JP2016126453A - エネルギーシステムの最適運用計画立案装置及び方法、プログラム並びに記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に比較して運用コストの低減を実現しつつ、エネルギー需要が推定値からずれた場合にも対応できる実現性の高い運用計画を立案できる。
【解決手段】最適運用計画立案装置は、エネルギー需要量の推測値及び各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、当該エネルギーシステムの運用コストが最小となりかつ所定の時間的な連続性を有するように、各エネルギー機器の起動及び停止の計画を含む最適な発停計画を作成し、最適な発停計画、エネルギー需要量の推測値及び各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、運用コストが最小となるように、各エネルギー機器の出力配分を導出し、導出された各エネルギー機器の出力配分に基づいて各エネルギー機器の運用計画を作成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、エネルギーシステムの最適運用計画立案装置及び方法、プログラム並びに記録媒体に関し、特に、コンピュータを利用して、複数のエネルギー機器を備えたエネルギーシステムの最適運用計画を立案するエネルギーシステムの最適運用計画立案装置及び方法、コンピュータにより実行可能なプログラム並びにそのプログラムを記録したコンピュータにより読取可能な記録媒体に関する。

従来技術に係る運用最適化手法は、エネルギー機器の発停タイミングと燃料注入量(出力配分)を決定変数として、任意の制約条件のもとで任意の最適化手法によりエネルギー需要量の推測値に対して、運用コストが最小となる運用計画を立案している。

例えば特許文献１では、複合エネルギーシステムにおいて燃料コストを抑制し且つエネルギーの需要変動への追従性を向上した安全性の高い運転を可能にするために、最適制御装置は以下の構成を有している。最適制御装置は、各機器から需要設備に供給されるエネルギーを需要設備のエネルギー需要データとして収集する需要データ収集部と、過去のエネルギー需要データからエネルギー需要の変化速度を算出する需要変化速度算出部と、複数の機器のそれぞれの出力配分に対する複数のエネルギー機器の総燃料消費量を評価する評価関数を生成する評価関数生成部と、需要変化速度算出部により算出した需要の変化速度及び各エネルギー機器の出力変化速度に基づいて、評価関数を重み付けするための補正係数を算出する評価関数補正部と、評価関数生成部により生成した評価関数において、上記燃料消費量が最小となるように各機器の出力配分を最適化する最適化演算部とを備える。

特開２００１−１２８１３９号公報

しかしながら、エネルギー機器の発停時間などの時間的な制約を加味した実現性の高い最適化までは行われていない。また、これらを加味して最適化する場合には決定変数が多くなり、計算に非常に時間がかかってしまう。

さらに、エネルギー需要量の推測値が実際の値と異なっていた場合、起動中のエネルギー機器の出力合計が不足であれば対応不能となり制約条件を満たせなくなる危険性がある。これに対し、運用計画を求める際の制約条件を厳しくする事で安全率を高めることができるが、制約が厳しすぎると実行可能な解が得られない場合があり、入力条件が変わっても実用的な解を安定して得られるかは制約条件の調整に依存するという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して運用コストの低減を実現しつつ、エネルギー需要が推定値からずれた場合にも対応できる実現性の高い運用計画を立案できるエネルギーシステムの最適運用計画立案装置及び方法、プログラム並びに記録媒体を提供することにある。

第１の発明に係るエネルギーシステムの最適運用計画立案装置は、複数のエネルギー機器を備えたエネルギーシステムの最適な運用計画を立案する制御手段を備えた最適運用計画立案装置であって、
上記制御手段は、
エネルギー需要量の推測値及び上記各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、当該エネルギーシステムの運用コストが最小となりかつ所定の時間的な連続性を有するように、上記各エネルギー機器の起動及び停止の計画を含む最適な発停計画を作成し、
上記最適な発停計画、上記エネルギー需要量の推測値及び上記各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、運用コストが最小となるように、上記各エネルギー機器の出力配分を導出し、
上記導出された各エネルギー機器の出力配分に基づいて上記各エネルギー機器の運用計画を作成することを特徴とする。

上記エネルギーシステムの最適運用計画立案装置において、上記制御手段はさらに、
上記作成された各エネルギー機器の運用計画に基づいて、上記各エネルギー機器を制御して運用することを特徴とする。

また、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案装置において、上記制御手段は、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するときに、上記エネルギー需要量の推測値に対して所定の変動幅を加えてなる上限値を用いて最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする。

さらに、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案装置において、上記制御手段は、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するときに、上記各エネルギー機器の出力配分に関しては均等負荷率配分として最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする。

