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JP7840897B2 - Fuel material supply planning device, fuel material supply planning system, and fuel material supply planning method - Google Patents
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JP7840897B2 - Fuel material supply planning device, fuel material supply planning system, and fuel material supply planning method - Google Patents

Fuel material supply planning device, fuel material supply planning system, and fuel material supply planning method

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JP7840897B2 JP2023041870A JP2023041870A JP7840897B2 JP 7840897 B2 JP7840897 B2 JP 7840897B2 JP 2023041870 A JP2023041870 A JP 2023041870A JP 2023041870 A JP2023041870 A JP 2023041870A JP 7840897 B2 JP7840897 B2 JP 7840897B2
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Description

本発明の実施形態は、燃料物質供給計画装置、燃料物質供給計画システムおよび燃料物質供給計画方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a fuel material supply planning device, a fuel material supply planning system, and a fuel material supply planning method.

気候変動対策の一環で、脱炭素に向けた新たなクリーンエネルギーとして、水素エネルギーが注目されている。国内では、2030年に水素の導入量300万トンを目指しており、今後水素などの燃料物質の需要が急速に増加することが考えられる。 As part of climate change countermeasures, hydrogen energy is attracting attention as a new clean energy source for decarbonization. In Japan, the goal is to introduce 3 million tons of hydrogen by 2030, and it is expected that the demand for hydrogen and other fuel materials will increase rapidly in the future.

水素製造プラントとして、再生可能エネルギー(再エネ)の導入拡大に伴う電力系統の調整力不足に対して、Power to Gas(P2G)を用いた水素などの燃料物質の製造が期待されている。国内においても、燃料物質製造供給プラント、いわゆる、P2Gプラントは、大規模化が進む傾向にある。このため、1か所の燃料物質製造供給プラントから様々な燃料物質需要家へ燃料物質が配送されることが想定される。このとき、国内ではパイプラインのインフラ設備が整っていないため、トレーラーやカードルに燃料物質を充填し、車両で輸送することが考えられる。 As a hydrogen production plant, the production of hydrogen and other fuel materials using Power to Gas (P2G) is expected to address the shortage of adjustment capacity in the power grid resulting from the expansion of renewable energy introduction. In Japan, fuel material production and supply plants, so-called P2G plants, are trending toward larger scales. Therefore, it is anticipated that fuel materials will be delivered from a single fuel material production and supply plant to various fuel material consumers. In this case, since pipeline infrastructure is not yet fully developed in Japan, it is conceivable that fuel materials will be filled into trailers or cradles and transported by vehicle.

国際公開第2021/172224号International Publication No. 2021/172224 特許第6480276号公報Patent No. 6480276

国内では車両で燃料物質を配送することが主な輸送手段となる。このとき、燃料物質の配送可能な地域において、必ずしも燃料物質の需要と供給のバランスが一致するとは限らない。例えば、燃料物質製造供給プラントの燃料物質供給能力よりも燃料物質需要量が上回る場合が生ずる可能性がある。このような状況において、複数の燃料物質需要家への燃料物質量を製造・供給するとき、燃料物質製造供給プラントとして各燃料物質需要家へ供給する量、その時の燃料物質価格等を決定することが望まれるが、従来、それには、多くの調整を必要とし、実現は容易ではなかった。 In Japan, the primary means of transporting fuel materials is by vehicle. However, the balance between supply and demand for fuel materials is not always equal within the areas where delivery is possible. For example, there may be cases where the demand for fuel materials exceeds the supply capacity of a fuel material manufacturing and supply plant. In such situations, when manufacturing and supplying fuel materials to multiple customers, it is desirable for the fuel material manufacturing and supply plant to determine the amount to supply to each customer, as well as the fuel material price at that time. However, traditionally, this has required numerous adjustments and has not been easily achieved.

本発明が解決しようとする課題は、燃料物質の複数の燃料物質需要家に対して、それぞれの優先度を考慮した燃料物質供給を可能とする燃料物質供給計画装置、燃料物質供給計画システムおよび燃料物質供給計画方法を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a fuel material supply planning device, a fuel material supply planning system, and a fuel material supply planning method that enable the supply of fuel materials to multiple fuel material consumers while considering their respective priorities.

上述の目的を達成するため、本実施形態に係る燃料物質供給計画装置は、燃料物質製造供給プラントによる複数の燃料物質需要家への燃料物質の供給を計画する燃料物質供給計画装置であって、複数の前記燃料物質需要家に関する情報である需要家情報を取得する需要家情報取得部と、前記燃料物質製造供給プラントに関する情報である運用情報を取得する運用情報取得部と、前記需要家情報に基づいて、複数の前記燃料物質需要家についての優先度を導出する優先度導出部と、前記需要家情報および前記運用情報に基づいて、前記燃料物質製造供給プラントの製造量を算出する計画演算部と、前記製造量、前記需要家情報に基づいて複数の前記燃料物質需要家への供給計画を作成する燃料物質供給計画部と、を備え、前記需要家情報は、燃料物質需要量に加えて、付加情報として、燃料物質需要の遅延許容量、燃料物質需要の遅延許容日数、前記燃料物質需要家の貯蔵タンクの残量のいずれか1つを含み、前記燃料物質供給計画部は、前記燃料物質需要量および前記付加情報に基づいて、複数の前記燃料物質需要家ごとの価格の計画を含む供給計画を作成すること、を特徴とする。 To achieve the above objectives, the fuel material supply planning device according to this embodiment is a fuel material supply planning device that plans the supply of fuel materials to a plurality of fuel material consumers by a fuel material manufacturing and supply plant, and comprises: a consumer information acquisition unit that acquires consumer information which is information relating to a plurality of fuel material consumers; an operation information acquisition unit that acquires operation information which is information relating to the fuel material manufacturing and supply plant; a priority derivation unit that derives priorities for a plurality of fuel material consumers based on the consumer information; a planning calculation unit that calculates the production volume of the fuel material manufacturing and supply plant based on the consumer information and the operation information; and a fuel material supply planning unit that creates a supply plan to a plurality of fuel material consumers based on the production volume and the consumer information, wherein the consumer information includes, in addition to the fuel material demand, one of the following as additional information: the allowable delay amount for fuel material demand, the allowable number of days for fuel material demand, and the remaining amount in the fuel material consumer's storage tank, and the fuel material supply planning unit creates a supply plan which includes a price plan for each of the plurality of fuel material consumers based on the fuel material demand amount and the additional information .

第1の実施形態に係る水素供給計画システムと水素製造供給プラントおよび水素需要家との関係を示すブロック図である。This block diagram shows the relationship between the hydrogen supply planning system, the hydrogen production and supply plant, and the hydrogen consumer according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画システムの構成を示すブロック図である。This is a block diagram showing the configuration of a hydrogen supply planning system according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画方法の手順を示すフロー図である。This is a flowchart showing the procedure of the hydrogen supply planning method according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置が取得した水素需要家情報の第1の例を示す第1の水素需要家情報表である。This is a first hydrogen consumer information table showing a first example of hydrogen consumer information acquired by a hydrogen supply planning device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置が取得した水素需要家情報の第2の例を示す第2の水素需要家情報である。This is a second example of hydrogen consumer information acquired by the hydrogen supply planning device according to the first embodiment, and shows a second hydrogen consumer information. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置におけるモデルの状態変数を示すブロック図である。This is a block diagram showing the state variables of a model in a hydrogen supply planning device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置による水素供給計画の第1の例を示す第1の水素供給計画表である。This is a first hydrogen supply plan table showing a first example of a hydrogen supply plan using a hydrogen supply planning device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置による水素供給計画の第2の例を示す第2の水素供給計画表である。This is a second hydrogen supply plan table showing a second example of a hydrogen supply plan using a hydrogen supply planning device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置による水素供給計画の第3の例を示す第3の水素供給計画表である。This is a third hydrogen supply plan table showing a third example of a hydrogen supply plan using a hydrogen supply planning device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置における計画演算部の変形例を示すブロック図である。This is a block diagram showing a modified example of the planning calculation unit in a hydrogen supply planning device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置における収支の水素製造量への依存性を示すグラフである。This graph shows the dependence of the balance of the hydrogen supply planning system according to the first embodiment on the amount of hydrogen produced. 第1の実施形態に係る水素供給計画装置のユーザインターフェースによる表示画像を示す画面図である。This is a screen diagram showing a display image from the user interface of the hydrogen supply planning device according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る水素供給計画装置に用いる水素価格と許容度との関係の一例を示すグラフである。This graph shows an example of the relationship between hydrogen price and tolerance used in a hydrogen supply planning device according to the second embodiment. 第3の実施形態に係る水素供給計画装置に用いる水素需要量と水素価格との関係の一例を示すグラフである。This graph shows an example of the relationship between hydrogen demand and hydrogen price used in a hydrogen supply planning device according to the third embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料物質供給計画装置、燃料物質供給計画システムおよび燃料物質供給計画方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。なお、「燃料物質供給」とは、燃料物質たとえば水素ガスあるいは水素含有ガスの供給を言うものとする。 The fuel material supply planning apparatus, fuel material supply planning system, and fuel material supply planning method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, parts that are identical or similar to each other are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. "Fuel material supply" refers to the supply of fuel materials, such as hydrogen gas or hydrogen-containing gas.

なお、以下では、燃料物質として水素の場合を例にとって示している。燃料物質供給計画装置、燃料物質供給計画システムおよび燃料物質供給計画方法については、以下の「水素」の部分を「燃料物質」と読み替えるものとする。ここで、燃料物質としては、水素の他に、例えば、アンモニア、メタン、メタノール、ナフサ、ガソリン、灯油、ジェット燃料(SAF)、軽油、重油、エタノール、エチレン、LPG、一酸化炭素などでもよい。アンモニアは、水素製造後や水素貯蔵後や水素輸送後に水素をアンモニアに変換したものでも良いし、水素製造装置の代わりに電力から直接アンモニアを製造する装置を用いて製造したアンモニアでもよい。 In the following, hydrogen is used as the fuel substance in the example. In the fuel substance supply planning apparatus, fuel substance supply planning system, and fuel substance supply planning method, the term "hydrogen" should be replaced with "fuel substance" below. Here, the fuel substance may be other than hydrogen, such as ammonia, methane, methanol, naphtha, gasoline, kerosene, jet fuel (SAF), diesel fuel, heavy oil, ethanol, ethylene, LPG, or carbon monoxide. The ammonia may be obtained by converting hydrogen after hydrogen production, hydrogen storage, or hydrogen transport, or it may be ammonia produced using a device that directly produces ammonia from electricity instead of a hydrogen production device.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る水素供給計画システム200と水素製造供給プラント10、水素輸送装置16および水素需要家2との関係を示すブロック図である。
[First Embodiment]
Figure 1 is a block diagram showing the relationship between the hydrogen supply planning system 200, the hydrogen production and supply plant 10, the hydrogen transport equipment 16, and the hydrogen consumer 2 according to the first embodiment.

まず、水素供給計画システム200が対象とする水素製造供給プラント10について説明する。 First, we will explain the hydrogen production and supply plant 10 that the hydrogen supply planning system 200 targets.

水素製造供給プラント10は、再生可能エネルギー発電装置11、所内母線12、水素製造装置13、水素貯蔵装置14、水素供給装置15を有する。 The hydrogen production and supply plant 10 includes a renewable energy power generation device 11, an internal busbar 12, a hydrogen production device 13, a hydrogen storage device 14, and a hydrogen supply device 15.

再生可能エネルギー発電装置11は、たとえば、太陽光発電や風力発電などの装置であり、所内母線12に給電する。再生可能エネルギー発電装置11は、図示しないパワーコンディショナー(「PCS」)を有してもよい。ここで、PCSは、再生可能エネルギー発電装置11により発生した直流電力を入力として交流電力を出力するとともに、出力する交流電力のレベルを入力電力レベル以下の所定の値に調整するものである。また、再生可能エネルギー発電装置11は、別に、調整力としての対応を行うものであってもよい。 The renewable energy power generation device 11 is, for example, a solar power generation device or a wind power generation device, and supplies power to the internal busbar 12. The renewable energy power generation device 11 may also have a power conditioner ("PCS"), which is not shown. Here, the PCS takes the DC power generated by the renewable energy power generation device 11 as input and outputs AC power, and adjusts the level of the output AC power to a predetermined value below the input power level. Furthermore, the renewable energy power generation device 11 may also provide a separate adjustment function.

