JP2009282799A - プラント運転計画立案方法およびそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、設備機器の起動停止状態を低コスト化を図って決定し得るプラント運転計画立案方法およびそのプログラムを提供することにある。
【解決手段】本発明に関わるプラント運転計画立案方法は、プラントに対する需要データ値１０と当該プラントを構成する設備機器の運転コスト３０と設備機器の設備性能４０とを用いて、最適化計算手段２０が各設備機器の起動停止を決定するプラント運転計画立案方法Ｐであって、最適化計算手段２０は、各設備機器の停止中、稼動状態継続、停止状態から稼動状態に移行を含む稼動状況に応じて各設備機器の運転コストcjの大きさを調整している。
【選択図】図１

Description

本発明は、製造プラント等のプラントの運転計画を立案するためのプラント運転計画立案方法およびそのプログラムに関する。

近年、省エネルギ化のニーズに伴い、製造プラントにおいて、高精度な生産管理をしつつ、運転コストの最小化が求められている。
例えば、製造工程に対して、電力や蒸気を供給する用役プラント（ユーティリティプラント）においては、製造工程からのエネルギ需要を満たしながら、運転コストも低減させる必要がある。また、自家発電設備をもつ製造プラントでは、電力の売り買いを考慮しながら運転コストを最小化させる必要がある。

これまで多くの製造プラントでは、プラント監視制御にあたり運転員の勘と経験に依存するものが多かった。特に、製造製品と異なり、エネルギ供給設備の監視の自動化は、突然、追加需要が入ったりなど需要予測が難しくモデル化が困難なことから、製造工程側に比べて遅れているといわれる。
しかし、近年の計算機性能の向上にともない、プラント監視制御も制御用計算機の導入による自動化範囲拡大が図られ、エネルギ供給設備もその対象となっている。

製造プラントのエネルギ供給設備、すなわちユーティリティプラントにおいては、エネルギ需要を考慮し、設備機器の起動停止を決定する。そのため、予めエネルギ需要が分れば、その需要データを考慮し、設備機器の運転計画を立案することができる。
従って、運転計画立案の自動化も進められ、例えば、特許文献１、特許文献２では、混合整数計画法で解くなど線形計画法の適用が盛んである。
特開２００４−３１７０４９号公報 特開２００４−１７１５４８号公報 特開平７−２２５０３８号公報 茨木俊秀、福島雅夫：最適化プログラミング：岩波書店（1991）

ところで、前述の線形計画法は、最適化の答えが整数を含む実数値で与えられる。
前述のユーティリティプラントにおいては、省エネルギ運転の観点から、設備機器を待機状態にするのではなく、起動もしくは停止とする計画、例えば、０または１とする計画が必要である。
非特許文献１においては、混合整数計画問題も記載されているが、計算過程が複雑であり、時々刻々変化する需要に対応させるには不向きであると考えられる。
また、特許文献１、特許文献２は、混合整数計画法で解く方法が記載されているが、プログラムが重い、調整係数の設定が難しいなどの問題がある。

本発明は上記実状に鑑み、製造プラント等のプラントの運転計画立案、すなわちプラントの設備機器の起動停止状態を低コスト化を図って決定し得るプラント運転計画立案方法およびそのプログラムの提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わるプラント運転計画立案方法は、プラントに対する需要データ値と当該プラントを構成する設備機器の運転コストと設備機器の設備性能とを用いて、最適化計算手段が各設備機器の起動停止を決定するプラント運転計画立案方法であって、最適化計算手段は、各設備機器の停止中、稼動状態継続、停止状態から稼動状態に移行を含む稼動状況に応じて各設備機器の運転コストの大きさを調整している。

第２の本発明に関わるプラント運転計画立案方法のプログラムは、プラントに対する需要データ値と当該プラントを構成する設備機器の運転コストと設備機器の設備性能とを用いて、各設備機器の起動停止を決定するプラント運転計画立案方法のプログラムであって、コンピュータに、各設備機器の停止中、稼動状態継続、停止状態から稼動状態に移行を含む稼動状況に応じて各設備機器の運転コストの大きさを調整させる手順を実行させている。

