JP2021163085A - 製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法 - Google Patents

製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2021163085A
JP2021163085A JP2020062922A JP2020062922A JP2021163085A JP 2021163085 A JP2021163085 A JP 2021163085A JP 2020062922 A JP2020062922 A JP 2020062922A JP 2020062922 A JP2020062922 A JP 2020062922A JP 2021163085 A JP2021163085 A JP 2021163085A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
energy
steelworks
gas
energy operation
operation conditions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020062922A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7028272B2 (ja
Inventor
知義 小笠原
Tomoyoshi Ogasawara
正洋 宇野
Masahiro Uno
孝次 吉原
Koji Yoshihara
一茂 谷津
Kazushige Yatsu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2020062922A priority Critical patent/JP7028272B2/ja
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority to CN202180021930.3A priority patent/CN115315669A/zh
Priority to KR1020227032645A priority patent/KR20220143920A/ko
Priority to BR112022019279A priority patent/BR112022019279A2/pt
Priority to PCT/JP2021/010615 priority patent/WO2021200118A1/ja
Priority to EP21780211.5A priority patent/EP4130908A4/en
Priority to US17/913,634 priority patent/US20230151447A1/en
Publication of JP2021163085A publication Critical patent/JP2021163085A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7028272B2 publication Critical patent/JP7028272B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/006Automatically controlling the process
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/418Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00Blast furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00Blast furnaces
    • C21B7/24Test rods or other checking devices
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0286Modifications to the monitored process, e.g. stopping operation or adapting control
    • G05B23/0294Optimizing process, e.g. process efficiency, product quality
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/04Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/06Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063Operations research, analysis or management
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/04Manufacturing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06Energy or water supply
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2300/00Process aspects
    • C21B2300/04Modeling of the process, e.g. for control purposes; CII
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/20Pc systems
    • G05B2219/26Pc applications
    • G05B2219/2639Energy management, use maximum of cheap power, keep peak load low
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/30Computing systems specially adapted for manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • General Factory Administration (AREA)
  • Blast Furnaces (AREA)

Abstract

【課題】製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算に要する時間を短縮可能な製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法及び最適計算装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法は、製鉄所を構成する工場毎のエネルギー用役の発生量及び消費量の実績値及び予測値を用いて、現時刻から所定時間内の製鉄所のエネルギー運用総コストを評価関数として、評価関数の値が小さくなるような製鉄所内のエネルギー設備の運用条件を所定時間内の所定時刻毎に決定変数として算出する製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法であって、エネルギー設備に含まれる発電設備に関する決定変数が予め定めた集約時間内では一定になるように等式制約を課して決定変数を算出するステップを含む。
【選択図】図3

