WO2023190553A1 - 情報処理装置、電解装置、計画作成方法、及びプログラム - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
Definitions
- the present invention relates to an information processing device, an electrolysis device, a planning method, and a program.
- Electrolyzers that use renewable energy as input must stop electrolysis when the input power falls below the operating range of the electrolyzer, which increases the frequency of equipment shutdowns and causes the electrode members that make up the electrolyzer to become energized. It deteriorates due to cycles, and the power consumption rate, which is calculated by dividing the power consumption of the electrolyzer by the production amount of the target product, increases. Furthermore, the concentration of the target product in the electrolyzer is low immediately after the start of power supply, and the electrolyzer cannot supply the target product as a product even while supplying power. Therefore, as the number of stops increases relative to the operating time of the electrolyzer, the power consumption rate increases.
- the present invention provides an information processing device, an electrolytic device, a planning method, and a program that suppress deterioration of an electrolytic cell and suppress electric power consumption while producing a target product in an amount exceeding the minimum required amount. With the goal.
- the present invention is as follows. [1] An operation mode in which the electrolyzer can supply the target product in a first state in which the electrolyzer is supplied with electric power whose current is equal to or greater than the lower current limit value, and electric power whose current is equal to or greater than the lower current limit value.
- An information processing device that creates an operation plan for at least one of the electrolyzers having as an operation mode a stop mode in which the operation is stopped in a second state in which the supply of power equal to or higher than the power lower limit value is stopped, an acquisition unit that acquires a predicted value of electric power supplied to the electrolyzer and a minimum required amount of target product supply;
- the number of stops of the electrolyzer to switch from the operation mode to the stop mode while using power less than the predicted value and supplying the desired product equal to or more than the minimum required amount, and the power consumption of the electrolyzer are calculated as follows:
- An information processing device comprising: a control unit that creates an operation plan corresponding to the number of stops and the electric power unit in the temporary operation plan in which the electric power unit divided by the supply amount satisfies a predetermined condition.
- the predetermined condition is that the power consumption is within the at least one temporary operation plan in which the number of stops is the minimum while using power that is less than or equal to the predicted value and supplying the desired product that is more than the minimum required amount.
- Information processing equipment whose purpose is to minimize the basic unit.
- the predetermined condition is to minimize the number of stops and minimize the power consumption rate while using power that is less than the predicted value and supplying a target product that is more than the minimum required amount.
- the electrolyzer further has a startup mode in which supply of the target product is stopped in the first state until transition to the operation mode.
- Information processing device. [6]
- the operation plan includes at least one of a switching point from the stop mode to the start mode and a current value to be supplied to the electrolytic cell in each of the at least one electrolyzer.
- the control unit is capable of creating an operation plan for the plurality of electrolyzers
- the power consumption rate is a value obtained by dividing the sum of the power consumption of each of the plurality of electrolyzers by the sum of the supply amount of the target product of each of the plurality of electrolyzers
- the number of times of stopping is the sum of the number of times of stopping of each of the plurality of electrolyzers.
- the control unit creates the operation plan corresponding to the sum of voltages in the operation plan that minimizes the sum of voltages applied to the electrolyzers of the at least one electrolyzer.
- the acquisition unit acquires a process state regarding operating characteristics from the at least one electrolyzer, The control unit adjusts the current lower limit value or the power lower limit value based on the process state so that the concentration of gas in the electrolytic cell of the at least one electrolyzer is equal to or lower than the lower explosive limit.
- Information processing device .
- the predicted value of electric power acquired by the acquisition unit includes a first amount of electric power that can be supplied from a power generation facility using only renewable energy and an amount of grid electric power that can be supplied from grid power.
- An electrolyzer comprising: a control unit that creates an operation plan corresponding to the number of stops and the electric power consumption in the temporary operation plan in which the divided electric power consumption satisfies a predetermined condition.
- a plan creation method for creating an operation plan for at least one of the electrolyzers having as an operation mode a stop mode in which the operation is stopped in a second state in which the supply of power equal to or higher than the power lower limit value is stopped, obtaining a predicted value of power supplied to the electrolyzer and a minimum required amount of desired product supply;
- the number of stops of the electrolyzer to switch from the operation mode to the stop mode while using power less than the predicted value and supplying the desired product equal to or more than the minimum required amount, and the power consumption of the electrolyzer are calculated as follows: calculating the number of stops and the electric power unit in the provisional operation plan in which the electric power unit divided by the supply amount satisfies a predetermined condition;
- a method for creating a plan comprising: creating an operation plan corresponding to the number of stops and the unit power consumption.
- a program for creating an operation plan for at least one of the electrolyzers having as an operation mode a stop mode in which the operation is stopped in a second state in which the supply of power equal to or higher than the power lower limit value is stopped, Obtaining a predicted value of power supplied to the electrolyzer and a minimum required amount of target product supply; Minimizing the number of times the electrolyzer is stopped by switching from the operation mode to the stop mode while using power that is less than the predicted value and supplying a target product that is more than the minimum required amount; and reducing the power consumption of the electrolyzer.
- a program that causes a computer to perform an operation including: creating the operation plan corresponding to the number of stops and the electric power consumption rate.
- the electricity consumption rate is suppressed while producing more than the minimum required amount of hydrogen.
- FIG. 1 is a functional block diagram schematically showing the configuration of a manufacturing system including an information processing device according to an embodiment.
- FIG. 2 is a configuration diagram of the electrolyzer shown in FIG. 1.
- FIG. 7 is a diagram showing a trajectory of an approximate model for explaining a method of finding the minimum value of an objective variable using response surface methodology.
- 2 is a flowchart for explaining an operation plan creation process executed by the control unit in FIG. 1.
- FIG. 1 is a graph showing power generated by a solar cell at different times of the day to show the stability of power generated based on solar energy.
- a manufacturing system 11 including an information processing device 10 may be configured to include at least one electrolytic device 12, a control device 13, and an information processing device 10.
- the manufacturing system 11 includes a plurality of electrolyzers 12.
- the type of electrolysis device 12 is not limited, but may be, for example, an alkaline water electrolysis device, a salt electrolysis device, a solid polymer type water electrolysis device, or a solid oxide type electrolysis device.
- the electrolyzer 12 includes an electrolytic cell 14, an electrolyte supply path 15, a rectifier 16, a first supply path 17, a first supply valve 18, a first exhaust path 19, a first exhaust It is configured to include a valve 20, a second supply path 21, a second supply valve 22, a second exhaust path 23, a second exhaust valve 24, a purge gas supply path 25, a purge gas supply valve 26, and a controller 27. good.
- An electrolytic solution may be supplied to the electrolytic cell 14 via an electrolytic solution supply path 15.
- the electrolyte includes, for example, water or saline. Electric power generated by a renewable energy generator may be supplied to the electrolytic cell 14 with the current being adjusted by a rectifier 16 .
- the electrolytic cell 14 may, for example, electrolyze the electrolyte with applied electric power to generate a cathode product and an anode product. In configurations where electrolytic layer 14 electrolyzes water, the cathode product is hydrogen and the anode product is oxygen. In configurations where electrolytic layer 14 electrolyzes saline, the cathode product is hydrogen and the anode product is chlorine.
- the cathode product generated in the cathode chamber of the electrolytic cell 14 may be discharged via the first supply path 17.
- a first supply valve 18 may be provided in the first supply path 17 . By opening the first supply valve 18, the cathode product as manufactured product may be supplied.
- the first supply path 17 may be connected to the first exhaust path 19 on the upstream side of the first supply valve 18 .
- a first exhaust valve 20 may be provided in the first exhaust path 19 . By opening the first exhaust valve 20, the gas in the first supply path 17 may be exhausted.
- the anode product generated in the anode chamber of the electrolytic cell 14 may be discharged via the second supply path 21.
- the second supply path 21 may be provided with a second supply valve 22 . By opening the first supply valve 18, the manufactured anode product may be supplied.
- the second supply path 21 may be connected to the second exhaust path 23 on the upstream side of the second supply valve 22 .
- a second exhaust valve 24 may be provided in the second exhaust path 23 . By opening the second exhaust valve 24, the gas in the second supply path 21 may be exhausted.
- a purge gas may be supplied to the electrolytic cell 14 via a purge gas supply path 25.
- the purge gas supply path 25 may be provided with a purge gas supply valve 26 . By opening the purge gas supply valve 26, the gas remaining in the electrolytic cell 14 is discharged via the first supply path 17 and the second supply path 21.
- the purge gas is any nonflammable gas, such as nitrogen.
- the controller 27 includes one or more processors and memory.
- the processor may include a general-purpose processor that loads a specific program to execute a specific function, and a dedicated processor specialized for specific processing. Controller 27 may control the operation of electrolyzer 12 as a whole.
- the controller 27 may control each component of the electrolyzer 12.
- the controller 27 controls the rectifier 16, for example, to switch between applying and stopping power to the electrolytic cell 14 and to adjust the current value of the power applied to the electrolytic cell 14. Further, the controller 27 may, for example, separately open and close the first supply valve 18, the first exhaust valve 20, the second supply valve 22, the second exhaust valve 24, and the purge gas supply valve 26.
- the controller 27 may control each component of the electrolytic device 12 according to switching to a plurality of operation modes of the electrolytic device 12.
- the electrolyzer 12 has, for example, a stop mode and an operation mode as operating modes.
- the electrolyzer 12 may further have a startup mode, a temporary stop mode, and a stop preparation mode as operating modes.
- the electrolyzer 12 stops the operation of all components of the electrolyzer 12.
- the stop mode may be switched to the stop mode automatically from the stop preparation mode, which will be described later, or when a switching instruction is obtained from the control device 13, which will be described later, in the operation mode.
- the controller 27 brings the electrolyzer 12 into a state (second state) in which the supply of electric power whose current is equal to or greater than the current lower limit value or electric power whose current is equal to or greater than the lower power limit value to the electrolytic cell 14 in the electrolyzer 12 is stopped. Transition. The current lower limit value and the power lower limit value will be described later.
- the controller 27 controls the first supply valve 18 , the first exhaust valve 20 , the second supply valve 22 , the second exhaust valve 24 , and the purge gas supply valve 26 . may be controlled to close.
- the electrolytic cell 14, the first supply path 17, the first exhaust path 19, the second supply path 21, and the second exhaust path 23 may be maintained in a state filled with purge gas. .
- the electrolyzer 12 prepares for supplying the cathode product as a product.
- the cathode product as a product is a gas that contains the cathode product at a concentration equal to or higher than the cathode product concentration threshold, and the concentration of each individually required impurity gas component is less than the threshold.
- the start mode may be switched to when a switch instruction is obtained from the control device 13, which will be described later, in the stop mode.
