JP2020096521A - 運転計画作成装置、運転計画作成方法およびコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】需要家施設に設置された貯蔵装置内の燃料を適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することのできる運転計画作成装置を提供する。【解決手段】運転計画作成装置は、需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、取得部が取得した予測値および設備情報と、燃料の供給に関する情報とに基づいて、燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部と、を備える。【選択図】図２
Description
本開示は、運転計画作成装置、運転計画作成方法およびコンピュータプログラムに関する。
ＬＮＧ（液化天然ガス）を貯蔵するＬＮＧ基地からのガス導管が敷設されていない地域の需要家向けに、ＬＮＧローリー車によりＬＮＧ基地から需要家にＬＮＧを輸送するＬＮＧの供給形態（以下、「ＬＮＧサテライト供給」という。）が近年普及している。
ＬＮＧサテライト供給においては、ＬＮＧローリー車により輸送されたＬＮＧは、一旦、需要家のＬＮＧタンクに貯蔵される。ＬＮＧタンクに貯蔵されたＬＮＧは、需要家施設に敷設されたガス導管等を通じてガス発電機やガスを利用したその他の設備に供給され、利用される。
一方、特許文献１には、ＬＮＧ基地のバルク容器内のＬＮＧの貯蔵量を監視し、貯蔵量が所定値以下になった場合に、ＬＮＧが充填された別のバルク容器を搬送するＬＮＧのバルク容器の管理方法が開示されている。
また、特許文献２には、発電所におけるＬＮＧ保有量と発電以外へのＬＮＧ使用量とに基づいて発電に用いることのできるＬＮＧ量を算出し、算出したＬＮＧ量と発電の負荷率とに基づいて、発電可能な日数を算出する方法が開示されている。
しかしながら、従来の方法では、各需要家における分散型電源の運用時においてＬＮＧの残量を考慮するものではない。このため、ＬＮＧ残量を考慮せずに、分散型電源の運用を行った場合には、ＬＮＧタンク内のＬＮＧが枯渇してしまうことによりガス発電機等へのガスの供給ができなかったり、ＬＮＧタンク内のＬＮＧ残量が多すぎて、ＬＮＧサテライト供給を受けた場合に、ＬＮＧローリー車からＬＮＧタンクへＬＮＧの補給をすることができない場合がある。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、需要家施設に設置された貯蔵装置内の燃料を適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することのできる運転計画作成装置、運転計画作成方法およびコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示の一実施態様に係る運転計画作成装置は、需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部と、を備える。
本開示の他の実施態様に係る運転計画作成方法は、需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得するステップと、取得された前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成するステップと、を含む。
本開示の他の実施態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部として機能させる。
なお、本開示は、このような特徴的な処理部を備える運転計画作成装置として実現することができるだけでなく、運転計画作成装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、運転計画作成装置を含むシステムとして実現したりすることもできる。
本開示によると、需要家施設に設置された貯蔵装置内の燃料を適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することができる。
［本開示の実施形態の概要］
最初に本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態に係る運転計画作成装置は、需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部と、を備える。
最初に本開示の実施形態の概要を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態に係る運転計画作成装置は、需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部と、を備える。
