０）

その後ステップＳ１１に移行し、ここでプラントや用役の稼働状態が変化したか否かを判断し、変化が無い場合には、ステップＳ８以降の手順を再び実行する。一方、稼働状態に変化が見られた場合には、ステップＳ２以降の手順を再び実行する。

一方、集計演算装置１が、前述したステップＳ９において、現時点Ｔが省エネプロジェクト開始時点Ｔ０から一年を経過していると判断した場合には、ステップＳ１２に移行し、ステップＳ８で算出されている最新のＣｔの値をＣＯ2の年間排出削減量として出力し、処理を終了する。

なお、前述した実施形態においては、省エネプロジェクト開始時点を温室効果ガス排出削減量算定期間の開始時点として、ここから一年間のＣＯ２の排出削減量を算定しているが、温室効果ガス排出削減量算定期間の開始時点は、省エネプロジェクトの開始以後であれはよく、また、算定期間も一年に限らず任意とすることができ、例えば、省エネプロジェクトが実施されてから１年経過後から起算し、２年目までの１年間のＣＯ２の排出削減量を算定することも可能である。また、ここでは、削減対象とする温室効果ガスが炭酸ガス（Ｃ０２）である場合を説明したが、CH4、N2Oのような温室効果ガスの場合には、ＣＯ2に換算することにより、同様にして削減量を算定することができる。

次に、本発明の１実施例として、ＣＯ2排出削減量の算定例を説明する。
ある工場では、プロセスAからEまでの5つのプラントを運転している。これらのプラントはCO2排出削減量算定開始時において下記の表１にあるように蒸気と電力などの用役の供給を受けている。表１中の「その他」は配管やタンク保温などのための3バール蒸気需要である。

算定開始時の現状の用役システムを図３に示す。このシステムにおいて、CO2排出削減を目的とした改善プロジェクトは、新規に蒸気タービン（背圧式）発電機を導入したことである。ここでは新規蒸気タービンの最大通気量は15t/hである。

このシステムは、主に燃料を焚いて蒸気を発生するボイラ、発生した蒸気をプロセスに供給する蒸気ヘッダー(30バールと3バール)、蒸気ヘッダーを繋ぐ蒸気レットダウンラインとその上にある減温器（ボイラ給水を混入して蒸気の飽和度を調整する機器）、脱気器（補給水中の溶存酸素を除去する機器）、および新設の蒸気タービン発電機で構成されている。付随的に必要なポンプやバルブ等は、説明を簡略化するために省略している。30バールの蒸気ヘッダーの蒸気は、温度350℃の過熱蒸気であり、3バール蒸気ヘッダーは134℃の飽和蒸気である。

図３の蒸気バランスでは、3バール蒸気ヘッダーに供給される蒸気としてまずプロセスAとCで発生した合計10t/hの蒸気がある。これに対して使用される蒸気としては、プロセスB、E、およびその他の20t/hと、脱気用の7.7t/hの合わせて27.7t/hの需要がある。

そのため、3バール蒸気ヘッダーは27.7−10=17.7t/hの蒸気が不足する。この不足分をより上位の30バール蒸気ヘッダーから補充する必要があるが、できるだけ新設蒸気タービンを通気した方が省エネ効果が出るため、この条件下では最大通気量で流すことが最適である。

減温器で増加する蒸気量を考慮しても、まだ2.4t/hの蒸気が不足するため、30バール蒸気ヘッダーから2t/hの蒸気をレットダウンし、減温器で2.4t/hまで増量し補充している。

30バール蒸気ヘッダーに供給される蒸気としては、プロセスAとBで発生した合計10t/hの蒸気がある。一方使用する側はプロセスC、DおよびEで消費される15t/h、蒸気タービンへの通気の15t/h、および先ほど計算した3バールヘッダーへのレットダウン蒸気の2t/hの合計32t/hがある。従って、需要と供給の差、32−10=22t/hの不足はボイラから供給する。

脱気器においては、ボイラとプロセスで発生する蒸気とさらに減温器に供給する水の合計、22+10+10+0.7=42.7t/hのボイラ給水を製造するために、20℃の補給水を35t/hと3バール蒸気7.7t/hを混合して、3バールの飽和水を製造している。

このように図３には、表１の算定開始時における用役需要を満たす現状システムの最適なバランスを表示している。表２に新設蒸気タービンの断熱効率（Isentropic効率）を示す。なお、データポイント間は直線的に内挿するものとする。

図３の条件では新設の蒸気タービンは通気量の上限界まで通気し、70％の断熱効率における発電量として1433kWの出力を得ている。表３にボイラ効率データを示す。データポイントの間は直線的に内挿するものとする。