またさらに、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案装置において、上記制御手段は、上記各エネルギー機器の出力配分を導出するときに、上記各エネルギー機器の出力変動量に関してペナルティ関数を与えて最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする。

また、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案装置において、上記制御手段は、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するとき、並びに上記各エネルギー機器の出力配分を導出するときに、上記各エネルギー機器の性能データに従って与えられた制約条件のもとで最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする。

さらに、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案装置において、上記制約条件は、
（１）上記各エネルギー機器の電力又は蒸気流量の積算が顧客の需要を満足することと、
（２）上記各エネルギー機器の出力変動率がしきい値以下であることと、
（３）上記各エネルギー機器の負荷率は各エネルギー機器の上下限の範囲を満足することと、
（４）上記各エネルギー機器は、機器の起動に必要な時間を経過するまで電力と蒸気流量を発生できないことと、
（５）上記各エネルギー機器は、前回停止からの経過時間が機器毎に設定された時間を経過するまで再起動できないこと
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。

第２の発明に係るエネルギーシステムの最適運用計画立案方法は、複数のエネルギー機器を備えたエネルギーシステムの最適な運用計画を立案する制御手段を備えた最適運用計画立案方法であって、
上記制御手段が、
エネルギー需要量の推測値及び上記各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、当該エネルギーシステムの運用コストが最小となりかつ所定の時間的な連続性を有するように、上記各エネルギー機器の起動及び停止の計画を含む最適な発停計画を作成し、
上記最適な発停計画、上記エネルギー需要量の推測値及び上記各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、運用コストが最小となるように、上記各エネルギー機器の出力配分を導出し、
上記導出された各エネルギー機器の出力配分に基づいて上記各エネルギー機器の運用計画を作成することを特徴とする。

上記エネルギーシステムの最適運用計画立案方法において、上記制御手段がさらに、
上記作成された各エネルギー機器の運用計画に基づいて、上記各エネルギー機器を制御して運用することを特徴とする。

また、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案方法において、上記制御手段が、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するときに、上記エネルギー需要量の推測値に対して所定の変動幅を加えてなる上限値を用いて最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする。

さらに、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案方法において、上記制御手段が、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するときに、上記各エネルギー機器の出力配分に関しては均等負荷率配分として最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする。

またさらに、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案方法において、上記制御手段が、上記各エネルギー機器の出力配分を導出するときに、上記各エネルギー機器の出力変動量に関してペナルティ関数を与えて最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする。

また、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案方法において、上記制御手段が、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するとき、並びに上記各エネルギー機器の出力配分を導出するときに、上記各エネルギー機器の性能データに従って与えられた制約条件のもとで最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする。

さらに、上記エネルギーシステムの最適運用計画立案方法において、上記制約条件は、
（１）上記各エネルギー機器の電力又は蒸気流量の積算が顧客の需要を満足することと、
（２）上記各エネルギー機器の出力変動率がしきい値以下であることと、
（３）上記各エネルギー機器の負荷率は各エネルギー機器の上下限の範囲を満足することと、
（４）上記各エネルギー機器は、機器の起動に必要な時間を経過するまで電力と蒸気流量を発生できないことと、
（５）上記各エネルギー機器は、前回停止からの経過時間が機器毎に設定された時間を経過するまで再起動できないこと
のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。

第３の発明に係る、コンピュータにより実行可能なプログラムは、上記最適運用計画立案方法の各ステップを含むことを特徴とする。

第４の発明に係る、コンピュータにより読取可能な記録媒体は、上記プログラムを格納することを特徴とする。

従って、本発明によれば、運用コストの低減を実現しつつ、エネルギー需要が推定値からずれた場合にも対応できる実現性の高い運用計画を立案できる。また、エネルギー機器の発停タイミングの決定とエネルギー機器の出力配分の決定に問題を分離し、目的に応じた最適化をするため、発停タイミングと出力配分を一括最適化する手法と比べて、実用的な解を得るための制約条件の調整が容易となる。さらに、エネルギー機器のうち運転する機器が確定した状態で出力配分を最適化するため、発停タイミングと出力配分を一括最適化する手法と比べて、計算負荷を少なくすることができ、時間的な連続性を加味して全体最適化した運用計画を実用的な計算時間内で求めることができる。

本発明の一実施形態に係る分散エネルギーシステムの構成例を示すブロック図である。 図１のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０の構成を示すブロック図である。 図２のハードディスクメモリ２３の構成を示すブロック図である。 図２のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０によって実行される最適運用計画立案処理（メインルーチン）を示すフローチャートである。 図４のサブルーチンである発停タイミング最適化処理（Ｓ２）を示すフローチャートである。 図４のサブルーチンである出力配分最適化処理（Ｓ３）を示すフローチャートである。 図２のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０による発停タイミング最適化処理の概要を示す概略図である。 図２のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０による出力配分最適化処理の概要を示す概略図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

