JP7114202B2 - Lng生産量予測システム - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態のLNG生産量予測システムの一例を示すブロック図である。
図2は、LNG生産量予測システム1でLNG生産量の予測を行うLNG生産プラントの例を示すプラント構成図である。図2に示したLNG生産プラントは、上述のC3-MR方式のものである。LNG生産プラントの詳細については、本発明の要旨とは関係せず、また、公知のものであるため、出願人が先に出願したPCT/JP2014/006141(国際公開公報2016/092593)を引用して具体的な説明は省略する。図2は、国際公開公報2016/092593に添付の図1を引用したものであり、図2に示された部材を指し示す際に使用する符号は、国際公開公報2016/092593で使用している符号を利用するものとする。
LNG生産プラントの生産能力は、外気の温度の影響を受ける空冷式熱交換器の性能及びガスタービンの出力の影響を受ける。そのため、LNG生産プラントの生産能力は、外気の温度TAMBとHARによる温度上昇ΔTHARの関数となる。このことから、次の式が導き出される。
ただし、Gas turbine available power[kW]=isolated power[kW]×f(TAMB、ΔTHAR)であり、Specific power(LNG1tonを生産するのに必要となるパワー)[kWh/LNG-ton]=Specific power @ reference air temperature(参照温度においてLNG1tonを生産するのに必要となるパワー)[kWh/LNG-ton]×f(TAMB、ΔTHAR)である。
図3を用いて、本実施の形態のLNG生産量予測システム1による処理の概要を説明する。ユーザ端末15から、LNG生産量の予測を行うLNG生産プラントの所在地に関する情報が入力されると、図3に示すように、LNG生産量予測システム1の気象シミュレーション部3は、当該所在地を含む対象地域の気象予測を行い、予測気象情報を出力する(ステップST1)。次に、CFDシミュレーション部5は、LNG生産プラントの詳細情報(後述のシミュレーションモデル作成用データ)と、予測気象情報に基づいて、CFDシミュレーションを行い、LNG生産プラントの設置地域における排気の流れの挙動による空冷式熱交換器が吸気する外気の温度及びガスタービンが吸気する外気の温度を予測する(ステップST2)。そして、冷媒組成選定部7は、CFDシミュレーション部5の予測結果を用いて冷媒組成を選定し(ステップST3)、これらの結果に基づいて、生産量シミュレーション部9がLNG生産プラントのLNG生産量を予測する(ステップST4)。本実施の形態では、さらに、最適生産量シミュレーション部11も備えており、ステップST4で、制約条件に基づいた最適なLNG生産量の予測も可能となっている。また、LNG生産量に基づいて、タンカーシミュレーション部13がタンカーシミュレーションを行う(ステップST5)。
図3に示したステップのそれぞれについて、詳細を説明する。図4は、気象シミュレーション部3が行う気象予測(図3のステップST1)の詳細なフローチャートである。気象シミュレーション部3は、予め、気象の観測データを収集し、データ記憶部17に記憶している(ステップST11)。観測データは、世界各地に設置した気象センサにより直接的に観測したデータだけでなく、他の機関や企業が観測している地上観測データとして、例えば日本の気象庁が提供している地上観測データ、アメリカ海洋大気庁(National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA))が提供している地上観測データに加え、衛星による観測データとして例えば欧州気象衛星開発機構(European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites(EUMETSAT))が運用している衛星MetOpが搭載しているアドバンストスキャタロメータ(Advanced Scatterometer(ASCAT))による観測データ等、様々な観測データを収集しそれを統合的に整理して適用することができる。