JP2006072536A - プラント最適運転支援システムと方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 予測需要に基づくエネルギー生成設備の最適運転計画を作成するだけでなく、需要のずれによる影響に対する事前の対策立案を支援可能とする。
【解決手段】 需要予測手段２１は、需要家情報、気象データ、需要データなどに基づき、需要家のエネルギー需要を予測してエネルギー需要予測値を求める。最適運転計画作成手段２２は、エネルギー需要予測値、エネルギー生成設備の特性、設備運用上の制約条件に基づき、運用コストを最小にする運転計画を作成する。運転可能範囲算出手段２３は、運転計画の需要変動（需要予測誤差）による影響を評価するための一つの指標として、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を算出する。支援データ作成手段２４は、各手段２１〜２３で得られたデータを理解し易い表示形式で表示するための設備運用支援データを作成し、出力手段１３により出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、需要家に供給するためのエネルギーを生成するエネルギー生成設備の運転計画を作成するための技術に関するものである。

電力エネルギーや熱エネルギーを供給するエネルギー供給プラントでは、複数の発電機やボイラ、冷凍機などのエネルギー生成設備を運用し、エネルギー消費者（需要家）に対してエネルギーの供給を行う。エネルギー供給においては、需要家が要求するエネルギーを過不足なく供給するという供給安定も大切であるが、より効率よくエネルギー生成を行うことで環境負荷を低減する環境性や、より安価にエネルギー生成を行う経済性も要求される。

一般に、エネルギー供給プラントでは、複数のエネルギー生成設備が運用されている。需要を満たすという供給安定だけを考慮する場合には、オペレータの経験や試行錯誤によるプラント運用が可能であるが、前述の複数要求を満たすにはオペレータのマニュアル運用だけでは不十分である。そこで、エネルギー生成設備の運用や制御を最適に行うプラント最適運用支援システムが利用される。

従来のプラント最適運用支援システムにおいては、事前に需要家が消費するエネルギー需要を予測計算し、得られた予測需要をもとにエネルギー生成設備の運転計画を作成している。この運転計画作成に当たっては、エネルギー生成設備の特性（燃料消費量と電力・熱出力の関係など）や運用上の制約（出力上限値、下限値、変化率制約など）を考慮しつつ、運用コストが最小となるように設備の起動停止計画と出力配分計画を作成する。この運転計画作成においては、複数のエネルギー生成設備に対して数多くの制約条件を考慮しつつコスト最小の運転計画を作成する必要があり、数理計画などの手法を用いた計算機による演算が不可欠である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２７３００８公報

上述のように、エネルギー供給プラントを最適に運用するプラント最適運転支援システムにおいては、事前に求められたエネルギー需要の予測値に従い、各設備の運転計画を決定する。決定した運転計画は、プラントの運用支援のためにオペレータに対して画面表示される、あるいは、エネルギー生成設備の制御を行うために制御装置に入力される、等の形で利用される。

しかしながら、事前に決定された予測需要と当日の実需要は必ずしも一致しない。そのため、当日の運用では、実需要にエネルギー生成設備の出力を合致させる追従運転となる。その結果、運転計画作成に使用された予測需要と実需要のずれが大きい場合には、この需要のずれにより計画外の追加の設備起動や運転中における計画外の設備停止等が必要になり、さらには、十分なエネルギー供給が行えなくなる可能性もある。以下には、この点について詳細に説明する。

まず、エネルギー需要が実需要より非常に少なく予測された場合には、運転中のエネルギー生成設備の出力を上限値近傍まで上昇させても、運転中の設備だけでは実需要に満たなくなる可能性がある。特に、運転中のエネルギー生成設備の出力が上限値近傍にある場合には、当該設備の出力をあまり上昇させることができず、運転中の設備だけでは実需要に満たない可能性が高くなる。したがって、このような場合には、運転計画に反して追加の設備を起動することが必要となる。また、運転中の設備の出力を上昇させて実需要を満たすことが可能であっても、環境性や経済性の観点から、運転計画に反して追加の設備を起動することが必要となる場合もある。

しかし、一般に、エネルギー生成設備の起動には、数十分から１時間程度の時間が必要であり、エネルギー不足となったからといってすぐに設備を起動してエネルギー供給できるわけではない。また、一度停止させた設備の再起動にはある程度の時間が必要とされている。そのため、エネルギー需要が実需要より非常に少なく予測された場合に、計画外の追加の設備起動が必要となっても設備起動を直ちに行うことができず、その結果、エネルギー供給が間に合わず、供給不足となる可能性がある。

一方、逆に、エネルギー需要よりも実需要が非常に少なく予測された（予測需要が多めに見積もられていた）場合には、運転中の設備による出力を低下させても、実需要に対して過度の出力となる可能性がある。特に、運転中のエネルギー生成設備の出力が下限値近傍にある場合には、当該設備の出力をあまり低下させることができず、実需要に対して過度の出力となる可能性が高くなる。したがって、このような場合には、運転計画に反して、運転中の設備の一部を停止することが必要となる。また、運転中の設備の出力を低下させて実需要に近づけることが可能であっても、環境性や経済性の観点から、運転計画に反して運転中の設備の一部を停止することが必要となる場合もある。

このような状況において、運転計画に反して運転中の設備の一部を停止した場合には、需要のずれが一時的なものであり、すぐに需要のずれが小さくなったとしても、前述のように設備の再起動にはある程度の時間が必要となるため、事前に作成された運転計画をそのまま実行することができず、マニュアルによる運用が必要となる。最悪の場合、エネルギー生成設備の不足が発生し、エネルギー供給不足となる可能性がある。

