JP2017134556A - エネルギー需給計画装置およびエネルギー需給計画プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】異なる目的関数を扱う電力需給計画と燃料需給計画との間で相互にデータ連携することにより、取引計画を含むエネルギー需給計画を収束させてトータルで収益を最大化することを可能とする。【解決手段】エネルギー需給計画装置２は、電力需給計画および燃料需給計画に必要なデータを格納するデータベース２０５と、電力取引市場での取引計画と発電計画を立案する電力需給計画部２０６と、燃料取引市場での取引計画と発電修正計画と燃料タンクの運用計画を立案する燃料需給計画部２０７と、前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部の間で相互のデータを受け渡しするデータ連携部２０４と、前記電力需給計画部および前記燃料需給計画部における演算の開始と収束の判定を行う演算制御部２０３と、を備える。【選択図】図２
Description
この発明は、電力取引市場および燃料取引市場での取引計画を含むエネルギー需給計画を立案するエネルギー需給計画装置及びエネルギー需給計画プログラムに関するものである。
従来、発電収益が最大となるように電力取引市場での取引計画を立案して、それに見合う燃料消費量を決定し、次にその燃料消費量を確保しながら燃料取引収益が最大になる燃料取引量を求めることにより、電力と燃料の各エネルギー取引に関する統合的な計画支援を行うようにしたエネルギー取引支援システムが知られている。（例えば特許文献１参照）
一般的に、相関性のある電力と燃料の需給計画では、電力市場での取引を含む電力需給計画において発電収益を最大とすることを目的とし、燃料市場での取引を含む燃料需給計画において燃料取引収益を最大とすることを目的としているが、これらは異なる目的関数を扱うため、計画に誤差が生じるという問題点があった。これを解消するために、上述のような特許文献１では、先に電力需給計画を立案し、その後、燃料需給計画を立案するようにしている。
しかしながら、この方式では、電力需給計画が主、燃料需給計画が従となるため、特に燃料需給計画において収益増大の余地を残すという問題点があった。これは、電力需給計画は収益最大となるが、それを実現するための制約を受ける燃料需給計画は収益最大となるとは限らない、ということを意味している。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電力需給計画と燃料需給計画との間で相互にデータ連携を取ることにより、取引計画を含むエネルギー需給計画を収束させて、トータルで収益を最大化することを目的としている。
しかしながら、この方式では、電力需給計画が主、燃料需給計画が従となるため、特に燃料需給計画において収益増大の余地を残すという問題点があった。これは、電力需給計画は収益最大となるが、それを実現するための制約を受ける燃料需給計画は収益最大となるとは限らない、ということを意味している。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電力需給計画と燃料需給計画との間で相互にデータ連携を取ることにより、取引計画を含むエネルギー需給計画を収束させて、トータルで収益を最大化することを目的としている。
この発明に係るエネルギー需給計画装置は、電力需給計画および燃料需給計画に必要なデータを格納するデータベースと、電力取引市場での取引計画と発電計画を立案する電力需給計画部と、燃料取引市場での取引計画と発電修正計画と燃料タンクの運用計画を立案する燃料需給計画部と、前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部の間で相互のデータを受け渡しするデータ連携部と、前記電力需給計画部および前記燃料需給計画部における演算の開始と収束の判定を行う演算制御部と、を備えたことを特徴とするものである。
この発明によれば、異なる目的関数を扱う電力需給計画と燃料需給計画との間で相互にデータ連携することにより、取引計画を含むエネルギー需給計画を収束させてトータルで収益を最大化できるという顕著な効果を奏するものである。
実施の形態１．
以下、この発明を実施の形態である図面を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係るエネルギー供給事業者における電力と燃料のやり取りを示す概略図である。
図において、エネルギー供給事業者は、タンク等の貯蔵設備に燃料を貯蔵する燃料設備１０１と発電設備１０２とからなるエネルギー供給設備１を有しており、燃料設備１０１は、発電設備１０２に発電用の燃料を供給するとともに、燃料船やパイプライン等の燃料輸送手段を介して他社設備１０３から燃料を購入して備蓄し、あるいは他社設備１０３に燃料を販売する。また、燃料取引市場１０４において、燃料を購入して備蓄し、あるいは販売する。さらに、発電設備１０２は、燃料設備１０１から供給を受けた燃料を消費して発電し、受電契約を結んでいる工場やビル等の需要家設備１０５に電力を供給し、電力取引市場１０６において電力を購入あるいは販売する。
以下、この発明を実施の形態である図面を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係るエネルギー供給事業者における電力と燃料のやり取りを示す概略図である。
図において、エネルギー供給事業者は、タンク等の貯蔵設備に燃料を貯蔵する燃料設備１０１と発電設備１０２とからなるエネルギー供給設備１を有しており、燃料設備１０１は、発電設備１０２に発電用の燃料を供給するとともに、燃料船やパイプライン等の燃料輸送手段を介して他社設備１０３から燃料を購入して備蓄し、あるいは他社設備１０３に燃料を販売する。また、燃料取引市場１０４において、燃料を購入して備蓄し、あるいは販売する。さらに、発電設備１０２は、燃料設備１０１から供給を受けた燃料を消費して発電し、受電契約を結んでいる工場やビル等の需要家設備１０５に電力を供給し、電力取引市場１０６において電力を購入あるいは販売する。
