KR20230106682A - 에너지 운용 지원 장치, 에너지 운용 지원 방법 및 제철소의 조업 방법 - Google Patents

에너지 운용 지원 장치, 에너지 운용 지원 방법 및 제철소의 조업 방법 Download PDF

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Abstract

최적화 계산부(4)와, 운용 지침 전달부(5), (6)를 구비하고 있다. 최적화 계산부는, 실적값·예측값 취득부(DB1), 단가 정보 취득부(DB2) 및 가동 정보 취득부(DB3)로부터 얻어진 정보에 기초하여, 에너지 설비의 운용 조건을 결정 변수로 하고, 에너지 용역의 수지 조건을 구성하고, 에너지 용역의 부족량 결정 변수를 수지 조건의 발생 변수측에 부가하여 제약 조건으로 하고 있다. 그리고, 최적화 계산부는, 제철소의 에너지 운용에 따른 총비용과 부족량 결정 변수를 포함하는 목적 함수를 정하고, 제약 조건을 충족하도록 목적 함수가 최적값에 점근하도록 결정 변수를 연산한다. 또한, 운용 지침 전달부는, 최적화 계산부에서 연산한 부족량에 기초하여 운용자에게 운용 지침을 전달한다.

Description

에너지 운용 지원 장치, 에너지 운용 지원 방법 및 제철소의 조업 방법
본 발명은, 제철소에 있어서의 에너지 용역(用役)의 운용에 있어서, 에너지 용역의 비용을 최적화하도록 지원하는 에너지 운용 지원 장치, 에너지 운용 지원 방법 및 제철소의 조업 방법에 관한 것이다.
제철소는 상 공정(고로, 코크스로, 제강 공정)으로부터 하 공정(압연, 표면 처리 공정)에 걸쳐 다수의 공장을 갖는다. 상 공정에서는, 발열 성분을 함유하는 부생 가스인 B 가스(Blast Furnace 가스), C 가스(Cokes 가스), LD 가스(LDconverter 가스)가 발생한다.
이들 가스를 직접적으로, 또는 혼합하여 열량 조정한 M 가스(Mixed 가스)로서, 압연 공장의 가열로나 발전 설비의 연료로서 사용하는 운용이 행해지고 있다.
여기에서, 가스의 발생량과 사용량의 괴리의 조정에는, 가스를 저장하는 탱크의 역할을 갖는 가스 홀더라는 설비가 이용된다. 예를 들면, 부생 가스의 발생량이 사용량보다도 많아지는 국면에서는, 가스 홀더에 부생 가스가 저장됨으로써, 그의 저장량(가스 홀더 레벨)이 상승한다. 반대로, 부생 가스의 사용량이 발생량보다도 많아지는 국면에서는, 가스 홀더로부터 가스를 내보냄으로써 사용량을 충족 시킨다.
부생 가스의 발생량이 사용량에 대하여 과대가 되어, 가스 홀더 레벨의 상한까지 도달한 경우는, 잉여가 되는 가스는 대기 중에 연소 방산된다. 한편, 반대의 경우는 가스 부족이 되기 때문에, 발전 설비의 출력을 내림으로써 사용량을 억제하고, 그것으로 대처할 수 없는 경우는, 공장의 조업 레벨을 저하시킨다.
부생 가스의 운용 이외에는, 예를 들면 전력이나 증기의 운용이 있다. 전력의 운용에서는, 전력 단가가 비싼 시간대(일반적으로 주간)로부터의 전력 구입량을 저하시키도록 발전 설비의 출력을 올려 운용한다. 전력 단가가 싼 시간대(일반적으로 야간)에서는, 발전량을 저하시키고 있다. 이러한 발전 설비의 운용 방침은, 단가에 의존한다. 증기의 운용에서는, 전로, 소결로 등의 배열을 이용한 보일러에서 발생하고, 냉연 공장 등의 산 세정조의 보온이나 RH(진공 탈가스 설비)에서 사용된다. 그리고, 부족한 경우에는, 발전 설비로부터의 추기(抽氣)(터빈 중단으로부터 증기를 얻는 조작, 발전량은 저하)와 제철소 외로부터 구입한다.
이러한 제철소 혹은 공장에 있어서의 에너지 용역을, 비용의 관점에서 최소가 되도록 운용하는 기술이 복수 공표되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼3).
