(57)【要約】【課題】エネルギー・物質複合プロセスの最適化方法を提供する。【解決手段】エネルギー系の対象系のみについて使用する用役系の条件を決定し、ピンチ解析によって最適なエネルギー系の用役バランスを算定するとともに、物質系の対象系のみについて使用する用役系の条件を決定し、ピンチ解析によって最適な物質系の用役バランスを算定し、前記エネルギー系及び物質系にコプロプロセスを加えた複合問題に対し、前記エネルギー系及び物質系それぞれについて算定した最適な用役バランスの算定結果を初期条件としてピンチ解析により最適なコプロプロセスの運転条件とエネルギー系及び物質系の用役バランスを算定し、算定された前記用役バランス及び運転条件から前記エネルギー系及び物質系のそれぞれの対象系を複合的に最適化する。【選択図】  図４
2004334451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー系の対象系のみについて使用する用役系の条件を決定し、ピンチ解析によって最適なエネルギー系の用役バランスを算定するとともに、物質系の対象系のみについて使用する用役系の条件を決定し、ピンチ解析によって最適な物質系の用役バランスを算定し、
前記エネルギー系及び物質系にコプロプロセスを加えた複合問題に対して、前記エネルギー系及び物質系それぞれについて算定した最適な用役バランスの算定結果を初期条件としてピンチ解析により最適なコプロプロセスの運転条件とエネルギー系及び物質系の用役バランスを算定し、
算定された前記用役バランス及び運転条件により、前記エネルギー系及び物質系のそれぞれの対象系を複合的に最適化することを特徴とするエネルギー・物質複合プロセス最適化方法。
【請求項２】
最適化の対象をコストの最小化としたことを特徴とする請求項１記載のエネルギー・物質複合プロセス最適化方法。
【請求項３】
最適化の対象を二酸化炭素排出量の最小化としたことを特徴とする請求項１記載のエネルギー・物質複合プロセス最適化方法。
【請求項４】
最適化の対象をエクセルギー損失の最小化としたことを特徴とする請求項１記載のエネルギー・物質複合プロセス最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギーと物質を生産したり消費したりする化学プラント等の工場設備や市街地等の地区内において、エネルギーと物質の回収・再利用を最適化して運用するためのエネルギー・物質複合プロセス最適化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エネルギー系、すなわち、あるプロセスシステムや工場等における加熱・冷却需要あるいは、動力・電力需要を満たすために、電力会社から電力を購入したり、工場内の動力プラントで発生した電力や蒸気などの加熱媒体を供給したり、冷却塔から冷却水を循環したりするようなエネルギー授受に関する全体もしくは一部の系における省エネルギー問題に対しては、熱に対するピンチ解析法（ピンチテクノロジーとも呼ばれる）が有効な解析法として知られている。
【０００３】
一方、物質系、すなわち、あるプロセスシステムや工場における物質の供給や排出の需要を満足するために、他社から原料を購入したり、工場内のある装置で発生した排出物を他の装置で再利用したり、排出物を再生装置にかけて再生、あるいは品質を改善して循環利用（リサイクル）したり、さらに、供給物の要求品質を満たすように品質の異なる複数の原料や排出物を混合したりする物質の授受に対する全体もしくは一部の系の最適化（例えばコスト面の最適化）に対する問題については物質に関するピンチ解析法が有効であることが知られている。
【０００４】
そして、すでに、工場内の水素ネットワークや水利用ネットワークの最適化に対しては、このようなピンチ解析法が適用されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１１７２４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように従来においては、エネルギー系と物質系においてそれぞれピンチ解析法を用いてコスト面等におけるシステムの最適化が試みられているが、これらの最適化は、エネルギー系と物質系で各々単独に行われているに過ぎず、エネルギー系と物質系とのコプロプロセス（同時生成プロセス）を含む統合的な問題を同時に最適化することで得られる省エネルギー効果や省資源効果は、従来方法と比較して相当大きいものであると期待されているものの、これまで、このような両系を統合した最適化方法は実用化されていなかった。