- the controller 27 transitions the electrolyzer 12 to a first state in which the electrolytic cell 14 in the electrolyzer 12 is supplied with electric power in which the current is equal to or greater than the lower current limit or electric power equal to or greater than the lower electric power limit. Specifically, the controller 27 controls the rectifier 16 to transition to the first state.
- the controller 27 may start electrolysis in the electrolytic cell 14 by transitioning to the first state.
- the controller 27 may exhaust the purge gas remaining in the electrolytic cell 14, the first supply path 17, and the second supply path 21 by opening the first exhaust valve 20 and the second exhaust valve 24.
- the start-up mode may be executed and the supply of the cathode product as a product may be stopped until transition to the operation mode described below.
- the electrolyzer 12 In the operating mode, the electrolyzer 12 is in a first state and is capable of delivering a cathode product as a product.
- the operation mode may be switched to after the cathode product concentration in the gas in the first supply path 17 becomes equal to or higher than the cathode product concentration threshold and the concentration of the impurity gas component becomes less than the impurity threshold in the startup mode.
- the switching to the operation mode may be based on the detection result of the cathode product concentration in the gas in the first supply path 17 in the start-up mode, or based on the elapsed time from the start of the start-up mode and the replacement time calculated in advance. It may be based on the results of comparison with The replacement time is the time required from the start of electrolysis in the electrolytic cell 14 until the inside of the first supply path 17 is replaced with the cathode product.
- the controller 27 may close the first exhaust valve 20 and open the first supply valve 18. Furthermore, after the anode product concentration in the gas in the second supply path 21 becomes equal to or higher than the anode product concentration threshold in the operation mode, the controller 27 closes the second exhaust valve 24 and closes the second supply valve 22. You can open it.
- the electrolyzer 12 temporarily stops electrolysis and the supply of cathode and anode products as products.
- the temporary stop mode may be switched to when it becomes impossible to supply a current equal to or higher than the lower limit due to a decrease in the power supplied in the operation mode.
- the controller 27 may close the first supply valve 18 and the second supply valve 22.
- the electrolyzer 12 prepares to stop in a safe state.
- the stop preparation mode may be switched to when a switching instruction is obtained from the control device 13, which will be described later, in the operation mode.
- the mode may be switched to the stop preparation mode when the stop maintenance time has elapsed in the temporary stop mode.
- the stop maintenance time is determined by only stopping electrolysis and stopping the supply of cathode products and anode products, and does not allow the operation of other components. may be a predetermined period of time that can be maintained. Note that in the temporary stop mode, if the supply of current is restarted before the stop maintenance time elapses, the mode may be switched to the operating mode.
- the controller 27 closes the first supply valve 18 and the second supply valve 22, and opens the first exhaust valve 20, the second exhaust valve 24, and the purge gas supply valve 26. After a predetermined period of time has elapsed after switching to the stop preparation mode, the electrolyzer 12 may shift to the stop mode.
- the controller 27 may sample the process state regarding the operating characteristics of the electrolytic cell 14 and provide it to the information processing device 10.
- the process conditions of the electrolytic cell 14 may include at least one of the temperature of the electrolytic cell 14, the pressure within the electrolytic cell 14, the voltage applied to the electrolytic cell 14, and the current flowing through the electrolytic cell 14.
- the controller 27 may further sample the number of transitions to the stop mode and the current operating mode, and provide the sampled information to the information processing device 10.
- the control device 13 may be, for example, an information processing device such as a server.
- the control device 13 may be incorporated into the information processing device 10 or the controller 27 of any electrolytic device 12 included in the manufacturing system 11.
- the control device 13 may decide to switch the operation mode of at least one electrolyzer 12 based on the operation plan acquired from the information processing device 10.
- the control device 13 may further determine switching of the operation mode based on the power actually supplied to the manufacturing system 11.
- the operation plan may include at least a switching point from stop mode to start mode for each electrolyzer 12.
- the operation plan may further include a time point for switching from the operation mode to the stop mode. Note that in a configuration where the electrolyzer 12 has a stop preparation mode, the operation plan may include a time point for switching from the operation mode to the stop preparation mode instead of a time point for switching from the operation mode to the stop mode. In a configuration in which the manufacturing system 11 includes a plurality of electrolyzers 12, priority may be given to switching from the operation mode to the stop mode or the stop preparation mode.
- control device 13 determines to switch the electrolyzer 12 to the startup mode specified in the operation plan. You may do so.
- the control device 13 may give an instruction to switch to the startup mode to the electrolysis device 12.
- control device 13 determines to switch the electrolyzer 12 to the stop mode specified in the operation plan when the time measured by a timer or the like provided in the control device 13 reaches the point of switching from the operation mode to the stop mode. You may do so.
- control device 13 determines to switch to the stop mode, it may give an instruction to switch to the stop mode to the electrolysis device 12.
- the control device 13 may further determine switching to the stop mode based on the power being supplied to the manufacturing system 11.
- the controller 13 can initiate a shutdown mode, as described below, based on the operating plan and the current value of the power supplied to the manufacturing system 11. You may decide to switch.
- the control device 13 may decide to switch to the stop mode when the specific electrolysis device 12 is at the point of switching from the operation mode to the stop mode and the first state cannot be maintained.
- the control device 13 switches to the stop mode as described below based on the operation plan and the current value of the electric power supplied to the manufacturing system 11. may be determined.
- the control device 13 controls the electrolysis device 12 at the time of switching from the operation mode to the stop mode in the specific electrolysis device 12 without reducing the power supply to the electrolysis device 12 that has a higher priority than the electrolysis device 12. If the first state cannot be maintained, it may be decided to switch to stop mode.
- the control device 13 switches the electrolyzer 12 to the stop preparation mode specified in the operation plan. may be determined.
- the control device 13 may give the electrolysis device 12 an instruction to switch to the stop preparation mode.
- the control device 13 may further determine switching to the stop preparation mode based on the power being supplied to the manufacturing system 11.
- the power-based decision is similar to the power-based decision in stop mode.
- the information processing device 10 is, for example, a server device.
- the information processing device 10 creates an operation plan for the electrolyzer 12 included in the manufacturing system 11, in other words, for at least one electrolyzer 12.
- the information processing device 10 includes an acquisition section 28 and a control section 29.
- the information processing device 10 may further include a storage unit 30.
- the acquisition unit 28 acquires the predicted value of power supplied to all electrolyzers 12 included in the manufacturing system 11.
- the predicted power value includes at least a first amount of power that can be supplied from a renewable energy-only power generation facility.
- the predicted value of power may include only the first amount of power.
- the predicted power value may further include the amount of grid power that can be supplied from the grid power.
- the acquisition unit 28 may include a communication module that communicates with other information processing devices via a network. For example, the acquisition unit 28 acquires, for example, a predicted value of electric power to be generated hourly for the next one week as the first electric energy from an information processing device managed by a renewable energy power generation company. When the renewable energy is solar power or wind power, the predicted value of electricity may be based on the weather forecast.
- the weather forecast includes, for example, environmental prediction data such as the amount of solar radiation near the electrolyzer, wind speed, and wind direction.
- the acquisition unit 28 acquires the amount of available power from the information processing device of a business operator that manages grid power based on a sales contract or the like or demand response control for the purpose of adjusting supply and demand of grid power. get.
- the acquisition unit 28 acquires the minimum required amount for manufacturing the target product in the manufacturing system 11.
- the target product may be either a cathodic product or an anodic product.
- the desired product may be the cathode product hydrogen in water electrolysis.
- the target product may be the anodic product chlorine in electrolytic electrolysis.
- the minimum required amount may be a value up to a specified point in time.
- the acquisition unit 28 may include an input interface capable of detecting input from a user such as a keyboard or a mouse. For example, the acquisition unit 28 acquires the minimum required amount for manufacturing the target product through input to the input interface.
- the acquisition unit 28 may acquire the process state regarding the operating characteristics from at least one electrolyzer 12.
- the acquisition unit 28 may acquire the number of transitions to the stop mode and the current operating mode from at least one electrolyzer 12.
- the storage unit 30 may include any one of semiconductor memory, magnetic memory, and optical memory. Examples of the semiconductor memory include RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory). The storage unit 30 may function as a main storage device, an auxiliary storage device, or a cache memory. The storage unit 30 stores data used for the operation of the manufacturing system 11 and data obtained by operating the electrolyzer 12.
- the storage unit 30 stores system programs, application programs, embedded software, and the like.
- the storage unit 30 may store the process state of each electrolytic cell 14 acquired by the acquisition unit 28, the number of transitions to the stop mode, and the current operation mode.
- the storage unit 30 stores the electrolytic performance of each electrolyzer 12 included in the manufacturing system 11, the lower limit value of current or the lower limit of power, and the amount of target product generated with respect to the current flowing through the electrolytic cell 14. good.
- the electrolytic performance is the response of the output voltage to the input current, and is a value specific to the electrolytic cell 14.
- the lower current limit value is the concentration of the anode product in the cathode product in the cathode chamber (e.g., oxygen concentration in hydrogen) and the cathode product concentration in the anode product in the anode chamber (e.g., hydrogen concentration in oxygen) below the explosion limit. This is the minimum value of the current to be passed through the electrolytic cell 14 in order to suppress the current.
- the electrolysis performance may be estimated based on operational results using an experimental machine or an actual machine.
- the current lower limit value may be estimated based on a theoretical value or actual operating results using an experimental machine or an actual machine.
- the lower limit power value may be estimated based on a theoretical value or operation results using an experimental machine or an actual machine.
- the power lower limit value may be calculated based on the current lower limit value and electrolysis performance.
- the electrolytic performance deteriorates depending on the number of stops, and the output voltage increases with respect to the input current.
- the storage unit 30 records deterioration of electrolytic performance according to the number of stops, including current, temperature, electrolyte concentration, pressure, circulation flow rate of electrolyte, anode product concentration in cathode products in the cathode chamber, and anode production in the anode chamber.
- Adjustment parameters may be stored that are adjusted based on at least one of the process state such as the concentration of cathode products in the material, the energization time, and the number of times of transition to the stop mode (hereinafter also referred to as the "number of times of stop").
- the adjustment parameters for the process state may be calculated in advance based on actual measured values of the cell voltage of the experimental machine or the actual machine in various process states at the same energization time and number of stops. Adjustment parameters for the energization time and the number of stops may be determined in advance based on actual measured values of the cell voltage of the experimental machine or the actual machine at various energization times and the number of stops in the same process state.
- the lower limit of current increases as the electrolytic cell deteriorates.
- the storage unit 30 stores the increase in the lower limit value of the current according to the deterioration of the electrolytic cell using the voltage, temperature, electrolyte concentration, pressure, circulation flow rate of the electrolyte, anode product concentration in the cathode product in the cathode chamber, and the anode product concentration in the cathode product in the anode chamber.
- Adjustment parameters may be stored that are adjusted based on process conditions such as the concentration of the cathode product in the anode product, and at least one of the energization time and the number of stops.