気象シミュレーション部3は、収集した観測データを解析し、数値モデル用の解析データに加工し(ステップST12)、予め準備した気象シミュレーションモデルにデータを入力する(ステップST13)。気象シミュレーションモデルは、地球の大気を細かく分割し、そこに気圧、気温、湿度、風などの気象要素の値を割り当てて、物理法則に基づいて地球全体をシミュレートした全球シミュレーションモデルをベースとして、地域を限定した狭域シミュレーションモデル(後述のCFDシミュレーションの領域よりは広範囲のシミュレーションモデル)が含まれる。気象シミュレーション部3は、対象となるLNG生産プラントの所在地に関する情報が入力されると、気象シミュレーションモデルを用いて、対象地域の気象シミュレーションを行い(ステップST14)、予測気象情報を出力する(ステップST15)。直接予測可能な気象情報は、2週間程度であるので、その先の気象情報は、過去の中長期的な変動傾向データや物理モデルを使用した解析によって得て、これらの情報を組み合わせて予測気象情報として利用することができる。予測気象情報は、対象地域の少なくとも気温、風速及び風向に関する情報である。本実施の形態では、予測気象情報は、所定時間刻み(例えば、1分や10分)の時刻歴データとして得られる。
図5は、CFDシミュレーション部5が行うCFDシミュレーション(図3のステップST2)の詳細なフローチャートである。ユーザ端末15から操作を受け付けると、CFDシミュレーション部5は、気象シミュレーション部3から予測気象情報を取得し(ステップST21)、さらに、シミュレーションモデル作成用データを取得し(ステップST22)、CFDシミュレーションモデルを作成する(ステップST23)。
・プラントレイアウト(プロットプラン)
・空冷式熱交換器に関するデータ(個数、サイズ、温排気の風量及び温度)
・空冷式熱交換器以外の熱源に関するデータ(ガスタービンやボイラー等の排気量及び温度、煙突の高さ)
・上記以外の機器のサイズに関するデータ(幅、径、高さ)。
図14は、冷媒組成選定部7による冷媒組成の選定(図3のステップST3)の詳細なフローチャートである。上述のように、本実施の形態のLNG生産量予測システム1は、窒素,メタン,エタン,プロパンを混合させた混合冷媒を使用するC3-MR方式のLNG生産プラントを対象としている。混合冷媒の組成(混合比)は、一定ではなく、原料となる天然ガスの組成、及び、外気の温度に応じて、混合冷媒の組成を最適化させることで、LNG生産プラントの生産能力を向上させることができることが知られている。そこで、本実施の形態では、冷媒組成選定部7としてAIを導入し、最適な混合冷媒組成を選定できるようにしている。
図16は、生産量シミュレーション部9による生産量予測(図3のステップST4)の詳細なフローチャートである。ユーザ端末15から操作を受け付けると、生産量シミュレーション部9は、CFDシミュレーション部5から予測した外気の温度を取得し(ステップST41)、さらに、シミュレーションモデル作成用データを取得し(ステップST42)、生産量シミュレーションモデルを作成する(ステップST43)。
・プラント設備構成及びフロー
・機器仕様データ
・流体条件(原料である天然ガスの組成及び流量、混合冷媒の組成、流量及び圧力等)。
LNGは生産後もタンク内において冷却を継続しなければならないため長期貯蔵が難しく、大量の在庫を抱えておくことができない、という石油にはない問題がある。また、各国の政策や、エネルギー情勢によっても需要量が変動するという特徴が存在する。そのため、制約条件に基づいて生産量を調整することが考えられる。そこで、本実施の形態のLNG生産量予測システム1は、LNG生産量の生産量抑制を考慮した最適なLNG生産量を予測するための最適生産量シミュレーション部11を備えている。最適生産量シミュレーション部11は、生産量シミュレーション部9が予測したLNG生産量と、LNG生産量を抑制すべき制約条件とに基づいて、最適なLNG生産量を予測する。制約条件は、LNGを受け入れる1以上の受入基地における過去の需要データに基づく予測需要量、生産したLNGを貯蔵しておく出荷タンクの残存量、LNGを受け入れる1以上の受入基地の受入タンクの残存量、出荷タンクから受入タンクにLNGを輸送することが可能なタンカーの隻数及び積載能力、並びに、タンカーの航路の気象状況及び潮流のうち少なくともいずれか1つである。
