特開 2024-131539 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024131539

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   G06Q 50/06 20240101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

G06Q50/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023041870

(22)【出願日】2023-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田丸 慎悟

(72)【発明者】

【氏名】久保田 和人

(72)【発明者】

【氏名】秋葉 剛史

(72)【発明者】

【氏名】山根 史之

【テーマコード（参考）】

5L049

5L050

【Ｆターム（参考）】

5L049CC06

5L050CC06

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】実施形態によれば、燃料物質供給計画装置１００は、複数の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１１２と、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１１３と、需要家情報に基づいて複数の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１２１と、需要家情報および運用情報に基づいて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１２２と、製造量および需要家情報に基づいて複数の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１２４を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
を備えることを特徴とする燃料物質供給計画装置。

【請求項2】

前記供給計画は、複数の前記燃料物質需要家ごとの価格の計画を含む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。

【請求項3】

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つを含む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。

【請求項4】

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請求項３に記載の燃料物質供給計画装置。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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。

【請求項8】

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。

【請求項9】

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。

【請求項10】

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。

【請求項11】

請求項１ないし請求項１０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、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料物質供給計画システム。

【請求項12】

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、
を有することを特徴とする燃料物質供給計画方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１７２２２４号

【特許文献2】特許第６４８０２７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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、を備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【図11】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。

【図12】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。

【図13】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。

【図14】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。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

［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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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）。

【0044】

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。

【0045】

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）。

【0046】

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。

【0047】

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）。

【0048】

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）。

【0049】

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。

【0050】

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）。

【0051】

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。

【0052】

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）。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

水素需要家情報としては、対象とする日の水素需要量（Ｎｍ^３）および、付加情報として、遅延許容量（Ｎｍ^３）、遅延許容日数（日）、タンク残量（Ｎｍ^３）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。

【0057】

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。

【0058】

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^３）、０（Ｎｍ^３）、０（日）、２００（Ｎｍ^３）、水素需要家Ｂは、５０００（Ｎｍ^３）、２０００（Ｎｍ^３）、１（日）、１０００（Ｎｍ^３）、水素需要家Ｃは、１００００（Ｎｍ^３）、３０００（Ｎｍ^３）、２（日）、３０００（Ｎｍ^３）、水素需要家Ｄは、７０００（Ｎｍ^３）、４０００（Ｎｍ^３）、１（日）、２０００（Ｎｍ^３）である。この結果、当日の水素需要量の合計は、２３，０００Ｎｍ^３である。

【0059】

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^３であった場合、水素需要量の総量２３，０００Ｎｍ^３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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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^３のＢ１と１日の遅延を許可する２０００ｍ^３のＢ２に分割する。水素需要家Ｃについては、７０００Ｎｍ^３のＣ１と２日の遅延を許可する３０００ｍ^３のＣ２に分割する。また、水素需要家Ｄについては、３０００Ｎｍ^３のＤ１と１日の遅延を許可する４０００ｍ^３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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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Ｘ_ＰＶ（ｔ）、所内母線１２の電力系統１からの受電電力（ｋＷ）はＸ_ＥＬＩＮ（ｔ）、所内母線１２の電力系統１への売電電力（ｋＷ）はＸ_{ＥＬＯＵＴ}（ｔ）、水素製造装置１３の消費電力（ｋＷ）はＸ_ＥＣＥＬ（ｔ）、水素貯蔵装置１４の消費電力（ｋＷ）はＸ_ＴＡＮＫ（ｔ）、水素供給装置１５の消費電力（ｋＷ）はＸ_{ＳＵＰＰＬＹ}（ｔ）で表す。

【0072】

また、水素に関しては、水素製造装置１３での水素製造量（Ｎｍ^３）はＸ_ＥＣＨ２（ｔ）、水素貯蔵タンク装置１４での貯蔵量（Ｎｍ^３）はＸ_Ｈ２ＳＴ（ｔ）、水素供給装置１５による水素供給量（Ｎｍ^３）はＸ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｔ）、水素輸送装置１６による１日の輸送量（Ｎｍ^３）はＸ_{Ｈ２ＯＵＴ}（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^３）はＸ_{Ｈ２ＰＥＮＡ}（ｄ）で表す。