- the adjustment parameters for the process state are the concentration of anode product in the cathode product in the cathode chamber of the experimental machine or the actual machine under various process conditions and the cathode formation in the anode product in the anode room at the same energization time and number of stops. It may be calculated in advance based on the actually measured value of the substance concentration.
- the adjustment parameters for the energization time and number of stops are the anode cathode product concentration in the cathode product in the cathode chamber and the anode product concentration in the anode chamber of the experimental machine or actual machine at various energization times and number of stops under the same process state. may be predetermined based on the actually measured value of the cathode product concentration.
- the lower limit of power increases depending on the deterioration of the electrolytic cell.
- the power lower limit value can be calculated based on the electrolysis performance adjusted by the above-mentioned adjustment parameters and the current lower limit value adjusted by the above-mentioned adjustment parameters. Therefore, the power lower limit value is determined by voltage, temperature, electrolyte concentration, pressure, electrolyte circulation flow rate, anode product concentration in the cathode product in the cathode chamber, cathode product concentration in the anode product in the anode chamber, etc.
- the adjustment can be made based on the process state and at least one of the energization time and the number of stops.
- the storage unit 30 may store adjustment parameters for adjusting the power lower limit value.
- the control unit 29 includes one or more processors and memory.
- the processor may include a general-purpose processor that loads a specific program to execute a specific function, and a dedicated processor specialized for specific processing.
- the control unit 29 may control the operation of the information processing device 10 as a whole.
- the control unit 29 creates an operation plan for the electrolyzer 12 included in the manufacturing system 11.
- the control unit 29 may create an operation plan for a single electrolyzer 12 or may create an operation plan for a plurality of electrolyzers 12.
- the operation plan may include at least one of the timing of switching from stop mode to start mode and the value of current or power supplied to electrolyzer 14 in each of at least one electrolyzer 12 .
- the control unit 29 creates a temporary operation plan that satisfies predetermined conditions for the number of stops and the electric power consumption rate while using electric power that is less than the predicted value and supplying the target product that is more than the minimum required amount by the specified time.
- the number of stops is the number of times the operation mode is directly or indirectly switched to the stop mode. Indirectly switching from the operating mode to the stop mode means switching from the operating mode to the stop mode via the stop preparation mode.
- the manufacturing system 11 includes a plurality of electrolyzers 12
- the number of stops is the sum of the number of times each of the plurality of electrolyzers 12 stops.
- the power consumption rate is a value obtained by dividing the power consumption of the electrolyzer 12 by the supply amount of the target product.
- the power consumption rate is determined by dividing the sum of the power consumption of each of the plurality of electrolyzers 12 by the sum of the supply amount of the target product of each of the plurality of electrolyzers 12. This is the value.
- the power consumption is the power consumed by the electrolyzer 12 up to a specified point in time.
- the predetermined condition is to minimize the electric power intensity in at least one temporary operation plan in which the number of stoppages is minimized while using electric power less than the predicted value and supplying the desired product more than the minimum required amount. It's fine.
- the control unit 29 uses an arbitrary mathematical optimization method to perform a temporary operation in which the number of stops is minimized while using electric power that is less than the predicted value and supplying the target product that is more than the minimum required amount. You may create a plan. It is assumed that a plurality of primary operation plans with the minimum number of stops will be created. Furthermore, the control unit 29 may create a temporary operation plan by selecting an operation plan with the minimum electric power consumption among the temporary operation plans with the minimum number of stops.
- the mathematical optimization method will be explained in detail by way of the following example.
- an operation simulation is designed in advance that outputs the number of stops of the electrolyzer 12 and the electric power consumption rate.
- the control unit 29 may minimize the number of stops by varying the arbitrary parameters for the driving simulation.
- the control unit 29 may calculate the minimum value of the output results of a driving simulation in which an arbitrary parameter is changed within an arbitrary range.
- the control unit 29 creates an approximate model using response surface method from the output results of a driving simulation in which arbitrary parameters X 1 and X 2 are changed within an arbitrary range, and A model may be used to estimate the minimum value.
- ⁇ and ⁇ are weighting coefficients greater than zero.
- BUn and Nn are the electric power consumption unit and the number of stops in each of a plurality of operation plans that use electric power less than the predicted value and supply more than the minimum required amount of the target product.
- BUs and Ns are the electric power consumption unit and the number of stops in a temporary operation plan in which the electric power consumption is the minimum while using electric power that is less than the predicted value and supplying the target product that is more than the minimum required amount.
- the control unit 29 uses an arbitrary mathematical optimization method to obtain a temporary system that minimizes the power consumption while using power that is less than the predicted value and supplying the target product that is more than the minimum required amount.
- You may create a driving plan.
- the control unit 29 may set the power unit and the number of stops in the temporary operation plan to BUs and Ns.
- the control unit 29 sets BUn and Nn to the electric power consumption rate and number of stops in a plurality of operation plans that use electric power less than the predicted value and supply the target product in an amount more than the minimum required amount.
- the evaluation value EVn may be calculated.
- the control unit 29 may use any mathematical optimization method to create an operation plan with the minimum evaluation value EVn as a temporary operation plan.
- the predetermined condition may be to minimize the number of stoppages and minimize the power consumption rate while using power less than the predicted value and supplying the minimum required amount of the target product.
- the control unit 29 uses an arbitrary mathematical optimization method to minimize the number of stoppages while using power less than the predicted value and supplying the target product more than the minimum required amount, and to reduce the power consumption rate.
- An operation plan that minimizes the above may be created as a temporary operation plan.
- control unit 29 creates an operation plan corresponding to the number of stops and the electric power consumption rate in the temporary operation plan.
- the operation plan corresponding to the number of stops and the electric power consumption rate in the temporary operation plan is, for example, the temporary operation plan itself.
- the operation plan corresponding to the number of stops and the power consumption rate in the tentative operation plan is not limited to the temporary operation plan, but is based on the number of stops and the power consumption rate each having a range from the number of stops and the power consumption rate. It may be an operation plan to
- the control unit 29 may create an operation plan corresponding to the number of stops and electric power consumption in the temporary operation plan using the following method.
- the control unit 29 may recognize the number of stops and the minimum unit power consumption in the temporary operation plan as the minimum number of stops and the minimum unit power consumption, respectively.
- the control unit 29 may recognize the number of stops and the maximum unit of power consumption in the tentative operation plan that maximizes the supply amount of the target product as the maximum number of stops and the maximum unit of power consumption.
- the control unit 29 controls the number of stops within the top 10% of the smallest number of stops in the range of the maximum number of stops and the minimum number of stops, and the number of stops that is within the top 10% of the smallest number of stops in the range of the minimum power consumption rate and the maximum power consumption rate.
- An operation plan that is based on the electric power consumption rate and satisfies specific conditions may be created as an operation plan that corresponds to the number of stops and the electric power consumption rate in the temporary operation plan.
- Specific conditions include, but are not limited to, minimizing unit power consumption, maximizing equipment utilization, and responding to demand response control of grid power.
- the control unit 29 may adjust the weighting coefficients ⁇ and ⁇ in creating the driving plan by minimizing the evaluation value EV.
- the weighting coefficients ⁇ and ⁇ may be based on operational inputs to input devices such as a keyboard and a mouse provided in the information processing apparatus 10. For example, if priority is given to suppressing deterioration of the electrolyzer, ⁇ may be adjusted to be larger than ⁇ so that Nn/Ns has a greater influence on EV than BUn/BUs. Alternatively, when maximizing the production amount of the target product is a priority, ⁇ may be adjusted to be larger than ⁇ so that BUn/BUs has a greater influence on EV than Nn/Ns.
- the control unit 29 may use a combination of the electrolysis performance of the electrolytic cell 14 and the current lower limit value, or the power lower limit value in creating the operation plan. Specifically, the control unit 29 calculates a voltage value that causes the current in the electrolytic cell 14 to be equal to or higher than the current lower limit value from the electrolysis performance in each electrolytic cell 14. The control unit 29 calculates the power required in the startup mode and the operation mode based on the voltage value and current value. The control unit 29 may create an operation plan based on the calculated power or the lower limit of power.
- the control unit 29 may use the current operating mode of each electrolytic cell 14 to create an operation plan.
- the electrolysis device 12 whose operation mode is the operation mode calculates the power consumption rate without including power consumption in the startup mode, and is used to calculate the overall power consumption rate.
- the control unit 29 may adjust the current electrolysis performance of the electrolytic cells 14 according to the energization time and the number of stops of each electrolytic cell 14.
- the control unit 29 may adjust the current electrolysis performance of each electrolytic cell 14 based on the process state of each electrolytic cell 14.
- the control unit 29 may adjust the current lower limit value of the current of the electrolytic cell 14 according to the energization time of each electrolytic cell 14 and the number of times the electrolytic cell 14 is stopped.
- the control unit 29 may adjust the current lower limit value or the lower power limit value of each electrolytic cell 14 based on the process state of each electrolytic cell 14 . Therefore, the control unit 29 may adjust the current lower limit value or the power lower limit value based on the process state so that the concentration of gas in the electrolytic cell 14 of at least one electrolyzer 12 is equal to or lower than the lower explosive limit.
- the control unit 29 may update the operation plan using the updated value. For example, the control unit 29 sets the value obtained by subtracting the production amount of the target product up to the present from the minimum required amount up to the specified point in the previously created operation plan as the minimum required amount of the updated operation plan. Using the updated predicted value, the time slot portion included in the previous driving plan may be updated, and the time slot portion not included in the previous driving plan may be newly created.
- the control unit 29 sets an operation plan corresponding to the sum of voltages in the operation plan so as to minimize the sum of voltages applied to the electrolytic cell 14 of at least one electrolyzer 12, so as to minimize or minimize the power source. It may be created as an operation plan corresponding to the unit.
- the operation plan creation process executed by the control unit 29 of the information processing device 10 in this embodiment will be described using the flowchart in FIG. 4.
- the operation plan creation process is started, for example, every time the predicted power value is updated, or periodically in accordance with the update of the predicted power value.
- step S100 the control unit 29 reads the process status of each electrolyzer 12 stored in the storage unit 30. After reading, the process proceeds to step S101.
- step S101 the control unit 29 adjusts the electrolytic performance of the electrolytic cell 14 in each electrolytic device 12 based on the process state read out in step S100. Furthermore, the control unit 29 adjusts the lower limit value of the current or the lower limit value of the power to be passed through the electrolytic cell 14 in each electrolytic device 12 based on the process state read in step S100. After adjustment, the process proceeds to step S102.
- step S102 the control unit 29 recognizes the minimum required amount for production of the target product acquired by the acquisition unit 28. After recognition, the process proceeds to step S103.
- step S103 the control unit 29 creates an operation plan based on the electrolytic performance of each electrolytic cell 14 adjusted in step S101 and the lower limit value of the current of each electrolytic cell 14, and the minimum required amount recognized in step S102. . After creation, the process proceeds to step S104.