所内母線12は、実線で示すように、再生可能エネルギー発電装置11から受電するほか、電力系統1との間で電力の授受を行う。また、所内母線12は、水素製造装置13、水素貯蔵装置14、および水素供給装置15に電力を供給する。 As shown by the solid line, the internal busbar 12 receives power from the renewable energy power generation device 11 and also exchanges power with the power grid 1. Furthermore, the internal busbar 12 supplies power to the hydrogen production device 13, the hydrogen storage device 14, and the hydrogen supply device 15.

水素製造装置13は、破線で示すように水の供給と、所内母線12からの電力の供給を受けて、水の電気分解により水素を生成する。 The hydrogen production apparatus 13, as shown by the dashed line, receives water and electricity from the internal busbar 12 to generate hydrogen through the electrolysis of water.

水素貯蔵装置14は、たとえば貯蔵タンクであり、水素製造装置13から受け入れた水素を一時貯留する。 The hydrogen storage device 14 is, for example, a storage tank that temporarily stores the hydrogen received from the hydrogen production device 13.

水素供給装置15は、水素需要家2のもとに水素を供給するにあたり、水素輸送装置16に、水素を充填する。水素供給装置15は、たとえば圧縮機などを含む。 The hydrogen supply device 15 fills the hydrogen transport device 16 with hydrogen in order to supply hydrogen to the hydrogen consumer 2. The hydrogen supply device 15 includes, for example, a compressor.

水素需要家2は、図1に示す第1の水素需要家2aないし第nの水素需要家2nなど複数の水素需要家を含むこれらの総称である。 Hydrogen consumer 2 is a general term encompassing multiple hydrogen consumers, including the first hydrogen consumer 2a to the nth hydrogen consumer 2n shown in Figure 1.

水素輸送装置16は、たとえば、列車に積載する水素ボンベや水素輸送車などである。水素輸送装置16は、これらの複数の水素需要家2のそれぞれのもとに水素を輸送する。 The hydrogen transport device 16 is, for example, a hydrogen cylinder loaded onto a train or a hydrogen transport vehicle. The hydrogen transport device 16 transports hydrogen to each of these multiple hydrogen consumers 2.

水素供給計画システム200は、水素供給計画装置100および水素供給管理装置210を有する。水素供給計画装置100は、水素製造供給プラント10による複数の水素需要家2への水素の供給に関して、各水素需要家2に関する情報(需要家情報)と、水素製造供給プラント10の運用に関する情報(運用情報)にもとづいて、水素供給の計画を作成する。また、水素供給管理装置210は、水素供給計画装置100による計画と、複数の需要家2の要求との調整を行う。なお、以下では、水素供給管理装置210が独立して設けられている場合を例にとって示しているが、水素供給計画装置100が、水素供給管理装置210の機能を含めて有していてもよい。 The hydrogen supply planning system 200 comprises a hydrogen supply planning device 100 and a hydrogen supply management device 210. The hydrogen supply planning device 100 creates a hydrogen supply plan for the supply of hydrogen to multiple hydrogen consumers 2 by the hydrogen production and supply plant 10, based on information about each hydrogen consumer 2 (consumer information) and information about the operation of the hydrogen production and supply plant 10 (operational information). The hydrogen supply management device 210 coordinates the plan created by the hydrogen supply planning device 100 with the requests of the multiple consumers 2. Note that, in the following example, the hydrogen supply management device 210 is shown as being independently installed; however, the hydrogen supply planning device 100 may also include the functions of the hydrogen supply management device 210.

水素供給計画装置100と水素供給管理装置210との間では、情報の授受が行われる。また、水素供給計画装置100と水素製造供給プラント10との間で、情報の授受が行われる。さらに、水素供給管理装置210とそれぞれの水素需要家2(第1の水素需要家2aないし第nの水素需要家2n)との間で、情報の授受が行われる。これらの情報の授受については、後に、図3を引用しながらその詳細を説明する。 Information is exchanged between the hydrogen supply planning device 100 and the hydrogen supply management device 210. Information is also exchanged between the hydrogen supply planning device 100 and the hydrogen production and supply plant 10. Furthermore, information is exchanged between the hydrogen supply management device 210 and each hydrogen consumer 2 (from the first hydrogen consumer 2a to the nth hydrogen consumer 2n). The details of this information exchange will be explained later with reference to Figure 3.

図2は、第1の実施形態に係る水素供給計画システム200の構成を示すブロック図である。前述のように、水素供給計画システム200は、水素供給計画装置100および水素供給管理装置210を備える。 Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen supply planning system 200 according to the first embodiment. As described above, the hydrogen supply planning system 200 includes a hydrogen supply planning device 100 and a hydrogen supply management device 210.

水素供給計画装置100は、取得した需要家2に関する情報(以下、「需要家情報」)と、水素製造供給プラント10との情報の授受に基づいて、水素製造供給プラント10と水素輸送装置16による需要家2への水素の供給に関する計画(水素供給計画)を行う。 The hydrogen supply planning device 100, based on the acquired information regarding customer 2 (hereinafter referred to as "customer information") and the exchange of information with the hydrogen production and supply plant 10, creates a plan (hydrogen supply plan) for the supply of hydrogen to customer 2 by the hydrogen production and supply plant 10 and the hydrogen transport device 16.

水素供給管理装置210は、需要家2との情報の授受を行い、水素供給計画装置100による需要家2への水素供給計画に基づく需要家2との調整、および需要家2との調整結果に基づく水素供給計画装置100への水素供給計画の条件の変更の指示等を行う。 The hydrogen supply management device 210 exchanges information with the customer 2, coordinates with the customer 2 based on the hydrogen supply plan set by the hydrogen supply planning device 100, and issues instructions to the hydrogen supply planning device 100 to change the conditions of the hydrogen supply plan based on the results of the coordination with the customer 2.

ここで、水素供給計画装置100の構成を説明する。水素供給計画装置100は、入力部111、需要家情報取得部112、運用情報取得部113、演算部120、記憶部130、およびユーザインターフェース140を有する。 Here, the configuration of the hydrogen supply planning device 100 will be described. The hydrogen supply planning device 100 includes an input unit 111, a customer information acquisition unit 112, an operation information acquisition unit 113, a calculation unit 120, a storage unit 130, and a user interface 140.

入力部111は、演算部120が行う演算に用いる条件値、定数等の外部情報(以下、「条件情報」)を入力として受け入れる。 The input unit 111 accepts external information such as condition values and constants (hereinafter referred to as "condition information") used in calculations performed by the calculation unit 120 as input.

需要家情報取得部112は、水素供給管理装置210が取得した水素需要家情報を水素供給管理装置210から受け入れる。また、図1では表示していないが、需要家情報取得部112が、直接に水素需要家2から水素需要家情報を取得することがあってもよい。 The customer information acquisition unit 112 receives hydrogen customer information acquired by the hydrogen supply management device 210 from the hydrogen supply management device 210. Although not shown in Figure 1, the customer information acquisition unit 112 may also directly acquire hydrogen customer information from the hydrogen customer 2.

運用情報取得部113は、水素製造供給プラント10の各部の状況あるいは電力系統1との電力の授受などに関する過去の実績、現在の状況、および将来の計画に関する情報(以下、「運用情報」)を取得する。 The operational information acquisition unit 113 acquires information (hereinafter referred to as "operational information") regarding the status of each part of the hydrogen production and supply plant 10, as well as past performance, current status, and future plans related to the exchange of power with the power system 1.

演算部120は、優先度導出部121、計画演算部122、コスト演算部123、水素供給計画部124、水素供給計画決定部125、画像データ生成部126を有する。 The calculation unit 120 includes a priority derivation unit 121, a planning calculation unit 122, a cost calculation unit 123, a hydrogen supply planning unit 124, a hydrogen supply planning determination unit 125, and an image data generation unit 126.

優先度導出部121は、水素需要家情報に基づいて、水素需要家2のそれぞれすなわち、第1の水素需要家2aないし第nの水素需要家2nの優先度を導き出し、決める。 The priority derivation unit 121 derives and determines the priority of each hydrogen consumer 2, i.e., the first hydrogen consumer 2a through the nth hydrogen consumer 2n, based on the hydrogen consumer information.

計画演算部122は、水素需要家情報および運用情報に基づいて、最適な製造量を含む運用計画を算出する。ここで、最適化は、たとえば、製造コスト最小化を行うものでよい。 The planning calculation unit 122 calculates an operational plan, including the optimal production volume, based on hydrogen consumer information and operational information. Here, optimization may, for example, involve minimizing production costs.

コスト演算部123は、計画演算部122で行った最適化の結果得られた運用計画に基づいて、その他のコスト要因を考慮したコストを算出する。なお、コスト演算部123を設ける代わりに、計画演算部122における演算において、その他のコスト要因を考慮したコストを用いてもよい。 The cost calculation unit 123 calculates the cost, taking into account other cost factors, based on the operational plan obtained as a result of the optimization performed by the planning calculation unit 122. Alternatively, instead of providing a cost calculation unit 123, the planning calculation unit 122 may use the cost that takes other cost factors into account during its calculations.

水素供給計画部124は、計画演算部122で行った最適化の結果得られた運用計画、コスト演算部123により得られたコスト、および優先度導出部121が導出した水素需要家2内の優先度に基づいて、各水素需要家2への供給計画を作成する。 The hydrogen supply planning unit 124 creates a supply plan for each hydrogen consumer 2 based on the operational plan obtained as a result of optimization performed by the planning calculation unit 122, the costs obtained by the cost calculation unit 123, and the priorities within the hydrogen consumer 2 derived by the priority derivation unit 121.

水素供給計画決定部125は、水素供給計画部124により得られた複数の供給計画の候補のうちから、実施すべき供給計画を決定する。 The hydrogen supply plan determination unit 125 determines the supply plan to be implemented from among the multiple supply plan candidates obtained by the hydrogen supply plan unit 124.

画像データ生成部126は、ユーザインターフェース140に表示させるべき供給計画の画面データを作成する。 The image data generation unit 126 creates screen data for the supply plan to be displayed on the user interface 140.

記憶部130は、入力情報記憶部131、水素需要家情報記憶部132、および運用情報記憶部133を有する。入力情報記憶部131は入力部111が取得した条件情報を、水素需要家情報記憶部132は需要家情報取得部112が取得した水素需要家情報を、また、運用情報記憶部133は運用情報取得部113が取得した運用情報を、それぞれ収納、記憶する。 The memory unit 130 includes an input information memory unit 131, a hydrogen consumer information memory unit 132, and an operation information memory unit 133. The input information memory unit 131 stores conditional information acquired by the input unit 111, the hydrogen consumer information memory unit 132 stores hydrogen consumer information acquired by the consumer information acquisition unit 112, and the operation information memory unit 133 stores operation information acquired by the operation information acquisition unit 113.

ユーザインターフェース140は、画像データ生成部126が作成した画面データに基づいて、供給計画の画像を表示する。ユーザインターフェース140は、各種情報をユーザ(管理者)に対して表示する表示部と、ユーザが各種情報を入力する入力装置とを備える。表示部は、例えば、ディスプレイなどで構成される。また、表示部は、表示用の画面の機能を備えるとともに、画面に直接入力可能な入力装置としての機能を備えるタッチパネルで構成されてもよい。入力装置は、例えば、キーボードやマウスなどで構成されてもよい。入力装置は、各演算条件などの入力を、所定のフォーマットで入力可能とする入力画面、あるいは、USBポートなどとの情報授受端末を有する。なお、前述のように、表示部の入力機能を用いる場合があってもよい。 The user interface 140 displays an image of the supply plan based on screen data created by the image data generation unit 126. The user interface 140 includes a display unit for displaying various information to the user (administrator) and an input device for the user to input various information. The display unit is composed of, for example, a display. Alternatively, the display unit may be a touch panel that has both the function of a display screen and the function of an input device that allows direct input to the screen. The input device may be composed of, for example, a keyboard or mouse. The input device has an input screen that allows input of calculation conditions, etc., in a predetermined format, or an information exchange terminal such as a USB port. As mentioned above, the input function of the display unit may also be used.