ここで、燃料設備１０１で扱う燃料は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧと称す）を想定し、発電設備１０２で扱う燃料は、ＬＮＧと石炭と石油を想定して以下説明する。
すなわち、発電設備１０２は、燃料設備１０１から供給を受ける燃料（ここではＬＮＧ）だけでなく、他の燃料（石炭、石油等）も消費して発電することになる。また、燃料船やパイプライン等の燃料輸送手段を介して行う他社との燃料の売買では、エネルギー供給事業者と他社との間で交わされる相対契約により決定される取引価格や取引量に応じて売買を行う。さらに、燃料取引市場１０４では、複数の事業者や需要家が所定の期間における燃料の売買の取引価格および取引量を入札し、それらを取りまとめて各期間における燃料の取引価格および取引量を決定する。
すなわち、発電設備１０２は、燃料設備１０１から供給を受ける燃料（ここではＬＮＧ）だけでなく、他の燃料（石炭、石油等）も消費して発電することになる。また、燃料船やパイプライン等の燃料輸送手段を介して行う他社との燃料の売買では、エネルギー供給事業者と他社との間で交わされる相対契約により決定される取引価格や取引量に応じて売買を行う。さらに、燃料取引市場１０４では、複数の事業者や需要家が所定の期間における燃料の売買の取引価格および取引量を入札し、それらを取りまとめて各期間における燃料の取引価格および取引量を決定する。
このように構成することによって、工場やビル等の需要家は、エネルギー供給事業者と受電契約を結び、決められた価格で契約電力を超えないように電力を購入することができる。
一方、電力取引市場１０６では、複数の事業者や需要家が所定の期間における電力の売買の取引価格および取引量を入札し、それらを取りまとめて各期間における電力の取引価格および取引量を決定することになる。
一方、電力取引市場１０６では、複数の事業者や需要家が所定の期間における電力の売買の取引価格および取引量を入札し、それらを取りまとめて各期間における電力の取引価格および取引量を決定することになる。
図２は、この発明の実施の形態１に係るエネルギー需給計画装置の機能ブロックを示すもので、図において、エネルギー供給事業者が備えたエネルギー供給設備１にこの発明の要部であるエネルギー需給計画装置２を設けている。
このエネルギー需給計画装置２は、エネルギー需給計画において、収益が増大するように電力取引市場および燃料取引市場での取引計画を立案することを目的とし、データ入力部２０１、データ出力部２０２、演算制御部２０３、データ連携部２０４、データベース２０５、電力需給計画部２０６、および燃料需給計画部２０７から構成され、例えば光回線等のネットワーク設備からなる通信手段２０８によって相互にデータの授受が可能に接続されている。これらの構成部は、コンピュータにより構成され、それぞれ次のとおりの機能を有している。
まず、データ入力部２０１は、エネルギー需給計画に必要な情報を入力するための機能であり、例えばモニタ、キーボードおよびマウスを備え、使用者によって各機能部で必要となるデータが入力される。なお、データ入力部２０１にネットワークインターフェース装置をさらに備える構成とすれば、例えば、外部の装置と通信を行って受信したデータを取り込むことが可能となる。
データ出力部２０２は、エネルギー需給計画の演算結果を出力するための機能であり、例えばディスプレイ装置、印刷装置、磁気ディスク装置を備えている。また、データ入力部２０１と同様にネットワークインターフェース装置をさらに備える構成とすれば、外部の装置に対してエネルギー需給計画の演算結果の情報を出力として送信することが可能となる。
演算制御部２０３は、エネルギー需給計画の演算を制御するための機能であり、例えばモニタ、キーボードおよびマウスを備えるとともに、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）を備え、演算開始の指令が入力されると、電力需給計画部２０６および燃料需給計画部２０７に演算開始の指令を送信するとともに、データ連携部２０４に対し、データ連携に関する指令を送信する。また、演算制御部２０３は、電力需給計画部２０６と燃料需給計画部２０７での演算が収束したかどうかを判定し、収束している場合は演算終了に関する指令を送信し、収束していない場合は演算継続に関する指令を送信する。さらに、演算制御部２０３は、演算繰り返し回数を管理しており、演算開始の指令を受けると、繰り返し回数を１に初期化し、演算を継続する場合、演算繰り返し回数を１増加させるように構成されている。また、演算制御部２０３にネットワークインターフェース装置をさらに備える構成とすれば、例えば、外部の装置と通信を行って受信した情報を加えてエネルギー需給計画の演算を制御することが可能となる。
データ連携部２０４は、エネルギー需給計画の演算において必要なデータを連携する機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備え、電力需給計画部２０６で演算した結果である、電力取引市場での取引計画と発電計画とから、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価等を計算してこれらのデータを燃料需給計画部２０７に送信し、燃料需給計画部２０７で演算した結果である、燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画から、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を計算して、これらのデータを電力需給計画部２０６に送信する。
データベース２０５は、エネルギー需給計画の演算において必要なデータを格納する記憶装置であり、例えば磁気ディスク装置で実現される。このデータベース２０５には、電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、電力取引市場での取引量上下限値、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送量上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値等の各種データが格納、記憶される。
