JP2017201443A - 運転計画立案装置、プログラム及び運転計画立案方法 - Google Patents

運転計画立案装置、プログラム及び運転計画立案方法 Download PDF

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明博 安達
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俊哉 木曽
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天英 大塚
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Abstract

【課題】手作業による計算を行わずとも、調整池及び逆調整池の貯水量を考慮して、水力発電所の発電機を高い出力で運転できるような、更に火力発電所の発電コストを抑えられるような運転計画を立案できるようにする。【解決手段】運転計画立案装置の演算処理装置は、運転パターンの組合せの中から、計画期間中の全時間帯の予想貯水量が適正な範囲内にある運転パターンを選択し、選択された運転パターンに従って発電機を運転したときの発電電力量を火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表した火力発電コストデータ列を運転パターン毎に算出し、選択された運転パターン毎に、火力発電コストデータ列の発電コストを積算することによって発電総コストを算出し、選択された運転パターンの中から最大の発電総コストをとる運転パターンを抽出する。【選択図】図４

Description

本発明は、水力発電システムの運転計画を立案する運転計画立案装置及び運転計画立案方法に関するとともに、その運転計画立案装置のコンピュータが実行可能なプログラムに関する。
逆調整池式水力発電所では、貯水池に貯水された水を水車発電機を経由して逆調整池に流すことで発電を行い、逆調整池に貯水された水を下流河川に放流することによって下流河川の流量を所定の状態に維持する。また、逆調整池の水位・貯水量が適正な範囲内に収まるようにするべく、逆調整池の水位が下がった場合に、貯水池から逆調整池への水流によって水車発電機を運転し、逆調整池の水位が上がった場合に、水を止めて水車発電機を停止する。
一方、中央給電指令所は、時々刻々と変化する電力需要及び発電コストを予測しながら、広域にわたって点在する水力発電所、火力発電所、太陽光発電所、原子力発電所等に発電量を調整する指令を絶えず出している。各発電所の管理所は、中央給電指令所から出された指令に基づいて発電機等の運転を行う。中央給電指令所や各発電所の管理所における運用者の負担を軽減すべく、運用計画の作成を支援したり、発電システムを制御したりする技術が開発されている（例えば、特許文献１〜８参照）。
国際公開第２０１３／０８４２９９号 国際公開第２０１３／０８４３００号 特開２００８−２９５１７５号公報 特開２０１１−１８０８９９号公報 特許第４０７５８７２号公報 特開昭６２−１８２９０２号公報 特開平４−１４３８０１号公報 特開平５−１２５７１３号公報
ところで、太陽光発電所の発電量は天気に影響されるので、火力発電所の発電量も天気に応じて調整することになる。そのため、火力発電所の発電単価も天気に影響されて時々刻々と変化する上、発電単価の高い時間帯も日々変化する。そのため、火力発電所の発電単価の高い時間帯で、水力発電所で発電を行うことによって、その時間帯における火力発電所の発電量及び発電コストを抑えることが求められる。一方、水車発電機の水車効率は、定格出力又はその近傍で水車発電機を運転した場合に最も高くなるので、水車発電機はなるべく高い出力で運転することが求められる。そのため、運用者は、調整池及び逆調整池の貯水量・水位を計算して予測しつつ、水車発電機を高い出力で運転できるような、更に火力発電所の発電コストを抑えられるような運転計画を立案する。そして、その運転計画に基づいて水車発電機を運転する。
ところが、運転計画の立案は手作業の計算によるものであるので、煩雑である。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、手作業による計算を行わずとも、調整池及び逆調整池の貯水量を考慮して、水力発電所の発電機を高い出力で運転できるような、更に火力発電所の発電コストを抑えられるような運転計画を立案できるようにすることである。
