IT時代の電力エネルギーシステム ２００３ 総合ゼミナール IT時代の電力エネルギーシステム 広島工業大学 大学院工学研究科 工学部知的情報システム工学科 教授 永田 武 http://sunee.cc.it-hiroshima.ac.jp IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より 2. 現代社会が直面するエネルギー問題 3. 新しい研究手法の例（知的情報処理） 4. おわりに IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より 電力エネルギーはコンピュータで24時間管理されている 系統監視盤 制御卓：ＣＲＴ画面と対話で開 閉器などの操作を実施する 大型ＣＲＴ画面 IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より ①次世代電力系統制御システム •東京電力，日立，東芝，三菱の共同研究 •世界初の人工知能（Artificial Intelligence） 搭載電力制御用コンピュータシステム •他のメーカのエンジニアとの議論 •いくら仕事をしても苦しくない •５年間のプロジェクト：完成時の充実感 •現在の自分のベースに IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より ②エジプト電力庁向け電力制御システム ナイル川流域 の全てのコン トロールセン タを構築 IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より ②エジプト電力庁向け電力制御システム •初めて全てをまかされ たプロジェクト •初めての国外出張 •「エジプトの電気は日 本人エンジニアが提供 するのだ」という意気込 み・・・ IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より 情報システムの開発の流れ 要 求 定 義 シ ス テ ム 設 計 プ ロ グ ラ ム 設 計 プ ロ グ ラ ミ ン グ 単 体 テ ス ト 組 合 せ テ ス ト シ ス テ ム テ ス ト 工 数 実力をつけて上流工程へ！ 設計・開発 品質保証 運 用 ・ 保 守 IT時代の電力エネルギーシステム オレンジ：夜の光 電力消費量 経済活動 1. 工学とは・・・企業経験より オーロラ 宇宙から見た地球 漁り火 野焼き 油田 野焼き 野焼き IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より 世界のエネルギー資源確認可採埋蔵量 石油 ４６年 石炭 ２１９年 天然ガス ６５年 ウラン ４３年 注 1. 旧ソ連、東欧、中国等のウラン資源埋蔵量については不詳であるため含まれていない。 http://www.tepco.co.jp/common/inde02-j.html IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より •工学は知的モノづくりの方法を研究する 社会に貢献 •現在の社会は・・・ •エネルギー問題 •環境汚染 •地球温暖化 •人口問題 •食料問題 •高齢化 •解決するカギは 工学部に！ •先導的・独創的 科学技術の進展 •日本の国際貢献 IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より 2. 現代社会が直面するエネルギー問題 3. 新しい研究手法の例（知的情報処理） 4. おわりに IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 世界のエネルギー事情 世 界 の 一 次 エ ネ ル ギ ー 需 要 量 の 推 移 北米・欧州で約半 分を消費 北米 欧州 中国 日本 その他のアジア 中国やその他 のアジアの伸 び率大 日本は5.8%を消費 人口比 1.2/60.6=0.02 IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 世界のエネルギー事情 世 界 の 将 来 人 口 1990年 で50億人 2000年で 60.6億人 2030年で 80億人と予測 アジア・アフリカで 大幅な伸びが予測 エネルギー需要増大 IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 世界のエネルギー事情 主 要 国 の 一 次 エ ネ ル ギ ー 源 石油 石炭 原子力 水力 天然ガス 年間８7億トン の石油を消費 アメリカ，旧ソ 連，中国，日本 の順 石炭 原子力 水力 石油への依 存度が高い IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 