このように、従来のプラント最適運転支援システムでは、予測需要と実需要がずれることを考慮せずに運転計画を作成しているため、予測需要と実需要のずれが大きくなった場合には、計画外の設備起動や設備停止が必要となる可能性があり、その結果、エネルギー生成設備の運用上の制約によるエネルギー供給不足が発生する可能性がある。また、最適運転計画から実際の運用がずれることによる運用コストの上昇が発生するという問題もある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、予測需要に基づくエネルギー生成設備の最適運転計画を作成するだけでなく、需要のずれによる影響に対する事前の対策立案を支援可能なプラント最適運転支援システムと方法、プログラムを提供することである。

本発明は、上記のような目的を達成するために、運用コストを最小にする運転計画を作成し、当該運転計画について、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲を求め、エネルギー需要予測値と共に出力することにより、設備運用者が、需要のずれによる影響を容易に評価できるようにしたものである。

すなわち、本発明のプラント最適運転支援システムは、需要家に供給するためのエネルギーを生成するエネルギー生成設備の運転計画を作成するプラント最適運転支援システムにおいて、需要予測手段、最適運転計画作成手段、運転可能範囲算出手段、支援データ作成手段、出力手段、を備えたことを特徴としている。ここで、需要予測手段は、需要家のエネルギー需要に影響するスケジュール情報またはカレンダー情報を含む需要家情報と、未来の予測される気象状況を示す気象データ、および需要家で消費された過去のエネルギー需要を示す需要データ、の中から選択された情報に基づき、需要家で消費されるエネルギー需要を予測してエネルギー需要予測値を求める手段である。また、最適運転計画作成手段は、エネルギー需要予測値に基づき、エネルギー生成設備の運転・停止に関する起動停止計画と運転中のエネルギー生成設備の出力配分計画を含む運転計画を、この運転計画に従った場合の運用コストを最小にするように作成する手段である。また、運転可能範囲算出手段は、運転計画について、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を算出する手段である。さらに、支援データ作成手段は、運転計画とその運用コスト、エネルギー需要予測値、および実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を含む設備運用支援データを作成する手段であり、出力手段は、設備運用支援データを出力する手段である。

また、本発明のプラント最適運転支援方法、プラント最適運転支援プログラムは、上記のプラント最適運転支援システムの特徴を、方法とコンピュータプログラムの観点からそれぞれ把握したものである。

このような特徴を有する本発明によれば、需要家で消費されるエネルギー需要予測値を求め、このエネルギー需要予測値に基づき、運用コストを最小にする運転計画を作成すると共に、この運転計画について、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を求め、運転計画とその運用コスト、エネルギー需要予測値と共に設備運用者に提示することができる。したがって、設備運用者は、運転計画とその運用コストを容易に把握できるとともに、エネルギー需要予測値、エネルギー供給範囲の上限値と下限値から、需要のずれによる影響を容易に評価することができる。

本発明によれば、運用コストを最小にする運転計画を作成し、当該運転計画について、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲を求め、エネルギー需要予測値と共に出力することにより、予測需要に基づくエネルギー生成設備の最適運転計画を作成するだけでなく、需要のずれによる影響に対する事前の対策立案を支援可能なプラント最適運転支援システムと方法、プログラムを提供することができる。

以下には、本発明に係るプラント最適運転支援システムの複数の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の実施形態では、エネルギー供給プラントとして、電力エネルギーを生成するプラントの運用例について説明するが、本発明は、電力エネルギー供給プラントだけに限定されるものではなく、熱エネルギー生成設備や熱と電力の両方を供給するコジェネレーション設備の運用にも適用可能である。

［第１の実施形態］
［構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラント最適運転支援システムの構成を示すブロック図である。この図１に示すように、プラント最適運転支援システムは、インタフェース部１０、演算部２０、記憶部３０から構成されている。各部１０〜３０の詳細は次の通りである。

インタフェース部１０は、需要家情報入力手段１１、気象データ入力手段１２、出力手段１３、を備えている。ここで、需要家情報入力手段１１は、需要家のエネルギー需要に影響するスケジュール情報またはカレンダー情報を含む需要家情報を入力する手段であり、気象データ入力手段１２は、未来の予測される気象状況を示す気象データを入力する手段である。

これらの入力手段１１，１２は、具体的には、ユーザの操作に応じた信号をコンピュータに入力するマウスやキーボード等の入力装置や、外部からの信号を受信する受信装置、およびそれらのハードウェア資源を通じてデータを入力するためのソフトウェアにより実現される。また、出力手段１３は、演算部２０で作成されたデータをユーザに対して表示または出力するディスプレイ、プリンタ等の出力装置や、外部にデータ送信する送信装置、およびそれらのハードウェア資源を通じてデータを出力するためのソフトウェアにより実現される。

記憶部３０は、需要データ記憶手段３１、設備情報記憶手段３２、運転制約記憶手段３３、を備えている。ここで、需要データ記憶手段３１には、需要家で消費された過去のエネルギー需要の実績を示す需要実績値とそれに対応する運転計画時の需要予測値が需要データとして格納されている。また、設備情報記憶手段３２には、プラントのエネルギー生成設備の特性に関する情報が格納されており、運転制約記憶手段３３には、設備運用上の制約条件が格納されている。この記憶部３０は、コンピュータの各種のメモリや補助記憶装置等により実現される。

演算部２０は、需要予測手段２１、最適運転計画作成手段２２、運転可能範囲算出手段２３、支援データ作成手段２４、を備えている。ここで、需要予測手段２１は、需要家情報入力手段１１と気象データ入力手段１２により入力された需要家情報、気象データ、および需要データ記憶手段３１に格納された需要データ、の中から選択された情報に基づき、需要家で消費されるエネルギー需要を予測してエネルギー需要予測値を求める手段である。

