中国電力✖️エクサウィザーズ
AIにより水力発電所の発電計画を最適化、CO2削減にも寄与

　「AIには、ダムの水が空になって発電ができなくなるのではという恐怖心がない。降雨による流入が期待できれば思い切って発電して水位を下げるなど、刻々と変わるデータを活用して発電計画の最適化を追求する」

　中国電力 エネルギア総合研究所 土木グループ主席研究員の河内友一マネージャーは、2023年夏から本格的に運用を始めた水力発電所の発電計画を担うAIの特性をこう語る。河内マネージャーは、水力発電所の開発が長く研究所にも所属しながら、長年水力発電に関わってきたエキスパートであり、AI活用の可能性を見出した。

写真　中国電力のエネルギア総合研究所  河内友一マネージャー（右）、電源事業本部の里石正和副長（左）

　一方の中国電力の電源事業本部 水力制御所里石正和副長は、豊富な制御所での業務経験の中で、河川流域に点在する水力発電所の発電計画をコントロールすることの重要性と面白さを発見した。「川の種類によって降水からダムへの到達までの速度が異なる。これまでの経験から水系図を見ただけで、降雨の状況でどのように発電計画を作るべきか頭に入っている」と言う。

　こうした水力発電とダムのエキスパートである里石副長でさえ「AIによる発電計画は、もはや人間にできない領域にまで達している」と舌を巻く。

流域降雨量からダム流入量の予測へ

　水力発電は自然を最大限活用するエネルギー源である。流域の川から集めた水をダムに貯めておき、電力が必要になった時にダムから水力発電所までの落差を利用して発電する。燃料が必要な火力などに比べて、環境負荷が極めて低い発電手段である。一方で降雨というまさに自然が相手となり、天気予報が変わることもある。

　水力の発電計画は常に先を読むことが求められる。例えば、十分な降雨が期待できる場合、あらかじめ発電を実施してダムの水位をできる限り下げておく必要がある。そうしないとダムの容量を超えてしまい、貯めずに下流に流さざるを得ないことがある。この発電の機会を逃した水の電力量を「溢水電力量」と呼ぶ。

図　水力発電で予測や策定が必要な要素（出所：エクサウィザーズ）

　今回、AIを活用することで、10日間程度の先までダムに流入する水の量を高精度で予測することが可能となった。従来は川の流域にもたらす降雨量を予測していたが、地形や地質によってダムへの流入量が異なる。「同じ降水量でも、これまで雨が降っていた場合とそうでない場合で、ダムに入ってくる水の量やタイミングが異なる」（河内マネージャー）といった課題もあった。

水力発電量が増え1400トンのCO2を削減

図　今回の実証を行った中国電力の佐々並川ダム（山口県、提供：中国電力）

　AIがダムに実際入ってくる水量を高精度に予測できることから、それらを期待してAIが思い切った発電計画を立案して実行できるようになった。さらに電力の需給も考慮する。ダムは水を流して発電することで数日間かけて水位を下げるが、需要の高い日や時間帯に集中的に発電を行うのだ。従来は基本的に毎日同じ量を発電していたが、新しい手法では30分単位での電力需要の予測から最適な発電を行う。

　中国電力の里石副長は「AIを水力発電に導入すると聞いて驚いたが、実際に活用してみるとメリハリのある発電計画を立てることができ、結果もよかった」と評価する。

　このように水力発電をフル活用することで、火力などより環境負荷の高い発電手段を使わずに済む。 2022年度にかけて約1年間実施した試運用では山口県の佐々並川ダムにおいて年間約600万m3（240万kWhに相当）のダム越流量を削減することで、水力の発電量の増加から1400トンのCO2削減効果があった。この1400トンのCO2削減効果は、世帯当たりの年間CO2排出量で、約770世帯（環境省の「令和3年度家庭部門のCO2排出実態統計調査結果の概要」のエネルギー種 電気を適用）に相当する。

　電力需要の高い時間帯に発電することから、数％程度の収入上昇にも寄与する公算だ。今回、運用を開始した2つのダムで年数千万円オーダーの効果が見込まれるという。

AIのメリットは技術伝承にも、自治体のダムへも横展開

　今回のようなAIの採用は技術伝承の側面もある。今後、日本全国で団塊世代の退職が本格化するが、明文化されていないノウハウやスキルも少なくない。中国電力はこうした近い将来の課題も見据えて、AIの検討と導入を決断した側面がある。

　里石副長は、「今回のようなAIの支援によって10年単位で獲得するようなノウハウを自動化することができ、新たに水力制御所の業務に携わる社員でも水力の発電計画を任せられるようになる」と期待する。

　もっともこれまで以上に人の役割も重要となる。「現場を理解し、結果がどうなるのかが分かる人がいないとAIを育てることができない。そして、豪雨などの緊急時に対応する必要もある」（河内マネージャー）

エクサウィザーズ  産業イノベーション事業統括部 Energy Tech部 Energy Techグループの戸室 磨里乃

　中国電力管内にはダムを用いた水力発電所が40箇所弱あり、可能な場所から今回のAIシステムの適用を検討していく。また、自治体などが運営するダムを用いた水力発電所にも適用が可能だ。エネルギー業界出身でエクサウィザーズで同業界を担当するAIコンサルタントである戸室磨里乃は、「今回の案件を基に水力の稼働比率をあげることがCO2削減につながることを浸透させ、様々な場所に横展開していきたい。自治体系の水力発電を担当する複数の事業者からも、具体的な質問をいただいている」と話す。

　中国電力の2つのダムでは、試行において年間の発電計画の2割程度にAIを利用しており、最終的には5割程度まで引き上げていく予定だ。今後に対しても、「現在の予測に加えて、我々がこうしたいといった発電計画方法も学んでほしい」（里石副長）、「新たなデータを取り込んで当日でも発電計画を変更したり、水系全体や年間の貯水池使用計画の最適化にもチャレンジしたい」（河内マネージャー」と、期待は高まるばかりだ。

　水力発電所におけるAI活用は、グリーントラスフォーメーションと人手不足、技術継承という日本の抱える複数の課題を同時に解決していく。エクサウィザーズの戸室は「今回、環境問題への対処と具体的な効果を示すことができた。水力での横展開と、他の発電手段への横展開で、日本の課題に挑戦していきたい」と力を込める。