本発明によれば、プラントの設備機器の起動停止状態を低コスト化を図って決定し得る。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜概要＞
本発明の実施形態の製造プラント運転計画立案方法Ｐは、製造プラントなどの設備において、エネルギ需要データと、ユーティリティプラントの運転コストおよび設備機器性能を考慮し、ユーティリティプラントの供給能力が需要を上回りつつ、最小の運転コストとなるように当該設備機器の起動停止を決定し、製造プラントなどの設備の低コスト運転、すなわち省エネルギ運転を実現したものである。

＜＜全体構成＞＞
図１は、本発明に係わる実施形態の製造プラント運転計画立案方法Ｐを実現する構成を示す図である。
実施形態の製造プラント運転計画立案方法Ｐは、入力データである製造工程のエネルギ需要データ１０、運転コストデータ３０、および設備性能データ４０と、処理部である最適化計算手段２０および運転計画立案手段５０と、出力である運転計画データ６０とを用いて実現される。なお、製造プラント運転計画立案方法Ｐを実現するハードウェア構成は後記する。

＜エネルギ需要データ１０＞
図１に示す入力データのエネルギ需要データ１０は、製造プラントの製造工程の要求を記載したものであり、当日の需要または予測データ等が含まれる。エネルギとしては、例えば工場等で使用される電力、蓄熱槽で温水を作るため等に使用される蒸気等がある。
エネルギ需要データ１０には、単位時間毎のエネルギ需要量が記録される。
図２は、実施形態のエネルギ需要データ１０の一例を示した図である。
図２の１列目の２行目以降の時刻は、需要変化を取得する単位時間であり、例えば時間単位や日単位などがある。

図２の１行目に示す製造プラントのエネルギ需要項目、すなわち製造プラントの電力(需要)、蒸気(需要)、その他Ａ(需要)、その他Ｂ(需要)、その他Ｃ(需要)毎に、図２の1列目に示す時刻単位に、２行目以降に時系列順に各データが記載される。
図２においては、１時間間隔のエネルギ需要データ１０を記載した例を示している。
例えば、図２に示す時刻３のときの電力需要がｗ００３、蒸気需要がＦ００３である。その他、需要対象に応じて図２の列項目のエネルギ需要項目が追加される。なお、エネルギ需要データ１０は予測値の場合もある。

＜運転コストデータ３０＞
図１に示す入力データである運転コストデータ３０は、製造プラントの設備機器の運転に要するコストが記載される。設備機器毎に、運転コストとして、例えば、単位時間当りの費用が記録される。運転コストは、金額で表される数値データである。
図３は、実施形態の運転コストデータ３０の一例を示した図である。

製造プラントのユーティリティ設備機器毎、すなわち図３に示す１列目の設備機器ＩＤのＡ、Ｂ、Ｃ、…のそれぞれのユーティリティ設備機器毎に、運転に要するコスト(図３の２列目の２行目以降)を記載する。運転状態に応じて運転コストを更新する場合は、例えばその他の項目に記載のデータを用いて、更新する。例えば、設備機器ＩＤがＡの場合、定常運転時の運転コストが１時間当りｐ１を示し、その他ｑ１は、Ａを停止状態から起動する際にかかる起動コストを示している。設備機器ＩＤがＢ、Ｃ、…の場合も同様である。
例えば、設備機器Ｂが停止状態の場合、起動に要するコストとしては、その他に記載したｑ２であり、停止状態の設備機器Ｂの運転コストは、ｐ２＋ｑ２として設定する。

＜設備性能データ４０＞
図１に示す入力データである設備性能データ４０は、製造プラントの設備機器のもつエネルギ供給能力が記録される。例えば、単位時間当りに供給可能な発電量や蒸気発生量などであり、設備機器毎にもつ仕様である。
図４は、実施形態の設備性能データ４０の一例を示した図である。
製造プラントのユーティリティ設備機器毎に、供給可能な定格量をエネルギ項目毎に記載している。例えば、図４に示す設備機器ＩＤがＡの機器は、これ単体で単位時間当りに電力Ｅ１、蒸気Ｓ１を供給可能である。設備機器ＩＤがＢ、Ｃ、…の場合も同様である。

