JP2008271659A - エネルギー需給システムの運転支援システム及び運転支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
エネルギー設備の運転支援システムにおいて、システムで予測できない急なエネルギー使用計画変更がおきても、例えば１０年の長い契約期間にわたる総合的コストを削減できるように、適切な運転を実現する。
【解決手段】
エネルギー設備の運転支援システムは、（１）エネルギー需要動的予測機能８２で、生産設備の需要特性８３と測定値から、エネルギー需要を動的予測し、（２）その結果とエネルギー供給特性情報とから、エネルギー設備運転状態決定機能８５で、総合的費用が小さくなるエネルギー設備運転状態を決定し、制御指令値を求める。（３）同時に、現在値・履歴値表示機能８８で、エネルギー費用比較検証，短期的費用増の原因評価、を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー需給システムの運転支援システム及び運転支援方法に関する。

コスト削減，環境問題へ対応するため、エネルギー設備を適切に運転支援する事業が拡大している。大規模工場へのコジェネシステム導入について、例えば１０年の長い契約期間にわたる、総合的なコスト削減技術が必要である。従来のエネルギー設備の運転支援の例として、システム作成の供給計画では予測できない需要変動情報ほかからオペレータが運転計画を修正する機能と、修正運転計画による運転結果とシステム算出運転計画によるシミュレーション結果とをオペレータが比較評価する機能とを備えることで、需要変動時のエネルギーコストを削減する方法がある（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１７３３４２号公報（段落００１３，００１８，図１，図３）

しかしながら、従来のエネルギー設備の運転支援方法には、次のような問題がある。

すなわち、運転計画修正機能と運転結果評価機能の具備は、必ずしもエネルギーコスト削減を実現するとは限らない。オペレータが、運転計画を修正するのに十分な需要変動情報を得られない場合、例えばエネルギー使用者がエネルギー使用計画変更を予めオペレータへ通知しない場合、もある。

さらに、運転計画の修正により、１日単位では省コストになっても、例えば１０年の長い契約期間にわたる総合的コストでは、買電契約ほかの制約条件によってコスト上適切であるかどうかが変化する、のような点について、十分考慮されていなかった。

いずれにしても、解決しようとする問題点は、システム作成の供給計画では予測できない需要変動に直面することによって、計画修正された運転が、必ずしもエネルギー設備の適切な運転を実現しない点である。

本発明は、前記課題に鑑み、エネルギー設備の運転支援システムにおいて、システムで予測できない急なエネルギー使用計画変更がおきても、例えば１０年の長い契約期間にわたる総合的コストを削減できるように、適切な運転を実現することを、主な目的とする。

本発明においては、エネルギーを消費する設備にエネルギーを供給するエネルギー供給設備から取得されるエネルギー供給設備の運転状態と、計測装置によって感知されかつエネルギー供給設備からは非取得である計測値とに基づいて、エネルギー需要を動的に予測し、予測された前記エネルギー需要に基づいて、エネルギー供給設備を制御する制御手段への制御指令を作成する。また、好ましくは、予測されたエネルギー需要に基づいて、長期の総合的エネルギー費用を計算し、総合的エネルギー費用に応じて制御指令を作成する。

なお、具体的には、買熱電設備とエネルギー設備と制御機能とから構成されるエネルギー需給システムで、生産設備の需要特性と測定値から、エネルギー需要を動的予測し、その結果とエネルギー供給特性情報とから、エネルギー費用を計算し、総合的費用が小さくなるエネルギー設備の運転状態を決定し、制御指令値を求める、需要急変予兆入力機能と総合的エネルギー費用計算機能と運転状態決定機能とを備える。ここで、「需要急変予兆入力機能」は、後述するように「計測装置」「計測値受信部」「エネルギー需要動的予測部」に相当し、「総合的エネルギー費用計算機能」と「運転状態決定出力機能」は、後述するように「エネルギー設備運転状態決定部」「指令値送信部」に相当する。