以上の課題を解決するための発明は、貯水池に貯水された水を発電機を経由して逆調整池に流すことで発電をし、逆調整池に貯水された水を下流河川に放流する水力発電システムの運転計画を立案する運転計画立案装置であって、計画期間中の前記発電機の運転総時間から、前記計画期間中の前記発電機の運転の有無を単位時間長の時間帯毎に時系列で表した運転パターンの組合せを作成する組合せ作成手段と、前記計画期間中の前記貯水池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第一貯水量データ列と、前記計画期間中の前記逆調整池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第二貯水量データ列とを前記組合せの運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する貯水量データ列算出手段と、前記組合せの中から、前記第一貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記貯水池の適正貯水量範囲内にあり且つ前記第二貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記逆調整池の適正貯水量範囲内にある運転パターンを選択する選択手段と、前記発電機を最大発電電力となるような状態で前記選択された運転パターンに従って前記発電機を運転したときの発電電力量を火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表した火力発電コストデータ列を、前記選択された運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する発電コスト算出手段と、前記選択された運転パターン毎に、前記火力発電コストデータ列の発電コストを積算することによって、前記計画期間中の発電総コストを算出する発電総コスト算出手段と、前記選択された運転パターンの中から、最大の発電総コストをとる運転パターンを抽出する抽出手段と、を備えることを特徴とする運転計画立案装置である。
また、以上の課題を解決するための発明は、貯水池に貯水された水を発電機を経由して逆調整池に流すことで発電をし、逆調整池に貯水された水を下流河川に放流する水力発電システムの運転計画を立案するコンピュータに、計画期間中の前記発電機の運転総時間から、前記計画期間中の前記発電機の運転の有無を単位時間長の時間帯毎に時系列で表した運転パターンの組合せを作成する組合せ作成手段、前記計画期間中の前記貯水池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第一貯水量データ列と、前記計画期間中の前記逆調整池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第二貯水量データ列とを前記組合せの運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する貯水量データ列算出手段、前記組合せの中から、前記第一貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記貯水池の適正貯水量範囲内にあり且つ前記第二貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記逆調整池の適正貯水量範囲内にある運転パターンを選択する選択手段、前記発電機を最大発電電力となるような状態で前記選択された運転パターンに従って前記発電機を運転したときの発電電力量を火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表した火力発電コストデータ列を、前記選択された運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する発電コスト算出手段、前記選択された運転パターン毎に、前記火力発電コストデータ列の発電コストを積算することによって、前記計画期間中の発電総コストを算出する発電総コスト算出手段、前記選択された運転パターンの中から、最大の発電総コストをとる運転パターンを抽出する抽出手段、として機能させるためのプログラムである。
また、以上の課題を解決するための発明は、貯水池に貯水された水を発電機を経由して逆調整池に流すことで発電をし、逆調整池に貯水された水を下流河川に放流する水力発電システムの運転計画を立案する運転計画立案方法であって、コンピュータが、計画期間中の前記発電機の運転総時間から、前記計画期間中の前記発電機の運転の有無を単位時間長の時間帯毎に時系列で表した運転パターンの組合せを作成する組合せ作成処理と、前記計画期間中の前記貯水池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第一貯水量データ列と、前記計画期間中の前記逆調整池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第二貯水量データ列とを前記組合せの運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する貯水量データ列算出処理と、前記組合せの中から、前記第一貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