【０００８】
そこで本発明は、前述したような従来技術において未だ実用化されていない、エネルギー・物質複合プロセスを最適化する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために提供される本発明のエネルギー・物質複合プロセス最適化方法は、エネルギー系の対象系のみについて使用する用役系の条件を決定し、ピンチ解析によって最適なエネルギー系の用役バランスを算定するとともに、物質系の対象系のみについて使用する用役系の条件を決定し、ピンチ解析によって最適な物質系の用役バランスを算定し、前記エネルギー系及び物質系にコプロプロセスを加えた複合問題に対して、前記エネルギー系及び物質系それぞれについて算定した最適な用役バランスの算定結果を初期条件としてピンチ解析により最適なコプロプロセスの運転条件とエネルギー系及び物質系の用役バランスを算定し、算定された前記用役バランス及び運転条件により、前記エネルギー系及び物質系のそれぞれの対象系を複合的に最適化するようにしたものである。
【００１０】
本発明においては、最適化の対象をコストの最小化とすることが好ましい。また、最適化の対象を二酸化炭素排出量の最小化とすることも望ましい。さらに、最適化の対象をエクセルギー損失の最小化とすることも好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明のエネルギー・物質複合プロセス最適化方法は、以下のような手順で実施される。
【００１２】
（問題の設定）
先ず、エネルギー系、物質系のそれぞれについて対象系を定め、また、それぞれの対象系において利用する用役系を決定する。また、ピンチ解析の目的を定める。
【００１３】
ここで、対象系とは、エネルギーと物質を生産したり消費したりする領域のことを意味し、所定の地区や地域、工場、プロセスなどの単独もしくは複数の集合体を意味している。なお、集合体は物理的に集合している必要はなく、距離をおいて散在していてもよい。
【００１４】
また、エネルギー系とは、対象系内で加熱や冷却操作のような熱の授受がある部分を意味し、具体的には用役による熱交換を行っている加熱器、冷却器、蒸発器、凝縮器などの熱交換器や、加熱冷却用のコイルやジャケットを有する反応器などを意味する。ここには、プロセス内の流体どうしの熱交換器を含んでもよいが、問題が複雑になるので、通常は、用役によって熱交換される部分を対象にする。
【００１５】
また、物質系とは、対象系内で物質の供給、消費、排出が行われている部分を意味し、具体的な物質としては、例えば水素があげられる。製油所や石油化学工場では、水素を脱硫や水添反応目的で多く利用しているが、反応器への水素仕込みが供給であり、水素の反応による消費を経て、反応器から排出される。
【００１６】
別の物質の例としては、例えば燃料がある。燃料はクリーン燃料といわれる水素や天然ガスに始まり、石油精製工程などから排出される様々なグレードの燃料ガスや燃料油、あるいは石油化学プラントなどから排出される副生ガスや副生油がある。また、最もグレードの低い燃料としては、石炭、石油コークス、タール、ピッチなどがある。
【００１７】
エネルギー系に導入する用役の例としては、購入燃料、購入電力、購入蒸気などがある。一方、エネルギー系から排出する用役の例としては、販売電力、販売燃料、販売蒸気、冷却水廃熱などがある。
【００１８】
また、物質系に導入する用役の例としては、購入原料（水素、燃料など）があり、排出する用役の例としては、販売製品、廃棄物などがある。
【００１９】
ピンチ解析の目的としては、コストの最小化、二酸化炭素排出量の最小化、エクセルギー損失の最小化などがあり、ここでは、何を最適化（最大化または最小化）するのかを定める。