本発明によれば、需要計画とは異なる急な需要変動が起きても適切にエネルギー需給システムを運転できる。また、長期の総合的エネルギー費用を削減できるように、エネルギー需給システムを運転できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

≪システムの構成≫
まず、図１は、本発明の実施形態であるエネルギー需給システムの運転支援システムの全体構成を示す。本運転支援システムは、エネルギーを消費する生産設備１と、生産設備２にエネルギーを供給するエネルギー設備２及び買熱電設備３からなるエネルギー需給設備、エネルギー需給設備を制御する監視制御コンピュータ６，エネルギー需給設備と監視制御コンピュータ６を接続する通信網４，エネルギー需給設備と通信網４と監視制御コンピュータ６からなるエネルギー需給システム９，エネルギー需給設備から非取得の項目を計測する計測装置５，エネルギー需要の動的予測の計算やエネルギー設備の運転状態決定の計算などを行う運転支援コンピュータ８，計測装置５と運転支援コンピュータ８の接続及び運転支援コンピュータ８とエネルギー需給システム９の接続をする通信網７から構成される。

ここで、生産設備とは、例えば、製造工場における製造装置であり、エネルギー設備とは、例えば、発電機，ボイラや冷凍機などである。また、買熱電設備は、例えば、受変電設備，温度センサや流量センサなどである。さらに、計測装置は、例えば、オン・オフ状態が判る分散コントローラ，電力量が判る電流センサや電力量計などである。

≪生産設備とエネルギー設備のブロック構成≫
次に、図１のブロック構成部分を参照して、生産設備１とエネルギー設備２の構成について説明する。生産設備１は、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３のそれぞれ生産設備複数台（ここでは３台）ずつのグループから構成される。各エネルギー設備の頭文字は、生産設備１の各グループを示す。エネルギー設備２は、Ａ，Ｂ，Ｃの３台から構成される。

≪計測装置のブロック構成≫
続いて、図１のブロック構成部分を参照して、計測装置５の構成について説明する。

計測装置５は、エネルギー需給設備から非取得の項目を感知する感知部５１、それを計測値に変換して運転支援コンピュータ８へ送信する計測値送信部５２から構成される。

計測装置５は、センサを接続でき、運転支援コンピュータ８と通信網７を介して接続できる、専用コンピュータなどによって実現される。

≪監視制御コンピュータ６のブロック構成≫
続いて、図１のブロック構成部分を参照して、監視制御コンピュータ６の構成について説明する。

監視制御コンピュータ６は、運転支援コンピュータ８から指令値を受信する指令値受信部６１，指令値受信部６１が受信した指令値に基づいてエネルギー設備２を運転停止指令，出力指令などで制御し、エネルギー需給設備からエネルギーの供給や消費に関する計測値を取得する監視制御部６２，エネルギー需給設備から取得した計測値を運転支援コンピュータ８に送信する計測値送信部６３から構成される。

監視制御コンピュータ６は、エネルギー需給設備と通信網４を介して接続でき、運転支援コンピュータ８と通信網７を介して接続できる、専用コンピュータなどによって実現される。

≪運転支援コンピュータのブロック構成≫
続いて、図１のブロック構成部分を参照して、運転支援コンピュータ８の構成について説明する。

運転支援コンピュータ８は、計測装置５やエネルギー需給システム９から通信網７経由で計測値を受信する計測値受信部８１，計測値受信部８１が受信した計測値に基づいて所定の計算方法によりエネルギー需要を計算するエネルギー需要動的予測部８２，生産設備２の需要特性を記憶する生産設備特性記憶手段８３，エネルギー設備２の起動特性を記憶するエネルギー設備特性記憶手段８４，買熱電設備特性記憶手段８７，履歴データ記憶手段８９，買電契約他の料金情報，エネルギー設備の台数、詳しくは運転状態を決定するエネルギー設備運転状態決定部８５，エネルギー設備運転状態決定部８５の計算結果得られる指令値を、通信網７経由でエネルギー需給システム９に送信する指令値送信部８６，エネルギー需要動的予測部８２が計算した短期的費用・総合的費用を表示する現在値・履歴値表示部８８から構成される。