＜最適化計算手段２０＞
図１に示す処理部の最適化計算手段２０は、所定の制約条件を満たし、所定の目的関数を最適化する問題を解く機能を有する。
所定の制約条件とは、第１に、供給能力を超える供給は不可能であることから製造プラントの供給能力の範囲でエネルギを生産すること、第２に、エネルギ生産量はマイナスではあり得ないことからエネルギ生産量がゼロ以上であることである。
所定の目的関数とは、製造プラントの運転コストを表す数式や温暖化ガス排出量を表す数式などである。運転コストや温暖化ガス排出量を最適化、すなわち最小化することを目的とする。

また、設備の起動停止に関する運転計画を作成することから、例えば、設備の起動が「１」、設備の停止が「０」で表されるので、最適化計算手段２０では、整数計画問題を解く機能を具備し、設備機器の起動停止状態を決定する。この整数計画問題は様々な手法が提案されており、前記の非特許文献１にも記載がある。
本実施形態では、非特許文献１に記載される３５９頁から３９４頁に記載の「ナップサック問題」の求解法を用いる。

＜運転計画立案手段５０＞
図１に示す処理部の運転計画立案手段５０は、上記の最適化計算手段２０の出力値を運転計画データとして対応付ける機能を有する。最適化計算手段２０の出力結果は、設備機器の起動停止状態に対応した「１」か「０」のデータ、若しくはオン／オフデータである。
また、当該設備機器の状態に応じて、前記の運転コストデータ３０を更新する場合がある。

例えば、設備機器が停止状態の場合は、起動に要する起動コストを加えて運転コストデータ３０を大きな値に修正する。また、稼動している場合は、起動コストがかからないので、その状態を保つように運転コストを小さな値に修正する。停止に要するコストがかかる場合も同様に運転コストを小さく修正する。なお、起動コストが大きいのは、例えば、ボイラの場合、起動に際してホットスタンバイの空回しの状態をとるからである。
この構成により、運転中の設備機器は運転を継続し、停止中の設備機器は停止を継続するようにして、低コスト化、省エネルギ化が図れる。

＜運転計画データ６０＞
図１に示す運転計画データ６０は、上記の運転計画立案手段５０の出力値である。ただし、運転計画データ６０は、製造プラントの起動停止信号の場合もあり、両方とすることも可能である。本実施形態では、起動停止スケジュールの運転員向けに提示するデータとして、後記する。

＜＜ハードウェア構成＞＞
次に、実施形態の製造プラント運転計画立案方法Ｐを具体化するためのハードウェア構成について、図５を用いて説明する。
図５は、製造プラント運転計画立案方法Ｐを実現するハードウェアを示した概念図である。
実施形態の製造プラント運転計画立案方法Ｐは、コンピュータ１と該コンピュータ１の出力装置であるプリンタ２を用いて実現される。
コンピュータ１は、演算装置であるＣＰＵ(Central Processing Unit)３と、記憶装置である主記憶装置４およびＨＤＤ(Hard Disk Drive)等の補助記憶装置５とを有しており、これらはシステムバス６により接続されている。

補助記憶装置５には、エネルギ需要データ１０が記憶されるエネルギ需要データファイル１１と、運転コストデータ３０が記憶される運転コストデータベース３１と、設備性能データ４０が記憶される設備性能データベース４１とが格納されている。
エネルギ需要データファイル１１は、コンピュータ１の入力装置であるキーボード１ｋを用いて入力して作成してもよいし、他の例えば、表計算ソフトで作られたテキストデータファイルを使用してもよいし、その作成態様は限定されないことは勿論である。
また、補助記憶装置５には、図１に示す最適化計算手段２０を具現化するための最適化計算プログラム２１と運転計画立案手段５０を実現するための運転計画立案プログラム５１とが目的プログラムとして格納されるとともに、これらのアプリケーションプログラムが動作するためのＯＳ(Operating System)が格納されている。