특허문헌 1의 기술은, 플랜트의 운용을 적정화하는 장치에 있어서, 플랜트의 조작량을 포함하는 상태 변수의 편차를 고려한 평가 지수가 가미된 재평가 함수에 기초하여, 최적화 수법으로 구한 최적해(optimal solution)를 재평가한다. 이에 따라, 상태 변수의 편차가 최적해에 주는 영향을 파악하고, 보다 최적해의 평가 함수값이 안정된다. 즉, 평가 함수값의 변동이 적은 바와 같은 해(solution)를 발견하는 것이 이루어지고 있다.
또한, 특허문헌 2의 기술은, 운용 비용·가스 배출량 등의 최소화를 실현 가능하게 한 최적 설계 방법을 제안하고 있다. 이 특허문헌 2에서는, 플랜트의 부하 패턴(각 기기의 기동·정지 계획값)이 주어졌을 때의 기기의 최적 용량을 결정하고 있다.
또한, 특허문헌 3의 기술은, 발전 설비의 요구 예비력을 확보할 수 없는 경우라도 운전 계획을 작성하는 수법을 제안하고 있다. 이 특허문헌 3은, 확보 가능한 발전량의 조정량이 요구 조정량보다도 작은 경우에, 요구 조정량에 대한 부족분에 따른 값을 산출하는 패널티 함수를, 본래의 목적 함수에 더하여 얻어지는 확장 목적 함수의 값이 최소가 되도록, 운전 계획을 생성하는 것이다.
특허문헌 1의 기술은, 조업 조건의 편차가 있는 상황에서도 비용 함수의 값으로서 안정된 해답이 구해진다. 또한, 특허문헌 2의 기술은, 플랜트의 운전 계획이 주어졌을 때에, 비용이 최소가 되는 바와 같은 기기의 최적 용량을 결정하고 있다. 이들 특허문헌 1, 2의 기술은, 주어진 운전 계획이나 조업 조건하에서 최적화 계산을 행하는 것이지만, 그 조업 조건의 하나인 에너지 밸런스를 나타내는 수지(收支) 조건이 어떠한 조작량으로도 충족되지 않을 때에는, 최적 계산으로서는 최적해가 없는 상태가 된다.
또한, 특허문헌 3의 기술은, 발전량의 조정량이 규정값보다도 작은 경우는, 그를 패널티로서 목적 함수에 가미한 목적 함수를 고려함으로써, 최적해가 없는 상태를 회피하고 있지만, 발전량의 조정량조차 없어지는 바와 같은 조건이 되면, 최적해가 없는 상태가 된다.
일본공개특허공보 2009-70200호 일본공개특허공보 2006-48475호 일본공개특허공보 2016-93016호
제철소의 조업에서는, 돌발적인 요인(트러블)으로 공장이 정지하는 것이나 공장의 가동 계획이 나쁜 경우에, 발생하는 가스량, 전력량 및 증기가 부족함으로써 에너지 밸런스를 나타내는 수지식이 성립하지 않게 되어, 최적 계산으로 해답이 구해지지 않는다. 이러한 경우에는, 운용자는 각 공장의 운전 계획 자체를 변경하고, 소비량을 저하시킴으로써 수지식이 성립하도록 하고 있다. 이 때, 운전 계획의 변경은, 부족량에 따라서 행해져야 할 것이고, 과잉으로 공장을 정지시키는 바와 같은 운전 계획을 입안하면, 생산량의 저하에 의해 제철소 전체로서의 비용이 증대해 버린다. 따라서, 필요 최소한의 운전 계획에 그쳐야 할 것이다.
그러나, 전술한 특허문헌 1∼3의 기술은, 트러블 없이 조업하고 있는 경우에는 유효하게 동작하지만, 최적해가 없어질 정도의 조업 조건이 되면 유효한 해결책은 되지 않는다.
최적해가 없는 상태를 회피하는 바와 같은 특허문헌 3의 계산을 행했다고 해도, 각 공장의 운전 계획을 변경하는 바와 같은 운용 지원책을 운용자에게 제시할 수 없다는 과제가 있다.