Description

本発明は、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法に関する。
一般に、製鉄所は、上工程(高炉、コークス炉、製鋼工程等)から下工程(圧延工程、表面処理工程等)にかけての多数の工場及び複数の発電設備から構成され、次に示すエネルギー(ガス・蒸気・電力)運用がなされている。
すなわち、高炉で発生するBガス(Blast Furnace gas)、コークス炉で発生するCガス(Coke Oven gas)、転炉で発生するLDガス(LD converter gas)といった副生ガス、及びこれらの副生ガスを混合して熱量調整したMガス(Mixed gas)は、工場や発電設備で使用されている。ここで、ガス供給量が工場需要(例えば圧延工場の加熱炉での需要量)に対して不足する場合、都市ガスを補填して工場需要を満足させる。また、発電設備へのガス供給量が所定量に対し不足する場合には、重油で補填する。これらの補填燃料は使用量に応じてコストが生じる。一方、ガス供給量が工場需要に対して余剰となる場合には、燃焼によってガスを無害化した後に大気中に放散することになるが、これはエネルギー損失や二酸化炭素排出に繋がるため最小限とすべきである。
コスト低減と放散抑制のためには、副生ガスの貯蔵設備であるガスホルダの活用やガス配分量を適正に調整することが必要になる。例としてガスホルダでは、副生ガスの供給量が需要量よりも多くなる局面においては、放散より優先してガスホルダに副生ガスを蓄えることによりその貯蔵量(ガスホルダレベル)を上昇させて放散を抑制する。一方、副生ガスの需要量が供給量よりも多くなる局面においては、ガスホルダから貯蔵ガスを払い出すことにより需要を充足させて補填燃料の使用量を削減する。また、副生ガスの需要量が供給量よりさらに多い場合には、発電設備の出力を低下させる。また、それでも対処できない場合には、工場の操業レベルを低下させることがある。
蒸気は、LDガスや焼結炉からの排熱回収ボイラ、CDQ(Coke Drying Quenching:コークス乾式消火設備)のボイラ、発電設備のタービン中段からの抽気(タービン中段から蒸気を得る操作。発電量は低下)等によって供給され、工場(冷延工場の酸洗槽保温や真空脱ガス設備)で使用される。蒸気需要に対する不足量は外部から購入する。また、工場の電力需要は、CDQ、TRT(Top-pressure Recovery Turbine:高炉炉頂圧発電)、発電設備での発電量と電力会社からの買電で充足させる。買電量は、1時間あたりの契約量(買電量上限)を超過しないように管理する必要がある。また、買電単価は、時間帯によって異なるため、単価の高い時間帯であり、且つ、副生ガス供給量に余剰がある場合には、発電設備の出力を高く設定して買電量を低減させる等、コストが最小となる運用条件は時間帯や需給状況によって異なる。
このような背景から、製鉄所のエネルギー運用コストを最小化する技術が提案されている(特許文献1,2、非特許文献1参照)。
特許第5862839号公報 特開2004−171548号公報
Yujiao Zeng, Xin Xiao, Jie Li, Li Sun, Christodoulos A. Floudas, Hechang Li, "A novel multi-period mixed-integer linear optimization model for optimal distribution of byproduct gases, steam and power in an iron and steel plant", Energy. 2018, vol.143, p.881-899.
特許文献1,2や非特許文献1に記載の技術はいずれも、製鉄所又はプラントの最適なエネルギー運用条件を求めるために、プラントの運用条件や操業ルールを適切に記述するのに適している混合整数計画問題を解いている。この混合整数計画問題は、連続変数と整数変数の両方を決定変数ベクトル(探索によって求める変数ベクトル)に含む。ここで、決定変数ベクトルの各要素はガス配分や蒸気配分等のエネルギー運用条件を示す変数である。この問題の解法としては、厳密解法である分枝限定法がよく使われるが、分枝限定法は、探索してもコストの改善の見込みのない解の候補を探索しないことにより効率的に最適解を探索する手法である。そして、探索の過程で制約条件を全て満たす実行可能解と連続緩和解(整数変数の一部を連続変数に緩和した時の解)とのコスト差がある閾値以下となったときに探索を終了する。
しかしながら、基本的に分枝限定法は効率の良い探索方法であるが、問題の構造や規模に依存して計算時間が変化し、場合によっては設定時間内に満足する解が得られないことがある。これは、特に定周期で最適解を得ることが求められるエネルギー運用システムでは問題となる。特許文献1,2や非特許文献1に記載の技術は、解の質を向上させるための定式化方法に関するものであり、計算時間を短縮化するための定式化方法については検討がされていない。特に製鉄所のように複数の工場及び発電設備を含み、その操業ルールが複雑である場合には決定変数の数が増大し、計算時間が増大するという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算に要する時間を短縮可能な製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法及び最適計算装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、最適なエネルギー運用条件で製鉄所を操業可能な製鉄所の操業方法を提供することにある。
