JP2009183077A

JP2009183077A - 製造プラント発電設備の発電電力調整方法

Info

Publication number: JP2009183077A
Application number: JP2008020329A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Sugi; 裕樹杉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】製鉄所等の製造プラントに設置されている発電設備での発電電力を適切に調整することができ、それによって電力コストの適正化を図ることが可能となる、製造プラント発電設備の発電電力調整方法を提供する。
【解決手段】所定の時間範囲毎に、その時間範囲で使用される最大電力を予測し、その予測最大使用電力から発電電力を差し引いた電力（購入が必要な電力）が契約電力以下に納まるように、発電電力を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄所等の製造プラントに設置されている発電設備における発電電力の調整方法に関するものである。

通常、製鉄所には発電設備が設置されており、製鉄プロセスで発生する副生ガス（高炉ガス、コークス炉ガス、転炉ガス）を用いて発電を行い、その電力を製鉄所内の各工場に供給している（例えば、特許文献１、２参照）。

しかし、現存する技術では大容量の電力貯蔵が困難であることから、製鉄所内で使用する電力を全て副生ガスによる発電だけでは賄いきれない場合があり、その場合には、購入した燃料（例えば、都市ガスや重油）を用いて発電を行ったり、外部から電力を購入（買電）したりして、不足電力を補うようにしている。また、逆に発電した電力が余剰になった場合は、外部に電力を販売（売電）するようにしている。

その際、電力コストの適正化（最小化）を図るためには、製鉄所内で使用される電力を予測するとともに、使用する燃料（副生ガス、都市ガス、重油）間のコスト差や、買電価格と売電価格の価格差等を念頭において、発電設備で発電する電力を適切に調整することが重要になっている。

なお、［発明を実施するための最良の形態］の項において、下記の特許文献３を引用するので、ここに併せて記載しておく。
特開２００７−２７０２１０号公報特開２００４−３０９０６７号公報特開平０７−２１２９７２号公報

前述したような、製鉄所に設置された発電設備における発電電力の調整は、これまで、熟練オペレーターの経験的判断を加えて行われていた。しかし、熟練オペレーターの減少や使用燃料価格の大きな変動等から、それでは適切に対応できなくなってきた。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鉄所等の製造プラントに設置されている発電設備での発電電力を適切に調整することができ、それによって電力コストの適正化を図ることが可能となる、製造プラント発電設備の発電電力調整方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］製造プラントに設置されている発電設備での発電電力の調整方法であって、所定の時間範囲毎に、その時間範囲に製造プラント内で使用される最大電力を予測し、その予測した最大使用電力に基づいて、発電設備での発電電力を調整することを特徴とする製造プラント発電設備の発電電力調整方法。

［２］予測した最大使用電力から発電電力を差し引いた電力が所定の値を超えないように発電電力を調整することを特徴とする前記［１］に記載の製造プラント発電設備の発電電力調整方法。

［３］製造プラントが製鉄所であることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の製造プラント発電設備の発電電力調整方法。

本発明においては、製鉄所等の製造プラントに設置されている発電設備での発電電力を適切に調整することができ、それによって電力コストの適正化を図ることができる。

本発明の実施形態を以下に述べる。なお、ここでは、製鉄所に設置されている発電設備（製鉄所発電設備）を例にして説明する。

通常、製鉄所内の各工場における電力使用形態（負荷形態）を区分すると、安定負荷と変動負荷の２つに区分することができる。安定負荷の工場とは、季節や稼動／休止状態に基づく変化はあるが、短期的にはほぼ一定の使用電力で運転されている工場のことであり、変動負荷の工場とは、常に使用電力が大きく変化している工場のことである。この変動負荷工場の代表は、圧延工場（熱延工場、厚板工場等）である。

図２は、熱延工場の仕上圧延機の電力使用状態を示している。仕上圧延機では、圧延材の噛み込み（圧延開始）と同時に使用電力が３０ＭＷ以上に急増し、圧延材の噛み離し（圧延完了）と同時に使用電力が０ＭＷまで急減するというサイクルを繰り返している。圧延開始から圧延完了までの時間はおよそ８０ｓｅｃである。

そして、安定負荷工場での使用電力と変動負荷工場での使用電力を合計したものが、製鉄所内での総使用電力ということになる。そのような総使用電力の実績例を図３に示してある。安定負荷工場でのほぼ一定の使用電力の上に、変動負荷工場での周期的に変動する使用電力が載った形になっている。

一方、製鉄所発電設備で用いる燃料については、通常、副生ガス、都市ガス、重油の順に安価な燃料を優先的に使用している。

また、外部からの購入電力（買電）の価格は、一般的に、予め契約で定めた電力（契約電力）を超えると急激に上昇するように設定されている。これに対して、外部への販売電力（売電）の価格は、買電価格より安価に設定されているが、大きく変動することはない。

上記のような状況を踏まえて、この実施形態においては、予測した使用電力から発電電力を差し引いた電力、つまり、外部から購入が必要な電力が、電力会社との契約電力を超えないように、発電電力を調整するようにしている。

すなわち、所定の時間範囲毎に（例えば、予想される使用電力の変動周期毎に）、その時間範囲で使用される最大電力を予測し、その予測最大使用電力から発電電力を差し引いた電力（購入が必要な電力）が契約電力以下に納まるように、発電電力を調整するようにしている。