본 발명은, 상기 종래예의 미해결의 과제에 착안하여 이루어진 것으로서, 제철소에 있어서의 에너지 용역(부생 가스, 증기, 전력 중 적어도 하나)이 부족한 국면에 있어서, 각 공장의 운용자에게 에너지 설비의 운전 계획의 필요 최소한의 변경안을 제시할 수 있는 에너지 운용 지원 장치, 에너지 운용 지원 방법 및 제철소의 조업 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따른 에너지 운용 지원 장치는, 제철소를 구성하는 공장마다의 현 시각의 에너지 용역의 발생량 및 소비량의 실적값과, 현 시각에서 지정 시각까지의 에너지 용역의 발생량 및 소비량의 예측값을 취득하는 실적값·예측값 취득부와, 제철소의 에너지 운용에 드는 총비용의 계산에 필요해지는 단가 정보를 취득하는 단가 정보 취득부와, 제철소의 에너지 설비의 가동 정보를 취득하는 가동 정보 취득부와, 실적값·예측값 취득부, 단가 정보 취득부 및 가동 정보 취득부로부터 얻어진 정보에 기초하여, 에너지 설비의 운용 조건을 결정 변수로 하고, 에너지 용역의 수지 조건을 구성하고, 에너지 용역의 부족량 결정 변수를 수지 조건의 발생 변수측에 부가하여 제약 조건으로 하고, 제철소의 에너지 운용에 따른 총비용과 부족량 결정 변수를 포함하는 목적 함수를 정하고, 제약 조건을 충족하도록 목적 함수가 최적값에 점근(漸近)하도록 결정 변수를 연산하는 최적화 계산부와, 최적화 계산부에서 연산한 부족량에 기초하여 운용자에게 운용 지침을 전달하는 운용 지침 전달부를 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 에너지 운용 지원 방법은, 제철소를 구성하는 공장마다의 현 시각의 에너지 용역의 발생량 및 소비량의 실적값과, 현 시각에서 지정 시각까지의 에너지 용역의 발생량 및 소비량의 예측값을 취득하는 실적값·예측값 취득 스텝과, 제철소의 에너지 운용에 드는 총비용의 계산에 필요해지는 단가 정보를 취득하는 단가 정보 취득 스텝과, 제철소의 에너지 설비의 가동 정보를 취득하는 가동 정보 취득 스텝과, 실적값·예측값 취득 스텝, 단가 정보 취득 스텝 및 가동 정보 취득 스텝으로부터 얻어진 정보에 기초하여, 에너지 설비의 운용 조건을 결정 변수로 하고, 에너지 용역의 수지 조건을 구성하고, 에너지 용역의 부족량 결정 변수를 수지 조건의 발생 변수측에 부가하여 제약 조건으로 하고, 제철소의 에너지 운용에 따른 총비용과 부족량 결정 변수를 포함하는 목적 함수를 정하고, 제약 조건을 충족하도록 목적 함수가 최적값에 점근하도록 결정 변수를 연산하는 최적화 계산 스텝과, 최적화 계산 스텝에서 연산한 부족량에 기초하여 운용자에게 운용 지침을 전달하는 운용 지침 전달 스텝을 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 제철소의 조업 방법은, 전술한 에너지 운용 지원 방법에 기초하여 에너지 설비의 운용 조건을 변경하고, 또는, 제철소 내의 제조 설비의 조업 조건을 변경한다.
본 발명에 따른 에너지 운용 지원 장치, 에너지 운용 지원 방법 및 제철소의 조업 방법에 의하면, 제철소에 있어서의 에너지 용역이 부족한 국면에 있어서, 각 공장의 운용자에게 에너지 설비의 운전 계획의 필요 최소한의 변경안을 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 운용 지원 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 운용 지원 장치의 에너지 용역 실적·예측 데이터베이스에 격납되어 있는 소정의 공장의 에너지 용역의 데이터이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 운용 지원 장치의 최적화 계산부가 행하는 최적화 계산 처리를 설명하는 플로우차트이다.
도 4는 제철소의 코크스로에서 트러블이 발생했을 때의 C 가스 발생량 및 C 가스 부족량의 경시(經時)적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제철소에 있어서 B 가스, C 가스, 전로 가스 A, 전로 가스 B를 저장하고 있는 가스 홀더의 경시적 레벨 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제철소의 코크스로에서 트러블이 발생했을 때의 발전 설비의 발전량의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제철소의 코크스로에서 트러블이 발생했을 때의 부생 가스량의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 제철소의 코크스로에서 트러블이 발생했을 때의 외부 구입 연료인 중유량의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 에너지 운용 지원 장치의 운용 지침 작성부에 기억되어 있는 운용 지침 데이터이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
다음으로, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 실시 형태를 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 있다.