本発明に係る製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法は、製鉄所を構成する工場毎のエネルギー用役の発生量及び消費量の実績値及び予測値を用いて、現時刻から所定時間内の前記製鉄所のエネルギー運用総コストを評価関数として、該評価関数の値が小さくなるような前記製鉄所内のエネルギー設備の運用条件を前記所定時間内の所定時刻毎に決定変数として算出する製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法であって、前記エネルギー設備に含まれる発電設備に関する決定変数が予め定めた集約時間内では一定になるように等式制約を課して決定変数を算出するステップを含むことを特徴とする。
本発明に係る製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法は、上記発明において、前記工場毎のエネルギー用役には、ガス、蒸気、及び電力が含まれることを特徴とする。
本発明に係る製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法は、上記発明において、前記エネルギー設備には、混合ガス製造設備、ガスホルダ、コークス乾式消火設備、高炉炉頂圧発電設備、及び副生ガス、重油、又は抽気を使用する発電設備が含まれることを特徴とする。
本発明に係る製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法は、上記発明において、前記エネルギー運用総コストには、重油、都市ガス、及び蒸気の使用に伴うコストと買電に伴うコストが含まれることを特徴とする。
本発明に係る製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置は、製鉄所を構成する工場毎のエネルギー用役の発生量及び消費量の実績値及び予測値を用いて、現時刻から所定時間内の前記製鉄所のエネルギー運用総コストを評価関数として、該評価関数の値が小さくなるような前記製鉄所内のエネルギー設備の運用条件を前記所定時間内の所定時刻毎に決定変数として算出する製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置であって、
前記エネルギー設備に含まれる発電設備に関する決定変数が予め定めた集約時間内では一定になるように等式制約を課して決定変数を算出する手段を備えることを特徴とする。
本発明に係る製鉄所の操業方法は、本発明に係る製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法によって算出された決定変数に従って製鉄所を操業するステップを含むことを特徴とする。
本発明に係る製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法及び最適計算装置によれば、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算に要する時間を短縮することができる。また、本発明に係る製鉄所の操業方法によれば、最適なエネルギー運用条件で製鉄所を操業することができる。
図1は、本発明の一実施形態である製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置の構成を示すブロック図である。 図2は、本発明の一実施形態である最適計算処理の流れを示すフローチャートである。 図3は、決定変数の集約制約条件を説明するための図である。 図4は、本発明例及び比較例におけるコストの推移を示す図である。 図5は、本発明例及び比較例における発電量の推移を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置について説明する。
〔構成〕
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態である製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置の構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態である製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本発明の一実施形態である製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置は、ワークステーション等の情報処理装置1によって構成され、情報処理装置1内部の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することにより情報取得部11及び最適計算部12として機能する。これら各部の機能については後述する。