図１は本発明の一実施形態に係る分散エネルギーシステムの構成例を示すブロック図である。図１において、分散エネルギーシステムは、
（１）所定の燃料により動作して電力を発生しかつ排熱回収ボイラ６１，６２から蒸気を発生する複数のガスタービン５１，５２と、
（２）所定の燃料により動作して電力を発生する複数のガスエンジン５３，５４と、
（３）所定の燃料により動作して蒸気を発生するボイラ５５と、
（４）例えば排熱回収ボイラ６１からの蒸気により動作して電力を発生する蒸気タービン５６と
を含むエネルギー機器５１〜５６と、
（５）エネルギー機器５１〜５６及び外部電力系統からの電力又は蒸気を需要するエネルギー需要設備である工場５０と、
（６）当該分散エネルギーシステムのエネルギー需要量の推定値に基づいて、各エネルギー機器５１〜５６のための最適運用計画を立案してそれらの発停（起動及び停止）を制御する最適運用計画立案装置１０と、
を備えて構成される。

本実施形態では、外部電力系統と接続されているコージェネレーションシステムを想定したため、電力と熱（蒸気）を同時に扱っており、外部電力系統から買電及び売電をすることもできるが、電力あるいは蒸気のみを供給するシステムや、外部電力系統と接続されていないシステムを対象としてもよい。

図２は図１のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０の構成を示すブロック図である。図１のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０は例えばディジタル計算機にてなり、図４〜図６の最適運用計画立案処理の処理プログラムを実行することにより、図３のエネルギー需要量テーブル２３ｂのエネルギー需要量の推定値及び各エネルギー機器５１〜５６の性能データに基づいて、各エネルギー機器５１〜５６の最適な発停計画タイミングを決定し、最適な発停計画タイミング、エネルギー需要量の推定値及び各エネルギー機器の性能データに基づいて各エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２の最適な出力配分を決定し、さらに各エネルギー機器５１〜５６の運用計画を立案決定し、当該運用計画に基づいて各エネルギー機器５１〜５６の起動及び停止を制御することを特徴としている。

以下、本実施形態に係るエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０の構成及び処理について詳述する。

図１において、エネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０のドライブ装置インターフェース３５ｂを介して、例えばハードディスクメモリであり生産計画テーブル及びエネルギー消費パターンテーブルの情報を予め格納して提供する外部記憶装置４６に接続され、エネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０は、外部記憶装置４６にアクセスすることにより、当該情報を取得してハードディスクメモリ２３に格納してもよい。

図１において、エネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０は、
（ａ）当該エネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０の動作及び処理を演算及び制御するコンピュータのＣＰＵ（中央演算処理装置）２０と、
（ｂ）オペレーションプログラムなどの基本プログラム及びそれを実行するために必要なデータを格納するＲＯＭ（読み出し専用メモリ）２１と、
（ｃ）ＣＰＵ２０のワーキングメモリとして動作し、当該最適運用計画立案処理で必要なパラメータやデータを一時的に格納するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２２と、
（ｄ）当該最適運用計画立案処理において用いる各種テーブルのデータ（図３参照。）を格納するためのハードディスクメモリ２３と、
（ｅ）例えばハードディスクメモリで構成され、ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置４５を用いて読み込んだ、図４〜図６の最適運用計画立案処理の処理プログラム（これらのプログラムはコンピュータにより実行可能なプログラムである。）を格納するプログラムメモリ２４と、
（ｆ）所定のデータや指示コマンドを入力するためのキーボード４１に接続され、キーボード４１から入力されたデータや指示コマンドを受信して所定の信号変換などのインターフェース処理を行ってＣＰＵ２０に伝送するキーボードインターフェース３１と、
（ｇ）ＣＲＴディスプレイ４３上で指示コマンドを入力するためのマウス４２に接続され、マウス４２から入力されたデータや指示コマンドを受信して所定の信号変換などのインターフェース処理を行ってＣＰＵ２０に伝送するマウスインターフェース３２と、
（ｈ）ＣＰＵ２０によって処理されたデータや設定指示画面、生成された最適運用計画のデータなどを表示するＣＲＴディスプレイ４３に接続され、表示すべき画像データをＣＲＴディスプレイ４３用の画像信号に変換してＣＲＴディスプレイ４３に出力して表示するディスプレイインターフェース３３と、
（ｉ）ＣＰＵ２０によって処理されたデータ及び所定の生成された最適運用計画のデータなどを印字するプリンタ４４に接続され、印字すべき印字データの所定の信号変換などを行ってプリンタ４４に出力して印字するプリンタインターフェース３４と、
（ｊ）図４〜図６の最適運用計画立案処理の処理プログラムが記憶されたＣＤ−ＲＯＭ４５ａから当該プログラムのプログラムデータを読み出すＣＤ−ＲＯＭドライブ装置４５に接続され、読み出された画像処理プログラムのプログラムデータを所定の信号変換などを行ってプログラムメモリ２４に転送するドライブ装置インターフェース３５ａと、
（ｋ）例えばエネルギー需要量の推定値データ及び各エネルギー機器５１〜５６の性能データ（発電量、蒸気量、燃料消費量などの情報を含む）を記憶する、例えばハードディスクメモリなどの外部記憶装置４６に接続され、読み出されたデータを所定の信号変換などを行ってＣＰＵ２０又はハードディスクメモリ２３に転送するドライブ装置インターフェース３５ｂと、
（ｌ）各エネルギー機器５１〜５６に接続され、それらの起動及び停止を制御する機器インターフェース３６と、
を備える。
これらの回路２０〜２４、３１〜３４、３５ａ及び３５ｂ、３６はバス３０を介して接続される。