電力需給計画部２０６は、エネルギー需給計画のうち電力需給計画の演算を行う機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備え、演算制御部２０３からの指令を受け、電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、電力取引市場での取引量上下限値、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を入力データとし、電力需要を満たし、収益が最大となるように電力取引市場での取引計画および発電計画を出力する。
燃料需給計画部２０７は、エネルギー需給計画のうち燃料需給計画の演算を行う機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備え、演算制御部２０３からの指令を受け、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価、電力市場単価等を入力データとし、燃料相対契約による取引量を満たし、収益が最大となるように燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画を出力する。
次に、上述のように構成された実施の形態１における各動作を図３および図４に基づいて説明する。
図３は、この発明の実施の形態１に係るエネルギー需給計画の作成をコンピュータにより実行させる処理手順を示すフローチャート、図４は、この発明の実施の形態１に係るエネルギーの流れを示す概略図である。
ここでは、説明を簡潔にするため、図４に示すように、発電設備は、ＬＮＧを燃料とする発電機１基、石炭を燃料とする発電機１基、石油を燃料とする発電機１基を保有することを想定している。また、燃料設備は、燃料タンク１基を保有し、燃料船から燃料タンクにＬＮＧが補給され、燃料タンクからパイプラインを経由して発電設備に輸送されることを想定している。
図３は、この発明の実施の形態１に係るエネルギー需給計画の作成をコンピュータにより実行させる処理手順を示すフローチャート、図４は、この発明の実施の形態１に係るエネルギーの流れを示す概略図である。
ここでは、説明を簡潔にするため、図４に示すように、発電設備は、ＬＮＧを燃料とする発電機１基、石炭を燃料とする発電機１基、石油を燃料とする発電機１基を保有することを想定している。また、燃料設備は、燃料タンク１基を保有し、燃料船から燃料タンクにＬＮＧが補給され、燃料タンクからパイプラインを経由して発電設備に輸送されることを想定している。
まず、演算処理を開始する前に各種データの設定を行う。具体的には、データ入力部２０１によって、電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、電力取引市場での取引量上下限値、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値等の各種データを入力する。ただし、時系列に関わる入力データは、その時系列に合わせて（ここでは、３０分間隔、１年分の）データを入力するものとする。
なお、ここで入力する各データの具体例は、次のとおりである。
電力需要（Ｅｄｅｍ）は、エネルギー供給事業者が各期間において需要家に供給しなくてはならない電力を示す。
発電設備の発電特性（ＬＮＧ発電機：ｆＬＮＧ、石炭発電機：ｆＣｏａｌ、石油発電機：ｆＯｉｌ）は、発電設備毎に設定され、各発電設備の供給熱量（＝燃料消費量×燃料熱量）と発電量との関係を示す特性であり、数式やグラフ等で表すことができる。ここでは、ＬＮＧ発電機の燃料消費量は、Ｇｇｅｎ＿ＬＮＧ、石炭発電機の燃料消費量は、ＧＣｏａｌ、石油発電機の燃料消費量は、ＧＯｉｌとする。
電力需要（Ｅｄｅｍ）は、エネルギー供給事業者が各期間において需要家に供給しなくてはならない電力を示す。
発電設備の発電特性（ＬＮＧ発電機：ｆＬＮＧ、石炭発電機：ｆＣｏａｌ、石油発電機：ｆＯｉｌ）は、発電設備毎に設定され、各発電設備の供給熱量（＝燃料消費量×燃料熱量）と発電量との関係を示す特性であり、数式やグラフ等で表すことができる。ここでは、ＬＮＧ発電機の燃料消費量は、Ｇｇｅｎ＿ＬＮＧ、石炭発電機の燃料消費量は、ＧＣｏａｌ、石油発電機の燃料消費量は、ＧＯｉｌとする。
燃料単価は、発電収益を計算するために使用する値であり、燃料の種類毎に設定する。ここでは、ＬＮＧ発電機に供給するＬＮＧの燃料単価は、タンク燃料単価Ｐｔａｎｋ＿ＬＮＧとし、石炭の燃料単価は、ＰＣｏｉｌ、石油の燃料単価は、ＰＯｉｌとする。
燃料熱量は、発電設備の発電量を計算するために使用する値であり、燃料の種類毎に設定する。ここでは、ＬＮＧ発電機に供給するＬＮＧの燃料熱量は、タンク燃料熱量Ｈｔａ
ｎｋ＿ＬＮＧとし、石炭の燃料熱量は、ＨＣｏｉｌ、石油の燃料熱量は、ＨＯｉｌとする。
発電設備の発電量上下限値（ＬＮＧ発電機：ＥＬＮＧ＿ｍｉｎ、ＥＬＮＧ＿ｍａｘ、石炭発電機：ＥＣｏａｌ＿ｍｉｎ、ＥＣｏａｌ＿ｍａｘ、石油発電機：ＥＯｉｌ＿ｍｉｎ、ＥＯｉｌ＿ｍａｘ）は、各発電設備が発電可能な範囲を表すための下限値および上限値である。
燃料熱量は、発電設備の発電量を計算するために使用する値であり、燃料の種類毎に設定する。ここでは、ＬＮＧ発電機に供給するＬＮＧの燃料熱量は、タンク燃料熱量Ｈｔａ
ｎｋ＿ＬＮＧとし、石炭の燃料熱量は、ＨＣｏｉｌ、石油の燃料熱量は、ＨＯｉｌとする。
発電設備の発電量上下限値（ＬＮＧ発電機：ＥＬＮＧ＿ｍｉｎ、ＥＬＮＧ＿ｍａｘ、石炭発電機：ＥＣｏａｌ＿ｍｉｎ、ＥＣｏａｌ＿ｍａｘ、石油発電機：ＥＯｉｌ＿ｍｉｎ、ＥＯｉｌ＿ｍａｘ）は、各発電設備が発電可能な範囲を表すための下限値および上限値である。
発電設備の発電変化量上下限値（ＬＮＧ発電機：ＶＬＮＧ＿ｍｉｎ、ＶＬＮＧ＿ｍａｘ、石炭発電機：ＶＣｏａｌ＿ｍｉｎ、ＶＣｏａｌ＿ｍａｘ、石油発電機：ＶＯｉｌ＿ｍｉｎ、ＶＯｉｌ＿ｍａｘ）は、ある期間から次の所定の期間まで各発電設備の発電量が変化可能な範囲を表すための下限値および上限値である。
電力市場価格（Ｐｔｒａｄｅ＿ｅｌｅ）は、エネルギー供給事業者が入札を行う電力市場の各期間における価格である。
電力取引市場での取引量上下限値（Ｅｔｒａｄｅ＿ｍｉｎ、Ｅｔｒａｄｅ＿ｍａｘ）は、電力市場取引での取引量の範囲を表すための下限値および上限値である。