図１に示す最適化計算手段２０、運転計画立案手段５０はそれぞれ、ＣＰＵ３が、補助記憶装置５に格納され対応する最適化計算プログラム２１、運転計画立案プログラム５１を主記憶装置４にロードし実行することにより、具現化される。
図１に示す製造プラント運転計画立案方法Ｐの出力である運転計画データ６０は、図５に示す出力装置のプリンタ２で印刷してもよいし、出力装置のディスプレイ１ｄに表示してもよいし、或いは、出力ファイルを作成し、ＣＤ(Compact Disc)、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)メモリ等の磁気記録媒体に記録してもよい。
また、作成した運転計画データ６０の出力ファイルを通信ネットワーク(図示せず)を介して、製造プラントの運転員の端末装置(図示せず)に送信することも可能である。

＜＜製造プラント運転計画立案方法Ｐの処理＞＞
次に、製造プラント運転計画立案方法Ｐの処理について、図６に従って説明する。
図６は、実施形態の製造プラント運転計画立案方法Ｐの処理の流れを示すフローチャートである。
製造プラント運転計画立案方法Ｐは、始めに、最適化計算手段２０(図１参照)がエネルギ需要データ１０をエネルギ需要データファイル１１から読み込む（図６のＳ１０）。
エネルギ需要データ１０は、図２に示すように、各対象エネルギの需要項目(図２の1行目２列以降)毎に所定の時間間隔で並んだ数値データ(図２の２行２列目以降参照)であり、以下の［表１］の書式をとる。

エネルギ需要データ１０(図２参照)は、前記したように、予測値の場合もある。この場合は、需要予測データがエネルギ需要データ１０となり、対応する時刻は未来の時刻が記載される。
同様に、最適化計算手段２０（図１参照）は、運転コストデータ３０(図３参照)を運転コストデータベース３１から読み込む（図６のＳ２０）。
図３に示す運転コストデータ３０は、前記したように、設備機器毎に運転にかかるコストを金額ベースで記載したものである。主に、燃料費、運転に要する人件費などから決定され、図３に示すように、以下の［表２］の書式をとる。

［表２］において、運転コストは、定常運転のコストであり、追加コストは、図３のその他に記載される起動コストなどが相当する。
続いて、最適化計算手段２０（図１参照）は、設備性能データ４０(図４参照)を設備性能データベース４１から読み込む（図６のＳ３０）。
図４に示す設備性能データ４０は、前記したように、各設備機器の生産能力やエネルギ供給能力を示すデータである。各設備機器毎にデータ定義をするが、例えば複数のエネルギ供給が可能な設備機器を考慮し、性能項目を複数設定する。例えば、エネルギ供給能力と定格値を併記した場合を［表３］に示す。

こうして、エネルギ需要データ１０、運転コストデータ３０、および設備性能データ４０を読み込んだ後、最適化計算手段２０において、整数計画問題を構築の上、後記する最適化計算を実行する（図６のＳ４０）。
本実施形態の整数計画問題は、非特許文献１の３５９頁に記載の通り、目的関数と制約条件から構成される。

［式１］ 目的関数：Σｃｊ×xj (i=1,...,m , j=1,...,n)
［式２］ 制約条件：Σaij×xj ≦ bi (i=1,...,m , j=1,...,n)
なお、変数ｊは運転計画の対象となる設備機器毎に設定され、変数iは需要項目毎に設定される。例えば、設備が１０台ある場合は、j=1,...,10である。また需要項目が電力と蒸気の場合、i=1,2となる。

図２に示すエネルギ需要データ１０の各需要量は、［式２］の変数biであり、図３に示す運転コストデータ３０は［式１］の変数cjであり、図４に示す設備性能データ４０は、［式２］の変数aijに対応する。
例えば、図４に示すように、設備機器Ｃの電力については、需要項目は１つ目のｉ＝１であり、設備機器Ｃの設備機器ＩＤが３つ目であるので、ｊ＝３であり、
［式３］ a13 = E3
となる。

また、変数xjは設備機器が運転しているか停止しているかを示す変数である。すなわち、運転または停止に対応して、０または１の整数値が対応する。
図６のＳ４０の最適化計算(詳細は後記)の後、この最適化計算結果を読み込む最適化計算結果読み込み処理が実行される（図６のＳ５０）。
この最適化計算結果読み込み処理は、図６のＳ４０の最適化計算結果である０または１の整数値を設備機器の状態が運転か停止に対応付けする。対応付けした結果に基づいて、設備機器の起動停止を制御するか、或いは運転計画を立案する。