図３は図１のハードディスクメモリ２３の構成を示すブロック図である。図３において、ハードディスクメモリ２３は以下のデータファイルを格納するデータメモリ２３ａを含む。
（ａ）エネルギー需要量テーブル２３ｂ：例えば電力需要量、熱需要量についての、例えば１時間などの単位時間毎のエネルギー需要量の推定値のデータを格納するテーブルである。
（ｂ）エネルギー機器の性能データテーブル２３ｃ：各エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２毎に例えば発電量、蒸気量、燃料消費量などの性能データを格納するテーブルである。
（ｃ）エネルギー機器の発停計画テーブル２３ｄ：各エネルギー機器５１〜５６毎に例えば１時間などの単位時間で起動又は停止する運用計画を格納するテーブルである。
（ｄ）エネルギー機器の出力配分テーブル２３ｅ：各エネルギー機器５１〜５６毎に例えば１時間などの単位時間での動作時の出力配分を格納するテーブルである。
（ｅ）エネルギー機器の運用計画テーブル２３ｆ：例えば電力需要量、熱需要量についての、例えば１時間などの単位時間毎の各エネルギー機器５１〜５６毎の運用計画を格納するテーブルである。

本実施形態に係る最適運用計画立案装置１０においては、運用可能なエネルギー機器５１〜５６，６１〜６２の構成とエネルギー需要量の推測値が与えられたとき、任意の期間ａ〜ｂにおける運用コストは燃料コストと電力コストの積算値にて記述される。本実施形態では時間的な連続性を加味して全体最適化するため、燃料コストに負荷率変動率に対するペナルティ値を加えている。そして、次式の評価関数Ｊを最小にする発停状態及び出力配分を求める問題を考える。

ここで、各パラメータは以下のように定義される。

Ｆ_ｔ：時刻ｔの分散エネルギーシステム全体の燃料コスト；
Ｅ_ｔ：時刻ｔの外部電力系統からの電力コスト；
Ｐ_ｉｔ：エネルギー機器ｉの時刻ｔのペナルティ値；
Ａ_ｔ：時刻ｔの燃料価格；
Ｇ_ｉｔ：エネルギー機器ｉの時刻ｔの燃料消費量；
ｆ_Ｇｉ：エネルギー機器ｉの負荷率に対する燃料消費量関数；
Ｒ_ｉｔ：エネルギー機器ｉの時刻ｔの負荷率；
Ｂ_ｔ：時刻ｔの電力価格；
Ｅ_Ｂｔ：時刻ｔの外部電力系統からの購入電力；
ｆ_Ｐｉ：エネルギー機器ｉの負荷率変動率に対するペナルティ関数；

：エネルギー機器ｉの時刻ｔの負荷率変動率。

また、制約条件については、以下のように、エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２毎の特性に従って設定する。
（１）各エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２の電力又は蒸気流量の積算が顧客の需要を満足すること。
（２）各エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２の出力変動率がしきい値以下であること。
（３）各エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２の負荷率は各エネルギー機器の上下限の範囲を満足すること。
（４）各エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２は、機器の起動に必要な時間を経過するまで電力と蒸気流量を発生できないこと。
（５）各エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２は、前回停止からの経過時間が機器毎に設定された時間を経過するまで再起動できないこと。