電力市場価格（Ｐｔｒａｄｅ＿ｅｌｅ）は、エネルギー供給事業者が入札を行う電力市場の各期間における価格である。
電力取引市場での取引量上下限値（Ｅｔｒａｄｅ＿ｍｉｎ、Ｅｔｒａｄｅ＿ｍａｘ）は、電力市場取引での取引量の範囲を表すための下限値および上限値である。
燃料相対契約による取引計画は、エネルギー供給事業者が他社との契約で予め決められている燃料の取引量（Ｇｃｏｎｔ＿ＬＮＧ）、熱量（Ｈｃｏｎｔ＿ＬＮＧ）、価格（Ｐｃｏｎｔ＿ＬＮＧ）を含む。ここでは、燃料相対契約による取引は、パイプラインを経由して取引するものとする。
配船計画は、エネルギー供給事業者が燃料設備１０１に供給する燃料のうち、燃料船で輸送される燃料の各期間における供給量（Ｇｓｈｉｐ＿ＬＮＧ）、熱量（Ｈｓｈｉｐ＿ＬＮＧ）、価格（Ｐｓｈｉｐ＿ＬＮＧ）を含む。
パイプライン輸送上下限値（Ｇｐｉｐｅ＿ＬＮＧ＿ｍｉｎ、Ｇｐｉｐｅ＿ＬＮＧ＿ｍａｘ）は、燃料設備１０１がパイプラインを経由して輸送可能な範囲を表すための下限値および上限値である。
配船計画は、エネルギー供給事業者が燃料設備１０１に供給する燃料のうち、燃料船で輸送される燃料の各期間における供給量（Ｇｓｈｉｐ＿ＬＮＧ）、熱量（Ｈｓｈｉｐ＿ＬＮＧ）、価格（Ｐｓｈｉｐ＿ＬＮＧ）を含む。
パイプライン輸送上下限値（Ｇｐｉｐｅ＿ＬＮＧ＿ｍｉｎ、Ｇｐｉｐｅ＿ＬＮＧ＿ｍａｘ）は、燃料設備１０１がパイプラインを経由して輸送可能な範囲を表すための下限値および上限値である。
燃料市場価格（Ｐｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ）は、エネルギー供給事業者が入札を行う燃料市場の各期間における価格である。燃料市場熱量（Ｈｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ）は、エネルギー供給事業者が入札を行う燃料市場の各期間における熱量である。
燃料取引市場１０４での取引量上下限値（Ｇｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ＿ｍｉｎ、Ｇｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ＿ｍａｘ）は、燃料市場取引での取引量の範囲を表すための下限値および上限値である。
燃料取引市場１０４での取引量上下限値（Ｇｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ＿ｍｉｎ、Ｇｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ＿ｍａｘ）は、燃料市場取引での取引量の範囲を表すための下限値および上限値である。
タンク燃料初期単価（Ｐｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｓｔａｒｔ）は、燃料設備１０１のタンクに貯蔵されている燃料の計画期間における初期の単価である。
タンク燃料初期熱量（Ｈｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｓｔａｒｔ）は、燃料設備１０１のタンクに貯蔵されている燃料の計画期間における初期の熱量である。
タンク初期容量（Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｓｔａｒｔ）は、燃料設備１０１のタンクに貯蔵されている燃料の計画期間における初期の容量である。
タンク最終容量（Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｅｎｄ）は、計画期間における最終段階で燃料設備１０１のタンクに貯蔵しておくべき容量である。
タンク容量上下限値（Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｍｉｎ、Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｍａｘ）は、燃料設備１０１のタンクが貯蔵可能な燃料の量の範囲を表すための下限値および上限値である。
タンク燃料初期熱量（Ｈｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｓｔａｒｔ）は、燃料設備１０１のタンクに貯蔵されている燃料の計画期間における初期の熱量である。
タンク初期容量（Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｓｔａｒｔ）は、燃料設備１０１のタンクに貯蔵されている燃料の計画期間における初期の容量である。
タンク最終容量（Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｅｎｄ）は、計画期間における最終段階で燃料設備１０１のタンクに貯蔵しておくべき容量である。
タンク容量上下限値（Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｍｉｎ、Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ＿ｍａｘ）は、燃料設備１０１のタンクが貯蔵可能な燃料の量の範囲を表すための下限値および上限値である。
なお、演算処理を開始する前のデータ設定においては、各期間のタンク燃料熱量およびタンク燃料単価を一定値（タンク燃料初期単価およびタンク燃料初期単価と同値）として入力する。また、演算制御部２０３における、収束判定に使用する判定値１（Ｄ１）および判定値２（Ｄ２）を入力する。
以上のようなデータ入力部２０１によって入力されたデータは、データベース２０５に格納される。その後、演算制御部２０３に演算開始の指令が入力されることによって演算処理が開始されることになる。
以上のようなデータ入力部２０１によって入力されたデータは、データベース２０５に格納される。その後、演算制御部２０３に演算開始の指令が入力されることによって演算処理が開始されることになる。
次に、図３に基づいて、エネルギー需給計画装置２の動作を説明する。
まず、演算制御部２０３に入力された演算開始の指令を受けて演算開始の指令を電力需給計画部２０６に送信し、電力需給計画を立案する。（ステップＳ１）
