JP2007264906A - 電源計画システム - Google Patents

Abstract

【課題】新設候補電源だけでなく廃止候補電源も考慮した電源計画を策定することができる電源計画システムを提供する。
【解決手段】電源計画システム１を、計画時点の電源構成が記憶された既設電源設備データ格納部２１と、新設候補の電源が記憶された新設候補電源設備データ格納部２５と、計画時点の電源構成のうち、廃止候補の電源が記憶された廃止候補電源設備データ格納部２６と、計画検討期間における満足すべき設備率の範囲が記憶された設備率データ格納部２４と、計画時点の電源構成に対して、計画検討期間における新設候補電源および廃止候補電源の運転開始年度および廃止年度を含む電源計画の準最適解をＡＤＤ法により求める準最適解計算部４と、準最適解計算部４により求められた電源計画の準最適解から、新設候補電源および廃止候補電源の運転開始可能期間および廃止可能期間を設定する期間再設定部６と、を備えて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、新設候補電源だけでなく廃止候補電源も考慮した電源計画を策定する電源計画システムに関する。

増加する電力需要に対し、設定された条件の下でコストが最小となるように新設候補電源の運転開始時期を決定する電源計画問題は、電力会社における重要な計画策定業務の一つである。この電源計画問題は、組合せ最適化問題として定式化され、従来から様々な解決手法が考案されシステムとして実現されている（例えば、特許文献１参照）。このような解決手法のうち、動的計画法（Dynamic Programming）は、全ての電源組合せを考慮し、その中から効率的に最適解を求める手法であり、一般に用いられている。

特開平６−２７６６８７号公報

しかしながら、新設候補電源の運転開始時期に加え、老朽化した廃止候補電源の廃止時期を最適化しようとすると、対象電源が増加するだけでなく、廃止候補電源の検討対象期間が新設候補電源に比べて長くなるため、検討をすべき組合せが著しく増大し、動的計画法を用いて解くには、膨大な計算時間を要してしまうという課題がある。

そこで、組合せ数増大対策として、準最適解探索手法であるAnnual Decision Decomposition法（以下、「ＡＤＤ法」と呼ぶ）を用いて検討対象期間を絞り込む方法が考えられるが、ＡＤＤ法は新設候補電源について運用開始した場合のコストについて順位付けをし、コストの安い順に運用開始させて行く手法である。そのため、新設候補電源と廃止候補電源とが混在する場合は、廃止候補電源を廃止した場合のコストについて順位付けをしたとしても、この順位付けに用いたコストが新設候補電源の場合と異なるため、新設候補電源と廃止候補電源とを同時に順位付けするには至らない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、新設候補電源だけでなく廃止候補電源も考慮した電源計画を策定することができる電源計画システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る電源計画システムは、計画時点の電源構成が記憶された電源構成記憶手段（例えば、実施形態における既設電源設備データ格納部２１）と、新設候補の電源が記憶された新設電源記憶手段（例えば、実施形態における新設候補電源設備データ格納部２５）と、計画時点の電源構成のうち、廃止候補の電源が記憶された廃止電源記憶手段（例えば、実施形態における廃止候補電源設備データ格納部２６）と、計画検討期間における満足すべき設備率の範囲が記憶された設備率記憶手段（例えば、実施形態における設備率データ格納部２４）と、計画時点の電源構成に対して、計画検討期間における新設候補電源および廃止候補電源の運転開始年度および廃止年度を含む電源計画の準最適解を求める準最適解探索手段（例えば、実施形態における準最適解計算部４）と、準最適解探索手段により求められた電源計画の準最適解から、新設候補電源および廃止候補電源の運転開始可能期間および廃止可能期間を設定する期間設定手段（例えば、実施形態における期間再設定部６）と、を備えて構成される。

このとき、準最適解探索手段が、電源構成記憶手段から計画時点の電源構成を読み出す第１のステップと、新設電源記憶手段および廃止電源記憶手段から新設候補電源および廃止候補電源を読み出す第２のステップと、計算年度の前年度の電源構成から廃止候補電源を除いた計算年度の計算基準電源構成を求める第３のステップと、新設候補電源および廃止候補電源を運転開始可能電源とし、計算基準電源構成に運転開始可能電源を一台ずつ選択して加えて、運転開始可能電源毎に計算年度から計画検討期間の最後まで運用したときのコストの増分を求める第４のステップと、設備率記憶手段から計算年度における設備率の範囲を読み出し、この設備率の範囲に入るまで、計算基準電源構成にコストの増分の少ない順に運転開始可能電源を加え、計算年度の電源計画の準最適解を得る第５のステップと、計算年度を、計画時点の翌年から１年毎に順に進め、計画検討年度の最後になるまで第３〜第５のステップを繰り返し、計画検討期間における電源計画の準最適解を得る第６のステップと、から構成される。そして、期間設定手段が、準最適解探索手段により得られた計画検討期間における電源計画の準最適解に含まれる新設候補電源の運転開始年度および廃止候補電源の廃止年度から、新設候補電源および廃止候補電源の運転開始可能期間および廃止可能期間を設定するように構成される。