記貯水池の適正貯水量範囲内にあり且つ前記第二貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記逆調整池の適正貯水量範囲内にある運転パターンを選択する選択処理と、前記発電機を最大発電電力となるような状態で前記選択された運転パターンに従って前記発電機を運転したときの発電電力量を火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表した火力発電コストデータ列を、前記選択された運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する発電コスト算出処理と、前記選択された運転パターン毎に、前記火力発電コストデータ列の発電コストを積算することによって、前記計画期間中の発電総コストを算出する発電総コスト算出処理と、前記選択された運転パターンの中から、最大の発電総コストをとる運転パターンを抽出する抽出処理と、を実行することを特徴とする運転計画立案方法である。
本発明によれば、抽出した運転パターンは、火力発電所における最大の発電総コストをとるものである。つまり、抽出した運転パターンは、火力発電所における発電単価の高い時間帯に水力発電システムの発電機を運転するような運転パターンである。よって、火力発電所の発電コストを抑えられる運転パターンで水力発電システムの発電機を運転することができる。
また、火力発電コストデータ列は、発電機を最大発電電力となるような状態で運転パターンに従って発電機を運転したときの発電電力量を火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表したものであるので、抽出した運転パターンに従って水力発電システムの発電機を最大発電電力で運転することができる。水力発電システムの発電機は最大発電電力で運転する場合に水車効率が高いので、水量に対する発電機の出力電力量の効率が高い。
また、運転パターンの組合せの中から、全時間帯の貯水池及び逆調整池の予想貯水量が適正な範囲内にある運転パターンを選択したので、貯水池及び逆調整池の水不足や越水を抑えることができる。
また、運転パターンを抽出するに際してコンピュータによって演算を行うので、運用者の負担が軽減する。
図１は、水力発電システムの概略図である。 図２は、運転計画立案装置のブロックである。 図３は、火力発電所で単位電力量を発電するのに要する単価を時間帯毎に時系列で表した発電単価データ列を示した図である。 図４は、運転計画立案装置の演算処理装置の処理の流れを示したフローチャートである。 図５は、運転パターンの一例を示した図である。 図６は、運転パターンに対応付けられた貯水池貯水量データ列及び逆調整池貯水量データ列の一例を示した図である。 図７は、選択された運転パターンに対応付けられた火力発電コストデータ列の一例を示した図である。 図８は、運転パターンが表示された表示部の表示画面の一例を示した図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図１は、水系統に構築された水力発電システムの概略構成を示した図である。図２は、この水力発電システムの運転計画を立案する運転計画立案装置２０のブロック図である。
図１に示すように、水系統の上流側にダム１が設置され、ダム１により貯水池２に水が貯水されている。ダム１の下流にダム１１が設置され、ダム１１により逆調整池１２に水が貯水されている。貯水池２には水位計測器３が設置され、その水位計測器３により貯水池２の水位が計測され、水位計測器３により計測される水位から貯水池２の貯水量を換算することができる。同様に、逆調整池１２にも水位計測器１３が設置されている。水位計測器３，１３は、計測値を表す信号を運転計画立案装置２０に出力する。
ダム１には取水口５が設けられ、その取水口５には開閉可能なゲート６が設けられている。ゲート６が開かれると、貯水池２の水が取水口５、水路７及び水車発電機８等を介して逆調整池１２に流れる。その水の流動エネルギー・落下エネルギーにより水車発電機８の水車が回転されて、水車発電機８により発電される。ダム１１には排水口１５が設けられ、排水口１５には開閉可能なゲート１６が設けられている。ゲート１６が開かれると、逆調整池１２の水が排水口１５及び放水路１７等を介して下流の河川に放流される。
水力発電システムが設置された発電所内には管理建屋１８等が設置されており、運転計画立案装置２０が制御システム１９とともに管理建屋内に設置されている。制御システム１９はゲート６の開閉制御をすることにより水車発電機８の運転・停止をしたり、ゲート１６の開閉制御をすることにより逆調整池１２の放流・放流停止をしたりする。制御システム１９と運転計画立案装置２０は相互に通信可能である。