具体的には、電力需給計画部２０６において、電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を入力データとし、電力需要を満たし、収益が最大となるように電力取引市場での取引計画および発電計画を出力する。
また、電力需給計画部２０６では、予め次のような発電特性式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。
ここで、発電特性式は、各発電設備で設定し、例えば式１〜式３のように表すことができる。
まず、演算制御部２０３に入力された演算開始の指令を受けて演算開始の指令を電力需給計画部２０６に送信し、電力需給計画を立案する。（ステップＳ１）
具体的には、電力需給計画部２０６において、電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を入力データとし、電力需要を満たし、収益が最大となるように電力取引市場での取引計画および発電計画を出力する。
また、電力需給計画部２０６では、予め次のような発電特性式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。
ここで、発電特性式は、各発電設備で設定し、例えば式１〜式３のように表すことができる。
また、目的関数は、発電で消費する燃料の支出と、電力取引市場での取引による収入あるいは支出とを足し合わせた収益とし、収益を最大化することを最適化計算の目的とし、この目的関数は、例えば式４のように表すことができる。
さらに、制約条件として、各期間における発電設備の各発電機の発電量（ＬＮＧ発電機：ＥＬＮＧ、石炭発電機：ＥＣｏａｌ、石油発電機：ＥＯｉｌ）が取ることのできる範囲（発電量制約）、ある期間から次の期間まで発電設備の発電量が変化できる範囲（発電変化量制約）、各期間における電力取引市場での取引量（Ｅｔｒａｄｅ）が取ることのでき
る範囲（電力取引市場での取引量制約）、ある所定の期間（ｔｓｔａｒｔ（ｓ））から後の所定の期間（ｔｅｎｄ（ｓ））までの燃料消費量の合計値が取ることのできる範囲（燃料消費量制約）を設定し、電力の需要と供給のバランスを取るための式（電力需給バランス式）を設定する。ただし、燃料消費量制約の下限値をＧｃｏｎｓ＿ＬＮＧ＿ｍｉｎ、上限値をＧｃｏｎｓ＿ＬＮＧ＿ｍａｘとする。
る範囲（電力取引市場での取引量制約）、ある所定の期間（ｔｓｔａｒｔ（ｓ））から後の所定の期間（ｔｅｎｄ（ｓ））までの燃料消費量の合計値が取ることのできる範囲（燃料消費量制約）を設定し、電力の需要と供給のバランスを取るための式（電力需給バランス式）を設定する。ただし、燃料消費量制約の下限値をＧｃｏｎｓ＿ＬＮＧ＿ｍｉｎ、上限値をＧｃｏｎｓ＿ＬＮＧ＿ｍａｘとする。
ここで、発電量制約は、例えば式５〜式７のように表すことができる。
また、発電変化量制約は、例えば式８〜式１０のように表すことができる。
さらに、電力取引市場での取引量制約は、例えば式１１のように表すことができ、燃料消費量制約および電力需給バランスは、それぞれ例えば式１２および式１３のように表すことができる。
なお、ｓは、各燃料消費量制約を識別するインデックスである。
また、最適化問題を解くための最適化手法としては、最適化問題が線形計画問題であれば線形計画法等、最適化問題が整数を含む混合整数線形計画問題であれば混合整数線形計画法等、最適化問題が２次計画問題であれば２次計画法等、最適化問題が非線形計画問題であればメタヒューリスティクス等の最適化手法を適用する。
また、最適化問題を解くための最適化手法としては、最適化問題が線形計画問題であれば線形計画法等、最適化問題が整数を含む混合整数線形計画問題であれば混合整数線形計画法等、最適化問題が２次計画問題であれば２次計画法等、最適化問題が非線形計画問題であればメタヒューリスティクス等の最適化手法を適用する。
以上のようにデータ入力部２０１で設定された入力データに基づき、最適化問題に入力するパラメータを計算し、これらのパラメータを最適化問題に入力して最適化手法を用いて収益が最大となる最適解、すなわち電力取引市場での取引計画および発電計画を得ることになる。
次に、ステップＳ２において、燃料需給計画用の連携データを作成する。具体的には、データ連携部２０４において、電力需給計画部２０６で演算した結果である電力取引市場での取引計画と発電計画とに基づき、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価等を計算して、これらのデータを燃料需給計画部２０７に送信する。
また、データ連携部２０４は、発電計画から各期間のＬＮＧ発電機の発電量を抽出し、データベース２０５に格納されているＬＮＧ発電機の発電特性に基づき、各期間のＬＮＧ発電機での燃料消費量を逆算し、発電用燃料消費計画を作成する。この発電用燃料消費量の計算式は、例えば式１４のように表すことができる。
また、データ連携部２０４は、発電計画から各期間のＬＮＧ発電機の発電量を抽出し、データベース２０５に格納されているＬＮＧ発電機の発電特性に基づき、各期間のＬＮＧ発電機での燃料消費量を逆算し、発電用燃料消費計画を作成する。この発電用燃料消費量の計算式は、例えば式１４のように表すことができる。
図５は、本発明の実施の形態１によるエネルギー需給計画装置の発電余力および発電下げ代をイメージで表す図である。
図において、発電計画から各期間のＬＮＧ発電機の発電量を抽出し、データベース２０５に格納されているＬＮＧ発電機の発電量上下限値から、各期間のＬＮＧ発電機での発電余力（ＥＬＮＧ＿ｃａｐ）および発電下げ代（ＥＬＮＧ＿ｌｏｗ）を計算する。発電余力の計算式は、例えば式１５ａのように表すことができる。発電下げ代の計算式は、例えば式１５ｂのように表すことができる。
図において、発電計画から各期間のＬＮＧ発電機の発電量を抽出し、データベース２０５に格納されているＬＮＧ発電機の発電量上下限値から、各期間のＬＮＧ発電機での発電余力（ＥＬＮＧ＿ｃａｐ）および発電下げ代（ＥＬＮＧ＿ｌｏｗ）を計算する。発電余力の計算式は、例えば式１５ａのように表すことができる。発電下げ代の計算式は、例えば式１５ｂのように表すことができる。