この構成によると、ＬＮＧ等の燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で、目的関数を最適化することにより、分散型電源の運転計画を作成している。このため、燃料の貯蔵量に関する制約を満たす範囲で最適化された分散型電源の運転計画を作成することができる。これにより、需要家施設に設置された貯蔵装置内の燃料を適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することができる。例えば、貯蔵装置内の燃料の貯蔵量が、貯蔵装置の貯蔵可能最大量および貯蔵可能最小量の範囲内に収まるように分散型電源の運転計画を作成することができる。これにより、燃料の貯蔵量が多すぎることにより追加の燃料が補給できなかったり、燃料の貯蔵量が少なすぎることにより発電機が発電できなかったりするのを防止することができる。
（２）前記設備情報は、前記貯蔵装置に貯蔵されている前記燃料の貯蔵量の情報を含むのが好ましい。
この構成によると、貯蔵装置に貯蔵されている燃料の貯蔵量を考慮して分散型電源の最適な運用計画を作成することができる。このため、貯蔵量の多寡に応じて分散型電源を最適運用することができる。
（３）前記設備情報は、前記発電機の発電効率の情報を含むのが好ましい。
この構成によると、発電機の発電効率を考慮して分散型電源の最適な運用計画を作成することができる。これにより、例えば、発電効率の高い発電機を優先して利用するような運転計画を作成することができる。
（４）前記設備情報は、前記発電機の出力範囲の情報を含むのが好ましい。
この構成によると、発電機の出力範囲を考慮して分散型電源の最適な運用計画を作成することができる。
（５）前記燃料は、天然ガスまたは水素燃料を含んでいてもよい。
この構成によると、ＬＮＧ等の天然ガスの貯蔵量に関する制約条件の下で、目的関数を最適化することにより、分散型電源の運転計画を作成している。このため、天然ガスの貯蔵量に関する制約を満たす範囲で最適化された分散型電源の運転計画を作成することができる。これにより、需要家施設に設置された貯蔵装置内の天然ガスを適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することができる。例えば、貯蔵装置内の天然ガスの貯蔵量が、貯蔵装置の貯蔵可能最大量および貯蔵可能最小量の範囲内に収まるように分散型電源の運転計画を作成することができる。これにより、天然ガスの貯蔵量が多すぎることにより追加の天然ガスが補給できなかったり、天然ガスの貯蔵量が少なすぎることにより発電機が発電できなかったりするのを防止することができる。また、天然ガスの場合と同様に、高圧ガス水素または液体水素等の水素燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で、目的関数を最適化することにより、分散型電源の運転計画を作成することもできる。
（６）本開示の他の実施形態に係る運転計画作成方法は、需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得するステップと、取得された前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成するステップと、を含む。
この構成は、上述の運転計画作成装置が備える特徴的な処理部に対応するステップを含む。このため、上述の運転計画作成装置と同様の作用および効果を奏することができる。
（７）本開示の他の実施形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、前記取得部が取得した前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部として機能させる。
この構成によると、コンピュータを、上述の運転計画作成装置として機能させることができる。このため、上述の運転計画作成装置と同様の作用および効果を奏することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本開示は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本開示は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
〔電力システムの全体構成〕
図１は、本開示の実施の形態に係る電力システムの全体構成を示す図である。
図１に示すように、電力システムは、需要家施設に設置された運転計画作成装置２、太陽光発電機４、蓄電池５、ガス発電機６およびＬＮＧタンク３とを備える。
図１は、本開示の実施の形態に係る電力システムの全体構成を示す図である。
