(57)【要約】 【課題】運転員が配水池の水位を配水池上下限値内に維持する場合に、過剰なポンプ動力の発生を抑え、契約電力の増大を防ぐことが可能な配水池上下限値を設定する配水池水位設定装置を提供する。【解決手段】配水池水位設定装置は、記録部、シミュレーション部、電力ピーク評価部、電力量料金算出部を具備する。記録部は、プラントデータと水需要データとを記録する。シミュレーション部は、プラントデータを用いて複数のポンプの配水池への送水量を算出し、送水量と水需要データとの関係に基づいて配水池の水位を算出し、この水位が配水池上下限値付近になるとポンプ数を増減させる。電力ピーク評価部は、送水量に基づいて電力量とピーク電力とを算出する。電力量料金算出部は、ピーク電力及び電力量に基づいて電力量料金を算出する。シミュレーション部は、電力量料金を抑制する配水池上下限値を設定値とする。【選択図】図２
2014178816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントに設置される複数のポンプ及び配水池についての情報を含むプラントデータと、過去の水需要データとを予め記録する記録部と、
前記プラントデータを用いて前記複数のポンプの前記配水池への送水量を算出し、この送水量と前記水需要データとの関係に基づいて前記配水池の水位を算出し、この水位が配水池上下限値付近になると前記送水量を算出する際のポンプ数を増減させるシミュレーション部と、
前記送水量に基づいて所定時間当たりの電力量と、この電力量のうち最大値を取るピーク電力とを算出する電力ピーク評価部と、
前記電力量及び前記ピーク電力に基づいて電力量料金を算出し、この電力量料金の算出結果を表示装置に表示させる電力量料金算出部と
を具備し、
前記シミュレーション部は、前記電力量料金を抑制可能な配水池上下限値を設定値として出力する配水池水位設定装置。
【請求項２】
前記シミュレーション部は、前記設定値を印刷装置に印刷させる請求項１記載の配水池水位設定装置。
【請求項３】
水需要の誤差が入力されると、前記プラントデータを読み出し、前記水需要の誤差と、前記プラントデータとに基づいて水位誤差を算出する補正部を具備し、
前記シミュレーション部は、前記水位誤差を含めて前記配水池への送水量を算出する請求項１記載の配水池水位設定装置。
【請求項４】
前記シミュレーション部は、前記配水池上下限値を時間単位で変動させて、前記配水池への送水量を算出する請求項１記載の配水池水位設定装置。
【請求項５】
前記シミュレーション部は、前記配水池上下限値に加え、運転員から入力される運用ルールにも従って前記送水量を算出する際のポンプ数を増減させる請求項１記載の配水池水位設定装置。
【請求項６】
前記記録部は、季節及び曜日を含む所定期間毎の水需要データを記録しており、
前記シミュレーション部は、前記期間毎に設定される配水池上下限値を用い、前記期間毎に前記配水池への送水量を算出する請求項１記載の配水池水位設定装置。
【請求項７】
運転員が前記配水池上下限値を入力する入力部を具備する請求項１記載の配水池水位設定装置。
【請求項８】
前記シミュレーション部は、前記配水池上下限値を自発的に決定して前記配水池への送水量を算出する請求項１記載の配水池水位設定装置。
【請求項９】
前記プラントに設けられる電力量監視装置で計測される電力使用量に基づき、前記ピーク電力を超えるまでの残り時間を算出する運転可能時間算出部をさらに具備する請求項１記載の配水池水位設定装置。
【請求項１０】
プラントに設置される複数のポンプ及び配水池についての情報を含むプラントデータを用い、前記複数のポンプの前記配水池への送水量を算出し、
前記送水量と、過去の水需要データとの関係に基づいて前記配水池の水位を算出し、
前記算出する水位が配水池上下限値付近になると前記送水量を算出する際のポンプ数を増減させ、
前記算出する送水量に基づいて所定時間当たりの電力量と、この電力量のうち最大値を取るピーク電力とを算出し、
前記電力量及び前記ピーク電力に基づいて電力量料金を算出し、
前記電力量料金の算出結果を表示装置に表示させ、
前記電力量料金を抑制可能な配水池上下限値を設定値とする配水池水位設定方法。
【請求項１１】
複数のポンプと、配水池と、前記ポンプ及び前記配水池についての情報を含むプラントデータ、並びに、過去の水需要データを予め記録する記録部とを有するプラントと、
前記プラントを監視するクラウドサーバと
を具備し、
前記クラウドサーバは、
前記プラントデータを用いて前記複数のポンプの前記配水池への送水量を算出し、この送水量と前記水需要データとの関係に基づいて前記配水池の水位を算出し、この水位が配水池上下限値付近になると前記送水量を算出する際のポンプ数を増減させるシミュレーション部と、
前記送水量に基づいて所定時間当たりの電力量と、この電力量のうち最大値を取るピーク電力とを算出する電力ピーク評価部と、
前記電力量及び前記ピーク電力に基づいて電力量料金を算出し、この電力量料金の算出結果を表示装置に表示させる電力量料金算出部と
を備え、
