特開 2024-151873 設計支援装置、設計支援プログラム、及び設計支援方法

(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】P2024151873

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】設計支援装置、設計支援プログラム、及び設計支援方法

(51)【国際特許分類】

   G06Q 50/04 20120101AFI20241018BHJP

   G06Q 10/00 20230101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

G06Q50/04

G06Q10/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023065639

(22)【出願日】2023-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003285

【氏名又は名称】千代田化工建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(72)【発明者】

【氏名】川井 英司

(72)【発明者】

【氏名】古市 和也

(72)【発明者】

【氏名】小山 貴範

【テーマコード（参考）】

5L010

5L049

5L050

【Ｆターム（参考）】

5L010AA01

5L049AA01

5L049CC03

5L050CC03

(57)【要約】

【課題】電力を用いて物又はエネルギーを生成するシステムの設計を適切に支援する。
【解決手段】設計支援装置１０は、電力を用いて原料から最終生成物を生成するプラントにおいて生成される最終生成物に要求される仕様を取得する仕様取得部２１と、原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路のプラントの設置場所における良否に影響し得る条件を取得する条件取得部２２と、仕様取得部２１により取得された仕様と、条件取得部２２により取得された条件とに基づいて、複数の生成経路の中からプラントにおいて推奨される生成経路を選択する生成経路選択部２４と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を用いて原料から最終生成物を生成するプラントにおいて生成される最終生成物に要求される仕様を取得する仕様取得部と、
原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路の前記プラントの設置場所における良否に影響し得る条件を取得する条件取得部と、
前記仕様取得部により取得された前記仕様と、前記条件取得部により取得された前記条件とに基づいて、前記複数の生成経路の中から前記プラントにおいて推奨される生成経路を選択する生成経路選択部と、
を備える設計支援装置。

【請求項2】

前記条件取得部は、前記複数の生成経路のそれぞれに用いられる電力、原料、及び構成要素のうち少なくとも１つの前記プラントの設置場所におけるＣＡＰＥＸ、ＯＰＥＸ、入手条件、及び耐用年数のうち少なくとも１つ、前記複数の生成経路における前記最終生成物の収率、並びに前記複数の生成経路のそれぞれにおいて排出される排出物の前記プラントの設置場所における排出条件を前記条件として取得する
請求項１に記載の設計支援装置。

【請求項3】

前記生成経路選択部は、前記プラントのＣＡＰＥＸ、ＯＰＥＸ、製造単価、ＣＯ_２排出量・削減量、所定期間における前記プラントの運用コスト、及び所定期間に前記プラントにおいて生成される最終生成物の収益のうちいずれか１つ、又はそれらのうち任意の２以上の組合せに基づいて、前記複数の生成経路の中から前記プラントにおいて推奨される生成経路を選択する
請求項１又は２に記載の設計支援装置。

【請求項4】

前記複数の生成経路のうちいずれかの生成経路が採用されたプラントのＣＡＰＥＸ、ＯＰＥＸ、製造単価、ＣＯ_２排出量・削減量、所定期間における前記プラントの運用コスト、及び所定期間に前記プラントにおいて生成される最終生成物の収益のうちいずれか１つ、又はそれらのうち任意の２以上の組合せを提示する提示部を備える
請求項３に記載の設計支援装置。

【請求項5】

コンピュータを、
電力を用いて原料から最終生成物を生成するプラントにおいて生成される最終生成物に要求される仕様を取得する仕様取得部と、
原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路の前記プラントの設置場所における良否に影響し得る条件を取得する条件取得部と、
前記仕様取得部により取得された前記仕様と、前記条件取得部により取得された前記条件とに基づいて、前記複数の生成経路の中から前記プラントにおいて推奨される生成経路を選択する生成経路選択部と、
として機能させるための設計支援プログラム。

