JP6052467B2 - 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 - Google Patents
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Description
本発明は、製鉄所内における副生ガス、蒸気、電力等のエネルギーユーティリティの需給運用作業を支援する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に関する。
一般に、製鉄所では、高炉から副生的に発生する高炉ガス（Ｂガス）、コークス炉から発生するコークスガス（Ｃガス）、及びＬＤ転炉から発生する転炉ガス（ＬＤガス）を直接又は混合ガス（Ｍガス）として工場や自家発電設備で再利用している。ここで、ガスを貯蔵するガスホルダのレベルを超えてガスが余剰となるガスの運用をした場合、余剰ガスを大気放散しなければならなくなり、損失となる。一方、ガス需要量がガス供給量より多くなり、ガスが不足する局面では、工場の操業に影響が生じ、同様に損失となる。このため、製鉄所では、ガスの需給量に応じてガスを適切に運用する必要がある。
また、製鉄所では、ガスと同様に蒸気も適切に運用する必要があり、特に蒸気不足は回避すべきである。すなわち、ＬＤガスの排熱ボイラからの蒸気供給量の他にBTG（Boiler steam-Turbine Generator）やCDQ（Coke Dry Quenching system）等の自家発電用の蒸気タービンからの抽気（タービンの途中から蒸気を取り出すこと）によって得られる蒸気供給量を蒸気需要量に対して不足なく運用する必要がある。また、電力については、外部からの受電量の上限値を超えてはならない等の制約がある。
以上のように、製鉄所においては、ガス、蒸気、及び電力を低コストで運用することが求められる。このような背景から、製鉄所又は各種エネルギーを供給するプラントの運用をコスト面で最適化する技術が提案されている。具体的には、特許文献１，２や非特許文献１には、プラントとその操業コストとを数理計画法の枠組みで定式化し、様々な最適化手法を用いてプラントの最適な運用計画を求解する手法が記載されている。
"ハイブリッドシステムの予測制御とそのプロセス制御への適用"、システム／制御／情報、Vol.46、No.3、pp.110-119、2002
一般に、製鉄所内におけるエネルギーユーティリティの需給運用作業を担当する担当者は、計算機による最適化演算には誤差があるという課題を念頭に、現時点のエネルギー需給運用ガイダンス装置の出力に従った運用を行うか、又は、自身の判断で運用するかを判断する必要がある。これは、特許文献１，２や非特許文献１に記載の手法を用いたエネルギー需給運用ガイダンス装置では、将来のエネルギーユーティリティの需給バランスの予測誤差に起因して最適な運用計画のコストが上昇するため、エネルギー需給運用ガイダンス装置の出力に従って運用した場合、現状の成り行き運用を行った場合よりも運用コストが上昇することがあるためである。
しかしながら、特許文献１，２や非特許文献１記載の手法は、運用者がエネルギー需給運用ガイダンス装置の出力に従った運用をすべきか否かの情報を運用者に提示することができない。このため、特許文献１，２や非特許文献１記載の手法によれば、エネルギー需給運用ガイダンス装置の出力に従って運用した結果、現状の成り行き運用を行った場合よりも運用コストが上昇したために、その後、エネルギー需給運用ガイダンス装置が有効に活用されなくなることがあった。
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、将来のエネルギーユーティリティの需給バランスの予測誤差に起因して運用コストが上昇することを抑制可能な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を提供することにある。
本発明に係るエネルギー需給運用ガイダンス装置は、製鉄所内におけるエネルギーユーティリティの需給運用作業を支援するエネルギー需給運用ガイダンス装置であって、最適化計算によってエネルギーユーティリティの最適な需給運用コスト及びエネルギーユーティリティの最適需給量を算出する最適化計算部と、現時刻を含む過去のエネルギーユーティリティの需給予測誤差の実績値を用いて、将来のエネルギーユーティリティの需給予測誤差の推定値を算出する予測誤差推定部と、前記予測誤差推定部によって算出されたエネルギーユーティリティの需給予測誤差の推定値に応じた、エネルギーユーティリティの需給運用コストの上昇量を算出する運用コスト上昇量算出部と、前記最適化計算部によって算出された需給運用コストに前記運用コスト上昇量算出部によって算出された需給運用コストの上昇量を加算した値を運用コスト補正値として算出する運用コスト補正部と、現状の成り行き操業をした場合のエネルギーユーティリティの需給運用コストの実績値より前記最適化計算部によって算出された需給運用コストが低い場合、且つ、現状の成り行き操業をした場合のエネルギーユーティリティの需給運用コストの実績値より前記運用コスト補正値が高い場合又は前記運用コスト上昇量算出部によって算出された需給運用コストの上昇量が設定値以上である場合、アラーム情報を出力する機能と、現時刻におけるエネルギーユーティリティの需給量の実績値及び前記最適化計算部によって計算されたエネルギーユーティリティの最適需給量を出力する機能と、を有するアラーム出力部と、を備えることを特徴とする。
本発明に係るエネルギー需給運用ガイダンス装置は、上記発明において、前記エネルギーユーティリティには、製鉄所内で発生した副生ガス、蒸気、及び電力のうちの少なくとも一つが含まれていることを特徴とする。
本発明に係るエネルギー需給運用ガイダンス装置は、上記発明において、前記運用コスト上昇量算出部は、需給予測誤差と需給運用コストの上昇量との関係を示す関数に需給予測誤差の推定値を入力することにより需給運用コストの上昇量を算出することを特徴とする。
本発明に係る製鉄所内のエネルギー需給運用方法は、本発明に係るエネルギー需給運用ガイダンス装置から出力された情報に従って、製鉄所内におけるエネルギーユーティリティの需給運用作業を行うステップを含むことを特徴とする。
本発明に係る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によれば、将来のエネルギーユーティリティの需給バランスの予測誤差に起因してエネルギーユーティリティの運用コストが上昇することを抑制できる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるエネルギー需給運用ガイダンス装置の構成について説明する。
本発明の一実施形態であるエネルギー需給運用ガイダンス装置は、製鉄所内におけるエネルギーユーティリティの需給運用作業を支援する装置である。エネルギーユーティリティには、製鉄所内で発生した副生ガス（Ｂガス、Ｃガス、ＬＤガス、Ｍガス）、蒸気、及び電力のうちの少なくとも一つが含まれる。
図１に示すように、本発明の一実施形態であるエネルギー需給運用ガイダンス装置１は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成され、エネルギー需給予測精度データベース（ＤＢ）２、予測誤差推定部３、運用コスト上昇量算出部４、最適化計算部５、運用コスト補正部６、アラーム表示部７、及びガイダンス画面８を主な構成要素として備えている。予測誤差推定部３、運用コスト上昇量算出部４、最適化計算部５、運用コスト補正部６、及びアラーム表示部７は、情報処理装置内のＣＰＵ等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って実現される。
エネルギー需給予測精度ＤＢ２は、不揮発性の記憶装置によって構成され、例えば図２に示すような形式で過去の時点におけるエネルギーユーティリティの需要量及び供給量の予測値及び実績値のデータを格納している。ここで、需要量及び供給量の予測値は、エネルギー需給予測精度ＤＢ２にデータを格納する時刻の１計算周期前に予測された需要量及び供給量である。
予測誤差推定部３は、ガイダンスの動作周期である所定の計算周期毎にエネルギー需給予測精度ＤＢ２から指定期間内におけるエネルギーユーティリティの需要量及び供給量の予測値及び実績値のデータを取得する。予測誤差推定部３は、取得したデータを用いて予めユーザが指定した期間内の各時刻におけるエネルギーユーティリティの需要量及び供給量の予測誤差（＝予測値−実績値）を算出する。予測誤差推定部３は、算出されたエネルギーユーティリティの需要量及び供給量の予測誤差を用いて、エネルギーユーティリティの将来の需要量及び供給量の予測誤差を推定する。
エネルギーユーティリティの将来の需要量及び供給量の予測誤差はそれぞれ、例えば指定期間内の各時刻における需要量及び供給量の予測誤差の平均値や重み付き平均値を算出することによって推定することができる。エネルギーユーティリティの将来の需要量及び供給量の予測誤差は、全てのエネルギーユーティリティについて求めてもよいし、注目するユーティリティについてのみ求めるようにしてもよい。
予測誤差推定部３は、エネルギーユーティリティの将来の供給量の予測誤差の推定値とエネルギーユーティリティの将来の需要量の予測誤差の推定値との差をエネルギーユーティリティの将来の需給量の予測誤差の推定値として算出し、算出値を運用コスト上昇量算出部４に出力する。