エネルギー需要動的予測部８２，エネルギー設備運転状態決定部８５は、ＣＰＵ
(Central Processing Unit) が所定のプログラムを実行することによって実現される。計測値受信部８１，指令値送信部８６は、ネットワーク接続機器（例えば、ＬＡＮボード）などによるデータ送受信動作によって実現される。生産設備特性記憶手段８３，エネルギー設備特性記憶手段８４，買熱電設備特性記憶手段８７，履歴データ記憶手段８９は、運転支援コンピュータ８に内蔵又は外部接続されるハードディスク装置などに相当し、現在値・履歴値表示部８８は、ディスプレイ画面に相当する。

≪電力量計周辺と電力量集計コンピュータのブロック構成≫
図１ではエネルギー設備２と買熱電設備３の関係について大まかにのみ記載しているので、図２を参照して、電力の場合を例に、買熱電設備の一例である受変電設備で受電した売電会社からの電力とエネルギー設備の一例である自家発電設備の電力との構成，電力量計周辺と電力量計測コンピュータのブロック構成について説明する。

図２のような構成で、売電会社、たとえば電力会社から供給される電力量と自家発電設備から供給される電力量、生産設備Ｆ〜Ｈに供給される電力量すなわち各生産設備で消費される電力量を計測し、監視制御コンピュータへ計測値を送信できる。図２には直接記載していないが、生産設備の中の系統ごとに同様の構成があり、たとえば設備の主機，補機ごとに電力量を計測することができる。

≪システムの動作≫
図６のフローチャートを参照しながら、本発明の実施の形態に係るエネルギー設備の運転支援システムの動作について詳細に説明する（適宜、図１参照）。

図６のフローチャートは、所定の時刻ごとに行われる、データ計測（ステップＳ２０１〜Ｓ２０２），エネルギー需要の動的予測によるエネルギー設備の運転状態決定（ステップＳ２０３〜Ｓ２０５，Ｓ２９９），エネルギー設備の制御(ステップＳ２０６〜Ｓ208)，履歴値の記憶（ステップＳ２０９）の動作を示している。後述のフローが、所定の時刻ごとに実行される。

ステップＳ２０１〜Ｓ２０２は、データ計測の動作を示している。初めに、計測値送信部６３から単位時間あたりの計測値、たとえば買熱電設備使用状態，エネルギー設備運転状態，生産設備運転状態、を計測値受信部８１へ転送する（ステップＳ２０１）。次に、計測値送信部５２から単位時間あたりの計測値、たとえば生産設備使用者の使用予告指令情報，生産設備補機の配線用遮断器のオン・オフ情報、を計測値受信部８１へ転送する
（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０３〜Ｓ２０５，Ｓ２９９は、エネルギー需要の動的予測によるエネルギー設備の運転状態決定の動作を示している。予め作成された需要計画に沿った値の範囲から計測値群が逸脱していれば（ステップＳ２０３のＹｅｓ）、後述するエネルギー需要の動的予測（ステップＳ２０４）によるエネルギー設備の運転状態決定(ステップＳ２０５)を実施する。需要計画に沿った値の範囲から計測値群が逸脱していなければ（ステップ
Ｓ２０３のＮｏ）、需要計画に沿って事前作成済の供給計画から、エネルギー設備の運転状態を取得する（ステップＳ２９９）。

ステップＳ２０４では、エネルギー需要動的予測部８２が、計測値受信部８１から取得した計測値群と、生産設備特性記憶手段８３に記憶される生産設備の需要特性データを参照して、予測されるエネルギー需要を計算する。なお、図３に示す「生産設備特性表」は、生産設備の需要特性データの一例を示す。

本ステップ２０４における計算方法の一例は次の通りである。例えば、当初の需要計画と異なり生産設備Ｇ，Ｈが起動しそうな場合（図４参照）、ＧとＨが起動したとき何時間後にどのくらいの需要があるかを、図３の生産設備特性表を使って計算する。計算結果を当初の需要計画に加えると、新たに予測されるエネルギー需要を求めることができる。

