JP6706957B2 - エネルギー需給計画策定装置及びエネルギー需給計画策定プログラム - Google Patents

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Description

この発明は、電力取引市場および燃料取引市場を対象にしたエネルギー需給計画を立案するエネルギー需給計画策定装置及びエネルギー需給計画策定プログラムに関するもので、特に、蒸気供給を含んだエネルギー需給計画を立案するエネルギー需給計画策定装置及びエネルギー需給計画策定プログラムに関する。
電力取引市場および燃料取引市場では、日常的に電力と燃料が売買されている。電力取引市場および燃料取引市場では、取引計画と発電計画を含むエネルギー需給計画が立案されている。火力発電機を使用して電力を供給する事業者の一部は、火力発電機内で発生させる蒸気を発電機外へ取り出し、蒸気を必要とする需要家（蒸気需要家）に供給することで利益を得ている。事業者は、発電収益が最大となるように電力取引市場での取引計画を立案して、それに見合う燃料消費量を決定する。次に、その燃料消費量を確保しながら燃料取引収益が最大になる燃料取引量を求めることにより、電力と燃料の各エネルギー取引に関する統合的な計画支援を行うことが可能である（例えば特許文献１）。
特開２００７−５８７６０号公報
火力発電機を使用して電力を供給する事業者の一部は、火力発電機内で発生させる蒸気を発電機外へ取り出し、蒸気を必要とする需要家（蒸気需要家）に供給することで利益を得ている。このように火力発電機が使用する蒸気の一部を使って蒸気供給を行う場合、火力発電機の効率、すなわち、投入したエネルギーに対する発電量が、変化する。発電量とコストの間には、蒸気供給による販売利益と火力発電機の効率低下による燃料消費増大、あるいは出力低下に対する電力購入費用によるコスト増大というトレードオフが存在する。その結果、電力取引と燃料取引を含む需給計画を策定しても、求めた収支が減少することがあった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力需給計画、燃料需給計画、および蒸気需給計画との間で相互にデータ連携することにより、電力取引と燃料取引を含むエネルギー需給計画を策定し、蒸気供給による火力発電機の発電効率変化を考慮して収益を増大することを目的としている。
本発明にかかわるエネルギー需給計画策定装置は、電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画を作成するエネルギー需給計画策定装置において、発電計画から発電単価と熱消費率を含む第１の連携データを計算し、蒸気需給計画から燃料消費量を含む第２の連携データを計算し、取引計画と発電計画から発電用燃料消費計画を含む第３の連携データを計算するデータ連携部と、データ連携部で計算された第１の連携データを第１の目的関数に取り入れて蒸気需給計画を作成する蒸気需給計画部と、データ連携部で計算された第２の連携データを第２の目的関数に取り入れて電力取引市場における取引計画と発電計画を作成する電力需給計画部と、データ連携部で計算された第３の連携データを第３の目的関数に取り入れて燃料需給計画を作成する燃料需給計画部と、前記蒸気需給計画部と前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部での演算が収束したかを判定し、収束していれば演算終了に関する指令を送信し、収束していなければ演算継続に関する指令を送信する演算制御部と、前記データ連携部と前記蒸気需給計画部と前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部での演算において必要なデータを格納するデータベースと、を備えていて、前記第１の目的関数は、蒸気供給による燃料コスト増加を最小化することを目的として作成されており、前記第２の目的関数は、発電で消費する燃料の支出と、電力取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益を最大化することを目的として作成されており、前記第３の目的関数は、発電修正による電力市場での電力売買の収支と、発電修正による燃料消費の収支と、燃料取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益を最大化することを目的として作成されていることを特徴とする。
この発明にかかわるエネルギー需給計画策定装置は、電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画を作成するエネルギー需給計画策定装置において、発電計画から発電単価と熱消費率を含む第１の連携データを計算し、蒸気需給計画から燃料消費量を含む第２の連携データを計算し、取引計画と発電計画から発電用燃料消費計画を含む第３の連携データを計算するデータ連携部と、データ連携部で計算された第１の連携データを第１の目的関数に取り入れて蒸気需給計画を作成する蒸気需給計画部と、データ連携部で計算された第２の連携データを第２の目的関数に取り入れて電力取引市場における取引計画と発電計画を作成する電力需給計画部と、データ連携部で計算された第３の連携データを第３の目的関数に取り入れて燃料需給計画を作成する燃料需給計画部と、前記蒸気需給計画部と前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部での演算が収束したかを判定し、収束していれば演算終了に関する指令を送信し、収束していなければ演算継続に関する指令を送信する演算制御部と、前記データ連携部と前記蒸気需給計画部と前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部での演算において必要なデータを格納するデータベースと、を備えていて、前記第１の目的関数は、蒸気供給による燃料コスト増加を最小化することを目的として作成されており、前記第２の目的関数は、発電で消費する燃料の支出と、電力取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益を最大化することを目的として作成されており、前記第３の目的関数は、発電修正による電力市場での電力売買の収支と、発電修正による燃料消費の収支と、燃料取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益を最大化することを目的として作成されていることにより、蒸気供給による収益と火力発電機の効率変化を反映して、トータルで収益を増大できる、といった効果を奏するものである。
本発明の実施の形態１によるエネルギー供給事業者が実行する電力、燃料および蒸気のやり取りを示している概略図である。 本発明の実施の形態にかかわるエネルギー市場における、エネルギーの流れを示す概略図である。 本発明の実施の形態にかかわるＬＮＧ発電機における、蒸気供給を表すイメージ図である。 本発明の実施の形態１によるエネルギー需給計画策定装置を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態によるエネルギー需給計画策定装置の発電余力および発電下げ代を表すイメージ図である。 本発明の実施の形態にかかわるエネルギー需給計画策定装置から出力された演算結果の例であり、発電量と時間の関係を表している図である。 本発明の実施の形態にかかわるエネルギー需給計画策定装置から出力された演算結果の例であり、電力取引市場での取引量と時間の関係を表している図である。 本発明の実施の形態にかかわるエネルギー需給計画策定装置から出力された演算結果の例であり、タンク容量と時間の関係を表している図である。 本発明の実施の形態にかかわるエネルギー需給計画策定装置から出力された演算結果の例であり、燃料取引市場での取引量と時間の関係を表している図である。 本発明の実施の形態１によるエネルギー需給計画を実行するプログラムのフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態１に関わる（式１）から（式４）を表している図である。 本発明の実施の形態１に関わる（式５）から（式１１）を表している図である。 本発明の実施の形態１に関わる（式１２）から（式１７）を表している図である。 本発明の実施の形態１に関わる（式１８）から（式２３）を表している図である。 本発明の実施の形態１に関わる（式２４）から（式２７）を表している図である。 本発明の実施の形態１に関わる（式２８）から（式３１）を表している図である。 本発明の実施の形態１に関わる（式３２）から（式３４）を表している図である。 本発明の実施の形態１に関わる（式３５）から（式３８）を表している図である。 本発明の実施の形態２によるエネルギー供給事業者が実行する電力、燃料および蒸気のやり取りを示している概略図である。 本発明の実施の形態２に関わる（式３９）から（式４３）を表している図である。 本発明の実施の形態３によるエネルギー供給事業者が実行する電力、燃料および蒸気のやり取りを示している概略図である。 本発明の実施の形態３に関わる（式４４）から（式４６）を表している図である。 本発明の実施の形態４によるエネルギー需給計画策定装置を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態４によるエネルギー需給計画を実行するプログラムのフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態４に関わる（式４７）を表している図である。