【請求項6】

コンピュータに、
電力を用いて原料から最終生成物を生成するプラントにおいて生成される最終生成物に要求される仕様を取得するステップと、
原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路の前記プラントの設置場所における良否に影響し得る条件を取得するステップと、
前記仕様と、前記条件とに基づいて、前記複数の生成経路の中から前記プラントにおいて推奨される生成経路を選択するステップと、
を実行させる設計支援方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力を用いて物又はエネルギーを生成するシステムの設計を支援する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電力を何らかのエネルギーに変換して貯蔵、利用するための技術（Power-to-X）が注目されている。例えば、特許文献１には、発電量の情報を記憶した発電量ＤＢと、需要量の情報を記憶した需要量ＤＢと、輸送手段の情報を記憶した輸送手段ＤＢと、設備の情報を記憶した設備ＤＢと、エネルギー単価の情報を記憶したエネルギー価格ＤＢとを参照して、再生可能エネルギーを用いた発電、ガスエネルギーの生成、輸送及び需要のタイミングを考慮したエネルギーフローの最適化手法を用いて、供給側、需要家又はガスエネルギー需給システム全体の収益を最大化するための各設備の容量及び運転計画、輸送量及び輸送スケジュールを算出する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１４４８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電力や原料の調達元、電力を用いて原料から製品を生成する反応経路、プラントの建設地における排出物の制限、製品の需要、製品の市場価格など、プラントの建設や運用に影響を与える因子は数多く存在する。本発明者らは、これらの因子の膨大な組合せの中から最適な組合せを見出すのは困難であることを課題として認識した。

【0005】

本開示の目的は、電力を用いて物又はエネルギーを生成するシステムの設計、運転、生産計画などを適切に支援することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示のある態様の設計支援装置は、電力を用いて原料から最終生成物を生成するプラントにおいて生成される最終生成物に要求される仕様を取得する仕様取得部と、原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路のプラントの設置場所における良否に影響し得る条件を取得する条件取得部と、仕様取得部により取得された仕様と、条件取得部により取得された条件とに基づいて、複数の生成経路の中からプラントにおいて推奨される生成経路を選択する生成経路選択部と、を備える。

【0007】

本開示の別の態様は、設計支援プログラムである。このプログラムは、コンピュータに、電力を用いて原料から最終生成物を生成するプラントにおいて生成される最終生成物に要求される仕様を取得する仕様取得部と、原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路のプラントの設置場所における良否に影響し得る条件を取得する条件取得部と、仕様取得部により取得された仕様と、条件取得部により取得された条件とに基づいて、複数の生成経路の中からプラントにおいて推奨される生成経路を選択する生成経路選択部と、として機能させる。

【0008】

本開示の更に別の態様は、設計支援方法である。この方法は、コンピュータに、電力を用いて原料から最終生成物を生成するプラントにおいて生成される最終生成物に要求される仕様を取得するステップと、原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路のプラントの設置場所における良否に影響し得る条件を取得するステップと、仕様と、条件とに基づいて、複数の生成経路の中からプラントにおいて推奨される生成経路を選択するステップと、を実行させる。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、電力を用いて物又はエネルギーを生成するシステムの設計、運転、生産計画などを適切に支援することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】燃料製造プラントにおいて燃料を生成するための生成経路の例を示す図である。

【図2】実施の形態に係る設計支援装置の構成を示す図である。

【図3】実施の形態に係る設計支援方法の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、燃料製造プラント１において燃料を生成するための生成経路の例を示す。電力を用いて原料から液体炭化水素燃料などの最終生成物を生成する燃料製造プラント１において、最終生成物を生成することが可能な生成経路は複数存在する。例えば、プロセス技術Ａは、電力を用いて原料Ｘと原料Ｙから製品Ｐを生成する。プロセス技術Ｂは、電力を用いて原料Ｘと原料Ｚから製品Ｐと製品Ｑを生成する。電力として、再生可能エネルギー電力供給源から供給される電力やそれを貯蔵したものを用いることもできるし、既設又は新設の電力系統から供給される電力やそれを貯蔵したものを用いることもできる。また、プロセス技術Ａ及びプロセス技術Ｂの原料である原料Ｘとして、原料Ｘ供給源Ａから供給される原料Ｘを用いることもできるし、原料Ｘ供給源Ｂから供給される原料Ｘを用いることもできる。また、電力、原料、中間生成物などが既設プラントとの間で融通される場合もある。原料や中間生成物を変換するためのプロセス技術が、貯蔵設備を含む場合もある。複数のプロセス技術が、任意の順序や組合せで実行される場合もある。図１では、電力の供給経路や原料の入手経路などを含む最終生成物の生成経路を簡略化して示しているが、実際には、より多くの電力供給源、原料、原料供給源、プロセス技術、中間生成物、最終生成物などが存在しうるので、生成経路はより複雑で多岐にわたる可能性がある。電力や原料を得るための最適な方法は、燃料製造プラント１が建設される国や地域における電力や原料の価格、入手の容易さ、電力や原料の供給システムの建設費、運用コスト、収率、耐用年数などによって異なりうる。