【００２０】
（エネルギー系のピンチ解析の実施）
ここでは、エネルギー系のピンチ解析用データを抽出し、使用する用役条件を決定してピンチ解析（線形問題としての最適化）を行い、最適な用役バランスを求める。
【００２１】
エネルギー系におけるピンチ解析用データの抽出は、通常、対象系内の用役を使用する加熱・冷却ポイント（熱交換器）のデータ（機番、プロセス流体の熱交換器入口側及び出口側の温度、熱負荷量、使用用役名、用役の導入側及び排出側の温度等）を収集し、ピンチ解析に必要となるデータを抽出する。
【００２２】
なお、実際に利用できるほどの規模であるとは考えられないような小規模の熱交換器のデータや、現在の利用の仕方を変更することができない用役のデータは、除外しておいてよい。なお、どのデータを除外するかの判断基準は、事前に取り決めておくことで、データ抽出を自動的に行うシステムを構築することも可能である。
【００２３】
使用する用役の決定は、加熱・冷却のために使用する用役の選定と条件設定であり、基本的には、それぞれの用役の名称と使用温度（導入側温度と排出側温度）を与える。
【００２４】
さらに、ピンチ解析の目的に応じて用役の単位使用量あたりの評価基準値を与える。例えば、目的がコスト最小化の場合には、使用する用役のそれぞれについて単価データを与え、また、目的がエクセルギー損失の最小化の場合には、単位使用量当たりのエクセルギーを与える。ここで、必要に応じてヒートポンプを用役の一種として定義してもよい。
【００２５】
エネルギー系のピンチ解析は、前述したエネルギー系データに基づいて行う。ここで利用するピンチ解析は、従来知られている様々な手法を適用することができるが、最も典型的には、熱源熱瑠線図（Ｓｏｕｒｃｅ  ａｎｄ  Ｓｉｎｋ  Ｐｒｏｆｉｌｅ、全体熱プロファイルとも呼ぶ）解析法が適用される。
【００２６】
前記解析法は、単独工場に対しては、トータルサイト解析手法の中の工場熱源熱瑠線図（Ｓｉｔｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  ａｎｄ  Ｓｉｎｋ  Ｐｒｏｆｉｌｅ）解析法として知られており、この解析法をそのまま対象系に適用することが可能である（非特許文献１参照）。
【００２７】
【非特許文献１】
平成１２年度「エネルギー使用合理化技術実用化開発」研究開発成果報告書、第３章「ピンチテクノロジーによる工場地域のエネルギー共有技術の研究開発」、平成１３年３月、新エネルギー・産業技術総合開発機構
【００２８】
ここで、目的関数を最小化（あるいは最大化）するように用役の最適配分を求めるが、この最適化問題は一般に線形問題であり、適切な解法を用いれば必ず最適解が得られることが保証されている。
【００２９】
（物質系のピンチ解析の実施）
物質系においては、先ず対象とする物質の量と質の定義を行い、それぞれの物質についての系内の利用ポイントの要求する量と質のデータと排出する質と量のデータを収集する。
【００３０】
量の単位としては、例えば、体積流量、質量流量、熱量換算流量等がある。質については、複数の尺度を定義することができ、一般的に、物質毎にその物質の再利用を妨げる質的評価を採用すればよい。
【００３１】
例えば、水素系の場合には、量としては、標準状態に換算した体積流量が一般的に用いられ、質としては、水素純度が一般に最も重要な質的尺度である。副次的には、含有炭化水素や硫化水素などの特定成分の濃度を質的尺度に加えてもよい。
【００３２】
また、燃料系の場合には、量としては、燃料の相状態がガス体、液体、固体と様々であるため、例えば量として、熱換算流量を用いてもよい。また、質の尺度としては、硫黄分の含有量は重要な尺度となり、それ以外にも標準沸点のような物理化学データで燃料の質を評価してもよい。さらに、燃料のグレードの基準を別途設定してランク付けしてもよい。
【００３３】
使用する用役の決定は、対象系に供給する物質や対象系から排出する物質の選定と条件設定であり、基本的には、それぞれの用役の名称と質を与える。
【００３４】