続いて、図６のＳ４０の最適化計算結果に基づき、運転コストデータ３０を更新する（図６のＳ６０）。
図６のＳ６０では、設備機器が運転状態か停止状態かにより、運転コストデータ３０を修正する。例えば、停止状態の設備機器ｊについては、該当する通常の運転中の運転コストに、起動に要するコストを考慮する。以下に更新式を示す。運転コストデータ３０の変数ｃｊは

［式４］ ｃj ＝ ｃj ＋ （起動コスト）
例えば、図３に示すように、設備機器Ｂが停止状態の場合、起動に要するコストは、その他に記載のｑ２なので、停止状態の設備機器Ｂ全体の運転コストをｐ２＋ｑ２として設定する。
［式４］に従うと、設備機器Ｂは２つ目の設備機器なので、ｊは２であり
［式５］ c2 ＝ p2 ＋ q2
となる。

［式４］では起動コストを加算したが、［式１］の目的関数によっては減算の場合もある。
同様に、運転状態の設備機器ｊについては、定格運転中は燃料が少なくて済む場合を考慮し、運転コストを更新する場合もある。
［式６］ ｃj ＝ ｃj − （定格運転により減少する燃料コスト相当）
となる。

［式４］および［式６］は、次回の最適化計算実行（図６のＳ４０）に反映される。
続いて、運転計画作成（図６のＳ７０）は、最適化計算結果読み込み（図６のＳ５０）から運転計画を作成する。具体的には、時刻毎に設備機器の起動停止パターンを出力する。出力する形式としては、表形式、ガントチャートなどがある。
最終的に、図６のＳ７０までで得た結果を書き出す等して出力する（図６のＳ８０）。なお、設備機器の制御信号として出力する場合もある。
以上の計算を、エネルギ需要データ１０が入力される度か、または、定周期で実行する。
定周期とは、エネルギ需要データ１０(図２参照)に記載の時刻間隔に従う場合、或いは時刻間隔の整数倍の間隔で実行する場合がある。
例えば、時刻データ１０が１時間間隔の場合、［表４］のようになる。

計算実行間隔は１時間毎、あるいはその整数倍である１日の２４時間毎となる。
図２に示す（需要項目）の各需要値のエネルギ需要データ１０を、［式２］の制約条件の右辺のbiの導出に用いる。

＜＜最適化計算手段２０＞＞
次に、最適化計算手段２０における演算について詳述する。
図７は、実施形態の製造プラント運転計画立案方法Ｐにおける最適化計算手段２０を示した図である。
本実施形態では、整数計画問題の解法として、前記した非特許文献１のナップサック問題を適用する。

まず、図７に示すように、稼動状態の設備機器グループ２００と停止状態の設備機器グループ２１０が与えられる。
これは、前記［式１］および［式２］の変数ｘjの値に対応する。すなわち、変数xjが０または１何れかの運転状態を示す値の場合は、機器ｊは稼動状態の設備機器グループ２００内にあり、変数xjが０または１何れかの停止状態を示す値の場合は、機器ｊは停止状態の設備機器グループ２１０内にある。

例えば、ｘｊとして運転状態が１をとる場合には停止状態は０とし、その反対に運転状態が０をとる場合、停止状態は１とする。
次に、整数計画問題求解処理手段２５０にて、前記の［式１］と［式２］を解く。
［式１］ 目的関数：Σｃｊ×xj (i=1,...,m , j=1,...,n)
［式２］ 制約条件：Σaij×xj ＜＝ bi (i=1,...,m , j=1,...,n)
目的関数の最適化については、最大化または最小化とするが、本実施形態では、非特許文献１の３６０頁の記載に従い最大化をとる。すなわち、
［式７］ 目的関数：Σｃｊ×xj → 最大化 (i=1,...,m , j=1,...,n)
とする。