水素供給計画装置100は、たとえば、計算機システムであるが、個別の装置の集合であってもよい。 The hydrogen supply planning system 100 may be, for example, a computer system, but it may also be a collection of individual devices.

図3は、第1の実施形態に係る水素供給計画方法の手順を示すフロー図である。 Figure 3 is a flowchart showing the procedure of the hydrogen supply planning method according to the first embodiment.

前述のように、水素供給計画方法の手順は、水素供給計画システム200内の水素供給計画装置100と水素供給管理装置210との間での情報授受や、水素製造供給プラント10、需要家2との情報の授受を含めたフローとなる。 As described above, the procedure for the hydrogen supply planning method is a flow that includes the exchange of information between the hydrogen supply planning device 100 and the hydrogen supply management device 210 within the hydrogen supply planning system 200, as well as the exchange of information with the hydrogen production and supply plant 10 and the consumer 2.

まず、水素供給管理装置210は、水素需要家2の情報、すなわち水素需要家情報を取得する(ステップS11)。これにより、各水素需要家2の水素需要の規模、過去の購入実績、将来の需要計画、所有する水素貯蔵装置の容量、水素購入の際の条件、転売先に緊急性のある顧客があるか等の転売先の内容、水素需要家2自体が水素を原料として生産する場合の内容、さらには可能であれば、業界での信用度などを含めた水素需要家情報を取得する。水素需要家情報は、水素需要家情報記憶部132に収納、記憶される。 First, the hydrogen supply management device 210 acquires information on hydrogen consumers 2, i.e., hydrogen consumer information (step S11). This acquires hydrogen consumer information including the scale of each hydrogen consumer 2's hydrogen demand, past purchase history, future demand plans, the capacity of their hydrogen storage equipment, conditions for hydrogen purchase, details of resale destinations (such as whether there are customers with urgent needs), details of hydrogen consumer 2's own production using hydrogen as a raw material, and, if possible, their credibility in the industry. The hydrogen consumer information is stored in the hydrogen consumer information storage unit 132.

水素供給管理装置210は、水素需要家情報を水素供給計画装置100に出力し(ステップS12)、水素供給計画装置100はこの水素需要家情報を取得する(ステップS21)。 The hydrogen supply management device 210 outputs hydrogen consumer information to the hydrogen supply planning device 100 (step S12), and the hydrogen supply planning device 100 acquires this hydrogen consumer information (step S21).

一方、水素供給計画装置100は、水素製造供給プラント10の運用計画に関する情報、すなわち運用情報を取得する(ステップS22)。運用情報は、運用情報記憶部133に収納、記憶される。 Meanwhile, the hydrogen supply planning device 100 acquires information regarding the operation plan of the hydrogen production and supply plant 10, i.e., operational information (step S22). The operational information is stored in the operational information storage unit 133.

優先度導出部121は、ステップS21で取得された水素需要家情報に基づいて、各水素需要家2の優先度を導出する(ステップS23)。 The priority derivation unit 121 derives the priority of each hydrogen consumer 2 based on the hydrogen consumer information obtained in step S21 (step S23).

また、計画演算部122は、ステップS21で得られた水素需要家情報と、ステップS22で取得された運用情報とに基づいて、運用計画を作成する(ステップS24)。演算内容の詳細は、後に説明する。 Furthermore, the planning calculation unit 122 creates an operation plan (step S24) based on the hydrogen consumer information obtained in step S21 and the operation information acquired in step S22. Details of the calculation will be explained later.

次に、コスト演算部123は、ステップS24で得られた運用計画に基づいて、運用コストを算出する(ステップS25)。 Next, the cost calculation unit 123 calculates the operating cost based on the operating plan obtained in step S24 (step S25).

次に、水素供給計画部124は、ステップS23で得られた優先度、ステップS24で得られた製造量などの運用計画、およびステップS25で得られた運用コストに基づいて、水素供給計画を導出する(ステップS26)。また、水素供給計画決定部125は、ステップS26で得られた供給計画のうちで、最適な計画を選択し、水素の供給計画を決定する(ステップS27)。 Next, the hydrogen supply planning unit 124 derives a hydrogen supply plan (step S26) based on the priority obtained in step S23, the operational plan including production volume obtained in step S24, and the operational cost obtained in step S25. The hydrogen supply plan determination unit 125 then selects the optimal plan from the supply plans obtained in step S26 and determines the hydrogen supply plan (step S27).

次に、水素供給管理装置210は、ステップS27で決定された水素供給計画を受けて、水素需要家情報に照らしたそれぞれの水素需要家2への供給条件を確認(ステップS13)し、供給条件が成立するか否かを判定する(ステップS14)。ステップS27で決定された水素供給計画が必ずしも水素需要家情報における水素需要家2の希望を100%満たすものではない場合があるが、水素供給管理装置210は、その水素需要家2の希望との差異が許容できるものか否かを判断する。判断に際しては、それぞれの水素需要家2の重要度、水素需要家2を全体的にみた上での、それぞれの水素需要家2との長期的な関係などを判断基準とする。 Next, the hydrogen supply management device 210, based on the hydrogen supply plan determined in step S27, confirms the supply conditions for each hydrogen consumer 2 in light of the hydrogen consumer information (step S13) and determines whether the supply conditions are met (step S14). While the hydrogen supply plan determined in step S27 may not necessarily fully satisfy the wishes of hydrogen consumer 2 as indicated in the hydrogen consumer information, the hydrogen supply management device 210 determines whether the difference from the hydrogen consumer 2's wishes is acceptable. In making this determination, the importance of each hydrogen consumer 2 and the long-term relationship with each hydrogen consumer 2, viewed from an overall perspective, are used as criteria.

水素供給管理装置210により供給条件が成立すると判定された(ステップS14 YES)場合には、水素供給管理装置210は、その水素需要家2に供給条件を提示する(ステップS15)。 If the hydrogen supply management device 210 determines that the supply conditions are met (step S14 YES), the hydrogen supply management device 210 presents the supply conditions to the hydrogen consumer 2 (step S15).

水素供給管理装置210により供給条件が成立すると判定されなかった(ステップS14 NO)場合には、水素供給管理装置210は、その水素需要家2と調整を継続するか否かを判定する(ステップS16)。調整継続の判定の際には、水素供給管理装置210は水素需要家情報によるその水素需要家2の重要度、長期的な関係などを判断基準とする。 If the hydrogen supply management device 210 does not determine that the supply conditions are met (Step S14 NO), the hydrogen supply management device 210 determines whether to continue negotiations with the hydrogen consumer 2 (Step S16). When deciding whether to continue negotiations, the hydrogen supply management device 210 uses the importance of the hydrogen consumer 2 and the long-term relationship based on the hydrogen consumer information as criteria.

水素供給管理装置210によりその水素需要家2と調整を継続するかと判定されなかった(ステップS16 NO)場合は、水素供給管理装置210は、その水素需要家2に対して断りの通知、すなわち水素の供給ができない旨の通知を行う(ステップS17)。 If the hydrogen supply management device 210 does not determine whether to continue negotiations with the hydrogen consumer 2 (step S16 NO), the hydrogen supply management device 210 notifies the hydrogen consumer 2 of the refusal, i.e., that hydrogen cannot be supplied (step S17).

水素供給管理装置210によりその水素需要家2と調整を継続するかと判定された(ステップS16 YES)場合は、水素供給管理装置210は、水素供給計画装置100に対して、その水素需要家2に関する変更条件を出力する(ステップS18)。ここで、変更条件とは、当該需要家2の取り扱いに関する条件の変更部分であり、たとえば、当該需要家の優先度を上げる、当該需要家の最低限必要な水素量を確保するなどである。水素供給計画装置100は、この変更条件を受けて、ステップS21においてその水素需要家2に関する条件を変更したたうえで、ステップS27までを再度実施する。水素供給管理装置210は、その結果を受けて、ステップS13以降のステップを再度行う。 If the hydrogen supply management device 210 determines whether to continue coordinating with the hydrogen consumer 2 (step S16 YES), the hydrogen supply management device 210 outputs change conditions regarding the hydrogen consumer 2 to the hydrogen supply planning device 100 (step S18). Here, the change conditions are the changes to the conditions related to the handling of the consumer 2, such as increasing the priority of the consumer or ensuring the minimum required amount of hydrogen for the consumer. The hydrogen supply planning device 100, upon receiving these change conditions, modifies the conditions regarding the hydrogen consumer 2 in step S21 and then repeats steps up to S27. Based on the results, the hydrogen supply management device 210 repeats the steps from step S13 onwards.

次に、ステップS23において、優先度導出部121が行う優先度の導出の詳細を説明する。 Next, the details of the priority derivation performed by the priority derivation unit 121 in step S23 will be explained.

図4は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置が取得した水素需要家情報の第1の例を示す第1の水素需要家情報表である。 Figure 4 is a first hydrogen consumer information table showing a first example of hydrogen consumer information acquired by the hydrogen supply planning system according to the first embodiment.

水素需要家情報としては、対象とする日の水素需要量(Nm)および、付加情報として、遅延許容量(Nm)、遅延許容日数(日)、タンク残量(Nm)を示している。なお、付加情報としては、さらに、水素使用量の実績を取得してもよい。また、タンク残量を定時的に、あるいはリアルタイムで取得してもよい。 The hydrogen consumer information includes the hydrogen demand ( Nm³ ) for the target day, and additional information such as the allowable delay ( Nm³ ), the allowable delay in days, and the remaining tank volume ( Nm³ ). Additional information may also include actual hydrogen usage data. Furthermore, the remaining tank volume may be acquired at regular intervals or in real time.

ここで、対象とする日は、たとえば、本日、あるいは翌日、場合によってはさらに後の日であるが、以下では、これらを、「当日」と表記して説明する。したがって、「翌日」の表記は「当日」の次の日を意味する。水素需要家2として、水素需要家A、水素需要家B、水素需要家C、および水素需要家Dの場合を示している。ここで、この水素需要家情報は、毎日、一定値ではなく、水素需要家の状況により、日々、変化するものである。すたがって、図4は、ある日の水素需要家情報を示すものである。 Here, the target day is, for example, today, tomorrow, or possibly a later date. However, in the following explanation, these will be referred to as "today." Therefore, "tomorrow" means the day following "today." Hydrogen consumers 2 are shown as hydrogen consumers A, B, C, and D. Note that this hydrogen consumer information is not a constant value every day, but changes daily depending on the hydrogen consumer's situation. Therefore, Figure 4 shows the hydrogen consumer information for a particular day.

4つの項目についての、各水素需要家の値については、水素需要家Aは、1000(Nm)、0(Nm)、0(日)、200(Nm)、水素需要家Bは、5000(Nm)、2000(Nm)、1(日)、1000(Nm)、水素需要家Cは、10000(Nm)、3000(Nm)、2(日)、3000(Nm)、水素需要家Dは、7000(Nm)、4000(Nm)、1(日)、2000(Nm)である。この結果、当日の水素需要量の合計は、23,000Nmである。 For each of the four items, the values for hydrogen consumers are as follows: Hydrogen consumer A: 1000 ( Nm³ ), 0 ( Nm³ ), 0 (day), 200 ( Nm³ ); Hydrogen consumer B: 5000 ( Nm³ ), 2000 ( Nm³ ), 1 (day), 1000 ( Nm³ ); Hydrogen consumer C: 10000 ( Nm³ ), 3000 ( Nm³ ), 2 (day), 3000 ( Nm³ ); Hydrogen consumer D: 7000 ( Nm³ ), 4000 ( Nm³ ), 1 (day), 2000 ( Nm³ ). As a result, the total hydrogen demand for the day is 23,000 Nm³ .

ここで、計画演算部122の演算の結果としての水素製造供給プラント10の運用計画において、1日の水素製造量が20,000Nmであった場合、水素需要量の総量23,000Nmの全ての水素需要量を供給することができない。このような場合は、各水素需要家の優先度を決める必要がある。 In this case, if the operational plan for the hydrogen production and supply plant 10, as a result of the calculations by the planning calculation unit 122, shows a daily hydrogen production amount of 20,000 Nm³ , it is not possible to supply all of the total hydrogen demand of 23,000 Nm³ . In such cases, it is necessary to determine the priority of each hydrogen consumer.