水素系の場合、供給のための用役装置は、例えば水素製造装置、この装置では、９７％純度で硫黄分を含んでいない水素の供給が可能であれば、その質データを与える。また、水素の排出側の用役設備としては、例えば、燃料ガス系統があり、ここで、水素純度によらず燃焼処理が可能であれば、質的な制約の無い用役として定めればよい。
【００３５】
さらに、ピンチ解析の目的に応じて単位使用量あたりの評価基準値を与える。例えば、目的がコスト最小化の場合には、使用する用役のそれぞれに単価データを与える。また、目的がエクセルギー損失の最小化の場合には、単位使用量当たりのエクセルギーを与える。
【００３６】
必要に応じて、物質の再生操作を用役の一種として定義することができる。例えば、水素系の場合にはＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置やメンブレン装置などがある。
【００３７】
物質系のピンチ解析は、前述した物質系データに基づいて行う。ここで利用するピンチ解析法は、従来知られている、先述した水システムを対象としたピンチ解析法（特許文献１参照）を適用することができる。この解析法は水以外の物質系にも適用できることが知られている。（非特許文献２参照）
【００３８】
【非特許文献２】
省エネルギーセンター発行「ピンチテクノロジー、省エネルギー解析の手法と実際」４．４章、「水素ピンチ解析法」
【００３９】
ここで、目的関数を最小化（あるいは最大化）するように系内の物質の再利用最適ネットワークと用役の最適配分が求められ、この最適化問題は一般に線形問題であるから、適切な解法を用いれば必ず最適解が得られることが保証されている。
【００４０】
（エネルギー・物質複合系問題のピンチ解析の実施）
ここで、コプロプロセス（Ｃｏ−ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：）  の設定を行う。コプロプロセス（物質・エネルギー併産プロセスともいう）は、物質どうしの化学反応等によって新たな物質が生成されると同時に発熱や吸熱反応によってエネルギーが発生あるいは消費されるプロセスであり、物質系とエネルギー系の架け橋として定義される。
【００４１】
一般の製造プロセスは物質の導入（原料）と排出（製品）とエネルギーの投入と排出が伴うことが普通であるため、ほとんど全ての製造プロセスは、コプロプロセスと言える。
【００４２】
典型的なコプロプロセスの例としては、例えば、低品位物質（タールやピッチ類、廃棄プラスチック等）をガス化して合成ガスを製造するガス化プロセスがある。このような低品位物質のガス化プロセスを含む場合には、物質系とエネルギー系とが相互に極めて高い関連性を有しているので、本発明のエネルギー・物質複合プロセス最適化方法が特に効果的となる。
【００４３】
生成される合成ガスは、化成品を製造するための原料として利用したり、あるいは水素燃料の原料として利用することができる。また、このガス化プロセスは、ガス化剤に蒸気を使用したり、酸化剤にガスタービンの排ガスを使用したりできるが、これらはエネルギー需要である。さらに高温の燃焼ガスや生成ガスからの廃熱吸収による蒸気回収も行われるので、エネルギー供給源でもある。
【００４４】
また、別の例としては、エチレンプロセスの製法転換としての、従来のナフサ分解法からＤＭＥ（ジメチルエーテル）分解法への変更も考えることができる。
従来のエチレンプロセスでは、多大なエネルギーを消費しながらも様々な副生ガスや副生油を燃料として供給するエネルギーセンター的性格を有しているが、原料転換を行うことで、全体のエネルギーと入出力条件が大幅に変わり、周辺のエネルギー・物質バランスに大きな影響を及ぼす。
【００４５】
この場合は、エチレンプロセスをコプロプロセスとして位置付け、従来方法と転換法のそれぞれをピンチ解析して比較することが問題となる。ここでは、対象系に取り込むコプロプロセスを選定した上で、その入出力関係を計算する数式を用意する。
【００４６】
また、複雑なプロセスの場合には、入出力関係を計算する計算モデルを用意することもある。さらに、目的に応じて、処理コスト、エクセルギー損失、ＣＯ２排出量等の単位処理量当たりの評価基準値を設定する。
【００４７】