【0013】

このように、燃料製造プラント１を建設する際には、要求される仕様に合った最終生成物を生成するための複数の生成経路の中から、建設費用、運用コスト、稼働率、収益、製品収量、製品収率、二酸化炭素排出量などを最適化することが可能な生成経路を見出す必要がある。しかし、電力や原料の調達元、電力を用いて原料から製品を生成する反応経路、プラントの建設地における排出物の制限、製品の需要、製品の市場価格など、プラントの建設や運用に影響を与える因子は数多く存在するので、これらの因子の膨大な組合せの中から最適な組合せを見出すのは困難である。

【0014】

本実施の形態の設計支援装置は、燃料製造プラント１において実行されるプロセスを予測するための予測モデルを用いて、複数の生成経路を構成する反応器や蒸留塔などの構成要素のそれぞれにおいてプロセスが実行されたときの反応速度、収量、収率、二酸化炭素排出量、コストなどを予測する。設計支援装置は、予測結果に基づいて、複数の生成経路のそれぞれを採用した場合の燃料製造プラント１の建設費用、運用コスト、稼働率、収益、製品収量、製品収率、二酸化炭素排出量などを算出する。設計支援装置は、複数の生成経路のうち所定の目的関数を最適化する生成経路を選択する。これにより、燃料製造プラント１に要求される仕様や、燃料製造プラント１が建設される国や地域などに応じて、最適な生成経路が採用された燃料製造プラント１の構成を的確かつ迅速に提案することができるので、電力を用いて物又はエネルギーを生成するシステムの設計、運転、生産計画などを適切に支援することができる。

【0015】

図２は、実施の形態に係る設計支援装置の構成を示す。設計支援装置１０は、通信装置１１、表示装置１２、入力装置１３、処理装置２０、及び記憶装置３０を備える。

【0016】

通信装置１１は、無線又は有線による通信を制御する。通信装置１１は、インターネットなどの通信網を介して、他の装置との間でデータを送受信する。表示装置１２は、処理装置２０により生成された表示画像を表示する。入力装置１３は、処理装置２０に指示を入力する。

【0017】

記憶装置３０は、処理装置２０が使用するデータ及びコンピュータプログラムを格納する。記憶装置３０は、プラント予測モデル３１、条件保持部３２、及びプラントデータベース３３を格納する。

【0018】

プラント予測モデル３１は、複数の生成経路を構成する構成要素におけるプロセスの実行を予測する。プラント予測モデル３１は、反応器などの構成要素におけるプロセスの実行を個別に予測するシミュレータなどであってもよいし、複数の構成要素におけるプロセスの実行を統括的に予測するモデルなどであってもよい。プラント予測モデル３１は、反応器などの構成要素の内部における流体の状態をシミュレートするための数値流体力学（ＣＦＤ）モデルなどであってもよい。プラント予測モデル３１は、構成要素を運転させたときの実績データや、構成要素の運転を予測するためのシミュレータにより計算されたシミュレーションデータを学習データとして学習された代理モデルであってもよい。プラント予測モデル３１は、原料の種類、量、温度、圧力、反応の温度、圧力、触媒の種類、量などの入力情報を入力し、生成物の収量、収率、反応速度、運転コスト、収益、二酸化炭素排出量などの出力情報を出力するものであってもよい。

【0019】

条件保持部３２は、燃料製造プラント１が設置される場所における気温、湿度、建設条件、二酸化炭素や廃液などの排出物の排出条件などの情報を保持する。

【0020】

プラントデータベース３３は、燃料製造プラント１に関する情報を格納する。プラントデータベース３３は、最終生成物を生成するための反応経路の内容、反応経路を構成する各構成要素の種類、価格、性能、設置条件、原料の価格、入手条件、最終生成物の価格、流通経路などの条件を保持する。

【0021】

処理装置２０は、仕様取得部２１、条件取得部２２、プラント予測部２３、生成経路選択部２４、及び提示部２５を備える。これらの構成は、ハードウエアコンポーネントでいえば、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、又はそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0022】

仕様取得部２１は、燃料製造プラント１において生成される最終生成物に要求される仕様を取得する。仕様は、最終生成物の種類、組成、純度、需要量、収率、価格などであってもよい。

