JP2012088910A - 省エネ効果計算装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エネルギーコスト削減額、ＣＯ２削減量をリアルタイムに算出することが可能な省エネ効果計算装置を提供する。
【解決手段】ボイラの過去の操業モード、需要テータ、操業データをパターン化し得られた複数のパターンをパターンごとに標準値する手段と、現時点での操業モード、需要テータ、操業データをパターン化し、このパターン化した値と前記標準値とを比較する比較手段を備え、該比較手段の比較結果に基づいて、エネルギーコスト削減額、削減ＣＯ２量の少なくとも一方を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＢＴＧ（Boiler Turbine Generator）システムの省エネの最適効果を自動的に計算する省エネ効果計算装置に関し、詳しくは、蒸気と電力を供給するための複数のボイラとタービン発電機で構成されるプロセスの省エネ効果、制御性改善効果を対象とした、エネルギーコスト削減量、ＣＯ２削減量のリアルタイム見える化をはかった省エネ効果計算装置にするものである。
省エネ効果、制御性改善効果を算出する際には改善前のプラント操業データと、改善した後の現在の操業データで差分を算出する必要があるが、同じ操業でも操作するオペレータの意思等により差があり、改善前のプラント操業データは標準化できていない。
これを操業モード（運転機器台数、季節、時間、エネルギー単価、効率により異なる操業）毎に需要バランスで操業データをパターン化することで信憑性のある標準値が算出可能となる。そして、標準値が明確になると、現在操業値との差により、省エネ効果、制御性改善効果によるエネルギーコスト削減額、ＣＯ２削減額を見える化することができる。
従来、事業用、産業用または民生用のエネルギープラントでは、平均原単位を利用した方法を使用して、エネルギープラントに対し、省エネ手段を適用したときのエネルギーコスト低減量を計算している。
平均原単位とは、所定期間（例えば、１年間）に使用したエネルギーの費用（例えば、購入電力料金、燃料費など）を発生したエネルギー量（例えば、電力ならば、ＫＷＨ、熱ならば、Ｋｃａｌなど）で除算して得られた値である。
図８は、平均原単位を用いて省エネ手段適用時のエネルギーコスト低減量を計算する方法を示すもので、省エネ手段を適用しなかった期間Ａの平均原単位を“ＵA”、省エネ手段を適用した期間Ｂの平均原単位を“ＵB”としたとき、次式を使用して、エネルギーコスト低減量Ｃを計算するものである。
Ｃ＝（ＵA−ＵB）×Ｅ
但し、Ｅ：期間（Ａ＋Ｂ）の間に発生したエネルギーの総量
特開平１１−３２８１５２号公報 特開平０８−９５６０４号公報
ところで、従来技術では平均原単位を利用した方法により、エネルギーコスト削減額を計算している。エネルギープラントでは、使用するエネルギー発生機器の負荷量、使用するエネルギーの種類（例えば、電力、重油、石炭、ガス、副生エネルギーなど）、時間帯（例えば、電力料金は、時間帯によって大幅に電気料金が異なる）などの変化により、平均原単位が大きく変化する。
平均原単位の算出方法では、ある特定期間の平均原単位での算出となり、季節、時間、運転機器台数、エネルギー単価、効率によって異なるプラントの操業を考慮すると、比較対象を明確にすることができないという課題がある。
従って本発明は、操業モードという概念を用いて、時間、季節、運転機器台数、エネルギー単価、効率を個別のモードに選別し、さらにその時の需要量をいくつかのパターンに分別することで改善前の操業データの標準値を算出する。この算出結果に基づいて、標準値と現在値の差を算出することにより、精度の高いエネルギーコスト削減額、ＣＯ２削減量をリアルタイムに算出することを目的としている。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の省エネ効果計算装置においては、
ボイラの過去の操業モード、需要テータ、操業データをパターン化し得られた複数のパターンをパターンごとに標準値する手段と、現時点での操業モード、需要テータ、操業データをパターン化し、このパターン化した値と前記標準値とを比較する比較手段を備え、該比較手段の比較結果に基づいて、エネルギーコスト削減額、削減ＣＯ２量の少なくとも一方を算出することを特徴とする。