【0073】

また、水素製造装置１３による水道使用量（ｍ^３）はＸ_ＥＣＷＡ（ｔ）で表す。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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）、Ｃ_{ＥＬＩＮ＿ＣＯＳＴ}（ｔ）：受電電力コスト単価、Ｃ_{ＥＬＯＵＴ＿ＣＯＳＴ}（ｔ）：売電電力コスト単価、Ｃ_{ＷＡＣＯＳＴ}（ｔ）：購入水道コスト単価、Ｃ_{Ｈ２ＰＥＮＡ}：水素供給ペナルティ単価、Ｃ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｄ）：１日の水素需要量、Ｃ_{ＥＣＧＡＳ＿ＥＦ}：水素製造装置電解効率（Ｎｍ^３／ｋＷｈ）、Ｃ_{ＧＡＳ＿ＷＡ＿ＥＦ}：水素製造装置水道使用効率（ｍ^３／Ｎｍ^３）、Ｃ_{ＥＣＥＬ＿ＬＬ}：水素製造装置下限電力（ｋＷ）、Ｃ_{ＥＣＥＬ＿ＵＬ}：水素製造装置上限電力（ｋＷ）、Ｃ_{Ｈ２ＳＴ＿ＬＬ}：水素貯蔵タンク貯蔵下限容量（Ｎｍ^３）、Ｃ_{Ｈ２ＳＴ＿ＵＬ}：水素貯蔵タンク貯蔵上限容量（Ｎｍ^３）、Ｃ_{ＥＬＩＮ＿ＵＬ}：水素製造供給プラント契約電力（ｋＷ）、Ｃ_{ＰＶ＿ＵＬ}：再生可能エネルギー発電装置１１の発電電力定格（ｋＷ）、Ｃ_{Ｈ２＿ＵＬ}：１日の水素製造量上限値（Ｎｍ^３）、Ｃ_{Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ}（ｔ）：水素製造供給プラント稼働フラグ（０：停止、１：運転）。

【0077】

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。

【0078】

＜電力需給バランス関連の制約条件＞
Ｘ_ＥＣＩＮ（ｔ）－Ｘ_{ＥＣＯＵＴ}（ｔ）＝Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）＋Ｘ_ＴＡＮＫ（ｔ）＋Ｘ_{ＳＵＰＰＬＹ}（ｔ）－Ｘ_ＰＶ（ｔ）

【0079】

Ｘ_ＥＬＩＮ（ｔ）≦Ｃ_{ＥＬＩＮ＿ＵＬ}

【0080】

Ｘ_ＰＶ（ｔ）≦Ｃ_{ＰＶ＿ＵＬ}

【0081】

＜水素製造装置関連の制約条件＞
Ｘ_ＥＣＨ２（ｔ）＝Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）×Ｃ_{Ｏｏｅｒａｔｉｏｎ}（ｔ）×Ｃ_{ＥＣＧＡＳＥＦ}

【0082】

Ｘ_ＥＣＨ２（ｔ）≦Ｃ_{Ｈ２＿ＵＬ}

【0083】

Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）≧Ｃ_{ＥＣＥＬ＿ＬＬ}

【0084】

Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）≦Ｃ_{ＥＣＥＬ＿ＵＬ}

【0085】

Ｘ_ＥＣＷＡ（ｔ）＝Ｘ_ＥＣＨ２（ｔ）×Ｃ_{ＧＡＳ＿ＷＡ＿ＥＦ}

【0086】

＜水素貯蔵関連の制約条件＞
Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ）＝Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ－１）＋Ｘ_ＥＣＨ２（ｔ）＋Ｘ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｔ）

【0087】

Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ）≧Ｃ_{Ｈ２ＳＴ＿ＬＬ}

【0088】

Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ）≦Ｃ_{Ｈ２ＳＴ＿ＵＬ}

【0089】

＜水素供給関連の制約条件＞
Σ（Ｘ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｔ））≧Ｃ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｄ）－Ｘ_{Ｈ２ＰＥＮＡ}（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。

【0090】

＜目的関数＞
次の目的関数ＯＢｊを最小化する。

【0091】

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}
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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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^３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。

【0096】

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^３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^３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。

【0097】

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。

【0098】

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^３であるとする。

【0099】

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。

【0100】

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^３（１００円／Ｎｍ^３）、水素需要家Ｂは５０００Ｎｍ^３（７０円／Ｎｍ^３）、水素需要家Ｃは７０００Ｎｍ^３（５０円／Ｎｍ^３）、水素需要家Ｄは７０００Ｎｍ^３（６０円／Ｎｍ^３）である。また、１日後は、水素需要家Ｃが３０００Ｎｍ^３（３０円／Ｎｍ^３）である。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