エネルギー・物質複合系問題のピンチ解析を行うにあたり、エネルギー系と物質系にコプロプロセスを加えた複合問題を設定する。コプロプロセスは、単独でも複数でもよい。この問題は、一般に非線形最適化問題となるため、適切な初期条件を与えないで解くことは非常に困難となる。
【００４８】
そこで、前述したエネルギー系のピンチ解析及び物質系のピンチ解析によって得られるそれぞれ単独系の最適解を初期条件として導入し、そこから複合問題の最適化計算を開始する。
【００４９】
この際、コプロプロセスにおける処理量をゼロから計算を開始すれば、複合問題全体の方程式（等号制約条件式と不等号制約条件式）が全て満足された、数理問題的に実行可能な状態から計算が進められるので求解安定性がよく、悪くても局所最適解を得ることができる。
【００５０】
この局所最適解をもとにさらに反復計算することで、より良い局所最適解を求めることも可能である。なお、一般に非線形最適化問題の場合、数学的に全体的な最適解に至ったかどうかを証明することが不可能であるが、十分に吟味された局所最適解は検討目的を十分に満たすことができる。
【００５１】
（結果の出力）
前述したような各ステップで得られた計算結果は、コンピュータから随時出力させることができる。出力は表形式でもよいし、グラフ形式でもよい。エネルギー系として代表的な出力形式は、先に述べた熱源熱瑠線図（Ｓｏｕｒｃｅ  ａｎｄ  Ｓｉｎｋ  Ｐｒｏｆｉｌｅ）である。また、物質系の代表的な出力例は、複合線図（コンポジットカーブ）である。
【００５２】
複合問題の解を表示する際に、コプロプロセスの無い場合のエネルギー系、物質系それぞれの最適解を比較すると、コプロプロセスを導入した効果が明確になる。
【００５３】
前述したように、コプロプロセスの初期条件設定において、計算開始時にコプロプロセスの処理量をゼロにしたが、この場合には、最適解に至るまでの計算処理に時間がかかる。
【００５４】
そこで、コプロプロセスの設定を先に述べた（問題の設定）のなかで行うことで計算処理の時間を短縮することが可能になる。すなわち、コプロプロセスの処理量の初期値を初期条件として与え、コプロプロセスが必要とするエネルギー量と物質量データをそれぞれ、対象系のエネルギー系と物質系に加えておく。
【００５５】
ここで、エネルギー系と物質系のそれぞれについて、コプロプロセス条件を固定とした状態で最適化した上で、その解を初期条件としてコプロプロセスを含む複合問題全体の最適化計算を行うことで、計算開始時にコプロプロセスの処理量をゼロに初期条件設定した場合と比較して速く安定した最適解に到達することが可能となる。
【００５６】
前述したように、コプロプロセスの処理量の初期値を０または固定した値に初期条件設定して、エネルギー系と物質系の両系を同時に最適化する場合には、問題が複雑になりすぎて計算が安定しない可能性がある。
【００５７】
このような場合には、コプロプロセス＋エネルギー系（または物質系）の部分問題について先ず最適化し、その結果決定されたコプロプロセスの処理量を初期値としてコプロプロセス＋エネルギ系（または物質系）の最適化を行い、さらにここで得られたコプロプロセスの処理量を固定して物質系（またはエネルギ系）単独の最適を行うことで、部分最適解としての全体複合問題での実現可能な状態を作り出し、そこでエネルギー系・物質系の全体複合問題の最適化を行うことで、最適解の計算処理をさらに安定して行うことができる。
【００５８】
エネルギー系と物質系にコプロプロセスを加えて複合問題を解く場合、エネルギー系、物質系それぞれにおいて単独に得られた最適解を初期条件として導入し、そこから複合問題の最適解を計算すると、最初に求まった最適解は局所最適解である可能性がある。
【００５９】
そこで、この最適解を初期条件として、エネルギー系と物質系をそれぞれ単独に再度最適化する。これら独立系の最適化問題は、線形最適化問題であるから、その範囲では、必ず全体最適解が求まる。
【００６０】
ここで、新たに求まった最適解を初期条件として、複合最適化問題を解き、前回計算した最適解からの変化を判定する。前回求めた最適解から変化があれば、同じことを繰り返す。こうして、最終的に最適解に変化が生じなくなった段階でそれまでに最も目的関数が良好なものを最終の最適解とする。