前記シミュレーション部は、前記電力量料金を抑制可能な配水池上下限値を設定値として前記プラントへ出力する配水池水位設定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、浄水場で浄水処理された浄水を需要家へ配水するために、配水池又は受水池（以下、まとめて配水池と称する）へ送水ポンプで浄水を送水するプロセスで用いられる配水池水位設定装置、この装置で用いられる配水池水位設定方法及び配水池水位設定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水需要は、人間のライフパターンに依存して時々刻々と変化する。配水池は、送水量の変動を抑制し、浄水場での浄水処理を安定的に行うこと、及び、非常時にも給水可能な時間を確保できるように、一定量の浄水を確保することが主な役割である。浄水場の運転員は、常時配水池の水位を監視して、配水池へ送水するポンプの起動停止及び流量操作を行うことで、予め定められた運用上の水位上下限範囲に水位を維持し、上記の役割を果たすようにしている。
【０００３】
一方、一般には浄水を配水池へ汲み上げるためのポンプ動力については考慮していない。そのため、配水池の水位を水位上下限範囲に維持しようとすると、水需要がピークになる朝方及び夕方の時間帯には、一時的に過剰なポンプ動力が発生してしまうことがある。その結果、浄水場内で消費する電力ピークが高くなり、高い契約電力が発生してしまうことがある。
【０００４】
また、ポンプの送水計画を最適化問題として定式化して解を得る方法も提案されているが、システム構築及びパラメータ調整に必要な工数が多いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９１４１１１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６０１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、運転員が配水池の水位を水位上下限範囲に維持しようとすると、一時的に過剰なポンプ動力が発生してしまうことがあり、浄水場内で消費する電力ピークが高くなり、高い契約電力が発生してしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、目的は、運転員が配水池の水位を配水池上下限値内に維持する場合に、過剰なポンプ動力の発生を抑え、契約電力の増大を防ぐことが可能な配水池上下限値を設定する配水池水位設定装置、この装置で用いられる配水池水位設定方法及び配水池水位設定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、配水池水位設定装置は、記録部、シミュレーション部、電力ピーク評価部、電力量料金算出部を具備する。記録部は、プラントに設置される複数のポンプ及び配水池についての情報を含むプラントデータと、過去の水需要データとを予め記録する。シミュレーション部は、前記プラントデータを用いて前記複数のポンプの前記配水池への送水量を算出し、この送水量と前記水需要データとの関係に基づいて前記配水池の水位を算出し、この水位が配水池上下限値付近になると前記送水量を算出する際のポンプ数を増減させる。電力ピーク評価部は、前記送水量に基づいて所定時間当たりの電力量と、この電力量のうち最大値を取るピーク電力とを算出する。電力量料金算出部は、前記電力量及び前記ピーク電力に基づいて電力量料金を算出し、この電力量料金の算出結果を表示装置に表示させる。シミュレーション部は、前記電力量料金を抑制可能な配水池上下限値を設定値として出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る配水池水位設定装置が適用される送水プロセスを示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る配水池水位設定装置の機能構成を示す図である。
【図３】図２に示すシミュレーション部に入力される配水池上下限値を示す図である。
【図４】図２に示す配水池水位設定装置が配水池水位運用ルールを設定する際のフローチャートを示す図である。
【図５】図２に示す配水池水位設定装置のその他の構成を示すブロック図である。
【図６】図２に示す配水池水位設定装置のその他の構成を示すブロック図である。
【図７】図２に示すシミュレーション部で実施される処理により得られる表を示す図である。
【図８】図２に示すシミュレーション部に入力される配水池上下限値を示す図である。
【図９】図８に示す配水池上下限値に基づいて得られる表を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に係る配水池水位設定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１１】第３の実施形態に係る配水池水位設定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１２】図２に示す配水池水位設定装置の機能がクラウドサーバに含まれる場合のシステム図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）  