また、発電計画から各期間のＬＮＧ発電機の発電量を抽出し、発電上下限値に到達せずに中間的な発電量を示しているＬＮＧ発電機に関して、データベース２０５に格納されているＬＮＧ発電機の発電特性およびタンク燃料熱量、タンク燃料単価から各期間のＬＮＧ発電機での発電単価（Ｐｇｅｎ＿ＬＮＧ）を計算する。ここでは、ＬＮＧ発電機は１基を想定しているので、このＬＮＧ発電機に関して発電単価を計算することになる。発電単価の計算式は、例えば式１６のように表すことができる。
この発電余力、発電下げ代、発電単価は、燃料需給計画部２０７において、発電修正計画を立案する際の発電余力、発電下げ代、発電単価として使用する。
次に、ステップＳ３において、燃料需給計画を立案する。
具体的には、燃料需給計画部２０７において、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値、発電計画、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価、電力市場単価等を入力データとし、燃料相対契約による取引量を満たし、収益が最大となるように燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画を出力する。
なお、燃料需給計画部２０７では、予め次のような計算式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。
具体的には、燃料需給計画部２０７において、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値、発電計画、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価、電力市場単価等を入力データとし、燃料相対契約による取引量を満たし、収益が最大となるように燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画を出力する。
なお、燃料需給計画部２０７では、予め次のような計算式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。
計算式として、発電修正で必要となる発電修正用燃料消費量（Ｇｇｅｎ＿ＬＮＧ＿ｐｌｕｓ）を算出する計算式を設定する。発電修正用燃料消費量の計算式は、例えば式１７のように表すことができる。さらに、タンク容量（Ｇｔａｎｋ＿ＬＮＧ）に関して、ある期間のタンク容量と燃料消費量から、次の期間のタンク容量を算出する計算式を設定する。次の期間のタンク容量の計算式は、例えば式１８のように表すことができる。
また、目的関数は、発電修正による電力市場での電力売買の収支と、発電修正による燃料消費の収支と、燃料取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益とし、収益を最大化することを最適化計算の目的とする。目的関数は、例えば式１９のように表すことができる。
また、制約条件として、各期間における発電修正量（ＥＬＮＧ＿ｐｌｕｓ）が取ることのできる範囲（発電修正量制約）、発電修正量を考慮したある期間から次の期間まで発電設備の発電量が変化できる範囲（発電修正量を考慮した発電変化量制約）、各期間における燃料取引市場での取引量（Ｇｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ）が取ることのできる範囲（燃料市場取引での取引量制約）、パイプライン輸送量が取ることのできる範囲（燃料輸送量制約）、タンク容量が取ることのできる範囲（タンク容量制約）、を設定する。
ここで、発電修正量制約は、例えば式２０のように表すことができる。発電修正量を考慮した発電変化量制約は、例えば式２１のように表すことができる。燃料市場取引での取引量制約は、例えば式２２のように表すことができる。燃料輸送量制約は、例えば式２３のように表すことができる。タンク容量制約は、例えば式２４のように表すことができる。
ここで、発電修正量制約は、例えば式２０のように表すことができる。発電修正量を考慮した発電変化量制約は、例えば式２１のように表すことができる。燃料市場取引での取引量制約は、例えば式２２のように表すことができる。燃料輸送量制約は、例えば式２３のように表すことができる。タンク容量制約は、例えば式２４のように表すことができる。
最適化問題を解くための最適化手法としては、最適化問題が線形計画問題であれば線形計画法等、最適化問題が整数を含む混合整数線形計画問題であれば混合整数線形計画法等、最適化問題が２次計画問題であれば２次計画法等、最適化問題が非線形計画問題であればメタヒューリスティクス等の最適化手法を適用する。
次に、ステップＳ４において、電力需給計画用の連携データを作成する。
具体的には、データ連携部２０４において、燃料需給計画部２０７で演算した結果である、燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画から、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を計算して、これらのデータを燃料需給計画部２０７に送信する。
データ連携部２０４は、燃料取引市場での取引計画から各期間の燃料取引市場での取引量を抽出し、燃料タンクの運用計画から各期間のタンク容量と燃料消費量を抽出し、データベース２０５に格納されている燃料相対契約による燃料相対取引量、配船計画、燃料市場熱量、タンク燃料初期熱量から、各期間のタンク燃料熱量を計算する。タンク燃料熱量の計算式は、例えば式２５のように表すことができる。ただし、燃料取引市場での取引量のうち購入分をＧｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ＿ｂｕｙとし、燃料相対契約による燃料相対取引量のうち購入分をＧｃｏｎｔ＿ＬＮＧ＿ｂｕｙとする。
具体的には、データ連携部２０４において、燃料需給計画部２０７で演算した結果である、燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画から、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を計算して、これらのデータを燃料需給計画部２０７に送信する。