ステップＳ２０５では、エネルギー設備運転状態決定部８５が、予測されたエネルギー需要と、エネルギー設備の起動特性データと、買熱電設備特性データを参照して、総合的費用が小さくなるように、エネルギー設備の運転状態を計算する。図３の「エネルギー設備特性表」「買熱電設備特性表」に、それぞれエネルギー設備の起動特性データの例と買熱電設備特性データの例を示す。

本ステップ２０５における計算方法の一例は次の通りである。まずステップ２０４で求めた新たなエネルギー需要に対応する生産設備の運転パターンを計算する。短期的な運転パターンとしては、当日の需要に応じた最適運転方法を計算する（例えば、前述の特許文献１に記載の方法参照）。総合的に有利な運転パターンとしては、図３のエネルギー設備特性表，買熱電設備特性表を使って、短期的には燃料を多く使う運転パターンであっても、総合的には買電量の計画外増加を防止できる運転パターンを計算する。

ステップＳ２０６〜Ｓ２０９は、制御の動作と履歴値の記憶の動作を示している。指令値送信部８６から、計算されたあるいは単に取得されたエネルギー設備の運転状態に基づいて、エネルギー設備の制御指令を作成して、指令値受信部６１へ転送する（ステップＳ２０６）。指令値受信部６１は、監視制御部６２へ指令値を送り、監視制御部６２は、指令値受信部６１から取得した制御指令について、直近の制御指令と異なる制御指令があれば（ステップＳ２０７のＹｅｓ）、これをエネルギー設備２へ送信する（ステップＳ
２０８）。直近の制御指令と異なる指令がなければ（ステップＳ２０７のＮｏ）、直近の制御指令によりエネルギー設備を制御する。次に、単位時間あたりのデータとして、当該時刻，計測値群，指令値群を履歴として記憶する（ステップＳ２０９）。図３の「履歴データ」に、履歴のうち時刻と計測値群の一部の例を示す。

本ステップ２０６〜２０９における制御指令作成方法の一例は次の通りである。

たとえば、図４では、ステップＳ２０６で、１３時に設備Ａを出力１００％、設備Ｂを出力１００％、設備Ｃを起動、とすると、ステップＳ２０７で、設備Ａはすでに出力100％なので、削除され、ステップＳ２０８で、１３時に設備Ｂを出力１００％、設備Ｃを起動、の制御指令が出る。制御指令が出るのは、計算時刻が１３時なら即時、１２時３０分なら３０分後となる。

図３の「履歴データ」に、本発明の実施の形態に係る運転支援コンピュータが扱うデータの例を示す。この例では、２００６年１月〜２０１５年１２月の１０年契約で、2006年１０月１日に買電の使用量が３９と契約超過が発生し、１０月１２日には割高の契約量
４０に変更させられているが、いつもその契約が必要というわけではなく、２０１５年９月３０日にはもとの契約量２５に戻っていることを示す。日時，買熱電設備の契約量と使用量，エネルギー設備の燃料使用量，設備Ａ〜Ｃの出力，設備Ｆ〜Ｈの電力使用量ほかが履歴として保存される。

図３の「生産設備特性表」「エネルギー設備特性表」「買熱電設備特性表」に、本発明の実施の形態に係る運転支援コンピュータが扱うデータの例を示す。これらは、エネルギー需要動的予測部８２がエネルギー需要を計算し、エネルギー設備運転状態決定部８５がエネルギー設備の運転状態を計算する元データとなる。設備Ｆ〜Ｈの補機起動から主機起動までの所要時間，設備Ａ〜Ｃの停止〜初負荷〜全負荷までの所要時間，使用量と出力の関係，買電契約Ｄ１〜Ｄ２，買熱契約Ｎ１の契約超過料金単価などが保存されている。