また、本発明に係る電源計画システムは、期間設定手段により設定された新設候補電源および廃止候補電源の運転開始可能期間および廃止可能期間に基づいて、前進型動的計画法により最適解を得る最適解計算手段（例えば、実施形態における最適解計算部７）を有することが好ましい。

本発明に係る電源計画システムを以上のように構成すると、新設候補電源および廃止候補電源に対する運転開始可能期間および廃止可能期間の設定を準最適解により行うことができるため、これらの期間を短く設定することができる。そのため、この期間を用いることにより、電源計画の最適解を求める際の電源組合せの増大および計算時間の長大化を防止することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、本発明に係る電源計画システムの構成について説明する。電源計画システム１は、計算条件値等が記憶される入力データベース部２と、計算条件を設定する初期設定部３と、これらの計算条件値等を用いて準最適解計算を行う準最適解計算部４と、準最適解計算部４で算出された準最適解が格納される準最適解格納部５と、この準最適解から電源の運転開始可能期間および廃止可能期間の再設定を行う期間再設定部６と、再設定された運転開始可能期間および廃止可能期間と入力データベース部２に記憶された計算条件値とから最適解（最適電源計画出力８）を求める最適解計算部７とから構成される。

入力データベース部２には、既設の電源設備に関する情報（送電端出力、効率、電源種別等）が記憶される既設電源設備データ格納部２１、電源計画を行う期間（これを「計画検討期間」と呼ぶ）の想定最大電力需要やこの期間の毎時電力が記憶される想定需要データ格納部２２、計画検討期間の燃料種別毎の単価が記憶される想定燃料単価データ格納部２３、設備率の上下限値や揚水発電の設備率の上下限値が記憶される設備率データ格納部２４、新設候補電源に関する設備データ（送電端出力、効率、電源種別、運転可能開始期間、建設費、運転開始後の固定費データ等）が記憶される新設候補電源設備データ格納部２５、および、廃止候補電源に関する設備データ（送電端出力、効率、電源種別、廃止可能期間、廃止費、運転時固定費データ等）が記憶される廃止候補電源設備データ格納部２６から構成される。

なお、初期設定部３、準最適解計算部４、期間再設定部６、および、最適解計算部７は一台のコンピュータに実装されても良いし、ネットワークで接続された複数のコンピュータに分散して実装されても良い。また、入力データベース部２および準最適解格納部５は、これらのコンピュータに直接、若しくは、ネットワークを介して接続されたハードディスク等を用いて実現される。さらに、最適電源計画出力８は、これらのコンピュータに接続されたディスプレイ若しくはプリンタに出力される。

それでは、以上のように構成された電源計画システム１で実行される処理について図２〜図１１を用いて説明する。なお、図２は、本実施例に係る電源計画システム１全体の処理の流れを示しており、以降の説明はこの図２の処理に基づいて説明する。また、以降の説明においては、計画時点の年度をｔ＝０年度とし、次の年度（第１年度）から第Ｔ年度までの電源計画を策定するものとして説明する。

（データ入力処理Ｓ１００）
まず、初期設定部３によりデータ入力処理Ｓ１００と計算条件設定処理Ｓ１１０が実行される。データ入力処理Ｓ１００は、設備データ、需要データ、および、燃料データが入力される処理であり、電源設備の送電端電力、効率、電源種別等からなる設備データは入力データベース部２の既設電源設備データ格納部２１に記憶され、需要想定値等からなる需要データは、想定需要データ格納部２２に記憶され、燃料価格装置値等からなる燃料データは、想定燃料単価データ格納部２３に記憶される。

（計算条件設定処理Ｓ１１０）
また、計算条件設定処理Ｓ１１０は、設備率上下限値、新設対象電源および廃止対象電源の情報（運転開始可能期間、廃止可能期間からなる計算条件設定が行われ、それぞれ、設備率データ格納部２４、新設候補電源設備データ格納部２５、廃止候補電源設備データ格納部２６に格納される。また、この計算条件設定処理Ｓ１１０では、最適化する目的関数の選択がおこなわれる。なお、本実施例においては、目的関数は次式（１）が選択される。

ここで、ｔ：電源計画検討期間中の年度（ｔ＝０，１，２，．．．Ｔ）
Ｔ：電源計画検討期間の最終年度
Ｉ_t：ｔ年度の新規運転開始電源の建設費
Ｒ_t：ｔ年度の廃止電源の廃止費用
Ｆ_t：ｔ年度の燃料費
Ｂ_t：新規運転開始電源および廃止対象電源のｔ年度における固定費
ただし、Ｉ〜Ｂに付加されているバーは、割引率ｒによる現在価値換算値を示す。