データ連携部２０４は、燃料取引市場での取引計画から各期間の燃料取引市場での取引量を抽出し、燃料タンクの運用計画から各期間のタンク容量と燃料消費量を抽出し、データベース２０５に格納されている燃料相対契約による燃料相対取引量、配船計画、燃料市場熱量、タンク燃料初期熱量から、各期間のタンク燃料熱量を計算する。タンク燃料熱量の計算式は、例えば式２５のように表すことができる。ただし、燃料取引市場での取引量のうち購入分をＧｔｒａｄｅ＿ＬＮＧ＿ｂｕｙとし、燃料相対契約による燃料相対取引量のうち購入分をＧｃｏｎｔ＿ＬＮＧ＿ｂｕｙとする。
ここで計算される発電修正用燃料消費計画をステップＳ２で計算した発電用燃料消費計画に加えたものを、燃料消費量制約とする。燃料消費量制約の上下限値の計算式は、例えば式２７、式２８のように表すことができる。
次に、ステップＳ５において、エネルギー需給計画の収束を判定する。
具体的には、演算制御部２０３において、電力需給計画部２０６と燃料需給計画部２０７での演算が収束したかどうかを判定し、収束していれば演算終了に関する指令を送信して処理フローを終了し、収束していなければ演算継続に関する指令を送信して、ステップＳ１を実行する。また、この時点で、演算の最終結果および途中結果をデータ出力部２０２に出力しても良い。
具体的には、演算制御部２０３において、電力需給計画部２０６と燃料需給計画部２０７での演算が収束したかどうかを判定し、収束していれば演算終了に関する指令を送信して処理フローを終了し、収束していなければ演算継続に関する指令を送信して、ステップＳ１を実行する。また、この時点で、演算の最終結果および途中結果をデータ出力部２０２に出力しても良い。
演算制御部２０３は、ステップＳ４で計算した、各期間の燃料取引市場での取引量に関して、初回であれば燃料取引市場での取引量の累積値が所定の判定値１以下、２回目以降であれば前回の燃料取引市場での取引量との差分の累積値が判定値１以下となり、かつ、ステップＳ４で計算した、各期間の発電修正量の累積値が判定値２以下となれば、収束したものと判定する。ここで、判定値１および判定値２は、データベース２０５に格納されている値とする。
なお、判定値１を使った収束判定式１は、例えば式２９のように表すことができる。また、判定値２を使った収束判定式２は、例えば式３０のように表すことができる。
なお、判定値１を使った収束判定式１は、例えば式２９のように表すことができる。また、判定値２を使った収束判定式２は、例えば式３０のように表すことができる。
なお、演算制御部２０３の収束判定は、これに限られるものではなく、他の値を使って収束判定を行っても構わない。例えば、タンク燃料単価、タンク燃料熱量等の前回値との誤差の合計値を収束判定に使うことが可能である。
図６は、本発明の実施の形態１によるエネルギー需給計画装置の演算結果の出力例を示す図である。
以上のように、異なる目的関数を扱う電力需給計画部２０６と燃料需給計画部２０７との間で相互にデータ連携させるようにしたため、取引計画を含むエネルギー需給計画を収束させることができ、トータルで収益が最大となる実行可能なエネルギー需給計画を得ることが可能となる。
以上のように、異なる目的関数を扱う電力需給計画部２０６と燃料需給計画部２０７との間で相互にデータ連携させるようにしたため、取引計画を含むエネルギー需給計画を収束させることができ、トータルで収益が最大となる実行可能なエネルギー需給計画を得ることが可能となる。
実施の形態２．
上述の実施の形態１においては、演算処理を開始する前に、配船計画をデータベース２０５に入力して置くものとしたが、この実施の形態２においては、電力需給計画部２０６で演算した結果から配船計画を作成する配船計画作成部２０９をエネルギー需給計画装置２の構成要素としたものである。
上述の実施の形態１においては、演算処理を開始する前に、配船計画をデータベース２０５に入力して置くものとしたが、この実施の形態２においては、電力需給計画部２０６で演算した結果から配船計画を作成する配船計画作成部２０９をエネルギー需給計画装置２の構成要素としたものである。
図７は、この実施の形態２によるエネルギー需給計画装置２の機能ブロック図、図８は、実施の形態２に係るエネルギー需給計画の作成を実行させる処理手順を示すフローチャートである。
である。
図において、エネルギー供給事業者は、エネルギー需給計画装置２を導入し、エネルギー需給計画において、収益が増大するように電力取引市場および燃料取引市場での取引計画を立案することを想定する。エネルギー需給計画装置２は、データ入力部２０１、データ出力部２０２、演算制御部２０３、データ連携部２０４、データベース２０５、配船計画作成部２０９、電力需給計画部２０６、燃料需給計画部２０７から構成され、通信手段２０８で結び付けられている。ここで、配船計画作成部２０９以外は、本発明の実施の形態１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
である。
図において、エネルギー供給事業者は、エネルギー需給計画装置２を導入し、エネルギー需給計画において、収益が増大するように電力取引市場および燃料取引市場での取引計画を立案することを想定する。エネルギー需給計画装置２は、データ入力部２０１、データ出力部２０２、演算制御部２０３、データ連携部２０４、データベース２０５、配船計画作成部２０９、電力需給計画部２０６、燃料需給計画部２０７から構成され、通信手段２０８で結び付けられている。ここで、配船計画作成部２０９以外は、本発明の実施の形態１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
配船計画作成部２０９は、エネルギー需給計画で必要となる配船計画の作成を行う機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備え、初回の電力需給計画部２０６およびデータ連携部２０４における処理の後、演算制御部２０３から指令を受け、データ連携部２０４で計算した発電用燃料消費計画から、タンク容量上下限値を逸脱しないように配船計画を作成する。ここで作成した配船計画は、データベース２０５に格納される。
図８は、コンピュータに実行させる処理手順を示すフローチャートで、図において、ステップＳ６およびステップＳ７以外は、実施の形態１のフローチャートと同様であるため、説明を省略する。
