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技術 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

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 小笠原知義林弘治吉原孝次秋好恭介高島和志
出願日 2015年5月11日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2016-511453
公開日 2017年4月20日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 WO2015-174359
状態 特許登録済
技術分野 特定用途計算機
主要キーワード ガス需要量 数理計画問題 操業実績データ 運用作業 最適化演算 分枝限定法 混合整数計画問題 計算周期
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月20日)のものです。
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図面 (7)

課題・解決手段

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。

概要

背景

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求解する手法が記載されている。

概要

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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

製鉄所内におけるエネルギーユーティリティ需給運用作業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。

請求項2

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。

請求項3

前記運用コスト上昇算出部は、前記予測誤差を変数とする関数を用いて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4

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

技術分野

0001

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需給運用作業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。

背景技術

0002

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。

0003

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。

0004

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求解する手法が記載されている。

0005

特開2010−287031号公報
特開2006−85236号公報

先行技術

0006

ハイブリッドシステム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

発明が解決しようとする課題

0007

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。

0008

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。

0009

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。

課題を解決するための手段

0010

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。

0011

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。

0012

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算出部は、前記予測誤差を変数とする関数を用いて需給運用コストの上昇量を算出することを特徴とする。

0013

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。

発明の効果

0014

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。

図面の簡単な説明

0015

図1は、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を示すブロック図である。
図2は、図1に示すエネルギー需給予測精度データベースに格納されているデータの一例を示す図である。
図3は、ガスの需給運用コストの上昇量とガスの需給予測誤差との関係の一例を示す図である。
図4は、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のトレンドの一例を示す図である。
図5は、図4に示すトレンド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の一例を示す図である。
図6は、エネルギーユーティリティの需給予測誤差の経時変化の一例を示す図である。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

エネルギー需給予測精度DB2は、不揮発性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。

0020

予測誤差推定部3は、ガイダンス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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

実施例

0031

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。

0032

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。

0033

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

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