（準最適解の探索処理Ｓ１２０）
このように入力データベース部２に記憶された設定値を用いて、準最適解計算部４で準最適解の探索処理Ｓ１２０が実行される。それでは、準最適解の探索方法について図３を用いて説明する。本実施例において、準最適解の探索手法としては、ＡＤＤ法を用いている。ここで、現在の電源構成をＧ₀とすると、この現在の電源構成Ｇ₀には廃止候補の電源も含まれている（例えば、図３においては、電源Ａおよび電源Ｂ）。そのため、ＡＤＤ法の適用において、現在の電源構成Ｇ₀からこの廃止候補電源Ａ，Ｂを除いて翌年度の計算基準電源構成Ｇ₁′とし、新設候補電源（例えば、図３においては、電源Ｃおよび電源Ｄ）と廃止候補電源Ａ，Ｂを計算基準電源構成Ｇ₁′に追加する候補の電源（これを「運転開始可能電源」と呼ぶ）として扱い、それぞれの電源が計算基準電源構成Ｇ₁′に追加されたときのコストの増分を計算することにより準最適解を求める。

具体的には、図４に示すように、準最適解の探索処理Ｓ１２０において準最適解計算部４は、現在の電源構成を既設電源設備データ格納部２１から取り出し、現在の電源構成（計算を開始する第０年度の電源構成）を設定する（ステップＳ１２１０）。

次に、このようにして求められた第０年度（ｔ＝０）の電源構成（計算基準電源構成）からスタートし、第１年度から年度を１年ずつ進めながら準最適解を探索する。具体的には、新設候補電源設備データ格納部２５および廃止候補電源設備データ格納部２６から新設候補電源および廃止候補電源を読み出し、第ｔ−１年度の電源構成から廃止候補電源を除いて第ｔ年度の計算基準電源構成Ｇ_t′を求める。そして、新設候補電源と廃止候補電源からなる運転開始可能電源から１台選択して、この計算基準電源構成Ｇ_t′に追加する（ステップＳ１２２０）。また、想定需要データ格納部２２から第ｔ年度の想定需要を取り出し、ステップＳ１２２０で求めた第ｔ年度の計算基準電源構成Ｇ_t′に第ｔ年度の運転開始可能電源を１台足した状態で、第ｔ年度から計画検討期間の最終年度（第Ｔ年度）まで運用した場合の燃料費、固定費、追加した電源の建設費、追加した電源以外の廃止候補電源の廃止費用を計算する（ステップＳ１２３０）。なお、想定需要は第ｔ年度（この場合、ｔ＝１年度）から第Ｔ年度まで一定であるとして計算する。

以上のステップＳ１２２０とステップＳ１２３０の処理を、第ｔ年度のすべての運転開始可能電源に対して行い、第ｔ年度の電源構成Ｇ_t′に運転開始可能電源を１台追加したときのコストの増分を計算する（ステップＳ１２４０）。そして、このようにして、第ｔ年度の電源構成Ｇ_t′に対して追加することができる運転開始可能電源毎に、そのコストの増分が求められるため、次に、設備率データ格納部２４から第ｔ年度の設備率の上下限値を読み出し、コストの増分が低い運転開始可能電源から順に第ｔ年度の計算基準電源構成Ｇ_t′に追加していき、これを設備率の上下限値に入るまで繰り返して第ｔ年度の電源構成（準最適解）を決定する（ステップＳ１２５０）。

このようなステップＳ１２２０〜Ｓ１５４０の処理を、計画検討期間（ｔ＝１〜Ｔ年度）の全てに対して行い、この計画検討期間の電源構成（準最適解）を決定する（ステップＳ１２６０）。

このように、準最適解の探索処理Ｓ１２０を実行すると、燃料費、固定費、および、建設費から求められるコストの増分に基づいて、このコストの増分が少ない順に設備率を満足する電源構成を得ることができる。たとえば、図４を用いて具体的に説明する。まず、第０年度の電源構成Ｇ₀から廃止候補電源Ａ，Ｂを除いて第１年度の計算基準電源構成Ｇ₁′とし、この電源構成Ｇ₁′に対して運転開始可能電源Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれを加えたときのコストの増分を計算する。仮に、増分が少ない順にＢ，Ａ，Ｃ，Ｄであったとすると、電源構成Ｇ₁′にこの順で電源を加えて行き、設備率の上下限値内に収まった構成（Ｇ₁′＋Ａ＋Ｂ）を第１年度の電源構成Ｇ₁とする。

同様に、第２年度も廃止候補電源Ａ，Ｂを有するため、第１年度の電源構成Ｇ₁から電源Ａ，Ｂを除いて計算基準電源構成Ｇ₂′を求め、これに運転開始可能電源Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各々を加えてコストの増分を計算する。このとき、コストの増分が少ない順にＣ，Ｂ，Ａ，Ｄであったとすると、電源構成Ｇ₂′にこの順に電源を加えていき、設備率の上下限値内に収まった構成（Ｇ₂′＋Ｃ＋Ｂ）を第２年度の電源構成Ｇ₂とする。第３年度は廃止可能電源Ｂがあるため、第２年度の電源構成Ｇ₂から電源Ｂを除いて計算基準電源構成Ｇ₃′を求め、これに運転開始可能電源Ｂ，Ｄを加えてコストの増分を計算する。そして、この処理を繰り返すと、図３（ｂ）に示すように、第２年度に電源Ａを廃止するとともに、電源Ｃを新設（運転開始）し、第５年度に電源Ｂを廃止するとともに、電源Ｄを新設（運転開始）するという電源構成の解が得られる。以上のようにして求められた新設候補電源および廃止候補電源の準最適運転開始時期（年度）および準最適廃止時期（年度）は準最適解計算部４により準最適解格納部４に記憶される。