石油輸入依存度 世界のエネルギー事情 主 要 国 の 輸 入 依 存 度 資源をもたない日本，イ タリア，ドイツ，フランス などは海外依存大 全エネルギー輸入依存度 日本 石油の輸入依存度 99.7% 全エネルギー輸入依存度 79.8% エネルギー輸出国 イギリス：北海油田 カナダ：水力資源 IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 世界のエネルギー事情 主 要 国 の 電 力 消 費 量 1989年 1999年 消費量のトップはアメリカ （伸び率 10年で1.3倍） 日本の伸び は1.3倍 中国の伸び は2.1倍 電源開発と 省エネルギーの技術革新が必要！ IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 世界のエネルギー事情 各国のエネルギー政策を反映 電 源 別 発 電 電 力 量 の 構 成 水力 石油 天然 ガス 石炭 原子力 日本は，電源の ベストミックス 原子力 30.0% 石炭 21.2% 天然ガス 22.1% 石油 16.6% 水力 8.2% カナダは，水力が60％ ドイツは，原子力が30.8％ →2000年6月 32年間かけて脱原子力 を行う ことを決定 フランスは，原子力が 75.8％ IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 日本の電気事業の現状 販 売 電 力 量 の 推 移 2010年 2000年 高度経済成長期： 前年比10%の伸び 1985年 今後（～2010）の予測 年平均1.5% 1975年 1965年 産業界 エネルギー多消費型から の脱却 産業構造の転換 IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 日本の電気事業の現状 日本の発電方式の変化 電 源 別 構 成 比 原子力 水力 火力発電 1965～1975年 60% 石炭 天然ガス オイルショック 1973年 石油 1980年 2000年 水力発電 電源の多様化 予測 電源の ベストミックス 原子力 30.0% 石炭 21.2% 天然ガス 22.1% 石油 16.6% 水力 8.2% IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 日本の電気事業の現状 一 日 の 電 力 消 費 量 電気の消費量は一日の 中でも時間帯によって変 化する（人間の社会活動 を反映） 石油 日負荷曲線 天然ガス 一日の電気の格差は50% 負荷率 50% 原子力 電力は貯蔵できない ＝設備のムダ 50% 電力供給コストの増大 IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 日本の電気事業の現状 最 大 電 力 の 推 移 2001年 1億8240 万kW 夏の暑い日は冷房需 要のため電力消費は ピークになる ピーク電力は年々更新 25年で2.5倍！ 1975年 １日 IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 日本の電気事業の現状 2000年 季 節 間 の 電 力 消 費 現代は・・・ 季節間の格差が拡大 夏と冬にピークがでる 夏場 → 冷房機器 冬場 → 暖房機器 1985年 1975年 夏場，温度が１℃上昇する と・・・約500万KW （160万 世帯分）の電力が増加 省エネに協力を！ 1967年(S42) １年 昔は・・・ ほぼ一定だった IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 日本の電気事業の現状 停電の少ない良質な電気 年 間 停 電 回 数 2000年 14分 0.18回 日本の電力の信頼性は抜群！ 停 電 時 間 の 国 際 比 較 1999年 9分 日本 IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 日本の電気事業の現状 電気事業規制緩和の動向（日米英比較） 西暦年 英 国 国営企業独特の 低い経営効率 → 国営企業の民営化 日 本 米 国 1951 民営電力9社体制 1978 公益事業規制政策法 （PURPA法） 1980 0 1984 電気通信民営化 1985 ガス民営化 1990 00 1990 電力民営化 1985 日本専売公社民営化 日本電信電話公社民営化 1987 日本国有鉄道民営化 バブル経済の崩壊 →高コスト構造・ 内外価格差の是正要望 卸電気事業者（ＩＰＰ） の増加 1992 エネルギー政策法 高コスト州を中心とした小売 り自由化論議の活発化 1995 電気事業法改正 2000 1999 電気事業法改正 2000．