そのため、本実施形態では、停止状態の設備機器グループ２１０に大きな運転コストがかかる、すなわちコスト効率の悪い設備機器を含め、全設備機器の運転コストの合計を最小化することができるか、その組み合せを求める。
次に、［式２］の右辺のbi(需要量)については、停止状態の設備機器による供給量と、図２に示すエネルギ需要データ１０の需要量との合計が、設備機器の最大供給能力を超えないようにする。何故なら、全設備機器の供給量は、エネルギ需要データ１０の需要量をまかなう稼動中の設備機器の供給量と停止状態の設備機器の供給量との和であり、エネルギ需要データ１０の需要量をまかなう稼動中の設備機器の供給量は、エネルギ需要データ１０の需要量以上の関係にあるからである。

従って、
（停止状態の機器能力）＋（需要量） ＜＝ （全機器最大能力）
であり、
（停止状態の機器能力） ＜＝ （全機器最大能力）―（需要量）
となるので、
［式８］ bi ＜＝ （全機器最大能力） ― （需要量i）
である。

［式７］および［式８］により、停止させる設備機器の運転コストを最大化する問題を解くことで、エネルギ需要をまかなう製造プラントの全設備機器の運転コストの最小化を満たすこととする。［式８］の如く制約条件をかけることで、前記の図２に示すエネルギ需要データ１０に記載の需要データを下回らないように、停止する設備機器に制約を満たした解を導出する。

＜解法＞
［式２］および［式８］より、
［式９］ Σaij×xj ＜＝ bi ＜＝ （全機器最大能力） ― （需要量i）
を得る。
非特許文献１の３６０頁の(１３．３)式を用いて、まず、電力(ｉ＝１)について、下記の［式１０］の関係になるように、添字jの順序を並べ替える。
［式１０］ｃ1／ａ11 ＞＝ ｃ2／ａ12 ＞＝ ｃ3／ａ13 ＞＝ ｃ4／ａ14 ＞＝ …
なお、前記したように、ｃjは、各設備機器(j＝１、２、…)の運転コスト(図３参照)であり、aijは、各設備機器(j＝１、２、…)の設備性能(i＝１(電力))(図４参照)である。

［式１０］の順、すなわち、運転コストがかかる、すなわちコスト効率の悪い各設備機器の順(j＝１、２、…)に［式８］のΣaij×xjの演算を行い、電力に関して、［式９］の制約条件を満たし、かつ、［式７］を最大化、すなわち、停止した設備機器の総コストが最大となる停止状態の設備機器グループ２１０をナップサック法により求める。
続いて、蒸気(ｉ＝２)について、［式１１］のように、添字jの順序を並べ替える。
［式１１］ｃ1／ａ21 ＞＝ ｃ2／ａ22 ＞＝ ｃ3／ａ23 ＞＝ ｃ4／ａ24 ＞＝ …
なお、前記したように、ｃjは、各設備機器(j＝１、２、…)のコスト(図３参照)であり、aijは、各設備機器(j＝１、２、…)の設備性能(i＝２(蒸気))(図４参照)である。

［式１１］の順、すなわち、運転コストがかかる、すなわちコスト効率の悪い設備機器の順(j＝１、２、…)に［式８］のΣaij×xjの演算を行い、蒸気に関して、［式９］の制約条件を満たし、かつ、［式７］を最大化、すなわち、停止した設備機器の総コストが最大となる停止状態の設備機器グループ２１０をナップサック法により求める。
この蒸気に関しての計算結果により、電力に関しての停止状態の設備機器グループ２１０に入った設備機器で、蒸気に関しての稼動状態の設備機器グループ２００に入った設備機器があれば、最終的に稼動状態とする。これが、設備機器の制約を満たした解となる。

以上、エネルギが電力および蒸気の場合を説明したが、エネルギが３以上の場合も同様に、各エネルギ項目で、それまでのエネルギ項目の計算で未稼動状態の設備機器で、本エネルギ項目の計算で稼動状態にすべき設備機器が現れた場合には、稼動状態にするという解法で解くことができる。
なお、上記解法は一例を示したものであり、これ以外の解法を適用してもよく、この解法に限定されない。