運用コスト上昇量算出部４は、予測誤差推定部３から出力されたエネルギーユーティリティの将来の需給量の予測誤差の推定値に応じたエネルギーユーティリティの需給運用コストの上昇量を算出する。具体的には、例えば図３に示すように、エネルギーユーティリティの将来の需給量の予測誤差が増加するとエネルギーユーティティの需給運用コストは上昇する。従って、需給量の予測誤差と需給運用コストの上昇量との関係性を予め解析して関数化しておき、この関数に予測誤差推定部３から出力された需給量の予測誤差の推定値を入力することによって需給運用コストの上昇量を求めることができる。運用コスト上昇量算出部４は、算出された需給運用コストの上昇量を運用コスト補正部６に出力する。
最適化計算部５は、最適化計算によってエネルギーユーティリティの最適な需給運用コスト及び需給量の計算値を算出する。詳しくは、最適化計算部５は、エネルギーユーティリティの需給運用に関する制約条件やコストを数理計画問題の一つである混合整数計画問題として予め定式化した数式に対して、製鉄所の操業実績データ及び操業計画情報を入力することによって、エネルギーユーティリティの最適な需給運用コスト及び需給量の計算値（運用コスト計算値、需給量計算値）を算出する。最適解の解法については、分枝限定法等を用いることができるが、詳細は例えば非特許文献１等の先行技術文献に記載されている。
最適化計算部５は、現時刻におけるエネルギーユーティリティの需給運用コストの実績値（運用コスト実績値）を算出する。ここで、運用コスト実績値は、現状の成り行き運用をした場合における１計算周期先の需給運用コストと考えることができる。最適化計算部５は、算出された運用コスト計算値及び運用コスト実績値を運用コスト補正部６に出力する。また、最適化計算部５は、製鉄所の運転条件に関する情報をガイダンス画面８に表示出力する。
運用コスト補正部６は、最適化計算部５から出力された需給運用コスト計算値に運用コスト上昇量算出部４から出力された運用コストの上昇量を加算した値を運用コスト補正値として算出する。そして、運用コスト補正部６は、運用コスト計算値、運用コスト補正値、及び運用コスト実績値に関す情報をアラーム表示部７に出力する。
アラーム表示部７は、運用コスト補正部６から出力された情報に従ってガイダンス画面８にアラーム情報を表示する。具体的には、運用コスト実績値よりも運用コスト計算値が低い場合、且つ、運用コスト実績値よりも運用コスト補正値の方が高い場合、エネルギーユーティリティの需給量の予測誤差に起因して需給運用コストが逆転している。従って、この場合には、ガイダンスに従うとコストアップになってしまうため、アラーム表示部７は、ガイダンス画面８にアラーム情報を表示する。また同様に、運用コスト実績値よりも運用コスト計算値が低い場合、且つ、需給運用コストの上昇量が需給運用コストの基準値よりも大きい場合、ガイダンスとしての効果とその信頼性が期待できないので、アラーム表示部７は、ガイダンス画面８にアラーム情報を表示する。また、アラーム表示部７は、現時刻におけるエネルギーユーティリティの需給量の実績値及び最適化計算部５によって計算された需給量計算値を表示する。
運用者は、ガイダンス画面８にアラーム情報が表示されているか否かと現時刻におけるエネルギーユーティリティの需給量の実績値及び最適化計算部５によって計算された需給量計算値とに基づいて、エネルギー需給運用ガイダンス装置の出力に従ってエネルギーユーティリティの需給運用を行うか、又は、自身の判断で運用を行うかを判断する。結果、エネルギー需給運用ガイダンス装置の出力に従って運用した結果、将来のエネルギーユーティリティの需給バランスの予測誤差に起因してエネルギーユーティリティの運用コストが上昇することを抑制できる。
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態であるエネルギー需給運用ガイダンス装置１では、アラーム表示部７が、運用コスト実績値より運用コスト計算値が低い場合、且つ、運用コスト実績値より運用コスト補正値が高い場合又は運用コスト上昇量算出部４によって算出された需給運用コストの上昇量が設定値以上である場合、ガイダンス画面８にアラーム情報を表示する。また、アラーム表示部７は、現時刻におけるエネルギーユーティリティの需給量の実績値及び最適化計算部５によって計算されたエネルギーユーティリティの最適需給量を出力する。これにより、将来のエネルギーユーティリティの需給バランスの予測誤差に起因してエネルギーユーティリティの運用コストが上昇することを抑制できる。
