JP2024043800A - 水素システム運転計画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素システムにおいて効率的な運転を実現する運転計画を的確に作成する。【解決手段】実施形態の水素システム運転計画装置において、取得部は、複数の水素製造装置の性能に関する性能データ、および、運転計画について仮に作成された仮運転計画に関する仮運転計画データを取得するように構成されている。予測部は、取得部が取得した性能データおよび仮運転計画データに基づいて、計画対象期間における複数の水素製造装置の性能を予測することで、性能予測データを得るように構成されている。計画部は、予測部の予測によって得た性能予測データに基づいて仮運転計画を補正することで、運転計画を得るように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、水素システム運転計画装置に関する。

水素は、化石燃料に代わるクリーンなエネルギーとして注目されている。

水素の製造は、例えば、水を電気分解する水素製造装置を有する水素システムで行われる。水素システムは、水素を多量に製造するために、複数の水素製造装置が設置される場合がある。複数の水素製造装置が設置された水素システムにおいて、水素の製造を効率的に行うために、様々技術が提案されている。

特許６４９９３６５号 特許５６１８９５２号 ＷＯ２０２０／０７５７７１

水素システムにおいて、複数の水素製造装置は、それぞれの性能が異なる場合がある。例えば、複数の水素製造装置の間は、アルカリ型や固体高分子型のように電解方式が異なるために、もしくは部材等のバラツキのために、性能が相違する場合がある。

また、複数の水素製造装置の間は、劣化の発生によって性能にバラツキが生ずる場合がある。水素製造装置の劣化は、例えば、運転状況（運転の起動、運転の停止、負荷の変動、積算稼働時間、連続稼働時間など）に起因して、水素製造装置を構成する部材（電極、電解質膜など）が変質することで生ずる。例えば、水素製造装置の劣化として、供給電力に対する水素製造量の割合である運転効率が低下する場合がある。この他に、水素製造装置が水素を製造する水素製造量が目標値になるまでに要する応動時間（応答性）が長くなる場合や、水素製造装置が水素の製造を最も短く継続可能な最低継続時間が長くなる場合がある。そして、水素製造装置においては、性能の劣化に伴って、故障が発生する場合がある。

特に、再生可能エネルギー発電装置から出力される電力を用いて水素製造装置が水素を製造する場合には、再生可能エネルギー発電装置から出力される電力が変動するために、水素製造装置に劣化が生じやすい。また、電力系統の安定化のためにデマンドレスポンスに対応する際においても、水素製造装置に供給される電力が変動するため、水素製造装置に劣化が生じやすい。

従来、複数の水素製造装置を備える水素製造システムでは、水素製造装置の性能低下の予測をせずに、運転計画を作成しているために、複数の水素製造装置を有効的に活用できずに、所望の水素製造量を確保することが困難な場合がある。また、水素製造装置の最低継続時間や応答時間（応答性）の状況によっては、デマンドレスポンスに的確に対応することが困難になる場合がある。

この他に、複数の水素製造装置の間において性能低下が同様に生ずる場合があるので、複数の水素製造装置について同様なタイミングでメンテナンスをすることが必要になる場合がある。このため、メンテナンスのために複数の水素製造装置において運転が実行できない状況になり、所望の水素製造量を確保することが困難な場合がある。

上記のような事情により、複数の水素製造装置が設置された水素システムにおいて水素の製造を効率的に行うことが容易でない場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、水素システムにおいて効率的な運転を実現する運転計画を的確に作成可能な水素システム運転計画装置を提供することである。

実施形態の水素システム運転計画装置は、取得部と予測部と計画部とを有し、電力が供給されることによって水素を製造する複数の水素製造装置を備える水素システムにおいて複数の水素製造装置を計画対象期間に運転する運転計画を作成する。取得部は、複数の水素製造装置の性能に関する性能データ、および、運転計画について仮に作成された仮運転計画に関する仮運転計画データを取得するように構成されている。予測部は、取得部が取得した性能データおよび仮運転計画データに基づいて、計画対象期間における複数の水素製造装置の性能を予測することで、性能予測データを得るように構成されている。計画部は、予測部の予測によって得た性能予測データに基づいて仮運転計画を補正することで、運転計画を得るように構成されている。