本実施の形態の生産量シミュレーション部9は、最適生産量シミュレーション部11が予測した最適なLNG生産量に基づいて、1以上のLNG生産プラントの最適な運転条件を演算する機能も有している。すなわち、LNGの最大生産量に対してLNG生産量を抑制した方がよい場合に、どのようにして、LNG生産量を抑制するかを提示することができる。
タンカーシミュレーション部13は、生産量シミュレーション部9が予測した1以上のLNG生産プラントのLNG生産量に基づいて、あるLNG生産プラントからある受入基地にLNGを輸送するのに必要なタンカーの容量及び/または隻数並びに必要なタンカーの航路の航行スケジュールを演算する。また、タンカーシミュレーション部13は、航路の気象状況及び航路の潮流を考慮して、タンカーの航路を選択し、且つ、運航日数を演算する機能も有している。
図21は、第2の実施の形態のLNG生産量予測システムの一例を示すブロック図である。図21には、図1に示した実施の形態の部材と同じ部材には、図1に付した符号の数に100の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。
上記の実施の形態では、対象となるLNG生産プラントの例として、空冷式熱交換器(図2の符号32,33,35,52,54)を備えたLNG生産プラントを挙げているが、対象となるLNG生産プラントはこれに限られるものではない。例えば、図22に示す、海水を利用した水冷式熱交換器を備えたLNG生産プラントや、図23に示す、クーリングタワー(冷却塔)を使用する方式の水冷式熱交換器を備えたLNG生産プラントにも適用可能である。
3 気象シミュレーション部
5 CFDシミュレーション部
7 冷媒組成選定部
9 生産量シミュレーション部
11 最適生産量シミュレーション部
12 LNG残存量シミュレーション部
13 タンカーシミュレーション部
15 ユーザ端末
17 データ記憶部
19 教師データ記憶部
Claims (18)
- 少なくとも熱交換器と、外気を取り込むガスタービンとを備えた1以上の液化天然ガス(LNG)生産プラントのLNG生産量を予測するLNG生産量予測システムであって、
前記LNG生産プラントの所在地を含む対象地域に存在する冷熱源の温度と、前記対象地域の少なくとも気温、風速及び風向を含む予測気象情報を出力する気象シミュレーション部と、
前記予測気象情報に基づいて、数値流体力学解析を行うことにより、前記LNG生産プラントの設置地域における排気の流れの挙動による前記外気の温度を予測するCFDシミュレーション部と、
前記予測気象情報に基づいて予測した前記熱交換器が取り込む前記冷熱源の温度及び前記ガスタービンが吸気する前記外気の温度に基づいて、または、前記CFDシミュレーション部により予測した前記熱交換器が取り込む前記冷熱源の温度及び前記ガスタービンが取り込む前記外気の温度に基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの前記LNG生産量を予測する生産量シミュレーション部と、
前記生産量シミュレーション部が予測した前記LNG生産量と、前記LNG生産量を抑制すべき制約条件とに基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの最適なLNG生産量を予測する最適生産量シミュレーション部と、
出荷タンクから受入タンクに前記LNGを輸送することが可能なタンカーの隻数及び積載能力、並びに、前記タンカーの航路の気象状況及び潮流に基づいて、前記出荷タンク及び/または前記受入タンクのLNG残存量を予測するタンク残存量シミュレーション部と、
前記生産量シミュレーション部が予測した前記1以上のLNG生産プラントの前記LNG生産量に基づいて、ある前記LNG生産プラントからある受入基地に前記LNGを輸送するのに必要なタンカーの容量及び/または隻数並びに必要なタンカーの航路の航行スケジュールを演算するタンカーシミュレーション部とを備えており、
前記熱交換器は、複数種類の冷媒を混合して得られる混合冷媒を用いて熱交換を行うものであり、
LNGの原料である天然ガスの組成、及び、前記予測した熱交換器が取り込む冷熱源の温度に基づいて、前記混合冷媒の最適な組成を選定する冷媒組成選定部をさらに備え、