本発明の実施の形態に係る、エネルギー需給計画策定装置、エネルギー需給計画策定プログラム及びエネルギー需給計画策定方法について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、エネルギー需給計画策定装置、エネルギー需給計画策定プログラム及びエネルギー需給計画策定方法の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に関わるエネルギー供給事業者の事業内容を示す概略図である。実施の形態１によるエネルギー供給事業者１は、燃料設備１０１と発電設備・蒸気供給設備１０２を備えており、他社（燃料）１０３、燃料取引市場１０４、電力需要家１０５、電力取引市場１０６、他社（電力）１０７および蒸気需要家１０８と、電力、燃料および蒸気のやり取りを行っている。燃料設備１０１は、タンク等の貯蔵設備であり、燃料を貯蔵することができる。
本発明にかかわる燃料設備１０１で扱う燃料は、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）を想定している。これに対し、発電設備・蒸気供給設備１０２で扱う燃料は、例えばＬＮＧと石炭と石油を想定している。エネルギー供給事業者１は、燃料船、パイプライン、タンクローリー等の燃料輸送手段を介して、他社（燃料）１０３から燃料を購入する、あるいは他社（燃料）１０３に燃料を販売する。さらに、エネルギー供給事業者１は、燃料取引市場１０４において、燃料を購入あるいは販売することができる。燃料設備１０１からは、発電設備・蒸気供給設備１０２に発電および蒸気供給用の燃料が供給される。
発電設備・蒸気供給設備１０２は、燃料設備１０１から供給を受けた燃料を消費して発電し、受電契約を結んでいる工場やビル等の電力需要家１０５に電力を販売する。さらに、電力取引市場１０６において、他社（電力）１０７との間で、電力を購入あるいは販売する。発電設備・蒸気供給設備１０２では、発電する過程で蒸気が生成する。この蒸気は、一部取り出し、蒸気供給契約を結んでいる工場やビルなどの蒸気需要家１０８に販売する。発電設備・蒸気供給設備１０２は、燃料設備１０１から供給を受ける燃料（ここではＬＮＧ）だけではなく、他の燃料（石炭、石油等）も消費して発電する。燃料船やパイプライン等の燃料輸送手段を介して行う他社（燃料）１０３との燃料の売買では、エネルギ
ー供給事業者１と他社（燃料）１０３との間で交わされる相対契約により決定される取引価格や取引量に応じて売買を行っている。
燃料取引市場１０４では、複数の事業者や需要家が所定の期間における燃料の売買の取引価格および取引量を入札し、それらを取りまとめて各期間における燃料の取引価格および取引量を決定する。工場やビル等の電力需要家１０５は、エネルギー供給事業者１と受電契約を結び、決められた価格で契約電力を超えないように電力を購入することができる。電力取引市場１０６では、複数の事業者や需要家が所定の期間における電力の売買の取引価格および取引量を入札し、それらを取りまとめて各期間における電力の取引価格および取引量を決定する。
図２は、本発明の実施の形態によるエネルギーの流れを示す概略図である。ここでは、説明を簡潔にするために、発電設備として、ＬＮＧを燃料とするＬＮＧ発電機１０２ａ（１基）、石炭を燃料とする石炭発電機１０２ｂ（１基）、石油を燃料とする石油発電機１０２ｃ（１基）を保有することを想定している。ＬＮＧ発電機１０２ａ、石炭発電機１０２ｂおよび石油発電機１０２ｃは火力発電機に分類されている。このうち、ＬＮＧを燃料とするＬＮＧ発電機１０２ａは蒸気供給設備としても扱う。さらに、燃料設備１０１はタンク１基を保有し、燃料船１０からタンクにＬＮＧが補給され、タンクからパイプラインを経由して、ＬＮＧ発電機１０２ａにＬＮＧが輸送されることを想定している。
図３は、本発明の実施の形態にかわるＬＮＧ発電機における、蒸気の流れを表しているイメージ図である。ＬＮＧ発電機１０２ａでは、ＬＮＧ燃料を燃やして蒸気を発生している。蒸気は、ＬＮＧ発電機１０２ａのタービンに導入され、発電を行う。タービンから排出された蒸気は、蒸気供給契約を結んでいる工場やビルなどの蒸気需要家１０８に販売するために、外部に供給される。タービンでは、蒸気の一部は復水流となる。
図４は、本発明の実施の形態１によるエネルギー需給計画策定装置の機能ブロック図である。本発明の実施の形態１では、エネルギー供給事業者１が、エネルギー需給計画策定装置２を導入している。エネルギー需給計画策定装置２は、本発明の実施の形態にかかわるエネルギー需給計画策定プログラムを搭載している。エネルギー需給計画策定プログラムは、ディスク、メモリなどの記憶媒体に保管されたものが、供用されている。本発明の実施の形態によるエネルギー需給計画策定プログラムは、エネルギー需給計画策定方法を含んでいる。
エネルギー需給計画策定装置２は、エネルギー需給計画において、収益が増大するように電力取引市場および燃料取引市場での取引計画を立案し、さらに、電力需給計画、燃料需給計画、蒸気需給計画を立案する。エネルギー需給計画策定装置２は、データ入力部２０１、データ出力部２０２、演算制御部２０３、データ連携部２０４、データベース２０５、電力需給計画部２０６、燃料需給計画部２０７、および蒸気需給計画部２０８から構成され、通信手段２０９で結び付けられている。電力需給計画は、電力取引市場での取引計画と発電計画を含んでいる。
データ入力部２０１は、エネルギー需給計画に必要な情報を入力するための機能であり、例えばモニタ、キーボードおよびマウスを備えている。本装置の使用者は、データ入力部２０１を操作して、データベース２０５に各機能で必要なデータを入力する。データ入力部２０１が、ネットワークインターフェース装置をさらに備える構成とすれば、例えば、外部の装置と通信を行って受信したデータを、データベース２０５に入力可能となる。
データ出力部２０２は、エネルギー需給計画の演算結果を出力するための機能であり、例えばディスプレイ装置、印刷装置、磁気ディスク装置を備えている。また、データ出力部２０２がネットワークインターフェース装置をさらに備える構成とすれば、外部の関連装置に対してエネルギー需給計画の演算結果の情報を出力として、送信することが可能となる。
演算制御部２０３は、エネルギー需給計画の演算を制御するための機能であり、例えばモニタ、キーボードおよびマウスを備えるとともに、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）を備えている。本装置の使用者は演算制御部２０３に演算開始の指令を入力すると、演算制御部２０３は電力需給計画部２０６の演算開始、および燃料需給計画部２０７の演算開始、および蒸気需給計画部２０８に関する指令を送信するとともに、データ連携部２０４に対して、データ連携に関する指令を送信する。
また、演算制御部２０３は、電力需給計画部２０６、燃料需給計画部２０７、および蒸気需給計画部２０８での演算が収束したかどうかを判定し、収束していれば演算終了に関する指令を送信し、収束していなければ演算継続に関する指令を送信する。演算制御部２０３は、演算繰り返し回数を管理しており、演算開始の指令を受けると繰り返し回数を１に初期化し、演算を継続する場合、演算繰り返し回数を１増加させる。また、演算制御部２０３が、ネットワークインターフェース装置をさらに備える構成とすれば、例えば、外部の装置と通信を行って受信した情報を使って、エネルギー需給計画の演算を制御可能となる。
データ連携部２０４は、エネルギー需給計画の演算において必要なデータを連携する機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備え、電力需給計画部２０６で演算した結果である、電力取引市場での取引計画と発電計画から、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価等を計算して、これらのデータを燃料需給計画部２０７に送信する、あるいは、熱消費率等を計算して、これらのデータを蒸気需給計画部２０８に送信する。燃料需給計画部２０７では、燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画を策定する。蒸気需給計画部２０８では、蒸気需給計画を策定する。
蒸気需給計画部２０８で演算した結果である、蒸気需給計画から、蒸気供給による発電機の熱消費変化等を計算し、これらのデータを電力需給計画部２０６に送信する。また、燃料需給計画部２０７で演算した結果である、燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画から、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を計算して、これらのデータを電力需給計画部２０６に送信する。