図３のバランスではボイラの蒸気発生量は22t/hであり、表３から89.3%という効率が計算される。なおこのボイラのターンダウンレシオは50％であり、最小の蒸気発生量は15t/hである。

ボイラにおける蒸気発生に要する熱量は、発生蒸気とボイラ給水のエンタルピー差に流量を乗ずることで求められる。即ち、22.0×(3115−562)=56.3GJ/hが蒸気発生に必要である。これをボイラ効率の89.3％で除することで、燃料の必要燃焼量が算出される。即ち、56.3÷0.894=63.0GJ/h。

また、表１の4550kWの電力需要のうち1433kWは工場内発電でまかなうので、不足する3117kWは電力会社からの買電にて供給する。これらの燃料（燃焼）と買電の消費に対するCO2排出係数を表４に示す。

なお、この排出係数は環境省地球環境局が平成15年7月に公表した「事業者からの温室効果ガス排出量算定方法ガイドライン（試案 ver1.2）を参照した。燃料に関しては一般的なボイラ燃料であるC重油の排出係数を引用したが、実際のシステムの算定に当たっては、実際に使用する燃料の排出係数を引用すればよい。

これらの排出係数をそれぞれの使用量に乗ずれば単位時間当たりのトータルCO2排出量が算出される。図３の改善後のシステムでは、燃料燃焼に伴うCO2排出が4509kg/h、買電消費に伴うCO2排出が1178kg/hでトータル5688kg/hのトータルCO2排出量である。本実施例では実際の工場の運転条件や用役消費量、CO2排出量は以上のように計算で求めたものと一致するものとみなすことにする。

改善プロジェクト実施前の元の用役システムを図４に示す。これは図４の現状のシステムから新規の蒸気タービン発電機および蒸気タービンの吸気と排気の配管を除外したものである。

本システムは過去には存在したが現在は存在しない仮想のシステムであるが、新規の蒸気タービンに関する部分以外の装置構成は現状と同一であり、先に述べたバランス計算を同様に実施することで、あたかも現実に存在するシステムであるかのごとく、CO2排出量を算定することが可能である。

図４の蒸気バランスでは、図３同様に、3バール蒸気ヘッダーに供給される蒸気としてまずプロセスAとCで発生した合計10t/hの蒸気がある。これに対して使用される蒸気としてはプロセスB、E、およびその他の20t/hと、脱気用の7.7t/hの合わせて27.7t/hの需要がある。

そのため、3バール蒸気ヘッダーは27.7−10=17.7t/hの蒸気が不足するため、この不足分をより上位の30バール蒸気ヘッダーから補充する必要がある。減温器で増加する蒸気量を考慮すると、30バール蒸気ヘッダーからのレットダウン蒸気は15t/hとなる。

30バール蒸気ヘッダーに供給される蒸気としてプロセスAとBで発生した合計10t/hの蒸気がある。一方使用する側はプロセスC、DおよびEで消費される15t/hと先ほど計算した3バールヘッダーへのレットダウン蒸気の15t/hの合計30t/hがある。従って、需要と供給の差、10−30=20t/hの不足はボイラからの供給で補充する必要がある。

脱気器においては、ボイラとプロセスで発生する蒸気とさらに減温器に供給する水の合計、20+10+10+2.7=42.7t/hのボイラ給水を製造するために、20℃の補給水を35t/hと3バール蒸気7.7t/hを混合して、3バールの飽和水を製造している。

ボイラの蒸気発生量は20t/hであり、表３から88.7%という効率が計算される。ボイラにおける蒸気発生に要する熱量は、発生蒸気とボイラ給水のエンタルピー差に流量を乗ずることで求められる。

即ち、20.0×(3115−562)=51.1GJ/hが蒸気発生に必要である。これをボイラ効率の88.7％で除することで、燃料の必要燃焼量が算出される。即ち、51.1÷0.887=57.6GJ/h。また、図４のシステムでは発電を一切行っていないので、表１の4550kWの電力需要は全て電力会社からの買電にて供給する必要がある。

表4の排出係数をそれぞれの使用量に乗ずれば単位時間当たりのトータルCO2排出量が算出される。図４の元の用役システムでは、燃料燃焼に伴うCO2排出が4127kg/h、買電消費に伴うCO2排出が1720kg/hでトータル5847kg/hのトータルCO2排出量である。これがベースラインのCO2排出量である。

以上の計算によりCO2排出削減算定開始時の、ベースラインのCO2排出量は5847kg/h、現状のCO2排出量は5688kg/hとなり、その差159kg/hがCO2排出削減量であることが分かる。表５に算定開始時におけるベースラインと、現状との比較のまとめを示す。