図１は、実施形態において、水素システム１００および水素システム運転計画装置２００を含む全体構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、実施形態に係る水素システム運転計画装置２００の構成を示すブロック図である。 図３Ａは、実施形態において、仮運転計画データＤ１ｂの一例を示す図である。 図３Ｂは、実施形態において、性能予測データＤ２の一例を示す図である。 図３Ｃは、実施形態において、運転計画データＤ３の一例を示す図である。 図３Ｄは、実施形態において、運転計画データＤ３における運転効率の推移の一例を示す図である。 図４は、実施形態の変形例１において、水素システム１００および水素システム運転計画装置２００を含む全体構成を模式的に示すブロック図である。 図５は、実施形態の変形例１において、再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力に関する発電電力予測データＤ０、および、再生可能エネルギー発電装置１３０から水素システム１００に供給する電力に関する電力供給データＤ０ｂの一例を示す図である。 図６は、実施形態の変形例２において、性能予測データＤ２の一例を示す図である。

［Ａ］全体構成
図１は、実施形態において、水素システム１００および水素システム運転計画装置２００を含む全体構成を模式的に示すブロック図である。

［Ａ－１］水素システム１００
図１に示すように、水素システム１００は、水素製造部１１０と水素貯蔵装置１２０とを備え、水素システム運転計画装置２００が作成した運転計画に基づいて、水素を製造する運転を実行するように構成されている。水素システム１００を構成する各部について順次説明する。

［Ａ－１－１］水素製造部１１０
水素製造部１１０は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂを含み、電力系統１０（電力網）から供給される電力を用いて、水素の製造を行うように構成されている。ここでは、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂは、例えば、水素電解装置であって、水を電気分解することによって水素を生成する。水素製造部１１０において、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂは、直列に並ぶように設置される他に、並列に並ぶように設置されていてもよい。また、図示を省略しているが、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂには、補機（図示省略）が設置されていてもよい。

［Ａ－１－２］水素貯蔵装置１２０
水素貯蔵装置１２０は、水素製造部１１０で製造された水素を貯蔵するように構成されている。水素貯蔵装置１２０は、例えば、ガスタンクであって、水素ガスを貯蔵する。この他に、水素貯蔵装置１２０は、例えば、液化タンクであって、液化された水素を貯蔵するように構成されていてもよい。水素貯蔵装置１２０で貯蔵された水素は、水素流通網３００へ供給される。

［Ａ－２］水素システム運転計画装置２００
水素システム運転計画装置２００は、水素システム１００において水素製造部１１０を構成する複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂについて、計画対象期間ＴＰに運転する運転計画を作成するために設けられている。

ここでは、水素システム運転計画装置２００は、水素システム１００を構成する各部に関する情報が水素システム１００から入力されると共に、水素システム１００の運転に関する指令が外部から入力される。そして、水素システム運転計画装置２００は、入力された情報および指令に基づいて、水素システム１００の運転計画を作成する。

図２は、実施形態に係る水素システム運転計画装置２００の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、水素システム運転計画装置２００は、取得部２１０と予測部２２０と計画部２３０と制御部２４０とを有する。水素システム運転計画装置２００は、演算器（コンピュータ）と記憶装置とを含み、記憶装置が記憶するプログラムを用いて、演算器が各部として機能するよう構成されている。

［Ａ－２－１］取得部２１０
取得部２１０は、図２に示すように、性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂを取得するように構成されている。

ここでは、性能データＤ１ａは、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能に関するデータである。具体的には、性能データＤ１ａは、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂに供給する電力に関するデータ（電力量、電圧、電流など）、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂが製造する水素に関するデータ（水素製造量、温度、圧力など）、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの状態に関するデータ（故障信号、稼働や停止などに関する状態信号など）を含む。性能データＤ１ａは、例えば、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂに設置されたセンサ（図示省略）から取得部２１０へ送信される。この他に、性能データＤ１ａは、例えば、測定された値に応じて取得部２１０において設定したデータであってもよい。

