株式会社カネカ　BTGにおける最適化制御

ハード面での省エネルギー対策や既設DCSと運転支援パッケージによる改善活動を従来から実施してきている高砂工業所では、省エネルギー対策に行き詰っていた状態でした。
PID制御やシーケンス制御での改善では限界を感じており、以前から運転支援やPIMSの活用など積極的に改善を進めていたところへ更に計装関係でできる省エネルギー対策を模索していました。そこへ、他の製造プラントにて採用実績のあった高度制御を組み合わせる事で、更なる効果が期待できる改善案を横河電機と協働して検討しました。
手動で行っていた運転操作を高度制御と共に自動化することによって提案通りの効果を実現できるのではないか、という感触はありましたが、既にBTGの運転は非常に厳しく負荷調整していた事や、現場に高度制御の知識が不足していたこと等から、机上で検討した通りの効果を実現する自信にはなかなか繋がりませんでした。

高砂工業所のBTG設備は、ボイラー2基とタービン発電機4基で構成され、各機器間にはエネルギー効率に差がありました。また、購入電力単価は季節や時間帯によって大きく異なります。この設備は生産現場が要求する蒸気と電力の需要を満たしながらコストを最小とする最適な運転が求められ、運転を担当するオペレータは時々刻々変化する需要と設備の稼動状況を監視しながら負荷調整をしていました。

右図に示すように複数の運転パターンが存在し、それぞれの運転パターンにおいてコストを最小にする最適運転の方法が異なっていました。

• 昼、夜で自家発電割合が変わる
• 負荷によりボイラ台数やタービン台数が変わる
• メンテナンスなどのため設備台数が変わる

このような運転を手動による負荷調整だけでは、最適化運転への改善に限界がありました。

大規模プラントや工場では、24時間連続生産のために大量の電気、熱（蒸気）を使用します。その電気や熱はBTGという設備で種々の燃料により作り出され、工場内のあらゆる装置に送られています。DCSによる運転制御に加え、多変数モデル予測制御Exasmocや高度運転支援システムExapilotによる運転モード切替の自動化を適用し、BTG設備のエネルギー効率最適化とCO2排出量の削減を実現します。

Exasmocは、各変数間に拘束条件や経済効率などの相互関係を与えることで最適運転と経済運転を同時に満足するソフトウェアパッケージです。SGSIとの業務提携により横河電機がShellの技術を全世界に独占販売します。 Exasmocコントローラは、各種制約条件を守りながら、以下の制御をします。

• 電力単価、CO2換算係数の差により、買電と自家発電の最適割合を演算
• 演算された最適割合となる自家発電の発電量を運転限界値とする限界運転
• タービン効率向上のため、主蒸気温度・圧力をタービン仕様上限で限界運転

Exapilotは、熟練オペレータの運転手順を簡単にシステム化できる，運転自動化パッケージです。運転手順を高いレベルで標準化することにより運転効率を向上させ，お客様のオペレーションコスト低減を実現します。

横河電機のプロセス制御システムCENTUMシリーズです。小規模から大規模までシームレスなシステム構築、長期間にわたる安定供給と保守を可能にし、柔軟性とオープン性を備えた最新の生産制御システムにより、お客様の理想的な操業を実現します。