「エネルギーの未来を支えるのは、派手な改革ではなく、日々の“ムダ”を丁寧に取り除く力です」——本記事では、業界ごとの架空のケーススタディに基づいて、企業の未来の“1%”の利益をもたらす「数理最適化」という考え方を、株式会社Gurobi Japanの最適化コンサルティング シニアマネージャー・乾伸雄氏が解説します。第3回は、発電・配電計画を数理最適化によって見直した電力会社A社の事例をもとに、運用コスト削減、安全性向上、再生可能エネルギー活用の最適化を実現した取り組みを紹介します。未来を見据えた柔軟なエネルギー運用のヒントを、ぜひ本文でご覧ください。

はじめに

近年、エネルギー業界は大きな転換点を迎えています。政府は2030年までに再生可能エネルギーの導入比率を36～38%へと高める方針を掲げました。しかし、太陽光や風力といった自然エネルギーは、天候や季節に左右され、安定的な電力供給が難しいという課題を抱えています。

今回は、そんな課題の解決をお手伝いする「数理最適化」という技術について、架空の電力会社「A社」の事例をもとに、丁寧にご紹介いたします。みなさまが数理最適化を検討する際の、小さなきっかけになれば幸いです。

エネルギー業界が抱える現場の課題とは？

A社は、再生可能エネルギーと火力発電、そして水力発電も組み合わせながら、全国規模で電力を供給している企業です。現場では、以下のような課題が挙げられていました。

• 天候の急変により、長期間での太陽光や風力の発電量を正確に予測することが難しいこと

• 火力発電は起動・停止に時間がかかることから、再生可能エネルギーとの組み合わせで起動タイミングを見極めるのが難しく、需給調整コストが増加してしまうこと

• 設備のメンテナンスを後回しにした結果、供給の安定性が脅かされること

さらに、水力発電においては、電力需要が高まるタイミングを事前に見越してダムから水を流す必要があり、綿密な段取りと計画が不可欠です。

こうした課題は、どの電力会社にも共通するものかもしれません。これまでは現場の経験と知恵で丁寧に乗り越えてきた背景がありますが、社会全体のニーズが多様化・高度化する中で、電力運用もより複雑化しています。

数理最適化という技術が持つ可能性とは？

「数理最適化」という言葉は難しく聞こえるかもしれませんが、一言で言えば「複雑な条件を整理して、現実的でムダのないプランを提案する技術」です。例えばA社では、次のような条件を数理最適化モデルに組み込みました。

• 発電設備ごとの特性（発電効率やコスト、起動停止にかかる時間）

• 時間帯ごとの電力需要の予測と、その精度

• 設備メンテナンスの計画と、その影響

• 系統全体の安定性（突発的な事故や瞬時的な需要変化への対応）

これらの複雑な要素を、Gurobiのような数理最適化ソルバーを使って計算します。その結果、現場担当者がすぐに使える、具体的で根拠ある計画を短時間で提案できるようになりました。

ここでお伝えしたいのは、数理最適化は決して現場の経験や知識を否定する技術ではないということです。むしろそれらを大切にしながら、これまでのやり方に加えてもう一つの選択肢を増やす、そんな柔軟な技術として考えていただければ嬉しく思います。 

数理最適化導入後に起きたA社の変化

数理最適化を導入したA社では、以下のような変化がありました。

① 電力ロス・調整コストが削減されたこと

数理最適化で設備の稼働タイミングを最適化することで、余剰電力や燃料ロスが減り、年間約1％の運用コストが削減されました。これは決して派手な数字ではありませんが、長期的には非常に大きな節約効果につながっています。

② メンテナンス計画が効率化され、安全性が向上したこと

メンテナンス計画が精緻化され、故障やトラブルによる突発的な設備停止が大幅に減少しました。現場担当者は事前に計画的なメンテナンスを進めることで、安心して業務を進められるようになっています。

③ 再生可能エネルギーを効率的に活用できるようになったこと

数理最適化が天候データと発電実績を正確に分析し、再生可能エネルギーが最大限に活用されるようになりました。結果的に環境負荷の軽減にもつながっています。 

未来を見据えた「しなやかな発電計画」に寄り添う

数理最適化は、決して派手さを誇る技術ではありません。けれども、日々の小さな「ムダ」を一つひとつ丁寧に取り除いていくことで、やがて大きな成果を生み出していく力を持っています。

これから、人口分布は大きく変化し、エネルギー需要もこれまでとは違う形に移り変わっていくでしょう。そうした変化にしなやかに対応していくためには、発電計画も柔軟に、そして持続的に見直していく必要があります。

数理最適化は、目の前の課題に向き合うだけでなく、50年、あるいはそれ以上先を見据えた将来計画にも活かしていける技術です。Gurobi Japanでは、みなさまの現場で培われた経験や知恵を尊重しながら、数理最適化という新しい視点をそっと添えるお手伝いをしています。