データベース２０５は、エネルギー需給計画の演算において必要なデータを格納する記憶装置であり、例えば磁気ディスク装置で実現される。データベース２０５には、電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、発電設備の蒸気供給による熱消費変化の特性、電力市場価格、電力取引市場での取引量上下限値、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送量上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値等が格納される。
電力需給計画部２０６は、エネルギー需給計画のうち電力需給計画の演算を行う機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備える。電力需給計画部２０６は、演算制御部２０３から指令を受け、電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、電力取引市場での取引量上下限値、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を入力データとし、電力需要を満たし、収益が最大となるように、電力取引市場での取引計画および発電計画を出力する。
燃料需給計画部２０７は、エネルギー需給計画のうち燃料需給計画の演算を行う機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備える。燃料需給計画部２０７は、演算制御部２０３から指令を受け、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価、電力市場単価等を入力データとし、燃料相対契約による取引量を満たし、収益が最大となるように燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画を出力する。
蒸気需給計画部２０８は、エネルギー需給計画のうち蒸気需給計画の演算を行う機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備える。蒸気需給計画部２０８は、演算制御部２０３から指令を受け、蒸気需要、蒸気供給契約の供給価格、発電設備の蒸気供給による熱消費変化の特性、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、電力取引市場での取引量上下限値等を入力データとし、蒸気供給による燃料消費増加で生じる燃料コストを最小化するような蒸気供給契約に対する蒸気需給計画、および発電設備の熱消費変化の特性を出力する。
通信手段２０９は、データ入力部２０１、データ出力部２０２、演算制御部２０３、データ連携部２０４、データベース２０５、電力需給計画部２０６、燃料需給計画部２０７、蒸気需給計画部２０８の間で通信を行うための手段であり、例えば光回線等のネットワーク設備により実現される。
図５は本発明の実施の形態１によるエネルギー需給計画策定装置における発電余力および発電下げ代を表すイメージ図である。発電量（ELNG）は常時変動している。発電量上限値（ELNG-max）と発電量（ELNG）の差が、発電余力（ELNG-cap）に相当する。発電量（ELNG）と発電量下限値（ELNG-min）との差が発電下げ代（ELNG-low）に相当する。
図６は、本発明の実施の形態によるエネルギー需給計画策定装置の演算結果の出力例を示しており、発電量と時間の関係を表している。図７は、同じく本発明の実施の形態によるエネルギー需給計画策定装置の演算結果の出力例を示しており、電力取引市場での取引量と時間の関係を表している図である。図８は、同じく、本発明の実施の形態によるエネルギー需給計画策定装置の演算結果の出力例を示しており、タンク容量と時間の関係を表している図である。図９は、同じく、本発明の実施の形態によるエネルギー需給計画策定装置の演算結果の出力例を示しており、燃料取引市場での取引量と時間の関係を表している図である。
図１０は、本発明の実施の形態１による、エネルギー需給計画策定プログラムの実行手順を示すフローチャートである。エネルギー需給計画策定プログラムは、記憶媒体に保存されて、供給され、エネルギー需給計画を策定するコンピュータ（エネルギー需給計画策定装置２）にて実行される。以下では、３０分間隔で１年分のエネルギー需給計画を立案することを想定し、１期間は３０分を想定する。ただし、本装置はそれに限ったものではなく、任意の間隔、任意の期間においてエネルギー需給計画を立案することを可能である。
演算処理を開始する前に、エネルギー需給計画策定装置２の使用者はデータ設定を行う。具体的には、データ入力部２０１で電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、電力取引市場での取引量上下限値、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値、蒸気需要、蒸気供給契約の供給価格、発電設備の蒸気供給による熱消費変化の特性等を入力する。ただし、時系列に関わる入力データは、その時系列に合わせてデータを入力する。ここでは、３０分間隔、１年分のデータを入力する。
ここで、入力するデータの具体例を以下に示す。電力需要（Edem）は、エネルギー供給事業者１が、各期間で需要家に供給しなくてはならない電力需要を示す。発電設備の発電特性は、発電設備毎に設定され、各発電設備の消費熱量（＝燃料消費量×燃料熱量）と発電量（E）との関係を示す特性であり、数式やグラフ等で表すことができる。
発電特性（fLNG）は、ＬＮＧ発電機の発電特性を表している。発電特性（fCoal）は、石炭発電機の発電特性を表している。発電特性（fOil）は、石油発電機の発電特性を表している。また、燃料消費量（Ggen-LNG）は、ＬＮＧ発電機の燃料消費量を表している。燃料消費量（GCoal）は、石炭発電機の燃料消費量を表している。燃料消費量（GOil）は、石油発電機の燃料消費量を表している。
燃料単価は、発電収益を計算するために使用する値であり、燃料の種類毎に設定する。ここでは、タンク燃料単価（Ptank-LNG）は、ＬＮＧ発電機に供給するＬＮＧの燃料単価を表している。タンク燃料単価（PCoal）は、石炭発電機に供給する石炭の燃料単価を表している。タンク燃料単価（POil）は、石油発電機に供給する石油の燃料単価を表している。
燃料熱量は、発電設備の発電量を計算するために使用する値であり、燃料の種類毎に設定する。ここでは、タンク燃料熱量（Htank-LNG）は、ＬＮＧ発電機に供給するＬＮＧの燃料熱量を表している。燃料熱量（HCoal）は、石炭発電機に供給する石炭の燃料熱量を表している。燃料熱量（HOil）は、石油発電機に供給する石油の燃料熱量を表している。
発電量上下限値は、各発電設備が発電可能な範囲を表している。ＬＮＧ発電機下限値および上限値（ELNG-min、ELNG-max）、石炭発電機下限値および上限値（ECoal-min、ECoal-max）、および石油発電機下限値および上限値（EOil-min、EOil-max）は、発電設備に対応した発電量上下限値を表している。発電変化量上下限値は、ある期間から次の期間まで各発電設備の発電量が変化可能な範囲を表している。ＬＮＧ発電機下限値および上限値（VLNG-min、VLNG-max）、石炭発電機下限値および上限値（VCoal-min、VCoal-max）、石油発電機下限値および上限値（VOil-min、VOil-max）は、発電設備に対応した発電変化量上下限値を表している。
電力市場価格（Ptrade-ele）は、エネルギー供給事業者１が入札を行う電力市場の各期間における価格である。電力取引市場での取引量上下限値（Etrade-min、Etrade-max）は、電力市場取引での取引量の範囲を表すための下限値および上限値である。燃料相対契約による取引計画は、エネルギー供給事業者が他社との契約で予め決まっている燃料の取引量（Gcont-LNG）、熱量（Hcont-LNG）、価格（Pcont-LNG）を含む。ここでは、燃料相対契約による取引は、パイプラインを経由して取引するものとする。
配船計画は、エネルギー供給事業者１が燃料設備に供給する燃料のうち、燃料船で輸送される燃料の各期間における供給量（Gship-LNG）、熱量（Hship-LNG）、価格（Pship-LNG）を含む。パイプライン輸送上下限値（Gpipe-LNG-min、Gpipe-LNG-max）は、燃料設備がパイプラインを経由して輸送可能な範囲を表すための下限値および上限値である。燃料市場価格（Ptrade-LNG）は、エネルギー供給事業者１が入札を行う燃料市場の各期間における価格である。
燃料市場熱量（Htrade-LNG）は、エネルギー供給事業者１が入札を行う燃料市場の各期間における熱量である。燃料取引市場での取引量上下限値（Gtrade-LNG-min、Gtrade-LNG-max）は、燃料市場取引での取引量の範囲を表すための下限値および上限値である。タンク燃料初期単価（Ptank-LNG-start）は、燃料設備のタンクに貯蔵されている燃料の計画期間における初期の単価である。タンク燃料初期熱量（Htank-LNG-start）は、燃料設備のタンクに貯蔵されている燃料の計画期間における初期の熱量である。