請求項２においては、請求項１に記載の省エネ効果計算装置において、操業モードは操業しているボイラの数、需要データは蒸気の需要及び電力需要量、操業データはボイラの主蒸気流量であることを特徴とする。
請求項３においては、請求項１に記載の省エネ効果計算装置において、
前記エネルギーコスト削減額はボイラ全体燃料削減価格であって下記の式により算出することを特徴とする。
記
ボイラ燃料削減価格＝（ボイラ削減蒸気量×ボイラ蒸気を燃料に換算する係数×燃料単価）
請求項４においては、請求項１に記載の省エネ効果計算装置において、
削減ＣＯ２量は下記の式により算出することを特徴とする。
記
ＣＯ２削減量＝（ボイラ削減蒸気量×ボイラ蒸気を燃料に換算する係数×ボイラ燃料のＣＯ２排出係数）
以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１〜４の省エネ効果計算装置によれば、省エネ効果を操業状態に関わらず、自動算出できる事で従来の効果算出の為の工数を削減することができる。
本発明の省エネ効果計算装置の概念を示す模式図である。 本発明の省エネ効果計算装置の計算装置内の概念を示す模式図である。 プラントの操業モードの概念を示す構成図である。 プラントの操業モードの概念を示す構成図である。 改善前のある期間の操業データを解析し需要パターンに変換した後の操業モード、需要データ、操業データを示す説明図である。 改善後の操業データと改善前の操業データを比較するための説明図である。 過去−現在の削減蒸気量を示す説明図である。 従来の平均原単位を用いて省エネ手段適用時のエネルギーコスト低減量を計算する方法を示す説明図である。
はじめに図３，４を用いて本発明で適用するプラントの操業モードについて説明する。なお、図３と図４の違いは（イ）（イ’）で示す操作モードの表示部のみなので、図４についての説明は省略する。
図３ではプラントが３缶４機で操作されている状態を表示し、図４ではプラントが１缶１機で操作されている状態を表示している。
ここで、３缶４機とは３つのボイラと４機の発電機でプラントが運転されている状態を言い、図３においては、
石炭を燃焼させてボイラ（No.1）で作製した蒸気と重油を燃焼させてボイラ（No.2）で作製した蒸気を第１蒸気パイプライン１に送り、この第１蒸気パイプライン１から供給される蒸気により１号タービン２及び２号タービン３を回転させて１号、２号発電機(４,５)にて電力を作製している。
１号タービン２及び２号タービン３を回転させた蒸気は更に第２蒸気パイプライン６に送られる。
また、天然ガスを燃焼させてボイラ（No.3）で作製された蒸気は第３蒸気パイプライン７に送られる。この第３蒸気パイプライン７から供給される蒸気は４号タービン８を回転させ、４号発電機１５で電力を作製した後第４蒸気パイプライン９に送られる。なお、第３蒸気パイプライン７からの蒸気は高圧蒸気としてプラントで利用されると共に減圧弁１０を介して第２蒸気パイプライン６にも送られる。
第２蒸気パイプライン６の蒸気は３号タービン１１を回転させて３号発電機１２で電力を作製した後第４蒸気パイプライン９に送られる。なお、第２蒸気パイプライン６の蒸気は減圧弁１３を介して第４蒸気パイプライン９に送られ低圧蒸気としてプラントで利用される。また、第２蒸気パイプライン６の蒸気は中圧蒸気としてプラントで利用される。
１４は各発電機の発電能力が低下した場合に電力会社から電力を購入するための補助手段として機能するスイッチである。
なお、プラントとしては稼動状態により３缶４機モードのほかに２缶３機モード、３缶２機モード、１缶１機モードで運転されるが、ここでは３缶４機モードと１缶１機モードで運転している場合について説明する。
図１は本発明の省エネ効果計算装置の概念を示す模式図である。図１において、削減コスト及び削減ＣＯ２を計算する計算装置２０には改善前の過去の操業モード、需要データ、操業データ及び改善した現在の操業モード、需要データ、操業データが入力される。
計算装置２０ではこれらのデータを基に削減したコスト金額（円）及び削減したＣＯ２（ｔｏｎ）を出力する。
図２は計算装置２０内の概念を示すもので、過去の操業モード、需要データ、操業データからデータバランス計算を行ってパターン化し、パターン化した複数の中から同様のパターンを集めて標準化（平均化）し、標準化したものの中から現在の操業モード、需要データ、操業データを同様にパターン化したものに対して同じパターンの有無が検索される。即ち、現在のデータをパターン化したものに対して過去に標準化された同じパターンのものがなかったかを問合わせる。計算結果と一致した場合は、その一致結果と現在のパターンと比較し利得計算とＣＯ２を計算し削減コストの金額と削減ＣＯ２が出力される。