図１に示すように、電力システムは、需要家施設に設置された運転計画作成装置２、太陽光発電機４、蓄電池５、ガス発電機６およびＬＮＧタンク３とを備える。
太陽光発電機４は、太陽光エネルギーを電力に変換する。太陽光発電機４は、パワーコンディショナーを介して電力線９に接続されている。
蓄電池５は、例えば、レドックスフロー（ＲＦ）電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池、鉛蓄電池などの二次電池を含む。なお、これらの二次電池に代えてフライホイールバッテリーや揚水発電機などが用いられてもよい。
ガス発電機６は、ＬＮＧタンク３とガス導管１１を介して接続され、ＬＮＧタンク３から供給されるガスを燃焼させることにより発電を行う。
ＬＮＧタンク３は、ＬＮＧの貯蔵装置であり、ＬＮＧタンク３には、ガス会社等のＬＮＧ基地１２からＬＮＧローリー車１３により輸送されるＬＮＧが備蓄される。ＬＮＧローリー車１３は、ＬＮＧを輸送するためのタンクローリー車である。
運転計画作成装置２は、通信線１０を介して、太陽光発電機４、蓄電池５、ガス発電機６およびＬＮＧタンク３に接続され、太陽光発電機４、蓄電池５およびガス発電機６の運転計画を作成し、当該運転計画に従い太陽光発電機４、蓄電池５およびガス発電機６の運転を制御する。また、運転計画作成装置２は、ＬＮＧの供給計画を何らかの方法により取得する。例えば、運転計画作成装置２は、外部サーバよりＬＮＧの供給計画を取得してもよいし、ユーザが運転計画作成装置２を操作して入力したＬＮＧの供給計画を取得してもよい。なお、運転計画作成装置２は、工場８に設置された受電設備からも各種情報を取得する。
需要家には、例えば、電力負荷としての工場８が設置されている。電力系統７を介して電力会社から送電される電力は、図示しない受変電設備で受電され、工場８で消費されたり、蓄電池５に充電されたりする。また、太陽光発電機４およびガス発電機６で発電された電力は、工場８で消費されたり、蓄電池５に充電されたりする。さらに、蓄電池５に充電された電力は、蓄電池５から放電され、工場８で消費される。
〔運転計画作成装置の構成〕
図２は、運転計画作成装置の構成を示すブロック図である。
運転計画作成装置２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータにより構成され、通信部１０１と、記憶装置１０２と、需要予測部１０３と、設備情報取得部１０４と、計画作成部１０５と、制御部１０６とを備える。
図２は、運転計画作成装置の構成を示すブロック図である。
運転計画作成装置２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータにより構成され、通信部１０１と、記憶装置１０２と、需要予測部１０３と、設備情報取得部１０４と、計画作成部１０５と、制御部１０６とを備える。
通信部１０１は、通信インタフェースを含んで構成され、通信線１０に接続することにより、ＬＮＧタンク３、太陽光発電機４、蓄電池５およびガス発電機６と通信を行う。また、通信部１０１は、運転計画作成装置２に各種情報を入力するための入力装置にも接続され、当該入力装置から各種情報を受信する。さらに、通信部１０１は、受変電設備から受電電力情報を受信する。
記憶装置１０２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＲＡＭ等の一時的にデータを記憶可能な記憶装置である。
各処理部１０３〜１０６は、ＨＤＤやＲＯＭ等の記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムをＣＰＵ上で実行することにより実現される機能的な処理部である。
需要予測部１０３は、取得部として機能し、後述の設備情報取得部１０４が取得し、記憶装置１０２に記憶した設備情報および受電電力情報に基づいて、電力需要を予測することにより、電力需要を取得する。なお、電力需要の予測方法は、限定されるものではない。また、運転計画作成装置２において予測は行わずに、外部サーバなどの他の装置から電力需要の予測値を取得してもよい。
設備情報取得部１０４は、取得部として機能し、通信部１０１を介して、分散型電源（太陽光発電機４、蓄電池５およびガス発電機６）並びにＬＮＧタンク３から、分散型電源およびＬＮＧタンク３の設備情報を取得し、取得した設備情報を記憶装置１０２に書き込む。設備情報には、各設備の定格出力など、予め定められた情報の他、各設備の稼働状況に関する情報などの変化情報が含まれる。なお、定格出力等の固定値は事前に記憶装置１０２に格納されているとしてもよい。また、設備情報には、電力料金に関する情報、ガス料金に関する情報などの、分散型電源の運転計画を作成するのに必要な各種情報が含まれる。