このように、最適化計算を実行した結果、図７に示すように、設備機器Ａが停止、設備機器Ｂが稼動、設備機器Ｃが稼動を継続する結果となった場合、すなわち、
設備機器Ａ ： 稼動状態 → 停止状態
設備機器Ｂ ： 停止状態 → 起動状態
設備機器Ｃ ： 稼動状態継続
の場合、運転コストデータは以下のように更新する。

設備機器Ａは、稼動状態から停止状態となるので、運転コスト変数c1は、通常の運転コストp1に起動コストq1が加算され(図３参照)、運転コスト変数c1は、下式のようになる。
c1 ＝ p1 ＋ q1
設備機器Ｂは、停止状態から起動状態となるので、運転コスト変数c2は、通常の運転コストから燃料節約コストr2が減算され、運転コスト変数c2は、下式のようになる。
c2 ＝ p2 ― r2
なお、ｒ2は機器Ｂが稼動状態を継続したことによる燃料節約コストを示すものである。

設備機器Ｃは、稼動状態を継続するので、運転コスト変数c3は、通常の運転コストp3であり、下式のようになる。
c3 ＝ p3
このように、運転コスト変数cjを更新することにより、運転中の設備機器は、出来るだけ運転を継続し、停止中の設備機器は、できるだけ停止を継続することにより、起動コストを削減したり、燃料節約コストを生み出したりして、製造プラントの運転における低コスト化を図ることができる。

＜計算結果＞
図８は、実施形態の製造プラント運転計画立案方法Ｐを用いた場合の計算例を示した図である。図８(ａ)は、発電量の計算例を示した図であり、横軸に経過の時刻(ｈ)をとり、縦軸に発電量(ｋＷｈ)をとっている。図８(ｂ)は、蒸気発生量の計算例を示した図であり、横軸に経過の時刻(ｈ)をとり、縦軸に蒸気発生量(ｋＷｈ)をとっている。
図８(ａ)、図８(ｂ)は、電力と蒸気の需要変化をもとに、設備機器５台（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）の起動停止を計算している。この例では、需要変化の単位時間は、１時間(図８の横軸に示す)である。
図８(ａ)、(ｂ)に示す計算結果より、全ての時刻において供給能力は需要を上回っているか同等である。すなわち、全ての時刻において、供給能力が需要を下回ることはない。

図８(ａ)に発電量の供給が過剰な時間帯もあるが、これは蒸気需要の立ち上がりが大きい時間帯(図８(ｂ)参照)であり、蒸気需要を確保する結果、発電量も多く供給した結果となっている。このように、複数の制約条件を同時に考慮しているので、特定のエネルギが需要を下回ることが回避できる。
図９は、本実施形態を適用した結果、得られた製造プラントの運転計画をガントチャートで示した図である。
５台の設備機器の起動停止スケジュールを表示することで、ユーティリティ設備の運転計画を製造プラントの運転員に提示することが可能となる。

＜＜まとめ＞＞
本実施形態は、製造プラントからユーティリティプラントに対するエネルギ需要データ１０(図２参照)と、ユーティリティプラントの運転コストデータ３０(図３参照)および設備機器性能データ４０(図４参照)を考慮し、ユーティリティプラントの供給能力が需要を上回りつつ、最小の運転コストとなるように、設備機器の起動停止を決定し、得られた結果から運転計画を立案する。起動停止決定のための計算方法は、エネルギ需要データ１０の更新頻度より、前記の如く、高速に解ける方法を用いる。

＜作用効果＞
本実施形態の製造プラントの運転計画立案方法によれば、製造プラントからユーティリティプラントに対するエネルギ需要と、ユーティリティプラントの運転コストおよび設備機器性能(能力)を考慮し、ユーティリティプラントの供給能力が需要を上回りつつ(需要が供給能力を上回ることがなく)、最小の運転コストとなるように、当該設備機器の起動停止を決定し、得られた結果から運転計画を立案するので、省エネルギ運転でありつつ、製造工程に対してエネルギの安定供給が可能となる。