【0023】

条件取得部２２は、原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路の燃料製造プラント１の設置場所における良否に影響し得る条件を取得する。条件取得部２２は、複数の生成経路のそれぞれに用いられる電力、原料、及び構成要素のうち少なくとも１つの燃料製造プラント１の設置場所におけるＣＡＰＥＸ、ＯＰＥＸ、入手条件、及び耐用年数のうち少なくとも１つ、複数の生成経路における最終生成物の収率、並びに複数の生成経路のそれぞれにおいて排出される排出物のプラントの設置場所における排出条件などを条件として取得する。

【0024】

プラント予測部２３は、複数の生成経路のそれぞれにおいて実行されるプロセスを予測する。プラント予測部２３は、プラントデータベース３３を参照して、仕様取得部２１により取得された仕様に合った最終生成物を生成するための複数の生成経路を取得する。プラント予測部２３は、プラント予測モデル３１を用いて、条件取得部２２により取得された条件にしたがって、複数の生成経路のそれぞれにおいて実行されるプロセスを予測する。

【0025】

生成経路選択部２４は、仕様取得部２１により取得された仕様と、条件取得部２２により取得された条件とに基づいて、複数の生成経路の中から燃料製造プラント１において推奨される生成経路を選択する。生成経路選択部２４は、プラント予測部２３による予測結果に基づいて、複数の生成経路のそれぞれを採用した場合の燃料製造プラント１の建設費用、運用コスト、稼働率、収益、製品収量、製品収率、二酸化炭素排出量などを算出する。生成経路選択部２４は、最適経路問題の解法などを用いて、所定の目的関数を最適化する生成経路を選択する。目的関数は、燃料製造プラント１のＣＡＰＥＸ、ＯＰＥＸ、製造単価、ＣＯ_２排出量・削減量、所定期間における燃料製造プラント１の運用コスト、及び所定期間に燃料製造プラント１において生成される最終生成物の収益のうちいずれか１つ、又はそれらのうち任意の２以上の組合せを含んでもよい。これにより、燃料製造プラント１に要求される仕様や、燃料製造プラント１が建設される国や地域などに応じて、最適な生成経路が採用された燃料製造プラント１の構成を的確かつ迅速に提案することができる。

【0026】

提示部２５は、生成経路選択部２４により選択された生成経路を表示装置１２に提示する。提示部２５は、複数の生成経路のうちいずれかの生成経路が採用された燃料製造プラント１の建設コスト、所定期間における燃料製造プラント１の運用コスト、及び所定期間に燃料製造プラント１において生成される最終生成物の収益のうち少なくとも１つを表示装置１２に提示する。提示部２５は、複数の生成経路の候補について、生成経路が採用された燃料製造プラント１の建設コスト、所定期間における燃料製造プラント１の運用コスト、所定期間に燃料製造プラント１において生成される最終生成物の収益などを一覧表示したり、切り替えて表示したりしてもよい。これにより、複数の生成経路のそれぞれの長所や問題点などを可視化することができる。提示部２５は、生成経路のうち、建設コスト、運用コスト、収益などの観点で他の生成経路よりも優れている箇所や劣っている箇所を、色を変更するなどして強調表示してもよい。

【0027】

図３は、実施の形態に係る設計支援方法の手順を示すフローチャートである。設計支援装置１０の仕様取得部２１は、電力を用いて原料から最終生成物を生成するプラントにおいて生成される最終生成物に要求される仕様を取得する（Ｓ１０）。条件取得部２２は、原料から最終生成物を生成するための複数の生成経路のプラントの設置場所における良否に影響し得る条件を取得する（Ｓ１２）。生成経路選択部２４は、取得された仕様と条件とに基づいて、複数の生成経路の中からプラントにおいて推奨される生成経路を選択する（Ｓ１４）。なお、Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１４の順序は任意であってもよい。

【0028】

以上、本開示を、実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【0029】

実施の形態では、電力を用いて燃料を生成する燃料製造プラント４０について説明したが、本開示の技術は、電力を用いて化学品、化学基礎製品などを生成する場合にも適用可能である。

【符号の説明】

【0030】

１ 燃料製造プラント、１０設計支援装置、２１ 仕様取得部、２２ 条件取得部、２３ プラント予測部、２４ 生成経路選択部、２５ 提示部、３１ プラント予測モデル、３２ 条件保持部、３３ プラントデータベース。

【図1】

【図2】

【図3】