【００６１】
【実施例】
本発明のエネルギー・物質複合プロセス最適化方法の１実施例を以下に説明する。なお、本実施例は、本発明の内容の把握を容易にするため、全体のプロセスを可及的に単純化した仮想上のものである。
【００６２】
（ａ）物質系の想定条件
本実施例では、ある工場における物質Ａのネットワークを取り扱うものとする。当該工場では、様々な装置で物質Ａが利用されている。具体的な例としては、製油所における水素ネットワークのようなものである。
【００６３】
図１に示すように、物質Ａにはグレードの高い順にＡ１、Ａ２、Ａ３の３種類があり、このうちの上位２種類の物質Ａ１、Ａ２が消費先の装置の要求グレードに従ってネットワークから供給されている。
【００６４】
工場全体の物質Ａ１の需要が１００ユニット、物質Ａ２の需要が１５０ユニットであり、また物質Ａ１を消費するプロセスＰ１から物質Ａ２が合計３０ユニット回収されるものとする。不足する１００ユニットの物質Ａ１と１２０ユニットの物質Ａ２は購入しているものとする。
【００６５】
物質Ａ１と物質Ａ２のユニット単価がそれぞれ５００、３００とすると、購入する物質のコストは合計で１００×５００＋１２０×３００＝８６，０００である。また、物質Ａ２の消費先からのプロセスＰ２からは、物質Ａ３が合計５０ユニット排出されるが、これは現時点では利用価値がないためコストゼロの廃棄物として取り扱われている。
【００６６】
（ｂ）エネルギー系の想定条件
本実施例では同じく当該工場のエネルギーシステムとして蒸気系を取り上げる。図２に示すように、当該工場では、高圧蒸気（以下ＳＨＰという。）と中圧蒸気（以下ＳＭＰという。）の２つのレベルの蒸気ヘッダーを有しており、ＳＨＰヘッダーからは５０ヒートユニットを工場内のプロセスＰ１に、また、ＳＭＰヘッダーからは１３０ヒートユニット分の蒸気をプロセスＰ２にそれぞれ供給している。
【００６７】
ＳＨＰヘッダーとＳＭＰヘッダーの間には発電用蒸気タービンＴが設置されており、１５０ヒートユニットのＳＨＰが通気され、この蒸気タービンＴで発電機Ｇを駆動して２０ユニットの電力を発生し、１３０ヒートユニットのＳＭＰが排気されてこれがＳＭＰヘッダーに供給されている。
【００６８】
このシステムでは合計２００ヒートユニットのＳＨＰ需要に対しては系外から購入しているものとする。また、工場の電力需要は５０ヒートユニットであるので、不足分の電力３０ヒートユニットを系外から購入している。
【００６９】
ＳＨＰの購入ユニット単価は５０、電力の購入ユニット単価は１００であるので、エネルギーコストは２００×５０＋３０×１００＝１３，０００である。以上の物質系とエネルギー系両系のトータルコストは現状では９９，０００である。
【００７０】
（ｃ）コプロプロセスの想定条件
前述したような現状に新たに導入しようとするコプロプロセスとして、次のようなプロセスを想定する。このプロセスは、図３に示すように、物質系から排出される廃棄物である物質Ａ３を原料とし、蒸気をプロセス運転のための熱源として使用し、製品として物質Ａ１と物質Ａ２を生産し、同時に低圧蒸気（以下ＳＬＰという。）を副生する。
【００７１】
ここで想定するコプロプロセスにおいては、１ユニットの物質Ａ３に対して２ヒートユニットのＳＨＰを消費、合計０．８ユニットの製品（物質Ａ１と物質Ａ２の合計）と１．５ヒートユニットのＳＬＰを得る。
【００７２】
本プロセスではＳＨＰとＳＭＰの使用比率によってＡ１とＡ２の取得比が変化するが、その関係は、ここでは、ＳＨＰ：ＳＭＰ＝（Ａ１）２：（Ａ２）２  の非線形な関係にあるものと仮定する。
【００７３】
なお、ここで規定した関係は、非線形性の例題として仮想的に設定したものであるが、現実のコプロプロセスには、例えば反応が伴うプロセスでは温度に対するアレニウス型の非線形性や平衡反応系の次数に伴う非線形性などによって入出力が非線形関係として表現されることが一般的である。
【００７４】
（ｄ）最適化手順の説明
以上の想定条件下におけるエネルギー・物質複合プロセスの最適化は図４に示すようなＳ１〜Ｓ１０の各ステップの順に逐次行われる。
【００７５】
（ステップＳ１）