また、最適運転計画作成手段２２は、需要予測手段２１で得られたエネルギー需要予測値に基づき、運転計画を、この運転計画に従った場合の運用コストを最小にするように作成する手段である。この最適運転計画作成手段２２は、エネルギー需要予測値に加えて、設備情報記憶手段３２と運転制約記憶手段３３に格納されたエネルギー生成設備の特性と設備運用上の制約条件に基づき、運転計画として、エネルギー生成設備の運転・停止に関する起動停止計画と運転中のエネルギー生成設備の出力配分計画を作成する。

また、運転可能範囲算出手段２３は、最適運転計画作成手段２２で得られた運転計画の需要変動（需要予測誤差）による影響を評価するための一つの指標として、運転計画の起動停止計画で実現可能な運転可能範囲、すなわち、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を算出する手段である。

さらに、支援データ作成手段２４は、需要予測手段２１、最適運転計画作成手段２２、運転可能範囲算出手段２３で得られたデータを、エネルギー生成設備のオペレータやエネルギー供給プラントのプラント管理者等の設備運用者に対して理解し易い表示形式で表示するための設備運用支援データを作成する。

すなわち、支援データ作成手段２４は、最適運転計画作成手段２２で得られた運転計画とその運用コスト、需要予測手段２１で得られたエネルギー需要予測値、および運転可能範囲算出手段２３で得られた実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値、等のデータを画面表示するための設備運用支援データを作成する。この設備運用支援データは、出力手段１３によりオペレータやプラント管理者等の設備運用者に対して画面表示または出力され、あるいは、設備運用者の使用する外部の表示装置に送信される。

なお、このような演算部２０は、具体的には、コンピュータのメインメモリとそれに記憶されたプラント最適運転支援用として特化されたプログラム、そのプログラムによって制御されるＣＰＵ、等により実現される。

［動作］
図２は、以上のような構成を有する本実施形態に係るプラント最適運転支援システムによる動作の概略を示すフローチャートである。

この図２に示すように、プラント最適運転支援システムはまず、需要予測手段２１により、需要予測処理として、需要家情報入力手段１１と気象データ入力手段１２から需要家情報と気象データを受け取ると共に、需要データ記憶手段３１から需要データを受け取り、これらの情報に基づき、需要家で消費されるエネルギー需要の予測を行う（Ｓ０１）。

この需要予測に利用される具体的な情報は、需要家によって異なり、多様な情報の中から、需要家のエネルギー需要に影響する情報が選択的に利用される。選択される具体的な情報を挙げれば、例えば、気象データとしては、気温、湿度、天候、気圧、風速などがある。また、需要家情報としては、工場の生産計画、ビルのテナント営業時間や定休日情報、ビル内の工事計画、などの各種のスケジュール情報またはカレンダー情報などがある。さらに、統計的に、気象やスケジュール、時期等の条件に応じた一定の需要傾向がある場合には、過去の類似の条件における需要データが利用される。

需要予測手段２１は、選択された情報を利用して、一定の時間ごとのエネルギー需要パターンを予測し、予測需要データを生成する。生成された予測需要データは、支援データ作成手段２４により、図３に示すようなグラフ表示形式のデータとされ、出力手段１３により画面表示または出力され、あるいは、設備運用者の使用する外部の表示装置に送信される（Ｓ０２）。図３は、一例として、１時間ごとの２４時間のエネルギー需要を予測した結果を示しているが、３０分ごとや２時間ごと、１２時間分や４８時間分の予測など、他にも多様な運用形態が考えられる。

なお、需要予測手段２１によるこの需要予測処理は、基本的に、需要家に応じて利用する情報を自動的に選択し、予め設定されたアルゴリズムに基づいて自動的に予測値を求めることによって行われるが、オペレータにより、利用する情報の重み付けを行ったり、エネルギー需要予測値自体を指示できるようにしてもよい。この場合には、経験の豊富なオペレータの知識を反映したより精度の高い需要予測が可能となる。

また、図１においては、需要家情報や気象データを入力して利用するようにしているが、最新の需要家情報や気象データを常時取得して需要データと同様に記憶部３０に格納するようにしてもよい。

プラント最適運転支援システムは、次に、最適運転計画作成手段２２により、最適運転計画作成処理として、需要予測手段２１から、図３に示すような予測需要データを受け取り、この予測需要データに基づき、エネルギー生成設備の運転計画を、この運転計画に従った場合の運用コストを最小にするように作成する（Ｓ０３）。この運転計画としては、エネルギー生成設備の運転・停止に関する起動停止計画と運転中のエネルギー生成設備の出力配分計画を作成する。すなわち、対象となる全てのエネルギー生成設備について、エネルギー生成設備ごとに、運転／停止の起動停止パターンと運転中の出力パターンを決定する。

この最適運転計画作成処理においては、予測需要データ以外に、設備情報記憶手段３２と運転制約記憶手段３３に格納されているエネルギー生成設備の特性（燃料消費量と生成エネルギーの関係など）と設備運用上の制約条件（出力上限値や下限値、出力変化率制約など）を読み込んで使用する。そして、これらの予測需要、特性、制約条件を反映させるように予め設定されたアルゴリズムに基づいて、エネルギー生成設備の燃料コストなどの運用コストが最小となる運転計画を作成する。なお、図１では、エネルギー生成設備の特性と制約条件を異なる記憶手段に格納した例を示しているが、同一の記憶手段に格納してもよい。

ここでは、一例として、図３に示すような予測需要データが得られ、かつ、エネルギー生成設備として発電機が４台ある場合を想定する。この場合に、最適運転計画作成処理により作成される運転計画は、４台の発電機の各出力パターンからなる出力配分計画として与えられる。このような運転計画データは、支援データ作成手段２４により、例えば、図４に示すようなグラフ表示形式のデータ、または、図５に示すような表形式のデータとされ、出力手段１３により画面表示または出力され、あるいは、設備運用者の使用する外部の表示装置に送信される（Ｓ０４）。