仮運転計画データＤ１ｂは、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂを計画対象期間ＴＰに運転する運転計画について仮に作成された仮運転計画に関するデータである。仮運転計画データＤ１ｂは、例えば、計画対象期間ＴＰにおける水素需要量に対応するように水素製造量を設定した仮運転計画に関するデータである。この場合、仮運転計画は、例えば、水素需要量が多い期間に水素製造量が多くなるように設定すると共に、水素需要量が少ない期間に水素製造量が少なくなるように設定される。計画対象期間ＴＰにおける水素需要量は、計画対象期間ＴＰに関して実際に要求された水素需要量の値でもよく、過去の水素需要量の実績から予測される値であってもよい。水素需要量の予測は、例えば、過去の水素需要量の実績を学習することで作成された需要予測モデルを用いて実行してもよい。この他に、仮運転計画データＤ１ｂは、計画対象期間ＴＰにおける水素製造量を取得部２１０がランダムに設定したデータ等の任意のデータであってもよい。

取得部２１０が取得した性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂは、記憶され、その性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂの内容がディスプレイ装置（図示省略）の画面に表示されるように構成されていてもよい。ディスプレイ装置は、水素システム運転計画装置２００が備えていてもよく、水素システム運転計画装置２００の外部に設置されたものであってもよい。

［Ａ－２－２］予測部２２０
予測部２２０は、図２に示すように、取得部２１０が取得した性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂに基づいて、性能予測データＤ２を得るように構成されている。

性能予測データＤ２は、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能の推移について予測されたデータである。ここでは、性能予測データＤ２は、計画対象期間ＴＰにおいて複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂが劣化する劣化状態について予測されたデータを含む。

予測部２２０は、性能予測モデルを用いて、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能を予測する。性能予測モデルは、学習モデル、等価回路モデル、電気化学モデル等であって、例えば、取得部２１０から予測部２２０に出力された性能データＤ１ａを用いて生成される。性能予測モデルは、回帰分析やニューラルネットワークを用いた手法などを用いて生成される。

予測部２２０は、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能として、例えば、計画対象期間ＴＰにおける運転効率を予測する。運転効率は、例えば、水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂに供給される電力に対する水素製造量の割合であって、例えば、積算稼働時間や連続稼働時間などの運転状況に起因して低下する。このため、予測部２２０は、例えば、積算稼働時間と運転効率との関係、連続稼働時間と運転効率との関係などを学習することで生成された性能予測モデルを用いて、性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂから計画対象期間ＴＰにおける運転効率を予測する。

運転効率の他に、予測部２２０は、水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能として、応動時間（応答性）や最低継続時間などを予測するように構成されていてもよい。

予測部２２０が得た性能予測データＤ２は、記憶され、その性能予測データＤ２の内容がディスプレイ装置（図示省略）の画面に表示されるように構成されていてもよい。

［Ａ－２－３］計画部２３０
計画部２３０は、図２に示すように、仮運転計画データＤ１ｂおよび性能予測データＤ２が入力される。そして、計画部２３０は、性能予測データＤ２に基づいて、仮運転計画データＤ１ｂに対応する仮運転計画を補正（最適化）することで運転計画Ｐを作成することによって、運転計画データＤ３を得るように構成されている。

計画部２３０において、運転計画Ｐの作成は、例えば、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能が、予め定めた目標値を満たすように仮運転計画を補正することで実行される。

ここでは、目標値は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの間で異なっていてもよい。また、目標値は、計画対象期間ＴＰの全体で一定の値でなく、各時点において異なる値であってもよい。この他に、複数の因子のそれぞれについて目標値がある場合において、その複数の因子の目標値の全てを満たすように補正を行うことができない場合には、複数の因子の目標値の一部を満たすように補正を行うことで、運転計画Ｐを作成してもよい。また、例えば、計画対象期間ＴＰを複数の分割期間に分割し、その複数の分割期間のそれぞれにおいて因子を切り替えて補正を行うことで、運転計画Ｐを作成してもよい。