各エネルギー機器５１〜５６，６１〜６２の制約条件は以下の通りである。
＜制約条件＞
（１）電力負荷の制約条件

ここで、各パラメータは以下のように定義される。

Ｄ_Ｗｔ：時刻ｔの電力需要量；
Ｗ_ｉｔ：エネルギー機器ｉの時刻ｔの電力；
Ｅ_Ｂｔ：時刻ｔの外部電力系統からの購入電力；
Ｅ_{Ｂｔ＿Ｍａｘ}：時刻ｔの外部電力系統からの購入電力の上限値；
ｆ_Ｗｉ：エネルギー機器ｉの負荷率に対する発生電力関数（ただし、起動時間中は０である）；
Ｒ_ｉｔ：エネルギー機器ｉの時刻ｔの負荷率；

：エネルギー機器ｉの時刻ｔの電力変動率；
ｄＷ_{ｉ＿ｖａｒ}：エネルギー機器ｉの電力変動率しきい値；
Ｗ_{ｉ＿Ｒａｔｉｎｇ}：エネルギー機器ｉの電力定格値；
Ｒ_{ｔ＿ｍｉｎ}：エネルギー機器ｉの負荷率下限値；
Ｒ_{ｉ＿ｍａｘ}：エネルギー機器ｉの負荷率上限値。

（２）熱負荷の制約条件

ここで、各パラメータは以下のように定義される。

Ｄ_Ｓｔ：時刻ｔの蒸気需要量；
Ｓ_ｉｔ：エネルギー機器ｉの時刻ｔの蒸気流量；

：エネルギー機器ｉの時刻ｔの蒸気変動率；
ｄＳ_{ｉ＿ｖａｒ}：エネルギー機器ｉの蒸気変動率しきい値；
ｆ_Ｓｉ：エネルギー機器ｉの負荷率に対する発生蒸気流量関数（ただし、起動時間中は０である）。

図４は図２のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０によって実行される最適運用計画立案処理（メインルーチン）を示すフローチャートである。

当該最適運用計画立案処理は、時間的な連続性を加味して全体最適化することを目的として、発停タイミングの最適化と運転中の機器の出力配分の最適化を分離することを特徴とする。例えば、発停タイミングの最適化ではロバスト性の確保、出力配分の最適化には運用コストの低減を主目的として最適化することができる。そのため、エネルギー需要量の推測値の処理や制約条件を目的に応じて変えてもよい。また、実際のエネルギー需要が推測値と異なっていた場合には、実測値からエネルギー需要の推定値を補正し、出力配分に関して再度最適化することで運用計画を修正すればよい。なお、最適化処理のための最適化アルゴリズムとしては、例えばＰＳＯ（Particle Swarm Optimization）や遺伝的アルゴリズム、ニューラルネットワークなどの多変量最適化アルゴリズム等一般的なメタヒューリスティクスな手法を用いることができる。

図４のステップＳ１において、エネルギー需要量テーブル２３ｂからエネルギー需要量の推定値を取得する。次いで、ステップＳ２において、取得されたエネルギー需要量の推定値に基づいて、エネルギー機器の性能データテーブル２３ｃの性能データを参照して「エネルギー機器の発停タイミング最適化処理（図５）」を実行することで各エネルギー機器の最適な発停計画を決定してエネルギー機器の発停計画テーブル２３ｄに格納する。さらに、ステップＳ３において、決定された最適な発停計画と、エネルギー需要量の推定値とに基づいて、エネルギー機器の性能データテーブル２３ｃの性能データを参照して各エネルギー機器の出力配分を最適化する「エネルギー機器の出力配分最適化処理（図６）」を実行することで各エネルギー機器の最適な出力配分を決定してエネルギー機器の出力配分テーブル２３ｅに格納する。そして、ステップＳ４では、各エネルギー機器の最適な出力配分に基づいて各エネルギー機器の運用計画を立案してエネルギー機器の運用計画テーブル２３ｆに格納する。さらに、ステップＳ５において、立案された運用計画に基づいてエネルギー機器を起動又は停止するように制御運用して実際のエネルギー需要量を測定する。

ステップＳ６では、測定された実際のエネルギー需要量が推定値と異なっているかが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ７に進む一方、ＮＯのときは当該最適運用計画立案処理を終了する。ステップＳ７では、実測値からエネルギー需要量の推定値を補正して、ステップＳ３に戻り、エネルギー機器の出力配分に関して再度最適化処理を実行して修正する。