本実施例のように、現状のプロセスにコプロプロセスを含まないとした場合、コプロプロセスの初期条件は処理量ゼロ（入出力とも全てゼロ）とするのが自然である。しかしながら本実施例の場合、コプロプロセスから副生するＳＬＰの取り扱い考慮しておく必要がある。
【００７６】
そのため、本実施例では初期条件としてＡ３を１０ユニット処理する条件を与えるものとする。また、エネルギーの供給は初期条件として全てＳＨＰ（２０ヒートユニット）を全て使用するものとし、これに応じてＡ１を８ユニット製造し、Ａ２は製造しないものとする。
【００７７】
さらに１５ヒートユニットのＳＬＰが副生する。すなわちエネルギー系に対しては、２０ヒートユニットのＳＨＰ需要増と１５ヒートユニットのＳＬＰの供給という変化が生じることとなる。
【００７８】
当初において存在しなかったＳＬＰの有効利用を含め、この問題に対して公知のトータルサイト解析（ＳＳＳＰ：Ｓｉｔｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  ａｎｄ  Ｓｉｎｋ  Ｐｒｏｆｉｌｅ）を適用した結果、当初のＳＭＰ需要の１３０ヒートユニットのうち３０ヒートユニットをＳＬＰ需要に変更できることが判明した。
【００７９】
従って、この段階で、コプロプロセスで副生されたＳＬＰは全て有効に利用できることがわかった。この結果、トータルコストは当初より４％削減されて９５，３６５．５となった。
【００８０】
（ステップＳ２）
ここでは、ステップＳ１の結果を初期条件としてエネルギー系とコプロプロセスの複合問題を最適化する。コプロプロセスの操作条件（物質Ａ３処理量、ＳＨＰとＳＭＰの比率）を含めてエネルギーコストを最適化した結果、図５に示すように、コプロプロセスにおける物質Ａ３の処理量はゼロとなった。
【００８１】
この理由は、本コプロプロセスがエネルギー収支上はより単価の高い用役を消費し、単価の安い用役を発生するため、エネルギーコストだけに着目すれば、コプロプロセスを稼動させないことが最適となるからである。
【００８２】
（ステップＳ３）
ここでは、ステップＳ２で得られた解を初期条件として、公知の物質系のピンチ解析手法を用いて物質の再利用を含むネットワークを最適化する。本実施例においては、説明のために問題を簡単化しているので、物質ピンチ解析による改善のポイントはなかったものとする。そのため、ピンチ解析による計算結果としてはステップＳ２からの変化はない。
【００８３】
（ステップＳ４）
ここでは、ステップＳ３の結果を初期条件として、物質系とコプロプロセスの複合問題を最適化する。コプロプロセスの操作条件（物質Ａ３の処理量、ＳＨＰとＳＭＰの比率）を含めて物質コストを最適化した結果、コプロプロセスにおける物質Ａ３の処理量は図６に示すように５０（全量処理）となった。
【００８４】
（ステップＳ５）
ここで、ステップＳ４の結果から得られたコプロプロセスの処理量を固定してエネルギー系のピンチ解析を実施したが、この実施例ではステップＳ４の結果からの変化はない。
【００８５】
（ステップＳ６）
ステップＳ５で得られた結果を初期条件としてエネルギー系と物質系およびコプロプロセスの複合問題を最適化する。その結果、ステップＳ５で得られたＡ３処理量がすでに全体最適条件であることが判明した。
【００８６】
本発明方法による最適化後のトータルコストは８２，７３０．８で、当初の９９，０００から約１６％の削減が得られることが判明した。最適化後においては、コプロプロセスからのＳＬＰは副生の７５のうち４５は未利用で廃棄されることになった。
【００８７】
（ステップＳ７）
ステップＳ６の結果を初期条件としてコプロプロセスのＡ３処理量を一定にしてエネルギー系、物質系それぞれをピンチ解析で最適化するが、本実施例では結果は変化しない。
【００８８】
（ステップＳ８）
この実施例においては、ステップＳ７でステップＳ６からの変化がないので、ステップＳ８のピンチ解析は実施する必要はない。
【００８９】
（ステップＳ９）
本実施例においては、前述したように、ステップＳ６以降のステップでは、結果は変化しないのでそのままステップＳ１０に進む。
【００９０】
（ステップＳ１０）