또한, 이하에 나타내는 실시 형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 하기의 것에 특정하는 것이 아니다. 본 발명의 기술적 사상은, 특허청구의 범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위 내에 있어서, 여러 가지의 변경을 더할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시 형태인 에너지 운용 지원 장치는, 제철소에 있어서의 에너지 용역의 운용에 있어서, 에너지 용역의 비용을 최적화하도록 지원하는 장치이다.
에너지 용역에는, 제철소 내에서 발생한 부생 가스, 증기 및, 전력 중의 적어도 하나가 포함된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 에너지 운용 지원 장치(1)는, 퍼스널 컴퓨터나 워크스테이션 등의 정보 처리 장치에 의해 구성되고, 에너지 용역 실적·예측 데이터베이스(DB1)와, 단가 정보 데이터베이스(DB2)와, 가동 정보 데이터베이스(DB3)와, 최적화 계산부(4)와, 운용 지침 작성부(5)와, 가이던스부(6)를 구비하고 있다. 최적화 계산부(4) 및 운용 지침 작성부(5)는, 정보 처리 장치 내의 CPU 등의 연산 처리 장치가 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 실현된다.
에너지 용역 실적·예측 데이터베이스(DB1)는, 불휘발성의 기억 장치에 의해 구성되어 있고, 제철소를 구성하는 복수의 공장의 에너지 용역(부생 가스, 증기, 전력)의 발생량 및 소비량의 실적값과, 현 시각에서 지정 시각까지의 에너지 용역의 발생량 및 소비량의 예측값이 격납되어 있다.
B 가스 발생량의 경우, 현 시각의 발생량과 고로 가동 정보를 이용하여 예측한다. 고로가 가동하고 있을 때는, 현 시각의 발생량이 장래까지 계속된다고 가정하여 예측값을 작성하지만, 고로가 휴풍(休風) 상태일 때는 발생량이 0이 되도록 예측한다.
C 가스 발생량의 경우, 현 시각의 발생량과 코크스로 가마마다의 장탄량을 이용하여 예측한다.
LD 가스 발생량의 경우, 취련 계획을 이용하여 예측한다.
공장에서의 M 가스 소비량은, 가열로에 있어서의 슬래브 장입 계획이나 현 시각의 M 가스 소비량을 이용하여 예측된다.
도 2는, 에너지 용역 실적·예측 데이터베이스(DB1)에 기억되어 있는 제철소를 구성하는 A 공장의 에너지 용역의 데이터이다. 이 에너지 용역의 데이터의 부생 가스는, B 가스(Blast Furnace 가스), C 가스(Cokes 가스), LD 가스(LDconverter 가스), 이들 가스를 직접적으로, 또는 혼합하여 열량 조정한 M 가스(Mixed 가스)이다. 또한, 전력은, TRT(로정압(爐頂壓) 회수 터빈 발전 설비), CDQ(Cokes Dry Quenching System)로부터 발생하는 전력이다. 또한, 증기는, 전로나 소결로의 조업에 따라 발생하는 증기이다. 그리고, 도 2의 A 공장의 에너지 용역의 데이터는, 현 시각의 발생량 실적값(SJ) 및 소비량 실적값(DJ)과, 현 시각에서 지정 시각(예를 들면 180분 후)까지의 에너지 용역의 발생량 예측값(SY) 및 소비량 예측값(DY)이 격납되어 있다.
또한, 에너지 용역 실적·예측 데이터베이스(DB1)에는, 도 2에서 나타낸 A 공장의 에너지 용역의 데이터와 함께, 다른 공장(B 공장, C 공장…)의 에너지 용역의 현 시각의 발생량 실적값(SJ) 및 소비량 실적값(DJ)과, 현 시각에서 지정 시각까지의 에너지 용역의 발생량 예측값(SY) 및 소비량 예측값(DY)이 격납되어 있다.
단가 정보 데이터베이스(DB2)는, 전력 단가, 증기 단가, 중유 단가, 보일러 공급용의 순수 단가 등의 정보가 격납되어 있다.