- step S104 the control unit 29 provides the control device 13 with the operation plan created in step S103. After the assignment, the operation plan creation process ends.
- the information processing device 10 of the present embodiment configured as described above includes an acquisition unit 28 that acquires a predicted value of electric power to be supplied to the electrolyzer 12 and a minimum required amount for manufacturing the target product, and a control unit that creates an operation plan corresponding to the number of stops and the power unit in a provisional operation plan in which the number of stops and the power unit satisfy predetermined conditions while supplying the target product in an amount equal to or more than the minimum required amount; 29.
- the electrolyzer 12 in the stop mode, the first supply path 17 or the second supply path 21, etc. are filled with purge gas, so during the start mode until the purge gas is replaced with the target product. Although it consumes electricity, it cannot supply the target product.
- the electrolyzer 12 if the operation mode in which the target product is supplied is short, the electric power consumption rate increases. Furthermore, power generation based on renewable energy is unstable, and the amount of power generated by the power generation fluctuates. For example, as shown in FIG. 5, when renewable energy is sunlight, the generated power fluctuates greatly depending on the weather. Therefore, in a configuration in which the electrolyzer 12 uses generated power based on renewable energy, the electrolyzer 12 may frequently shift from the operating mode to the stop mode during bad weather. As described above, in the electrolyzer 12 that uses the generated power of renewable energy as it is, not only the power consumption rate increases relative to the amount of target product supplied, but also the number of stops increases relative to the amount of target product supplied.
- the information processing device 10 In the electrolysis device 12, as the number of stops increases, the deterioration of the electrode progresses, and not only does the power consumption rate further increase, but also the life of the electrode progresses earlier. In response to such an event, the information processing device 10 having the above-described configuration can suppress the power consumption rate while producing the desired product in an amount greater than or equal to the minimum required amount. Furthermore, the information processing device 10 can reduce the number of times it stops.
- the predetermined condition is set in at least one temporary operation plan in which the number of stops is minimized while using electric power less than the predicted value and supplying the target product more than the minimum required amount. , to minimize the unit power consumption.
- the information processing device 10 can suppress the power consumption rate while aiming to minimize the number of stops.
- the predetermined condition is a power consumption rate in a temporary operation plan in which the power consumption rate is the minimum while using electric power less than the predicted value and supplying a target product greater than or equal to the minimum required amount.
- the power consumption rate is BUn and the number of stops is Nn in each of the plurality of operation plans that use power less than the predicted value and supply the target product in an amount greater than or equal to the minimum required amount
- the predetermined condition is to minimize the number of stoppages and minimize the power consumption rate while using power less than the predicted value and supplying the target product more than the minimum required amount. Since the number of stops is a positive integer, the number of stops can be minimized within any range of any explanatory variable for creating a driving plan. Therefore, the power consumption rate can be minimized in any range of any explanatory variable. In response to such an event, the information processing device 10 having the above-described configuration can suppress the power consumption rate while aiming at minimizing the number of stoppages.
- the information processing device 10 of this embodiment can create operation plans for a plurality of electrolyzers 12. With such a configuration, for example, if the generated power is expected to decrease when a plurality of electrolyzers 12 are in the operation mode, the information processing device 10 does not stop all the electrolyzers 12, but maintains a good power consumption rate.
- the operation pattern can be varied, such as by continuing the operation mode of some electrolyzers 12 and shifting other electrolyzers 12 to a stop mode.
- the information processing device 10 of this embodiment updates the driving plan when acquiring the updated predicted value.
- the information processing device 10 updates the operation plan using the updated predicted value, which is generally more accurate than the predicted value before updating, thereby minimizing the number of stops during actual operation. Minimizing the power consumption rate or improving the feasibility of minimizing the power consumption rate.
- the information processing device 10 of the present embodiment creates an operation plan corresponding to the sum of voltages in an operation plan that minimizes the sum of voltages applied to the electrolytic cell 14 of at least one electrolyzer 12. With such a configuration, the information processing device 10 can substantially minimize or minimize the power consumption rate using a simpler method.
- the information processing device 10 of the present embodiment acquires the process state related to the operating characteristics from at least one electrolyzer 12, and based on the process state, the concentration of gas in the electrolytic cell 14 of the at least one electrolyzer 12 is below the explosive level. Adjust the current lower limit value or power lower limit value so that it is below the limit. With such a configuration, the information processing device 10 can minimize the number of stoppages, minimize the power consumption rate, or minimize the power consumption rate while maintaining safety according to the deterioration of the diaphragm and electrodes of the electrolytic cell 14. This can contribute to the
- the predicted value of power acquired by the acquisition unit 28 is based on the first amount of power that can be supplied from a power generation facility using only renewable energy and the grid power that can be supplied from the grid power. including quantity.
- the information processing device 10 can create an operation plan that further reduces the number of stops by using grid power.