計画部２３０は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂについて、積算稼働時間や連続稼働時間の目標値を設定し、その目標値を満たすように、補正を実行してもよい。

計画部２３０は、作成した運転計画Ｐにおいて複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能が目標値を満たすか否かの判断をする際には、予測部２２０が用いる性能予測モデルを使用してもよい。

計画部２３０は、コスト、環境負荷などの他の因子を考慮して、補正を実行してもよい。例えば、水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂに供給する電力を独立変数とし、水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂが水素を生成する水素生成量や、水素貯蔵供給部１２０が貯蔵する水素貯蔵量などの因子を従属変数とし、コストなどの因子を評価関数とした混合整数線形計画問題の式を作成することで、補正を実行してもよい。補正は、遺伝的アルゴリズムなどのメタヒューリスティックな方法、強化学習などの機械学習などの様々な方法でも実行してもよい。評価関数は、積算稼働時間や連続稼働時間に関するものであってもよい。

計画部２３０は、任意の計画単位で運転計画Ｐを作成する。例えば、計画対象期間ＴＰが数年である場合には、計画単位は、例えば、１日、数日、１週間である。また、例えば、計画対象期間ＴＰが１ヶ月以下である場合には、計画単位は、例えば、３０分である。

計画部２３０が得た運転計画データＤ３は、記憶され、その運転計画データＤ３の内容がディスプレイ装置（図示省略）の画面に表示されるように構成されていてもよい。

なお、例えば、計画部２３０において目標値を満たすように補正を実行することができない場合には、更新した仮運転計画に関する仮運転計画データＤ１ｂを取得部２１０が取得し、その仮運転計画データＤ１ｂ等を用いて予測部２２０が性能予測データＤ２を取得し、その性能予測データＤ２に基づいて、更新した仮運転計画を補正（最適化）することで運転計画Ｐを作成してもよい。

［Ａ－２－４］制御部２４０
制御部２４０は、図２に示すように、計画部２３０が取得した運転計画データＤ３に基づいて、水素システム１００の動作を制御する制御データＣＴＬを出力するように構成されている。

制御部２４０は、制御データＣＴＬを水素システム１００に出力することによって、計画対象期間ＴＰにおいて複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂが水素を製造する運転を運転計画に基づいて実行するように制御する。当然ながら、制御部２４０は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの状態に応じて、運転計画と異なる運転を適宜実行するように、制御を行ってもよい。

［Ｂ］運転計画Ｐの作成方法
以下より、本実施形態の水素システム運転計画装置２００において、運転計画Ｐを作成するときの具体的な動作の一例について説明する。

［Ｂ－１］性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂの取得
水素システム運転計画装置２００において運転計画Ｐを作成する際には、図２に示したように、まず、性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂを取得部２１０が取得する。

性能データＤ１ａは、上述したように、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能に関するデータであり、例えば、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれの運転効率に関する実績データ（計画時のデータおよび過去のデータ）を、取得部２１０が性能データＤ１ａとして取得する。

図３Ａは、実施形態において、仮運転計画データＤ１ｂの一例を示す図である。

図３Ａでは、計画対象期間ＴＰが２０２２年１月から２０２４年１２月の期間である場合における仮運転計画データＤ１ｂの一例を示している。図３Ａにおいて、上段は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのうち一方の水素製造装置１１０Ａに関して作成された仮運転計画データＤ１ｂであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、水素製造装置１１０Ａに供給する電力ＥＡ（ＭＷ）を示している。図３Ａにおいて、下段は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのうち他方の水素製造装置１１０Ｂに関して作成された仮運転計画データＤ１ｂであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、水素製造装置１１０Ｂに供給する電力ＥＢ（ＭＷ）を示している。

図３Ａに示すように、仮運転計画データＤ１ｂは、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂを計画対象期間ＴＰに運転する運転計画について仮に作成された仮運転計画に関するデータである。仮運転計画データＤ１ｂは、例えば、計画対象期間ＴＰにおける水素需要量に基づいて、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれが水素を製造する水素製造量を求め、その水素製造量から複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれに供給する電力ＥＡ，ＥＢを求めることで得られ、取得部２１０において取得される。