前記生産量シミュレーション部は、さらに、前記混合冷媒の最適な組成を考慮して、前記LNG生産量を予測するようになっていることを特徴とするLNG生産量予測システム。 - 少なくとも空冷式熱交換器と、外気を取り込むガスタービンとを備えた1以上の液化天然ガス(LNG)生産プラントのLNG生産量を予測するLNG生産量予測システムであって、
前記LNG生産プラントの所在地を含む対象地域の少なくとも気温を含む予測気象情報を出力する気象シミュレーション部と、
前記予測気象情報に基づいて予測した前記空冷式熱交換器が吸気する外気の温度及び前記ガスタービンが吸気する外気の温度に基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの前記LNG生産量を予測する生産量シミュレーション部と、
前記生産量シミュレーション部が予測した前記LNG生産量と、前記LNG生産量を抑制すべき制約条件とに基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの最適なLNG生産量を予測する最適生産量シミュレーション部と、
出荷タンクから受入タンクに前記LNGを輸送することが可能なタンカーの隻数及び積載能力、並びに、前記タンカーの航路の気象状況及び潮流に基づいて、前記出荷タンク及び/または前記受入タンクのLNG残存量を予測するタンク残存量シミュレーション部を備えており、
前記最適生産量シミュレーション部は、前記制約条件として前記LNG残存量を利用することを特徴とするLNG生産量予測システム。 - 前記制約条件は、前記LNGを受け入れる1以上の受入基地における過去の需要データに基づく予測需要量、生産した前記LNGを貯蔵しておく出荷タンクの残存量、前記LNGを受け入れる1以上の受入基地の受入タンクの残存量、前記出荷タンクから前記受入タンクに前記LNGを輸送することが可能なタンカーの隻数及び積載能力、並びに、前記タンカーの航路の気象状況及び潮流のうち少なくともいずれか1つである請求項2に記載のLNG生産量予測システム。
- 前記予測気象情報は、さらに、前記対象地域の風速及び風向に関する情報を含んでおり、
前記予測気象情報に基づいて、数値流体力学解析を行うことにより、前記LNG生産プラントの設置地域における排気の流れの挙動による前記空冷式熱交換器が吸気する外気の温度及び前記ガスタービンが吸気する外気の温度を予測するCFDシミュレーション部をさらに備えており、
前記生産量シミュレーション部は、前記CFDシミュレーション部により予測した前記空冷式熱交換器が吸気する外気の温度及び前記ガスタービンが吸気する外気の温度に基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの前記LNG生産量を予測する請求項2に記載のLNG生産量予測システム。 - 前記予測気象情報に含まれる前記気温に所定の固定値を加えることで、前記空冷式熱交換器が吸気する外気の温度及び前記ガスタービンが吸気する外気の温度とする請求項2に記載のLNG生産量予測システム。
- 前記空冷式熱交換器は、複数種類の冷媒を混合して得られる混合冷媒を用いて熱交換を行うものであり、
LNGの原料である天然ガスの組成、及び、前記予測した空冷式熱交換器が吸気する外気の温度に基づいて、前記混合冷媒の最適な組成を選定する冷媒組成選定部をさらに備え、
前記生産量シミュレーション部は、さらに、前記混合冷媒の最適な組成を考慮して、前記LNG生産量を予測する請求項2乃至5のいずれか1項に記載のLNG生産量予測システム。 - 前記冷媒組成選定部は、LNG生産プラントの生産条件と、前記生産条件に基づく生産実績とに関する複数の過去データを用いて前記混合冷媒の最適な組成を選定する請求項6に記載のLNG生産量予測システム。
- 前記生産条件には、少なくとも、生産時の天然ガスの組成、外気の温度、及び、混合冷媒の組成を含む請求項7に記載のLNG生産量予測システム。
- 少なくとも水冷式熱交換器と、外気を取り込むガスタービンとを備えた1以上の液化天然ガス(LNG)生産プラントのLNG生産量を予測するLNG生産量予測システムであって、
前記LNG生産プラントの所在地を含む対象地域の少なくとも気温、及び、前記対象地域に存在する冷熱源の温度を含む予測気象情報を出力する気象シミュレーション部と、