第１の実施形態では、日々監視すべき配水池水位の上下限範囲を運転員が設定する場合について説明する。
【００１２】
図１は、第１の実施形態に係る配水池水位設定装置１０が適用される送水プロセスを模式的に示す図である。図１に示す送水プロセスでは、浄水場（図示せず）から配水池２０へ、浄水をポンプ３０で送水する。送水プロセスでは、水需要ｑｋ［ｍ３／ｈ］を満たしながら、配水池水位ｌｋ［ｍ］を所定の範囲内に保つように、送水ポンプの運転台数ｙｋ［台］及び送水量Ｑｋ［ｍ３／ｈ］を運転員が操作する。また、運転員は、水需要が急激に増える、例えば、６：００の朝方までには、配水池水位を高く維持する運用を行うこともある。本実施形態では、配水池水位ｌｋの変動を許容する配水池上下限値等を配水池水位運用ルールと称する。なお、ｋは時刻を示し、ｋ＝１，２，…，２４（時単位）である。
【００１３】
図２は、第１の実施形態に係る配水池水位設定装置１０の機能構成を示す図である。図２に示す配水池水位設定装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、並びに、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータの格納領域等を含む。配水池水位設定装置１０は、ＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることで、シミュレーション部１１、電力ピーク評価部１２及び電力料金算出部１３を構築する。また、配水池水位設定装置１０は、記録部１４及び入力部１６を備え、記録部１４には、上水プラントの特性をプラントデータとして予め記録するプラントデータベース１４１と、過去の水需要データを予め記録する水需要データベース１４２とが記録される。ここで、プラントデータベース１４１に記録されるプラントデータとは、例えば、管路抵抗ｒ［−］、送水ポンプ３０から配水池２０までの標高Ｈ［ｍ］、配水池面積Ｓ［ｍ２］、及び、送水ポンプ３０の特性（係数ａ，ｂ，ｃ）等である。また、水需要データベース１４２に記録される過去の水需要データとは、例えば、四季それぞれの水需要データ、月曜日から金曜日の水需要データ、土曜日の水需要データ、日曜日の水需要データ及び祭日の水需要データ等である。
【００１４】
シミュレーション部１１は、時刻ｋの配水池水位ｌｋを以下の式で演算する。
【数１】
2014178816.tif 000003
【００１５】
シミュレーション部１１は、配水池面積Ｓをプラントデータベース１４１から読み出し、過去一定期間（例えば、１年間）の水需要データを水需要データベース１４２から読み出し、水需要ｑｋを取得する。シミュレーション部１１は、送水量Ｑｋを、
【数２】
2014178816.tif 000004
【００１６】
から求める。シミュレーション部１１は、管路抵抗ｒ、標高Ｈ及びポンプ特性の係数ａ，ｂ，ｃを、プラントデータベース１４１から読み出す。ここで、台数ｙｋは、シミュレーション部１１による模擬計算により算出される。すなわち、シミュレーション部１１は、（１）式により算出される配水池水位ｌｋが、配水池水位設定装置１０の運転員により設定される配水池上限値ｌｋｍａｘに対して所定の値に達すると、ポンプ３０の運転台数を１台減らす。また、シミュレーション部１１は、（１）式により算出される配水池水位ｌｋが、配水池水位設定装置１０の運転員により設定される配水池下限値ｌｋｍｉｎに対して所定の値に達すると、ポンプ３０の運転台数を１台増やす。例えば、図３に示すように、シミュレーション部１１は、時刻１３において、配水池水位ｌｋが上限値ｌｋｍａｘ付近になると、ポンプ３０を１台減少させる。その後、シミュレーション部１１は、時刻２において、配水池水位ｌｋが下限値ｌｋｍｉｎ付近になると、ポンプを１台増加させる。その後、シミュレーション部１１は、時刻６において、配水池水位ｌｋを高く維持するために、さらにポンプ３０を１台起動させる。
【００１７】
シミュレーション部１１は、ｋ＝１，…，２４の送水量Ｑｋをポンプ運転計画として電力ピーク評価部１２へ出力する。
【００１８】
電力ピーク評価部１２は、シミュレーション部１１から得られるポンプ運転計画に基づき、電力のピークを評価する。すなわち、電力ピーク評価部１２は、以下の式でｋ＝１，…，２４における電力量Ｐｋを計算する。
【数３】
2014178816.tif 000005
【００１９】
ここで、Ｋ＝２４であり、各関数は以下の通りである。
【数４】
2014178816.tif 000006
【００２０】
【数５】
2014178816.tif 000007
【００２１】
なお、ｄ，ｅ，ｆは、ポンプ効率特性を表すパラメータである。電力ピーク評価部１２は、パラメータｄ，ｅ，ｆをプラントデータベース１４１から読み出す。電力ピーク評価部１２は、算出した電力量Ｐ１〜Ｐ２４の中で最大のＰｋであるｍａｘ（Ｐｋ）を取得する。電力ピーク評価部１２は、電力量Ｐｋ及びピーク電力ｍａｘ（Ｐｋ）を、電力料金算出部１３へ出力する。