タンク初期容量（Gtank-LNG-start）は、燃料設備のタンクに貯蔵されている燃料の計画期間における初期の容量である。タンク最終容量（Gtank-LNG-end）は、計画期間における最終段階で燃料設備のタンクに貯蔵しておくべき容量である。タンク容量上下限値（Gtank-LNG-min、Gtank-LNG-max）は、燃料設備のタンクが貯蔵可能な燃料の量の範囲を表すための下限値および上限値である。蒸気供給契約の蒸気需要（STdem）は、エネルギー供給事業者が蒸気需要家に蒸気供給を行う場合に、供給しなくてはならない蒸気の需要を示す。
発電設備の蒸気供給による熱消費変化の特性は、発電機毎に設定され、各発電機が蒸気を供給することによる発電特性の変化を表す特性であり、数式やグラフなどで表すこと表すことができる。ここで、変化特性（fCSLNG）は、ＬＮＧ発電機の熱消費変化特性とする。演算処理を開始する前のデータ設定では、各期間のタンク燃料熱量およびタンク燃料単価を一定値（タンク燃料初期単価およびタンク燃料初期単価と同値）として入力する。また、演算制御部２０３での、収束判定に使用する判定値１（Ｄ１）および判定値２（Ｄ２）を入力する。入力したデータは、データベース２０５に格納される。
データ設定をした後、本装置の使用者が演算制御部２０３に演算開始の指令を入力することで演算処理が開始される（ステップＳ０）。エネルギー需給計画策定装置２では、演算制御部２０３に入力された演算開始の指令を受けて、演算開始の指令を電力需給計画部２０６に送信する。
図に示すステップＳ１では、電力需給計画を立案する。具体的には、電力需給計画部２０６において、電力需要、燃料単価、燃料熱量、発電設備の発電特性、発電設備の発電量上下限値、発電設備の発電変化量上下限値、電力市場価格、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を入力データとし、電力需要を満たし、収益が最大となるように電力取引市場での取引計画、および発電計画を出力する。
ここで、各期間を表すインデックスをｔとする。電力需給計画部２０６では、予め次のような発電特性式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。発電特性式は各発電設備で設定し、例えば式１〜式３のように表すことができる（図１１を参照）。目的関数は、発電で消費する燃料の支出と、電力取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益とし、収益を最大化することを最適化計算の目的とする。目的関数は、例えば式４のように表すことができる（図１１を参照）。
また、制約条件として、発電量制約、発電変化量制約、電力取引市場での取引量制約、燃料消費量制約、および電力需給バランス式を設定する。発電量制約は、各期間における発電設備の各発電機の発電量（E）が取ることのできる範囲を表している。発電変化量制約は、ある期間から次の期間まで発電設備の発電量が変化できる範囲を表している。電力取引市場での取引量制約は、各期間における電力取引市場での取引量（Etrade）が取ることのできる範囲を表している。燃料消費量制約は、ある所定の期間（tstart（s））から後の所定の期間（tend（s））までの燃料消費量の合計値が取ることのできる範囲を表している。電力需給バランス式は、電力の需要と供給のバランスを取るための式である。
発電量（ELNG）は、ＬＮＧ発電機の発電量を表している。発電量（ECoal）は、石炭発電機の発電量を表している。発電量（EOil）は、石油発電機の発電量を表している。ただし、下限値（Gcons-LNG-min）は、ＬＮＧ発電機における燃料消費量制約の下限値とし、上限値（Gcons-LNG-max）は、ＬＮＧ発電機における燃料消費量制約の上限値としている。各燃料消費量制約を識別するインデックスはｓとする。
発電量制約は、例えば式５〜式７のように表すことができる（図１２を参照）。発電変化量制約は、例えば式８〜式１０のように表すことができる（図１２を参照）。電力取引市場での取引量制約は、例えば式１１のように表すことができる（図１２を参照）。燃料消費量制約は、例えば式１２のように表すことができる。電力需給バランス式は、例えば式１３のように表すことができる（図１３を参照）。
最適化問題を解くための最適化手法としては、最適化問題が線形計画問題であれば線形計画法等、最適化問題が整数を含む混合整数線形計画問題であれば混合整数線形計画法等、最適化問題が２次計画問題であれば２次計画法等、最適化問題が非線形計画問題であればメタヒューリスティクス等の最適化手法を適用する。データ入力部２０１で設定した入力データから最適化問題に入力するパラメータを計算し、これらのパラメータを最適化問題に入力して、最適化手法を用いて収益が最大となる最適解、すなわち電力取引市場での取引計画、および発電計画を得る。
ステップＳ２では、立案した電力需給計画を元に蒸気需給計画を立案するかどうかを判断する。少なくとも1回は蒸気需給計画を立案する必要がある。例えば、電力需給計画や燃料需給計画の結果を反映して蒸気需給計画を見直すために常に立案することが考えられる。あるいは、計画立案処理の回数削減のため、フロー上で初回通過時には立案する、あるいは電力需給計画と燃料需給計画を複数回立案したのちに蒸気需給計画を立案するといった考え方も可能である。
ステップＳ３では、蒸気需給計画用の連携データ（第１の連携データ）を作成する。具体的にはデータ連携部２０４において、電力需給計画部２０６で演算した結果である発電計画から発電単価、熱消費率、等を計算して、これらのデータを蒸気需給計画部２０８に送信する。熱消費率は各発電機の熱消費量と出力から計算する。熱消費率（HRgen-LNG）の計算式は例えば式１４のように表すことができる（図１３を参照）。
ステップＳ４では、蒸気需給計画を立案する。具体的には、蒸気需給計画部２０８において、蒸気供給契約の供給価格や供給量の情報、発電機の蒸気供給による消費熱量の特性を表す蒸気供給特性（fLNG-ST）、各発電機の蒸気供給上下限、燃料単価等を入力データとし、収益を最大化する蒸気需給計画を出力する。蒸気需給計画部２０８では、予め次のような計算式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。
計算式として、蒸気供給による燃料消費量増加、および燃料コスト増加の計算式を設定する。蒸気供給量（STLNG）に対する燃料消費量増加（Ggen-LNG-ST-plus）の計算式は例えば式１５であらわすことができる（図１３を参照）。蒸気供給量（STLNG）に対する燃料コスト増加（COSTLNG-ST-plus）の計算式は例えば式１６であらわすことができる（図１３を参照）。目的関数として、蒸気供給による燃料コスト増加を最小化することを最適化計算の目的とする。目的関数は、例えば式１７のように表すことができる（図１３を参照）。
また、制約条件として、各発電機が蒸気供給可能な範囲（蒸気供給上下限制約）、蒸気供給契約に必要な蒸気供給量を確保する蒸気需給バランス制約を設定する。蒸気供給上下限制約は、例えば、式１８のように表すことができる（図１４を参照）。蒸気供給上下限値（STLNG-min、STLNG-max）は発電機が供給可能な蒸気量の範囲を表す上下限値である。蒸気需要家１０８の蒸気需要（STdem）に対する蒸気需給バランス制約は、例えば、式１９のように表すことができる（図１４を参照）。
ステップＳ５では、電力需給計画用の連携データ（第２の連携データ）を作成する。具体的にはデータ連携部２０４において、蒸気需給計画部２０８で演算した結果である、蒸気需給計画結果から、蒸気供給によって変化した発電機の燃料消費量等を計算して、これらのデータを電力需給計画部２０６に送信する。蒸気供給により増加する燃料消費量を考慮した発電機の燃料消費量（Ggen-LNG’）は例えば式２０で表すことができる（図１４を参照）。
ステップＳ６では、電力需給計画を立案する。具体的には電力需給計画部２０６において、ステップＳ１同様の処理となるが、ステップＳ５で作成した発電特性を使用することで、蒸気供給を考慮した取引計画、および発電計画を出力する。
ステップＳ７では、立案した電力需給計画を元に、燃料需給計画処理の実施有無を判断する。少なくとも１回は燃料需給計画を立案する必要がある。例えば、電力需給計画や蒸気需給計画の結果を反映して燃料需給計画を見直すために常に立案することが考えられる。あるいは、計画立案処理の回数削減のため、フロー上で初回通過時には立案する、あるいは電力需給計画と蒸気需給計画を複数回立案したのちに燃料需給計画を立案するといった考え方も可能である。
ステップＳ８では、燃料需給計画用の連携データ（第３の連携データ）を作成する。具体的には、データ連携部２０４において、電力需給計画部２０６で演算した結果である、電力取引市場での取引計画と発電計画から、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価等を計算して、これらのデータを燃料需給計画部２０７に送信する。データ連携部２０４は、発電計画から各期間のＬＮＧ発電機の発電量を抽出し、データベース２０５に格納されているＬＮＧ発電機の発電特性から、各期間のＬＮＧ発電機での燃料消費量を逆算し、発電用燃料消費計画を作成する。