各水素需要家2の優先度の決め方の基準例の第1は、1日の水素需要量が多い順に優先度を決定する方法である。この第1の基準例によれば、図4の場合、水素需要家Cの優先度が最も高く1位となり、水素需要家Aの優先度が最も低く4位となる。 The first example of a criterion for determining the priority of each hydrogen consumer 2 is to determine priority in order of the amount of hydrogen demanded per day. According to this first criterion example, in the case of Figure 4, hydrogen consumer C has the highest priority, ranking 1st, while hydrogen consumer A has the lowest priority, ranking 4th.

各水素需要家2の優先度の決め方の基準例の第2は、遅延許容量、遅延許容日数に応じて優先度を決定する方法である。この第2の基準例によれば、遅延日数が0日の水素需要家Aの優先度が1位、続いて遅延許容日数が1日の水素需要家B、Dにおいて、遅延許容量が少ない水素需要家Bの優先度が2位、遅延許容量が多い水素需要家Dの優先度が3位、遅延許容日数が2日の水素需要家Cが優先度4位となる。 The second example of criteria for determining the priority of each hydrogen consumer 2 is a method of determining priority according to the allowable delay amount and the allowable delay days. According to this second example, hydrogen consumer A, with a delay of 0 days, has the highest priority. Following this, among hydrogen consumers B and D, with an allowable delay of 1 day, hydrogen consumer B, with its lower allowable delay, has the second highest priority, hydrogen consumer D, with its higher allowable delay, has the third highest priority, and hydrogen consumer C, with an allowable delay of 2 days, has the fourth highest priority.

各水素需要家2の優先度の決め方の基準例の第3は、各水素需要家2におけるタンク残量が少ない順に優先度を決定する方法である。または、水素需要量に対するタンク残量の比率の小さい順に優先度を決定してもよい。水素需要量に対するタンク残量の比率は、水素需要家Aは20%、水素需要家Bは20%、水素需要家Cは30%、水素需要家Dは29%となる。この場合、水素需要家A、Bにおいては、遅延許容量と遅延許容日数を考慮して、水素需要家Aが1位、水素需要家Bが2位、水素需要家Dが3位、水素需要家Cが4位となる。 The third example of a criterion for determining the priority of each hydrogen consumer 2 is to determine priority in order of the lowest remaining tank volume for each hydrogen consumer 2. Alternatively, priority may be determined in order of the lowest ratio of remaining tank volume to hydrogen demand. The ratio of remaining tank volume to hydrogen demand is 20% for hydrogen consumer A, 20% for hydrogen consumer B, 30% for hydrogen consumer C, and 29% for hydrogen consumer D. In this case, considering the allowable delay amount and allowable delay days for hydrogen consumers A and B, hydrogen consumer A would be ranked 1st, hydrogen consumer B 2nd, hydrogen consumer D 3rd, and hydrogen consumer C 4th.

ここで、優先度として各水素需要家2に対する順位を決定したが、各水素需要家2の水素需要を分割した水素量に対して順位を決定してもよい。 Here, we determined the priority ranking for each hydrogen consumer 2, but it would also be acceptable to determine the priority ranking based on the amount of hydrogen obtained by dividing the hydrogen demand of each hydrogen consumer 2.

図5は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置が取得した水素需要家情報の第2の例を示す第2の水素需要家情報である。図5に示すように、水素需要家情報として、水素需要家2の水素需要を分割している。図5の場合は、水素需要家B、C、Dの水素需要量を遅延が許容できる/できないで分割しており、この情報に基づいて水素需要家2の水素需要を分割した水素量に対して順位を決定する。すなわち、水素需要家Bについては、3000NmのB1と1日の遅延を許可する2000mのB2に分割する。水素需要家Cについては、7000NmのC1と2日の遅延を許可する3000mのC2に分割する。また、水素需要家Dについては、3000NmのD1と1日の遅延を許可する4000mのD2に分割する。なお、分割後のそれぞれの分、たとえばB1についても水素需要家B1のように呼ぶものとする。 Figure 5 shows a second example of hydrogen consumer information acquired by the hydrogen supply planning device according to the first embodiment. As shown in Figure 5, the hydrogen demand of hydrogen consumer 2 is divided as hydrogen consumer information. In the case of Figure 5, the hydrogen demand of hydrogen consumers B, C, and D is divided into those for which a delay is acceptable and those for which it is not, and based on this information, the order of hydrogen demand of hydrogen consumer 2 is determined for the divided hydrogen amounts. Specifically, hydrogen consumer B is divided into B1 of 3000 Nm³ and B2 of 2000 which allows a 1-day delay. Hydrogen consumer C is divided into C1 of 7000 Nm³ and C2 of 3000 which allows a 2-day delay. Hydrogen consumer D is divided into D1 of 3000 Nm³ and D2 of 4000 which allows a 1-day delay. Each of the divided portions, for example B1, will be referred to as hydrogen consumer B1.

ここで、優先度導出部121は、それぞれの水素需要家2についての遅延可能日数、タンク残量および水素需要量の合計値を考量して優先度を導出する。この結果、優先度導出部121は、たとえば、優先度は、水素需要家A、B1、C1、D1が1位、水素需要家B2が2位、水素需要家D2が3位とする。 Here, the priority derivation unit 121 derives a priority by considering the total number of days the delay can be completed, the remaining tank volume, and the hydrogen demand for each hydrogen consumer 2. As a result, the priority derivation unit 121 might assign, for example, that hydrogen consumers A, B1, C1, and D1 are ranked 1st, hydrogen consumer B2 is ranked 2nd, and hydrogen consumer D2 is ranked 3rd.

なお、優先度の順位は同率があってもよい。また、優先度として、各水素需要家2の順位ではなく、重み係数を決定してもよい。さらに、水素需要家情報に水素需要家2の優先順位の情報が含まれる場合は、そのままの優先度を利用する場合であってもよい。水素需要家情報に、各水素需要家との契約情報(長期契約、短期契約など)が含まれる場合は、その契約情報を用いて優先度を決定してもよい。 Note that ties in priority ranking are permitted. Furthermore, instead of determining the ranking of each hydrogen consumer 2, a weighting coefficient may be used as the priority. Additionally, if the hydrogen consumer information includes priority information for hydrogen consumer 2, this priority may be used as is. If the hydrogen consumer information includes contract information with each hydrogen consumer (long-term contract, short-term contract, etc.), this contract information may be used to determine the priority.

次に、ステップS24において、計画演算部122が行う運用計画の詳細を説明する。 Next, the details of the operational plan performed by the planning calculation unit 122 in step S24 will be explained.

計画演算部122で行う運用計画として数理最適化技術により運用計画を立案する場合を例にとって説明する。 This explanation will take the example of a case where the operational plan is formulated using mathematical optimization techniques as the operational plan calculation unit 122.

数理最適化技術では、目的関数と最適化変数を用いてプラントの運用をモデル化し、目的関数を最小とする運用を求める。以下では、最適化変数、定数、制約条件式、および目的関数の順に、計画演算部122が行う最適化演算の数理最適化モデルを示す。 Mathematical optimization techniques model plant operation using an objective function and optimization variables, and then seek the operation that minimizes the objective function. Below, the mathematical optimization model of the optimization calculation performed by the planning unit 122 is shown, in the order of optimization variables, constants, constraint equations, and objective function.

図6は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置100におけるモデルの状態変数を示すブロック図である。図6は、各種の状態変数のうち、電力、水素および水の収支に関する状態変数を示している。 Figure 6 is a block diagram showing the state variables of the model in the hydrogen supply planning device 100 according to the first embodiment. Figure 6 shows the state variables related to the balance of electricity, hydrogen, and water among the various state variables.

電力は、実線で示しており、再生可能エネルギー発電装置11の発電電力予測値(kW)はXPV(t)、所内母線12の電力系統1からの受電電力(kW)はXELIN(t)、所内母線12の電力系統1への売電電力(kW)はXELOUT(t)、水素製造装置13の消費電力(kW)はXECEL(t)、水素貯蔵装置14の消費電力(kW)はXTANK(t)、水素供給装置15の消費電力(kW)はXSUPPLY(t)で表す。 Power is shown by a solid line, with the predicted power generation value (kW) of the renewable energy power generation device 11 being represented by X PV (t), the power received from power system 1 by the internal busbar 12 (kW) being represented by X ELIN (t), the power sold to power system 1 by the internal busbar 12 (kW) being represented by X ELOUT (t), the power consumption of the hydrogen production device 13 (kW) being represented by X ECEL (t), the power consumption of the hydrogen storage device 14 (kW) being represented by X TANK (t), and the power consumption of the hydrogen supply device 15 (kW) being represented by X SUPPLY (t).

また、水素に関しては、水素製造装置13での水素製造量(Nm)はXECH2(t)、水素貯蔵タンク装置14での貯蔵量(Nm)はXH2ST(t)、水素供給装置15による水素供給量(Nm)はXH2OUT(t)、水素輸送装置16による1日の輸送量(Nm)はXH2OUT(d)で表す。なお、図示していないが、水素輸送装置16による輸送量の1日の水素供給不足量(Nm)はXH2PENA(d)で表す。 Furthermore, regarding hydrogen, the amount of hydrogen produced by the hydrogen production device 13 ( Nm³ ) is represented as X ECH2 (t), the amount stored in the hydrogen storage tank device 14 ( Nm³ ) is represented as X H2ST (t), the amount of hydrogen supplied by the hydrogen supply device 15 ( Nm³ ) is represented as X H2OUT (t), and the amount of hydrogen transported daily by the hydrogen transport device 16 ( Nm³ ) is represented as X H2OUT (d). Although not shown in the diagram, the daily hydrogen supply deficit by the hydrogen transport device 16 ( Nm³ ) is represented as X H2PENA (d).

また、水素製造装置13による水道使用量(m)はXECWA(t)で表す。 Furthermore, the amount of water used by the hydrogen production device 13 ( ) is expressed as X ECWA (t).

以上の各変数が、計画演算部122による最適化演算の対象となる最適化変数(下限は0、上限は∞)である。 The above variables are the optimization variables (with a lower limit of 0 and an upper limit of ∞) that are subject to optimization calculations by the planning calculation unit 122.

次に、最適化演算の際に用いる定数は、以下のとおりである。なお、時間依存の定数、すなわち例えば1日の時刻に応じて値が変化する定数もある。 Next, the constants used in the optimization calculation are as follows. Note that some constants are time-dependent, meaning their values change depending on the time of day.

t:時刻、T:計算対象時刻の集合(tは集合Tの要素)、d:日、D:計算対象日の集合(dは集合Dの要素)、CELIN_COST(t):受電電力コスト単価、CELOUT_COST(t):売電電力コスト単価、CWACOST(t):購入水道コスト単価、CH2PENA:水素供給ペナルティ単価、CH2OUT(d):1日の水素需要量、CECGAS_EF:水素製造装置電解効率(Nm/kWh)、CGAS_WA_EF:水素製造装置水道使用効率(m/Nm)、CECEL_LL:水素製造装置下限電力(kW)、CECEL_UL:水素製造装置上限電力(kW)、CH2ST_LL:水素貯蔵タンク貯蔵下限容量(Nm)、CH2ST_UL:水素貯蔵タンク貯蔵上限容量(Nm)、CELIN_UL:水素製造供給プラント契約電力(kW)、CPV_UL:再生可能エネルギー発電装置11の発電電力定格(kW)、CH2_UL:1日の水素製造量上限値(Nm)、COperation(t):水素製造供給プラント稼働フラグ(0:停止、1:運転)。 t: time, T: set of calculation time (t is an element of set T), d: day, D: set of calculation days (d is an element of set D), C ELIN_COST (t): cost per unit of electricity received, C ELOUT_COST (t): cost per unit of electricity sold, C WACOST (t): cost per unit of water purchased, C H2PENA : hydrogen supply penalty per unit, C H2OUT (d): daily hydrogen demand, C ECGAS_EF : electrolysis efficiency of hydrogen production equipment ( Nm³ /kWh), C GAS_WA_EF : water usage efficiency of hydrogen production equipment ( / Nm³ ), C ECEL_LL : minimum power of hydrogen production equipment (kW), C ECEL_UL : maximum power of hydrogen production equipment (kW), C H2ST_LL : minimum storage capacity of hydrogen storage tank ( Nm³ ), C H2ST_UL : Hydrogen storage tank maximum storage capacity ( Nm³ ), C ELIN_UL : Hydrogen production and supply plant contracted power (kW), C PV_UL : Renewable energy power generation rating of renewable energy power generation device 11 (kW), C H2_UL : Daily hydrogen production limit ( Nm³ ), C Operation (t): Hydrogen production and supply plant operation flag (0: stopped, 1: running).