図４に、本発明の実施の形態に係るエネルギー設備の運転支援システムの監視制御と需要急変予兆状態の画面例を示す。画面表示の説明のために、２つの画面例は、異なる状況を示す。監視制御画面では、監視制御の様子と予兆の概要を示し、需要急変予兆状態の画面では、予兆の詳細を示す。

監視制御画面では、上部の矩形は状態変更により生成されたダイアログを、左側のグラフは、その日の需要の時系列状況とエネルギー設備の運転状況（設備名称右側の水平方向太線は運転していることを表す）を、右側の表は監視制御している項目の状況を示す。この例では、設備Ｇが不使用状態にもかかわらず出力８を示し、システムが需要急変の予兆すなわち補機Ｓｇの出力を検知し、設備Ｂを出力０から出力１００へ自動制御指令を行ったことを示す。

需要急変予兆状態画面では、上部の矩形は状態変更により生成されたダイアログを、左側のグラフは、事前作成済の需要計画とエネルギー設備の供給計画（設備名称右側の水平方向太線は運転することを表す）を、右側の表は需要急変予兆として監視している項目の状況を示す。この例では、設備Ｇが不使用状態にもかかわらず、需要急変の予兆すなわち設備Ｓｇの配線用遮断器（ＭＣＣＢ）が遮断から投入に変化したことを検知し、同時に、設備Ｈが不使用状態にもかかわらず、需要急変の予兆すなわち生産設備使用者によって押しボタン入力された設備Ｓｈの設備使用予告入力を検知したことを示す。

図５に、本発明の実施の形態に係るエネルギー設備の運転支援システムの費用判断の画面例を示す。費用判断画面では、最上部にシステムの判断結果をダイアログで表示し、上部に予想値の確率をグラフで表示し、下部に代表値について数値比較表で１日の期間，
１０年の期間で時系列のデータを表示する。この例では、運転パターン（１）、たとえば運転パターン（２）より多い台数のエネルギー設備を出力０からすぐにも正の値に制御指令可能状態にしておく運転パターン、は短期的費用の面では不利、すなわち結果として燃料を多く使う運転パターンであるが、総合的費用では有利、すなわち結果として買電量の計画外増加を防止できる運転パターンであることを示す。

≪その他の実施形態≫
以上本発明について好適な実施形態について一例を示したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で適宜変更が可能である。例えば、以下のような実施の形態が考えられる。
（１）図１では、生産設備１を３台、エネルギー設備２をそれぞれ３台ずつとして示しているが、３台以外であってもよい。
（２）図２では、電力量で説明したが、熱量についても同様に構成できる。
（３）図６では、計測，記憶の動作を単位時間として説明したが、実施する対象の性能に合わせて１分，５分など時間の数値を適切に変更してよい。
（４）図４，図５では、現在値画面で説明したが、履歴データを使って過去の監視制御の検証をする履歴値画面を表示させてもよい。
（５）需要急変予兆入力は生産設備使用者の使用予告指令情報や生産設備補機の配線用遮断器のオン・オフ情報だけではない。生産設備区域における監視カメラ映像の画像認識やＩＤカードなどによる、生産設備使用者の入退室情報を使って、需要急変予兆入力を作成してもよい。

本発明の実施の形態に係るエネルギー設備の運転支援システムのシステム構成とブロック構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力量計周辺と電力量計測コンピュータのブロック構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る運転支援コンピュータが扱うデータの例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー設備の運転支援システムの監視制御と需要急変予兆状態の画面例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー設備の運転支援システムの費用判断の画面例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るエネルギー設備の運転支援システムのデータ計測，運転状態決定，制御，記憶の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 生産設備
２ エネルギー設備
３ 買熱電設備
４ 通信網
５ 計測装置
６ 監視制御コンピュータ
７ 通信網
８ 運転支援コンピュータ
９ エネルギー需給システム
５１ 感知部
５２，６３ 計測値送信部
６１ 指令値受信部
６２ 監視制御部
８１ 計測値受信部
８２ エネルギー需要動的予測部
８３ 生産設備特性記憶手段
８４ エネルギー設備特性記憶手段
８５ エネルギー設備運転状態決定部
８６ 指令値送信部
８７ 買熱電設備特性記憶手段
８８ 現在値・履歴値表示部
８９ 履歴データ記憶手段