前記予測気象情報に基づいて予測した前記冷熱源の温度及び前記ガスタービンが吸気する外気の温度に基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの前記LNG生産量を予測する生産量シミュレーション部と、
前記生産量シミュレーション部が予測した前記LNG生産量と、前記LNG生産量を抑制すべき制約条件とに基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの最適なLNG生産量を予測する最適生産量シミュレーション部と、
出荷タンクから受入タンクに前記LNGを輸送することが可能なタンカーの隻数及び積載能力、並びに、前記タンカーの航路の気象状況及び潮流に基づいて、前記出荷タンク及び/または前記受入タンクのLNG残存量を予測するタンク残存量シミュレーション部を備えており、
前記最適生産量シミュレーション部は、前記制約条件として前記LNG残存量を利用することを特徴とするLNG生産量予測システム。 - 前記水冷式熱交換器は、前記冷熱源として外気を使用するクーリングタワーを使用する方式であり、
前記予測気象情報は、さらに、前記対象地域の風速及び風向に関する情報を含んでおり、
前記予測気象情報に基づいて、数値流体力学解析を行うことにより、前記LNG生産プラントの設置地域における排気の流れの挙動による前記水冷式熱交換器が吸気する外気の温度及び前記ガスタービンが吸気する外気の温度を予測するCFDシミュレーション部をさらに備えており、
前記生産量シミュレーション部は、前記CFDシミュレーション部により予測した前記水冷式熱交換器が吸気する外気の温度及び前記ガスタービンが吸気する外気の温度に基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの前記LNG生産量を予測する請求項9に記載のLNG生産量予測システム。 - 前記予測気象情報は、さらに、前記対象地域の湿度に関する情報を含み、
前記CFDシミュレーション部は、さらに、前記水冷式熱交換器が吸気する外気の湿度を予測する請求項10に記載のLNG生産量予測システム。 - 前記水冷式熱交換器は、複数種類の冷媒を混合して得られる混合冷媒を用いて熱交換を行うものであり、
LNGの原料である天然ガスの組成、及び、前記予測した冷熱源の温度に基づいて、前記混合冷媒の最適な組成を選定する冷媒組成選定部をさらに備え、
前記生産量シミュレーション部は、さらに、前記混合冷媒の最適な組成を考慮して、前記LNG生産量を予測する請求項9に記載のLNG生産量予測システム。 - 前記冷媒組成選定部は、LNG生産プラントの生産条件と、前記生産条件に基づく生産実績とに関する複数の過去データを用いて前記混合冷媒の最適な組成を選定する請求項12に記載のLNG生産量予測システム。
- 前記生産条件には、少なくとも、生産時の天然ガスの組成、冷熱源の温度、及び、混合冷媒の組成を含む請求項13に記載のLNG生産量予測システム。
- 前記制約条件は、前記LNGを受け入れる1以上の受入基地における過去の需要データに基づく予測需要量、生産した前記LNGを貯蔵しておく出荷タンクの残存量、前記LNGを受け入れる1以上の受入基地の受入タンクの残存量、前記出荷タンクから前記受入タンクに前記LNGを輸送することが可能なタンカーの隻数及び積載能力、並びに、前記タンカーの航路の気象状況及び潮流のうち少なくともいずれか1つである請求項9に記載のLNG生産量予測システム。
- 前記生産量シミュレーション部は、前記最適なLNG生産量に基づいて、前記1以上のLNG生産プラントの最適な運転条件を演算する機能を有している請求項9に記載のLNG生産量予測システム。
- 前記生産量シミュレーション部が予測した前記1以上のLNG生産プラントの前記LNG生産量に基づいて、ある前記LNG生産プラントからある受入基地に前記LNGを輸送するのに必要なタンカーの容量及び/または隻数並びに必要なタンカーの航路の航行スケジュールを演算するタンカーシミュレーション部をさらに備えている請求項9に記載のLNG生産量予測システム。
- 前記タンカーシミュレーション部は、前記航路の気象状況及び前記航路の潮流を考慮して、前記タンカーの航路を選択し、且つ、運航日数を演算する機能を有している請求項17に記載のLNG生産量予測システム。
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