AIがエネルギーの未来を拓く：石炭火力発電の燃料運用最適化でCO2削減と効率化を実現
現代社会において、電力は私たちの生活や産業を支える不可欠なエネルギー源です。その中でも、石炭火力発電は日本の電力供給において重要な役割を担っています。しかし、安定した電力供給を維持しつつ、燃料価格の変動に対応した経済性の向上、そして地球温暖化対策としてのCO2排出量削減という、複数の複雑な課題に直面しています。
このような背景の中、株式会社エクサウィザーズと中国電力株式会社は、中国電力の三隅発電所において、石炭火力発電所の燃料運用を高度化するAIシステムを開発し、本格運用を開始しました。このシステムは、AI（人工知能）の力を活用することで、発電所の安定運転を維持しながら、燃料コストを最小限に抑え、さらにバイオマス燃料の混焼に対応することでCO2削減にも貢献するという、画期的な取り組みです。
熟練の技をAIで継承：エネルギー安定供給と経済性の両立を目指す
日本の電力供給を支える石炭火力発電所では、常に「電力の安定供給」が最優先されます。しかし、同時に燃料価格の変動に対応し、経済性を高めることも求められています。中国電力の三隅発電所では、18基もの貯炭サイロ（燃料を貯蔵する施設）があり、そこでの燃料の受け入れ、払い出し、そして貯蔵状況を日々考慮しながら、複雑な燃料運用計画を立てる必要がありました。
この非常に重要な業務は、これまで限られた熟練社員の経験とノウハウに大きく依存していました。そのため、「属人化」（特定の個人にしかできない仕事になること）が進み、計画の品質がその人によってばらつく「平準化の課題」を抱えていました。また、近年、地球温暖化対策として「脱炭素化」の流れが加速しており、石炭だけでなく、CO2排出量の少ない「バイオマス燃料」を混ぜて燃焼させる「混焼」の拡大が求められています。しかし、バイオマス燃料を混ぜることで、燃料の管理やブレンドの仕方がさらに複雑になり、運用計画の難易度が一層高まっていました。
そこで、エクサウィザーズと中国電力は、これらの複雑な計画業務をAIでシステム化し、お互いのシステムを連携させることで、計画を立てるスピードと精度を飛躍的に向上させることを目指しました。これにより、発電所の安定運転を維持しながら、燃料にかかるコストを最小限に抑え、業務の標準化を進め、さらに様々な種類の燃料に柔軟に対応できるようになります。
2つのAIシステムが連携：複雑な計画業務を自動化・最適化する仕組み
今回開発されたAIシステムは、「炭質評価システム」と「石炭サイロ運用支援システム」という2つのAIで構成されており、これらが密接に連携することで、発電所の燃料運用を最適な状態に導きます。このシステムの核となるのは、熟練社員が長年培ってきた知識や、現場の複雑な制約条件を、数学的なモデルとしてAIに組み込んだ独自の「最適化アルゴリズム」です。
1. 炭質評価システムとは？：最適な燃料ブレンドを高速で提案
炭質評価システムは、石炭火力発電所で最も重要な燃料の「ブレンド比率」を最適化する役割を担います。石炭は産地や種類によって、発熱量（燃やしたときに発生する熱の量）や調達価格が異なります。また、バイオマス燃料も同様です。
このシステムは、AIがこれらの情報を総合的に分析し、ボイラー（燃料を燃やす装置）が安定して燃焼し続けることを前提としながら、最も経済的（コストが低い）な石炭とバイオマス燃料のブレンド比率を提案します。AI初心者の方にも分かりやすく説明すると、まるで熟練の料理人が、食材の味や価格、そして料理の目的（安定燃焼と経済性）を考慮して、最適なレシピを瞬時に何百、何千通りも生み出すようなものです。
従来のやり方では、熟練社員が保管されている石炭の種類に合わせて40通りのブレンド案を作成するだけでも、約2～3日もの時間が必要でした。これは、膨大な計算と経験に基づく判断が求められるためです。しかし、このAIシステムを導入することで、なんとわずか90分という短時間で、約4,000通りもの混焼パターンを評価できるようになりました。これは、従来の「数百倍」ものスピードアップを意味します。
この高速な評価能力により、例えば新しい石炭の銘柄を導入するかどうかを検討する際に、その石炭が発電所の運用に適しているか、どのようなブレンドが最適かといったことを、これまでよりもはるかに迅速に判断できるようになります。これにより、燃料を調達するまでの期間（リードタイム）を短縮し、より効率的な燃料調達が可能になります。
2. 石炭サイロ運用支援システムとは？：複雑な計画を自動で策定
炭質評価システムが算出した約4,000通りもの最適なブレンド比率の中から、最終的に最も優れたものをAIが選び出し、それに基づいて「石炭受払計画」を自動で策定するのが、石炭サイロ運用支援システムです。この計画は、単に「どの石炭をどれくらい使うか」だけでなく、発電所内の18基あるサイロへの石炭の受け入れ、サイロからの払い出し、そしてボイラーへ投入する順番まで、非常に詳細な内容を網羅しています。
さらに、このシステムは現場の複雑な条件も考慮に入れることができます。例えば、サイロや関連設備の「補修作業」によって一時的に使用できない設備がある場合や、石炭を運んでくる船がサイロが空くのを待って港で停滞する「滞船」をできるだけ減らすための調整、あるいは品質が少し劣る「低品位炭」を優先的に消費して在庫を効率的に管理するといった、熟練者でも判断が難しいような細かな条件もAIが自動で反映して計画を作成します。