３．２１ 施行 1996 ｵｰﾀﾞｰ888・889 1999 ｵｰﾀﾞｰ2000 IT時代の電力エネルギーシステム ２．現代社会が直面するエネルギー問題 日本の電気事業の現状 規制緩和前 一部規制緩和後 電力会社の独占 新規参入の発電業者 発電 発電 電力小売の部分自由化 （自由料金） 送電 送電 電力会社の送電線の利用 （小売託送）が可能 配電 特別高圧受の需要家は， 「電力会社」か「新規参入事 業者」を選択できる 配電 一般 需要家 特高 需要家 2007年 一般需要家への小売全面解禁予定 IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より 2. 現代社会が直面するエネルギー問題 3. 新しい研究手法の例（知的情報処理） 4. おわりに IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （１）知的情報処理の歴史 ・・・この50年で人類は知的情報処理技術を手に入れた 人工知能（AI）の誕生 1956年 チェス，チェッカーのようなゲームプログラムが主流 プログラムが上級プレイヤのプレイ方法を学習し，上手にプレイ するようになる → ＴＶ出演し大反響！ エキスパートシステムの誕生 1960年後半 DENDRAL SYSTEM 有機化合物推定システム 1969年 MYCIN SYSTEM 治療支援システム（新米の医者より能力大）1976年 推論とは・・・三段論法のように考えられる 入力 A が与えられると Rule 1: IF A then B Rule 2: IF B then C 結論としてCを導く プロダクションシステム IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （１）知的情報処理の歴史（続き） ファジィ理論 1965年 あいまいな情報を扱うシステム 遺伝的アルゴリズム（GA） 1975年 生物の進化を模倣したシステム ニューラルネット（神経回路網） 1985,86年 パターン認識，予測，機械学習，最適化問題 などへの応用 高次推論 1990年代 ファジィ推論，事例ベース推論，仮説推論・・・・ IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （１）知的情報処理の歴史（続き） オブジェクト指向(OOP)の実用化 1990年代 オブジェクトとは，データを処理とひとまとめにして 抽象化したもの オブジェクト＝ データ ＋そのデータ に対する処理 IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （１）知的情報処理の歴史（続き） エージェント指向(AOP) 2000年～ 外部環境との相互作用に基づいて他の処理体と協力してある 目的に向かって自律的に問題解決を進めていく処理体 エージェント ＝ オブジェクト＋ α •心的状態（信念，意図，責務， 感性など）の導入 移動性・・・人間の変わりにネットワークを渡り歩いて仕事をしてくれる （例） PDAや携帯電話などの携帯機器および PCなど、さまざまなデバイス上を移動し、 あらゆる場所で ユーザへの情報提供を行 う知的移動エージェントシステム （東芝 picoPlangent ） IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （２）ニューラルネットワーク • 生物の神経系の特徴的な機能を人工的に表現 • 脳： 約100億個のニューロン • １個のニューロンは平均数千個のニューロンと結合 神経細胞 神経回路網 人工の神経細胞 ニューロン f(x) 多入力１出力素子 ニューラルネットワークは，コンピューティングの未来像かも・・？ IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （２）ニューラルネットワーク（続き） 入力層 中間層 出力層 階層型 ・パターン認識 ・文字認識 ・予測 階層型ニュ ーラ ルネッ ト ワーク （ 3 層の例） 相互結合型 ・最適化問題 相互結合型ニュ ーラ ルネッ ト ワーク の例 IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （３）強化学習 動物の条件反応の学習がモデル 教師なし学習 何かを学習させたいとき、あるきっかけに対して特定の行動を起こ したときだけに、報酬を与え、この過程を繰り返すにつれて、しだい に目的の行動パターンを起こしやすくなっていくこと 学習によって行動が｢強化｣されたという 強化信号 : 報酬あるいは罰 強化信号がより多く得られるように、 行動戦略を最適化していく IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （３）強化学習（続き） 迷路の学習 基本的考え方： エージェント ゴール 1. 