図５は図４のサブルーチンである発停タイミング最適化処理（Ｓ２）を示すフローチャートである。

図５のステップＳ１１において、エネルギー需要量テーブル２３ｂからエネルギー需要量の推定値を取得する。次いで、ステップＳ１２において、取得されたエネルギー需要量の推定値に基づいて、当該推定値の変動の上限値を計算する。さらに、ステップＳ１３において、発停タイミングの最適化計算の準備処理を実行する。ここでは、エネルギー機器の運用に関わる上述の制約条件を設定し、エネルギー機器の出力配分のルール（例えば、均等負荷率配分など）を設定する。次いで、ステップＳ１４において、設定された制約条件等のもとで運用コストが最小となるエネルギー機器の発停タイミングを作成するように最適化演算処理を実行する。ステップＳ１５では、作成されたエネルギー機器の発停タイミングに基づいてエネルギー機器の発停計画を作成して発停計画テーブル２３ｄに格納して元のメインルーチンに戻る。

図６は図４のサブルーチンである出力配分最適化処理（Ｓ３）を示すフローチャートである。

図６のステップＳ２１において、エネルギー需要量テーブル２３ｂからエネルギー需要量の推定値を取得する。次いで、ステップＳ２２において、エネルギー機器の発停計画テーブル２３ｄからエネルギー機器の発停計画を取得する。そして、ステップＳ２３において、最適化計算前の準備処理を行う。ここで、エネルギー機器の運用に関わる制約条件を設定し、出力変動に対する所定のペナルティ関数を設定する。ステップＳ２４では、設定された制約条件等のもとで運用コストが最小となるエネルギー機器の出力配分を導出するように最適化演算処理を実行する。さらに、ステップＳ２５において、導出したエネルギー機器の出力配分に基づいて当該出力配分を決定してエネルギー機器の出力配分テーブル２３ｅに格納して元のメインルーチンに戻る。

図７は図２のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０による発停タイミング最適化処理の概要を示す概略図である。

図７において、最適運用計画立案装置１０は、エネルギー需要量の推定値及び各エネルギー機器の性能データに基づいて、各エネルギー機器の最適な発停計画タイミングを決定する。ここで、エネルギー機器の発停タイミングによりロバスト性を確保する場合には、エネルギー需要量の推測値に対して変動幅を加味し上限値にて最適化計算を行えばよい。例えば、エネルギー需要量の推測値に信頼区間が与えられる場合は、信頼水準を最適化のパラメータとし、任意の信頼水準における上限値を利用してもよい。また、信頼区間が与えられない場合には、余裕度をパラメータとし、エネルギー需要量の推測値に余裕度を加えたものを利用することもできる。また、制約条件に関しては時間毎に個別に設定することで、時間帯別の料金設定やデマンドレスポンス等に対応することもできる。

また、エネルギー機器の発停タイミングを最適化する際、変数を起動タイミングと運転時間とする事で日跨ぎの処理や時間的制約の評価が容易となる。なお、運転中の機器の出力配分に関しては、この時点で最適化は行わなくてもよく、例えば均等負荷率配分とし、任意の期間における運用コストを求めればよい。この際、機器発停時間などの制約を加味して、エネルギー需要の上限値に対して発停タイミングを決定することで、エネルギー需要が推定値からずれた場合に起動中のエネルギー機器の出力合計が不足となる危険性を回避できる。

図８は図２のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置１０による出力配分最適化処理の概要を示す概略図である。

図８において、最適運用計画立案装置１０は、最適な発停計画タイミング、エネルギー需要量の推定値及び各エネルギー機器の性能データに基づいて各エネルギー機器の最適な出力配分を決定し、さらに各エネルギー機器の運用計画を立案決定し、当該運用計画に基づいて各エネルギー機器の起動及び停止を制御する。

運用コストの低減を主目的として各エネルギー機器の出力配分を最適化する場合、エネルギー機器の発停計画に基づき運転中の機器の出力に関して運用コストを最小化する最適化を行えば良い。出力の変動量に関して制約条件、もしくは例えば最適化アルゴリズムのためのペナルティ関数（例えば、制約付き最適化問題を無制約最適化問題に変換して解く方法であって、制約を満たさないことに対するペナルティ項を目的関数に加えて定義されるペナルティ関数を無制約最適化することを ペナルティ項の重みを増やしながら繰り返す方法をいう。）を与えることで、時間的な連続性を加味して全体最適化することができる。また、制約条件に関して時間毎に個別に設定することで、時間帯別の料金設定やデマンドレスポンス等に対応することもできる。