가동 정보 데이터베이스(DB3)는, 에너지 설비(발전 설비, TRT, CDQ, 가스 홀더, 혼합 가스 제조 설비)가 정기 점검이나 트러블 등의 요인으로 정지할 계획이 있는 경우에, 그들 에너지 설비의 정지 시각, 재가동의 시각 등의 가동 정보가 격납되어 있다.
최적화 계산부(4)는, 제철소의 에너지 운용에 드는 총비용을, 최소, 혹은 최소의 근방의 값이 되는 바와 같은 에너지 설비의 운용 조건을 결정 변수로서 출력하는 최적화 계산을 행한다. 이 최적화 계산부(4)는, 구체적으로는, 에너지 운용 지원에 관한 제약 조건이나 총비용을 수리 계산 문제의 하나인 혼합 정수 계획 문제로서 미리 정식화한 수식에, 에너지 용역 실적·예측 데이터베이스(DB1)의 정보, 단가 정보 데이터베이스(DB2)의 정보 및 가동 정보 데이터베이스(DB3)의 정보가 입력됨으로써, 후술하는 부족량 결정 변수, 소비 변수를 연산함과 함께, 최적화해야 할 총비용(F)을 연산한다. 또한, 혼합 정수 계획 문제의 해법에 있어서는, 분지 한정법 등을 이용할 수 있고, 예를 들면 선행 기술 문헌인 「"하이브리드 시스템의 예측 제어와 그의 프로세스 제어로의 적용", 시스템/제어/정보, Vol.46, No.3, pp.110-119, 2002」에 기재되어 있다.
운용 지침 작성부(5)는, 최적화 계산부(4)에서 연산한 소정의 에너지 용역의 부족량(X)에 기초하여 운용 지침을 작성한다. 구체적으로는, 운용 지침 작성부(5)에는, 소정의 에너지 용역에 대하여, 외부 에너지를 구입하는 운용 지침, 외부 에너지를 구입함과 함께 소정의 에너지 설비의 사용량을 다운시키는 운용 지침, 혹은, 소정의 에너지 설비의 사용량을 다운시키는 운용 지침 등의 복수의 운용 지침 데이터가 테이블화되어 격납되어 있다(예를 들면, 도 9 참조). 그리고, 운용 지침 작성부(5)는, 최적화 계산부(4)에서 연산한 에너지 용역의 부족량(X)에 대응한 운용 지침 데이터를 선택한다.
가이던스부(6)는, 운용 지침 작성부(5)에서 선택한 부족량(X)에 대응한 운용 지침 데이터를, 가이던스 화면에 표시한다. 그리고, 운용자는, 가이던스 화면에 출력된 운용 지침 데이터 정보를 참고로 하여 에너지 설비의 운용 조건을 변경한다.
다음으로, 최적화 계산부(4)가 행하는 최적화 계산 처리에 대해서, 도 3의 플로우차트를 참조하여 설명한다.
우선, 스텝 ST1에서는, 에너지 용역 실적·예측 데이터베이스(DB1)에 기억되어 있는 A 공장, B 공장, C 공장…의 모든 에너지 용역의 현 시각의 발생량 실적값(SJ) 및 소비량 실적값(DJ)과, 현 시각에서 지정 시각까지의 에너지 용역의 발생량 예측값(SY) 및 소비량 예측값(DY)을 읽어들인다.
이어서, 스텝 ST2에서는, 단가 정보 데이터베이스(DB2)에 기억되어 있는 전력, 증기, 자가 발전 보일러 공급용의 순수 등의 구입 단가를 읽어들인다.
이어서, 스텝 ST3에서는, 가동 정보 데이터베이스(DB3)에 기억되어 있는 에너지 설비(발전 설비, TRT, CDQ, 가스 홀더, 혼합 가스 제조 설비)의 가동 정보를 읽어들인다.
이어서, 스텝 ST4에서는, 제약 조건을 세우기 위해, 스텝 ST1에서 읽어들인 정보에 기초하여, 발생 변수(Si)(i＝1, 2, …N)를 설정한다. 여기에서, i＝1, 2, …N은, 공장이나 에너지 설비를 나타내는 첨자이다. 또한, 공장의 경우는, 실적값 또는 예측값이 되지만, 에너지 설비의 경우는 결정 변수가 된다.