次に、計画演算部122が最適化演算で用いる制約条件式を示す。制約条件としては、以下のように、電力需給バランス関連、水素製造装置関連、および水素貯蔵関係がある。 Next, the constraint equations used by the planning calculation unit 122 in the optimization calculation are shown. The constraints include those related to the power supply and demand balance, hydrogen production equipment, and hydrogen storage, as follows.

<電力需給バランス関連の制約条件>
ECIN(t)-XECOUT(t)=XECEL(t)+XTANK(t)+XSUPPLY(t)-XPV(t)
<Constraints related to the balance of electricity supply and demand>
X ECIN (t)-X ECOUT (t)=X ECEL (t)+X TANK (t)+X SUPPLY (t)-X PV (t)

ELIN(t)≦CELIN_UL X ELIN (t)≦C ELIN_UL

PV(t)≦CPV_UL X PV (t)≦C PV_UL

<水素製造装置関連の制約条件>
ECH2(t)=XECEL(t)×COoeration(t)×CECGASEF
<Constraints related to hydrogen production equipment>
X ECH2 (t)=X ECEL (t)×C Ooeration (t)×C ECGASEF

ECH2(t)≦CH2_UL X ECH2 (t)≦C H2_UL

ECEL(t)≧CECEL_LL X ECEL (t)≧C ECEL_LL

ECEL(t)≦CECEL_UL X ECEL (t)≦C ECEL_UL

ECWA(t)=XECH2(t)×CGAS_WA_EF X ECWA (t)=X ECH2 (t)×C GAS_WA_EF

<水素貯蔵関連の制約条件>
H2ST(t)=XH2ST(t-1)+XECH2(t)+XH2OUT(t)
<Constraints related to hydrogen storage>
X H2ST (t)=X H2ST (t-1)+X ECH2 (t)+X H2OUT (t)

H2ST(t)≧CH2ST_LL X H2ST (t)≧C H2ST_LL

H2ST(t)≦CH2ST_UL X H2ST (t)≦C H2ST_UL

<水素供給関連の制約条件>
Σ(XH2OUT(t))≧CH2OUT(d)-XH2PENA(d)
ここで、Σは、計算対象時刻の集合Tに属する時刻tについての和である。
<Constraints related to hydrogen supply>
Σ(X H2OUT (t))≧C H2OUT (d)-X H2PENA (d)
Here, Σ is the sum over time t belonging to the set of time points T being calculated.

<目的関数>
次の目的関数OBjを最小化する。
<Purpose Discount>
Minimize the following objective function OBj.

OBj=Σ[XELIN(t)×CELIN_COST(t)-XELOUT(t)×CELOUT_COST(t)+XECWA(t)×CWACOST(t)]+XH2PENA(d)×CH2PENA
ここで、Σは、計算対象時刻の集合Tに属する時刻tについての和である。
OBj=Σ[X ELIN (t)×C ELIN_COST (t)-X ELOUT (t)×C ELOUT_COST (t)+X ECWA (t)×C WACOST (t)]+X H2PENA (d)×C H2PENA
Here, Σ is the sum over time t belonging to the set of time points T being calculated.

水素供給関連の制約条件では、水素供給不足量の変数を導入し、これを目的関数にペナルティ項として考慮している。これにより、水素需要量が水素供給能力を上回った場合でも、制約違反により最適化の解が求まらないことを回避することができる。 In the constraints related to hydrogen supply, a variable representing the hydrogen supply shortage is introduced and considered as a penalty term in the objective function. This avoids the situation where an optimization solution cannot be found due to constraint violation, even when hydrogen demand exceeds hydrogen supply capacity.

以上の数理モデルを解くことで、目的関数を最小とする最適化変数の値を求め、水素製造供給プラントの運用計画を立案することができる。また、目的関数からペナルティ項の影響を除外すれば水素製造供給プラントの運用費を算出することも可能となる。 By solving the mathematical model described above, we can find the values of the optimization variables that minimize the objective function and formulate an operational plan for the hydrogen production and supply plant. Furthermore, by removing the effect of the penalty term from the objective function, it becomes possible to calculate the operating costs of the hydrogen production and supply plant.

次に、ステップS25におけるコスト演算部123によるコスト演算の例を説明する。 Next, an example of cost calculation performed by the cost calculation unit 123 in step S25 will be explained.

コスト演算部123は、ステップS24での計画演算部122による水素製造供給プラント10の運用計画に基づいて、受電電力、売電電力、水素製造量販売収入、消費水道量などを用いて水素製造供給プラント10の運用コストを算出する。この運用コストを水素製造量の総量で除することにより、1Nmあたりの水素製造に関する水素製造供給プラント10の運用コスト(製造コスト)を算出することができる。 The cost calculation unit 123 calculates the operating cost of the hydrogen production and supply plant 10 based on the operational plan of the hydrogen production and supply plant 10 calculated by the planning calculation unit 122 in step S24, using the received power, sold power, hydrogen production sales revenue, water consumption, etc. By dividing this operating cost by the total amount of hydrogen produced, the operating cost (production cost) of the hydrogen production and supply plant 10 per 1 Nm³ of hydrogen production can be calculated.

例えば、水素製造供給プラント10の運用計画において製造量が20,000Nmで合計の水素製造コストが400,000円の場合は、水素製造コストは20円/Nmとなる。また、運用費だけでなく、設備投資分を考慮してもよい。設備の減価償却費も考慮して、1日あたりに換算した費用を運用費に加算して水素製造コストを演算してもよい。さらに、水素製造・販売に関して、補助金がある場合は、その補助金を運用費に加算して水素製造コストを演算してもよい。 For example, in the operational plan for hydrogen production and supply plant 10, if the production volume is 20,000 Nm³ and the total hydrogen production cost is 400,000 yen, the hydrogen production cost would be 20 yen/ Nm³ . In addition to operating costs, capital investment may also be considered. Depreciation costs for equipment may also be considered, and the cost converted to a daily rate may be added to the operating costs to calculate the hydrogen production cost. Furthermore, if there are subsidies for hydrogen production and sales, those subsidies may be added to the operating costs to calculate the hydrogen production cost.

次に、ステップS26の水素供給計画部124による水素供給計画の詳細を説明する。 Next, the details of the hydrogen supply plan by the hydrogen supply planning unit 124 in step S26 will be explained.

水素供給計画部124は、計画演算部122で演算した製造量を含む水素製造供給プラントの運用計画と、コスト演算部123で演算した水素製造コストと、優先度導出部121で演算した各水素需要家2の優先度を考慮して、水素供給計画を立案する。ここで、計画演算部122での最適演算の結果、当日の製造量が、20,000Nmであるとする。 The hydrogen supply planning unit 124 formulates a hydrogen supply plan by considering the operation plan of the hydrogen production and supply plant, including the production volume calculated by the planning calculation unit 122, the hydrogen production cost calculated by the cost calculation unit 123, and the priority of each hydrogen consumer 2 calculated by the priority derivation unit 121. Here, it is assumed that the production volume for the day is 20,000 Nm³ as a result of the optimal calculation by the planning calculation unit 122.

図7は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置100による水素供給計画の第1の例を示す第1の水素供給計画表である。この第1の例は、前述の、ステップS23における優先度導出部121が行う優先度の導出の説明で引用した図4の第1の水素需要家情報表に対応するケースである。前述の各水素需要家2の優先度の決め方の基準例の第2または第3に基づく場合は、水素需要家Aが1位、水素需要家Bが2位、水素需要家Dが3位、水素需要家Cが4位となる。 Figure 7 is a first hydrogen supply plan table showing a first example of a hydrogen supply plan by the hydrogen supply planning device 100 according to the first embodiment. This first example corresponds to the case of the first hydrogen consumer information table in Figure 4, which was referenced in the explanation of the priority derivation performed by the priority derivation unit 121 in step S23. Based on the second or third example of the criteria for determining the priority of each hydrogen consumer 2 described above, hydrogen consumer A would be ranked 1st, hydrogen consumer B 2nd, hydrogen consumer D 3rd, and hydrogen consumer C 4th.

図7は、このケースの場合の水素供給計画部124による水素供給計画の一例を示している。すなわち、水素供給計画部124による水素供給計画では、当日は、水素需要家Aは1000Nm(100円/Nm)、水素需要家Bは5000Nm(70円/Nm)、水素需要家Cは7000Nm(50円/Nm)、水素需要家Dは7000Nm(60円/Nm)である。また、1日後は、水素需要家Cが3000Nm(30円/Nm)である。 Figure 7 shows an example of a hydrogen supply plan by the hydrogen supply planning unit 124 in this case. Specifically, in the hydrogen supply plan by the hydrogen supply planning unit 124, on that day, hydrogen consumer A will receive 1000 Nm³ (100 yen/ Nm³ ), hydrogen consumer B will receive 5000 Nm³ (70 yen/ Nm³ ), hydrogen consumer C will receive 7000 Nm³ (50 yen/ Nm³ ), and hydrogen consumer D will receive 7000 Nm³ (60 yen/ Nm³ ). Furthermore, one day later, hydrogen consumer C will receive 3000 Nm³ (30 yen/ Nm³ ).

この水素供給計画部124による水素供給計画の第1の例は、以下のような調整が水素供給計画部124により行われた結果である。 The first example of a hydrogen supply plan by the hydrogen supply planning unit 124 is the result of the following adjustments made by the hydrogen supply planning unit 124.

優先度が最も低い水素需要家Cに対しては、水素需要量の全量の供給はできないため、一部残りの分を1日後に供給する計画となっている。 For hydrogen consumer C, who has the lowest priority, it is not possible to supply the full amount of hydrogen they require. Therefore, the plan is to supply a portion of the remaining amount one day later.

水素価格については、図7に示すように、水素需要量に応じて価格を変えてもよい。図7では、水素需要量が少ない水素需要家に対しては価格を高く、水素需要量が多い水素需要家に対しては価格を低くしている。また、1日後に繰り越す水素量に対しては、水素価格をさらに低く設定している。 Regarding hydrogen pricing, as shown in Figure 7, the price may be varied according to hydrogen demand. In Figure 7, the price is higher for hydrogen consumers with low demand and lower for hydrogen consumers with high demand. Furthermore, the price is set even lower for hydrogen carried over to the next day.

水素価格の決定については、たとえば、水素製造コスト20Nm/Nmを基準として、これに一定の利益を加算する形でもよい。あるいは、水素需要量に応じて加算する利益分を変更してもよい。また、水素製造供給プラントと各水素需要家2との距離に応じて加算する利益を変更してもよい。さらに、予め各水素需要家2の水素価格の基準値の情報がある場合は、水素製造コストと各水素需要家2の水素価格の基準値をもとに、水素供給計画の水素価格を決定してもよい。 Regarding the determination of hydrogen prices, for example, a base price of 20 Nm³ / Nm³ for hydrogen production may be used, with a certain profit added to it. Alternatively, the amount of profit added may be changed according to the hydrogen demand. Furthermore, the profit added may be changed according to the distance between the hydrogen production and supply plant and each hydrogen consumer 2. In addition, if information on the baseline hydrogen price for each hydrogen consumer 2 is available in advance, the hydrogen price for the hydrogen supply plan may be determined based on the hydrogen production cost and the baseline hydrogen price for each hydrogen consumer 2.

なお、再生可能エネルギー発電装置11の発電量が極端に少ない場合は、水素製造供給プラント10の契約電力の制約により、1日の水素製造量がたとえば10,000Nmという値まで低下する計画になる可能性もある。この場合は、1日後だけでなく、2日後以降も含めて水素供給計画を立案してもよい。 Furthermore, if the amount of electricity generated by the renewable energy power generation device 11 is extremely low, the contracted power of the hydrogen production and supply plant 10 may result in a planned daily hydrogen production amount that falls to, for example, 10,000 Nm³ . In this case, the hydrogen supply plan may be formulated not only for the next day but also for the following days and beyond.