また、設備情報取得部１０４は、需要家施設における受電電力情報を通信部１０１を介して取得し、記憶装置１０２に書き込む。需要予測部１０３は、記憶装置１０２に記憶されている受電電力情報と、分散型電源の設備情報とから、需要家施設における需要電力を算出する。
計画作成部１０５は、運転計画作成部として機能し、需要予測部１０３が予測した電力需要の予測値と、設備情報取得部１０４が取得して記憶装置１０２に記憶した設備情報と、ＬＮＧのＬＮＧタンク３への供給計画とに基づいて、ＬＮＧタンク３のＬＮＧの貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、分散型電源の運転計画を作成する。
制御部１０６は、計画作成部１０５が作成した運転計画に基づいて、太陽光発電機４、蓄電池５およびガス発電機６の運転を制御する。
〔運転計画の作成方法〕
次に、計画作成部１０５による分散型電源の運転計画の作成方法について詳細に説明する。なお、説明の簡単化のため、運転計画の作成対象である電力システムには、太陽光発電機４および蓄電池５が含まれないものとするが、太陽光発電機４および蓄電池５が含まれる場合には、それらに関する制約条件を追加して、運転計画を作成すればよい。
次に、計画作成部１０５による分散型電源の運転計画の作成方法について詳細に説明する。なお、説明の簡単化のため、運転計画の作成対象である電力システムには、太陽光発電機４および蓄電池５が含まれないものとするが、太陽光発電機４および蓄電池５が含まれる場合には、それらに関する制約条件を追加して、運転計画を作成すればよい。
計画作成部１０５は、需要予測部１０３が予測した電力需要の予測値と、設備情報取得部１０４が取得した設備情報と、ＬＮＧの供給計画とに基づいて、後述の式２〜式１５に規定する制約条件の下で、後述の式１に示す目的関数を最適化（ここでは、最小化）することにより、各変数の値を算出し、分散型電源の運転計画を作成する。例えば、計画作成部１０５は、混合整数線形計画法に従い、制約条件の下で目的関数の値が最小となるときの各変数の値を算出する。
ここで、図３は、目的関数および制約条件に含まれる各変数および各定数の意味を説明するための図であり、図４は、制約条件に含まれる各変数および各定数の意味を説明するための図である。なお、ここでいう定数は、既知の値を意味し、時刻により変化する値も含む。例えば、時刻ｔにおける需要電力を示すＰｌｏａｄ（ｔ）は、既知の値ではあるが、時刻ｔごとに変化する値である。
＜目的関数＞
Ｃｅｌｅｃ＋Ｃｇａｓ＋Ｃｒｕｎ …（式１）
式１の目的関数は、計画期間に運用により変化するコストの合計を示しており、目的関数の値を最小化することにより、コストが最小となるときの分散型電源の運転計画を算出することができる。
Ｃｅｌｅｃ＋Ｃｇａｓ＋Ｃｒｕｎ …（式１）
式１の目的関数は、計画期間に運用により変化するコストの合計を示しており、目的関数の値を最小化することにより、コストが最小となるときの分散型電源の運転計画を算出することができる。
＜制約条件＞
（１）電力需給の制約
式２は、時刻ｔにおいて電力の需要と供給が等しいことを示す制約条件である。
（１）電力需給の制約
式２は、時刻ｔにおいて電力の需要と供給が等しいことを示す制約条件である。
（２）ガス発電機６の発電電力の制約
Ｐｇｅ（ｇ，ｔ）＝Ｅｇｅ（ｇ）×Ｇｇｅ（ｇ，ｔ）＋ａ（ｇ）×ｋｇｅ（ｇ，ｔ）
…（式３）
式３は、ＬＮＧ消費量とガス発電機ｇの発電電力とを一次近似した式である。
Ｐｇｅ（ｇ，ｔ）＝Ｅｇｅ（ｇ）×Ｇｇｅ（ｇ，ｔ）＋ａ（ｇ）×ｋｇｅ（ｇ，ｔ）
…（式３）
式３は、ＬＮＧ消費量とガス発電機ｇの発電電力とを一次近似した式である。
Ｐｇｅｒａｔ（ｇ）×ｋｇｅ（ｇ，ｔ）−Ｐｇｅ（ｇ，ｔ）≧０ …（式４）
式４は、時刻ｔにおいてガス発電機ｇが稼働している場合の発電電力は、ガス発電機ｇの定格出力以下であり、ガス発電機ｇが停止している場合は発電電力が０であることを示す制約条件である。
式４は、時刻ｔにおいてガス発電機ｇが稼働している場合の発電電力は、ガス発電機ｇの定格出力以下であり、ガス発電機ｇが停止している場合は発電電力が０であることを示す制約条件である。
Ｒｇｅｍｉｎ（ｇ）×Ｐｇｅｒａｔ（ｇ）＋Ｍ×（ｋｇｅ（ｇ，ｔ）−１）
≦Ｐｇｅ（ｇ，ｔ） …（式５）
式５は、時刻ｔにおいてガス発電機ｇが稼働している場合には、ガス発電機ｇの発電電力は、ガス発電機ｇの最低負荷率とガス発電機ｇの定格出力との積以上であることを示す制約条件である。
≦Ｐｇｅ（ｇ，ｔ） …（式５）
式５は、時刻ｔにおいてガス発電機ｇが稼働している場合には、ガス発電機ｇの発電電力は、ガス発電機ｇの最低負荷率とガス発電機ｇの定格出力との積以上であることを示す制約条件である。
（３）ガス発電機６補機電力の制約
Ａｕｘｇｅ（ｇ，ｔ）
＝Ｐｇｅｒａｔ（ｇ）×Ａｕｘｒａｔｇｅ（ｇ）×ｋｇｅ（ｇ，ｔ） …（式６）