従来、熟練社員が3ヶ月分の石炭受払計画を立てるには、約1日もの時間を要していました。しかし、この石炭サイロ運用支援システムを導入することで、わずか30分程度で同期間の計画策定が完了するようになりました。これにより、計画策定にかかる手間（工数）が大幅に削減され、社員はより戦略的な業務や、他の重要な業務に時間を割くことができるようになります。
AI導入がもたらす多角的なメリット：持続可能なエネルギー供給へ
エクサウィザーズと中国電力が共同で開発・運用を開始したこのAIシステムは、石炭火力発電所の燃料運用に多岐にわたるメリットをもたらします。AI初心者の方にも、そのメリットが社会全体にどのように貢献するかを詳しく見ていきましょう。
CO2排出量削減（GX推進）
最も重要なメリットの一つが、CO2排出量の削減です。このAIシステムは、バイオマス燃料の混焼を最適化する能力を持っています。バイオマス燃料は、燃焼時にCO2を排出しますが、そのCO2は植物が成長する過程で大気中のCO2を吸収したものであるため、実質的なCO2排出量をゼロとみなす「カーボンニュートラル」な燃料として位置づけられています。AIが最適なブレンド比率を提案することで、より効率的にバイオマス燃料を混焼させることが可能になり、結果として発電所全体のCO2排出量を削減し、「GX（グリーントランスフォーメーション）」の推進に大きく貢献します。
燃料コスト削減
AIは、石炭の銘柄ごとの発熱量や調達価格、さらにバイオマス燃料のコストを総合的に考慮し、最も経済的な燃料の組み合わせを導き出します。これにより、無駄のない燃料調達と運用が可能となり、発電所の燃料コストを最小限に抑えることができます。これは、電力料金の安定化にも繋がり、私たち消費者の生活にも良い影響を与える可能性があります。
運用業務の効率化・標準化
従来の燃料運用計画は、熟練社員の経験と直感に頼る部分が大きく、時間も手間もかかっていました。AIシステムが計画策定のプロセスを自動化・最適化することで、これまで数日かかっていた作業がわずか90分や30分で完了するようになります。これにより、大幅な業務効率化が実現し、社員はより創造的で付加価値の高い業務に集中できるようになります。また、AIが客観的なデータに基づいて計画を立てるため、計画の品質が常に一定に保たれ、「標準化」が進みます。
熟練者のノウハウ継承と人材育成
属人化は、ベテラン社員の退職などで貴重なノウハウが失われるリスクを伴います。しかし、このAIシステムは、熟練社員の知見や現場の複雑な制約条件を「数理モデル」として取り込んでいます。これにより、熟練者のノウハウがAIの中に「知識」として蓄積され、次の世代に継承されていきます。これは、将来的な人材育成の観点からも非常に大きなメリットです。
安定供給の強化
AIシステムは、発電所の安定運転を最優先に考えた上で燃料計画を策定します。ボイラーの安定燃焼を維持するための最適なブレンド比率を導き出し、サイロの在庫状況や設備の使用状況も考慮に入れることで、予期せぬトラブルを未然に防ぎ、電力の安定供給をさらに強化することに繋がります。
燃料多様化への対応力向上
脱炭素化の動きの中で、今後も様々な種類の燃料が導入される可能性があります。このAIシステムは、バイオマス燃料の混焼に既に対応しており、新しい燃料が導入された際にも、その特性をシステムに組み込むことで、迅速かつ柔軟に最適な運用計画を立てることが可能になります。これにより、将来的なエネルギーミックスの変化にも対応できる、持続可能な発電所の運用が期待されます。
今後の展望：さらなるAI活用で未来へ
今回のAIシステムの本格運用開始は、エネルギー分野におけるAI活用の大きな一歩となります。中国電力は、この成功を足がかりに、安定した燃料調達とカーボンニュートラル燃料を含めた燃料の多様化をさらに進めるため、AIシステムの活用範囲を広げていく方針です。
その第一歩として、今後は海外から石炭や燃料を運んでくる「外航船の配船計画」を支援するAIシステムの構築も予定しています。これにより、燃料調達のさらなる最適化が推進されることでしょう。
一方、株式会社エクサウィザーズは、AI技術を駆使してエネルギーの安定供給と運用最適化を支援し続けることで、「GX（グリーントランスフォーメーション）」の実現や、社会全体の様々な課題解決に貢献していくことを目指しています。
エクサウィザーズの詳細については、以下の公式サイトをご覧ください。
まとめ：AIが拓く、持続可能で効率的なエネルギーの未来
エクサウィザーズと中国電力による石炭火力発電所の燃料運用最適化AIは、単なる技術導入に留まらず、エネルギー産業が抱える「安定供給」「経済性」「脱炭素化」という三つの大きな課題に、AIという強力なツールで同時に応える画期的な取り組みです。
熟練者の貴重なノウハウをAIが継承し、膨大なデータを瞬時に分析して最適な解を導き出すことで、これまで数日かかっていた複雑な計画策定がわずか数十分で完了するようになりました。これにより、CO2排出量削減、燃料コストの最適化、業務効率の向上、そして電力の安定供給強化といった、多岐にわたるメリットが実現しています。
この取り組みは、AIが私たちの社会の基盤を支えるエネルギー分野において、いかに大きな変革をもたらし、持続可能で効率的な未来を築き得るかを示す具体的な事例と言えるでしょう。AI初心者の方にも、この技術が私たちの生活や環境に与えるポジティブな影響を感じていただけたのではないでしょうか。今後も、AIが様々な産業で活躍し、より良い社会を創造していくことに期待が高まります。