以上説明したように、前年度の電源構成から、廃止候補電源を除いて計算基準電源構成とし、廃止候補電源も新設候補電源と同様に運転開始可能電源として扱うことにより、ＡＤＤ法を用いてこれらの電源を同時に順位付けすることができ、新設および廃止電源を考慮した電源計画の準最適解を容易に探索することができる。

（計算条件再設定処理Ｓ１３０）
なお、この準最適解である電源構成は、後述する最適化計算を行っていないため、完全には最適な値になっていない。そのため、本実施例においては、この準最適解を用いることにより、期間再設定部６において計算条件再設定処理Ｓ１３０を実行することにより、新設候補電源と廃止候補電源の運転開始可能期間および廃止可能期間を再設定する。具体的には、新設候補電源および廃止候補電源の準最適運転開始時期および準最適廃止時期を中心に所定の期間を設定する。たとえば、運転開始および廃止年度の前後１年を中心に期間を設定する場合、これらの期間は図３（ｂ）のようになる。

このように、ＡＤＤ法を用いて準最適解を求めるとともに、この準最適解から新設候補電源および廃止候補電源の運転開始可能期間および廃止可能期間を再設定して短くすることにより、後述する最適計算において増大する電源の組合せ数を絞り込むことができる。

（電源組合せ計算処理Ｓ１４０）
以上のようにして再設定された運転開始可能期間および廃止可能期間と、入力データベース部４に記憶された情報から、最適解計算部７は最適な電源計画を算出する。図２の処理においては、ステップＳ１４０〜Ｓ１７０が該当する。最適解計算部７は、まず、電源組合せ計算処理Ｓ１４０を実行する。この電源組合せ計算処理Ｓ１４０は、図５に示すように、計画検討期間ｔを第１年度から順に１年ずつ第Ｔ年度まで、以下の処理Ｓ１４１０〜Ｓ１４８０を実行する。まず、計画年度ｔ毎に開発量上下限値を計算する（ステップＳ１４１０）。この開発量上下限値は、以下の式（２），（３）より算出される。なお、ここでいう開発量とは、新設電源の開発量に加え、廃止候補電源の中から廃止繰り延べを行う設備量を指す。

開発量下限値 ＝ （設備率下限値×計算年度想定最大需要）
− （計算年度の既設設備量−計算年度の廃止候補設備量） …（２）
開発量上限値 ＝ （設備率上限値×計算年度想定最大需要）
− （計算年度の既設設備量−計算年度の廃止候補設備量） …（３）

ところで、第ｔ年度の運転開始可能電源の数がｎ_t台であったとすると、それらの電源の組合せの数（電源組合せ数）Ｃ_t0は次式（４）で表される。

しかし、この場合電源の数ｎ_tの分だけ電源組合せ数が多くなり、結果として計算時間が増大してしまう。そのため、原子力や火力といった種別、出力、性能、使用燃料が同じ電源については等価と設定できる仕様とし、電源組合せ数を抑制するようにした。この場合、電源組合せ数Ｃ_tは次式（５）で表される。

ここで、ｍ_t：ｔ年度の運転開始可能電源ｎt台について等価な種類の電源と
設定したその種類数（ｍ_t≦ｎ_t）
ｌ_q：等価な種類ｑと設定された電源の台数

以上より、計算年度に運転開始可能若しくは廃止可能な電源で、等価な種類と設定されたその種類数と各等価電源の台数を集計し、電源組合せＣ_tを計算する処理を行う（ステップＳ１４２０）。そして、この等価な電源組合せ（組合せ数は式（５）で求められるＣ_t）毎に、以下の処理Ｓ１４３０〜Ｓ１４８０が実行される。すなわち、電源組合せを計算し（ステップＳ１４３０）、等価な電源組合せ毎に出力合計値を計算し（ステップＳ１４４０）、この合計値が式（３），（４）で求められた開発量上下限値の範囲内にあるか否かを検査する（ステップＳ１４５０）。合計値が開発上下限値の範囲内にないときは、ステップＳ１４４０に戻り次の電源組合せの処理が行われ、範囲内にあるときは、次に総設備量に占める揚水設備率の割合を計算する（ステップＳ１４６０）。揚水式水力は需給条件によってその有効出力が低下してしまう出力潜在化が発生するため、総供給力に対する比率が多くなってしまうと、実際の運用では供給力不足となることも考えられる。そのため、その比率に上限値を設定し、潜在出力を抑えることができる。具体的には揚水設備率の割合が制限内にあるか否かを検査し（ステップＳ１４７０）、制限を超えているときはステップＳ１４４０に戻り次の電源組合せの処理が行われる。一方、制限内にあるときは、検討対象電源組合せとしてその電源構成を例えば、入力データベース部２に登録する（ステップＳ１４８０）。この場合、以降の説明においては、第ｔ年度の第ｉ番目に記憶される電源組合せをｓ（ｔ，ｉ）と表現する。なお、上述のように開発上下限値の範囲内にない組合せは登録されないため、登録される第ｔ年度の電源組合せ数Ｃ_t′は等価な組合せ数Ｃ_tと等しいかそれより少なくなる。