水素価格の決定については、たとえば、水素製造コスト２０Ｎｍ^３／Ｎｍ^３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。

【0105】

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^３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。

【0106】

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。

【0107】

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^３となり、１日の水素製造量１０，０００Ｎｍ^３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^３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。

【0108】

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。

【0109】

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。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

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。

【0119】

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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

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。

【0123】

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。

【0124】

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。

【0125】

「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。

【0126】

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。

【0127】

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。

【0128】

［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。

【0129】

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、

【0130】

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。

【0131】

＜定数＞
ｉ：水素需要家の集合、ｑ（ｉ）：: 水素需要家の重み係数

【0132】

＜最適化変数＞
Ｘ_{Ｈ２ＣＯＳＴ}（ｔ）：需要家ｉの水素価格（円／Ｎｍ^３）、Ｘ_{ＡＬＬＯＷ}（ｉ）：需要家ｉの許容度（％）

【0133】

＜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

【0134】

＜制約式＞
Ｘ_{ＡＬＬＯＷ}（ｉ）＝ｆ（ｉ，Ｘ_{Ｈ２ＣＯＳＴ}（ｉ））

【0135】

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。
Ｘ_{Ｈ２ＣＯＳＴ}（１）＝・・・＝Ｘ_{Ｈ２ＣＯＳＴ}（Ｉ）

【0136】

＜目的関数＞
次の目的関数ＯＢＪを最大化する。
ＯＢＪ＝Σ［Ｘ_{Ｈ２ＣＯＳＴ}（ｉ）＋ｑ（ｉ）×Ｘ_{ＡＬＬＯＷ}（ｉ）］

【0137】

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。

【0138】

［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。

【0139】

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^３]、縦軸は水素価格[円／Ｎｍ^３]である。

【0140】

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、

【0141】

＜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）、Ｃ_{ＥＬＩＮ＿ＣＯＳＴ}（ｔ）：受電電力コスト単価（円／ｋＷ）、Ｃ_{ＥＬＯＵＴ＿ＣＯＳＴ}（ｔ）：売電電力コスト単価（円／ｋＷ）、Ｃ_{ＷＡＣＯＳＴ}（ｔ）：購入水道コスト単価（円／Ｎｍ^３）、Ｃ_{Ｈ２ＰＥＮＡ}：水素供給ペナルティ単価（円／Ｎｍ^３）、Ｃ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｄ）：１日の水素需要量（Ｎｍ^３／ｄ）、Ｃ_{ＥＣＧＡＳ＿ＥＦ}：水素製造装置電解効率（Ｎｍ^３／ｋＷｈ）、Ｃ_{ＧＡＳ＿ＷＡ＿ＥＦ}：水素製造装置水道使用効率（ｍ^３／Ｎｍ^３）、Ｃ_{ＥＣＥＬ＿ＬＬ}：水素製造装置下限電力（ｋＷ）、Ｃ_{ＥＣＥＬ＿ＵＬ}：水素製造装置上限電力（ｋＷ）、Ｃ_{Ｈ２ＳＴ＿ＬＬ}：水素貯蔵タンク貯蔵下限容量（Ｎｍ^３）、Ｃ_{Ｈ２ＳＴ＿ＵＬ}：水素貯蔵タンク貯蔵上限容量（Ｎｍ^３）、Ｃ_{ＥＬＩＮ＿ＵＬ}：水素製造供給プラント契約電力（ｋＷ）、Ｃ_{ＰＶ＿ＵＬ}：再生可能エネルギー発電電力定格（ｋＷ）、Ｃ_{ＤＥＭＡＮＤＰＥＮＡ}（ｉ）：水素需要家ｉの水素供給ペナルティ単価（円／Ｎｍ^３）