이어서, 스텝 ST5에서는, 제약 조건을 세우기 위해, 스텝 ST1에서 읽어들인 정보에 기초하여, 소비 변수(Di)(i＝1, 2, …M)를 설정한다. 여기에서, i＝1, 2, …M도, 공장이나 에너지 설비를 나타내는 첨자이다. 또한, 공장의 경우는, 실적값 또는 예측값이 되지만, 에너지 설비의 경우는 결정 변수가 된다.
이어서, 스텝 ST6에서는, 스텝 ST1, 2, 3에서 읽어들인 정보에 기초하여, 좌변의 발생 변수(Si)와 우변의 소비 변수(Di)가 동일한 에너지 용역의 수지 조건을 나타내는 식의 좌변에 부족량 결정 변수(X)(X≥0)를 더함으로써, 이하의 (1)식에 나타내는 제약 조건을 세운다. 이 제약 조건은, 각 시각에서 성립되어야 할 조건이다.
X＋S1＋S2＋…＋SN＝D1＋D2＋…＋DM …(1)
이어서, 스텝 ST7에서는, 최소, 혹은 최소의 근방의 값이 되어야 할 목적 함수를 설정한다. 이는, 단가 정보나 사용량을 사용한 총비용(F)에, 부족량 결정 변수(X)에 가중치 정수(C)를 곱한 값을 더한 것이다.
(목적 함수)＝F＋CX
이어서, 스텝 ST8에서는, (1)식의 제약 조건하에서, 목적 함수를 최소, 혹은 최소의 근방의 값으로 하는 총비용(F)과, 부족량 결정 변수(X)를 연산한다.
여기에서, 부족량 결정 변수(X)가 미소한 값이었다고 하고, 이 때의 CX가 총비용(F)보다, 충분히 커지도록 가중치 정수(C)를 설정해 두면, 가스가 부족하지 않은 국면에서의 최적 계산에서는, 부족량 결정 변수(X)는 실질적으로 0이 된다. 한편, 가스가 부족한 국면에서는 부족량 결정 변수(X)는 0보다 큰 값이 되는 부족량으로 할 수 있다.
이어서, 스텝 ST9에서는, 스텝 ST8에서 연산한 에너지 설비(발전 설비, TRT, CDQ, 가스 홀더, 혼합 가스 제조 설비)의 운용 조건을 설정하고, 그 후에, 최적화 계산 처리를 종료한다.
여기에서, 본 발명에 기재되어 있는 실적값·예측값 취득부 및 실적값·예측값 취득 스텝이, 에너지 용역 실적·예측 데이터베이스(DB1)에 대응하고, 본 발명에 기재되어 있는 단가 정보 취득부 및 단가 정보 취득 스텝이 단가 정보 데이터베이스(DB2)에 대응한다. 또한, 본 발명에 기재되어 있는 가동 정보 취득부 및 가동 정보 취득 스텝이 가동 정보 데이터베이스(DB3)에 대응하고, 본 발명에 기재되어 있는 운용 지침 전달부 및 운용 지침 전달 스텝이, 운용 지침 작성부(5) 및 가이던스부(6)에 대응하고 있다.
다음으로, 제철소의 조업에서 트러블이 발생했을 때의 상황을, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 4는, 제철소의 코크스로에서 트러블이 발생하여, C 가스 발생량을 계획적으로 저하시킨 상황을 나타내고 있고, 30분부터 50분간, C 가스의 발생량이 저하하여 부족량이 증대하고 있다.
도 5는, 코크스로에서 트러블이 발생했을 때의 B 가스, C 가스, 전로 가스 A, 전로 가스 B를 저장하고 있는 가스 홀더의 경시적 레벨 변화를 나타내는 그래프이다. 운용자는, C 가스 발생량의 저하를 예기함으로써, 사전에 C 가스의 가스 홀더의 가스 레벨을 높게 유지함과 함께, 운용 개시 후 30분부터 C 가스의 가스 홀더 내의 C 가스를 서서히 사용하도록 하고 있다.