［Ｂ－２］性能予測データＤ２の作成
つぎに、図２に示したように、取得部２１０が取得した性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂに基づいて、予測部２２０が性能予測データＤ２を得る。

図３Ｂは、実施形態において、性能予測データＤ２の一例を示す図である。

図３Ｂでは、計画対象期間ＴＰが２０２２年１月から２０２４年１２月の期間である場合における性能予測データＤ２の一例を示している。図３Ｂにおいて、上段は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのうち一方の水素製造装置１１０Ａに関して得た性能予測データＤ２であり、横軸は、時間を示し、縦軸は、水素製造装置１１０Ａの運転効率ＫＡを示している。図３Ｂにおいて、下段は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのうち他方の水素製造装置１１０Ｂに関して得た性能予測データＤ２であり、横軸は、時間を示し、縦軸は、水素製造装置１１０Ｂの運転効率ＫＢを示している。

図３Ｂに示すように、性能予測データＤ２は、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれの運転効率が劣化する劣化状態について予測されたデータである。

予測部２２０は、例えば、取得部２１０に出力された性能データＤ１ａから作成した性能予測モデルを用いて、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれの運転効率を仮運転計画データＤ１ｂから予測することで、性能予測データＤ２を得る。例えば、仮運転計画データＤ１ｂにおいて、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの運転が行われる積算稼働時間や運転が継続される連続稼働時間が長く、かつ、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの負荷が大きい（電力供給量が大きい）ときには、運転効率の低下が大きくなるように予測される。

［Ｂ－３］運転計画データＤ３の作成
つぎに、図２に示したように、予測部２２０が得た性能予測データＤ２に基づいて、計画部２３０が、仮運転計画データＤ１ｂに対応する仮運転計画を補正（最適化）することで運転計画Ｐを作成することによって、運転計画データＤ３を得る。

運転計画Ｐの作成では、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能が、予め定めた目標値を満たすように仮運転計画を補正する。

前述の図３Ｂにおいては、水素製造装置１１０Ａの運転効率ＫＡに関する目標下限値、および、水素製造装置１１０Ｂの運転効率ＫＢに関する目標下限値が、破線で示されている。図３Ｂに示すように、水素製造装置１１０Ｂの運転効率ＫＢの予測値は、計画対象期間ＴＰの全体に渡って目標下限値以上である。しかしながら、水素製造装置１１０Ｂの運転効率ＫＢの予測値は、計画対象期間ＴＰの前段の時間帯（２０２２年１月の第１週Ｗ１から２０２２年１２月の第２週Ｗ２までの間）では目標下限値以上であるが、計画対象期間ＴＰの後段の時間帯（２０２２年１２月の第３週Ｗ３から２０２４年１２月の第５週Ｗ５までの間）では目標下限値よりも小さくなっている。このため、水素製造装置１１０Ａの運転効率ＫＡおよび水素製造装置１１０Ｂの運転効率ＫＢの両者が計画対象期間ＴＰにおいて目標下限値を満たすように、仮運転計画データＤ１ｂを補正し、運転計画データＤ３を得る。

図３Ｃは、実施形態において、運転計画データＤ３の一例を示す図である。

図３Ｃに示すように、運転計画データＤ３は、例えば、仮運転計画データＤ１ｂ（図３Ａ参照）における計画対象期間ＴＰの後段の時間帯（ここでは、２０２２年１２月の第１週Ｗ１から２０２４年１２月の第５週Ｗ５までの間）に関して、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれに供給する電力ＥＡ，ＥＢの推移を変更することで作成される。

図３Ｄは、実施形態において、運転計画データＤ３における運転効率の推移の一例を示す図である。

図３Ｄに示すように、運転計画データＤ３は、水素製造装置１１０Ａの運転効率ＫＡおよび水素製造装置１１０Ｂの運転効率ＫＢの両者が、計画対象期間ＴＰの全体に渡って、目標下限値（破線）以上になるように補正される。例えば、仮運転計画データＤ１ｂにおける積算稼働時間や連続稼働時間などを変更することで、運転効率を目標下限値以上にする。