このように、この電源組合せ計算処理Ｓ１４０により、等価な電源組合せから開発量上下限値に入るものを抽出するため、さらに組合せ数を減らすことができる。

（遷移時発生コスト計算処理Ｓ１５０）
以上のように、電源組合せ計算処理Ｓ１４０において、計画検討期間ｔ毎（年度毎）に複数の電源組合せｓ（ｔ，ｉ）が登録されるため、次に最適解計算部７は、遷移時発生コスト計算処理Ｓ１５０を実行し不要な電源組合せを排除する。この遷移時発生コスト計算処理Ｓ１５０は、図６に示すように、計画検討期間ｔのうち、第１年度〜第Ｔ−１年度に対して、以下の処理Ｓ１５１０〜Ｓ１５７０を実行する。

まず、第ｔ年度の電源組合せ数Ｃ_t′のうち、ｉ番目の組合せｓ（ｔ，ｉ）を入力データベース部２から読み出す（ステップＳ１５１０）。次に、第ｔ＋１年度の電源組合せ数Ｃ_t+1′のうち、ｊ番目の組合せｓ（ｔ＋１，ｊ）を入力データベース部２から読み出す（ステップＳ１５１５）。そして、これらの組合せｓ（ｔ，ｉ）とｓ（ｔ＋１，ｉ）に含まれる全ての新設候補電源および廃止候補電源のうちのいずれか一つを選択し、その電源のｓ（ｔ，ｉ）での状態（運転または運転開始前、若しくは、通常運転または廃止）とｓ（ｔ＋１，ｊ）での状態（運転または運転開始前、若しくは、通常運転または廃止）をチェックする（ステップＳ１５２０）。そして、これらの状態が遷移可能条件に適合するかを検査する（ステップＳ１５２５）。

ここで、遷移可能条件とは、電源計画上起こりえない遷移を排除するための条件であり、たとえば、第ｔ年度の電源組合せＣ_t′がある場合、その第ｉ番目の電源組合せｓ（ｔ，ｉ）内の新設候補電源ａが運転状態で、第ｔ＋１年度のＣ_t+1′ある電源組合せｓ（ｔ＋１，ｊ）の内の新設候補電源ａが運転開始前である場合は、この遷移は矛盾するため、遷移不可と判断される。また同様に、第ｔ年度の電源組合せＣ_t′がある場合、その第ｉ番目の電源組合せｓ（ｔ，ｉ）内の廃止候補電源ｂが廃止状態で、第ｔ＋１年度のＣ_t+1′ある電源組合せｓ（ｔ＋１，ｊ）の内の廃止候補電源ｂが通常運転状態である場合は、この遷移は矛盾するため、遷移不可と判断される。すなわち、一度運転開始した電源は検討期間中廃止とならず、一度廃止した電源は再度運転されない。また、コンバインドサイクル火力の運転パターンをルール化し、電源種別がコンバインドサイクル火力である電源において、初軸が運転開始となったら、次年度以降順次毎年１軸ずつ最終軸まで運転開始していく遷移以外は遷移不可と判断される。

ステップＳ１５２５で遷移不可条件に適合する場合は、第ｔ＋１年度の電源組合せｊを次の電源組合せに進め（ｊ＝ｊ＋１とし）、ステップＳ１５１５に戻る。また、遷移不可条件に適合しない場合は、その新設候補電源がｔ＋１年度に運転開始若しくは廃止であるか否かを検査する（ステップＳ１５３０）。このステップＳ１５３０において運転開始若しくは廃止であると判断された場合は、最適化期間が設定されているかを検査する（ステップＳ１５４２）。これは、計画検討期間（ｔ＝１〜Ｔ）全体のコストを最小化するのではなく、ある特定の期間（ｔｍｓ〜ｔｍｅ）のコストを最小化する条件設定を可能にするものである。