- the embodiment of the information processing device 10 has been described above, but the embodiment of the present disclosure includes a method or a program for implementing the device, as well as a storage medium (for example, an optical disk, a magneto-optical disk, etc.) on which the program is recorded. It is also possible to take an embodiment as a disk, CD-ROM, CD-R, CD-RW, magnetic tape, hard disk, memory card, etc.).
- the implementation form of a program is not limited to an application program such as an object code compiled by a compiler or a program code executed by an interpreter, but may also be in the form of a program module incorporated into an operating system. good.
- the program may or may not be configured such that all processing is performed only in the CPU on the control board.
- the program may be configured such that part or all of the program is executed by an expansion board attached to the board or another processing unit mounted in an expansion unit, as necessary.
- embodiments according to the present disclosure are not limited to any of the specific configurations of the embodiments described above. Embodiments of the present disclosure extend to any novel features or combinations thereof described in this disclosure, or to any novel methods or process steps or combinations thereof described. be able to.
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Abstract
情報処理装置は取得部と制御部とを有する。取得部は予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得する。予測値は電解装置に供給される電力の予測値である。制御部は予測値以下他の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら電解装置の停止回数と電力原単位とが所定の条件を満たす仮の運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位に対応する運転計画を作成する。電力原単位は電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した値である。
Description
本出願は、２０２２年３月３１日に日本国に特許出願された特願２０２２－０５８１４２の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
本発明は、情報処理装置、電解装置、計画作成方法、及びプログラムに関する。
例えば、水の電気分解により水素を目的生成物として製造する電解装置が知られている（特許文献１参照）。再生可能エネルギーを入力とする電解装置は、入力電力が電解装置の運転範囲を下回った際に電解を停止する必要があるため、装置の停止頻度が多くなり、電解装置を構成する電極部材が通電サイクルにより劣化し、電解装置の消費電力を目的生成物の製造量で除した電力原単位が上昇する。更には、電解装置は、電力供給の開始直後において目的生成物の濃度が低く、電力を供給しながらも製品としての目的生成物を供給できない。それゆえ、電解装置の稼働時間に対して停止回数が増えるほど、電力原単位は上昇する。
近年、電解装置の電気分解に、再生可能エネルギーにより発電される電力のみを用いることが検討されている。再生可能エネルギーに基づく発電は不安定であり、予期しない電解装置の停止が引起こされる。電解装置の停止回数が増えることにより、電極の劣化と目的生成物の供給機会の逸失による電力原単位が上昇し、目的生成物の製造に要する電力が増加する。
そこで、本発明は、最低要求量以上の目的生成物を製造しながら、電解槽の劣化を抑制し、電力原単位を抑制する情報処理装置、電解装置、計画作成方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
すなわち、本発明は以下の通りである。
［１］
電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置の運転計画を作成する情報処理装置であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得する取得部と、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位に対応する運転計画を作成する制御部と、を備える
情報処理装置。
情報処理装置。
［２］
［１］に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記停止回数が最小である少なくとも１つの一時的な前記運転計画の中で、前記電力原単位を最小化させることである
情報処理装置。
［３］
［１］に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記電力原単位が最小である一時的な前記運転計画における前記電力原単位をＢＵｓ及び前記停止回数をＮｓとして、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させる複数の前記運転計画それぞれにおける前記電力原単位をＢＵｎ及び前記停止回数をＮｎとして、α及びβをゼロ超の重付け係数として評価値ＥＶ＝α×ＢＵｎ／ＢＵｓ＋β×Ｎｎ／Ｎｓを最小化させることである
情報処理装置。
［４］
［１］に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記停止回数を最小化且つ前記電力原単位を極小化させることである
情報処理装置。
［５］
［１］から［４］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記電解装置は、前記第１の状態で、前記運転モードへ移行するまで目的生成物の供給を停止する起動モードを、更に有する
情報処理装置。
［６］
［５］に記載の情報処理装置において、
前記運転計画は、前記少なくとも１つの電解装置それぞれにおける、前記停止モードから前記起動モードへの切替え時点、及び電解槽に供給する電流値の少なくとも一方を含む
情報処理装置。
［７］
［１］から［６］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記制御部は、複数の前記電解装置の運転計画を作成可能であり、
前記電力原単位は、前記複数の電解装置それぞれの消費電力の和を、該複数の電解装置それぞれの目的生成物の供給量の和で除した値であり、
前記停止回数は、前記複数の電解装置それぞれの停止回数の和である
情報処理装置。
［８］
［１］から［７］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記制御部は、更新された前記予測値を取得する場合、前記運転計画を更新する
情報処理装置。
［９］
［１］から［８］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記制御部は、前記少なくとも１つの電解装置の電解槽に印加する電圧の和を極小化させる前記運転計画における該電圧の和に対応する前記運転計画を作成する
情報処理装置。
［１０］
［１］から［９］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記取得部は、前記少なくとも１つの電解装置から運転特性に関するプロセス状態を取得し、
前記制御部は、前記プロセス状態に基づいて、前記少なくとも１つの電解装置の電解槽におけるガスの濃度が爆発下限界以下になるように、前記電流下限値又は前記電力下限値を調整する
情報処理装置。
［１１］
［１］から［１０］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記取得部が取得する電力の予測値は、再生可能エネルギーのみによる発電施設から供給可能なの第１の電力量と、系統電力から供給可能な系統電力量とを含む
情報処理装置。
［１２］
電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得する取得部と、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位に対応する運転計画を作成する制御部と、を備える
電解装置。
［１３］
電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置の運転計画を作成する計画作成方法であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得するステップと、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位を算出するステップと、
該停止回数及び該電力原単位に対応する運転計画を作成するステップと、を備える
計画作成方法。
［１４］
電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置の運転計画を作成するプログラムであって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得することと、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数の最小化と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位を算出することと、
該停止回数及び該電力原単位に対応する前記運転計画を作成することと、を含む動作をコンピュータに実行させる
プログラム。
［１］
電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置の運転計画を作成する情報処理装置であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得する取得部と、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位に対応する運転計画を作成する制御部と、を備える
情報処理装置。
情報処理装置。
［２］
［１］に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記停止回数が最小である少なくとも１つの一時的な前記運転計画の中で、前記電力原単位を最小化させることである
情報処理装置。
［３］
［１］に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記電力原単位が最小である一時的な前記運転計画における前記電力原単位をＢＵｓ及び前記停止回数をＮｓとして、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させる複数の前記運転計画それぞれにおける前記電力原単位をＢＵｎ及び前記停止回数をＮｎとして、α及びβをゼロ超の重付け係数として評価値ＥＶ＝α×ＢＵｎ／ＢＵｓ＋β×Ｎｎ／Ｎｓを最小化させることである
情報処理装置。
［４］
［１］に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記停止回数を最小化且つ前記電力原単位を極小化させることである
情報処理装置。
［５］
［１］から［４］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記電解装置は、前記第１の状態で、前記運転モードへ移行するまで目的生成物の供給を停止する起動モードを、更に有する
情報処理装置。
［６］
［５］に記載の情報処理装置において、
前記運転計画は、前記少なくとも１つの電解装置それぞれにおける、前記停止モードから前記起動モードへの切替え時点、及び電解槽に供給する電流値の少なくとも一方を含む
情報処理装置。
［７］
［１］から［６］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記制御部は、複数の前記電解装置の運転計画を作成可能であり、
前記電力原単位は、前記複数の電解装置それぞれの消費電力の和を、該複数の電解装置それぞれの目的生成物の供給量の和で除した値であり、
前記停止回数は、前記複数の電解装置それぞれの停止回数の和である
情報処理装置。
［８］
［１］から［７］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記制御部は、更新された前記予測値を取得する場合、前記運転計画を更新する
情報処理装置。
［９］
［１］から［８］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記制御部は、前記少なくとも１つの電解装置の電解槽に印加する電圧の和を極小化させる前記運転計画における該電圧の和に対応する前記運転計画を作成する
情報処理装置。
［１０］
［１］から［９］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記取得部は、前記少なくとも１つの電解装置から運転特性に関するプロセス状態を取得し、
前記制御部は、前記プロセス状態に基づいて、前記少なくとも１つの電解装置の電解槽におけるガスの濃度が爆発下限界以下になるように、前記電流下限値又は前記電力下限値を調整する
情報処理装置。
［１１］
［１］から［１０］のいずれか１つに記載の情報処理装置において、
前記取得部が取得する電力の予測値は、再生可能エネルギーのみによる発電施設から供給可能なの第１の電力量と、系統電力から供給可能な系統電力量とを含む
情報処理装置。
［１２］
電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得する取得部と、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位に対応する運転計画を作成する制御部と、を備える
電解装置。
［１３］