発電用燃料消費量の計算式は、例えば式２１のように表すことができる（図１４を参照）。発電計画から各期間のＬＮＧ発電機の発電量を抽出し、データベース２０５に格納されているＬＮＧ発電機の発電量上下限値から、各期間のＬＮＧ発電機での発電余力（ELNG-cap）および発電下げ代（ELNG-low）を計算する（図６を参照）。発電余力（ELNG-cap）の計算式は、例えば式２２のように表すことができる（図１４を参照）。発電下げ代（ELNG-low）の計算式は、例えば式２３のように表すことができる（図１４を参照）。
また、発電計画から各期間のＬＮＧ発電機の発電量を抽出し、発電上下限値に到達せずに中間的な発電量を示しているＬＮＧ発電機に関して、データベース２０５に格納されているＬＮＧ発電機の発電特性およびタンク燃料熱量、タンク燃料単価から各期間のＬＮＧ発電機での発電単価（Pgen-LNG）を計算する。ここでは、ＬＮＧ発電機は１基を想定しているので、このＬＮＧ発電機に関して発電単価を計算することになる。発電単価の計算式は、例えば式２４のように表すことができる（図１５を参照）。この発電余力、発電下げ代、発電単価は、燃料需給計画部２０７で、発電修正計画を立案する際の発電余力、発電下げ代、発電単価として使用する。
ステップＳ９では、燃料需給計画を立案する。具体的には、燃料需給計画部２０７において、燃料相対契約による取引計画、配船計画、パイプライン輸送上下限値、燃料市場価格、燃料取引市場での取引量上下限値、燃料市場熱量、タンク燃料初期単価、タンク燃料初期熱量、タンク初期容量、タンク最終容量、タンク容量上下限値、発電計画、発電用燃料消費計画、発電余力、発電下げ代、発電単価、電力市場単価等を入力データとし、燃料相対契約による取引量を満たし、収益が最大となるように燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画を出力する。
燃料需給計画部２０７では、予め次のような計算式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。計算式として、発電修正で必要となる発電修正用燃料消費量（Ggen-LNG-plus）を算出する計算式を設定する。発電修正用燃料消費量の計算式は、例えば式２５のように表すことができる（図１５を参照）。さらに、タンク容量（Gtank-LNG）に関して、ある期間のタンク容量と燃料消費量から、次の期間のタンク容量を算出する計算式を設定する。次の期間のタンク容量（Gtank-LNG）の計算式は、例えば式２６のように表すことができる（図１５を参照）。
目的関数は、発電修正による電力市場での電力売買の収支と、発電修正による燃料消費の収支と、燃料取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益とし、収益を最大化することを最適化計算の目的とする。目的関数は、例えば式２７のように表すことができる（図１５を参照）。
また、制約条件として、各期間における発電修正量（ELNG-plus）が取ることのできる範囲（発電修正量制約）、発電修正量を考慮したある期間から次の期間まで発電設備の発電量が変化できる範囲（発電修正量を考慮した発電変化量制約）、各期間における燃料取引市場での取引量（Gtrade-LNG）が取ることのできる範囲（燃料市場取引での取引量制約）、パイプライン輸送量が取ることのできる範囲（燃料輸送量制約）、タンク容量が取ることのできる範囲（タンク容量制約）、を設定する。
発電修正量制約は、例えば式２８のように表すことができる（図１６を参照）。発電修正量を考慮した発電変化量制約は、例えば式２９のように表すことができる（図１６を参照）。燃料市場取引での取引量制約は、例えば式３０のように表すことができる（図１６を参照）。燃料輸送量制約は、例えば式３１のように表すことができる（図１６を参照）。
タンク容量制約は、例えば式３２のように表すことができる（図１７を参照）。最適化問題を解くための最適化手法としては、最適化問題が線形計画問題であれば線形計画法等、最適化問題が整数を含む混合整数線形計画問題であれば混合整数線形計画法等、最適化問題が２次計画問題であれば２次計画法等、最適化問題が非線形計画問題であればメタヒューリスティクス等の最適化手法を適用する。
ステップＳ１０では、各計画立案を再実施するかどうかを判断する。例えばエネルギー需給計画の収束を判定して再実施の判断を行う。具体的には、演算制御部２０３において、電力需給計画部２０６と燃料需給計画部２０７での演算が収束したかどうかを判定し、収束していれば演算終了に関する指令を送信して処理フローを終了し、収束していなければ演算継続に関する指令を送信して、ステップＳ１を実行する。また、この時点で、演算の最終結果および途中結果をデータ出力部２０２に出力しても良い。
演算制御部２０３は、ステップＳ４で計算した、各期間の燃料取引市場での取引量に関して、初回であれば燃料取引市場での取引量の累積値が所定の判定値１（Ｄ１）以下、２回目以降であれば前回の燃料取引市場での取引量との差分の累積値が判定値１（Ｄ１）以下となり、かつ、ステップＳ４で計算した、各期間の発電修正量の累積値が判定値２（Ｄ２）以下となれば、収束したものと判定する。ここで、判定値１（Ｄ１）および判定値２（Ｄ２）は、データベース２０５に格納されている値とする。
判定値１（Ｄ１）を使った収束判定式１は、例えば式３３のように表すことができる（図１７を参照）。判定値２（Ｄ２）を使った収束判定式２は、例えば式３４のように表すことができる（図１７を参照）。演算制御部２０３の収束判定は、これに限ったものではなく、他の値を使って収束判定を行ってもかまわない。例えば、タンク燃料単価、タンク燃料熱量等の前回値との誤差の合計値を収束判定に使うことが可能である。また、計画立案回数を基準とし、一定回数繰り返すまでは再検討を実施することも可能である。
ステップＳ１１では、電力需給計画用の連携データ（第４の連携データ）を作成する。具体的には、データ連携部２０４において、燃料需給計画部２０７で演算した結果である、燃料取引市場での取引計画、発電修正計画、および燃料タンクの運用計画から、タンク燃料単価、タンク燃料熱量、燃料消費量制約の上下限値等を計算して、これらのデータを電力需給計画部２０６に送信する。
データ連携部２０４は、燃料取引市場での取引計画から各期間の燃料取引市場での取引量を抽出し、燃料タンクの運用計画から各期間のタンク容量と燃料消費量を抽出し、データベース２０５に格納されている燃料相対契約による燃料相対取引量、配船計画、燃料市場熱量、タンク燃料初期熱量から、各期間のタンク燃料熱量を計算する。タンク燃料熱量の計算式は、例えば式３５のように表すことができる（図１８を参照）。ただし、取引量（Gtrade-LNG-buy）は、燃料取引市場での取引量のうち購入分を表している。取引量（Gcont-LNG-buy）は、燃料相対契約による燃料相対取引量のうち購入分を表している。
また、燃料取引市場での取引計画から各期間の燃料取引市場での取引量を抽出し、燃料タンクの運用計画から各期間のタンク容量と燃料消費量を抽出し、データベース２０５に格納されている燃料相対契約による燃料相対取引量、配船計画、燃料市場価格、タンク燃料初期単価から、各期間のタンク燃料単価を計算する。タンク燃料単価の計算式は、例えば式３６のように表すことができる（図１８を参照）。
また、発電修正計画から各期間の発電設備の発電修正量を抽出し、データベース２０５に格納されている各発電設備の発電特性から、各期間の発電設備での発電修正用燃料消費量を逆算し、発電修正用燃料消費計画を作成する。ここで計算される発電修正用燃料消費計画を、ステップＳ２で計算した発電用燃料消費計画に加えたものを、燃料消費量制約とする。燃料消費量制約の下限値の計算式は、例えば式３７のように表すことができる（図１８を参照）。燃料消費量制約の上限値の計算式は、例えば式３８のように表すことができる（図１８を参照）。
以上のように、本発明にかかわるエネルギー需給計画策定装置は、電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画を立案するエネルギー需給計画策定装置において、発電計画から発電単価と熱消費率を含む第１の連携データを計算し、蒸気需給計画から燃料消費量を含む第２の連携データを計算し、取引計画と発電計画から発電用燃料消費計画を含む第３の連携データを計算するデータ連携部と、データ連携部で計算された第１の連携データを取り入れて蒸気需給計画を立案する蒸気需給計画部と、データ連携部で計算された第２の連携データを取り入れて電力取引市場における取引計画と発電計画を立案する電力需給計画部と、データ連携部で計算された第３の連携データを取り入れて燃料需給計画を立案する燃料需給計画部と、を備えていることを特徴とする。電力需給計画と燃料需給計画、蒸気需給計画との間で相互にデータ連携することにより、電力取引と燃料取引を含む需給計画を策定し、蒸気供給による火力発電機の発電効率変化を考慮して収益を増大することが可能となる。