ところで、広域にわたって点在する発電所等からなる電力系統を運用するに際して、電力系統全体で見て、予想電力需要に計画電力供給を一致させつつ経済的に運用するための計画を立てた上で、その計画に従って電力系統を運用する。そうした中で、この水力発電システムは所定の計画期間（例えば、２４時間）の運転計画に従って日々運用されるが、その運転計画は、貯水池２及び逆調整池１２の貯水量と、下流河川への責任放流流量と、火力発電所の発電コストとを考慮したものである。この運転計画は図２に示す運転計画立案装置２０の演算処理によって立案され、その運転計画に従って制御システム１９が計画期間中にゲート６，１６の開閉制御をする。以下、運転計画立案装置２０について詳細に説明する。
この運転計画立案装置２０は、演算処理装置２１、入力部２２、表示部２３、通信装置２４及び記憶部２５等を備える。
演算処理装置２１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードウェアインタフェース等を有するコンピュータである。
入力部２２は、スイッチ、キーボード、ポインティングデバイス等の入力装置である。この入力部２２は、操作されることによって操作内容に応じた信号を演算処理装置２１に出力する。演算処理装置２１は、入力部２２から入力した信号に従った演算処理を行う。
表示部２３は、画面表示を行うディスプレイ装置である。演算処理装置２１が演算処理に従ったビデオ信号を表示部２３に出力し、この表示部２３がそのビデオ信号を入力してそのビデオ信号に従った表示を行う。
通信装置２４は演算処理装置２１の指令に従ってネットワーク４０を介してサーバー５０と通信を行うものである。サーバー５０は例えば中央給電司令所に設置されている。
記憶部２５は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。記憶部２５には、演算処理装置２１によって実行可能なプログラム３１が格納されている。
記憶部２５には、予想流入総量 [m3] を表すデータ３２（以下、予想流入総量データ３２という。）が格納されている。予想流入総量とは、計画期間中に貯水池２に流入する水の総量の予想値である。予想流入総量データ３２は、運用者が入力部２２を操作することによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよいし、サーバー５０から通信装置２４を介して演算処理装置２１に転送されることによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよい。
記憶部２５には、計画貯水量[m3] を表すデータ３３（以下、計画貯水量データ３３という。）が格納されている。計画貯水量とは、計画期間終了時における貯水池２の貯水量の計画値（目標値）であって、過去の実測値等に基づいて計画されたものである。計画貯水量は、貯水池２の水位の計画値（目標値）で換算されてもよい。計画貯水量データ３３は、運用者が入力部２２を操作することによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよいし、サーバー５０から通信装置２４を介して演算処理装置２１に転送されることによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよい。
記憶部２５には、最大出力流量 [m3/h] を表すデータ３４（以下、最大出力流量データ３４という。）が格納されている。最大出力流量とは、水車発電機８を最大発電電力で運転するのに必要な流量（流れる水の単位時間当たりの量）をいう。最大出力流量データ３４は、運用者が入力部２２を操作することによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよいし、サーバー５０から通信装置２４を介して演算処理装置２１に転送されることによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよい。
記憶部２５には、最大出力電力量 [kwh] を表すデータ３５（以下、最大出力電力量データ３５という。）が格納されている。最大出力電力量とは、水車発電機８を最大発電電力（具体的には定格出力） [kw] となるような状態で水車発電機８を単位時間運転した場合の発電電力量をいう。最大出力電力量データ３５は、運用者が入力部２２を操作することによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよいし、サーバー５０から通信装置２４を介して演算処理装置２１に転送されることによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよい。