式６は、ガス発電機ｇが停止している場合には、ガス発電機ｇの補機電力は０であり、ガス発電機ｇが稼働している場合には、ガス発電機ｇの補機電力は、ガス発電機ｇの定格出力と当該定格出力に対する補機電力の割合との積であることを示す制約条件である。
Ａｕｘｇｅ（ｇ，ｔ）
＝Ｐｇｅｒａｔ（ｇ）×Ａｕｘｒａｔｇｅ（ｇ）×ｋｇｅ（ｇ，ｔ） …（式６）
式６は、ガス発電機ｇが停止している場合には、ガス発電機ｇの補機電力は０であり、ガス発電機ｇが稼働している場合には、ガス発電機ｇの補機電力は、ガス発電機ｇの定格出力と当該定格出力に対する補機電力の割合との積であることを示す制約条件である。
（４）ＬＮＧの残量の制約
ＳＴＯｇａｓｍｉｎ≦ＳＴＯｇａｓ（ｔ）≦ＳＴＯｇａｓｍａｘ …（式７）
式７は、時刻ｔにおけるＬＮＧタンクのＬＮＧ残量は、ＬＮＧ残量として許容される最大値および最小値の範囲内であることを示す制約条件である。
ＳＴＯｇａｓｍｉｎ≦ＳＴＯｇａｓ（ｔ）≦ＳＴＯｇａｓｍａｘ …（式７）
式７は、時刻ｔにおけるＬＮＧタンクのＬＮＧ残量は、ＬＮＧ残量として許容される最大値および最小値の範囲内であることを示す制約条件である。
式８は、時刻ｔにおけるＬＮＧタンクのＬＮＧ残量、ＬＮＧタンクへのＬＮＧ補給量、およびガス発電機ｇでのガス消費量と、時刻ｔ＋１におけるＬＮＧタンクのＬＮＧ残量との関係を示す式である。
（５）分散型電源のランニングコストの合計の制約
式９は、分散型電源のランニングコストの合計は、ガス発電機ｇのランニングコストの合計であることを示す制約条件である。
式９は、分散型電源のランニングコストの合計は、ガス発電機ｇのランニングコストの合計であることを示す制約条件である。
（６）ガス発電機のランニングコストの制約
ｍｇｅ（ｇ）：ガス発電機ｇの比例係数
式１０は、ガス発電機ｇのランニングコストは、ガス発電機ｇの稼働時間に比例することを示す制約条件である。
ｍｇｅ（ｇ）：ガス発電機ｇの比例係数
式１０は、ガス発電機ｇのランニングコストは、ガス発電機ｇの稼働時間に比例することを示す制約条件である。
（７）電力コストの制約
Ｐｔａｒｇｅｔ（ｔ）≧ Ｐｂｕｙ（ｔ） …（式１１）
通常、電力契約では、契約電力と呼ばれる受電可能な電力の最大値が規定されており、需要家は受電電力が契約電力を超過しないように目標電力を定めている。
式１１は、時刻ｔにおける受電電力は設定した目標電力以下であることを示す制約条件である。
Ｐｔａｒｇｅｔ（ｔ）≧ Ｐｂｕｙ（ｔ） …（式１１）
通常、電力契約では、契約電力と呼ばれる受電可能な電力の最大値が規定されており、需要家は受電電力が契約電力を超過しないように目標電力を定めている。
式１１は、時刻ｔにおける受電電力は設定した目標電力以下であることを示す制約条件である。
Ｃｅｌｅｃｖｏｌ（ｔ）＝ＰＲＣｅｌｅｃｖｏｌ（ｔ）×Ｐｂｕｙ（ｔ）×Ｔｃ
…（式１２）
式１２は、時刻ｔにおける従量電力料金は、時刻ｔにおける従量電力単価および受電電力量の積であることを示す制約条件である。
…（式１２）
式１２は、時刻ｔにおける従量電力料金は、時刻ｔにおける従量電力単価および受電電力量の積であることを示す制約条件である。
式１３は、計画期間の電気料金は、時刻ｔにおける従量電力料金を計画期間にわたり加算することで得られることを示す制約条件である。
（８）ＬＮＧコストの制約
式１４は、時刻ｔにおける従量ガス料金は、時刻ｔにおける従量ガス単価に、時刻ｔにおける全てのガス発電機ｇでの燃料消費量の和を掛け合わせることにより得られることを示す制約条件である。
式１４は、時刻ｔにおける従量ガス料金は、時刻ｔにおける従量ガス単価に、時刻ｔにおける全てのガス発電機ｇでの燃料消費量の和を掛け合わせることにより得られることを示す制約条件である。
式１５は、計画期間のガス料金は、時刻ｔにおける従量ガス料金を計画期間にわたり合計した値であることを示す制約条件である。
〔運転計画作成装置の処理手順〕
図５は、運転計画作成装置の処理手順を示すフローチャートである。
図５は、運転計画作成装置の処理手順を示すフローチャートである。
設備情報取得部１０４は、分散型電源およびＬＮＧタンク３から、分散型電源およびＬＮＧタンク３の設備情報を取得するとともに、受変電設備から、受電電力情報を取得し、記憶装置１０２に書き込む（Ｓ１）。
需要予測部１０３は、記憶装置１０２に記憶された分散型電源の設備情報および受電電力情報に基づいて、需要家の電力需要を予測する（Ｓ２）。
計画作成部１０５は、ステップＳ１で取得された設備情報と、ステップＳ２で予測された電力需要と、ＬＮＧの供給計画とに基づいて、分散型電源の運転計画を作成する（Ｓ３）。運転計画の作成方法については上述した通りである。
制御部１０６は、計画作成部１０５が作成した運転計画に基づいて、分散型電源を制御するための制御信号を分散型電源に対して送信することにより、分散型電源を制御する（Ｓ４）。
