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

基于低碳能源网络变量和约束的多步分解法设计优化

• 批准号: 21K04968
• 负责人: 涌井 徹也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04968/
• 关键词: 数理最適化; 分解法; 低炭素化; エネルギーネットワーク; 再生可能エネルギー; エネルギー貯蔵; 最適化

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．これによりマルチスレッドワークステーションに実装した商用最適化ソルバーで高速で解ける規模にまで副問題を分解できる．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することができる．本研究では，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構築した．これにより，昨年度開発した下界値に基づくヒューリスティック解法よりも短時間でかつメモリ使用量が少ない計算環境でも，より良い準最適解を探索できることを明らかにした．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．時間領域での分解問題に対して列生成計算を行う際に，時間領域副問題に対して空間領域での分解をさらに行う2重列生成計算の枠組みを構築し，下界値が得られることを確認した．

Low carbon エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク の large-scale design problem に す seaborne る Duan Jie decomposition optimization technique の more open 発 research と し て, low carbon エ ネ ル ギ ー ネ ッ ト ワ ー ク の use problem に し, between long-term エ ネ ル ギ ー storage 蔵 を consider し た application に す seaborne る time domain decomposition technique improved の と, The temporal domain と the spatial domain で <s:1> the two-stage decomposition technique <e:1> the basic 枠 group みを development <s:1> た. ま ず, regeneration may エ ネ ル ギ ー power over の turning power に よ り water element manufacturing line を い こ れ を season between storage 蔵 す る エ ネ ル ギ ー 蔵 storage, supply シ ス テ ム の years application の た め の time line decomposition technique improved の を っ た. こ の decomposition technique で は, year を plural の interval に し segmentation, 隣 meet サ ン プ リ ン グ moment between で の の transport planning state machine や エ ネ ル ギ ー の 蔵 storage quantity - the restriction を combining restriction と see な す こ と で Dantzig Wolfe decomposition theory を import す る. こ れ に よ り, segmentation plan interval の combining restriction を against た し な が ら エ ネ ル ギ ー 蔵 storage, supply シ ス テ ム の and transport planning コ ス ト を minimize す る main problem と each partition plan interval の using optimal plan を す る deputy problem と に decomposition し た. こ れ に よ り マ ル チ ス レ ッ ド ワ ー ク ス テ ー シ ョ ン に be loaded し た commercial optimization ソ ル バ ー で high-speed で solution け る scale に ま で deputy problem decomposition で を き る. Decomposition し た problem に column generation computing を applicable す る こ と で yuan optimization problem on の lower numerical を computing す る こ と が で き る. This study で は, column generation computing で ら れ each part の deputy problem solution の た つ を yuan problem の 0-1 integer - the numerical に cut り when て る こ と で yuan を の quasi optimum solutions are calculated す る を approximation method to construct し た. こ れ に よ り, yesterday's annual open 発 し た lower numerical に base づ く ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク solution よ り も short で か つ メ モ リ use less が な い computing environment で も, よ り good い quasi optimum solution を explore で き る こ と を Ming ら か に し た. さ ら に, time domain decomposition し で た deputy problem が commercial optimization ソ ル バ ー で solution く に は large scale が き に い situations, spatial decomposition technique を group み あ わ せ た · space 2 section order decomposition technique を opened 発 し た. Time domain で の decomposition problem に し seaborne て column generation computing the line を う に, the time domain, deputy problem に し seaborne て space で の decomposition を さ ら に う two heavy column generation computing の 枠 group み を し, lower numerical が must ら れ る こ と を confirm し た.

项目成果

Optimal Operation of Vapor-compression Type Air-Conditioning System Based on Hierarchical Utilization of Model Predictive Control and Multiple Feedback Controls

基于模型预测控制和多重反馈控制分层利用的蒸汽压缩式空调系统优化运行

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proc. of the 35th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS-2022)
• 作者: Tetsuya Wakui;Takuji Matsumoto;Ryohei Yokoyama
• 通讯作者: Ryohei Yokoyama

Long-term operational planning of energy storage and supply systems based on time-domain decomposition

基于时域分解的储能和供电系统长期运行规划

• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the International Conference on Power Engineering-2021 (ICOPE-2021)
• 作者: Tetsuya Wakui;Boyun Zhang;Ryohei Yokoyama
• 通讯作者: Ryohei Yokoyama

Shrinking and receding horizon approaches for long-term operational planning of energy storage and supply systems

能源存储和供应系统长期运营规划的收缩和后退方法

• DOI: 10.1016/j.energy.2021.122066
• 发表时间: 2022
• 期刊: Energy
• 影响因子: 9
• 作者: Tetsuya Wakui;Kazuki Akai;Ryohei Yokoyama
• 通讯作者: Ryohei Yokoyama

時間領域分解に基づくエネルギー貯蔵・供給システムの長期間運用計画（列生成に基づく準最適解算出方法の検討）

基于时域分解的储能和供电系统长期运行规划（基于列生成的次优解计算方法研究）

• 发表时间: 2023
• 作者: 張博雲;涌井徹也;横山良平
• 通讯作者: 横山良平

時間領域分解に基づく近似解法を用いたエネルギー貯蔵・供給システムの長期間運用計画

基于时域分解的近似求解法储能和供电系统长期运行规划

• 发表时间: 2023
• 作者: 張博雲;涌井徹也;横山良平
• 通讯作者: 横山良平