記憶部２５には、貯水池２の適正貯水量の範囲（以下、第一適正範囲という。）を表すデータ３６（以下、第一適正範囲データ３６という。）が格納されている。また、記憶部２５には、逆調整池１２の適正貯水量の範囲（以下、第二適正範囲という。）を表すデータ３７（以下、第二適正範囲データ３７という。）が格納されている。適正範囲データ３６，３７は、貯水量の上限値である上閾値と、貯水量の下限値である下閾値とから構成されている。適正範囲データ３６，３７は、運用者が入力部２２を操作することによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよいし、サーバー５０から通信装置２４を介して演算処理装置２１に転送されることによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよい。
記憶部２５には、発電単価データ列３８が格納されている。発電単価データ列３８は、図３に示すように、火力発電所で単位電力量[kwh] を発電するのに要する単価[通貨単位] を時間帯毎に時系列で表したものである。時間帯の長さを単位時間といい、単位時間の整数倍が計画期間になる。具体的には、単位時間が１時間であり、計画期間が２４時間（１日間）である。発電単価データ列３８は、運用者が入力部２２を操作することによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよいし、サーバー５０から通信装置２４を介して演算処理装置２１に転送されることによって演算処理装置２１により記憶部２５に記録されたものでもよい。
続いて、図４を参照して、プログラム３１が演算処理装置２１に実行させる処理について説明する。なお、以下の説明において、演算処理装置２１の演算により得られた各種データは、図４に示す処理が終了するまで、演算処理装置２１によりＲＡＭ又は記憶部２５に一時的に記憶される。
まず、演算処理装置２１が記憶部２５から予想流入総量データ３２、計画貯水量データ３３、最大出力流量データ３４、最大出力電力量データ３５及び適正範囲データ３６，３７を取得する（ステップＳ１）。なお、運用者が入力部２２を操作して予想流入総量データ３２、計画貯水量データ３３、最大出力流量データ３４、最大出力電力量データ３５及び適正範囲データ３６，３７を入力することによって、或いは、予想流入総量データ３２、計画貯水量データ３３、最大出力流量データ３４、最大出力電力量データ３５及び適正範囲データ３６，３７がサーバー５０から演算処理装置２１に転送されることによって、演算処理装置２１が予想流入総量データ３２、計画貯水量データ３３、最大出力流量データ３４、最大出力電力量データ３５及び適正範囲データ３６，３７を取得してもよい。
次に、演算処理装置２１が水位計測器３の出力信号に基づいて貯水池２の現在貯水量 [m3] を取得するとともに、水位計測器１３の出力信号に基づいて逆調整池１２の現在貯水量を現在貯水量 [m3] を取得する（ステップＳ２）。なお、運用者が貯水池２及び逆調整池１２の水位を計測して、その計測水位から貯水池２及び逆調整池１２の貯水量を計算し、入力部２２を操作してその計算結果を入力することによって、演算処理装置２１が貯水池２及び逆調整池１２の現在貯水量を取得してもよい。
次に、演算処理装置２１が計画貯水量データ３３、予想流入総量データ３２及び現在貯水量から次式に基づいて責任放流総量 [m3] 及び責任放流流量 [m3/h]を算出する（ステップＳ３）。
Figure 2017201443
責任放流総量とは、計画期間中に逆調整池１２から下流河川へ放流すべき水の総量をいう。責任放流流量とは、計画期間中に逆調整池１２から下流河川へ放流すべき水の単位時間当たりの量をいう。
なお、運用者が責任放流総量及び責任放流流量を計算してもよい。この場合、運用者が入力部２２を操作して計算結果を入力することによって、演算処理装置２１が責任放流総量及び責任放流流量を取得する。
次に、演算処理装置２１が、責任放流総量及び最大出力流量データ３４から次式に基づいて、計画期間中の水車発電機８の運転総時間 [h] を算出する（ステップＳ４）。
Figure 2017201443
なお、運用者が運転総時間を計算してもよい。この場合、運用者が入力部２２を操作して計算結果を入力することによって、演算処理装置２１が運転総時間を取得する。
次に、演算処理装置２１が算出した運転総時間に基づいて運転パターンの組合せを作成する（ステップＳ５）。運転パターンとは、計画期間中に水車発電機８を運転総時間だけ運転するとした場合に、水車発電機８を運転するか否かを時間帯毎に時系列で表したものであり、その一例を図５に示す。これら運転パターンの集合が運転パターンの組み合わせである。なお、運転パターンの組合せ数は次式で表される。
Figure 2017201443