以上の実施形態においては、複数の発電機を含む分散エネルギーシステムの運用において、エネルギー需要の推測値を用いて、任意の制約条件のもとで最適な運用計画を求める運用最適化問題について、発停時間や出力変動に対して制約のある機器に対して、時間的な連続性を加味した全体最適化をするために、機器発停タイミングの決定とエネルギー機器の出力配分の決定に問題を分離し、目的に応じた最適化をすることで実現性の高い運用計画を立案することができる。

また、エネルギー機器の発停タイミングを決定する際に、エネルギー需要の推測値に対して変動幅を加味し上限値にて最適化計算を行うことでロバスト性を確保することができる。

さらに、目的に応じた最適化を行う際に、エネルギー機器毎の特性に従って制約条件を与えることで、起動時間などを加味した実現性の高い運用計画を求めることができる。

またさらに、上記エネルギー機器の発停タイミングを決定する際に、エネルギー機器の出力配分に関しては均等負荷率配分として扱うことで、計算負荷を低減しつつ現実的な運用コストを求めることができる。

またさらに、エネルギー機器の出力配分を決定する際に時間的な連続性を加味して最適化を行うために、出力変動量に関してペナルティ関数を与えることで、実現性の高い運用計画を求めることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、運用コストの低減を実現しつつ、エネルギー需要が推定値からずれた場合にも対応できる実現性の高い運用計画を立案できる。また、エネルギー機器の発停タイミングの決定とエネルギー機器の出力配分の決定に問題を分離し、目的に応じた最適化をするため、発停タイミングと出力配分を一括最適化する手法と比べて、実用的な解を得るための制約条件の調整が容易となる。さらに、エネルギー機器のうち運転する機器が確定した状態で出力配分を最適化するため、発停タイミングと出力配分を一括最適化する手法と比べて、計算負荷を少なくすることができ、時間的な連続性を加味して全体最適化した運用計画を実用的な計算時間内で求めることができる。

以上の実施形態において、図４〜図６の処理プログラムが記憶されたコンピュータにより読取可能なＣＤ−ＲＯＭ４５ａを用いて実行してもよいし、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＡＭなどのコンピュータにより読取可能な種々の記録媒体を用いてもよい。

以上詳述したように、本発明によれば、運用コストの低減を実現しつつ、エネルギー需要が推定値からずれた場合にも対応できる実現性の高い運用計画を立案できる。また、エネルギー機器の発停タイミングの決定とエネルギー機器の出力配分の決定に問題を分離し、目的に応じた最適化をするため、発停タイミングと出力配分を一括最適化する手法と比べて、実用的な解を得るための制約条件の調整が容易となる。さらに、エネルギー機器のうち運転する機器が確定した状態で出力配分を最適化するため、発停タイミングと出力配分を一括最適化する手法と比べて、計算負荷を少なくすることができ、時間的な連続性を加味して全体最適化した運用計画を実用的な計算時間内で求めることができる。

１０…エネルギーシステムの最適運用計画立案装置、
２０…ＣＰＵ、
２１…ＲＯＭ、
２２…ＲＡＭ、
２３…ハードディスクメモリ、
２３ａ…データメモリ、
２３ｂ…エネルギー需要量テーブル、
２３ｃ…エネルギー機器の性能データ、
２３ｄ…エネルギー機器の発停計画テーブル、
２３ｅ…エネルギー機器の運用計画テーブル、
３０…バス、
３１…キーボードインターフェース、
３２…マウスインターフェース、
３３…ディスプレイインターフェース、
３４…プリンタインターフェース、
３５ａ，３５ｂ…ドライブ装置インターフェース、
３６…機器インターフェース、
４１…キーボード、
４２…マウス、
４３…ＣＲＴディスプレイ、
４４…プリンタ、
４５…ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置、
４５ａ…ＣＤ−ＲＯＭ、
４６…外部記憶装置、
５０…工場、
５１，５２…ガスタービン、
５３，５４…ガスエンジン、
５５…ボイラ、
５６…蒸気タービン、
６１，６２…廃熱回収ボイラ。

Claims (16)