電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置の運転計画を作成する計画作成方法であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得するステップと、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位を算出するステップと、
該停止回数及び該電力原単位に対応する運転計画を作成するステップと、を備える
計画作成方法。
［１４］
電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置の運転計画を作成するプログラムであって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得することと、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数の最小化と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位を算出することと、
該停止回数及び該電力原単位に対応する前記運転計画を作成することと、を含む動作をコンピュータに実行させる
プログラム。
本発明によれば、最低要求量以上の水素を製造しながら電力原単位を抑制する。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
図１に示すように、本発明の一実施形態の情報処理装置１０を含む製造システム１１は、少なくとも１つの電解装置１２、制御装置１３、及び情報処理装置１０を含んで構成されてよい。本実施形態において、製造システム１１は、複数の電解装置１２を含む。電解装置１２の型式は、限定されないが、例えば、アルカリ水電解装置、食塩電解装置、固体高分子形水電解装置、固体酸化物形電解装置であってもよい。
図２に示すように、電解装置１２は、電解槽１４、電解液供給路１５、整流器１６、第１の供給路１７、第１の供給弁１８、第１の排気路１９、第１の排気弁２０、第２の供給路２１、第２の供給弁２２、第２の排気路２３、第２の排気弁２４、パージガス供給路２５、パージガス供給弁２６、及びコントローラ２７を含んで構成されてよい。
電解槽１４には、電解液供給路１５を介して、電解液が供給されてよい。電解液は、例えば、水又は食塩水を含む。電解槽１４には、再生可能エネルギー発電機により発電された電力が、整流器１６により電流が調整された状態で供給されてよい。電解槽１４は、例えば、印加される電力により電解液を電気分解して、陰極生成物及び陽極生成物を発生させてよい。電解層１４が水を電気分解する構成において、陰極生成物は水素であり、陽極生成物は酸素である。電解層１４が食塩水を電気分解する構成において、陰極生成物は水素であり、陽極生成物は塩素である。
電解槽１４の陰極室において発生する陰極生成物は、第１の供給路１７を介して排出されてよい。第１の供給路１７には、第１の供給弁１８が設けられてよい。第１の供給弁１８を開くことにより、製造品としての陰極生成物が供給されてよい。第１の供給路１７は、第１の供給弁１８の上流側において第１の排気路１９に接続されてよい。第１の排気路１９には、第１の排気弁２０が設けられてよい。第１の排気弁２０を開くことにより、第１の供給路１７中のガスが排気されてよい。
電解槽１４の陽極室において発生する陽極生成物は、第２の供給路２１を介して排出されてよい。第２の供給路２１には、第２の供給弁２２が設けられてよい。第１の供給弁１８を開くことにより、製造品としての陽極生成物が供給されてよい。第２の供給路２１は、第２の供給弁２２の上流側において第２の排気路２３に接続されてよい。第２の排気路２３には、第２の排気弁２４が設けられてよい。第２の排気弁２４を開くことにより、第２の供給路２１中のガスが排気されてよい。
電解槽１４には、パージガス供給路２５を介してパージガスが供給されてよい。パージガス供給路２５には、パージガス供給弁２６が設けられてよい。パージガス供給弁２６を開くことにより、電解槽１４に滞留するガスが第１の供給路１７及び第２の供給路２１を介して排出される。パージガスは、不燃性の任意のガスであり、例えば窒素である。
コントローラ２７は、１以上のプロセッサおよびメモリを含む。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、および特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。コントローラ２７は、電解装置１２全体の動作を制御してよい。
コントローラ２７は、電解装置１２の各構成要素を制御してよい。コントローラ２７は、例えば、電解槽１４への電力の印加及び停止を切替えるように、且つ電解槽１４に印加する電力の電流値を調整するように整流器１６を制御する。又、コントローラ２７は、例えば、第１の供給弁１８、第１の排気弁２０、第２の供給弁２２、第２の排気弁２４、及びパージガス供給弁２６を別々に開閉させてよい。
更には、コントローラ２７は、電解装置１２が有する複数の動作モードへの切替えに応じて、電解装置１２の各構成要素を制御してよい。電解装置１２は、例えば、停止モード、及び運転モードを動作モードとして有する。電解装置１２は、更に、起動モード、一時停止モード及び停止準備モードを、動作モードとして有してよい。
停止モードにおいて、電解装置１２は、当該電解装置１２の全構成要素の稼働を停止する。停止モードには、後述する停止準備モードから自動的に、又は運転モードにおいて後述する制御装置１３から切替えの指示を取得する場合、切替えられてよい。
停止モードにおいて、コントローラ２７は、電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の電解装置１２における電解槽１４への供給を停止する状態（第２の状態）に電解装置１２を遷移させる。電流下限値及び電力下限値については、後述する。コントローラ２７は、一定の量のパージガスの供給が行われた後、第１の供給弁１８、第１の排気弁２０、第２の供給弁２２、第２の排気弁２４、及びパージガス供給弁２６を閉止するよう制御してよい。停止モードにおいて、電解槽１４、第１の供給路１７、第１の排気路１９、第２の供給路２１、及び第２の排気路２３は、パージガスが充填された状態に維持されていてよい。
起動モードにおいて、電解装置１２は、陰極生成物の製品としての供給の準備を行う。製品としての陰極生成物は、陰極生成物濃度閾値以上の濃度の陰極生成物を含み、且つ個別に要求される不純物ガス成分の濃度が閾値未満のガスである。起動モードには、停止モードにおいて後述する制御装置１３から切替えの指示を取得する場合、切替えられてよい。
起動モードにおいて、コントローラ２７は、電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力を、電解装置１２における電解槽１４に供給する第１の状態に電解装置１２を遷移させる。具体的には、コントローラ２７は、整流器１６の制御により第１の状態に遷移させる。コントローラ２７は、第１の状態への遷移により、電解槽１４における電気分解を開始させてよい。コントローラ２７は、第１の排気弁２０及び第２の排気弁２４を開くことにより、電解槽１４、第１の供給路１７、及び第２の供給路２１に滞留するパージガスを排気してよい。後述する運転モードに移行するまで、起動モードは実行され、製品としての陰極生成物の供給は停止されてよい。
運転モードにおいて、電解装置１２は第１の状態であり、製品としての陰極生成物を供給可能である。運転モードには、起動モードにおいて第１の供給路１７内のガスにおける陰極生成物濃度が陰極生成物濃度閾値以上且つ不純物ガス成分の濃度が不純物閾値未満となった後、切替えられてよい。運転モードへの切替えは、起動モードにおいて、第１の供給路１７内のガスにおける陰極生成物濃度の検出結果に基づいてよく、或いは起動モードの開始後からの経過時間と予め算出される置換時間との比較結果に基づいてよい。置換時間は、電解槽１４における電気分解の開始後から第１の供給路１７内を陰極生成物で置換させるまでに係る時間である。
運転モードにおいて、コントローラ２７は、第１の排気弁２０を閉じ且つ第１の供給弁１８を開いてよい。更に、運転モードにおいて第２の供給路２１内のガスにおける陽極生成物濃度が陽極生成物濃度閾値以上となった後、コントローラ２７は、第２の排気弁２４を閉じ且つ第２の供給弁２２を開いてよい。
一時停止モードにおいて、電解装置１２は、電気分解と、製品としての陰極生成物及び陽極生成物の供給とを一時的に停止する。一時停止モードには、運転モードにおいて供給される電力の低下により下限値以上の電流の供給ができなくなる場合、切替えられてよい。具体的には、コントローラ２７は、第１の供給弁１８及び第２の供給弁２２を閉鎖してよい。
停止準備モードにおいて、電解装置１２は、安全な状態で停止するための準備を行う。停止準備モードには、運転モードにおいて後述する制御装置１３から切替えの指示を取得する場合、切替えられてよい。又は、停止準備モードには、一時停止モードにおいて停止維持時間が経過した場合、切替えられてよい。停止維持時間は、安全上の観点又は電解装置１２の構成要素の設計上の観点から、電気分解の停止、並びに陰極生成物及び陽極生成物の供給の停止のみを行い、他の構成要素の稼働を維持可能な予め定められる時間であってよい。なお、一時停止モードにおいて、停止維持時間の経過前に電流の供給を再開した場合、運転モードに切替えられてよい。
停止準備モードにおいて、コントローラ２７は、第１の供給弁１８及び第２の供給弁２２を閉鎖し、第１の排気弁２０、第２の排気弁２４、及びパージガス供給弁２６を開く。停止準備モードへの切替え後から、所定時間の経過後、電解装置１２は停止モードに移行してよい。
コントローラ２７は、電解槽１４の運転特性に関するプロセス状態をサンプリングして、情報処理装置１０に付与してよい。電解槽１４のプロセス状態は、電解槽１４の温度、電解槽１４内の圧力、電解槽１４に印加する電圧、及び電解槽１４に流れる電流の少なくとも１つを含んでよい。コントローラ２７は、更に、停止モードへの移行回数及び現在の動作モードをサンプリングして、情報処理装置１０に付与してよい。
制御装置１３は、例えば、サーバ等の情報処理装置であってよい。制御装置１３は、情報処理装置１０、又は製造システム１１に含まれるいずれかの電解装置１２のコントローラ２７に組込まれていてよい。
制御装置１３は、情報処理装置１０から取得する運転計画に基づいて、少なくとも１つの電解装置１２の動作モードの切替えを決定してよい。制御装置１３は、更に、製造システム１１に実際に供給されている電力に基づいて、運転モードの切替えを決定してよい。
運転計画には、電解装置１２毎に、少なくとも、停止モードから起動モードへの切替え時点が含まれていてよい。運転計画には、更に、運転モードから停止モードへの切替え時点が含まれていてよい。なお、電解装置１２が停止準備モードを有する構成においては、運転計画には、運転モードから停止モードへの切替え時点の代わりに、運転モードから停止準備モードへの切替え時点が含まれていてよい。製造システム１１が複数の電解装置１２を含む構成において、運転モードからの停止モード又は停止準備モードへの切替えには優先度がつけられていてよい。
制御装置１３は、例えば、制御装置１３に設けられるタイマ等の計時による時間が停止モードから起動モードへの切替え時点になる場合、運転計画で指定された電解装置１２の起動モードへの切替えを決定してよい。制御装置１３は、起動モードへの切替えを決定した場合、起動モードに切替える指示を、当該電解装置１２に付与してよい。
制御装置１３は、例えば、制御装置１３に設けられるタイマ等の計時による時間が運転モードから停止モードへの切替え時点になる場合、運転計画で指定された電解装置１２の停止モードへの切替えを決定してよい。制御装置１３は、停止モードへの切替えを決定した場合、停止モードに切替える指示を、当該電解装置１２に付与してよい。
制御装置１３は、停止モードへの切替えを、更に、製造システム１１に供給されている電力に基づいて決定してよい。製造システム１１が単一の電解装置１２を有する構成においては、制御装置１３は、運転計画及び製造システム１１に供給される電力の現在値に基づいて、以下に説明するように、停止モードへの切替えを決定してよい。制御装置１３は、特定の電解装置１２において運転モードから停止モードへの切替え時点であって、且つ第１の状態を維持できない場合、停止モードへの切替えを決定してよい。製造システム１１が複数の電解装置１２を有する構成においては、制御装置１３は、運転計画及び製造システム１１に供給される電力の現在値に基づいて、以下に説明するように、停止モードへの切替えを決定してよい。制御装置１３は、特定の電解装置１２において運転モードから停止モードへの切替え時点であって、当該電解装置１２より優先度の高い電解装置１２への電力供給を減じることなく当該電解装置１２に対して第１の状態を維持できない場合、停止モードへの切替えを決定してよい。
制御装置１３は、電解装置１２が動作モードとして停止準備モードを有する構成において、運転モードから停止準備モードへの切替え時点になる場合、運転計画で指定された電解装置１２の停止準備モードへの切替えを決定してよい。制御装置１３は、停止準備モードへの切替えを決定した場合、停止準備モードに切替える指示を、当該電解装置１２に付与してよい。
制御装置１３は、停止準備モードへの切替えを、更に、製造システム１１に供給されている電力に基づいて決定してよい。当該電力に基づく決定は、停止モードにおける電力に基づく決定と同様である。
情報処理装置１０は、例えば、サーバ装置である。情報処理装置１０は、製造システム１１に含まれる電解装置１２、言換えると少なくとも１つの電解装置１２の運転計画を作成する。図１に示すように、情報処理装置１０は、取得部２８及び制御部２９を備える。情報処理装置１０は、更に記憶部３０を備えてよい。
取得部２８は、製造システム１１に含まれる全電解装置１２に供給される電力の予測値を取得する。電力の予測値は、再生可能エネルギーのみによる発電施設から供給可能な電力の第１の電力量を少なくとも含む。電力の予測値は、第１の電力量のみを含んでよい。電力の予測値は、更に、系統電力から供給可能な系統電力量を含んでよい。取得部２８は、ネットワークを介して他の情報処理装置と通信する通信モジュールを含んでよい。例えば、取得部２８は、再生可能エネルギーによる発電事業者が管理する情報処理装置から、例えば、今後１週間の時間別に発電される電力の予測値を第１の電力量として取得する。再生可能エネルギーが太陽光、風力である場合、電力の予測値は天気予報に基づいてよい。天気予報は、例えば、電解装置付近の日射量、風速、風向等の環境予測データを含む。例えば、取得部２８は、系統電力を管理する事業者の情報処理装置から、売買契約等あるいは系統電力の需給調整を目的としたデマンドレスポンス制御等に基づく、利用可能な電力量を系統電力量として取得する。
取得部２８は、製造システム１１における目的生成物の製造の最低要求量を取得する。目的生成物は、陰極生成物及び陽極生成物のいずれかであってよい。目的生成物は、水電解においては、陰極生成物の水素であってよい。目的生成物は、食電電解においては陽極生成物の塩素であってよい。最低要求量は、指定される時点までの値であってよい。取得部２８は、キーボード、マウス等のユーザからの入力を検出可能な入力用インターフェースを含んでよい。例えば、取得部２８は、入力用インターフェースへの入力により、目的生成物の製造の最低要求量を取得する。