また、以上のように、本発明にかかわるエネルギー需給計画策定プログラムおよびエネルギー需給計画策定方法は、電力取引市場における取引計画と発電計画を立案する第１のステップと、第１のステップで立案した取引計画と発電計画を元に蒸気需給計画を立案するか否かを判断する第２のステップと、第２のステップで蒸気需給計画の立案が必要であると判断した場合、発電計画から発電単価と熱消費率を含む第１の連携データを計算する第３のステップと、第３のステップで計算した第１の連携データを取り入れて蒸気需給計画を立案する第４のステップと、第４のステップで立案した蒸気需給計画から燃料消費量を含む第２の連携データを計算する第５のステップと、第５のステップで計算した第２の連携データを取り入れて、電力取引市場における取引計画と発電計画を立案する第６のステップと、第６のステップで立案した電力取引市場における取引計画と発電計画をもとに燃料需給計画を立案するか否かを判断する第７のステップと、第７のステップで燃料需給計画の立案が必要であると判断した場合、第６のステップで立案した電力取引市場における取引計画と発電計画から、発電用燃料消費計画を含む第３の連携データを計算する第８のステップと、第８のステップで計算した第３の連携データを取り入れて燃料需給計画を立案する第９のステップと、と備えていることを特徴とする。
また、以上のように、本発明にかかわるエネルギー需給計画策定プログラムおよびエネルギー需給計画策定方法は、電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画の立案を再度実施するか否かを判断する第１０のステップと、第１０のステップで電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画の立案を再度実施する必要があると判断した場合、第９のステップで立案した燃料需給計画からタンク燃料単価を含む第４の連携データを計算する第１１のステップと、とを備え、第１１のステップで計算した第４の連携データを取り入れて、電力取引市場における取引計画と発電計画を立案する第１のステップを実行することを特徴とする。
電力需給計画と燃料需給計画、蒸気需給計画を立案するエネルギー需給計画策定装置において、電力需給計画および燃料需給計画、蒸気需給計画に必要なデータを格納するデータベースと、燃料調達と蒸気供給を考慮して電力取引市場での取引計画と火力発電機の発電計画を立案する電力需給計画部と、発電余力と電力取引を考慮して燃料取引市場での取引計画と燃料タンクの運用計画を立案する燃料需給計画部と、調達可能な燃料と発電可能な発電量、電力取引市場での電力取引および発電機効率を考慮して蒸気需給計画を立案する蒸気需給計画部と、前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部、および前記蒸気需給計画部の間で相互のデータを受け渡しするデータ連携部と、エネルギー需給計画の演算開始と収束判定を行う演算制御部と、を有することを特徴とするエネルギー需給計画策定装置。蒸気需給計画部を備え、蒸気需給計画部と電力需給計画の間で相互にデータ連携する構成にしたことにより、蒸気供給による火力発電機の効率変化を反映して、収益を増大できる。
電力取引市場での取引計画と発電計画を立案する電力需給計画処理と、燃料取引市場での取引計画と燃料タンクの運用計画を立案する燃料需給計画処理と、蒸気需給計画を立案する蒸気需給計画処理と、前記電力需給計画処理と前記燃料需給計画処理、および前記蒸気需給計画処理の間で相互のデータを受け渡しするデータ連携処理と、エネルギー需給計画の演算開始と収束判定を行う演算制御処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とするエネルギー需給計画策定プログラム。蒸気需給計画処理を備え、蒸気需給計画と電力需給計画の間で相互にデータ連携する構成にしたことにより、蒸気供給による火力発電機の効率変化を反映して、収益を増大できる。
実施の形態２．
本発明の実施の形態１では、発電機を想定した電力・蒸気供給設備を想定している。電力需給計画部２０６では、電力市場における取引計画と発電計画を策定し、蒸気需給計画部では蒸気需給計画を策定した。本実施の形態２では、ボイラのような蒸気供給設備も想定し、火力発電機の代わりに蒸気供給設備から蒸気供給することを可能とする。図１９は本発明の実施の形態２によるエネルギー供給事業者における電力、燃料、および蒸気のやり取りを示す概略図である。
本発明の実施の形態２によるエネルギー需給計画策定装置の機能ブロック図は実施の形態１におけるエネルギー需給計画策定装置２と同様である。本発明の実施の形態２によるエネルギー需給計画策定プログラムの手順を示すフローチャートは実施の形態１におけるフローチャートと同様である。エネルギー需給計画策定プログラムは、ディスクなどの記憶媒体に保存され、エネルギー需給計画の立案をコンピュータに実行させる。
ステップＳ４では、実施の形態１同様に蒸気需給計画を立案するが、発電設備・蒸気供給設備１０２による蒸気供給以外に、蒸気供給設備３０１を用いた蒸気供給を行う。そのため、蒸気需給計画部２０８では、予め次のような計算式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。蒸気供給設備の熱消費特性（fboiler-ST）は蒸気供給設備毎に設定され、消費熱量と蒸気供給量との関係を表す特性であり、数式やグラフ等で表すことができる。
蒸気供給設備の蒸気供給量上限値（STboiler-max）は各蒸気供給設備が供給可能な蒸気の範囲を表すための上限値である。蒸気供給設備の蒸気供給量下限値（STboiler-min）は各蒸気供給設備が供給可能な蒸気の範囲を表すための下限値である。計算式として、蒸気供給設備３０１による燃料消費量、および燃料コスト増加の計算式を設定する。蒸気供給量（STboiler）に対する燃料消費量（Gboiler-ST）の計算式は例えば式３９であらわすことができる（図２０を参照）。蒸気供給量（STboiler）に対する燃料コスト（COSTboiler-ST）の計算式は例えば式４０であらわすことができる（図２０を参照）。目的関数とし
て、燃料コスト増加による支出を最小化することを最適化計算の目的とする。
実施の形態１に加え、蒸気供給設備３０１を考慮するため、目的関数は、例えば式４１のように表すことができる（図２０を参照）。また、制約条件として、蒸気供給設備が蒸気供給可能な範囲（蒸気供給上下限制約）、蒸気供給契約に必要な蒸気供給量を確保する蒸気需給バランス制約を設定する。蒸気供給上下限制約は、例えば、式４２のように表すことができる（図２０を参照）。蒸気需給バランス制約は、例えば、式４３のように表すことができる（図２０を参照）。
以上のように、本実施の形態に関わるエネルギー需給計画策定装置およびエネルギー需給計画策定プログラムは、蒸気需給計画部２０８で蒸気供給設備３０１による蒸気供給を考慮して蒸気供給コストを最小化する蒸気需給計画を立案することができる。本実施の形態２全体では蒸気供給設備での供給も考慮して収益を増大することが可能となる。前記蒸気需給計画部において、蒸気供給設備を考慮することを特徴としている。蒸気需給計画部において、蒸気供給設備を考慮することで電力を供給しない設備も考慮して蒸気需給計画を立案することができ、蒸気供給による火力発電機の効率変化を反映して、収益を増大できる。
実施の形態３．
本発明の実施の形態１では、蒸気供給を行うためには発電機から供給する必要があった。本発明の実施の形態２では、蒸気供給を行うためには発電機、あるいはボイラから供給する必要があった。本実施の形態３では、エネルギー需給計画策定装置は蒸気取引市場４０１から蒸気を供給する。蒸気取引市場での蒸気を購入して蒸気需要家に蒸気を供給することが可能であり、発電・蒸気供給設備から蒸気を販売することが可能である。
図２１は本発明の実施の形態３によるエネルギー供給事業者における電力、燃料、および蒸気のやり取りを示す概略図である。本発明の実施の形態３によるエネルギー需給計画策定装置の機能ブロック図は実施の形態１におけるエネルギー需給計画策定装置２と同様である。本発明の実施の形態３によるエネルギー需給計画を行うコンピュータに実行させるプログラムの手順を示すフローチャートは実施の形態１におけるフローチャートと同様である。
ステップＳ４では、実施の形態１同様に蒸気需給計画を立案するが、発電設備・蒸気供給設備１０２による蒸気供給以外に、蒸気取引市場４０１での取引を含めて収益を計算する。そのため、蒸気需給計画部２０８では、予め次のような計算式、目的関数および制約条件を含む最適化問題を作成しておく。蒸気取引量（STtrade）は、蒸気取引市場での蒸気取引量であり、販売の場合は正の値、購入量は負の値である。蒸気取引価格（Ptrade-ST）は蒸気取引市場で蒸気を売買する場合の取引価格である。
例えば、目的関数は式４４のように表すことができる（図２２を参照）。蒸気供給上下限制約は取引市場での販売時を想定し、式１８に加え、式４５のような条件が追加することで、蒸気需要家への供給量と市場への販売量の和が設備の上下限値の範囲内となる（図２２を参照）。また、蒸気の市場取引を考慮した蒸気需給バランス制約は、例えば、式４６のように表すことができる（図２２を参照）。