ステップＳ２において、燃料需給計画連携データを作成した後、ステップＳ６において、初回の演算であるかどうかを判定する。
具体的には、演算制御部２０３で管理する演算繰り返し回数が１、すなわち初回の演算であればステップＳ７に移行し、演算繰り返し回数が２以上、すなわち２回目以降の演算であればステップＳ７を経ずステップＳ３に移行する。
ステップＳ２において、燃料需給計画連携データを作成した後、ステップＳ６において、初回の演算であるかどうかを判定する。
具体的には、演算制御部２０３で管理する演算繰り返し回数が１、すなわち初回の演算であればステップＳ７に移行し、演算繰り返し回数が２以上、すなわち２回目以降の演算であればステップＳ７を経ずステップＳ３に移行する。
ステップＳ７において、配船計画を作成する。
具体的には、ステップＳ２において、データ連携部２０４で計算した発電用燃料消費計画から、各期間の発電用燃料消費量を抽出し、データベース２０５に格納されているタンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値から、配船のタイミング、供給量を計算する。各配船には、エネルギー供給事業者が契約している長期の燃料購入計画の情報等に基づいて、予め供給する燃料の熱量、単価を設定しておく。配船のタイミングは、演算する期間の初期から順に決定する。つまり、タンク初期容量を基準として、より初期の期間から時系列に沿って発電用燃料消費量を順に引いて行き、タンク容量がタンク容量下限値を下回る前に、配船をするように計画する。配船後にタンク容量が増加するが、同様に、時系列に沿って発電用燃料消費量を順に引いて行き、タンク容量がタンク容量下限値を下回る前に、配船をするように計画する。このようにして、演算する期間の終了時点まで配船を計画し、作成した配船計画、つまり燃料船で輸送される燃料の各期間における供給量、熱量、価格をデータベース２０５に格納する。
具体的には、ステップＳ２において、データ連携部２０４で計算した発電用燃料消費計画から、各期間の発電用燃料消費量を抽出し、データベース２０５に格納されているタンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値から、配船のタイミング、供給量を計算する。各配船には、エネルギー供給事業者が契約している長期の燃料購入計画の情報等に基づいて、予め供給する燃料の熱量、単価を設定しておく。配船のタイミングは、演算する期間の初期から順に決定する。つまり、タンク初期容量を基準として、より初期の期間から時系列に沿って発電用燃料消費量を順に引いて行き、タンク容量がタンク容量下限値を下回る前に、配船をするように計画する。配船後にタンク容量が増加するが、同様に、時系列に沿って発電用燃料消費量を順に引いて行き、タンク容量がタンク容量下限値を下回る前に、配船をするように計画する。このようにして、演算する期間の終了時点まで配船を計画し、作成した配船計画、つまり燃料船で輸送される燃料の各期間における供給量、熱量、価格をデータベース２０５に格納する。
なお、配船計画作成部２０９の配船計画の作成方法は、これに限られるものではなく、例えばタンク容量ができるだけタンク容量上下限値の中間値に近くなるように配船を計画する等、異なる方法で配船計画を作成しても構わない。
以上のように、実施の形態２によれば、配船計画作成部２０９で配船計画を作成するように構成したため、配船計画が決定していない場合でも、配船計画を作成することにより、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能となる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１：エネルギー供給設備、 １０１：燃料設備、 １０２：発電設備、
１０３：他社設備、 １０４：燃料取引市場、 １０５：需要家設備、
１０６：電力取引市場、 ２：エネルギー需給計画装置、
２０１：データ入力部、 ２０２：データ出力部、 ２０３：演算制御部、
２０４：データ連携部、 ２０５：データベース、
２０６：電力需給計画部、 ２０７：燃料需給計画部、 ２０８：通信手段、
２０９：配船計画作成部
１０３：他社設備、 １０４：燃料取引市場、 １０５：需要家設備、
１０６：電力取引市場、 ２：エネルギー需給計画装置、
２０１：データ入力部、 ２０２：データ出力部、 ２０３：演算制御部、
２０４：データ連携部、 ２０５：データベース、
２０６：電力需給計画部、 ２０７：燃料需給計画部、 ２０８：通信手段、
２０９：配船計画作成部
Claims (3)
- 電力需給計画と燃料需給計画を立案するエネルギー需給計画装置において、
電力需給計画および燃料需給計画に必要なデータを格納するデータベースと、
電力取引市場での取引計画と発電計画を立案する電力需給計画部と、
燃料取引市場での取引計画と発電修正計画と燃料タンクの運用計画を立案する燃料需給計画部と、
前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部の間で相互のデータを受け渡しするデータ連携部と、
前記電力需給計画部および前記燃料需給計画部における演算の開始と収束の判定を行う演算制御部と、
を備えたことを特徴とするエネルギー需給計画装置。 - 前記電力需給計画部の出力結果から計算される発電用燃料消費計画から配船計画を作成する配船計画作成部を有することを特徴とする請求項１記載のエネルギー需給計画装置。
- 電力取引市場での取引計画と発電計画を立案する電力需給計画処理と、
燃料取引市場での取引計画と発電修正計画と燃料タンクの運用計画を立案する燃料需給計画処理と、
前記電力需給計画処理と前記燃料需給計画処理の間で相互のデータを受け渡しするデータ連携処理と、
前記電力需給計画処理および前記燃料需給計画処理の演算の開始と収束の判定を行う演算制御処理と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするエネルギー需給計画プログラム。
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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