強化学習を迷路を解くエージェントの学習に適用する 2. エージェントは,隣接する4つのセルだけ見ることができる 3. この状況で,セルに「ゴールまでの距離」を表す情報が含まれてい れば，エージェントはこの情報に基づいて1歩先の進路を決めるこ とができる 明るい色は，ゴールまでの距離が近い この情報の学習に強化学習を適用 1. 学習前は，エージェントには何の情報も与えら れていないため,迷路上をでたらめに歩く 2. しかし，ゴールにたどり着くと，ゴールにたどり 着く1歩手前の状態に対しては学習を行うこと ができる 3. そして，さらにその1歩前の状態に対しては， 「あと2歩でゴールに到達できる」という情報を 基にして学習が実行できる IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （４）自己組織化マップ SOM: Self-Organizing-Maps 自己組織化は，脳の神経細胞が成長してだんだん賢くなる 過程を模倣 我々の脳は，自動的に物事を学習して，それを適当に秩序 立てたり，分類したりして，簡潔化・要約化して覚えることが できる 「自己組織化」と呼ばれる現象は、自然界のあちらこちらにある 物質が結晶化するとき 生物の身体が形成される過程 工学への応用 複雑な情報処理を簡単にできる データの要約版をつくることが可能 IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （４）自己組織化マップ（続き） 任意の曲線を 表現できる 仕組みが必要 非線形モデルの方が 線形モデルより高級なモデル SOM は上図を多次元 に拡張したもの IT時代の電力エネルギーシステム ３．新しい研究手法の例（知的情報処理） （４）自己組織化マップ（続き） 巡回セールスマン問題への適用例 「複数の都市をそれぞれただ一度だけ訪問して出発点の都市 に戻る巡回路のなかで最短経路になる巡回順を求める」 訪問先が３軒の場合 巡回経路＝３×２×１＝６ 全部で６通り 最初に訪問する得意先： ３通り ２番目の訪問先： ２通り ３番目の訪問先： １通り 訪問先が３１軒の場合 ３１！＝ ３１×３０×２９× …… ×４×３×２×１≒ ８．２２×１０33 通り １秒間に１兆回 （1012）計算できるスーパーコンピュータを用いると，８．２２×１０21 秒必要 1年＝６０×６０×２４×３６５＝３１５３６０００≒ ３．１５×１０7 秒 なので， この計算をするのに， ８．２２×１０21 ／ ３．１５×１０7 ＝261兆年必要→ 非現実的！ IT時代の電力エネルギーシステム 1. 工学とは・・・企業経験より 2. 現代社会が直面するエネルギー問題 3. 新しい研究手法の例（知的情報処理） 4. おわりに IT時代の電力エネルギーシステム ４．おわりに ＩＴ時代の電力エネルギーシステム 電力システムをとりまく環境 デマンドサイド マネージメント 電源立地困難化 規制緩和 需要者の 新しいニーズ コジェネレーション 分散電源 環境規制 超伝導技術 最適化 技術 パワー 情報通信技術 エレクトロニクス高度情報処理技術 技術 マルチメディア 研究すべきテーマはたくさんある！ 今 回 の お 話 IT時代の電力エネルギーシステム ４．おわりに http://sunee.cc.it-hiroshima.ac.jp IT時代の電力エネルギーシステム ４．おわりに •エネルギー問題 •地球温暖化 •環境汚染 •人口問題 •食料問題 •高齢化 技術は人間の幸せのために 技術は地球の未来のために 技術はすべて社会のために そして技術はキミたちの夢をかなえるために 工科系大学でしっかり学び，新しい時代を 作る原動力になられることを期待します IT時代の電力エネルギーシステム ４．おわりに 目標 2年次までに「基本情報技術試験」の資格取得 4月・10月の第３日曜日が試験 http://www.jitec.jipdec.or.jp/ ４年次までに「ソフトウェア技術者試験」の資格取得 TOEICを受験する ・・・年６回 http://www.toeic.or.jp/toeic/ その他 単位取得はA評価をねらう ⇒ 企業の人事はAの数をカウント 履歴書への記述で困らないように・・・ ・得意科目・分野： 専門教育科目で得意なものを！ ・課外活動： クラブ活動，時間を無駄にするバイトは意味なし ・性格の長所： 自覚する長所を伸ばす ・自己PR： 学生生活を通じて得たこと ⇒社会への応用 ・採用のポイントは，積極性，責任感，コミュニケーション能力 大学院進学の薦め
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