このような構成を有する最適計算装置は、以下に示す最適計算処理を実行することにより、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算に要する時間を短縮する。以下、図2,図3を参照して、最適計算処理を実行する際の最適計算装置の動作について説明する。
〔最適計算処理〕
図2は、本発明の一実施形態である最適計算処理の流れを示すフローチャートである。図2に示すフローチャートは、情報処理装置1に対して最適計算処理の実行指令が入力されたタイミングで開始となり、最適計算処理はステップS1の処理に進む。
ステップS1の処理では、情報取得部11が、現時刻(t=0)における製鉄所内の工場のエネルギー用役の発生量及び消費量の実績値及び予測値のデータを最適計算処理の入力データとして取得する。具体的には、情報取得部11は、以下の表1に示すように、現時刻におけるエネルギー用役の発生量の実績値及び予測値のデータとして、Bガス、Cガス、LDガス、及び蒸気の発生量の実績値S(0),S(0),S(0),SSt(0)及び予測値S(k),S(k),S(k),SSt(k)(k=1〜N)のデータを取得する。また、情報取得部11は、以下の表2に示すように、現時刻におけるエネルギー用役の消費量の実績値及び予測値のデータとして、Bガス、Cガス、LDガス、Mガス、蒸気、及び電力の消費量の実績値D(0),D(0),D(0),D(0),DSt(0),D(0)及び予測値D(k),D(k),D(k),D(k),DSt(k),D(k)(k=1〜N)のデータを取得する。これにより、ステップS1の処理は完了し、最適計算処理はステップS2の処理に進む。
Figure 2021163085
Figure 2021163085
ステップS2の処理では、情報取得部11が、以下の表3に示すように、現時刻におけるCDQボイラ蒸気量とTRT発電量の実績値SStCDQ(0),SETRT(0)及び予測値SStCDQ(k),SETRT(k)(k=1〜N)のデータを最適計算処理の入力データとして取得する。これにより、ステップS2の処理は完了し、最適計算処理はステップS3の処理に進む。
Figure 2021163085
ステップS3の処理では、情報取得部11が、現時刻において製鉄所内の全発電設備で使用されている燃料量の実績値のデータを取得する。具体的には、一般に、製鉄所では、燃料として、Bガス、Cガス、及びLDガスに加えて副生ガスを混合して熱量調整したMガスが使用される。また、所定発電量が確保できないときには、重油やCDQタービンからの抽気が使用されることもある。このため、情報取得部11は、以下の表4に示すように、現時刻において製鉄所内の全発電設備で使用されているBガス、Cガス、LDガス、Mガス、重油、及び抽気の量の実績値DBxU(0),DCxU(0),DLxU(0),DMxU(0),DOxU(0),SStxU(0)(xは発電設備の識別番号を示す)のデータを取得する。これにより、ステップS3の処理は完了し、最適計算処理はステップS4の処理に進む。
Figure 2021163085
ステップS4の処理では、情報取得部11が、以下の表5に示すように、製鉄所内の発電設備にMガスを供給する混合ガス製造設備の現時刻におけるBガス、Cガス、LDガス、及び都市ガスの量の実績値DBPow(0),DCPow(0),DLPow(0),DTPow(0)のデータを取得する。また、情報取得部11は、以下の表5に示すように、製鉄所内の工場にMガスを供給する混合ガス製造設備の現時刻におけるBガス、Cガス、LDガス、及び都市ガスの量の実績値DBMill(0),DCMill(0),DLMill(0),DTMill(0)のデータを取得する。これにより、ステップS4の処理は完了し、最適計算処理はステップS5の処理に進む。
Figure 2021163085
ステップS5の処理では、情報取得部11が、以下の表6に示すように、現時刻におけるBガス、Cガス、及びLDガスのガスホルダのガス貯蔵量HBLevel(0),HCLevel(0),HLLevel(0)と飲み込み量及び払い出し量の実績値H(0),H(0),H(0)のデータを取得する。これにより、ステップS5の処理は完了し、最適計算処理はステップS6の処理に進む。
Figure 2021163085
ステップS6の処理では、情報取得部11が、製鉄所のエネルギー運用にかかるコストを計算するために必要な単価設定値のデータを取得する。具体的には、情報取得部11は、以下の表7に示すように、現時刻における電力、蒸気、重油、及び都市ガスの単価の実績値CEle(0),CSt(0),C(0),C(0)及び将来の契約値CEle(k),CSt(k),C(k),C(k)(k=1〜N)のデータを取得する。これにより、ステップS6の処理は完了し、最適計算処理はステップS7の処理に進む。
Figure 2021163085
ステップS7の処理では、最適計算部12が、ステップS1〜ステップS6の処理において取得したデータを用いて、現時刻から所定期間内(k=1〜N)における製鉄所のエネルギー運用にかかるコストを最小化する条件を求める最適計算を実行する。具体的には、最適計算における決定変数(コストを最小化するように探索する変数)は、以下の表8に示す発電設備におけるBガス、Cガス、LDガス、Mガス、重油、及び抽気の使用量、以下の表9に示す混合ガス製造設備におけるBガス、Cガス、LDガス、及び都市ガスの量DBPow(k),DCPow(k),DLPow(k),DTPow(k),DBMill(k),DCMill(k),DLMill(k),DTMill(k)、以下の表10に示すガスホルダのガス貯蔵量HBLevel(k),HCLevel(k),HLLevel(k)と飲み込み量及び払い出し量H(k),H(k),H(k)、買電量SEPurchase(k)、CDQタービンからの抽気量SStExtCDQ(k)、及び蒸気購入量SStPurchase(k)である。