その最大使用電力を予測するに際しては、前述したように、製鉄所の総使用電力は、安定負荷工場でのほぼ一定の使用電力の上に、変動負荷工場での周期的に変動する使用電力が載った形になっているので、その変動負荷工場の最大使用電力を精度よく予測することが大切になる。

そこで、一例として、熱延工場の仕上圧延機の最大使用電力を予測する場合について、以下に述べる。

前述したが、熱延工場の仕上圧延機の使用電力は、図２に示すように、任意の圧延材の圧延開始と同時に３０ＭＷ以上に急増し、その後徐々に増加して、その圧延材の圧延完了と同時に０ＭＷまで急減するというサイクルを繰り返している。そこで、ここでは、このサイクル毎に（すなわち、圧延材１本毎に）、その際の最大使用電力を予測するようにしている。

そして、この圧延材毎の最大使用電力を予測する手法として、過去の操業実績に基づいて、圧延材毎の最大使用電力をデータベース化しておき、今後予定されている圧延材について、その最大使用電力データベースを参照して、最大使用電力を予測するようにしている。

ここで、最大使用電力データベースの分類項目（パラメータ）としては、スラブの厚さ、スラブの幅、スラブの長さ、コイルの厚さ、コイルの幅、コイルの長さ、変形抵抗を用いている。ただし、変形抵抗については、カーボン量で置き換えてもよいし、鋼種符号等で代表させてもよい。

なお、上記のように最大使用電力をデータベース化するのに替えて、上記の分類項目（パラメータ）を変数とした数式モデルを作成し、その数式モデルによって、今後予定されている圧延材の最大使用電力を算定するようにしてもよい。

ちなみに、前記の特許文献３では、熱延工場の使用電力を予測する際に、所定の時間内（例えば６０分間）に使用した電力の累積値（使用電力量）を数式モデルによって求めるようにしている。しかし、求められた使用電力量は、圧延中の３０ＭＷ以上の使用電力と圧延材間のほぼ０ＭＷの使用電力を累積したものであり、平均化された使用電力を表している。したがって、その平均化された使用電力に基づいて発電電力を設定すると、圧延時には大幅な買電が発生することになり、電力コスト面では不利になってしまう。

以下に、上記の考え方に基づいて発電電力の調整を行う手順を、図１に示すフロー図にしたがって説明する。

（Ｓ１）まず、安定負荷工場について、季節や稼動／休止状態に基づいて、その使用電力（ベース電力）を予測する。

（Ｓ２）次に、変動負荷工場について、前述した手法に基づいて、所定の時間範囲毎の最大使用電力（最大変動電力）を予測する。

（Ｓ３）そして、（Ｓ１）で予測したベース電力と、（Ｓ２）で予測した最大変動電力を合計することで、総最大使用電力を予測する。

（Ｓ４）一方、製鉄所発電設備に投入する燃料の量を仮定する。例えば、副生ガスのみを投入するとする。

（Ｓ５）そして、上記の投入燃料に基づく発電電力を予測する。

（Ｓ６）次に、（Ｓ３）で予測した総最大使用電力と、（Ｓ５）で予測した発電電力とから、電力潮流（販売電力・購入電力）を予測する。

（Ｓ７）その電力潮流の予測に基づいて、購入電力（買電）が契約電力以下であるか否かを判断する。もし、ＮＯの場合（購入電力が契約電力以下でない場合）には、（Ｓ４）に戻って、製鉄所発電設備に投入する燃料の量を増やし、（Ｓ６）と（Ｓ７）を繰り返す。一方、ＹＥＳの場合（購入電力が契約電力以下の場合）は、（Ｓ８）に進む。

（Ｓ８）そして、（Ｓ７）でＹＥＳとなった場合の発電電力（投入燃料の量）を、製鉄所発電設備で発電すべき電力（投入する燃料の量）として設定する。なお、場合によっては、予測誤差等を考慮して、所定量（例えば１０％）上乗せするようにしてもよい。

上記のような手順に基づいて発電電力を設定した一例として、前述の図３に、契約電力＝０（すなわち、購入電力＝０）として設定した発電電力（発電電力設定値）を、実際の総使用電力実績に重ねて示してある。

このようにして、この実施形態においては、製鉄所に設置されている発電設備での発電電力を適切に調整することができ、それによって電力コストの適正化を図ることができる。

なお、上記の実施形態においては、製鉄所に設置されている発電設備を例にして述べたが、本発明は、常に使用電力が大きく変化している変動負荷工場を備えた製造プラントに対して適用することができる。

本発明の一実施形態における処理フロー図である。熱延工場の仕上圧延機における使用電力の変動状態を示す図である。製鉄所の総使用電力の変動状態を示す図である。

Claims

製造プラントに設置されている発電設備での発電電力の調整方法であって、所定の時間範囲毎に、その時間範囲に製造プラント内で使用される最大電力を予測し、その予測した最大使用電力に基づいて、発電設備での発電電力を調整することを特徴とする製造プラント発電設備の発電電力調整方法。
予測した最大使用電力から発電電力を差し引いた電力が所定の値を超えないように発電電力を調整することを特徴とする請求項１に記載の製造プラント発電設備の発電電力調整方法。
製造プラントが製鉄所であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造プラント発電設備の発電電力調整方法。