次に、前述の、ステップS23における優先度導出部121が行う優先度の導出の説明で引用した図5の第2の水素需要家情報表に対応するケースについて説明する。 Next, we will explain the case corresponding to the second hydrogen consumer information table in Figure 5, which was referenced in the explanation of the priority derivation performed by the priority derivation unit 121 in step S23.

このとき、水素需要家A、B1、C1、D1は水素供給を遅延することができない一方で、これらの合計の水素需要量は14,000Nmとなり、1日の水素製造量10,000Nmを超過している。水素供給計画の第1の方法としては、製造できない4,000Nmを各水素需要家2の需要量の比率で供給できない量として分配してもよい。また、第2の方法としては、水素需要量に対するタンク残量の比率から供給できない量を分配してもよい。さらに、第3の方法として、いずれかの水素需要家2の供給を諦めてもよい。 At this time, hydrogen consumers A, B1, C1, and D1 cannot delay hydrogen supply, while their combined hydrogen demand is 14,000 Nm³ , exceeding the daily hydrogen production capacity of 10,000 Nm³ . One method of hydrogen supply planning is to distribute the 4,000 Nm³ that cannot be produced as the amount that cannot be supplied to each hydrogen consumer 2 in proportion to their demand. Another method is to distribute the amount that cannot be supplied based on the ratio of the remaining tank volume to the hydrogen demand. Furthermore, a third method is to give up supplying to any of the hydrogen consumers 2.

図8は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置による水素供給計画の第2の例を示す第2の水素供給計画表である。この第2の例は、上述の第3の方法、すなわち、いずれかの水素需要家の供給を諦めたケースの水素供給計画の一例である。 Figure 8 is a second hydrogen supply plan table showing a second example of a hydrogen supply plan using the hydrogen supply planning device according to the first embodiment. This second example is an example of a hydrogen supply plan in the third method described above, i.e., a case where supply to one of the hydrogen consumers is abandoned.

水素供給量の当日分については、需要量の多い水素需要家C1、D1を優先して供給する計画となっている。当日に供給できなかった水素需要家A、B1については1日後に供給する計画となっている。ここで、1日遅延することによる補償として、当日に供給する場合よりも水素価格を安く設定している。続いて、優先度に基づき水素需要家B2、D2へ、2日後に水素需要家C2に供給する計画としている。 For the current day's hydrogen supply, priority will be given to hydrogen consumers C1 and D1, who have high demand. Hydrogen consumers A and B1, who could not be supplied on the day, will be supplied one day later. As compensation for this one-day delay, the price of hydrogen will be set lower than if it were supplied on the same day. Following this, hydrogen will be supplied to hydrogen consumers B2 and D2 based on priority, and then to hydrogen consumer C2 two days later.

ここでは、水素供給が遅延することに対しては、水素価格を安く設定する例を示したがこれに限定されない。水素価格を安く設定することは、水素製造供給プラント10に対するペナルティと等価である。これとは異なる方法として、例えば、各水素需要家2へ補償金額(インセンティブ)を付与する方法がある。また、次回以降の水素供給を優先するポイントを付与してもよい。さらに、このペナルティやインセンティブ、ポイントの程度を、水素供給の遅延量や遅延日数に応じて変更してもよい。 Here, we have shown an example of setting a lower hydrogen price in response to delays in hydrogen supply, but this is not the only option. Setting a lower hydrogen price is equivalent to a penalty for the hydrogen production and supply plant 10. Alternatively, for example, compensation (incentives) could be provided to each hydrogen consumer 2. Points could also be awarded to prioritize future hydrogen supplies. Furthermore, the extent of these penalties, incentives, and points may be adjusted according to the amount and duration of the hydrogen supply delay.

ここで、水素需要家情報取得部にて取得した各水素需要家の水素需要家情報に、最低限必要な水素需要量や水素価格の上限の情報が含まれることが考えられる。この場合は、水素供給計画部124が立案する水素供給計画において、最低限必要な水素量や水素価格の上限値を制約と考えて水素供給計画を立案してもよい。 Here, it is conceivable that the hydrogen consumer information acquired by the hydrogen consumer information acquisition unit includes information on the minimum required hydrogen demand and the upper limit of the hydrogen price. In this case, the hydrogen supply planning unit 124 may formulate the hydrogen supply plan by considering the minimum required hydrogen amount and the upper limit of the hydrogen price as constraints.

図9は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置による水素供給計画の第3の例を示す第3の水素供給計画表である。 Figure 9 is a third hydrogen supply plan table showing a third example of a hydrogen supply plan using the hydrogen supply planning device according to the first embodiment.

図9では、全ての水素需要量を当日に製造できる場合を示しており、各水素需要家2の水素需要量に対して、供給する水素量に応じて段階的に水素価格を変化させている。段階的に変化する水素量の閾値は、水素需要量に対する割合パラメータとして予め設定してもよい。 Figure 9 shows a scenario where all hydrogen demand can be produced on the same day. The hydrogen price is gradually changed according to the amount of hydrogen supplied to each hydrogen consumer 2. The threshold for the gradually changing hydrogen amount may be pre-set as a percentage parameter relative to the hydrogen demand.

なお、以上の計画演算部122では、たとえば水素需要家情報が3日分の場合でも、1週間分の再エネ予測や電力価格の情報を運用情報取得部113にて取得し、4日目以降の運用計画を立案してもよい。この場合は、4日目以降の水素需要家情報は、仮の値として3日分の平均値や代表日の値を利用して運用計画を立案してもよい。 Furthermore, even if the hydrogen consumer information provided by the planning calculation unit 122 is only for three days, the operational information acquisition unit 113 may acquire one week's worth of renewable energy forecasts and electricity price information, and then formulate an operational plan for the fourth day and beyond. In this case, the hydrogen consumer information for the fourth day and beyond may be formulated using provisional values, such as the average value of the three days or the value for a representative day.

以上の説明では、計画演算部122が、数理最適化技術により運用計画を立案する場合を例にとって示したが、これに限るものではない。例えば、機械学習により運用計画を立案してもよい。 The above explanation uses the example of the planning unit 122 formulating an operational plan using mathematical optimization techniques, but it is not limited to this. For example, the operational plan may be formulated using machine learning.

図10は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置100における計画演算部122の変形例を示すブロック図である。 Figure 10 is a block diagram showing a modified example of the planning calculation unit 122 in the hydrogen supply planning device 100 according to the first embodiment.

機械学習により運用計画を立案する場合、計画演算部122は、運用計画モデル学習部122aと運用計画推定部122bから構成される。 When developing an operational plan using machine learning, the planning calculation unit 122 consists of an operational plan model learning unit 122a and an operational plan estimation unit 122b.

運用計画モデル学習部122aは、過去の水素製造供給プラント10の運用情報や立案した運用計画を用いて、例えば運用コストを低減する運用計画モデルを学習する。学習手法は、例えば、ニューラルネットワークやランダムフォレスト、強化学習などを用いることができる。 The operational plan model learning unit 122a learns an operational plan model, for example, one that reduces operational costs, using past operational information of the hydrogen production and supply plant 10 and the proposed operational plan. The learning method can utilize, for example, neural networks, random forests, or reinforcement learning.

運用計画推定部122bは、学習した運用計画モデルを用いて、運用コストを低減する運用計画を推定する。 The operational plan estimation unit 122b uses the learned operational plan model to estimate an operational plan that reduces operational costs.

図11は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置100における収支の水素製造量への依存性を示すグラフである。図11を引用しながら、水素供給計画決定部125について説明する。 Figure 11 is a graph showing the dependence of the balance of the hydrogen supply planning device 100 according to the first embodiment on the amount of hydrogen produced. The hydrogen supply planning unit 125 will be explained with reference to Figure 11.

図11は、1日の水素製造量の条件を複数変更した場合の収支の変化の例を示している。各水素需要家2の水素需要の合計値を基準として1日の水素製造量の条件を変更し、計画演算部122にて水素製造供給プラントの運用計画における水素製造量の上限制約として考慮する。すなわち、水素製造量の上限制約を変更し、ステップS21ないしステップS26をそれぞれ実行した結果である。 Figure 11 shows an example of the change in balance when multiple conditions for the daily hydrogen production amount are changed. The conditions for the daily hydrogen production amount are changed based on the total hydrogen demand of each hydrogen consumer 2, and this is considered as an upper limit constraint on the hydrogen production amount in the operation plan of the hydrogen production supply plant by the planning calculation unit 122. In other words, the upper limit constraint on the hydrogen production amount is changed, and steps S21 to S26 are executed, respectively.

それぞれの水素供給計画における収支を算出した図11の結果に基づいて、水素供給計画決定部125は、収支が大きくなる水素供給計画、すなわち利益が最も大きな水素供給計画に決定する。 Based on the results shown in Figure 11, which calculates the balance of revenue and expenditure for each hydrogen supply plan, the hydrogen supply plan determination unit 125 selects the hydrogen supply plan that yields the largest balance, i.e., the hydrogen supply plan that generates the greatest profit.

なお、変更する条件として水素製造量に限定されない。水素製造供給プラントの稼働条件であれば、受電電力の上限や水素製造供給プラントの稼働時間などでもよい。 Furthermore, the conditions for modification are not limited to the amount of hydrogen produced. Other conditions related to the operation of the hydrogen production and supply plant, such as the upper limit of the received power or the operating hours of the hydrogen production and supply plant, may also be considered.

図12は、第1の実施形態に係る水素供給計画装置のユーザインターフェース140による表示画像を示す画面図136aである。表示画像126aの画像データは、画像データ生成部126により生成される。ユーザインターフェース140は、たとえば、ユーザインターフェースであり、タッチスクリーンを有するものである。 Figure 12 is a screen diagram 136a showing a display image from the user interface 140 of the hydrogen supply planning device according to the first embodiment. The image data for the display image 126a is generated by the image data generation unit 126. The user interface 140 is, for example, a user interface having a touchscreen.

「水素製造供給プラント」の表題の下に、水素製造装置から水素輸送装置までの概念図、水素需要家情報を示す表、水素供給計画の表が表示されている。 Under the title "Hydrogen Production and Supply Plant," a conceptual diagram showing the hydrogen production equipment and hydrogen transport equipment, a table displaying hydrogen consumer information, and a table showing the hydrogen supply plan are displayed.

表の下には、「水素供給計画合意」および「水素需要家情報修正」が表示されている。「水素需要家情報修正」をタッチすると、たとえば、水素需要家情報を示す表の優先度の欄の数値を変更できるものである。なお、演算部の演算の条件(演算条件)として、優先度以外の条件を入力可能としてもよい。 Below the table, "Hydrogen Supply Plan Agreement" and "Hydrogen Demand Information Modification" are displayed. Touching "Hydrogen Demand Information Modification" allows you to change, for example, the numerical value in the priority column of the table showing hydrogen demand information. Note that conditions other than priority may be input as calculation conditions (calculation conditions) in the calculation unit.

以上のように、本実施形態の水素供給計画装置100によれば、水素製造供給プラント10の供給能力よりも水素需要量が上回った場合に、各水素需要家2への水素供給量と水素価格を決定することが可能となる。また、水素供給管理装置210によれば、水素供給計画装置100による水素供給計画と各水素需要家2との間の調整を行うことができる。 As described above, the hydrogen supply planning device 100 of this embodiment makes it possible to determine the amount of hydrogen to be supplied to each hydrogen consumer 2 and the price of hydrogen when the hydrogen demand exceeds the supply capacity of the hydrogen production and supply plant 10. Furthermore, the hydrogen supply management device 210 allows for coordination between the hydrogen supply plan developed by the hydrogen supply planning device 100 and each hydrogen consumer 2.

[第2の実施形態]
第2の実施形態は、第1の実施形態の変形であるが、水素価格と許容度との関係を用いた例である。
[Second Embodiment]
The second embodiment is a variation of the first embodiment, but it is an example that uses the relationship between hydrogen price and tolerance.