CO2排出削減算定開始後、3000時間経過する時点まで、開始時の条件のまま推移したとすると、開始後から3000時間後までのCO2排出削減量の積算量は、159×3000/1000=477tとなる。

3000時間経過した時点において、プロセスCに増産があり、そのため用役需要が一律50％増になったとし、同時にプロセスBに減産があり、用役需要が一律50％減になったものとする。その時、本工場の用役需要は表６のようになる。図５に表６に対応する現状システムのバランスを示す。

蒸気需要バランスの変化によって、新規蒸気タービンの通気量が大幅に低下し、同時にタービンの断熱効率も通気量低下に伴って低下するため発電量が算定開始時の1433ｋWの半分以下の696kWになった。

図８に3000時間経過後の蒸気需要バランスに対する元の用役システムでの最適バランスを示す。また、図５および図６で得られたバランスを基に、3000時間後のベースラインと現状を比較したものを表７に示す。

これにより3000時間後のCO2排出削減量は72kg/hとなる。3000時間後から6000時間経過後までの3000時間のあいだ、このまま推移したとすると、算定開始以降のCO2歳出削減量の積算は、477＋72×3000/1000=477+216=693tとなる。

6000時間経過後にプロセスAの増産により用役需要が一律50％増え、また同時にプロセスDの減産のため用役需要が一律50％減ったとする。このときの工場の用役需要を表８に示す。

図７に表８に対する現状システムのバランスを示す。プロセスからの蒸気発生量が増え、逆にプロセスにおける蒸気消費量が減少したため、全体的にボイラから供給すべき蒸気の必要量が減少した。しかしながら、ボイラの最小蒸気発生量が15t/hであるため、それ以上は蒸気量を下げた運転ができないので、余剰蒸気は大気に放散せざるを得ないバランスとなった。

図８に3000時間経過後の蒸気需要バランスに対する元の用役システムでの最適バランスを示す。図７および図８で得られたバランスを基に、6000時間後のベースラインと現状の比較を表９に示す。

これにより6000時間後のCO2排出削減量は444kg/hとなる。6000時間以前に比べて大幅に排出削減量が増加したが。この理由は、元のシステムでは発電に寄与しない蒸気を毎時6.8tも大気放出せざるを得ないのに対し、現状システムでは大気放出する分も全て発電に寄与するからである。

6000時間後から8760時間経過後、即ち算定開始から丸1年経過する時点までの2760時間のあいだ、このまま推移したとすると、算定開始以降のCO2歳出削減量の積算は、693＋444×2760/1000=693+1225=1918tとなる。

以上の本発明方法による算定に対し、従来の方法による算定例を以下に示す。ただしこれは一例であり、これが全ての従来法を意味するものではない。まず算定開始時の元のシステムにおいて、蒸気発生、蒸気消費および電力消費に関して表４の排出係数からそれぞれの用役の排出係数を導き出す。表１０にその一覧を示す。

表１０の30バール蒸気発生を例にとってCO2排出係数の算出を説明する。30バール蒸気発生に必要なエンタルピーは3115−562=2553kJ/kgである。燃料消費に対する負荷としては削減の方向に働く用役であるから、ΔH=−2553kJ/kgとする。

ボイラ効率は現状のデータから得ることのできる89.3％を用いることとして、1tの30バール蒸気発生あたりの燃料消費由来のCO2排出量ΔCO2=−2553÷0.893×71.6÷1000=−205kg/tである。30バール蒸気の発生量は10t/hであるので、CO2発生量=−2046kg/hに相当するとみなすことができる。

同様にしてその他の用役に対してもCO2発生量を求め合計すると5816kg/hのCO2排出量となった。これは前述の本発明による算定値の5847kg/hに対して99.48%の精度であり、十分な精度があるかに見える。しかしながら、CO2排出削減量は、現状のCO2排出量との差として、5816−5688=129t/hと本発明の算定値159t/hの約80％になった。誤差は20％である。

ここで求めた各用役毎のCO2排出係数を3000時間後および6000時間後の用役需要に用いると、表１１および表１２に示すようなCO2排出量が算出される。

これらから算定されるCO2排出削減量は3000時間経過後が3kg/h、6000時間経過後は−1077kg/hとなった。3000時間後では開始時に比較してボイラの蒸気発生量の低下に伴いボイラ効率が低下する影響が原単位法では反映されないことで、本発明による算定値の72kg/hを大幅に下回る評価となった。