なお、このような運転計画データの表示においては、図示していないが、運転計画を実施した場合のエネルギー生成に要するコスト（予想コスト）も同時に表示する。運転計画の表示にこのようなコスト表示を付加することにより、オペレータやプラント管理者等の設備運用者が、運転計画をコスト面からも評価することができる。

プラント最適運転支援システムは、続いて、運転可能範囲算出手段２３により、運転可能範囲算出処理として、最適運転計画作成手段２２で作成された運転計画データを受け取ると共に、運転制約記憶手段３３から設備運用上の制約条件を読み込み、当該運転計画の起動停止計画で実現可能な運転可能範囲を算出する。すなわち、当該運転計画の起動停止計画の起動停止パターンを変更して追加の設備起動および設備停止を行うことなく、出力配分計画の出力パターンを変更するだけで実現可能な、エネルギー供給範囲の上限値と下限値を算出する（Ｓ０５）。

この運転可能範囲算出処理により運転可能範囲データが得られた時点で、支援データ作成手段２４により、運転可能範囲データと予測需要データから、図６に示すようなグラフ表示形式の「需要予測誤差に対する絶対余裕量データ（以下には、絶対余裕量データと略称する）」が作成される（Ｓ０６）。この絶対余裕量データは、図４に示すような運転計画データと共に、最終的な設備運用支援データとして、出力手段１３により画面表示または出力され、あるいは、設備運用者の使用する外部の表示装置に送信される（Ｓ０７）。

なお、図６においては、一例として、予測需要データ（需要予測値）と運転可能範囲の上限値（需要上限値）および下限値（需要下限値）という３つの需要値を１つのグラフで表示している。この図６に示すような絶対余裕量データは、当該運転計画において、需要変動（需要予測誤差）に対してエネルギー生成設備の運転の余裕量がどの程度の大きさであるかを示すデータである。

また、このような絶対余裕量データは、図６に示すようなグラフ表示形式だけでなく、図７に示すように、需要予測値に対する需要増加方向、需要減少方向において、どれだけの変動ならば許容できるかを示す許容量の値を、「絶対余裕上限」、「絶対余裕下限」等として表形式で表示してもよい。

需要変動（需要予測誤差）が、エネルギー生成設備の余裕量の範囲内である場合、すなわち、実需要の変化が、図６に示すような需要下限値と需要上限値の間であるか、あるいは、需要予測値に対する実需要のずれが、図７に示す許容量の値以下であれば、エネルギー生成設備の起動停止計画を変更することなく、その範囲内で出力配分計画の出力パターンを変更するだけで、エネルギー需要を満足させる設備運用が可能である。

オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、このような理解しやすい形式の絶対余裕量データから、需要予測誤差に対する余裕量を容易に把握できるため、余裕が少ない時間帯については予め対策を立てておくことができる。例えば、図６や図７の例では、時刻「６」や時刻「８」の「絶対余裕上限」が非常に少ない。このような場合、オペレータは、追加の発電がすぐに行えるように、停止している発電機のスタンバイを行うなどの有効なバックアップ対策をとることができる。

［効果］
以上のような第１の実施形態によれば、次のような効果が得られる。すなわち、需要予測処理や最適運転計画作成処理を行い、得られた予測需要や運転計画を表示してプラント最適運転支援を行うことは、従来も行われているが、本実施形態においては、さらに、予運転計画の需要変動（需要予測誤差）による影響を評価するための一つの指標として、起動停止計画で実現可能な運転可能範囲を求めている。

そして、この運転可能範囲を需要予測値と共に絶対余裕量データとして表示することにより、設備運用者に対して、各時間帯における需要変動（需要予測誤差）に対する余裕量の大きさを明確に示すことができる。したがって、運転計画の中でどの時間帯が需要変動（需要予測誤差）に弱いかを明確に示すことにより、需要変動の影響が懸念される時間帯に対する事前の対策立案を有効に支援することができ、エネルギー供給不足になる危険を回避することができる。その結果、需要変動が起きても安全にエネルギー供給プラントを運用することができる。

［第２の実施形態］
［構成］
図８は、本発明の第２の実施形態に係るプラント最適運転支援システムの構成を示すブロック図である。この図８に示すように、本実施形態においては、第１の実施形態の構成に加えて、演算部２０に需要解析手段２５が追加されている。この需要解析手段２５は、需要データ記憶手段３１に格納されている過去の需要予測値と需要実績値を利用し、需要予測誤差を解析して需要予測誤差に対する余裕量を求める手段であり、余裕量が十分かどうかの判断により、できるだけ運転計画に近い運用を行うために設けられている。以下には、需要予測誤差に対する余裕量の判断の重要性について説明する。

まず、需要変動（需要予測誤差）に応じて、最適運転計画作成手段２２で作成された運転計画からずれた出力パターンでエネルギー生成設備を運転することは、運用コストの増加をまねくため、運転計画から外れたバックアップ対策などは、必要最小限にとどめる必要がある。そこで、第１の実施形態においては、図６や図７に示すような需要予測誤差に対する余裕量の大きさを示すことで、事前の対策立案を支援する点について説明した。

しかし、できるだけ運転計画に近い運用を行うには、どれだけの余裕量があれば十分かを的確に判断する必要がある。この判断には、第１の実施形態で説明したような需要予測誤差に対する余裕量そのものの大きさ（絶対余裕量）も重要であるが、需要予測誤差の傾向も重要である。すなわち、需要家により、特定の時間帯の需要予測誤差が際立って大きいなどの、過去の需要予測誤差に一定の傾向が存在する場合がある。