図13は、第2の実施形態に係る水素供給計画装置100に用いる水素価格と許容度との関係の一例を示すグラフである。第2の実施形態における計画演算部122は、この情報を利用して、たとえば以下に説明する数理最適化により、水素価格を決定する、 Figure 13 is a graph showing an example of the relationship between hydrogen price and tolerance used in the hydrogen supply planning device 100 according to the second embodiment. The planning calculation unit 122 in the second embodiment uses this information to determine the hydrogen price, for example, by mathematical optimization as described below.

まず、水素価格決定演算において使用する定数、変数などは、以下のとおりである。 First, the constants and variables used in the hydrogen price determination calculation are as follows:

<定数>
i:水素需要家の集合、q(i):: 水素需要家の重み係数
<Constants>
i: Set of hydrogen consumers, q(i): Weighting coefficients of hydrogen consumers

<最適化変数>
H2COST(t):需要家iの水素価格(円/Nm)、XALLOW(i):需要家iの許容度(%)
<Optimization Variables>
X H2COST (t): Hydrogen price for customer i (yen/ Nm³ ), X ALLOW (i): Acceptance rate for customer i (%)

<関数>
f(i,X):水素需要家iの水素価格Xから許容度を計算する関数
<Function>
f(i, X): A function that calculates the tolerance level from the hydrogen price X of hydrogen consumer i.

<制約式>
ALLOW(i)=f(i,XH2COST(i))
<Constraint expression>
X ALLOW (i)=f(i,X H2COST (i))

次の制約式は、各水素需要家2の水素価格を統一させる場合に用いる。
H2COST(1)=・・・=XH2COST(I)
The following constraint equation is used when unifying the hydrogen price for each hydrogen consumer 2.
X H2COST (1)=...=X H2COST (I)

<目的関数>
次の目的関数OBJを最大化する。
OBJ=Σ[XH2COST(i)+q(i)×XALLOW(i)]
<Purpose Discount>
We aim to maximize the following objective function OBJ.
OBJ=Σ[X H2COST (i)+q(i)×X ALLOW (i)]

式(16)の目的関数を用いることにより、各水素需要家2の水素価格を最大化させると同時に許容度も最大化させる。このとき、許容度は各水素需要家2に対して重みを付与している。許容度を重視する場合は、全ての水素需要家2の重みを大きくすることで対応可能である。なお、水素需要家2の間で水素価格や許容度に差が発生した場合は、水素需要家2の間でインセンティブ等のやり取りをすることで、公平性を保つことが可能となる。 By using the objective function in equation (16), we maximize the hydrogen price for each hydrogen consumer 2 while simultaneously maximizing their tolerance. In this case, each hydrogen consumer 2 is weighted according to their tolerance. If tolerance is a priority, this can be addressed by increasing the weight of all hydrogen consumers 2. Furthermore, if differences in hydrogen price or tolerance arise among the hydrogen consumers 2, fairness can be maintained by facilitating exchanges of incentives among them.

[第3の実施形態]
本実施形態は、第1の実施形態の変形であり、水素価格の水素需要量への依存性を用いる点が第1の実施形態と異なる。
[Third Embodiment]
This embodiment is a variation of the first embodiment, differing from the first embodiment in that it uses the dependence of hydrogen prices on hydrogen demand.

図14は、第3の実施形態に係る水素供給計画装置に用いる水素需要量と水素価格との関係の一例を示すグラフである。横軸は、水素需要量[Nm]、縦軸は水素価格[円/Nm]である。 Figure 14 is a graph showing an example of the relationship between hydrogen demand and hydrogen price used in the hydrogen supply planning system according to the third embodiment. The horizontal axis represents hydrogen demand [ Nm³ ], and the vertical axis represents hydrogen price [yen/ Nm³ ].

本実施形態における計画演算部122は、この情報を利用して、たとえば以下に説明する数理最適化により、水素価格を決定する、 In this embodiment, the planning calculation unit 122 uses this information to determine the price of hydrogen, for example, by mathematical optimization as described below.

<定数>
t:時刻、T:計算対象時刻の集合(tは集合Tの要素)、d:日、D:計算対象日の集合(dは集合Dの要素)、i:水素需要家、I:水素需要家の集合(iは集合Iの要素)、CELIN_COST(t):受電電力コスト単価(円/kW)、CELOUT_COST(t):売電電力コスト単価(円/kW)、CWACOST(t):購入水道コスト単価(円/Nm)、CH2PENA:水素供給ペナルティ単価(円/Nm)、CH2OUT(d):1日の水素需要量(Nm/d)、CECGAS_EF:水素製造装置電解効率(Nm/kWh)、CGAS_WA_EF:水素製造装置水道使用効率(m/Nm)、CECEL_LL:水素製造装置下限電力(kW)、CECEL_UL:水素製造装置上限電力(kW)、CH2ST_LL:水素貯蔵タンク貯蔵下限容量(Nm)、CH2ST_UL:水素貯蔵タンク貯蔵上限容量(Nm)、CELIN_UL:水素製造供給プラント契約電力(kW)、CPV_UL:再生可能エネルギー発電電力定格(kW)、CDEMANDPENA(i):水素需要家iの水素供給ペナルティ単価(円/Nm
<Constants>
t: time, T: set of calculation time (t is an element of set T), d: day, D: set of calculation days (d is an element of set D), i: hydrogen consumers, I: set of hydrogen consumers (i is an element of set I), C ELIN_COST (t): cost of electricity received (yen/kW), C ELOUT_COST (t): cost of electricity sold (yen/kW), C WACOST (t): cost of water purchased (yen/ Nm³ ), C H2PENA : hydrogen supply penalty unit price (yen/ Nm³ ), C H2OUT (d): daily hydrogen demand ( Nm³ /d), C ECGAS_EF : electrolysis efficiency of hydrogen production equipment ( Nm³ /kWh), C GAS_WA_EF : water usage efficiency of hydrogen production equipment ( / Nm³ ), C ECEL_LL : Minimum power of hydrogen production equipment (kW), C ECEL_UL : Maximum power of hydrogen production equipment (kW), C H2ST_LL : Minimum storage capacity of hydrogen storage tank ( Nm³ ), C H2ST_UL : Maximum storage capacity of hydrogen storage tank ( Nm³ ), C ELIN_UL : Contracted power of hydrogen production supply plant (kW), C PV_UL : Renewable energy generation power rating (kW), C DEMANDPENA (i): Hydrogen supply penalty unit price for hydrogen consumer i (yen/ Nm³ )

<最適化変数>
以下の最適化変数の下限は0、上限は無限大とする。
ELIN(t):受電電力(kW)、XELOUT(t):売電電力(kW)、XECEL(t):水素製造装置消費電力(kW)、XECWA(t):水素製造装置水道使用量(m)、XECH2(t):水素製造装置水素製造量(Nm)、XH2ST(t):水素貯蔵タンク貯蔵量(Nm)、XH2OUT(t):水素供給量(Nm)、XPV(t):再生可能エネルギー発電電力予測値(kW)、XTANK(t):水素貯蔵装置消費電力(kW)、XSUPPLY(t):水素供給装置消費電力(kW)、XH2PENA(d):1日の水素供給不足量(Nm)、XPLANT(t):水素製造供給プラントのコスト(円)、XDEMAND(i,t):水素需要家iのコスト(円)、XDEMANDCOST(i,t):水素需要家iの水素価格(円/Nm)、XDEMANDIN(i,t):水素需要家iへの水素供給量(Nm)、XDEMANDPENA(i、d):水素需要家iへの1日の水素供給不足量(Nm
<Optimization Variables>
The lower bound of the following optimization variables is 0, and the upper bound is infinity.
X ELIN (t): Received power (kW), X ELOUT (t): Sold power (kW), X ECEL (t): Hydrogen production equipment power consumption (kW), X ECWA (t): Hydrogen production equipment water usage ( ), X ECH2 (t): Hydrogen production equipment hydrogen production volume ( Nm³ ), X H2ST (t): Hydrogen storage tank storage volume ( Nm³ ), X H2OUT (t): Hydrogen supply volume ( Nm³ ), X PV (t): Renewable energy power generation forecast value (kW), X TANK (t): Hydrogen storage equipment power consumption (kW), X SUPPLY (t): Hydrogen supply equipment power consumption (kW), X H2PENA (d): Daily hydrogen supply shortage ( Nm³ ), X PLANT (t): Cost of hydrogen production and supply plant (yen), X DEMAND (i, t): Cost for hydrogen consumer i (yen), X DEMANDCOST (i, t): Hydrogen price for hydrogen consumer i (yen/ Nm³ ), X DEMANDIN (i, t): Amount of hydrogen supplied to hydrogen consumer i ( Nm³ ), X DEMANDPENA (i, d): Daily hydrogen supply deficit to hydrogen consumer i ( Nm³ )

<関数>
DEMAND(i,d,X):水素需要家iの日dにおける水素需要量Xから水素供給価格を計算する関数
<Function>
f DEMAND (i, d, X): A function that calculates the hydrogen supply price from the hydrogen demand X of hydrogen consumer i on day d.

<コスト関連の制約式>
PLANT(t)=XELIN(t)×CELIN_COST(t)-XELOUT(t)×CELOUT_COST(t)+XECWA(t)×CWACOST(t)
<Cost-related constraints>
X PLANT (t) = X ELIN (t) × C ELIN_COST (t) - X ELOUT (t) × C ELOUT_COST (t) + X ECWA (t) × C WACOST (t)

DEMAND(i,t)=XDEMANDIN(i,t)×fDEMAND(i,d,XDEMANDIN(i,t)) X DEMAND (i, t)=X DEMANDIN (i, t)×f DEMAND (i, d, X DEMANDIN (i, t))

<電力需給バランス関連の制約式>
ECIN(t)-XECOUT(t)=XECEL(t)+XTANK(t)+XSUPPLY(t)-XPV(t)
<Constraint equations related to the balance of electricity supply and demand>
X ECI N(t)-X ECOUT (t)=X ECEL (t)+X TANK (t)+X SUPPLY (t)-X PV (t)

ECIN(t)≦CELIN_UL X ECI N(t)≦C ELIN_UL

PV(t)≦CPV_UL X PV (t)≦C PV_UL

<水素製造装置関連の制約式>
EC2(t)=XECEL(t)×CECGAS_EF
<Constraint equations related to hydrogen production equipment>
X EC2 (t)=X ECEL (t)×C ECGAS_EF

ECEL(t)≧CECEL_LL X ECEL (t)≧C ECEL_LL

ECEL(t)≦CECEL_UL X ECEL (t)≦C ECEL_UL

XECWA(t)=XECH2(t)×CGAS_WA_EF XECWA(t)=X ECH2 (t)×C GAS_WA_EF

<水素貯蔵装置関連の制約式>
H2ST(t)=XH2ST(t-1)+XECH2(t)+X2OUT(t)
<Constraint equations related to hydrogen storage devices>
X H2ST (t)=X H2ST (t-1)+X ECH2 (t)+X 2OUT (t)

H2ST(t)≧CH2ST_LL X H2ST (t)≧C H2ST_LL

H2ST(t)≦CH2ST_UL X H2ST (t)≦C H2ST_UL

<水素供給装置関連の制約式>
Σ[XH2OUT(t)]≧CH2OUT(d)-XH2PENA(d)
<Constraint equations related to hydrogen supply equipment>
Σ[X H2OUT (t)]≧C H2OUT (d)-X H2PENA (d)

ここで、Σは、dに属するt(tは集合dの要素)についての和を示す。 Here, Σ represents the sum of elements t belonging to set d (where t is an element of set d).

<水素需要家との需給関連の制約式> <Constraint equations related to supply and demand with hydrogen consumers>

<目的関数>
以上の条件のもとに、次の目的関数OBJを最小化する。
<Purpose Discount>
Under the above conditions, we minimize the following objective function OBJ.