次に、演算処理装置２１が運転パターン毎に、運転パターンに基づいて貯水池貯水量データ列（第一貯水量データ列）及び逆調整池貯水量データ列（第二貯水量データ列）を算出して、貯水池貯水量データ列及び逆調整池貯水量データ列を運転パターンに対応付ける（ステップＳ６）。貯水池貯水量データ列とは、貯水池２の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表したものであり、逆調整池貯水量データ列とは、逆調整池１２の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表したものである。運転パターンに対応付けられた貯水池貯水量データ列及び逆調整池貯水量データ列の一例を図６に示す。
ここで、貯水池２及び逆調整池１２の予想貯水量は次式で表され、演算処理装置２１による演算には次式が利用される。
Figure 2017201443
上記式において「時間」とは、計画期間開始時から時間帯までの時間をいい、「運転時間」とは、運転パターンにおける計画期間開始時から時間帯までの運転有りの数に単位時間を乗じたものをいう。単位時間が１時間であれば、「運転時間」は運転パターンにおける計画期間開始時から時間帯までの運転有りの数に等しい。また、上記式において、「貯水池の現在貯水量」及び「逆調整池の現在貯水量」には、ステップＳ２で取得した貯水池２の現在貯水量及び逆調整池１２の現在貯水量をそれぞれ当て嵌め、予想流入総量及び最大出力流量には、ステップＳ１で取得した予想流入総量データ３２及び最大出力流量データ３４を当て嵌め、「責任放流流量」には、ステップＳ４で算出した責任放流流量を当て嵌める。
次に、演算処理装置２１が、運転パターンの組み合わせの中から、貯水池貯水量データ列の全時間帯の予想貯水量が第一適正範囲内にあり且つ逆調整池貯水量データ列の全時間帯の予想貯水量が第二適正範囲内にある運転パターンを選択する（ステップＳ７）。以下、選択した運転パターンを選択運転パターンという。
次に、演算処理装置２１が記憶部２５から発電単価データ列３８を取得する（ステップＳ８）。なお、運用者が入力部２２を操作して発電単価データ列３８を入力することによって、或いは、発電単価データ列３８がサーバー５０から演算処理装置２１に転送されることによって、演算処理装置２１が発電単価データ列３８を取得してもよい。
次に、演算処理装置２１が、選択運転パターン毎に、選択運転パターン及び発電単価データ列３８に基づいて火力発電コストデータ列を算出して、火力発電コストデータ列を運転パターンに対応付ける（ステップＳ９）。火力発電コストデータ列とは、水車発電機８を最大発電電力となるような状態で選択運転パターンに従って水車発電機８を運転したときの発電電力量を仮に火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表したものである。つまり、発電コストとは、水車発電機８の発電電力量に等しい発電電力量を火力発電所によって発電した場合に要する予想コストである。
ここで、選択運転パターンにおける運転無しの時間帯の発電コスト（火力発電所における予想コスト）はゼロであり、運転有りの時間帯の発電コスト（火力発電所における予想コスト）は次式で表され、演算処理装置２１による演算には次式が利用される。
Figure 2017201443
上記式において、「発電単価」には、ステップＳ８で取得した発電単価データ列３８の各時間帯の発電単価を当て嵌め、「最大出力電力量」には、ステップＳ１で取得した最大出力電力量データ３５を当て嵌める。
上記ステップＳ９において算出された火力発電コストデータ列の一例を図７に示す。図７に示すように、２１〜２２時の時間帯では、水車発電機８を運転する予定であるので、その時間帯の水車発電機８の発電電力量（最大出力電力量）にその時間帯の火力発電所の発電単価（図３の場合、発電単価は12.3.である）を乗ずれば、その時間帯の火力発電所の予想発電コストを得ることができ、その値は24,600 である。一方、２３〜２４時の時間帯では、水車発電機８を運転しない予定であるので、その時間帯の水車発電機８の発電電力量（ゼロ）にその時間帯の火力発電所の発電単価（図３の場合、発電単価は13.1である）を乗じても、その時間帯の火力発電所の予想発電コストはゼロである。ステップＳ９の処理では、このような演算が各選択運転パターンの全ての時間帯について行われる。
次に、演算処理装置２１は、選択運転パターン毎に、ステップＳ９で算出した火力発電コストデータ列の発電コストを積算することによって、計画期間中の発電総コストを算出する（ステップＳ１０）。そして、演算処理装置２１は、算出した発電総コストを選択運転パターンに対応付ける。
次に、演算処理装置２１は、選択運転パターンの集合の中から、ステップＳ１０で算出した発電総コストが最も高い選択運転パターンを抽出する（ステップＳ１１）。
次に、演算処理装置２１は、抽出した選択運転パターンを表示部２３に表示させる（ステップＳ１２）。これにより、例えば、図８に示すように、水車発電機８を運転するか否かを時間帯毎に時系列で表した表６０が表示部２３に表示される。