例えば、オフィスビルの需要家を考えた場合、昼間のエネルギー需要は在籍者の数でほぼ決定され、需要の変化は、在籍者の数、外出や休暇をとっている人に応じたものとなり、それほど大きくない。また、夜間はほぼ無人となるため、エネルギーの消費量は一定となる。このように、夜間や昼間のエネルギー需要は、毎日ほぼ一定であり、需要予測手段２１である程度精度よく予測することができる。

一方、朝や夕方のエネルギー需要に関しては、出社や退社のタイミングによりエネルギー消費が大きく変動する。さらに、フレックスタイム制などが導入されている場合には、朝晩の定時に出社・退社するのではなく、個人裁量で出社や退社の時間が決定されるため、エネルギー消費パターンが日によって大きく異なってくる。そのため、需要予測手段２１で予測された予測需要の誤差が大きくなりがちである。その結果、同じ余裕量があったとしても需要予測誤差が小さな時間帯なのか大きな時間帯なのかによって、余裕量が十分かどうかの判断が異なることになる。

［動作］
図９は、以上のような構成を有する本実施形態に係るプラント最適運転支援システムによる動作の概略を示すフローチャートである。

この図９に示すように、需要予測処理から需要予測誤差に対する余裕量データを作成するまでの流れ（Ｓ０１〜Ｓ０６）は、図１に示したフローチャートと同様である。これに加えて、本実施形態のシステムにおいては、需要解析手段２５により、需要解析処理として、需要データ記憶手段３１から過去の需要予測値と需要実績値を読み込み、これらの値から過去の需要予測誤差を求め、需要予測誤差の傾向を判断するための指標となる値を計算する。

具体的には、需要予測誤差の最大値、最小値、平均値、分散（標準偏差）などの値を計算する。これらの値の計算は、需要予測処理において使用した時間刻みと同一の刻みで行われ、例えば、図３のように１時間ごとに需要が予測される場合は、１時間ごとの需要予測誤差が解析される（Ｓ１１）。

この需要解析処理により図１０に示すような需要予測誤差の平均値や標準偏差などの解析結果データが得られた時点で、支援データ作成手段２４により、この解析結果データと予測需要データとから、図１１に示すような表形式の「過去の需要予測誤差傾向に対する相対余裕量データ（以下には、相対余裕量データと略称する）」が作成される（Ｓ１２）。また、このような相対余裕量データは、図１１に示すような表形式だけでなく、グラフ表示形式で表示してもよい。

この相対余裕量データは、図４に示すような運転計画データと共に、最終的な設備運用支援データとして、出力手段１３により画面表示または出力され、あるいは、設備運用者の使用する外部の表示装置に送信される（Ｓ０７）。

オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、図１１に示すような理解しやすい形式の相対余裕量データから、過去の需要予測誤差傾向に対する余裕量が十分かどうかを容易に判断することができる。

例えば、図１１においては、過去の需要予測誤差の平均値を基準として、需要予測誤差平均値からどれだけ余裕があるかを計算した場合（平均値を利用した場合）や、平均値＋標準偏差×ｎを上限の基準値、平均値−標準偏差×ｎを下限の基準として余裕を計算した場合（標準偏差を利用した場合）を示している。ここで、ｎは適当に定める値であり、ｎ＝３前後の値を利用することが多い。図１１に示すような、平均値や平均値±標準偏差×ｎを基準として決定した相対余裕量を示すことで、過去の需要予測誤差傾向に対して余裕量が十分かどうかの判断が可能となる。

なお、図１１の例では、朝の時間帯で需要予測誤差のばらつきが大きいため、時刻「８」の標準偏差を利用した場合の相対余裕上限がマイナスとなっており、バックアップ対策が必要と判断できる。これに対して、図７に示した余裕量の大きさの値だけを考慮した場合には、時刻「８」よりも時刻「６」の方が値は小さい、しかし、図１１に示すように、この時刻「６」の時間帯は需要予測誤差のばらつきが小さく、相対余裕の観点からは時刻「８」の時間帯よりも余裕量が大きいことが分かる。

また、変形例として、図１０に示すような過去の需要予測誤差の平均値や標準偏差などの解析結果データを、図６や図７に示すような絶対余裕量データと同時に表示してもよい。この場合には、オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、表示された過去の需要予測誤差傾向と、現在の運転計画の余裕量とを時間帯ごとに比較して、時間帯ごとに、十分な余裕があるかどうかを判断することができる。

［効果］
以上のような第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、過去の需要予測誤差傾向の解析処理を行い、解析結果に基づく相対余裕量を表示することにより、設備運用者に対して、各時間帯における相対余裕量を明確に示すことができる。したがって、過去の需要予測誤差傾向から運転計画の中でどの時間帯において十分な余裕があり、どの時間帯において余裕量不足が予想されるかを明確に示すことができるため、より的確な需要変動の影響評価が可能となり、無用なバックアップ運転をできるだけ回避しながら、余裕量不足が予想される時間帯に対する事前の対策立案を有効に支援することができる。その結果、需要変動に対する安全性を確保しつつ、運用コストの上昇を最低限に抑えることができる。

また、図１１に示すように相対余裕量は定量化されているので、しきい値を設定することで、余裕量不足が予想される時間帯を設備運用者に自動通知するようにしてもよい。この場合には、設備運用者が余裕量不足を見落とすことを確実に防止することができるため、より安全にエネルギー供給プラントを運用することができる。

［第３の実施形態］
［構成］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るプラント最適運転支援システムの構成を示すブロック図である。この図１２に示すように、本実施形態においては、第２の実施形態の構成に加えて、インタフェース部１０に運転計画入力手段１４が追加されている。この運転計画入力手段１４は、エネルギー生成設備の起動停止計画が外部から指定された場合に、この外部指定の起動停止計画を入力する手段であり、一旦作成された運転計画の余裕量を評価して余裕量が不十分と評価した場合に、運転計画を修正して新しい運転計画を作成するために設けられている。