前述した各ステップにおける一連の処理は、コンピュータプログラムにしてパソコン等で演算処理することができる。最終的に得られた結果は、プリンタやディスプレイ等に出力させたり、また、プロセス・システムのエネルギー媒体や物質の流れを制御する制御装置に出力することができる。
【００９１】
以上で本実施例の解析手順と結果を説明した。本実施例はあくまで解析手順を説明するための単純化した例題であり、結果的にはステップＳ１からステップＳ３のステップはスキップしても問題ない。
【００９２】
しかしながら実際の問題においては、前述した実施例よりもはるかに複雑でデータ点数も多くなり、且つ、コプロプロセスの設計や操作のパラメータや最適化の際の制約条件（数値の上下限）も増えるので、ステップＳ１からステップＳ３のステップが必要となる。
【００９３】
また、本実施例では最適解が廃棄物であるＡ３をコプロプロセスで全量処理する条件（副生ＳＬＰは一部廃棄）になったが、例えば単価が変われば全量処理ではない条件が最適解として得られることもある。
【００９４】
例えば、Ａ１、Ａ２、ＳＨＰ、電力の単価をそれぞれ２００、１００、１００、１５０とすると、原問題のバランスではトータルコスト５６，５００であり、複合問題の最適解では５４５３０．８と約３．５％の削減がＡ３処理量２０に対して得られる。
【００９５】
この単価では先ほどの単価設定に比較して、エネルギー単価が相対的に高くなったので、コプロプロセスからの副生ＳＬＰを全量有効利用することが重要である。このように、単価の違いによっても最適点は大きく変化することは、本特許によるようなシステマチックな最適化手法が必要である意味を強めるものである。
【００９６】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載された発明によれば、工場の製造プロセス等において、エネルギー系と物質系に対して、それぞれ個別に最適化していた従来方法と比較して、より合理的且つ効果的なプロセスの最適化を行うことが可能となる。
【００９７】
また、請求項２に記載された発明によれば、従来のプロセス最適化方法と比較して、原料やエネルギーの購入にかかるコストをより少なくすることができる。
【００９８】
さらに、請求項３記載の発明によれば、従来のプロセス最適化方法と比較して、二酸化炭素の排出量をより少なくすることができ、地球温暖化の抑制に大きく貢献することができる。
【００９９】
また、請求項４記載の発明によれば、従来のプロセス最適化方法と比較して、エクセルギーの損失をより少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例における、物質系のみのシステム構成図である。
【図２】本発明の１実施例における、エネルギー系のみのシステム構成図である。
【図３】本発明の１実施例における、エネルギー・物質複合系のシステム構成図である。
【図４】本発明のエネルギー・物質複合プロセス最適化方法の実行手順を示すフロー図である。
【図５】本発明の１実施例における、エネルギー系とコプロプロセスの複合問題を最適化した後のエネルギー・物質複合系のシステム構成図である。
【図６】本発明の１実施例における、エネルギー・物質複合系全体を最適化した後のエネルギー・物質複合系のシステム構成図である。
【符号の説明】
Ａ１、Ａ２、Ａ３          物質
ＳＨＰ                    高圧蒸気
ＳＭＰ                    中圧蒸気
ＳＬＰ                    低圧蒸気
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４    プロセス
Ｔ                        蒸気タービン
Ｇ                        発電機
【図１】
2004334451.tif 000003
【図２】
2004334451.tif 000004
【図３】
2004334451.tif 000005
【図４】
2004334451.tif 000006
【図５】
2004334451.tif 000007
【図６】
2004334451.tif 000008