Figure 2021163085
Figure 2021163085
Figure 2021163085
また、最小化すべきコストは、補填燃料である重油、都市ガス、蒸気、及び買電量の和である。それぞれの単価は表7に示した通りであり、これを使って以下の数式(1)に示すように現時刻からN周期先までのコストの合計値fを記述する。また、最適計算の際に以下に示す制約条件(a)〜(l)を設定する。これにより、ステップS7の処理は完了し、一連の最適計算処理は終了する。
Figure 2021163085
(a)Bガスバランス制約
Figure 2021163085
(b)Cガスバランス制約
Figure 2021163085
(c)LDガスバランス制約
Figure 2021163085
(d)工場Mガスバランス制約
Figure 2021163085
(e)発電設備Mガスバランス制約
Figure 2021163085
(f)ガスホルダ貯蔵量
Figure 2021163085
ここで、Tは固定時間刻みを示す。
(g)発電設備モデル
Figure 2021163085
ここで、f(n=1,2,…,x)は発電設備の投入熱量と抽気量を引数に持つ発電モデルを示す。
Figure 2021163085
ここで、fCDQはCDQのボイラ蒸気量と抽気量を引数に持つ発電モデルを示す。
(h)電力バランス制約
Figure 2021163085
(i)蒸気バランス制約
時間k(=1〜N)における蒸気発生量と蒸気消費量が等しい
Figure 2021163085
(j)上下限制約
決定変数の上下限を制約する不等式を設定する。例えば決定変数をV、その上限値をU、下限値をLとすれば,以下の数式(12)に示す不等式制約となる。
Figure 2021163085
(k)計算時間短縮のための決定変数の集約制約条件
決定変数を指定時刻以降集約し、同一の値で探索することで計算(探索)時間を短縮する制約を設ける。例えば図3(a)に示すように終端時刻が現時刻からT×24周期先である場合、図3(b)に示すように指定時刻として途中T×13周期以降は3×T周期単位で集約してその周期の間は同一の値で探索する制約を設ける。具体的には、制約条件を現時刻から周期Nに対応して作成する過程において、指定時刻をJ,集約数をn(自然数)として、以下に示す条件1及び条件2が同時に成り立つときに以下の集約制約を課す。なお、本実施形態では、発電設備に関係する決定変数に対して集約制約条件を課す。これは、工場の需給設備は需給計画が決まっているために変更することが困難であるのに対して、発電設備は運用条件の変更は容易であるためである。また、指定時刻としては、運用者が参考情報として知りたい生産計画の精度が比較的低くなる時刻以降とすると良い。
(条件1)指定時刻J以降、最終時刻N以下。つまり、J+1≦t≦Nが成り立つ。
(条件2)剰余判定(t−J)modn=1が成り立つ。これは、(t−J)をnで割った余りが1であるという条件
(集約制約)l=t+1,…,min(t+n−1,N)に対して等式制約V(t)=V(l)を設定する。
(l)変化速度制約
変化速度を規定する場合、その上限値をU、下限値をLとすれば,以下の数式(13),(13)’に示す不等式制約となる。
Figure 2021163085
ここで、数式(13)’は、決定変数の集約数nに応じて変化速度を大きくすることにより、集約しない時刻と同等の変化速度を持たせるために必要である。
本発明例では、終端時刻が12周期先(1周期は5分)で、複数の発電設備への燃料使用量を表す複数の決定変数に対して7周期以降で集約数6に設定して最適計算し、従来例では、終端時刻は同じ12周期先であるが、集約をせずに最適計算し、両者の結果を比較した。なお、両者の計算条件は、決定変数の集約有無以外は同じ条件(コスト単価や需給測定値等。図2に示すステップS1〜S6の処理)とし、両者の計算に用いた計算機も同じとした。その結果、従来例と本発明例との計算時間の比率(=本発明例/従来例)は約0.90となり、10%の計算時間短縮を達成できた。これは、本発明例では決定変数を集約した制約条件の効果と言える。この時、コストとしては、図4に示すように6周期までは従来例とほぼ同等で、集約を実施した7周期先以降は本発明例のコストが従来例と比較して高くなった。これは、決定変数の集約によって、例えば図5に示すように7周期以降の発電量が一定値となるように探索範囲に制約がかかっているためである。但し、最適計算を定周期で実行し、運用者は集約するより前の時刻の計算結果に従い、集約した時刻以降は参考値として参照するような活用方法を想定しているため、コストに対する影響としては軽微である。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
1 情報処理装置
11 情報取得部
12 最適計算部