そして、その運転計画データＤ３に基づいて、制御部２４０が複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの動作を制御することで、計画対象期間ＴＰにおいて水素の製造が実行される。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態の水素システム運転計画装置２００は、取得部２１０と予測部２２０と計画部２３０とを有し、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂを備える水素システム１００において複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂを計画対象期間ＴＰに運転する運転計画を作成するように構成されている。取得部２１０は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能に関する性能データＤ１ａ、および、運転計画について仮に作成された仮運転計画に関する仮運転計画データＤ１ｂを取得する。予測部２２０は、取得部２１０が取得した性能データＤ１ａおよび仮運転計画データＤ１ｂに基づいて、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能を予測することで、性能予測データＤ２を得る。例えば、予測部２２０は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの運転効率が劣化する劣化状態を予測することによって、性能予測データＤ２を得る。計画部２３０は、予測部２２０の予測によって得た性能予測データＤ２に基づいて仮運転計画を補正することで、運転計画を得る。それゆえ、本実施形態では、計画対象期間ＴＰにおいて複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能を目標値に保持した状態で水素の製造を実行することができる。したがって、本実施形態では、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂが設置された水素システムにおいて水素の製造を効率的に行うことを容易に実現可能である。

また、本実施形態において、仮運転計画データＤ１ｂは、計画対象期間ＴＰにおける水素需要量の予測結果に基づいて作成された仮運転計画に関するデータである。このため、本実施形態では、計画対象期間ＴＰにおいて、水素需要量に対応するように水素の製造を実行することができる。

［Ｄ］変形例
上記の実施形態は、一例であって、さまざまな変形形態を採用することができる。

［Ｄ－１］変形例１
上記の実施形態では、水素製造部１１０は、水素システム１００の外部の電力系統１０（電力網）から供給される電力を用いて、水素の製造を行うように構成されている場合について説明したが（図１参照）、これに限らない。

図４は、実施形態の変形例１において、水素システム１００および水素システム運転計画装置２００を含む全体構成を模式的に示すブロック図である。

図４に示すように、水素システム１００は、再生可能エネルギー発電装置１３０を含み、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂが、その再生可能エネルギー発電装置１３０から出力される電力を用いて水素を製造するように構成されていてもよい。

再生可能エネルギー発電装置１３０は、再生可能エネルギーから電力を生成して出力する装置である。再生可能エネルギー発電装置１３０は、例えば、太陽光発電装置であって、太陽光を受光し光電変換を実施することで、電力を生成するように構成されている。この他に、再生可能エネルギー発電装置１３０は、風力発電装置やバイオマス発電装置等であってもよい。

このとき、取得部２１０が取得する仮運転計画データＤ１ｂは、計画対象期間ＴＰにおいて再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力の予測結果に基づいて作成された仮運転計画に関するデータであることが好ましい。計画対象期間ＴＰにおいて再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力の予測は、例えば、季節と発電電力との関係を学習することで作成された予測モデルを用いて実行される。

図５は、実施形態の変形例１において、再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力に関する発電電力予測データＤ０、および、再生可能エネルギー発電装置１３０から水素システム１００に供給する電力に関する電力供給データＤ０ｂの一例を示す図である。

図５では、計画対象期間ＴＰが２０２２年１月から２０２４年１２月の期間である場合における発電電力予測データＤ０および電力供給データＤ０ｂの一例を示している。図５において、上段は、発電電力予測データＤ０であり、横軸は、時間を示し、縦軸は、再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力ＥＰ１（ＭＷ）を示している。図３Ａにおいて、下段は、電力供給データＤ０ｂであり、横軸は、時間を示し、縦軸は、再生可能エネルギー発電装置１３０から水素システム１００に供給する電力ＥＰ２（ＭＷ）を示している。