도 6은, 코크스로에서 트러블이 발생했을 때의 발전 설비의 발전량의 경시적 변화를 나타내고, 도 7은 코크스로에서 트러블이 발생했을 때의 사용 연료인 부생 가스량을 나타내고, 도 8은, 코크스로에서 트러블이 발생했을 때의 외부 구입 연료인 중유량을 나타내고 있다. 이들 도 6 내지 도 8로부터 분명한 바와 같이, C 가스 발생량이 저하해도 발전량의 급격한 변화는 바람직하지 않기 때문에, 서서히 발전량의 출력을 저하시켜, 중유의 구입량을 많게 하고 있다. 여기에서, 도 4에서 나타내는 바와 같이, 운용 개시 후 30분부터 50분간의 C 가스 부족량의 기간 평균은, 약 500[GJ/h]이다.
다음으로, 상기와 같은 상황의 코크스로의 트러블 발생 시에 있어서의 에너지 운용 지원 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.
에너지 운용 지원 장치(1)의 최적화 계산부(4)에서는, A 공장, B 공장, C 공장…의 모든 에너지 용역의 현 시각의 발생량 실적값(SJ) 및 소비량 실적값(DJ)과, 현 시각에서 지정 시각까지의 에너지 용역의 발생량 예측값(SY) 및 소비량 예측값(DY)을 읽어들인다(도 3의 스텝 ST1). 이어서, 전력, 증기, 보일러 공급용의 순수 등의 구입 단가를 읽어들이고(도 3의 스텝 ST2), 에너지 설비(발전 설비, TRT, CDQ, 가스 홀더, 혼합 가스 제조 설비)의 가동 정보를 읽어들인다(도 3의 스텝 ST3). 그리고, 발생 변수(Si)(i＝1, 2, …N)를 설정하고(도 3의 스텝 ST4), 소비 변수(Di)(i＝1, 2, …M)를 설정하고(도 3의 스텝 ST5), 부족량 결정 변수(X)를 사용하여 전술한 (1)식의 제약 조건을 세운다(도 3의 스텝 ST6).
그리고, 목적 함수(총비용(F)＋부족량 결정 변수(X)에 가중치 정수(C)를 곱한 값)를 (1)식의 제약 조건하에서 최소, 혹은 최소의 근방의 값으로 한다. 그리고, 얻어진 에너지 설비(발전 설비, TRT, CDQ, 가스 홀더, 혼합 가스 제조 설비)의 운용 조건을 설정한다(도 3의 스텝 ST9).
또한, 에너지 운용 지원 장치(1)의 운용 지침 작성부(5)는, 최적화 계산부(4)에서 연산한 부족량(X)(500[GJ/h])을, 도 9에 나타내는 복수의 운용 지침 데이터에 대응시키고, 「2」의 도시 가스 구입과 열풍로 사용량 다운의 운용 지침을 선택한다.
그리고, 에너지 운용 지원 장치(1)의 가이던스부(6)는, 「도시 가스 구입과 열풍로 사용량 다운」의 가이던스 화면에 표시한다.
이에 따라, 각 공장의 운용자는, 가이던스 화면에 출력된 「도시 가스 구입과 열풍로 사용량 다운」이라는 운용 지침을 참고로 하여, 에너지 설비의 운용 조건을 신속하게 변경할 수 있다.
또한, 제철소의 조업에 있어서 C 가스가 부족한 상황에 대해서 설명했지만, 다른 부생 가스, 증기, 전력 등의 에너지 용역이 부족한 상황이라도, 마찬가지로, 에너지 운용 지원 장치(1)는 운용 지원을 행한다.
따라서, 본 실시 형태의 에너지 운용 지원 장치(1)는, 발생 변수(Si), 소비 변수(Di), 부족량 결정 변수(X)를 사용한 제약 조건에 기초하여, 최적화 계산으로 부족량을 산출하고, 에너지 설비(발전 설비, TRT, CDQ, 가스 홀더, 혼합 가스 제조 설비)의 운용 조건을 설정하고 있다. 이 때문에, 제철소에 있어서의 에너지 용역(부생 가스, 증기, 전력 중 적어도 하나)이 부족한 국면에 있어서, 각 공장의 운용자에게 에너지 설비의 운전 계획의 필요 최소한의 변경안을 제시할 수 있다.
또한, 제시된 운용 조건의 변경안에 기초하여, 에너지 설비의 운용 조건을 변경하고, 또는, 제철소 내의 제조 설비의 조업 조건을 변경함으로써, 에너지 설비의 최적 운용을 실현하는 제철소의 조업을 할 수 있다.