Claims (6)

  1. 製鉄所を構成する工場毎のエネルギー用役の発生量及び消費量の実績値及び予測値を用いて、現時刻から所定時間内の前記製鉄所のエネルギー運用総コストを評価関数として、該評価関数の値が小さくなるような前記製鉄所内のエネルギー設備の運用条件を前記所定時間内の所定時刻毎に決定変数として算出する製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法であって、
    前記エネルギー設備に含まれる発電設備に関する決定変数が予め定めた集約時間内では一定になるように等式制約を課して決定変数を算出するステップを含むことを特徴とする製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法。
  2. 前記工場毎のエネルギー用役には、ガス、蒸気、及び電力が含まれることを特徴とする請求項1に記載の製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法。
  3. 前記エネルギー設備には、混合ガス製造設備、ガスホルダ、コークス乾式消火設備、高炉炉頂圧発電設備、及び副生ガス、重油、又は抽気を使用する発電設備が含まれることを特徴とする請求項1又は2に記載の製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法。
  4. 前記エネルギー運用総コストには、重油、都市ガス、及び蒸気の使用に伴うコストと買電に伴うコストが含まれることを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか1項に記載の製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法。
  5. 製鉄所を構成する工場毎のエネルギー用役の発生量及び消費量の実績値及び予測値を用いて、現時刻から所定時間内の前記製鉄所のエネルギー運用総コストを評価関数として、該評価関数の値が小さくなるような前記製鉄所内のエネルギー設備の運用条件を前記所定時間内の所定時刻毎に決定変数として算出する製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置であって、
    前記エネルギー設備に含まれる発電設備に関する決定変数が予め定めた集約時間内では一定になるように等式制約を課して決定変数を算出する手段を備えることを特徴とする製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置。
  6. 請求項1〜4のうち、いずれか1項に記載の製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法によって算出された決定変数に従って製鉄所を操業するステップを含むことを特徴とする製鉄所の操業方法。
JP2020062922A 2020-03-31 2020-03-31 製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法 Active JP7028272B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020062922A JP7028272B2 (ja) 2020-03-31 2020-03-31 製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法
KR1020227032645A KR20220143920A (ko) 2020-03-31 2021-03-16 제철소에 있어서의 에너지 운용 조건의 최적 계산 방법, 제철소에 있어서의 에너지 운용 조건의 최적 계산 장치, 및 제철소의 조업 방법
BR112022019279A BR112022019279A2 (pt) 2020-03-31 2021-03-16 Método de cálculo ideal da condição de operação de energia em siderúrgica, dispositivo de cálculo ideal de condição de operação de energia em siderúrgica e método de funcionamento de siderúrgica
PCT/JP2021/010615 WO2021200118A1 (ja) 2020-03-31 2021-03-16 製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法
CN202180021930.3A CN115315669A (zh) 2020-03-31 2021-03-16 炼铁厂中的能量运用条件的最优计算方法、炼铁厂中的能量运用条件的最优计算装置和炼铁厂的操作方法
EP21780211.5A EP4130908A4 (en) 2020-03-31 2021-03-16 METHOD FOR OPTIMUM CALCULATION OF ENERGY MANAGEMENT CONDITION IN STEEL PLANT, DEVICE FOR OPTIMAL CALCULATION OF ENERGY MANAGEMENT CONDITION IN STEEL PLANT, AND OPERATIONAL METHOD OF STEEL PLANT
US17/913,634 US20230151447A1 (en) 2020-03-31 2021-03-16 Optimal calculation method of energy operating condition in iron mill, optimal calculation device of energy operating condition in iron mill, and running method of iron mill