［動作］
図１３は、以上のような構成を有する本実施形態に係るプラント最適運転支援システムによる動作の概略を示すフローチャートである。

この図１３に示すように、本実施形態のシステムの動作は、基本的に、図９に示したフローチャートと同様であり、異なる点は、いずれかのデータ表示段階（Ｓ０２、Ｓ０４、Ｓ０７）において、新たな起動停止計画が外部指定された場合（Ｓ２１のＹＥＳ、Ｓ２２のＹＥＳ、Ｓ２３のＹＥＳ）に、その外部指定の起動停止計画による最適運転計画作成処理（Ｓ２４）を行う点のみである。

すなわち、運転計画入力手段１４は、例えば、図１４に示すような入力インタフェース画面を表示するようになっており、予測需要データ、運転計画データや最終的な設備運用支援データの表示画面上に表示された操作ボタンやアイコンなどの操作により、この入力インタフェース画面を表示できるようになっている。この入力インタフェース画面を通じて、オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、エネルギー生成設備の運転（ＯＮ）と停止（ＯＦＦ）を自由に選択することにより、起動停止計画を自由に指定できる。運転計画入力手段１４は、この外部指定された起動停止計画を入力する。

そして、運転計画入力手段１４により起動停止計画が入力された場合（Ｓ２１のＹＥＳ、Ｓ２２のＹＥＳ、Ｓ２３のＹＥＳ）に、最適運転計画作成手段２２は、外部指定の起動停止計画による最適運転計画作成処理（Ｓ２４）として、その起動停止計画に従って、運用コストが最小となるようにエネルギー生成設備の各出力パターンからなる出力配分計画を作成する。

このようにして出力配分計画として作成された運転計画データは、支援データ作成手段２４により、例えば、図１５に示すような表形式のデータとされ、出力手段１３により画面表示または出力され、あるいは、設備運用者の使用する外部の表示装置に送信される（Ｓ０４）。このような運転計画データの表示においては、図１５に示すように、予想される運用コストも予想コストとして同時に表示する。なお、図１５の例では、表形式の運転計画データを示したが、図４に示すようなグラフ表示形式の運転計画を表示してもよい。

この場合、オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、運転計画を見直した前後の予想コストを比較し、運転計画の変更によるコスト増加を定量的に評価することができる。例えば、コストの増加分が余りに大きい場合には、運転計画を再度見直すといったアクションをとることができる。

また、設備運用者が運転計画を承認した場合には、運転可能範囲算出処理を行って、需要予測誤差に対する余裕量データを作成すると共に、需要解析処理を行って、過去の需要予測誤差傾向に対する余裕量データを作成することにより、最終的な設備運用支援データとして、図１５に示すような運転計画データと共に、図６、図７に示すような絶対余裕量データや、図１１に示すような相対余裕量データを表示する。

この場合、オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、新しい運転計画についての絶対余裕量や相対余裕量から、時間帯ごとに、十分な余裕があるかどうかを判断することができる。

一方、外部指定された起動停止計画の起動や停止のパターンが適切でない場合には、実現可能な運転計画が存在しない場合も考えられる。そのような場合には、最適運転計画作成手段２２は、支援データ作成手段２４を通じて、例えば、図１６のようなエラーメッセージを表示し、設備運用者に対して運転計画の再設定を促す。

［効果］
以上のような第３の実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、需要予測誤差に対する余裕量と運転に要するコストの両方を参照して、最適な運転パターンを決定することができる。その結果、需要変動が起きても安全にエネルギー供給プラントを運用することができる。

［第４の実施形態］
［構成］
図１７は、本発明の第４の実施形態に係るプラント最適運転支援システムの構成を示すブロック図である。この図１７に示すように、本実施形態においては、第２の実施形態の構成に加えて、インタフェース部１０に余裕設定手段１５が追加されている。この余裕設定手段１５は、運転計画が満足すべき余裕量が外部から指定された場合に、この外部指定の余裕量を余裕量設定値として入力する手段であり、需要予測誤差に対して十分な余裕量を持ちかつ実現可能な運転計画を設定するために設けられている。

［動作］
図１８は、以上のような構成を有する本実施形態に係るプラント最適運転支援システムによる動作の概略を示すフローチャートである。

この図１８に示すように、本実施形態のシステムの動作は、基本的に、図９に示したフローチャートと同様であり、異なる点は、いずれかのデータ表示段階（Ｓ０２、Ｓ０４、Ｓ０７）において、余裕量が外部指定された場合（Ｓ３１のＹＥＳ、Ｓ３２のＹＥＳ、Ｓ３３のＹＥＳ）に、その外部指定の余裕量による最適運転計画作成処理（Ｓ３４）を行う点のみである。

すなわち、余裕設定手段１５は、例えば、図１９に示すような入力インタフェース画面を表示するようになっており、予測需要データ、運転計画データや最終的な設備運用支援データの表示画面上に表示された操作ボタンやアイコンなどの操作により、この入力インタフェース画面を表示できるようになっている。この入力インタフェース画面を通じて、オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、絶対余裕の上下限値もしくは相対余裕の上下限値のどちらかを自由に指定できる。さらに、全ての時間帯に対する上下限値の組（すなわち、図１９中で１つの表として示されるデータ）を１組とした場合に、同時に複数組の余裕量を設定することが可能となっている。余裕設定手段１５は、この外部指定された余裕量の入力を受け付ける。