【0142】

＜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。
Ｘ_ＥＬＩＮ（ｔ）：受電電力（ｋＷ）、Ｘ_ＥＬＯＵＴ（ｔ）：売電電力（ｋＷ）、Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）：水素製造装置消費電力（ｋＷ）、Ｘ_ＥＣＷＡ（ｔ）：水素製造装置水道使用量（ｍ^３）、Ｘ_ＥＣＨ２（ｔ）：水素製造装置水素製造量（Ｎｍ^３）、Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ）：水素貯蔵タンク貯蔵量（Ｎｍ^３）、Ｘ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｔ）：水素供給量（Ｎｍ^３）、Ｘ_ＰＶ（ｔ）：再生可能エネルギー発電電力予測値（ｋＷ）、Ｘ_ＴＡＮＫ（ｔ）：水素貯蔵装置消費電力（ｋＷ）、Ｘ_{ＳＵＰＰＬＹ}（ｔ）：水素供給装置消費電力（ｋＷ）、Ｘ_{Ｈ２ＰＥＮＡ}（ｄ）：１日の水素供給不足量（Ｎｍ^３）、Ｘ_{ＰＬＡＮＴ}（ｔ）：水素製造供給プラントのコスト（円）、Ｘ_{ＤＥＭＡＮＤ}（ｉ，ｔ）：水素需要家ｉのコスト（円）、Ｘ_{ＤＥＭＡＮＤＣＯＳＴ}（ｉ，ｔ）：水素需要家ｉの水素価格（円／Ｎｍ^３）、Ｘ_{ＤＥＭＡＮＤＩＮ}（ｉ，ｔ）：水素需要家ｉへの水素供給量（Ｎｍ^３）、Ｘ_{ＤＥＭＡＮＤＰＥＮＡ}（ｉ、ｄ）：水素需要家ｉへの１日の水素供給不足量（Ｎｍ^３）

【0143】

＜関数＞
ｆ_{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

【0144】

＜コスト関連の制約式＞
Ｘ_{ＰＬＡＮＴ}（ｔ）＝Ｘ_ＥＬＩＮ（ｔ）×Ｃ_{ＥＬＩＮ＿ＣＯＳＴ}（ｔ）－Ｘ_{ＥＬＯＵＴ}（ｔ）×Ｃ_{ＥＬＯＵＴ＿ＣＯＳＴ}（ｔ）＋Ｘ_ＥＣＷＡ（ｔ）×Ｃ_{ＷＡＣＯＳＴ}（ｔ）

【0145】

Ｘ_{ＤＥＭＡＮＤ}（ｉ，ｔ）＝Ｘ_{ＤＥＭＡＮＤＩＮ}（ｉ，ｔ）×ｆ_{ＤＥＭＡＮＤ}（ｉ，ｄ，Ｘ_{ＤＥＭＡＮＤＩＮ}（ｉ，ｔ））

【0146】

＜電力需給バランス関連の制約式＞
Ｘ_ＥＣＩＮ（ｔ）－Ｘ_{ＥＣＯＵＴ}（ｔ）＝Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）＋Ｘ_ＴＡＮＫ（ｔ）＋Ｘ_{ＳＵＰＰＬＹ}（ｔ）－Ｘ_ＰＶ（ｔ）

【0147】

Ｘ_ＥＣＩＮ（ｔ）≦Ｃ_{ＥＬＩＮ＿ＵＬ}

【0148】

Ｘ_ＰＶ（ｔ）≦Ｃ_{ＰＶ＿ＵＬ}

【0149】

＜水素製造装置関連の制約式＞
Ｘ_ＥＣ２（ｔ）＝Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）×Ｃ_{ＥＣＧＡＳ＿ＥＦ}

【0150】

Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）≧Ｃ_{ＥＣＥＬ＿ＬＬ}

【0151】

Ｘ_ＥＣＥＬ（ｔ）≦Ｃ_{ＥＣＥＬ＿ＵＬ}

【0152】

ＸＥＣＷＡ（ｔ）＝Ｘ_ＥＣＨ２（ｔ）×Ｃ_{ＧＡＳ＿ＷＡ＿ＥＦ}

【0153】

＜水素貯蔵装置関連の制約式＞
Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ）＝Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ－１）＋Ｘ_ＥＣＨ２（ｔ）＋Ｘ_２ＯＵＴ（ｔ）

【0154】

Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ）≧Ｃ_{Ｈ２ＳＴ＿ＬＬ}

【0155】

Ｘ_Ｈ２ＳＴ（ｔ）≦Ｃ_{Ｈ２ＳＴ＿ＵＬ}

【0156】

＜水素供給装置関連の制約式＞
Σ［Ｘ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｔ）］≧Ｃ_{Ｈ２ＯＵＴ}（ｄ）－Ｘ^{Ｈ２ＰＥＮＡ}（ｄ）

【0157】

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。

【0158】

＜水素需要家との需給関連の制約式＞

【0159】

【数1】

【0160】

【数2】

【0161】

＜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。

【0162】

【数3】

【0163】

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。

【0164】

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。

【0165】

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。

【0166】

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。

【0167】

［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。

【符号の説明】

【0168】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】