また6000時間経過後は、ボイラの最小蒸気発生量の制約のため。大量の蒸気を大気放出せざる得ない点が反映されないので、現状のCO2排出量よりもベースケースの方が排出量が少ないという逆転現象が生じた。

このように、原単位法では、用役システムの機器の効率変化による微妙な影響や、用役システムに存在する制約条件による比較的大きな影響などを十分に反省することは困難であり、場合によっては大幅に間違った算定結果を導き出す可能性があることが分かる。以上の年間を通じたCO2排出量の推移を比較したものを図９に示す。また、図１０に同じく年間を通じたCO2排出削減量の推移を比較したものを示す。

前述した実施例に見られるように、従来の原単位法による算定では大きく間違った評価を与える心配があるが、本発明による方法では原単位法にあった問題がなく、正確な算定が可能である。

本発明の温室効果ガス排出削減量算定方法は、炭酸ガス等の温室効果ガス発生源を有する区域として、工場等の事業場のみに限定されず、ボイラや発電設備を備えたレクアハウスやジャーランド等にも利用可能である。

本発明の温室効果ガス排出削減量算定方法を実施するための一実施形態におけるシステム全体の構成図である。本発明方法により、年間ＣＯ2排出削減量を求める手順を示すフロー図である。算定開始時の改善後（現状）の用役システム構成図である。開始時の用役需要に対する元の用役システムの最適バランスを示す図である。開始から3000時間経過時点における蒸気需要に対する現状システムの最適バランスを示す図である。開始から3000時間経過時点における蒸気需要に対する元のシステムの最適バランスを示す図である。開始から6000時間経過時点における蒸気需要に対する現状システムの最適バランスを示す図である。開始から6000時間経過時点における蒸気需要に対する元のシステムの最適バランスを示す図である。本発明方法と原単位法によりそれぞれ算定したベースラインと実際のCO2排出量の推移を比較したグラフである。本発明方法と原単位法によりそれぞれ算定したCO2排出削減量を比較したグラフある。

符号の説明

１プラント操業データ
２発電・動力システム操業データ
３モニタリング用操業データ
４現状モデル計算用データ
５最適化モデル計算用データ
６集計演算用生データ
７集計演算用最適化結果データ
８手入力データ
９ＣＯ2排出ベースラインおよび削減量の算定結果情報

Claims

炭酸ガス等の温室効果ガス発生源を有する区域内の前記発生源となるプラント及び用役システムにおける装置稼働状態に関するデータを、温室効果ガス排出量削減プロジェクト開始後、温室効果ガス排出削減量算定期間の開始時に収集し、
ベースライン計算用最適化シミュレーションモデルに前記データを適用して温室効果ガス排出量削減プロジェクトが実施される前の状態をシミュレートする仮想システムにおける当該区域内の用役バランスを計算し、
これに基づいて、当該区域から排出される温室効果ガスの単位時間当たりの総排出量を算出してこれを温室効果ガス排出削減量算定期間の開始時のベースラインとして設定し、
前記ベースラインと、当該区域内での温室効果ガス排出削減量算定期間の開始後における用役使用量から算出した単位時間当たりの実際の温室効果ガス排出量との差分を計算し、
前記プラント及び用役システムの稼働状態が変化した時点毎、または、一定の時間間隔毎に前記仮想システムにおける当該区域内の用役バランスを、前記変化により修正された当該プラント及び用役システムの各時点における装置稼働状態に関するデータをベースライン計算用最適化シミュレーションモデルに適用して計算し、これに基づいて、当該区域から排出される温室効果ガスの単位時間当たりの総排出量を算出してこれを各時点毎に新たなベースラインとして設定するとともに、
各時点毎の新たなベースラインと、当該区域内における対応時点での用役使用量から算出した単位時間当たりの実際の温室効果ガス排出量との差分を前記各時点について計算し、
当該プラント及び用役システムの稼働状態が一定である時間とその開始時点における前記差分との積算量を温室効果ガス排出削減量算定期間全体に亘って前記各時間毎に集計して前記期間における温室効果ガス削減量を算定することを特徴とする温室効果ガス排出削減量算定方法。
温室効果ガス排出削減量算定期間の開始時からプラントや用役システムの稼働状態が変化した時点毎に、プラント及び用役システムの装置稼働状態に関するデータをシステムシミュレーションモデルに適用して用役バランスのシミュレーションを行い、システムシミュレーションモデルの入出力に許容値以上の誤差を生じた場合にシミュレーションモデル計算のパラメータを修正し、これをベースライン計算用最適化シミュレーションモデルのパラメータに反映するようにしたことを特徴とする請求項１記載の温室効果ガス排出削減量算定方法。