取得部２８は、少なくとも１つの電解装置１２から、運転特性に関するプロセス状態を取得してよい。取得部２８は、少なくとも１つの電解装置１２から、停止モードへの移行回数及び現在の動作モードを取得してよい。
記憶部３０は、半導体メモリ、磁気メモリ、光メモリのいずれかを含んでよい。半導体メモリは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等である。記憶部３０は、主記憶装置、補助記憶装置又はキャッシュメモリとして機能してよい。記憶部３０は、製造システム１１の動作に用いられるデータと、電解装置１２の稼働によって得られたデータとを記憶する。
例えば、記憶部３０は、システムプログラム、アプリケーションプログラム、組み込みソフトウェア等を記憶する。記憶部３０は、取得部２８において取得した各電解槽１４のプロセス状態、停止モードへの移行回数、及び現在の動作モードを記憶してよい。
又、記憶部３０は、製造システム１１に含まれる電解装置１２毎の電解性能と、電流下限値又は電力下限値と、電解槽１４に流す電流に対する目的生成物の発生量と、を記憶してよい。電解性能は、入力電流に対する出力電圧の応答であり、電解槽１４に固有の値である。電流下限値は、陰極室における陰極生成物中の陽極生成物濃度（例えば、水素中酸素濃度）及び陽極室における陽極生成物中の陰極生成物濃度（例えば、酸素中水素濃度）を爆発限界以下に抑えるために電解槽１４に流す電流の最低値である。電解性能は、実験機又は実機を用いた運転実績により推定されてよい。電流下限値は、理論値、又は実験機若しくは実機を用いた運転実績により推定されてよい。電力下限値は、理論値、又は実験機若しくは実機を用いた運転実績により推定されてよい。又は、電力下限値は、電流下限値及び電解性能に基づいて算出されてよい。
電解性能は、停止回数に応じて劣化し、入力電流に対する出力電圧は大きくなる。記憶部３０は、停止回数に応じた電解性能の劣化を、電流、温度、電解液濃度、圧力、電解液の循環流量、陰極室における陰極生成物中の陽極生成物濃度、陽極室における陽極生成物中の陰極生成物濃度等のプロセス状態、並びに通電時間及び停止モードへの移行回数（以後、「停止回数」とも呼ぶ。）の少なくとも一つに基づいて調整する調整パラメータを記憶してよい。プロセス状態に対する調整パラメータは、同一とみなせる通電時間及び停止回数において、多様なプロセス状態における実験機又は実機のセル電圧の実測値に基づいて予め算出されていてよい。通電時間及び停止回数に対する調整パラメータは、同一のプロセス状態において、多様な通電時間及び停止回数における実験機又は実機のセル電圧の実測値に基づいて予め定められてよい。
電流下限値は、電解槽の劣化に応じて上昇する。記憶部３０は、電解槽の劣化に応じた電流下限値の上昇を、電圧、温度、電解液濃度、圧力、電解液の循環流量、陰極室における陰極生成物中の陽極生成物濃度、陽極室における陽極生成物中の陰極生成物濃度等のプロセス状態、並びに通電時間及び停止回数の少なくとも一方に基づいて調整する調整パラメータを記憶してよい。プロセス状態に対する調整パラメータは、同一とみなせる通電時間及び停止回数において、多様なプロセス状態における実験機又は実機の陰極室における陰極生成物中の陽極生成物濃度及び陽極室における陽極生成物中の陰極生成物濃度の実測値に基づいて予め算出されていてよい。通電時間及び停止回数に対する調整パラメータは、同一のプロセス状態において、多様な通電時間及び停止回数における実験機又は実機の陰極室における陰極生成物中の陽極陰生成物濃度及び陽極室における陽極生成物中の陰極生成物濃度の実測値に基づいて予め定められてよい。
電力下限値は、電解槽の劣化に応じて上昇する。電力下限値は、前述の調整パラメータにより調整された電解性能、及び前述の調整パラメータにより調整された電流下限値に基づいて算出され得る。したがって、電力下限値は、電圧、温度、電解液濃度、圧力、電解液の循環流量、陰極室における陰極生成物中の陽陰極生成物濃度、陽極室における陽極生成物中の陰極生成物濃度等のプロセス状態、並びに通電時間及び停止回数の少なくとも一方に基づいて調整され得る。記憶部３０は、電力下限値を調整する調整パラメータを記憶してよい。
制御部２９は、１以上のプロセッサおよびメモリを含む。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、および特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。制御部２９は、情報処理装置１０全体の動作を制御してよい。
制御部２９は、製造システム１１に含まれる電解装置１２の運転計画を作成する。制御部２９は、単一の電解装置１２の運転計画を作成してよく、複数の電解装置１２の運転計画を作成してよい。運転計画は、少なくとも１つの電解装置１２それぞれにおける、停止モードから起動モードへの切替え時点及び電解槽１４に供給する電流値又は電力の値の少なくとも一方を含んでよい。
制御部２９は、予測値以下の電力を用い且つ指定の時点までに最低要求量以上の目的生成物を供給させながら停止回数と電力原単位とが所定の条件を満たす仮の運転計画を作成する。停止回数は、運転モードから直接又は間接的に停止モードに切替わる回数である。運転モードから間接的に停止モードに切替わるとは、運転モードから停止準備モードを介して停止モードに切替わることを意味する。製造システム１１が複数の電解装置１２を含む構成において、停止回数は、複数の電解装置１２それぞれの停止回数の和である。電力原単位は、電解装置１２の消費電力を目的生成物の供給量で除した値である。製造システム１１が複数の電解装置１２を含む構成において、電力原単位は、複数の電解装置１２それぞれの消費電力の和を、当該複数の電解装置１２それぞれの目的生成物の供給量の和で除した値である。消費電力は、指定の時点までに電解装置１２が消費する電力である。
所定の条件は、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら停止回数が最小である少なくとも１つの一時的な運転計画の中で、電力原単位を最小化させることであってよい。具体的には、制御部２９は、任意の数理最適化方法を用いて、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら停止回数が最小である一時的な運転計画を作成してよい。停止回数が最小である一次的な運転計画は複数個作成されることが想定される。更に、制御部２９は、停止回数が最小である一時的な運転計画の中で電力原単位が最小である運転計画を選択することにより、仮の運転計画を作成してよい。
数理最適化方法が、以下の例示により、詳細に説明される。数理最適化のために、単一又は複数の電解装置１２の運転に関する任意のパラメータを入力すると、電解装置１２の停止回数及び電力原単位を出力する運転シミュレーションが予め設計されている。制御部２９は、運転シミュレーションに対して当該任意のパラメータを変動させて、停止回数を最小化させてよい。例えば、制御部２９は、任意のパラメータを任意の範囲で変化させた運転シミュレーションの出力結果の最小値を算出してよい。又は、制御部２９は、図３に示すように、任意のパラメータＸ１、Ｘ２を任意の範囲で変化させた運転シミュレーションの出力結果から応答曲面法を用いて近似モデルを作成し、当該近似モデルを用いて最小値を推定してよい。
又は、所定の条件は、評価値ＥＶ＝α×ＢＵｎ／ＢＵｓ＋β×Ｎｎ／Ｎｓを最小化させることである。α及びβは、ゼロ超えの重み付け係数である。ＢＵｎ及びＮｎは、それぞれ予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させる複数の運転計画それぞれにおける電力原単位及び停止回数である。ＢＵｓ及びＮｓは、それぞれ予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら電力原単位が最小である一時的な運転計画における当該電力原単位及び当該停止回数である。具体的には、制御部２９は、任意の数理最適化方法を用いて、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら電力原単位が最小である一時的な運転計画を作成してよい。制御部２９は、一時的な運転計画における電力原単位及び停止回数をＢＵｓ及びＮｓに設定してよい。制御部２９は、一時的な運転計画の作成後、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させる複数の運転計画における電力原単位及び停止回数をＢＵｎ及びＮｎに設定して、評価値ＥＶｎを算出してよい。制御部２９は、任意の数理最適化方法を用いて、評価値ＥＶｎが最小である運転計画を、仮の運転計画として作成してよい。
又は、所定の条件は、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量の目的生成物を供給させながら、停止回数の最小化且つ電力原単位を極小化させることであってよい。具体的には、制御部２９は、任意の数理最適化方法を用いて、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら停止回数を最小化させ且つ電力原単位を極小化させる運転計画を、仮の運転計画として作成してよい。
更に、制御部２９は、仮の運転計画における停止回数及び電力原単位に対応する運転計画を作成する。仮の運転計画における停止回数及び電力原単位に対応する運転計画は、例えば、仮の運転計画そのものである。しかし、仮の運転計画における停止回数及び電力原単位に対応する運転計画は、仮の運転計画に限定されず、当該停止回数及び当該電力原単位からそれぞれ幅を持った停止回数及び電力原単位にさせる運転計画であってよい。例えば、制御部２９は、以下のような方法により仮の運転計画における停止回数及び電力原単位に対応する運転計画を作成してよい。制御部２９は、仮の運転計画における停止回数及び電力原単位をそれぞれ最小停止回数及び最小電力原単位と認定してよい。制御部２９は、目的生成物の供給量を最大化させた仮の運転計画における停止回数及び電力原単位を最大停止回数及び最大電力原単位と認定してよい。制御部２９は、最大停止回数及び最小停止回数の範囲における少ない側から上位１０％以内の停止回数であって、且つ最小電力原単位及び最大電力原単位の範囲における少ない側から上位１０％以内の電力原単位であり、特定の条件を満たす運転計画を、仮の運転計画における停止回数及び電力原単位に対応する運転計画として作成してよい。特定の条件は、限定されないが、例えば、電力原単位の極小化、設備利用率の極大化、系統電力のデマンドレスポンス制御への対応である。
制御部２９は、評価値ＥＶの最小化による運転計画の作成において、重み付け係数α及びβを調整してよい。重み付け係数α及びβは、情報処理装置１０に設けられるキーボードやマウス等のインプットデバイスへの操作入力に基づいてよい。例えば、電解装置の劣化の抑制が優先される場合、Ｎｎ／ＮｓがＢＵｎ／ＢＵｓよりもＥＶに影響を与えるようにαに比べてβが大きくなるように調整されてよい。又は、目的生成物製造量の最大化が優先される場合、ＢＵｎ／ＢＵｓがＮｎ／ＮｓよりもＥＶに影響を与えるようにβに比べてαが大きくなるように調整されてよい。
制御部２９は、運転計画の作成において、電解槽１４の電解性能及び電流下限値の組合せ、又は電力下限値を用いてよい。具体的には、制御部２９は、電解槽１４の電流を電流下限値以上にさせる電圧値を、各電解槽１４における電解性能から算出する。制御部２９は、当該電圧値及び電流値に基づいて、起動モード及び運転モードにおいて必要な電力を算出する。制御部２９は、算出した電力又は電力下限値に基づいて、運転計画を作成してよい。
制御部２９は、各電解槽１４の現在の動作モードを、運転計画の作成に用いてよい。例えば、動作モードが運転モードである電解装置１２は起動モードにおける消費電力を含むことなく電力原単位を算出し、全体の電力原単位の算出に用いられる。
制御部２９は、各電解槽１４の通電時間及び停止回数に応じて、現在の電解槽１４の電解性能を調整してよい。制御部２９は、各電解槽１４のプロセス状態に基づいて、現在の各電解槽１４の電解性能を調整してよい。制御部２９は、各電解槽１４の通電時間及び停止回数に応じて、現在の電解槽１４の電流の下限値を調整してよい。制御部２９は、各電解槽１４のプロセス状態に基づいて、現在の各電解槽１４の電流下限値又は電力下限値を調整してよい。したがって、制御部２９は、プロセス状態に基づいて少なくとも１つの電解装置１２の電解槽１４におけるガスの濃度が爆発下限界以下になるように電流下限値又は電力下限値を調整してよい。
制御部２９は、取得した電力の予測値が、すでに予測値を取得済みの時間帯における更新値を含む場合、当該更新値を用いて、運転計画を更新してよい。例えば、制御部２９は、前回に作成された運転計画における指定の時点までの最低要求量から、現在までの目的生成物の製造量を減じた値を、更新後の運転計画の最低要求量として、更新された予測値を用いて、前回の運転計画に含まれる時間帯の部分を更新して、前回の運転計画に含まれない時間帯の部分を新規に作成してよい。
制御部２９は、少なくとも１つの電解装置１２の電解槽１４に印加する電圧の和を極小化させるように運転計画における当該電圧の和に対応する運転計画を、極小化又は最小化させた電力原単位に対応する運転計画として作成してよい。
次に、本実施形態において情報処理装置１０の制御部２９が実行する、運転計画作成処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。運転計画作成処理は、例えば、電力の予測値が更新されるたびに、又は電力の予測値の更新に合わせて定期的に開始する。
ステップＳ１００において、制御部２９は、記憶部３０に格納された各電解装置１２のプロセス状態を読出す。読出し後、プロセスはステップＳ１０１に進む。
ステップＳ１０１では、制御部２９は、ステップＳ１００において読出したプロセス状態に基づいて、各電解装置１２における電解槽１４の電解性能を調整する。また、制御部２９は、ステップＳ１００において読出したプロセス状態に基づいて、各電解装置１２における電解槽１４に流す電流下限値又は電力下限値を調整する。調整後、プロセスはステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２では、制御部２９は、取得部２８において取得した目的生成物の製造の最低要求量を認識する。認識後、プロセスはステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３では、制御部２９は、ステップＳ１０１において調整した各電解槽１４の電解性能及び各電解槽１４の電流の下限値、並びにステップＳ１０２において認識した最低要求量に基づいて、運転計画を作成する。作成後、プロセスはステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４では、制御部２９は、ステップＳ１０３において作成した運転計画を制御装置１３に付与する。付与後、運転計画作成処理は終了する。