最適化期間の設定がある場合は、次の処理Ｓ１５４４を実行する。すなわち、第ｔ＋１年度が最適化期間より前のとき（ｔ＋１＜ｔｍｓのとき）は、ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）への遷移時に確定的に最適化設定期間に発生するコストとして、新設候補電源に対してはｔｍｓ〜ｔｍｅ年度までの運転維持費、租税公課、および、金利を計上し、廃止候補電源に対しては計上をしない。すなわち、対象電源が運転開始することによって最適化設定期間（ｔｍｓ〜ｔｍｅ）に発生するコストのみを計上する。また、第ｔ＋１年度が最適化期間内にあるとき（ｔｍｓ≦ｔ＋１≦ｔｍｅのとき）は、ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）への遷移時に確定的に最適化設定期間に発生するコストとして、新設候補電源に対しては建設費とｔ＋１〜ｔｍｅ年度までの運転維持費、租税公課、および、金利を計上し、廃止候補電源に対してはｔｍｓ〜ｔ年度までの運転維持費、租税公課、金利、および、廃止費用（撤去費用のみ）を計上する。すなわち、新設候補電源が運転開始することによって運転開始初年度〜ｔｍｅまでに発生するコスト、および、廃止候補電源が廃止されることによってｔｍｓ〜ｔ年度までに発生するコストを計上する。また、第ｔ＋１年度がｔｍｅ年度より後のとき（ｔｍｅ＜ｔ＋１のとき）は、ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）への遷移時に確定的に発生するコストとして、新設候補電源に対しては建設費と第ｔ＋１年度〜計画検討期間最終年度（第Ｔ年度）までの運転維持費、租税公課、および、金利を計上し、廃止候補電源に対しては第１年度〜ｔ年度までの運転維持費、租税公課、金利、および、廃止費用（撤去費用のみ）を計上する。すなわち、新設候補電源が運転開始することによって運転開始年度〜計画検討期間最終年度までに発生するコスト、および、廃止候補電源が廃止されることによってｔｍｓ〜ｔｍｅ年度までに発生するコストを計上する（ステップＳ１５４４）。

ステップＳ１５４２で最適化期間の設定がないと判断されたときは、ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）への遷移時に、確定的に発生するコストとして、新設候補電源に対しては建設費（建設費は運転開始前に計上）と第ｔ＋１年度〜計画検討期間最終年度（第Ｔ年度）までの運転維持費、租税公課、および、金利を計上し、廃止候補電源に対しては第１年度〜ｔ年度までの運転維持費、租税公課、金利、および、廃止費用（撤去費用のみ）を計上する（ステップＳ１５４６）。

一方、上述のステップＳ１５３０において運転開始若しくは廃止でないと判断された場合は、現在の処理を行っている年度ｔが第Ｔ−１年度であり、かつ、選択されている電源が廃止候補電源であるか否かを判断し（ステップＳ１５５０）、この条件に一致しないときは、次の新設候補電源若しくは廃止候補電源が選択してステップＳ１５２０に戻る。

ステップＳ１５５０で条件を満たすときは、最適化期間が設定されているかを検査する（ステップＳ１５５２）。最適化期間が設定されているときは、ｓ（ｔ，１）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）への遷移時に確定的に発生するコストとして、廃止候補電源のｔｍｓ〜ｔｍｅ年度までの運転維持費、租税公課、および、金利を計上する（ステップＳ１５５４）。また、最適化期間が設定されていないときは、ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）への遷移時に確定的に発生するコストとして、廃止候補電源の第１年度〜Ｔ年度までの運転維持費、租税公課、および、金利を計上する（ステップＳ１５５６）。

以上のステップＳ１５３０〜Ｓ１５５６によりコストが計算されると、次の新設候補電源若しくは廃止候補電源が選択され、すべての新設候補電源および廃止候補電源が選択されるまでステップＳ１５２０に戻って以上の処理を繰り返す。

そして、ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）は遷移可能として入力データベース部２に登録し（ステップＳ１５６０）、合わせて、ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）への遷移時に新設候補電源が運転開始することによって発生するコストＢ［ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）］を合計する（ステップＳ１５６５）。以上の処理が終了すると、第ｔ＋１年度の電源組合せｊを次の電源組合せに進め（ｊ＝ｊ＋１とし）、全ての第ｔ＋１年度の電源組合せが終了するまで、ステップＳ１５１５に戻り処理を続行する。また、第ｔ＋１年度の電源組合せが終了すると、第ｔ年度の電源組合せｉを次の年度に進め（ｉ＝ｉ＋１とし）、全ての第ｔ年度の電源組合せが終了するまでステップＳ１５１０に戻り処理を続行する。

最後に、全ての計画検討期間（ｔ＝１〜Ｔ−１）に対して第ｔ年度の電源組合せｓ（ｔ，ｉ）と第ｔ＋１年度の電源組合せｓ（ｔ＋１，ｊ）が、遷移可能か否かをチェックし終えると、遷移することのない電源組合せを抽出し、入力データベース部２からその組合せを削除する（ステップＳ１５７０）。これにより、さらに、電源組合せ数を削減することができる（この時の電源組合せ数をＣ_t″とする）。