〔シミュレーション結果〕
次に、ＬＮＧ残量およびＬＮＧサテライト供給における供給計画を考慮せずに作成した分散型電源の運転計画（以下、「運転計画Ａ」という。）に基づく分散型電源の運用例と、上記を考慮して作成した分散型電源の運転計画（以下、「運転計画Ｂ」という。）に基づく分散型電源の運用例とを比較する。
次に、ＬＮＧ残量およびＬＮＧサテライト供給における供給計画を考慮せずに作成した分散型電源の運転計画（以下、「運転計画Ａ」という。）に基づく分散型電源の運用例と、上記を考慮して作成した分散型電源の運転計画（以下、「運転計画Ｂ」という。）に基づく分散型電源の運用例とを比較する。
運転計画Ａは、式２〜式６および式９〜式１５の制約条件の下で、式１に示す目的関数を最適化することにより作成される。なお、式２〜式６および式９〜式１５の制約条件は、式２〜式１５で規定した制約条件からＬＮＧ残量の制約条件である式７および式８を除いたものである。
一方、運転計画Ｂは、計画作成部１０５が作成した分散型電源の運転計画である。つまり、運転計画Ｂは、式２〜式１５の制約条件の下で、式１に示す目的関数を最適化することにより作成される。
図６は、分散型電源の運転計画に基づく分散型電源の運用例を示す図である。
図６の（Ａ）は、運転計画Ａに基づく分散型電源の運転シミュレーション結果を示し、横軸は時間を示し、縦軸は電力を示す。図６の（Ａ）は、需要電力、受電電力およびガス発電機出力の２４時間における時間変化を示している。
図６の（Ａ）は、運転計画Ａに基づく分散型電源の運転シミュレーション結果を示し、横軸は時間を示し、縦軸は電力を示す。図６の（Ａ）は、需要電力、受電電力およびガス発電機出力の２４時間における時間変化を示している。
図６の（Ｂ）は、運転計画Ａに基づいて分散型電源を運転させた場合のＬＮＧタンク３内のＬＮＧ残量を示し、横軸は時間を示し、縦軸はガス残量を示す。図６の（Ｂ）の横軸は、図６の（Ａ）の横軸と対応しており、図６の（Ｂ）は、ＬＮＧ残量の２４時間における時間変化を示している。
図６の（Ｃ）は、運転計画Ｂに基づく分散型電源の運転シミュレーション結果を示す。図６の（Ｃ）の見方は、図６の（Ａ）と同様である。また、図６の（Ｃ）に示す需要電力は、図６の（Ａ）に示す需要電力と同じである。
図６の（Ｄ）は、運転計画Ｂに基づいて分散型電源を運転させた場合のＬＮＧタンク３内のＬＮＧ残量を示す。図６の（Ｄ）の見方は、図６の（Ｂ）と同様である。
図６の（Ａ）に示すように、需要電力が目標電力を上回る時間帯がある。このような時間帯においては、ガス発電機６による発電が行われるが、運転計画Ａでは、ＬＮＧ残量およびＬＮＧサテライト供給におけるＬＮＧの供給計画を考慮していない。このため、例えば、ガス発電機６が定格出力を行うことが最適であると判断された運転計画Ａに従ってガス発電機６を運転した場合には、図６の（Ｂ）に示すように、ＬＮＧの補給タイミングよりも前にＬＮＧ残量が許容される下限値（最小値）を下回ってしまう。
一方、図６の（Ｃ）に示すように、運転計画Ｂでは、ＬＮＧ残量およびＬＮＧの供給計画を考慮している。このため、ガス発電機６が定格出力を行う方が最適な場合であってもＬＮＧ残量が許容される下限値を下回らないようにガス発電機６の発電が抑制される。よって、図６の（Ｄ）に示すように、ＬＮＧの補給タイミングよりも前にＬＮＧ残量が許容される下限値（最小値）を下回ることはない。
図７は、分散型電源の運転計画に基づく分散型電源の他の運用例を示す図である。
図７の（Ａ）は、運転計画Ａに基づく分散型電源の運転シミュレーション結果を示す。図７の（Ａ）の見方は、図６の（Ａ）と同様である。
図７の（Ａ）は、運転計画Ａに基づく分散型電源の運転シミュレーション結果を示す。図７の（Ａ）の見方は、図６の（Ａ）と同様である。
図７の（Ｂ）は、運転計画Ａに基づいて分散型電源を運転させた場合のＬＮＧタンク３内のＬＮＧ残量を示す。図７の（Ｂ）の見方は、図６の（Ｂ）と同様である。
図７の（Ｃ）は、運転計画Ｂに基づく分散型電源の運転シミュレーション結果を示す。図７の（Ｃ）の見方は、図６の（Ａ）と同様である。また、図７の（Ｃ）に示す需要電力は、図７の（Ａ）に示す需要電力と同じである。
図７の（Ｄ）は、運転計画Ｂに基づいて分散型電源を運転させた場合のＬＮＧタンク３内のＬＮＧ残量を示す。図７の（Ｄ）の見方は、図６の（Ｂ）と同様である。
図７の（Ａ）に示すように、需要電力は目標電力を下回っており、運転計画Ａでは、ＬＮＧ残量およびＬＮＧの供給計画を考慮していない。このため、ガス発電機６による発電よりも電力系統７からの受電が優先され、ガス発電機６による発電が行われない場合がある。よって、図７の（Ｂ）に示すように、ＬＮＧの補給タイミング前にＬＮＧ残量が上限値（最大値）に近い場合には、補給タイミングにおいてＬＮＧ残量が上限値を超えてしまう場合がある。