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020062922A JP7028272B2 (ja) 2020-03-31 2020-03-31 製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021163085A true JP2021163085A (ja) 2021-10-11
JP7028272B2 JP7028272B2 (ja) 2022-03-02

Family

ID=77930358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020062922A Active JP7028272B2 (ja) 2020-03-31 2020-03-31 製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230151447A1 (ja)
EP (1) EP4130908A4 (ja)
JP (1) JP7028272B2 (ja)
KR (1) KR20220143920A (ja)
CN (1) CN115315669A (ja)
BR (1) BR112022019279A2 (ja)
WO (1) WO2021200118A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI836484B (zh) * 2022-06-23 2024-03-21 中國鋼鐵股份有限公司 氮氣供需的預測系統
WO2024057841A1 (ja) * 2022-09-13 2024-03-21 Jfeスチール株式会社 エネルギー運用支援システム、情報処理装置、表示端末装置、エネルギー運用支援方法および製鉄所の操業方法
TWI826335B (zh) * 2023-06-19 2023-12-11 中國鋼鐵股份有限公司 用於預測高爐爐料使用量的方法及其電腦程式產品

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01109401A (ja) * 1987-10-22 1989-04-26 Konica Corp プラントモデルを使ったプロセス制御方法
JP2001101253A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Sumitomo Metal Ind Ltd 取合せ方法、取合せ問題処理装置、及び記録媒体
JP2012014372A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Canon It Solutions Inc 情報処処理装置、情報処理方法、及びコンピュータプログラム
JP5862839B2 (ja) * 2013-12-16 2016-02-16 Jfeスチール株式会社 エネルギー需給運用ガイダンス装置及び製鉄所内のエネルギー需給運用方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004171548A (ja) 2002-11-06 2004-06-17 Fuji Electric Holdings Co Ltd プラントの最適運用方法、最適設計方法、最適運転計画方法、及び最適化装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01109401A (ja) * 1987-10-22 1989-04-26 Konica Corp プラントモデルを使ったプロセス制御方法
JP2001101253A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Sumitomo Metal Ind Ltd 取合せ方法、取合せ問題処理装置、及び記録媒体
JP2012014372A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Canon It Solutions Inc 情報処処理装置、情報処理方法、及びコンピュータプログラム
JP5862839B2 (ja) * 2013-12-16 2016-02-16 Jfeスチール株式会社 エネルギー需給運用ガイダンス装置及び製鉄所内のエネルギー需給運用方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021200118A1 (ja) 2021-10-07
BR112022019279A2 (pt) 2022-11-16
US20230151447A1 (en) 2023-05-18
CN115315669A (zh) 2022-11-08
KR20220143920A (ko) 2022-10-25
EP4130908A4 (en) 2023-09-20
JP7028272B2 (ja) 2022-03-02
EP4130908A1 (en) 2023-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021200118A1 (ja) 製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算方法、製鉄所におけるエネルギー運用条件の最適計算装置、及び製鉄所の操業方法
KR101771985B1 (ko) 에너지 수급 운용 가이던스 장치 및 제철소 내의 에너지 수급 운용 방법
CN113723718B (zh) 一种能源碳排放预测方法、装置、设备及介质
Zeng et al. A novel multi-period mixed-integer linear optimization model for optimal distribution of byproduct gases, steam and power in an iron and steel plant
US20200219027A1 (en) Knowledge transfer-based modeling method for blast furnace gas scheduling systems
JP2005092827A (ja) スケジューリングシステムおよびスケジューリングをコンピュータに実行させるためのプログラム
JP5501893B2 (ja) プラント運転評価装置
CN106462907B (zh) 能量供需运用指导装置及炼铁厂内的能量供需运用方法
Li et al. Life cycle assessment and optimization of an iron making system with a combined cycle power plant: a case study from China
KR102231347B1 (ko) 부생가스 수급예측에 기초한 발전출력 제어장치 및 제어방법
JP6954497B1 (ja) エネルギー運用支援装置、エネルギー運用支援方法及び製鉄所の操業方法
JP2011169234A (ja) 運転スケジュール演算装置
CN115210730A (zh) 能量供需运用指导装置以及炼钢厂内的能量供需运用方法
van Niekerk et al. Developing an optimisation model for industrial furnace gaseous fuel distribution for energy cost savings
JP2021005311A (ja) エネルギー運用支援装置及びエネルギー運用支援方法
Maneschijn et al. Investigating load shift potential through the use of off-gas holders on South African steel plants
Zhao et al. Prediction and optimal scheduling of byproduct gases in steel mill: trends and challenges
JP7485241B1 (ja) エネルギー運用支援システム、情報処理装置およびエネルギー運用支援方法
JP2004059954A (ja) 転炉吹錬制御方法
WO2024004585A1 (ja) 加熱炉燃焼ガス使用量予測装置、エネルギー運用最適化システム、エネルギー運用最適化装置、表示端末装置、加熱炉燃焼ガス使用量予測方法およびエネルギー運用最適化方法
Zhang et al. Production scheduling with power price coordination in steel industry
TWI755986B (zh) 能源運用支援裝置,能源運用支援方法及煉鋼廠的運轉方法
Feng et al. Gas system scheduling strategy for steel metallurgical process based on multi-objective differential evolution
Wang et al. A Multi-objective Optimal Scheduling Method by Considering Energy and Production for Integrated Energy System in Steel Industry
JP2017091462A (ja) 機器選定システム、機器選定方法及びプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210610

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20210610

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210907

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211019

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220118

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220131

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7028272

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150