また、起動停止決定のための計算方法は、エネルギ需要データ１０の更新頻度より、前記した高速に解ける方法を用いるので、エネルギ需要データ１０が急遽変更されても、直ちに運転計画変更に対応可能となる。例えば、従来、数１０分かかった計算時間が、本実施形態では、数分以内で計算を完了することができる。
なお、実施形態の図８、図９では、エネルギ項目として電力、蒸気を例示して説明したが、本発明は製造プラントに限定されるものではなく、多くの製造プロセスに幅広く適用可能である。
また、省エネ監視や需要予測にも適用可能であり、たとえば二酸化炭素量の制約条件を考慮することも可能である。

本発明に係わる実施形態の製造プラント運転計画立案方法を実現する構成を示す図である。 実施形態のエネルギ需要データの一例を示した図である。 実施形態の運転コストデータの一例を示した図である。 実施形態の設備性能データの一例を示した図である。 実施形態の製造プラントの運転計画立案方法を実現するハードウェアを示した概念図である。 実施形態の製造プラント運転計画立案方法の処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態の製造プラント運転計画立案方法における最適化計算手段を示した図である。 (ａ)は、実施形態の製造プラント運転計画立案方法を用いた発電量の計算例を示した図であり、(ｂ)は、実施形態の製造プラント運転計画立案方法を用いた蒸気発生量の計算例を示した図である。 実施形態の製造プラントの運転計画をガントチャートで示した図である。

符号の説明

１ コンピュータ
１０ エネルギ需要データ(需要データ値)
２０ 最適化計算手段
２１ 最適化計算プログラム(プログラム)
３０ 運転コストデータ(運転コスト)
４０ 設備性能データ(設備性能)
５１ 運転計画立案プログラム(プログラム)
６０ 運転計画データ
Cj 運転コスト
Ｐ 製造プラント運転計画立案方法(プラント運転計画立案方法)
q1 起動コスト
r2 燃料節約コスト(燃料低減値)

Claims (12)

1. プラントに対する需要データ値と当該プラントを構成する設備機器の運転コストと前記設備機器の設備性能とを用いて、最適化計算手段が前記各設備機器の起動停止を決定するプラント運転計画立案方法であって、
   前記最適化計算手段は、前記各設備機器の停止中、稼動状態継続、停止状態から稼動状態に移行を含む稼動状況に応じて前記各設備機器の運転コストの大きさを調整する
   ことを特徴とするプラント運転計画立案方法。
2. 前記プラントの設備機器の起動停止を、当該プラントの供給能力が当該プラントに対する需要データ値の大きさを下回らないように決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
3. 前記プラントの設備機器の起動停止を、当該プラントに対する需要データ値の大きさと前記全設備機器の供給能力との差を制約条件とし、前記設備機器の運転コストを最小化し決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
4. 前記プラントの設備機器の起動停止を、当該プラントに対する需要データ値の大きさと前記全設備機器の供給能力との差を制約条件とし、前記設備機器の運転コストを最小化する整数計画問題を解くことで決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
5. 前記プラントの設備機器の起動停止を、当該プラントに対する需要データ値の大きさと前記全設備機器の供給能力との差を制約条件とし、前記設備機器の運転コストを最小化する整数計画問題をナップサック問題に帰着させて解くことで決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
6. 前記制約条件は、停止状態の前記設備機器の供給能力が前記全設備機器の供給能力からの当該プラントに対する需要データ値の大きさの差以下である
   ことを特徴とする請求項３から請求項５のうちの何れか一項に記載のプラント運転計画立案方法。
7. 前記プラントの設備機器が起動状態もしくは停止状態かで該設備機器の運転コストを調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
8. 前記プラントの設備機器が停止状態の場合、該設備機器の運転コストを該設備機器の通常運転の運転コストに当該設備を起動するのに要する起動コストを加算し決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
9. 前記プラントの設備機器が起動状態の場合、該設備機器の運転状態が継続することによる燃料低減値をもって該設備機器の運転コストを調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
10. 前記プラントの設備機器の起動停止を決定した結果を、ガントチャートで表示する
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
11. 前記プラントの設備機器の起動停止を、当該プラントに対する需要データ値の大きさを制約条件とし、当該設備機器の運転コストを最小化するナップサック問題を解くことで決定する
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転計画立案方法。
12. 請求項１から請求項１１のうちの何れか一項に記載のプラント運転計画立案方法を
    コンピュータに実行させるためのプログラム。

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