図５の上段に示すように、再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力ＥＰ１は、計画対象期間ＴＰにおいて変動する。このため、図５の下段に示すように、再生可能エネルギー発電装置１３０から水素システム１００に供給する電力ＥＰ２は、再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力ＥＰ１に対応するように設定される。つまり、再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力ＥＰ１が多くなるほど、再生可能エネルギー発電装置１３０から水素システム１００に供給する電力ＥＰ２が多くなるように設定される。

そして、図３Ａに示したように、仮運転計画データＤ１ｂは、電力供給データＤ０ｂに基づいて作成される。つまり、水素システム１００に供給する電力ＥＰ２を複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂに分配するように、仮運転計画が作成される。その後、上記した実施形態の場合と同様に、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能を予測することで、性能予測データＤ２を得た後に、その性能予測データＤ２に基づいて仮運転計画を補正することで、運転計画を得る。

このため、本変形例では、計画対象期間ＴＰにおいて再生可能エネルギー発電装置１３０が出力する電力を効率的に使用して、水素の製造を実行することができる。

［Ｄ－２］変形例２
上記の実施形態において、仮運転計画データＤ１ｂは、デマンドレスポンス（ＤＲ：需要家応答）に対応するように作成された仮運転計画に関するデータであってもよい。

図６は、実施形態の変形例２において、性能予測データＤ２の一例を示す図である。

図６では、図３Ｂの場合と同様に、計画対象期間ＴＰが２０２２年１月から２０２４年１２月の期間である場合における性能予測データＤ２の一例を示している。図６では、水素製造装置１１０Ａにおいて、上げＤＲ（上向きの矢印部分）および下げＤＲ（下向きの矢印部分）に対応する場合に関して、示している。

図６に示すように、水素製造装置１１０Ａにおいて、上げＤＲ（上向きの矢印部分）に対応する場合には、水素製造装置１１０Ａに供給する電力を増加させる。これに対して、水素製造装置１１０Ａにおいて、下げＤＲ（下向きの矢印部分）に対応する場合には、水素製造装置１１０Ａに供給する電力を減少させる。そして、下げＤＲ（下向きの矢印部分）に対応するために水素製造装置１１０Ａが製造する水素の水素製造量が減った時間帯以外の時間帯においては、水素製造装置１１０Ｂに供給する電力を増加させる。

その後、上記した実施形態の場合と同様に、図６に示したように作成された仮運転計画データＤ１ｂに関して、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能を予測することで、予測部２２０が性能予測データＤ２を得る。その後、その性能予測データＤ２に基づいて計画部２３０が仮運転計画を補正することで、運転計画を得る。ここでは、計画部２３０は、計画対象期間ＴＰにおいて複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能（例えば、運転効率）が目標値を保持するように、仮運転計画におけるデマンドレスポンス（需要家応答）について補正することで、運転計画を得る。

このため、本変形例では、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂが設置された水素システムにおいて水素の製造を効率的に行うことを容易に実現可能である。

なお、デマンドレスポンス（需要家応答）は、複数のメニューがあり、その複数のメニューは、応動時間（応答性）や最低継続時間などが規定されている。このため、本変形例のように、デマンドレスポンス（需要家応答）に対応する場合には、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能として、運転効率の他に、応動時間（応答性）や最低継続時間などを考慮することが好ましい。具体的には、計画対象期間ＴＰにおける複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能として予測部２２０が応動時間（応答性）および最低継続時間について予測を行い、計画対象期間ＴＰにおける応動時間（応答性）および最低継続時間が目標値を達成するように計画部２３０が仮運転計画を補正することで運転計画を作成することが好ましい。

また、計画部２３０は、応動時間（応答性）および最低継続時間について予測された結果に応じて、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂにおいてデマンドレスポンスに対応して水素の製造を実行する装置の選択を行うように構成されていてもよい。その他、計画部２３０は、応動時間（応答性）および最低継続時間について予測された結果に応じて、デマンドレスポンスへの対応可否について判断し、その判断した結果に基づいて、仮運転計画を補正してもよい。