一方、図７の（Ｃ）に示すように、運転計画Ｂでは、ＬＮＧ残量およびＬＮＧの供給計画を考慮している。このため、図７の（Ｄ）に示す補給タイミングに向けてＬＮＧ残量を減らすためにガス発電機６による発電が行われる。その結果、図７の（Ｄ）に示すように、ＬＮＧの補給タイミングにおいてＬＮＧ残量が上限値を超えることがなくなる。
〔実施の形態の効果〕
以上説明したように、本開示の実施の形態によると、ＬＮＧの貯蔵量に関する制約条件の下で、目的関数を最適化することにより、ガス発電機６を含む分散型電源の運転計画を作成している。このため、ＬＮＧの貯蔵量に関する制約を満たす範囲で最適化された分散型電源の運転計画を作成することができる。これにより、需要家施設に設置されたＬＮＧタンク３内のＬＮＧを適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することができる。
以上説明したように、本開示の実施の形態によると、ＬＮＧの貯蔵量に関する制約条件の下で、目的関数を最適化することにより、ガス発電機６を含む分散型電源の運転計画を作成している。このため、ＬＮＧの貯蔵量に関する制約を満たす範囲で最適化された分散型電源の運転計画を作成することができる。これにより、需要家施設に設置されたＬＮＧタンク３内のＬＮＧを適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することができる。
特に、ＬＮＧ残量がＬＮＧタンク３のＬＮＧ残量として許容される最大値を超えないようにしつつ、分散型電源を最適運用することができる。
また、ＬＮＧ残量がＬＮＧタンク３のＬＮＧ残量として許容される最小値を下回らないようにしつつ、分散型電源を最適運用することができる。
［変形例１］
上述の実施の形態では、需要家施設への供給対象とする燃料としてＬＮＧを例にとり説明を行ったが、燃料は高圧ガス水素または液体水素などの水素燃料であってもよい。
上述の実施の形態では、需要家施設への供給対象とする燃料としてＬＮＧを例にとり説明を行ったが、燃料は高圧ガス水素または液体水素などの水素燃料であってもよい。
水素燃料は、ＬＮＧの場合と同様にタンクローリー車により需要家施設に輸送され、需要家施設に設置された水素タンクに貯蔵される。
また、需要家施設には、水素タンクと水素導管を介して接続され、水素タンクから供給される水素燃料を燃焼させることにより発電を行う燃料電池などの水素発電機が設けられる。
運転計画作成装置２は、通信線１０を介して、太陽光発電機４、蓄電池５、水素発電機および水素タンクに接続され、太陽光発電機４、蓄電池５および水素発電機の運転計画を作成し、当該運転計画に従い太陽光発電機４、蓄電池５および水素発電機の運転を制御する。
なお、運転計画の作成は、燃料がＬＮＧの場合と同様と同様に行うことができる。
なお、運転計画の作成は、燃料がＬＮＧの場合と同様と同様に行うことができる。
変形例１によると、水素貯蔵量に関する制約条件の下で、目的関数を最適化することにより、水素発電機を含む分散型電源の運転計画を作成している。このため、水素貯蔵量に関する制約を満たす範囲で最適化された分散型電源の運転計画を作成することができる。これにより、需要家施設に設置された水素タンク内の水素を適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することができる。
［付記］
以上、本開示の実施の形態に係る電力システムについて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
以上、本開示の実施の形態に係る電力システムについて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
例えば、需要家への供給対象とする燃料はＬＮＧ等天然ガスまたは水素燃料に限定されるものではない。例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）、石油、重油、石炭など、車やタンカー等の移動体により供給され、需要家において備蓄され、発電に利用される燃料であれば、他の燃料を用いることもできる。
また、電力システムは、工場に設置されるものに限定されるものではなく、例えば、ビル、マンション、家庭等に設置されてもよい。
また、上記の運転計画作成装置２を構成する構成要素の一部または全部は、１または複数のシステムＬＳＩなどの半導体装置から構成されていてもよい。
また、運転計画作成装置２を運転計画作成装置として機能させるためのコンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、ＨＤＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、半導体メモリなどに記録して流通させてもよいし、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