計算装置２０は以下の４つの構成で成り立つ。それぞれの役割は以下のようになる。
（1）データバランス計算
図５は改善前のある期間の操作データである入力情報（ａ）と、操業データを解析し需要パターンに変換した後のデータ解析情報（ｂ）を示すものである。
これらの図において、（ホ）で示す図は操業モードを示している。（ホ）で示す操業モードにおいて（イ）で示す範囲は３缶４機モードで操業している期間、（ロ）で示す範囲は１缶１機モードで操業している期間，（ハ）で示す範囲は再び３缶４機モードで操業している期間を示している。
（ヘ）で示す図は需要データを示すもので、左側の縦軸は蒸気量（ｔｏｎ／ｈ）右側の縦軸は発電量ｍｗｈを示しており、イは高圧蒸気需要、ロは中圧蒸気需要、ハは低圧蒸気需要、ニハ電力需要を示している。図によれば３缶４機の操業モードで操業している（イ）と（ハ）の期間は蒸気需要も電力需要も大きいが、１缶１機モードで操業している（ロ）の期間は蒸気需要も電力需要も少なくなっていることが分かる。
（ト）で示す図は操業データを示すもので各ボイラの蒸気流量を示している。３缶４機の操業モードで操業している（イ）と（ハ）の期間はイで示すボイラNo.1主蒸気流量は１００（ｔｏｎ／ｈ）、ロで示すボイラNo.2主蒸気流量は５５（ｔｏｎ／ｈ）、ハで示すボイラNo.3主蒸気流量は１５０（ｔｏｎ／ｈ）程度であることを示している。そして、１缶１機モードで操業している（ロ）の期間はハで示すボイラNo.3主蒸気流量が２５０（ｔｏｎ／ｈ）程度となり、イで示すNo.1主蒸気流量及びロで示すNo.2主蒸気流量は０となっていることが分かる。
次に、図５（ｂ）は操業データを解析し需要をパターン化した後の解析情報を示したものであり、操業モード、需要データ、操業データをＡ〜Ｈにパターン化した状態を示している。図では３缶４機モードで操業している期間はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのパターンとなり、１缶１機モードで操業している期間はＦ,Ｇ,Ｈのパターンとなっていることが分かる。
パターンの出力方法は、需要データ（ここでは、高圧需要、中圧需要、低圧需要、電力需要の４つ）をバランスで見た時に同じバランスのものを同じパターンとして算出する。つまり操業パターンが同じものは全く同一の操業をしている時と見なせる事で、その際の操業データを一律化（標準データ化）する。
計算装置２０（図１参照）のデータバランス計算手段２１は上述のデータバランス計算を行って各一致するパターン毎にデータを集計し計算結果をメモリ２２に保存する。このデータバランス計算はプラント操業中連続して行われパターン化されたデータは同じパターンが標準化されてメモリ２２に蓄積される。
即ち、図５（ａ）に示す改善前のある期間に操作データをデータバランス計算手段２１に入力すると、操業モード別に需要データを需要バランスからパターン化し、需要パターン別の操業データのグルーピングを行う。これにより需要パターン毎の標準値が決定される。この結果をメモリ２２で保持し、現在値との比較のベースとして使用する。
図６は一致するパターンでの出力結果を標準パターンとして示すもので、入力した全ての過去データを解析し、操業モード、需要パターン別に仕分けし、標準パターンを算出する。
ここでは、２つの操業モードに対して、需要パターンが8パターン出力された例となり、この情報が標準データとなる。各操業モード（ここでは３缶４機モードと１缶１機モード）における需要パターンと需要データ及び操業データの関係を示すもので、需要データでは高圧蒸気需要が３２（ｔｏｎ／ｈ）、中圧蒸気需要が５０（ｔｏｎ／ｈ）、低圧蒸気需要が１４５（ｔｏｎ／ｈ）、電力需要が８０（ＭＷＨ）であって、そのときの操業データにおけるボイラＮｏ.1の主蒸気流量が８０（ｔｏｎ／ｈ）、ボイラＮｏ.2の主蒸気流量が５５（ｔｏｎ／ｈ）、ボイラＮｏ.3の主蒸気流量が１１０（ｔｏｎ／ｈ）のときを需要パターンＡとしてパターン化している。
同様に需要データと操業データの数値を基に需要パターンをＡ〜Ｈ間でパターン化している。
（2）データ比較