［Ｄ－３］その他の変形例
計画部２３０は、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂのうち、性能が低下した度合いが高い水素製造装置を、性能が低下した度合いが低い水素製造装置よりも優先的に利用するように、運転計画を作成してもよい。これにより、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂにおいて、メンテナンスを実行するために運転を停止する時期が、同時期でなくなるため、水素システムにおいて効率的な運転を実現する運転計画を的確に作成可能である。

また、計画部２３０は、必要に応じて、計画対象期間ＴＰよりも前に、作成した運転計画Ｐについて補正を行うように構成されていてもよい。例えば、運転計画Ｐの作成後に予め設定した時間が経過した後に、変更された水素需要量等に応じて、計画部２３０が作成済の運転計画Ｐを補正してもよい。その他、複数の水素製造装置１１０Ａ，１１０Ｂの性能について予測された結果と、実測した結果との間の差が、予め設定した閾値以上になったときに、計画部２３０が作成済の運転計画Ｐを補正してもよい。

なお、水素システム１００において水素製造装置を新たに追加した場合であっても、上記の実施形態の場合と同様に、水素システム運転計画装置２００を用いて運転の計画を実行してもよい。つまり、既に導入済みの水素製造装置と、後から新規に導入された水素製造装置との間において特性（稼働時間等）が異なる場合であっても、上記の場合と同様に、運転の計画を実行可能である。

また、上記の説明において、「積算稼働時間」は、水素システム１００において水素製造部１１０を新規に設置した時点を始点にし、水素の製造を実行した時間の積算値である他に、水素製造部１１０についてメンテナンスを実施した時点を始点にし、水素の製造を実行した時間の積算値であってもよい。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 電力系統、１００ 水素システム、１１０ 水素製造部、１１０Ａ 水素製造装置、１１０Ｂ 水素製造装置、１２０ 水素貯蔵供給部、１２０ 水素貯蔵装置、１３０ 再生可能エネルギー発電装置、２００ 水素システム運転計画装置、２１０ 取得部、２２０ 予測部、２３０ 計画部、２４０ 制御部、３００ 水素流通網

Claims (6)

1. 電力が供給されることによって水素を製造する複数の水素製造装置を備える水素システムにおいて前記複数の水素製造装置を計画対象期間に運転する運転計画を作成する水素システム運転計画装置であって、
   前記複数の水素製造装置の性能に関する性能データ、および、前記運転計画について仮に作成された仮運転計画に関する仮運転計画データを取得するように構成されている取得部と、
   前記取得部が取得した前記性能データおよび前記仮運転計画データに基づいて、前記計画対象期間における前記複数の水素製造装置の性能を予測することで、性能予測データを得るように構成されている予測部と、
   前記予測部の予測によって得た前記性能予測データに基づいて前記仮運転計画を補正することで、前記運転計画を得るように構成されている計画部と
   を有する、
   水素システム運転計画装置。
2. 前記予測部は、前記計画対象期間において前記複数の水素製造装置が劣化する劣化状態を予測することによって、前記性能予測データを得る、
   請求項１に記載の水素システム運転計画装置。
3. 前記仮運転計画データは、前記計画対象期間における水素需要量の予測結果に基づいて作成された前記仮運転計画に関するデータである、
   請求項１に記載の水素システム運転計画装置。
4. 前記水素システムは、
   再生可能エネルギーから電力を生成して出力する再生可能エネルギー発電装置
   を含み、
   前記複数の水素製造装置は、前記再生可能エネルギー発電装置から出力される電力を用いて水素を製造するように構成されており、
   前記仮運転計画データは、前記計画対象期間において前記再生可能エネルギー発電装置が出力する電力の予測結果に基づいて作成された前記仮運転計画に関するデータである、
   請求項１に記載の水素システム運転計画装置。
5. 前記仮運転計画データは、デマンドレスポンスに対応するように作成された前記仮運転計画に関するデータである、
   請求項１に記載の水素システム運転計画装置。
6. 前記計画部が作成した取得した前記運転計画に基づいて、前記水素システムの動作を制御するように構成されている制御部
   を有する、
   請求項１から５のいずれかに記載の水素システム運転計画装置。

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