1 : 에너지 운용 지원 장치
4 : 최적화 계산부
5 : 운용 지침 작성부
6 : 가이던스부
C : 가중치 정수
F : 최적화해야 할 총비용
X : 부족량 결정 변수
DB1 : 에너지 용역 실적·예측 데이터베이스
DB2 : 단가 정보 데이터베이스
DB3 : 가동 정보 데이터베이스
Si(i＝1, 2, …N) : 발생 변수
Di(i＝1, 2, …M) : 소비 변수

Claims (5)

  1. 제철소를 구성하는 공장마다의 현 시각의 에너지 용역(用役)의 발생량 및 소비량의 실적값과, 현 시각에서 지정 시각까지의 에너지 용역의 발생량 및 소비량의 예측값을 취득하는 실적값·예측값 취득부와,
    상기 제철소의 에너지 운용에 드는 총비용의 계산에 필요해지는 단가 정보를 취득하는 단가 정보 취득부와,
    상기 제철소의 에너지 설비의 가동 정보를 취득하는 가동 정보 취득부와,
    상기 실적값·예측값 취득부, 상기 단가 정보 취득부 및 상기 가동 정보 취득부로부터 얻어진 정보에 기초하여, 상기 에너지 설비의 운용 조건을 결정 변수로 하고, 상기 에너지 용역의 수지(收支) 조건을 구성하고, 상기 에너지 용역의 부족량 결정 변수를 상기 수지 조건의 발생 변수측에 부가하여 제약 조건으로 하고, 상기 제철소의 에너지 운용에 따른 총비용과 상기 부족량 결정 변수를 포함하는 목적 함수를 정하고, 상기 제약 조건을 충족하도록 상기 목적 함수가 최적값에 점근(漸近)하도록 결정 변수를 연산하는 최적화 계산부와,
    상기 최적화 계산부에서 연산한 상기 부족량에 기초하여 운용자에게 운용 지침을 전달하는 운용 지침 전달부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 에너지 운용 지원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운용 지침 전달부는, 상기 부족량에 따라서 복수의 운용 지침으로부터 하나의 운용 지침을 선택하여 운용자에게 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지 운용 지원 장치.
  3. 제철소를 구성하는 공장마다의 현 시각의 에너지 용역의 발생량 및 소비량의 실적값과, 현 시각에서 지정 시각까지의 에너지 용역의 발생량 및 소비량의 예측값을 취득하는 실적값·예측값 취득 스텝과,
    상기 제철소의 에너지 운용에 드는 총비용의 계산에 필요해지는 단가 정보를 취득하는 단가 정보 취득 스텝과,
    상기 제철소의 에너지 설비의 가동 정보를 취득하는 가동 정보 취득 스텝과,
    상기 실적값·예측값 취득 스텝, 상기 단가 정보 취득 스텝 및 상기 가동 정보 취득 스텝으로부터 얻어진 정보에 기초하여, 상기 에너지 설비의 운용 조건을 결정 변수로 하고, 상기 에너지 용역의 수지 조건을 구성하고, 상기 에너지 용역의 부족량 결정 변수를 상기 수지 조건의 발생 변수측에 부가하여 제약 조건으로 하고, 상기 제철소의 에너지 운용에 따른 총비용과 상기 부족량 결정 변수를 포함하는 목적 함수를 정하고, 상기 제약 조건을 충족하도록 상기 목적 함수가 최적값에 점근하도록 결정 변수를 연산하는 최적화 계산 스텝과,
    상기 최적화 계산 스텝에서 연산한 상기 부족량에 기초하여 운용자에게 운용 지침을 전달하는 운용 지침 전달 스텝을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 에너지 운용 지원 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 운용 지침 전달 스텝은, 상기 부족량에 따라서 복수의 운용 지침으로부터 하나의 운용 지침을 선택하여 운용자에게 전달하는 것을 특징으로 하는 에너지 운용 지원 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 기재된 에너지 운용 지원 방법에 기초하여 에너지 설비의 운용 조건을 변경하고, 또는, 제철소 내의 제조 설비의 조업 조건을 변경하는 것을 특징으로 하는 제철소의 조업 방법.
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