1. 複数のエネルギー機器を備えたエネルギーシステムの最適な運用計画を立案する制御手段を備えた最適運用計画立案装置であって、
   上記制御手段は、
   エネルギー需要量の推測値及び上記各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、当該エネルギーシステムの運用コストが最小となりかつ所定の時間的な連続性を有するように、上記各エネルギー機器の起動及び停止の計画を含む最適な発停計画を作成し、
   上記最適な発停計画、上記エネルギー需要量の推測値及び上記各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、運用コストが最小となるように、上記各エネルギー機器の出力配分を導出し、
   上記導出された各エネルギー機器の出力配分に基づいて上記各エネルギー機器の運用計画を作成することを特徴とするエネルギーシステムの最適運用計画立案装置。
2. 上記制御手段はさらに、
   上記作成された各エネルギー機器の運用計画に基づいて、上記各エネルギー機器を制御して運用することを特徴とする請求項１記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置。
3. 上記制御手段は、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するときに、上記エネルギー需要量の推測値に対して所定の変動幅を加えてなる上限値を用いて最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置。
4. 上記制御手段は、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するときに、上記各エネルギー機器の出力配分に関しては均等負荷率配分として最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置。
5. 上記制御手段は、上記各エネルギー機器の出力配分を導出するときに、上記各エネルギー機器の出力変動量に関してペナルティ関数を与えて最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置。
6. 上記制御手段は、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するとき、並びに上記各エネルギー機器の出力配分を導出するときに、上記各エネルギー機器の性能データに従って与えられた制約条件のもとで最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置。
7. 上記制約条件は、
   （１）上記各エネルギー機器の電力又は蒸気流量の積算が顧客の需要を満足することと、
   （２）上記各エネルギー機器の出力変動率がしきい値以下であることと、
   （３）上記各エネルギー機器の負荷率は各エネルギー機器の上下限の範囲を満足することと、
   （４）上記各エネルギー機器は、機器の起動に必要な時間を経過するまで電力と蒸気流量を発生できないことと、
   （５）上記各エネルギー機器は、前回停止からの経過時間が機器毎に設定された時間を経過するまで再起動できないこと
   のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案装置。
8. 複数のエネルギー機器を備えたエネルギーシステムの最適な運用計画を立案する制御手段を備えた最適運用計画立案方法であって、
   上記制御手段が、
   エネルギー需要量の推測値及び上記各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、当該エネルギーシステムの運用コストが最小となりかつ所定の時間的な連続性を有するように、上記各エネルギー機器の起動及び停止の計画を含む最適な発停計画を作成し、
   上記最適な発停計画、上記エネルギー需要量の推測値及び上記各エネルギー機器の性能データに基づいて、所定の最適化アルゴリズムを用いて、所定の制約条件のもとで、運用コストが最小となるように、上記各エネルギー機器の出力配分を導出し、
   上記導出された各エネルギー機器の出力配分に基づいて上記各エネルギー機器の運用計画を作成することを特徴とするエネルギーシステムの最適運用計画立案方法。
9. 上記制御手段がさらに、
   上記作成された各エネルギー機器の運用計画に基づいて、上記各エネルギー機器を制御して運用することを特徴とする請求項８記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案方法。
10. 上記制御手段が、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するときに、上記エネルギー需要量の推測値に対して所定の変動幅を加えてなる上限値を用いて最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする請求項８又は９記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案方法。
11. 上記制御手段が、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するときに、上記各エネルギー機器の出力配分に関しては均等負荷率配分として最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする請求項８〜１０のうちのいずれか１つに記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案方法。
12. 上記制御手段が、上記各エネルギー機器の出力配分を導出するときに、上記各エネルギー機器の出力変動量に関してペナルティ関数を与えて最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする請求項８〜１１のうちのいずれか１つに記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案方法。
13. 上記制御手段が、上記各エネルギー機器の発停計画を作成するとき、並びに上記各エネルギー機器の出力配分を導出するときに、上記各エネルギー機器の性能データに従って与えられた制約条件のもとで最適化アルゴリズムを実行することを特徴とする請求項８〜１２のうちのいずれか１つに記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案方法。
14. 上記制約条件は、
    （１）上記各エネルギー機器の電力又は蒸気流量の積算が顧客の需要を満足することと、
    （２）上記各エネルギー機器の出力変動率がしきい値以下であることと、
    （３）上記各エネルギー機器の負荷率は各エネルギー機器の上下限の範囲を満足することと、
    （４）上記各エネルギー機器は、機器の起動に必要な時間を経過するまで電力と蒸気流量を発生できないことと、
    （５）上記各エネルギー機器は、前回停止からの経過時間が機器毎に設定された時間を経過するまで再起動できないこと
    のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項８〜１３のうちのいずれか１つに記載のエネルギーシステムの最適運用計画立案方法。
15. 請求項８〜１４のうちのいずれか１つに記載の最適運用計画立案方法の各ステップを含むことを特徴とする、コンピュータにより実行可能なプログラム。
16. 請求項１５記載のプログラムを格納することを特徴とする、コンピュータにより読取可能な記録媒体。

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