実運用

に,

運用計画値

妥当性

検証

するため,

複数

運用

ケースで

運用計画

計算

し,

画面上

表示

する。

 

   

また,

  最適運用計画機能構築  

フレームワーク

  

には

まれ ないが,

運用計画

立案

する

重要

となる

機能

として,

  電力需要予測

太陽光発電

発電量予測

などを

予測機 能群

  

  最適運用計画  立案機能  

予測機能

関連

する

各種   Web  画面

がある。

 

    

   .  統一エネルギーネットワークモデル

   消費電力

むエネルギーコストまたは

CO  2  排出量

最小化

する

  運用計画  

は,

  最適化

アルゴリズムを

いて

立案

する

  

  

その

  

ためには,

計画立案対象

のエネルギーの

伝達関 係

数式

記述

する

必要

がある。

従来

は,

最適化

  熟知

し た

  

エンジニアが

  

  

アルゴリズムに

したモデル

表現方式

  選

んで

  

直接数式

記述

することでモデリングを

ってき た。このよう

  

  方式  

では,

  

プラント

設備

増減

  

  経 年劣化

などによる

特性変化

  

ると,その

  都度  

数式

モ デル

  

修正

しなければならなかった。

 

     

この

問題

解決

するため,

  一般

  

ユーザがシンプルな

作 業

によりプラントを

定義  

  

,プラントの

  

モデル

  

自動

生 成  

する

  統一  

エネルギーネットワークモデル

    

開発

した。

 

   統一

エネルギーネットワークモデルでは,

  

グラフ

  

により プラントのエネルギーフローを

す。ここで

木構造

接点

(ノード)

     

設備

し,

  設備間

接続関係

す。

 

   

に,

統一

エネルギーネットワークモデルの

定義画面

す。ユーザは,ノードを

画面右端

のシンボルリス トから

選択

して,

画面中央

のモデル

定義

ウィンドウに

配置

し,プロパティ

入力

ウィンドウを

いて,

変換効率

係数

上下限特性

などの

入力

する。

機器

接続関係

は,

配 置

されたノードの

入出力

信号線

ぶことで

定義

する。

このようにして

定義

されたモデルは

XML

データとして

され,

  

モデル

解析部  

により

最適化計算部

要求

するファ イル

形式

変換

される。

 

  

   .  最適化計算部

   最適化計算部

は,

計画立案

アルゴリズムの

となる

機能

である。

統一

エネルギーネットワークモデルに

記載

された プラントの

情報

と,

実績

データおよび

予測

データに

づい

  

て,エネルギーコスト

  

あるいは

CO  2  排出量

最小化

する プラント

各種

ユーティリティの

運用計画

出力

する。

 

   

ユーティリティ

設備

運用計画

最適化

は,

  各

エネル ギーの

需給

バランス,

機器

機械的制約

および

運用制約

考慮

した

で,

  運用

コスト

  

あるいは

CO  2  排出量

最小化

達成

する

  機器

起動

停止

離散量

)と

  機器

出力

連 続量

)を

同時

決定

する

最適化問題

となる。

従来

,このよ うな

運用計画

最適化問題

では

  

機器

特性  

制約

などを

線形近似

した

で,

混合整数計画問題

として

定式化

して

いていた

  

  

しかし,より

エネ

く,

実運用

える だけの

運用解

るためには,

厳密

機器

特性

現場

運用

ルールなどの

制約条件

考慮

する

必要

がある。

  

これら を

考慮

しない

場合

,エネルギー

消費量

計算値

実際

なった

となること,ならびに

運用

ルールを

らない

運用計画値

出力

し,

ずしも

った

りの

エネにつな がらない

  

こと

  

などの

問題

発生

する。

  

したがって,

  機器

お よび

運用

ルールの

  非線形特性

考慮

した

  

  混合整数非線形 計画問題

として

定式化

して

必要

がある。

  一般的

に,こ のような

問題

効率的

最適解

めることが

しいとさ れている。

 

   富 士 電 機

で は,

  

こ の

問 題

解 決

す る た め に

  独 自

の ア ルゴリズムを

開発

した。

最適解

探索方法

として,

 PSO 

  

Particle  Swarm  Optimization  

手法  

D

⑼ ,

E

Deff erential  Evolution

  

)などの

最新

のメタヒューリスティクス

最適化 技術

    

とし,ユーティリティ

設備  

運用計画

立案

するさまざまなノウハウを

  加

えたものである

  

。これにより,

従来

実用的

計算時間

くことが

困難

であった

混合整 数非線形計画問題  

  高精度

  解

  

30 分以内

30 分同時 同量

想定

  

める

  

ことを

可能

とした。

 

   

また,

上述

のアルゴリズム

以外

にも,ユーティリティ

設 備

入出力特性

制約

などが

1 次

もしくは

2 次関数

でモデ ル

できる

場合

には

  

  

より

短時間

問題

くことができ る

数理計画

アルゴリズム

  

用意

している。

 

   

なお,

計算機

搭載

される

CPU

は,クロック

処理 性能

げる

方針

から,コアを

複数

にすることで

計算性能

げるように

設計方針

変化

してきており,マルチコア

CPU

一般的

なものになってきている。このため,

大規 模

問題

しても,

所望

時間内

高品質

られ るように,

最適化

アルゴリズムの

並列化

研究開発

め,

マルチコア

CPU

での

高速演算

可能

としている。

 

  

   .  起動管理機能

     最適運用計画立案機能  

  

  30 分  

または

  1 時間

ごとに

定 周期

起動要求

がかかり

  