次に、演算処理装置２１は、抽出した選択運転パターン及び責任放流流量を制御システム１９に転送する（ステップＳ１３）。転送された選択運転パターン及び責任放流流量は運転計画であり、制御システム１９は、逆調整池１２から排水口１５及び放水路１７等を介して下流の河川に放流される水の流量が責任放流流量になるようにゲート１６の開度を調整する。また、制御システム１９は、入力した選択運転パターンに従ってゲート６を開閉する。具体的には、運転有りの時間帯になったら制御システム１９がゲート６を開き、運転無しの時間帯になったら制御システム１９がゲート６を閉じる。
以上の実施の形態によれば、火力発電所における発電単価の高い時間帯に水力発電システムの水車発電機８を運転するような運転計画（ステップＳ１１において抽出した運転パターン）を立案できるので、火力発電所の発電コストを抑えることができる。
また、ステップＳ６において貯水池２及び逆調整池１２の予想貯水量を計算するに際して、最大出力流量を利用する。この最大出力流量は水車発電機８を最大発電電力で運転するのに必要な流量であり、水車発電機８は最大発電電力で運転する場合に水車効率が高いので、水量に対する水車発電機８の出力電力量の効率が高い。
また、ステップＳ９において火力発電コストデータ列を算出するに際して、最大出力電力量を利用する。最大出力電力量は水車発電機８を最大発電電力で単位時間運転した時の電力量であり、水車発電機８は最大発電電力で運転する場合に水車効率が高いので、水量に対する水車発電機８の出力電力量の効率が高い。
また、ステップＳ６において逆調整池１２の予想貯水量を計算するに際して、責任放流流量を考慮したので、下流河川の流量を適切に維持することができる。
また、ステップＳ７において選択された運転パターンは全時間帯の貯水池２及び逆調整池１２の予想貯水量が適正範囲内になるようなパターンであるので、貯水池２及び逆調整池１２の水不足や越水を抑えることができる。
また、運転計画（ステップＳ１１において抽出した運転パターン）を立案するに際して、運用者が手作業の計算を行うのではなく、演算処理装置２１により計算を行ったので、運用者の作業負担が軽減する。
以上の説明では、２４時間の運転計画（運転パターン）を立案する場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、１２時間（半日間）といった２４時間未満の運転計画を立案するようにしてもよいし、２日間、３日間、１週間、１ヶ月間といった２４時間を超えた運転計画を立案するようにしてもよい。時間帯の長さは１時間であったが、０．５時間といった１時間未満の時間帯長であってもよいし、２時間といった１時間を超えた時間帯長であってもよい。何れにしても、計画期間は時間帯長の整数倍であることが好ましい。
２…貯水池， ８…水車発電機（発電機）， １２…逆調整池， ２０…運転計画立案装置， ２１…演算処理装置（コンピュータ）， ２５…記憶部， ３１…プログラム， Ｓ５…ステップ（組合せ作成処理）， Ｓ６…ステップ（貯水量データ列算出処理）， Ｓ７…ステップ（選択処理）， Ｓ９…ステップ（発電コスト算出処理）， Ｓ１０…ステップ（発電総コスト算出処理）， Ｓ１１…ステップ（抽出処理）

Claims (3)

  1. 貯水池に貯水された水を発電機を経由して逆調整池に流すことで発電をし、逆調整池に貯水された水を下流河川に放流する水力発電システムの運転計画を立案する運転計画立案装置であって、
    計画期間中の前記発電機の運転総時間から、前記計画期間中の前記発電機の運転の有無を単位時間長の時間帯毎に時系列で表した運転パターンの組合せを作成する組合せ作成手段と、
    前記計画期間中の前記貯水池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第一貯水量データ列と、前記計画期間中の前記逆調整池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第二貯水量データ列とを前記組合せの運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する貯水量データ列算出手段と、
    前記組合せの中から、前記第一貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記貯水池の適正貯水量範囲内にあり且つ前記第二貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記逆調整池の適正貯水量範囲内にある運転パターンを選択する選択手段と、
    前記発電機を最大発電電力となるような状態で前記選択された運転パターンに従って前記発電機を運転したときの発電電力量を火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表した火力発電コストデータ列を、前記選択された運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する発電コスト算出手段と、