Claims (10)

1. エネルギーを消費する設備にエネルギーを供給するエネルギー供給設備と、前記エネルギー供給設備を制御する制御手段と、を備えるエネルギー需給システムの運転を支援するエネルギー需給システムの運転支援システムにおいて、
   前記エネルギー供給設備から取得される前記エネルギー供給設備の運転状態と、計測装置によって感知されかつ前記エネルギー供給設備からは非取得である計測値とに基づいて、エネルギー需要を動的に予測するエネルギー需要動的予測手段と、
   前記エネルギー需要動的予測手段によって予測された前記エネルギー需要に基づいて、前記制御手段への制御指令を作成する運転状態決定手段と、
   を備えることを特徴とするエネルギー需給システムの運転支援システム。
2. 請求項１において、前記運転状態決定手段は、前記エネルギー需要に基づいて、長期の総合的エネルギー費用を計算し、前記総合的エネルギー費用に応じて前記制御指令を作成することを特徴とするエネルギー需給システムの運転支援システム。
3. 請求項２において、予測された前記エネルギー需要及び前記総合的エネルギー費用について、現在値及び履歴値を表示する手段を備えることを特徴とするエネルギー需給システムの運転支援システム。
4. 請求項１または請求項２において、前記エネルギー供給設備からは非取得である前記計測値が、生産設備使用者の使用予告情報であることを特徴とするエネルギー需給システムの運転支援システム。
5. 請求項１または請求項２において、前記エネルギー供給設備からは非取得である前記計測値が、生産設備補機の配線用遮断機の開閉情報であることを特徴とするエネルギー需給システムの運転支援システム。
6. 請求項２において、前記運転状態決定手段は、短期的エネルギー費用が増加しても前記総合的エネルギー費用が低下するように前記制御指令を作成することを特徴とするエネルギー需給システムの運転支援システム。
7. エネルギーを消費する設備にエネルギーを供給するエネルギー供給設備と、前記エネルギー供給設備を制御する制御手段と、を備えるエネルギー需給システムの運転を支援するエネルギー需給システムの運転支援方法において、
   前記エネルギー供給設備から取得される前記エネルギー供給設備の運転状態と、計測装置によって感知されかつ前記エネルギー供給設備からは非取得である計測値とに基づいて、エネルギー需要を動的に予測する第１のステップと、
   予測された前記エネルギー需要に基づいて、前記制御手段への制御指令を作成する第２のステップと、
   を含むことを特徴とするエネルギー需給システムの運転支援方法。
8. 請求項７において、前記第２のステップでは、前記エネルギー需要に基づいて、長期の総合的エネルギー費用を計算し、前記総合的エネルギー費用に応じて前記制御指令を作成することを特徴とするエネルギー需給システムの運転支援方法。
9. コンピュータに、
   エネルギーを消費する設備にエネルギーを供給するエネルギー供給設備から取得される前記エネルギー供給設備の運転状態と、計測装置によって感知されかつ前記エネルギー供給設備からは非取得である計測値とに基づいて、エネルギー需要を動的に予測する第１のステップと、
   予測された前記エネルギー需要に基づいて、前記エネルギー供給設備を制御する制御手段への制御指令を作成する第２のステップと、
   を実行させるためのプログラム。
10. エネルギーを消費する設備にエネルギーを供給するエネルギー供給設備の制御方法において、
    前記エネルギー供給設備から取得される前記エネルギー供給設備の運転状態と、計測装置によって感知され、かつ前記エネルギー供給設備からは非取得である計測値とに基づいて動的に予測されるエネルギー需要に基づいて作成される制御指令によって、前記エネルギー供給設備を制御することを特徴とするエネルギー供給設備の制御方法。

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