また、運転計画作成装置２は、複数のコンピュータにより実現されてもよい。運転計画作成装置２の一部または全部の機能がクラウドコンピューティングによって提供されてもよい。
また、本開示は、以下の付記１として実現することも可能である。
［付記１］需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および上記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、
上記取得部が取得した上記予測値および上記設備情報と、燃料の供給計画とに基づいて、上記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、上記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部と、を備える運転計画作成装置。
［付記１］需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および上記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、
上記取得部が取得した上記予測値および上記設備情報と、燃料の供給計画とに基づいて、上記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、上記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部と、を備える運転計画作成装置。
付記１によると、ＬＮＧ等の燃料の貯蔵量に関する制約条件と、燃料の供給計画との下で、目的関数を最適化することにより、分散型電源の運転計画を作成している。このため、燃料の供給計画を満たしつつ、燃料の貯蔵量に関する制約を満たす範囲で最適化された分散型電源の運転計画を作成することができる。これにより、需要家施設に設置された貯蔵装置内の燃料を適切に利用しつつ、分散型電源を最適運用することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
２ 運転計画作成装置
３ ＬＮＧタンク
４ 太陽光発電機
５ 蓄電池
６ ガス発電機
７ 電力系統
８ 工場
９ 電力線
１０ 通信線
１１ ガス導管
１２ ＬＮＧ基地
１３ ＬＮＧローリー車
１０１ 通信部
１０２ 記憶装置
１０３ 需要予測部
１０４ 設備情報取得部
１０５ 計画作成部
１０６ 制御部
３ ＬＮＧタンク
４ 太陽光発電機
５ 蓄電池
６ ガス発電機
７ 電力系統
８ 工場
９ 電力線
１０ 通信線
１１ ガス導管
１２ ＬＮＧ基地
１３ ＬＮＧローリー車
１０１ 通信部
１０２ 記憶装置
１０３ 需要予測部
１０４ 設備情報取得部
１０５ 計画作成部
１０６ 制御部
Claims (7)
- 需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部と、を備える運転計画作成装置。 - 前記設備情報は、前記貯蔵装置に貯蔵されている前記燃料の貯蔵量の情報を含む、請求項１に記載の運転計画作成装置。
- 前記設備情報は、前記発電機の発電効率の情報を含む、請求項１または請求項２に記載の運転計画作成装置。
- 前記設備情報は、前記発電機の出力範囲の情報を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の運転計画作成装置。
- 前記燃料は、天然ガスまたは水素燃料を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の運転計画作成装置。
- 需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得するステップと、
取得された前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成するステップと、を含む運転計画作成方法。 - コンピュータを、
需要家における、電力の需要の予測値と、燃料の貯蔵装置および前記燃料を利用して発電する発電機を少なくとも含む各設備に関する情報である設備情報とを取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記予測値および前記設備情報と、前記燃料の供給に関する情報とに基づいて、前記燃料の貯蔵量に関する制約条件の下で所定の目的関数を最適化することにより、前記発電機を含む分散型電源の運転計画を作成する運転計画作成部として機能させるためのコンピュータプログラム。
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