そして、余裕設定手段１５により余裕量が入力された場合（Ｓ３１のＹＥＳ、Ｓ３２のＹＥＳ、Ｓ３３のＹＥＳ）に、最適運転計画作成手段２２は、外部指定の余裕量による最適運転計画作成処理（Ｓ３４）として、その余裕量に従って運転計画作成の制約条件を追加し、運用コストが最小となるように運転計画を作成する。この場合、余裕設定手段１５で入力された余裕量は、最低限満たさなくてはならない値であり、現実の運転計画の余裕量は設定された値以上になることもある。

このようにして作成された運転計画データが、支援データ作成手段２４により、グラフ表示形式または表形式のデータとされて表示される（Ｓ０４）点や、このような運転計画データの表示において、予想される運用コストも予想コストとして同時に表示される点は、第１〜第３の実施形態と同様である。したがって、オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、作成された運転計画の妥当性をコスト面から評価することができる。

さらに、複数組の余裕量が設定された場合には、異なる複数の運転計画が作成され、表示される。したがって、オペレータやプラント管理者等の設備運用者は、異なる複数のシナリオ（運転計画）を同時に評価し、予想コストを参照することで、最良のシナリオを決定することができる。

［効果］
以上のような第４の実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、エネルギー生成設備の台数が少ない場合は、オペレータやプラント管理者等の設備運用者がマニュアルで運転計画を設定することも可能であるが、設備運用者の経験が浅い場合やエネルギー生成設備の台数が多い場合などは、需要予測誤差に十分な余裕量を持ちかつ実現可能な運転計画をマニュアルで設定することは非常に困難になる。これに対して、本実施形態においては、外部指定した余裕量を満足する運転計画を自動的に作成することができるため、経験の浅い運用者であっても、また、エネルギー生成設備の台数が多い場合でも、最適な余裕を有した運転計画を容易に作成できるため、需要変動が起きても安全にエネルギー供給プラントを運用することができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。例えば、図面に示したシステム構成は、一例にすぎず、具体的な機能構成は適宜選択可能である。また、図面に示したフローチャートは、一例にすぎず、具体的な動作手順や各処理の詳細は適宜選択可能である。

例えば、第３と第４の実施形態を組み合わせて、起動停止計画と余裕量の両方を外部指定できるようにしてもよい。また、各フローチャートにおいては、予測需要データ、運転計画データを作成した段階で、データをそれぞれ表示したが、途中ではデータを表示せず、余裕量データを含めた全てのデータを作成した段階で表示するだけでもよい。さらに、設備運用者側で、表示するデータやその表示形式を選択できるようにしてもよい。

さらに、前述した実施形態においては、本発明の手法を、コンピュータのハードウェアとプログラムによりシステムおよび方法として実現する場合について説明したが、本発明の手法は、プラント最適運転支援用として特化されたコンピュータプログラムのみの形態でも実現可能である。

本発明の第１の実施形態に係るプラント最適運転支援システムの構成を示すブロック図。 図１に示すプラント最適運転支援システムによる動作の概略を示すフローチャート。 図１に示すプラント最適運転支援システムにより作成された予測需要データのグラフ形式表示例を示す図。 図１に示すプラント最適運転支援システムにより作成された運転計画データのグラフ形式表示例を示す図。 図１に示すプラント最適運転支援システムにより作成された運転計画データの表形式表示例を示す図。 図１に示すプラント最適運転支援システムにより作成された絶対余裕量データのグラフ形式表示例を示す図。 図１に示すプラント最適運転支援システムにより作成された絶対余裕量データの表形式表示例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係るプラント最適運転支援システムの構成を示すブロック図。 図８に示すプラント最適運転支援システムによる動作の概略を示すフローチャート。 図８に示すプラント最適運転支援システムにより作成された解析結果データのグラフ形式表示例を示す図。 図８に示すプラント最適運転支援システムにより作成された相対余裕量データの表形式表示例を示す図。 本発明の第３の実施形態に係るプラント最適運転支援システムの構成を示すブロック図。 図１２に示すプラント最適運転支援システムによる動作の概略を示すフローチャート。 図１２に示すプラント最適運転支援システムにおいて起動停止計画を入力するために使用する入力インタフェース画面例を示す図。 図１２に示すプラント最適運転支援システムにより作成された運転計画データの表形式表示例を示す図。 図１２に示すプラント最適運転支援システムにおいて外部指定された起動停止計画が実現不可能な場合に表示されるエラー画面例を示す図。 本発明の第４の実施形態に係るプラント最適運転支援システムの構成を示すブロック図。 図１７に示すプラント最適運転支援システムによる動作の概略を示すフローチャート。 図１７に示すプラント最適運転支援システムにおいて余裕量を入力するために使用する入力インタフェース画面例を示す図。

符号の説明

１０…インタフェース部
１１…需要家情報入力手段
１２…気象データ入力手段
１３…出力手段
１４…運転計画入力手段
１５…余裕設定手段
２０…演算部
２１…需要予測手段
２２…最適運転計画作成手段
２３…運転可能範囲算出手段
２４…支援データ作成手段
２５…需要解析手段
３０…記憶部
３１…需要データ記憶手段
３２…設備情報記憶手段
３３…運転制約記憶手段

Claims (9)