  予測機能

てた

需要予測  値  

図  統一エネルギーネットワークモデルの定義画面の例

統合 EMS プラットフォームによる最適運用計画機能構築フレームワーク

特集  エネルギーマネジメントシステム︵EMS︶

るいは

運用計画

プログラムが

立案

した

運用計画値

づいて

  

  

ユーティリティ

設備

  運用計画

立案

する。

 

   起動管理機能

  

,あらかじ

  

定義

された

起動周期

30 分

1 時間

など)と

起動順序

発電予測

需要予測

運用 計画機能  

など

  

)に

って

  

  予測機能

ならびに

  上述

  最適運 用計画立案機能

起動要求

をかける

機能

である。

本機能

に より

  

  予測演算

から

最適運用  計画

立案  

までの

一連

のタス クが

定周期

管理

実行

され

  

る。

 

  

   .  シミュレーション機能

     運用計画

システムの

導入

  導入後

  設備  

  変更

が あった

場合  

,さまざまな

  運用状況

想定

したデータを

い て

  

立案

した

  運用計画

エネ

性能  

  運用可能性

検  証

必要

となる

  

  

この

検証

には,

運用計画機能

をバッチ

処理

実行

し,

  立案

した

  結果

  

シミュレーション

機能  

  確認

する。

 

     

シミュレーション

機能

  

  最適運用計画  立案  機能

入力

データを

所望

のデータにした

  上

  

これをバッチ

機能

と,その

結果

  画面

  確認

する

機能  

からなる

  

 

   

シミュレー

  

ション

機能

では,さまざまなパターンのデー タを

入力

する

手段

として,

  

  

データ

入力  画面

いる。

任意

時刻

指定

して

  

,あらかじめ

立案

した

  予測

データ

  群

から

  入力

データを

取得

する。

  

この

  

データが

検証内 容

不適切

  場合

  

  

データ

入力

フィールドに

展開

された

値  

をユーザが

任意

変更

することで

調整

できる。

 

   運用計画結果

確認

する

手段

2 種類

  

る。

  一

つはデー タ

画面  

  確認

する

方法  

  

もう

つはグラフ

  

  確認

  

方法

である。データ

確認

は,データ

入力画面

  一 方  

  

グラフによって

結果

確認

する

場合  

  

プラント

  種別  

  評価

検討  

  事象  

によってグラフ

するデータや

  

  用

いるグラフの

種類  

なる

  

  

そこで,

  

シミュレーション

機 能

では

  

  

グラフ

定義  

という

操作  

  

あらかじめ

  

データやグラ フの

種類

  定義

して

  評  価

検討  

  運用計画

データを

  

ひ も

ける

  

ことに

  

より,さまざまな

  

グラフを

出力  

できるよう に

  

している。グラフ

定義

  

グラフ

定義画面  

う。

  

グラフ

作成

する

一般的

設定項目

選択

すること

  

ができる

  

 

  

     製鉄所向け EMS への適用

  

     最適運用計画機能構築

フレームワークを

  

開発

  

製鉄所向

EMS

パッケージ「

鉄鋼 EMS

パッケージ」

  

  適用事例  

として

説明

  

  

177

ページ“

製鉄所

のエネル ギー

管理

最適化

する「

鉄鋼 EMS

パッケージ」 ”

参照

  

   

  鉄鋼 EMS

パッケージ」は,そのシステム

構成

すよう

  

  

最適運用計画 立案 機能群

起動管理機能

, シミュレーション

機能

予測機能

から

構成

される。

最適運 用計画 立案 機能  群

は,ホルダ

設備最適運用

 酸素設備最適 運用

 

  発電設備最適運用

全体最適運用   

 

からなる。

予測機 能

は,

製鉄所内

のガス

需要量

ならびに

電力使用量

予測

す る

需要予測

からなる。

  最適運用計画 立案 機能  群  

におけるそ れぞれ

    

最適化

では,

関  連

する

予測機能

立案

するエネル ギーの

発生

使用量

予測

づいて

運用計画

立案

する ため,

需要予測

連携

する。

 

   

ホルダ

設備最適運用

酸素設備最適運用

および

発電設備 最適運用

には,

5 分

1 回

という

高速

計算

要求

される。

このため,

酸素設備最適運用

発電設備最適運用

は,

  高速   演算

可能

  

アルゴリズム

  

適用

して

実現

している。

  

ホル ダ

設備最適運用

  

,アルゴリズムに

  並列化

メタヒューリス ティ

  

クス

  

いることで

高速化

実現

している。

全体最適 運用

は,

1 日

1 回定周期

起動

されるが,

運用計画

立 案

する

規模

きくなるため,この

機能

についてもマルチ

図  シミュレーション機能のデータ入力画面

図  シミュレーション機能のグラフ定義画面

最適運用計画機能フレームワークの範囲 予測

最適運用計画立案機能群 機能

起動管理 機能 全体 最適運用 発電設備 最適運用 酸素設備 最適運用 ホルダ

設備 最適運用

シミュ レーショ

ン機能 需要 予測

各種 Web  画面

統合 EMS プラットフォーム

図  「鉄鋼 EMS パッケージ」のシステム構成

ドキュメント内 Vol.86 No. 特集 エネルギーマネジメントシステム (EMS) のやの( ひっぱく ), エネルギー の などへのとして, エネルギーのながますますになっています,,などのさまざまな において, エネルギーのな,にエネルギーをするエネルギーマネジメントシステム () のがめられ (Page 45-57)

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