なお、以上の説明において、コスト計算処理Ｓ１５４０は、目的関数としてキャッシュアウト最小化を選択したとき、すなわち、建設費を運転開始前に計上し、減価償却費および廃止費の除去損は考慮しない方式に沿って処理した場合について説明したが、図７に示すように、このコスト計算処理Ｓ１５４０において、費用最小化を選択、すなわち、建設費を減価償却費として計上し、廃止費の除却損も考慮する方式に沿って処理（Ｓ１５４３〜Ｓ１５４７）することもできる（詳細な説明は省略する）。このとき、ステップＳ１５５４においては、廃止候補電源のｔｍｓ〜ｔｍｅ年度までの減価償却費、運転維持費、租税公課、および、金利が計上され、ステップＳ１５５６においては、廃止候補電源の第１年度〜Ｔ年度までの減価償却費、運転維持費、租税公課、および、金利が計上される。

（燃料費計算処理Ｓ１６０）
次に、最適解計算部７は、以上のようにして遷移しない組合せが排除された電源組合せに対して、各々の電源組合せにおける年間燃料費の計算を燃料費計算処理Ｓ１６０として実行する。この燃料費計算処理Ｓ１６０は、図８に示すように、計画検討期間（ｔ＝１〜Ｔ）の各年度において、その計画年度の電源組合せを順に選択して燃料費計算（ステップＳ１６１０〜Ｓ１６５０）を実行するものである。

この燃料費計算処理Ｓ１６０では、各電源組合せで１年間運用した場合の燃料費を需給運用シミュレーションシステム（図１においては図示していない）で計算し、このシステム内のファイルシステム等にその結果を記憶しておき、同じ計算条件である場合は、燃料費の計算をせずに記憶された計算結果を再利用するように構成されている。そのため、最初に、計算結果が再利用する設定が選択されているか否かが判断される（ステップＳ１６１０）。そして、再利用する設定が選択されていると判断されると、記憶された計算結果の中から同じ計算条件の燃料費計算結果を探索し（ステップＳ１６３０）、同じ計算条件があるときはその燃料費計算結果を読み込む（ステップＳ１６４０）。一方、計算結果が再利用する選択がされていない場合や、再利用する設定が選択されている場合でも同じ計算条件の結果が無い場合は、需給運用シミュレーションシステムにより燃料費計算が実行され、その結果が読み出される（ステップＳ１６５０）。なお、以降の説明においては、このようにして計算された第ｔ年度における第ｉ番目の電源組合せにおける燃料費を、Ｆ［ｓ（ｔ，ｉ）］として表現する。

このように、同じ計算結果があるときはそれを再利用することにより、燃料費計算の時間を短縮することができる。

（最適化計算処理Ｓ１７０）
そして、最適解計算部７は、以上のようにして求められた第ｔ年度の第ｉ番目の電源組合せｓ（ｔ，ｉ）、第ｔ年度の電源組合せ数Ｃt″、第ｔ年度の第ｉ番目の電源組合せにおける燃料費Ｆ［ｓ（ｔ，ｉ）］、および、第ｔ年度の第ｉ番目の電源組合せｓ（ｔ，ｉ）から第ｔ＋１年度の第ｊ番目の電源組合せｓ（ｔ＋１，ｊ）に遷移するときに確定的に発生するコストＢ［ｓ（ｔ，ｉ）→ｓ（ｔ＋１，ｊ）］を用いて、最適解を探索する最適化計算処理Ｓ１７０を実行する。この最適化計算処理Ｓ１７０は、図９に示すように、ｔ＝０年度（現在）の電源構成を出発点として計画検討期間中最もコストが安い経路（遷移時に確定的に発生するコストＢと燃料費Ｆの合計が最も安い経路）が動的計画法により探索される。なお、本実施例においては、前進型動的計画法により最適解〜第Ｎ位解を求めるように構成されており、また、前の年度から最適経路を求めていく際に、常に対象年度の対象電源組合せまでの経路とコストを第１位〜第Ｎ位まで求めておく方法が採られる。

最適化計算処理Ｓ１７０は、図１０に示すように、上述の最適化期間が設定されているか否かにより最適解を求める手順が異なる。そのため、最初に最適化期間が設定されているか否かが判断される（ステップＳ１７１０）。そして、最適化期間が設定されていないときは、前進型動的計画法により、最適解から第Ｎ位解までを求め（ステップＳ１７２０）、さらに、前進型動的計画法によりコスト最大解を求める（ステップＳ１７３０）。

一方、最適化期間が設定されているときは、ｔ＝１年度〜ｔｍｅ年度までの最適解〜第Ｎ位解を前進型動的計画法により求め（ステップＳ１７４０）、ここで求められた最適解〜第Ｎ位解の各々に対して、その解のｔｍｅ年度における電源組合せから計画検討期間最終年度（Ｔ年度）までのコスト最小解を求める（ステップＳ１７５０）。そして、ｔ＝１年度〜ｔｍｅ年度までのコスト最大解を前進型動的計画法により求め（ステップＳ１７６０）、さらに、コスト最大解のｔｍｅ年度の電源組合せから、計画検討期間最終年度（Ｔ年度）までのコスト最大解を求める（ステップＳ１７７０）。