1. 需要家に供給するためのエネルギーを生成するエネルギー生成設備の運転計画を作成するプラント最適運転支援システムにおいて、
   前記需要家のエネルギー需要に影響するスケジュール情報またはカレンダー情報を含む需要家情報と、未来の予測される気象状況を示す気象データ、および前記需要家で消費された過去のエネルギー需要を示す需要データ、の中から選択された情報に基づき、需要家で消費されるエネルギー需要を予測してエネルギー需要予測値を求める需要予測手段と、
   前記エネルギー需要予測値に基づき、前記エネルギー生成設備の運転・停止に関する起動停止計画と運転中のエネルギー生成設備の出力配分計画を含む運転計画を、この運転計画に従った場合の運用コストを最小にするように作成する最適運転計画作成手段と、
   前記運転計画について、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を算出する運転可能範囲算出手段と、
   前記運転計画とその前記運用コスト、前記エネルギー需要予測値、および前記実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を含む設備運用支援データを作成する支援データ作成手段と、
   前記設備運用支援データを出力する出力手段
   を備えたことを特徴とするプラント最適運転支援システム。
2. 前記需要データとして、前記需要家で消費された過去のエネルギー需要実績値を格納する需要データ記憶手段と、
   前記エネルギー需要実績値と前記エネルギー需要予測値の差である需要予測誤差を、予め設定された時間間隔ごとに算出し、過去のある一定期間の需要予測誤差の平均値と標準偏差の少なくとも一方を求める需要解析手段を備え、
   前記支援データ作成手段は、前記時間間隔ごとの需要予測誤差の平均値と標準偏差の少なくとも一方を表示するデータを前記設備運用支援データの一部として作成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント最適運転支援システム。
3. 前記支援データ作成手段は、前記需要予測誤差の平均値と前記実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値とを比較し、需要予測変動に対する余裕量を算出して、この算出した余裕量を表示するデータを前記設備運用支援データの一部として作成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のプラント最適運転支援システム。
4. 前記需要解析手段は、前記需要予測誤差の平均値と標準偏差を求めるように構成されており、
   前記支援データ作成手段は、前記時間間隔ごとの前記需要予測誤差の平均値と標準偏差から需要予測誤差がとりうる範囲を算出して、この算出した範囲を表示するデータを前記設備運用支援データの一部として作成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のプラント最適運転支援システム。
5. 前記支援データ作成手段は、前記需要予測誤差がとりうる範囲と前記実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値とを比較し、需要予測変動に対する余裕量を算出して、この算出した余裕量を表示するデータを前記設備運用支援データの一部として作成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のプラント最適運転支援システム。
6. 前記エネルギー生成設備の前記起動停止計画が外部から指定された場合に、当該外部指定の起動停止計画を入力する運転計画入力手段を備え、
   前記最適運転計画作成手段は、前記外部指定の起動停止計画に従って、運用コストを最小にするように前記エネルギー生成設備の前記出力配分計画を作成するように構成されており、
   前記支援データ作成手段は、前記外部指定の起動停止計画とそれに対して作成された前記出力配分計画を含む前記運転計画について、当該運転計画の需要予測変動に対する余裕量を算出し、この算出した余裕量を当該運転計画とその運用コストとともに表示するデータを前記設備運用支援データの一部として作成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラント最適運転支援システム。
7. 前記運転計画が満足すべき余裕量が外部から指定された場合に、当該外部指定の余裕量を余裕量設定値として入力する余裕設定手段を備え、
   前記最適運転計画作成手段は、前記余裕量設定値を満足し、かつ、運用コストを参照にする前記運転計画を作成するように構成されており、
   前記支援データ作成手段は、前記余裕量設定値とそれに対して作成された前記運転計画について、当該運転計画の需要予測変動に対する余裕量を算出し、この算出した余裕量を当該運転計画とその運用コストとともに表示するデータを前記設備運用支援データの一部として作成するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプラント最適運転支援システム。
8. 演算部、記憶部、インタフェース部を有するコンピュータを利用して、需要家に供給するためのエネルギーを生成するエネルギー生成設備の運転計画を作成するプラント最適運転支援方法において、
   前記演算部により、
   前記需要家のエネルギー需要に影響するスケジュール情報またはカレンダー情報を含む需要家情報と、未来の予測される気象状況を示す気象データ、および前記需要家で消費された過去のエネルギー需要を示す需要データ、の中から選択された情報を前記インタフェース部または前記記憶部から取得し、取得した情報に基づき、需要家で消費されるエネルギー需要を予測してエネルギー需要予測値を求める需要予測ステップと、
   前記エネルギー需要予測値に基づき、前記エネルギー生成設備の運転・停止に関する起動停止計画と運転中のエネルギー生成設備の出力配分計画を含む運転計画を、この運転計画に従った場合の運用コストを最小にするように作成する最適運転計画作成ステップと、
   前記運転計画について、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を算出する運転可能範囲算出ステップと、
   前記運転計画とその前記運用コスト、前記エネルギー需要予測値、および前記実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を含む設備運用支援データを作成する支援データ作成ステップを行い、
   前記インタフェース部により、前記設備運用支援データを出力する出力ステップを行う
   ことを特徴とするプラント最適運転支援方法。
9. コンピュータを利用して、需要家に供給するためのエネルギーを生成するエネルギー生成設備の運転計画を作成するプラント最適運転支援プログラムにおいて、
   前記需要家のエネルギー需要に影響するスケジュール情報またはカレンダー情報を含む需要家情報と、未来の予測される気象状況を示す気象データ、および前記需要家で消費された過去のエネルギー需要を示す需要データ、の中から選択された情報に基づき、需要家で消費されるエネルギー需要を予測してエネルギー需要予測値を求める需要予測機能と、
   前記エネルギー需要予測値に基づき、前記エネルギー生成設備の運転・停止に関する起動停止計画と運転中のエネルギー生成設備の出力配分計画を含む運転計画を、この運転計画に従った場合の運用コストを最小にするように作成する最適運転計画作成機能と、
   前記運転計画について、追加の設備起動および設備停止を行わずに実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を算出する運転可能範囲算出機能と、
   前記運転計画とその前記運用コスト、前記エネルギー需要予測値、および前記実現可能なエネルギー供給範囲の上限値と下限値を含む設備運用支援データを作成する支援データ作成機能と、
   前記設備運用支援データを出力する出力機能
   をコンピュータに実現させることを特徴とするプラント最適運転支援プログラム。