    前記選択された運転パターン毎に、前記火力発電コストデータ列の発電コストを積算することによって、前記計画期間中の発電総コストを算出する発電総コスト算出手段と、
    前記選択された運転パターンの中から、最大の発電総コストをとる運転パターンを抽出する抽出手段と、を備えることを特徴とする運転計画立案装置。
  2. 貯水池に貯水された水を発電機を経由して逆調整池に流すことで発電をし、逆調整池に貯水された水を下流河川に放流する水力発電システムの運転計画を立案するコンピュータに、
    計画期間中の前記発電機の運転総時間から、前記計画期間中の前記発電機の運転の有無を単位時間長の時間帯毎に時系列で表した運転パターンの組合せを作成する組合せ作成手段、
    前記計画期間中の前記貯水池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第一貯水量データ列と、前記計画期間中の前記逆調整池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第二貯水量データ列とを前記組合せの運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する貯水量データ列算出手段、
    前記組合せの中から、前記第一貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記貯水池の適正貯水量範囲内にあり且つ前記第二貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記逆調整池の適正貯水量範囲内にある運転パターンを選択する選択手段、
    前記発電機を最大発電電力となるような状態で前記選択された運転パターンに従って前記発電機を運転したときの発電電力量を火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表した火力発電コストデータ列を、前記選択された運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する発電コスト算出手段、
    前記選択された運転パターン毎に、前記火力発電コストデータ列の発電コストを積算することによって、前記計画期間中の発電総コストを算出する発電総コスト算出手段、
    前記選択された運転パターンの中から、最大の発電総コストをとる運転パターンを抽出する抽出手段、として機能させるためのプログラム。
  3. 貯水池に貯水された水を発電機を経由して逆調整池に流すことで発電をし、逆調整池に貯水された水を下流河川に放流する水力発電システムの運転計画を立案する運転計画立案方法であって、
    コンピュータが、
    計画期間中の前記発電機の運転総時間から、前記計画期間中の前記発電機の運転の有無を単位時間長の時間帯毎に時系列で表した運転パターンの組合せを作成する組合せ作成処理と、
    前記計画期間中の前記貯水池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第一貯水量データ列と、前記計画期間中の前記逆調整池の予想貯水量を時間帯毎に時系列で表した第二貯水量データ列とを前記組合せの運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する貯水量データ列算出処理と、
    前記組合せの中から、前記第一貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記貯水池の適正貯水量範囲内にあり且つ前記第二貯水量データ列の前記計画期間中の全時間帯の予想貯水量が前記逆調整池の適正貯水量範囲内にある運転パターンを選択する選択処理と、
    前記発電機を最大発電電力となるような状態で前記選択された運転パターンに従って前記発電機を運転したときの発電電力量を火力発電所で発電した場合に要する発電コストを時間帯毎に時系列で表した火力発電コストデータ列を、前記選択された運転パターンに基づいて運転パターン毎に算出する発電コスト算出処理と、
    前記選択された運転パターン毎に、前記火力発電コストデータ列の発電コストを積算することによって、前記計画期間中の発電総コストを算出する発電総コスト算出処理と、
    前記選択された運転パターンの中から、最大の発電総コストをとる運転パターンを抽出する抽出処理と、を実行することを特徴とする運転計画立案方法。
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JP2019169064A (ja) * 2018-03-26 2019-10-03 東芝エネルギーシステムズ株式会社 水力発電所の出力配分装置および水力発電システム
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