図７はデータ比較の一例を示すものである。
図７（ａ）は改善された現在の操業モード、需要データ、操業データである。このデータを過去のデータバランス計算の出力結果と比較すると、図６（イ）で示す需要パターンＡに当てはまり比較対象となるデータが特定される。これにより操業データの差分を算出することで蒸気削減量を算出することができる。
図によれば過去の操業データにおけるボイラＮｏ.1の主蒸気流量が８０（ｔｏｎ／ｈ）、ボイラＮｏ.2の主蒸気流量が５５（ｔｏｎ／ｈ）、ボイラＮｏ.3の主蒸気流量が１１０（ｔｏｎ／ｈ）で全体主蒸気量は２４５（ｔｏｎ／ｈ）となっている。なお、この値は先に述べた需要パターン別の操業データのグルーピングを行ってメモリ内に格納していた需要パターン毎の標準値に基づくものである。
それに対し、現在におけるボイラＮｏ.1の主蒸気流量が７５．５５（ｔｏｎ／ｈ）、ボイラＮｏ.2の主蒸気流量が５０．１８（ｔｏｎ／ｈ）、ボイラＮｏ.3の主蒸気流量が１１５．６４（ｔｏｎ／ｈ）で全体主蒸気量は２４５（ｔｏｎ／ｈ）となっている。
この例の場合、過去の同一操業時と比較して、ボイラNo.3の主蒸気量が５．６４（ｔｏｎ／ｈ）増えたかわりに、ボイラNo.1とNo.2でそれぞれ４．４５（ｔｏｎ／ｈ）、４．８２（ｔｏｎ／ｈ）の削減ができている為、全体としては、３．６３（ｔｏｎ／ｈ）の削減ができている結果となる。
従って、過去から現在の削減蒸気量は
２４５−２４１．３７＝３．６３（ｔｏｎ／ｈ）
となる。
（3）利得計算
データ比較部分で算出された差を操業データ別にあらかじめ設定されたエネルギー単価情報（燃料単価）とひもつけする事により、エネルギーコスト削減額を算出する。
即ち、ボイラ全体燃料削減価格＝（ボイラNo1削減蒸気量×ボイラNo.1蒸気を燃料に換算する係数×ボイラNo.1燃料単価）＋（ボイラNo2削減蒸気量×ボイラNo.2蒸気を燃料に換算する係数×ボイラNo.2燃料単価）＋（ボイラNo3削減蒸気量×ボイラNo.3蒸気を燃料に換算する係数×ボイラNo.3燃料単価）
）
（4）ＣＯ２計算
データ比較部分で算出された差を操業データ別にあらかじめ設定されたCO2排出係数とひもつけすることにより、削減ＣＯ２量を算出する。
即ち、全体ＣＯ２削減量＝（ボイラNo1削減蒸気量×ボイラNo.1蒸気を燃料に換算する係数×ボイラNo.1燃料のＣＯ２排出係数）＋（ボイラNo2削減蒸気量×ボイラNo.2蒸気を燃料に換算する係数×ボイラNo.2燃料のＣＯ２排出係数）＋（ボイラNo3削減蒸気量×ボイラNo.3蒸気を燃料に換算する係数×ボイラNo.3燃料のＣＯ２排出係数）
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
１ 第１蒸気パイプライン
２ １号タービン
３ ２号タービン
４ １号発電機
５ ２号発電機
６ 第２蒸気パイプライン
７ 第３蒸気パイプライン
８ ４号タービン
９ 第４蒸気パイプライン
１０，１３ 減圧弁
１２ ３号発電機
１４ スイッチ
１５ ４号発電機
２０ 計算装置
２１ データバランス計算手段
２２ メモリ

Claims (4)

  1. ボイラの過去の操業モード、過去の需要テータ、過去の操業データをパターン化し得られた複数のパターンをパターンごとに標準値する手段と、現時点での操業モード、需要テータ、操業データをパターン化し、このパターン化した値と前記標準値とを比較する比較手段を備え、該比較手段の比較結果に基づいて、エネルギーコスト削減額、削減ＣＯ２量の少なくとも一方を算出することを特徴とする省エネ効果計算装置。
  2. 前記操業モードは操業しているボイラの数、需要データは蒸気の需要及び電力需要量、操業データはボイラの主蒸気流量であることを特徴とする請求項１に記載の省エネ効果計算装置。
  3. 前記エネルギーコスト削減額はボイラ全体燃料削減価格であって、下記の式により算出することを特徴とする、請求項１に記載の省エネ効果計算装置。
    記
    ボイラ燃料削減価格＝（ボイラ削減蒸気量×ボイラ蒸気を燃料に換算する係数×燃料単価）
  4. 削減ＣＯ２量は下記の式により算出することを特徴とする請求項１に記載の省エネ効果計算装置。
    記
    ＣＯ２削減量＝（ボイラ削減蒸気量×ボイラ蒸気を燃料に換算する係数×ボイラ燃料のＣＯ２排出係数）
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