この目的関数OBJの場合、水素製造供給プラント10のコスト、水素製造供給プラント10の供給不足によるペナルティ項に加えて、各水素需要家2のコスト、各水素需要家2への供給不足によるペナルティ項を考慮している。各水素需要家2のコストを評価関数で考慮することで、水素製造供給プラント10だけでなく各水素需要家2の水素価格なども最適化することが可能となる。また、各水素需要家2の水素供給ペナルティ単価は、例えば、水素需要家2が工場の場合は、水素の供給不足により製造ラインが停止することによる損失などから決定できる。 In this objective function OBJ, in addition to the cost of the hydrogen production and supply plant 10 and the penalty term due to supply shortages at the hydrogen production and supply plant 10, the costs of each hydrogen consumer 2 and the penalty terms due to supply shortages to each hydrogen consumer 2 are also considered. By considering the cost of each hydrogen consumer 2 in the evaluation function, it becomes possible to optimize not only the hydrogen production and supply plant 10 but also the hydrogen price for each hydrogen consumer 2. Furthermore, the hydrogen supply penalty unit price for each hydrogen consumer 2 can be determined, for example, if hydrogen consumer 2 is a factory, from the losses incurred due to the shutdown of the production line caused by hydrogen supply shortages.

制約条件では、各水素需要家との需給バランスを考慮している。水素製造供給プラント10の水素製造量と各水素需要家への水素供給量の合計が一致、水素製造供給プラント10の水素供給不足量と各水素需要家への水素供給不足量の合計が一致、とさせる制約条件となる。 The constraints consider the supply-demand balance with each hydrogen consumer. The constraints stipulate that the total amount of hydrogen produced by the hydrogen production and supply plant 10 equals the total amount of hydrogen supplied to each hydrogen consumer, and that the total amount of hydrogen supply shortages at the hydrogen production and supply plant 10 equals the total amount of hydrogen supply shortages at each hydrogen consumer.

以上の最適化問題を解くことで目的関数を最小とする最適化変数の値を求め、水素製造供給プラント10の運用計画に加えて、各水素需要家2への水素供給量、水素価格を含む水素供給計画を立案することが可能となる。なお、水素需要家2間で水素供給量や水素価格に差が発生した場合は、水素需要家2間でインセンティブ等のやり取りをすることで、公平性を保つことが可能となる。 By solving the optimization problem described above, the values of the optimization variables that minimize the objective function can be determined. This makes it possible to formulate a hydrogen supply plan that includes not only the operational plan for the hydrogen production and supply plant 10, but also the amount of hydrogen supplied to each hydrogen consumer 2 and the hydrogen price. Furthermore, if there are differences in the amount of hydrogen supplied or the hydrogen price among the hydrogen consumers 2, fairness can be maintained by exchanging incentives among them.

以上、説明した実施形態によれば、水素の需要に対して、それぞれの優先度を考慮した水素供給を可能とする水素供給計画装置および水素供給計画方法を提供することが可能となる。 As described above, the embodiments make it possible to provide a hydrogen supply planning device and a hydrogen supply planning method that enable hydrogen supply considering the respective priorities in response to hydrogen demand.

[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
[Other Embodiments]
Although embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. Furthermore, the features of each embodiment may be combined. Moreover, the embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Embodiments and their variations are included in the scope and spirit of the invention, as well as in the claims and their equivalents.

1…電力系統、2…水素需要家、2a…第1の水素需要家、2n…第nの水素需要家、10…水素製造供給プラント、11…再生可能エネルギー発電装置、12…所内母線、13…水素製造装置、14…水素貯蔵装置、15…水素供給装置、16…水素輸送装置、100…水素供給計画装置、111…入力部、112…水素需要家情報取得部、113…運用情報取得部、120…演算部、121…優先度導出部、122…計画演算部、123…コスト演算部、124…水素供給計画部、125…水素供給計画決定部、126…画像データ生成部、130…記憶部、131…入力情報記憶部、132…水素需要家情報記憶部、133…運用情報記憶部、140…ユーザインターフェース、200…水素供給計画システム、210…水素供給管理装置 1…Power grid, 2…Hydrogen consumers, 2a…First hydrogen consumer, 2n…nth hydrogen consumer, 10…Hydrogen production and supply plant, 11…Renewable energy power generation equipment, 12…In-house busbar, 13…Hydrogen production equipment, 14…Hydrogen storage equipment, 15…Hydrogen supply equipment, 16…Hydrogen transport equipment, 100…Hydrogen supply planning equipment, 111…Input unit, 112…Hydrogen consumer information acquisition unit, 113…Operation information acquisition unit, 120…Calculation unit, 121…Priority derivation unit, 122…Planning calculation unit, 123…Cost calculation unit, 124…Hydrogen supply planning unit, 125…Hydrogen supply plan determination unit, 126…Image data generation unit, 130…Storage unit, 131…Input information storage unit, 132…Hydrogen consumer information storage unit, 133…Operation information storage unit, 140…User interface, 200…Hydrogen supply planning system, 210…Hydrogen supply management equipment

Claims (9)

燃料物質製造供給プラントによる複数の燃料物質需要家への燃料物質の供給を計画する燃料物質供給計画装置であって、
複数の前記燃料物質需要家に関する情報である需要家情報を取得する需要家情報取得部と、
前記燃料物質製造供給プラントに関する情報である運用情報を取得する運用情報取得部と、
前記需要家情報に基づいて、複数の前記燃料物質需要家についての優先度を導出する優先度導出部と、
前記需要家情報および前記運用情報に基づいて、前記燃料物質製造供給プラントの製造量を算出する計画演算部と、
前記製造量、前記需要家情報に基づいて複数の前記燃料物質需要家への供給計画を作成する燃料物質供給計画部と、を備え、
前記需要家情報は、燃料物質需要量に加えて、付加情報として、燃料物質需要の遅延許容量、燃料物質需要の遅延許容日数、前記燃料物質需要家の貯蔵タンクの残量のいずれか1つを含み、
前記燃料物質供給計画部は、前記燃料物質需要量および前記付加情報に基づいて、複数の前記燃料物質需要家ごとの価格の計画を含む供給計画を作成すること、
特徴とする燃料物質供給計画装置。
A fuel material supply planning device that plans the supply of fuel materials to multiple fuel material consumers by a fuel material manufacturing and supply plant,
A customer information acquisition unit acquires customer information, which is information relating to multiple fuel material consumers,
An operation information acquisition unit that acquires operation information, which is information relating to the fuel material manufacturing and supply plant,
A priority derivation unit that derives a priority for a plurality of fuel material consumers based on the aforementioned consumer information,
A planning calculation unit calculates the production volume of the fuel material manufacturing and supply plant based on the aforementioned customer information and operational information,
The system includes a fuel material supply planning unit that creates a supply plan to a plurality of fuel material consumers based on the production volume and consumer information,
The aforementioned customer information includes, in addition to the amount of fuel material demand, one of the following as additional information: the allowable delay amount for fuel material demand, the allowable number of days for fuel material demand delay, or the remaining amount in the fuel material customer's storage tank.
The fuel material supply planning unit creates a supply plan that includes a price plan for each of the multiple fuel material consumers, based on the fuel material demand and the additional information.
A fuel material supply planning device characterized by the following.
前記優先度導出部は、複数の前記燃料物質需要家に対する順位、または、複数の前記燃料物質需要家のそれぞれの重み係数を用いることを特徴とする請求項1に記載の燃料物質供給計画装置。 The fuel material supply planning device according to claim 1, characterized in that the priority derivation unit uses the ranking of the multiple fuel material consumers, or the respective weighting coefficients of the multiple fuel material consumers. 前記優先度導出部は、複数の前記燃料物質需要家のそれぞれの燃料物質需要量を複数に分割した燃料物質需要に対して優先度を導出することを特徴とする請求項1に記載の燃料物質供給計画装置。 The fuel material supply planning apparatus according to claim 1, characterized in that the priority derivation unit derives a priority for the fuel material demand obtained by dividing the fuel material demand of each of the multiple fuel material consumers into multiple parts. 前記計画演算部は、複数の前記燃料物質需要家の燃料物質価格に対する許容度の関係を用いて演算することを特徴とする請求項1に記載の燃料物質供給計画装置。 The fuel supply planning device according to claim 1, characterized in that the planning calculation unit performs calculations using the relationship between the tolerance levels of multiple fuel material consumers for fuel material prices. 前記計画演算部は、複数の前記燃料物質需要家の燃料物質需要量に対する燃料物質価格の関係を用いて演算することを特徴とする請求項1に記載の燃料物質供給計画装置。 The fuel supply planning device according to claim 1, characterized in that the planning calculation unit performs calculations using the relationship between the fuel material price and the fuel material demand of a plurality of fuel material consumers. 前記製造量を変化させて利益が最大のケースを供給計画として決定する燃料物質供給計画決定部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料物質供給計画装置。 The fuel material supply planning apparatus according to claim 1, further comprising a fuel material supply planning determination unit that determines the case with the greatest profit by varying the production volume. 前記供給計画を表示する表示部と、前記優先度導出部、前記計画演算部、前記燃料物質供給計画部のいずれかの演算条件を入力可能な入力部とを有するユーザインターフェースと、
前記ユーザインターフェースに表示させる画像データを作成する画像データ生成部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料物質供給計画装置。
A user interface having a display unit for displaying the supply plan and an input unit for inputting calculation conditions for any of the priority derivation unit, the planning calculation unit, or the fuel material supply plan unit,
An image data generation unit that creates image data to be displayed on the user interface,
The fuel material supply planning device according to claim 1, characterized by comprising:
請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の燃料物質供給計画装置と、
複数の前記燃料物質需要家との情報の授受と、前記燃料物質供給計画装置との情報の授受を行い、前記燃料物質需要家の要求と、前記燃料物質供給計画装置による前記供給計画との調整を行う燃料物質供給管理装置と、
を具備し、
前記需要家情報取得部は、前記燃料物質供給管理装置からも前記需要家情報を取得する、
ことを特徴とす燃料物質供給計画システム。
A fuel material supply planning device according to any one of claims 1 to 7 ,
A fuel material supply management device that exchanges information with multiple fuel material consumers and with the fuel material supply planning device, and coordinates the requests of the fuel material consumers with the supply plan by the fuel material supply planning device,
It is equipped with,
The customer information acquisition unit also acquires the customer information from the fuel material supply management device.
A fuel material supply planning system characterized by the following:
燃料物質製造供給プラントによる複数の燃料物質需要家への燃料物質の供給を計画する燃料物質供給計画方法であって、
需要家情報取得部が、複数の前記燃料物質需要家に関する情報である需要家情報を取得するステップと、
運用情報取得部が、前記燃料物質製造供給プラントに関する情報である運用情報を取得するステップと、
優先度導出部が、前記需要家情報に基づいて、複数の前記燃料物質需要家についての優先度を導出するステップと、
計画演算部が、前記需要家情報および前記運用情報に基づいて、前記燃料物質製造供給プラントの製造量を算出するステップと、
燃料物質供給計画部が、前記製造量、前記需要家情報に基づいて複数の前記燃料物質需要家への供給計画を作成するステップと、を有し、
前記需要家情報は、燃料物質需要量に加えて、付加情報として、燃料物質需要の遅延許容量、燃料物質需要の遅延許容日数、前記燃料物質需要家の貯蔵タンクの残量のいずれか1つを含み、
前記供給計画を作成するステップは、前記燃料物質需要量および前記付加情報に基づいて、複数の前記燃料物質需要家ごとの価格の計画を含む供給計画を作成すること、
特徴とする燃料物質供給計画方法。
A fuel material supply planning method for planning the supply of fuel materials to multiple fuel material consumers by a fuel material manufacturing and supply plant,
The customer information acquisition unit acquires customer information, which is information relating to multiple fuel material customers.
The operational information acquisition unit acquires operational information, which is information relating to the fuel material manufacturing and supply plant.
The priority derivation unit derives priorities for a plurality of fuel material consumers based on the consumer information,
The planning calculation unit calculates the production volume of the fuel material manufacturing and supply plant based on the customer information and the operational information,
The fuel material supply planning unit has the step of creating a supply plan to a plurality of fuel material consumers based on the production volume and the consumer information,
The aforementioned customer information includes, in addition to the amount of fuel material demand, one of the following as additional information: the allowable delay amount for fuel material demand, the allowable number of days for fuel material demand delay, or the remaining amount in the fuel material customer's storage tank.
The step of creating the supply plan is to create a supply plan that includes a price plan for each of the multiple fuel material consumers, based on the fuel material demand and the additional information.
A fuel material supply planning method characterized by the following .
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