以上のような構成の本実施形態の情報処理装置１０は、電解装置１２に供給される電力の予測値及び目的生成物の製造の最低要求量を取得する取得部２８と、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、停止回数と電力原単位とが所定の条件を満たす仮の運転計画における停止回数及び電力原単位に対応する運転計画を作成する制御部２９とを備える。前述のように、電解装置１２では停止モードにおいて第１の供給路１７又は第２の供給路２１等にパージガスが充填されているため、パージガスが目的生成物で置換されるまでの起動モード中には電力を消費しながらも目的生成物の供給ができない。したがって、電解装置１２では、目的生成物を供給する運転モードが短いと電力原単位が上昇する。また、再生可能エネルギーに基づく発電は不安定であり、当該発電による電力は変動する。例えば、図５に示すように、再生可能エネルギーが太陽光である場合、天候によって発電電力は大きく変動する。したがって、電解装置１２に再生可能エネルギーに基づく発電電力を用いる構成では、電解装置１２が悪天候時に運転モードから頻繁に停止モードに移行することが生じ得る。このように再生可能エネルギーの発電電力をそのまま利用する電解装置１２は、目的生成物の供給量に対して電力原単位が上昇するだけでなく、目的生成物の供給量に対する停止回数も増加する。電解装置１２では停止回数が増えるほど電極の劣化が進行し、電力原単位の更なる上昇だけでなく、電極の早期寿命化が進む。このような事象に対して、上述の構成を有する情報処理装置１０は、最低要求量以上の目的生成物を製造しながら、電力原単位を抑制させ得る。更に、情報処理装置１０は、停止回数を低減し得る。
又、情報処理装置１０では、所定の条件は、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら停止回数が最小である少なくとも１つの一時的な運転計画の中で、電力原単位を最小化させることである。このような構成により、情報処理装置１０は、停止回数の最小化を志向しながら電力原単位を抑制し得る。
又は、情報処理装置１０では、所定の条件は、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら電力原単位が最小である一時的な運転計画における電力原単位をＢＵｓ及び停止回数をＮｓとして、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させる複数の前記運転計画それぞれにおける前記電力原単位をＢＵｎ及び前記停止回数をＮｎとして、α及びβをゼロ超の重付け係数として評価値ＥＶ＝α×ＢＵｎ／ＢＵｓ＋β×Ｎｎ／Ｎｓを最小化させることである。このような構成により、情報処理装置１０は、電力原単位の最小化を志向しながら停止回数を抑制し得る。
又は、情報処理装置１０では、所定の条件は、予測値以下の電力を用い且つ最低要求量以上の目的生成物を供給させながら停止回数を最小化且つ電力原単位を極小化させることである。停止回数は正の整数であるため、運転計画作成のための任意の説明変数の任意の範囲で停止回数は最小になることが生じ得る。したがって、任意の説明変数の任意の範囲において電力原単位が極小化し得る。このような事象に対して、上述の構成を有する情報処理装置１０は、停止回数の最小化を志向しながら電力原単位を抑制し得る。
又、本実施形態の情報処理装置１０は、複数の電解装置１２の運転計画を作成可能である。このような構成により、情報処理装置１０は、例えば、複数の電解装置１２が運転モードである時に発電電力が低下すると見込まれる場合、すべての電解装置１２を停止させるのでなく、電力原単位の良好な一部の電解装置１２の運転モードを継続し他の電解装置１２を停止モードに移行させる等のように運転パターンに多様性を与え得る。
又、本実施形態の情報処理装置１０は、更新された予測値を取得する場合、運転計画を更新する。このような構成により、情報処理装置１０は、更新前の予測値より一般的に予測精度が高い、更新された予測値を用いて運転計画を更新するので、実運転における停止回数の最小化及び電力原単位の極小化又は電力原単位の最小化の実現性を向上させる。
又、本実施形態の情報処理装置１０は、少なくとも１つの電解装置１２の電解槽１４に印加する電圧の和を極小化させる運転計画における当該電圧の和に対応する運転計画を作成する。このような構成により、情報処理装置１０は、より簡易な方法で、実質的に電力原単位を極小化又は最小化させ得る。
又、本実施形態の情報処理装置１０は、少なくとも１つの電解装置１２から運転特性に関するプロセス状態を取得し、プロセス状態に基づいて少なくとも１つの電解装置１２の電解槽１４におけるガスの濃度が爆発下限界以下になるように電流下限値又は電力下限値を調整する。このような構成により、情報処理装置１０は、電解槽１４の隔膜及び電極の劣化に応じた安全性の維持を図りながら、停止回数の最小化及び電力原単位の極小化又は電力原単位の最小化に寄与し得る。
又、本実施形態の情報処理装置１０では、取得部２８が取得する電力の予測値は、再生可能エネルギーのみによる発電施設から供給可能なの第１の電力量と、系統電力から供給可能な系統電力量とを含む。このような構成により、情報処理装置１０は、系統電力を用いることにより停止回数を更に低減させる運転計画を作成し得る。
以上、情報処理装置１０の実施形態を説明してきたが、本開示の実施形態としては、装置を実施するための方法又はプログラムの他、プログラムが記録された記憶媒体（一例として、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ、磁気テープ、ハードディスク、又はメモリカード等）としての実施態様をとることも可能である。
また、プログラムの実装形態としては、コンパイラによってコンパイルされるオブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード等のアプリケーションプログラムに限定されることはなく、オペレーティングシステムに組み込まれるプログラムモジュール等の形態であってもよい。さらに、プログラムは、制御基板上のＣＰＵにおいてのみ全ての処理が実施されるように構成されてもされなくてもよい。プログラムは、必要に応じて基板に付加された拡張ボード又は拡張ユニットに実装された別の処理ユニットによってその一部又は全部が実施されるように構成されてもよい。
本開示に係る実施形態について説明する図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。
本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
本開示に記載された構成要件の全て、及び／又は、開示された全ての方法、又は、処理の全てのステップについては、これらの特徴が相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせることができる。また、本開示に記載された特徴の各々は、明示的に否定されない限り、同一の目的、同等の目的、または類似する目的のために働く代替の特徴に置換することができる。したがって、明示的に否定されない限り、開示された特徴の各々は、包括的な一連の同一、又は、均等となる特徴の一例にすぎない。
さらに、本開示に係る実施形態は、上述した実施形態のいずれの具体的構成にも制限されるものではない。本開示に係る実施形態は、本開示に記載された全ての新規な特徴、又は、それらの組合せ、あるいは記載された全ての新規な方法、又は、処理のステップ、又は、それらの組合せに拡張することができる。
１０ 情報処理装置
１１ 製造システム
１２ 電解装置
１３ 制御装置
１４ 電解槽
１５ 電解液供給路
１６ 整流器
１７ 第１の供給路
１８ 第１の供給弁
１９ 第１の排気路
２０ 第１の排気弁
２１ 第２の供給路
２２ 第２の供給弁
２３ 第２の排気路
２４ 第２の排気弁
２５ パージガス供給路
２６ パージガス供給弁
２７ コントローラ
２８ 取得部
２９ 制御部
３０ 記憶部
１１ 製造システム
１２ 電解装置
１３ 制御装置
１４ 電解槽
１５ 電解液供給路
１６ 整流器
１７ 第１の供給路
１８ 第１の供給弁
１９ 第１の排気路
２０ 第１の排気弁
２１ 第２の供給路
２２ 第２の供給弁
２３ 第２の排気路
２４ 第２の排気弁
２５ パージガス供給路
２６ パージガス供給弁
２７ コントローラ
２８ 取得部
２９ 制御部
３０ 記憶部
Claims (14)
- 電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置の運転計画を作成する情報処理装置であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得する取得部と、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位に対応する運転計画を作成する制御部と、を備える
情報処理装置。 - 請求項１に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記停止回数が最小である少なくとも１つの一時的な前記運転計画の中で、前記電力原単位を最小化させることである
情報処理装置。 - 請求項１に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記電力原単位が最小である一時的な前記運転計画における前記電力原単位をＢＵｓ及び前記停止回数をＮｓとして、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させる複数の前記運転計画それぞれにおける前記電力原単位をＢＵｎ及び前記停止回数をＮｎとして、α及びβをゼロ超の重付け係数として評価値ＥＶ＝α×ＢＵｎ／ＢＵｓ＋β×Ｎｎ／Ｎｓを最小化させることである
情報処理装置。 - 請求項１に記載の情報処理装置において、
前記所定の条件は、前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら前記停止回数を最小化且つ前記電力原単位を極小化させることである
情報処理装置。 - 請求項１から４のいずれか１項に記載の情報処理装置において、
前記電解装置は、前記第１の状態で、前記運転モードへ移行するまで目的生成物の供給を停止する起動モードを、更に有する
情報処理装置。 - 請求項５に記載の情報処理装置において、
前記運転計画は、前記少なくとも１つの電解装置それぞれにおける、前記停止モードから前記起動モードへの切替え時点、及び電解槽に供給する電流値の少なくとも一方を含む
情報処理装置。 - 請求項１から６のいずれか１項に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、複数の前記電解装置の運転計画を作成可能であり、
前記電力原単位は、前記複数の電解装置それぞれの消費電力の和を、該複数の電解装置それぞれの目的生成物の供給量の和で除した値であり、
前記停止回数は、前記複数の電解装置それぞれの停止回数の和である
情報処理装置。 - 請求項１から７のいずれか１項に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、更新された前記予測値を取得する場合、前記運転計画を更新する
情報処理装置。 - 請求項１から８のいずれか１項に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、前記少なくとも１つの電解装置の電解槽に印加する電圧の和を極小化させる前記運転計画における該電圧の和に対応する前記運転計画を作成する
情報処理装置。 - 請求項１から９のいずれか１項に記載の情報処理装置において、
前記取得部は、前記少なくとも１つの電解装置から運転特性に関するプロセス状態を取得し、
前記制御部は、前記プロセス状態に基づいて、前記少なくとも１つの電解装置の電解槽におけるガスの濃度が爆発下限界以下になるように、前記電流下限値又は前記電力下限値を調整する
情報処理装置。 - 請求項１から１０のいずれか１項に記載の情報処理装置において、
前記取得部が取得する電力の予測値は、再生可能エネルギーのみによる発電施設から供給可能なの第１の電力量と、系統電力から供給可能な系統電力量とを含む
情報処理装置。 - 電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得する取得部と、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位に対応する運転計画を作成する制御部と、を備える
電解装置。 - 電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの前記電解装置の運転計画を作成する計画作成方法であって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得するステップと、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位を算出するステップと、
該停止回数及び該電力原単位に対応する運転計画を作成するステップと、を備える
計画作成方法。 - 電流が電流下限値以上である電力又は電力下限値以上の電力の供給を受けた第１の状態で電解装置による目的生成物を供給可能な運転モードと、電流が前記電流下限値以上である電力又は前記電力下限値以上の電力の供給を停止された第２の状態で稼働を停止する停止モードとを動作モードとして有する少なくとも１つの電解装置の運転計画を作成するプログラムであって、
前記電解装置に供給される電力の予測値及び目的生成物供給の最低要求量を取得することと、
前記予測値以下の電力を用い且つ前記最低要求量以上の目的生成物を供給させながら、前記運転モードから前記停止モードに切替える前記電解装置の停止回数の最小化と、前記電解装置の消費電力を目的生成物の供給量で除した電力原単位とが所定の条件を満たす仮の前記運転計画における前記停止回数及び前記電力原単位を算出することと、
該停止回数及び該電力原単位に対応する前記運転計画を作成することと、を含む動作をコンピュータに実行させる
プログラム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022-058142 | 2022-03-31 | ||
| JP2022058142 | 2022-03-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=88201789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/012583 WO2023190553A1 (ja) | 2022-03-31 | 2023-03-28 | 情報処理装置、電解装置、計画作成方法、及びプログラム |
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|---|---|
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2020173972A (ja) * | 2019-04-10 | 2020-10-22 | 清水建設株式会社 | 水素利用電力供給システム及び水素利用電力供給方法 |
| JP2021161472A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 国立大学法人東京工業大学 | 水電解装置 |
| JP2021193471A (ja) * | 2018-09-21 | 2021-12-23 | 旭化成株式会社 | 計画装置、方法、およびプログラム |
-
2023
- 2023-03-28 WO PCT/JP2023/012583 patent/WO2023190553A1/ja unknown
Patent Citations (3)
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