（結果出力処理Ｓ１８０）
最後に、最適解計算部７は、以上の処理により求められた最適解〜第Ｎ位解、および、コスト最大解のそれぞれについて、図１１に示すような山積みグラフとして計算結果を出力する結果出力処理Ｓ１８０を実行する。ここで、計算結果のグラフは、横軸を計画検討期間とし、この横軸から上方に新設対象電源を並べ、下方に廃止対象電源が並べられて表示されている。

電源計画システム１を以上のように構成すると、新設候補電源だけでなく廃止候補電源も考慮した電源計画を算出することができるため、より現実に即した電源計画を行うことができる。また、この種の問題に付きまとう組合せ増大および計算時間の長大化も解決することができる。特に、新設候補電源および廃止候補電源における運転開始可能期間および廃止可能期間の再設定を、ＡＤＤ法を用いて準最適解を求め、この準最適解に基づいて行うことにより、電源の組合せの増大および計算時間の長大化を防止することができる。

本発明に係る電源計画システムの構成を示すブロック図である。 上記電源計画システムの全体の処理の流れを示すフローチャートである。 ＡＤＤ法による準最適解の探索方法を説明するための説明図であり、（ａ）は計画開始時点の状態を示し、（ｂ）は計画終了時点の状態を示す。 準最適解の探索処理の詳細を示すフローチャートである。 電源組合せ計算処理の詳細を示すフローチャートである。 遷移時発生コスト計算処理の詳細を示すフローチャートであって、建設費の計上の仕分け方としてキャッシュアウト最小化を用いた場合である。 上記遷移時発生コスト計算処理において、建設費の計上の仕分け方として費用最小化を用いる場合のフローチャートである。 燃費計算処理の詳細を示すフローチャートである。 前進型動的計画法によるコスト最小経路の探索方法を示す説明図である。 最適化計算処理の詳細を示すフローチャートである。 電源計画の計算結果の出力を示す図である。

符号の説明

１ 電源計画システム
４ 準最適解計算部（準最適解探索手段）
６ 期間再設定部（期間設定手段）
７ 最適解計算部
２１ 既設電源設備データ（電源構成記憶手段）
２４ 設備率データ格納部（設備率記憶手段）
２５ 新設候補電源設備データ格納部（新設電源記憶手段）
２６ 廃止候補電源設備データ格納部（廃止電源記憶手段）

Claims (2)

1. 計画時点の電源構成が記憶された電源構成記憶手段と、
   新設候補の電源が記憶された新設電源記憶手段と、
   前記計画時点の電源構成のうち、廃止候補の電源が記憶された廃止電源記憶手段と、
   計画検討期間における満足すべき設備率の範囲が記憶された設備率記憶手段と、
   前記電源構成に対して、前記計画検討期間における前記新設候補電源および前記廃止候補電源の運転開始年度および廃止年度を含む電源計画の準最適解を求める準最適解探索手段と、
   前記準最適解探索手段により求められた前記電源計画の準最適解から、前記新設候補電源および前記廃止候補電源の運転開始可能期間および廃止可能期間を設定する期間設定手段と、を備え、
   前記準最適解探索手段が、
   前記電源構成記憶手段から前記計画時点の電源構成を読み出す第１のステップと、
   前記新設電源記憶手段および前記廃止電源記憶手段から前記新設候補電源および前記廃止候補電源を読み出す第２のステップと、
   計算年度の前年度の電源構成から前記廃止候補電源を除いた前記計算年度の計算基準電源構成を求める第３のステップと、
   前記新設候補電源および前記廃止候補電源を運転開始可能電源とし、前記計算基準電源構成に前記運転開始可能電源を一台ずつ選択して加えて、前記運転開始可能電源毎に前記計算年度から前記計画検討期間の最後まで運用したときのコストの増分を求める第４のステップと、
   前記設備率記憶手段から前記計算年度における前記設備率の範囲を読み出し、前記設備率の範囲に入るまで、前記計算基準電源構成に前記コストの増分の少ない順に前記運転開始可能電源を加え、前記計算年度の電源計画の準最適解を得る第５のステップと、
   前記計算年度を、前記計画時点の翌年から１年毎に順に進め、前記計画検討年度の最後になるまで前記第３〜第５のステップを繰り返し、前記計画検討期間における前記電源計画の準最適解を得る第６のステップと、から構成され、
   前記期間設定手段が、前記準最適解探索手段により得られた前記計画検討期間における前記電源計画の準最適解に含まれる前記新設候補電源の前記運転開始年度および前記廃止候補電源の前記廃止年度から、前記新設候補電源および前記廃止候補電源の運転開始可能期間および廃止可能期間を設定する電源計画システム。
2. 前記期間設定手段により設定された前記新設候補電源および前記廃止候補電源の前記運転開始可能期間および前記廃止可能期間に基づいて、前進型動的計画法により最適解を得る最適解計算手段を有する請求項１に記載の電源計画システム。

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