以上のように、本実施の形態に関わるエネルギー需給計画策定装置およびエネルギー需給計画策定プログラムは、蒸気需給計画部２０８で蒸気取引市場４０１での取引を考慮して蒸気供給コストを最小化する蒸気需給計画を立案することができる。本実施の形態３全体では蒸気取引による収支も含めて収益を増大させることが可能となる。本実施の形態に関わるエネルギー需給計画策定装置は、前記蒸気需給計画部において、蒸気取引市場を考慮することを特徴とする。蒸気需給計画部において、蒸気取引市場を考慮することで市場での取引を考慮して蒸気需給計画を立案することができ、蒸気供給による火力発電機の効率変化を反映して、収益を増大できる。
実施の形態４．
本発明の実施の形態１では、発電機を想定した電力・蒸気供給設備を想定している。電力需給計画部２０６では、電力取引市場での取引計画と発電計画を策定し、蒸気需給計画部では蒸気需給計画を策定した。本実施の形態４では、蒸気需給計画部で扱う蒸気需要となる蒸気供給契約について、蒸気供給による収支変化を考慮し、蒸気供給を行うか否かを判断することを可能とする。このような判断を行う供給契約判断部５０１を、エネルギー需給計画策定装置２の構成要素とする。
図２３は本発明の実施の形態４によるエネルギー需給計画策定装置におけるエネルギー需給計画策定装置の機能ブロック図である。本発明の実施の形態４では、エネルギー供給事業者１が、エネルギー需給計画策定装置２を導入し、エネルギー需給計画において、収益が増大するように電力取引市場および燃料取引市場での取引計画を立案することを想定する。エネルギー需給計画策定装置２は、データ入力部２０１、データ出力部２０２、演算制御部２０３、データ連携部２０４、データベース２０５、電力需給計画部２０６、燃料需給計画部２０７、蒸気需給計画部２０８、供給契約判断部５０１から構成され、通信手段２０９で結び付けられている。
供給契約判断部５０１以外は、本発明の実施の形態１と同様であるので説明を省略する。 供給契約判断部５０１は蒸気需給計画部で扱う蒸気需要となる蒸気供給を行うかを判断する機能であり、例えばＣＰＵおよびＤＲＡＭを備える。供給契約判断部５０１は、初回の電力需給計画部２０６および燃料需給計画部２０７、蒸気需給計画部２０８、データ連携部２０４での処理の後、演算制御部２０３から指令を受け、データ連携部２０４で計算した各計画の収益から、蒸気供給により収益が増大する場合は蒸気供給契約を結び、反映する。収益が減少する場合は蒸気供給契約を破棄する。蒸気供給契約に対する判断はデータベース２０５に格納される。
図２４は、本発明の実施の形態４による、エネルギー需給計画策定プログラムの手順を示すフローチャートである。ステップＳ１２は、蒸気供給を行わない場合の収益を計算するために、蒸気供給なしの条件を設定している。すなわち、蒸気の供給量をゼロに設定している。ステップＳ１以降の処理では、電力需給計画と燃料需給計画を立案する。ステップＳ１３は、蒸気供給契約による収益変化をもとに契約を判断する。具体的には、供給契約判断部５０１において、蒸気供給契約ありの条件で計画を立案した場合の収益と蒸気供給契約なしの条件で計画を立案した場合の収益を比較し、蒸気供給契約ありの収益が増大する場合は該当の蒸気供給契約を結び、収益が減少する場合は該当の蒸気契約を破棄する。
ここで、蒸気供給契約による収益（INCOMEst）は式４７で表せる（図２５を参照）。蒸気供給契約の供給価格（Pst）は、蒸気供給を行う場合の価格である。ステップＳ１４は、未検討の蒸気供給契約の有無を判断する。未検討の蒸気供給契約が残っている場合、ステップＳ１５に進み、該当の蒸気供給契約設定し、蒸気需要とする。その後、再びステップＳ１から処理を実施し、蒸気供給有の場合の計画を立案し、収益を計算する。
以上のように、本実施の形態にかかわるエネルギー需給計画策定装置は、供給契約判断部５０１で蒸気供給による収益変化から蒸気供給契約の可否を判断し、収益が増大するような蒸気供給による蒸気需給計画を立案することができ、トータルで収益を増大させることが可能となる。前記蒸気需給計画部において、収益が増大する蒸気供給契約のみを判断して契約を結ぶ供給契約判断部を有することを特徴とする。供給契約判断部で収益増大に効果のある蒸気供給契約のみを結ぶことで確実に収益を増大することが可能な蒸気需給計画を立案することができ、トータルで収益を増大できる。
また、以上のように、本発明にかかわるエネルギー需給計画策定プログラムおよびエネルギー需給計画策定方法は、蒸気の供給量をゼロに設定する第１２のステップと、第１０のステップで電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画の立案を再度実施する必要がないと判断した場合、蒸気供給契約の収益変化から蒸気契約の継続または破棄を判断する第１３のステップと、未検討の蒸気供給契約が有るか否かを判断する第１４のステップと、未検討の蒸気供給契約が有ると判断した場合、この蒸気供給契約を設定する第１５のステップとを備え、第１２のステップは第１のステップを実行する前に実行することを特徴とする。
また、上述した実施の形態に含まれる別の発明は、発電機が発電する発電量の計画である発電計画、および電力取引市場での買電および売電の少なくともいずれかを行う電力量の計画である取引計画を立案するエネルギー需給計画策定装置において、当該発電機の発電量（例えば式１５のELNG）、その発電量において当該発電機が当該発電機の外部に供給する蒸気量（例えば式１５のSTLNG）、および当該発電機がその発電量かつその供給する蒸気量であるときの当該発電機の燃料消費量（例えば式１５により計算されるGgen-LNG-ST-plusを含んで計算される式２１のGgen-LNG'）を関連づける計算式（例えば式１５により計算されるGgen-LNG-ST-plusを含む式２１）またはその計算式を作成するための情報であって、当該計算式は、当該供給する蒸気量（例えば式２１のGgen-LNG-ST-plusを計算するための式１５のSTLNG）による当該燃料消費量の増加量（例えば、式２１のGgen-LNG-ST-plus）が、当該発電機の発電量（例えば式２１のGgen-LNG-ST-plusを計算するための式１５のELNG）に応じて異なる特性を有する燃料消費量計算情報（例えば式１５のfLNG-ST関数）を記憶する記憶部（例えばデータベース２０５）と、当該発電機が発電する当該発電量と当該電力取引市場で取引する当該電力量との合計値に対する制約（例えば式１３）、および当該発電機から該発電機の外部に供給する当該蒸気量に対する制約（例えば式１８または式１９）を制約条件として、当該燃料消費量計算情報に基づき計算される当該燃料消費量（式２１のGgen-LNG'の計算式で再帰的に更新される式１で計算されるGgen-LNG）に基づく評価関数（例えば式１のGgen-LNGを含む式４）に基づいて、当該発電機の当該発電計画（例えば式１３のELNG(t)）および当該電力取引市場での当該取引計画（例えば式１３のEtrade(t)）を立案する需給計画部とを備えるエネルギー需給計画策定装置である。
なお、上述した実施の形態では、発電計画と取引計画は同一の第１の評価関数（例えば式４）に基づき作成し、発電機から供給する蒸気量の計画である蒸気需給計画は、その結果である発電計画（例えば式１５のELNG(t)）に基づく別の第２の評価関数（例えば式１７）に基づき作成し、その結果である蒸気需給計画（例えば式１７を最小化する式１５のSTLNG(t)）に基づき、第１の評価関数を更新（例えば式４のGgen-LNGを計算するための式１を更新）して、発電計画と取引計画を作成し直している。しかしながら、これら発電計画、取引計画および蒸気需給計画を一つの評価関数から一括して作成してもよい。例えば、発電機の燃料消費量をその発電量および蒸気量から演算するための式を予め記憶あるいは作成し、これにより演算される燃料コストと電力取引市場での買電コスト及び／又は売電収益との合計を含む一つの評価関数に基づいて、発電計画、取引計画および蒸気需給計画を一括して作成してもよい。この演算式についても、発電機が供給する蒸気量による燃料消費量の増加量が、当該発電機の発電量に応じて異なる特性のものとすれば、蒸気供給による発電機の発電効率の変化を考慮した、発電計画、取引計画および蒸気需給計画を作成することができる。ここで、発電機が供給する蒸気量による燃料消費量の増加量とは、例えば、発電機が供給する蒸気量がゼロである場合にその発電量を得るのに必要な燃料消費量に対して、その発電量を維持した上で、追加してその蒸気量を当該発電機から得るために追加的に必要となる燃料消費量である。発電機はこの増加量が発電量に応じて変化する特性である場合が多く、このような発電機の特性を含んだ式を用いて、発電計画、取引計画および蒸気需給計画を作成することにより、収益が大きいそれら計画を作成することができる。
また、当該発電機として、上述の特性が互いに異なる複数の発電機を用いてもよい。これら発電機が、互いに共通の事業者または需要家に対して自己の発電した電力及び／又は蒸気を供給する。電力取引市場で買電した電力も同様にそれら事業者または需要家に対して供給できる。このとき、これら複数の発電機のそれぞれについて当該発電機の上述の特性を有する演算式を予め記憶または作成し、そこから求められる各発電機の燃料コストの総和を含む評価関数（例えば、式４および式１７に当該総和を含む）に基づいて、それら発電機のそれぞれの発電計画、蒸気需給計画を作成するようにしてもよい。また、蒸気を供給できる発電機が一つしかなく、契約により供給すべき蒸気量が決まっている場合には、当該蒸気需給計画は予め決まっていてもよい。