製鉄所内におけるエネルギーユーティリティの運用コスト（運用コスト計算値、運用コスト補正値、運用コスト実績値）のトレンドを図４に示し、それに対応する本発明の一実施形態であるエネルギー需給運用ガイダンス装置のアラーム出力タイミングを図５に示す。図６に示すエネルギーユーティリティの需給予測誤差に起因する運用コスト上昇に依存して、図５に示すように、運用コスト補正値≧運用コスト実績値≧運用コスト計算値が成り立っている時刻（９時〜１２時及び２４時）にアラームが出力されていることがわかる。これにより、全エネルギーユーティリティのガイダンス値を出力するエネルギー需給運用ガイダンス装置の出力に従って運用した結果、将来のエネルギーユーティリティの需給バランスの予測誤差に起因してエネルギーユーティリティの運用コストが上昇することを抑制できる。なお、本実施例は、説明の簡素化のために、Ｃガス供給量予測に関する評価に限定したものであるが、本発明は、全エネルギーユーティリティの需要量及び供給量毎に設定可能である。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の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の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
本発明によれば、将来のエネルギーユーティリティの需給バランスの予測誤差に起因して運用コストが上昇することを抑制可能な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を提供することができる。
１ エネルギー需給運用ガイダンス装置
２ エネルギー需給予測精度データベース（ＤＢ）
３ 予測誤差推定部
４ 運用コスト上昇量算出部
５ 最適化計算部
６ 運用コスト補正部
７ アラーム表示部
８ ガイダンス画面
２ エネルギー需給予測精度データベース（ＤＢ）
３ 予測誤差推定部
４ 運用コスト上昇量算出部
５ 最適化計算部
６ 運用コスト補正部
７ アラーム表示部
８ ガイダンス画面
Claims (4)
- 製鉄所内におけるエネルギーユーティリティの需給運用作業を支援するエネルギー需給運用ガイダンス装置であって、
最適化計算によってエネルギーユーティリティの最適な需給運用コスト及びエネルギーユーティリティの最適需給量を算出する最適化計算部と、
現時刻を含む過去のエネルギーユーティリティの需給予測誤差の実績値を用いて、将来のエネルギーユーティリティの需給予測誤差の推定値を算出する予測誤差推定部と、
前記予測誤差推定部によって算出されたエネルギーユーティリティの需給予測誤差の推定値に応じた、エネルギーユーティリティの需給運用コストの上昇量を算出する運用コスト上昇量算出部と、
前記最適化計算部によって算出された需給運用コストに前記運用コスト上昇量算出部によって算出された需給運用コストの上昇量を加算した値を運用コスト補正値として算出する運用コスト補正部と、
現状の成り行き操業をした場合のエネルギーユーティリティの需給運用コストの実績値より前記最適化計算部によって算出された需給運用コストが低い場合、且つ、現状の成り行き操業をした場合のエネルギーユーティリティの需給運用コストの実績値より前記運用コスト補正値が高い場合又は前記運用コスト上昇量算出部によって算出された需給運用コストの上昇量が設定値以上である場合、アラーム情報を出力する機能と、現時刻におけるエネルギーユーティリティの需給量の実績値及び前記最適化計算部によって計算されたエネルギーユーティリティの最適需給量を出力する機能と、を有するアラーム出力部と、
を備えることを特徴とするエネルギー需給運用ガイダンス装置。 - 前記エネルギーユーティリティには、製鉄所内で発生した副生ガス、蒸気、及び電力のうちの少なくとも一つが含まれていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー需給運用ガイダンス装置。
- 前記運用コスト上昇量算出部は、需給予測誤差と需給運用コストの上昇量との関係を示す関数に需給予測誤差の推定値を入力することにより需給運用コストの上昇量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギー需給運用ガイダンス装置。
- 請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載のエネルギー需給運用ガイダンス装置から出力された情報に従って、製鉄所内におけるエネルギーユーティリティの需給運用作業を行うステップを含むことを特徴とする製鉄所内のエネルギー需給運用方法。
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