2023 Fiscal Year Annual Research Report
低炭素エネルギーネットワークの変数と制約に基づく多段階分解手法を用いた設計最適化
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21K04968
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
涌井 徹也 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (40339750)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 脱炭素化 / エネルギーネットワーク / 数理最適化 / 分解法 / 長期間エネルギー貯蔵 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低炭素エネルギーネットワークの大規模設計問題に対する多段階分解最適化手法の開発研究として，低炭素エネルギーネットワークの運用問題に着目し，長期間エネルギー貯蔵を考慮した運用問題に対する時間領域分解手法の改良と，時間領域と空間領域での2段階分解手法の基本的枠組みを開発した．
まず，再生可能エネルギー電源の余剰電力により水素製造を行い，これを季節間貯蔵するエネルギー貯蔵・供給システムの年間運用問題のための時間分解手法の改良を行った．この分解手法では，一年間を複数の計画区間に分割し，隣接サンプリング時刻間での機器の運転状態やエネルギー貯蔵量の変化制約を結合制約と見なすことでDantzig-Wolfe分解理論を導入する．これにより，分割計画区間の結合制約を満たしながらエネルギー貯蔵・供給システムの年間運転コストを最小化する主問題と各分割計画区間の運用計画を最適化する副問題とに分解した．さらに，時間領域で分解した副問題が商用最適化ソルバーで解くには規模が大きい場合に，空間分解手法を組みあわせた時・空間領域2段階分解手法を開発した．2段階に分解した問題に列生成計算を適用することで元最適化問題の下界値を計算し，列生成計算で得られた各副問題の部分解の一つを元問題の0-1整数変数値に割り当てることで元問題の準最適解を算出する近似解法を開発した．
さらに，エネルギー貯蔵・供給システム構成機器の容量を離散的な候補値から発見的に探索する多目的進化アルゴリズムを組み合わせることで，経済性とエネルギー供給の自立性を評価指標とした最適なシステム構成を分析できるようになり，脱炭素社会への実装に有益な設計指針を得ることができた．
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