また、上述した実施の形態では、発電計画および取引計画を作成するための評価関数（例えば式４）は、当該発電機から供給する蒸気量の計画である蒸気需給計画（例えば式１５のSTLNG(t)）および上述の燃料消費量計算情報（例えば式１５のfLNG-ST関数）に基づき作成され、当該発電機の発電量と当該発電機の燃料消費量との関係式である、当該発電機の蒸気量をパラメータとして含まない特性式（例えば式１５に基づく式２１により更新される式１）に基づき計算される。このように蒸気供給による発電機の発電効率変化を考慮した発電機の特性式であって、当該蒸気量をパラメータとして含まない特性式を中間的に作成することにより、発電計画および取引計画の作成機能は有するが蒸気供給計画には対応しない従来のエネルギー需給計画策定装置の設計に対して追加的に、蒸気需給計画にも対応するための機能を追加することができる。例えば、発電機の特性式を用いて発電計画および取引計画は作成するが蒸気供給計画は作成、考慮しないプログラムに対して、当該特性式の代替として蒸気供給をも考慮した上述の中間的に生成した特性式を渡すことにより、そのプログラムから、蒸気供給も考慮した発電計画および取引計画が出力されるようにすることができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１ エネルギー供給事業者、２ エネルギー需給計画策定装置、１０１ 燃料設備、１０２ 発電設備・蒸気供給設備、１０３ 他社（燃料）、１０４ 燃料取引市場、１０５ 電力需要家、１０６ 電力取引市場、１０７ 他社（電力）、１０８ 蒸気需要家、２０１ データ入力部、２０２ データ出力部、２０３ 演算制御部、２０４ データ連携部、２０５ データベース、２０６ 電力需給計画部、２０７ 燃料需給計画部、２０８ 蒸気需給計画部、２０９ 通信手段、３０１ 蒸気供給設備、４０１ 蒸気取引市場、５０１ 供給契約判断部

Claims (8)

  1. 電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画を作成するエネルギー需給計画策定装置において、
    前記発電計画から発電単価と熱消費率を含む第１の連携データを計算し、前記蒸気需給計画から燃料消費量を含む第２の連携データを計算し、前記取引計画と前記発電計画から発電用燃料消費計画を含む第３の連携データを計算するデータ連携部と、
    前記データ連携部で計算された第１の連携データを第１の目的関数に取り入れて前記蒸気需給計画を作成する蒸気需給計画部と、
    前記データ連携部で計算された第２の連携データを第２の目的関数に取り入れて前記電力取引市場における取引計画と発電計画を作成する電力需給計画部と、
    前記データ連携部で計算された第３の連携データを第３の目的関数に取り入れて前記燃料需給計画を作成する燃料需給計画部と、
    前記蒸気需給計画部と前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部での演算が収束したかを判定し、収束していれば演算終了に関する指令を送信し、収束していなければ演算継続に関する指令を送信する演算制御部と、
    前記データ連携部と前記蒸気需給計画部と前記電力需給計画部と前記燃料需給計画部での演算において必要なデータを格納するデータベースと、
    を備えていて、
    前記第１の目的関数は、蒸気供給による燃料コスト増加を最小化することを目的として作成されており、
    前記第２の目的関数は、発電で消費する燃料の支出と、電力取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益を最大化することを目的として作成されており、
    前記第３の目的関数は、発電修正による電力市場での電力売買の収支と、発電修正による燃料消費の収支と、燃料取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益を最大化することを目的として作成されていることを特徴とするエネルギー需給計画策定装置。
  2. 前記蒸気需給計画部は、ボイラを含む蒸気供給設備による蒸気供給を前記第１の目的関数に取り入れて前記蒸気需給計画を作成することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー需給計画策定装置。
  3. 前記蒸気需給計画部は、蒸気取引市場での取引を前記第１の目的関数に取り入れて前記蒸気需給計画を作成することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー需給計画策定装置。
  4. 電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画における収益から、蒸気供給により収益が増大するか否かを判断する供給契約判断部を備え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計画策定装置。
  5. 電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画の作成を再度実施する必要があると判断した場合、前記データ連携部は、前記燃料需給計画からタンク燃料単価を含む第４の連携データを計算することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー需給計画策定装置。
  6. 電力取引市場における取引計画と発電計画を作成する第１のステップと、
    前記第１のステップで作成した取引計画と発電計画を元に蒸気需給計画を作成するか否かを判断する第２のステップと、
    前記第２のステップで蒸気需給計画の作成が必要であると判断した場合、前記発電計画から発電単価と熱消費率を含む第１の連携データを計算する第３のステップと、
    前記第３のステップで計算した第１の連携データを第１の目的関数に取り入れて蒸気需給計画を作成する第４のステップと、
    前記第４のステップで作成した蒸気需給計画から燃料消費量を含む第２の連携データを計算する第５のステップと、
    前記第５のステップで作成した第２の連携データを第２の目的関数に取り入れて、電力取引市場における取引計画と発電計画を作成する第６のステップと、
    前記第６のステップで作成した電力取引市場における取引計画と発電計画をもとに燃料需給計画を作成するか否かを判断する第７のステップと、
    前記第７のステップで燃料需給計画の作成が必要であると判断した場合、前記第６のステップで作成した電力取引市場における取引計画と発電計画から、発電用燃料消費計画を含む第３の連携データを計算する第８のステップと、
    前記第８のステップで計算した第３の連携データを第３の目的関数に取り入れて燃料需給計画を作成する第９のステップと、をコンピュータに実行させ、
    前記第１の目的関数は、蒸気供給による燃料コスト増加を最小化することを目的として作成されており、
    前記第２の目的関数は、発電で消費する燃料の支出と、電力取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益を最大化することを目的として作成されており、
    前記第３の目的関数は、発電修正による電力市場での電力売買の収支と、発電修正による燃料消費の収支と、燃料取引市場での取引による収入あるいは支出を足し合わせた収益を最大化することを目的として作成されていることを特徴とするエネルギー需給計画策定プログラム。
  7. 電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画の作成を再度実施するか否かを判断する第１０のステップと、
    前記第１０のステップで電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画の作成を再度実施する必要があると判断した場合、前記第９のステップで作成した燃料需給計画からタンク燃料単価を含む第４の連携データを計算する第１１のステップと、をコンピュータに実行させ、
    前記第１１のステップで計算した第４の連携データを前記第２の目的関数に取り入れて、電力取引市場における取引計画と発電計画を作成する前記第１のステップを実行することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー需給計画策定プログラム。
  8. 蒸気の供給量をゼロに設定する第１２のステップと、
    前記第１０のステップで電力取引市場における取引計画と発電計画、蒸気需給計画および燃料需給計画の作成を再度実施する必要がないと判断した場合、蒸気供給契約の収益変化から蒸気契約の継続または破棄を判断する第１３のステップと、
    未検討の蒸気供給契約が有るか否かを判断する第１４のステップと、
    未検討の蒸気供給契約が有ると判断した場合、この蒸気供給契約を設定する第１５のステップと、をコンピュータに実行させ、
    前記第１２のステップは前記第１のステップを実行する前に実行することを特徴とする請求項７に記載のエネルギー需給計画策定プログラム。
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