【００２２】
電力料金算出部１３は、電力ピーク評価部１２から得られる電力量Ｐｋ及びピーク電力ｍａｘ（Ｐｋ）と、外部から与えられる電力料金体系とに基づき、一定期間Ｔ（日）の電力料金を算出する。ここで、電力料金は、
【数６】
2014178816.tif 000008
【００２３】
であり、基本料金及び電力量料金は、
【数７】
2014178816.tif 000009
【００２４】
【数８】
2014178816.tif 000010
【００２５】
である。（７）式で示されるように、基本料金は、ピーク電力に依存する。なお、ｙは契約電力に基づく基本料金単価［円／ｋｗｈ／月］であり、ｘは電力量料金の単価［円／ｋｗｈ］である。
【００２６】
電力料金算出部１３は、算出した電力料金を表示装置４０に表示させる。
【００２７】
なお、ここでは、電力量料金の単価は、時刻ｋに依存せず、一定である場合を例に説明しているが、これに限定されない。例えば、電力量料金の単価は、深夜電力量料金を考慮して時刻ｋに依存するｘｋとして外部から定義されるようにしても良い。
【００２８】
送水プロセスの運転員は、表示装置４０に表示される電力料金を確認する。運転員は、異なる配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎについての電力料金を確認したい場合は、配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを新たにシミュレーション部１１へ入力する。そして、運転員は、新たに入力した配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに対して、配水池水位設定装置１０で算出される電力料金を確認する。そして、運転員は、電力料金が低額に抑えられる配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを選択する。配水池水位設定装置１０は、運転員に選択された配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを配水池水位運用ルールとして設定する。
【００２９】
次に、以上のように構成される配水池水位設定装置１０により、配水池水位運用ルールが設定される際の動作を説明する。図４は、配水池水位設定装置１０が配水池水位運用ルールを設定する際のフローチャートを示す図である。
【００３０】
まず、シミュレーション部１１は、運転員から入力される配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを受け取る（ステップＳ４１）。シミュレーション部１１は、運転員が配水池水位の上下限範囲を監視しながらポンプの起動及び停止を行うことを前提として、配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを参照して送水量Ｑｋを算出する。シミュレーション部１１は、ポンプ運転計画を電力ピーク評価部１２へ出力する（ステップＳ４２）。
【００３１】
電力ピーク評価部１２は、ポンプ運転計画に基づき、電力量Ｐｋ及びピーク電力ｍａｘ（Ｐｋ）を算出する（ステップＳ４３）。
【００３２】
電力料金算出部１３は、算出された電力量Ｐｋ及びピーク電力ｍａｘ（Ｐｋ）に基づき、所定の期間における電力料金を算出し（ステップＳ４４）、表示装置４０に電力料金を表示させる。
【００３３】
運転員は、表示装置４０に表示される電力料金を確認する。
【００３４】
続いて、シミュレーション部１１は、運転員による新たな配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎの入力があるか否かを判断する（ステップＳ４５）。入力がある場合（ステップＳ４５のＹｅｓ）、シミュレーション部１１は、ステップＳ４２の処理を再度実施する。
【００３５】
入力がない場合（ステップＳ４５のＮｏ）、シミュレーション部１１は、運転員から設定指示が入力されたか否かを判断する（ステップＳ４６）。入力された場合（ステップＳ４６のＹｅｓ）、シミュレーション部１１は、設定指示のある配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを配水池水位運用ルールとして設定する（ステップＳ４７）。入力がない場合（ステップＳ４６のＮｏ）、シミュレーション部１１は、ステップＳ４５の処理を再度実施する。
【００３６】
以上のように、第１の実施形態では、シミュレーション部１１は、入力される配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づき、送水量Ｑｋをシミュレーションにより算出する。そして、電力ピーク評価部１２により電力量及びピーク電力を算出し、電力料金算出部１３により電力料金を算出するようにしている。運転員は、電力料金を最も抑制することが可能な配水池上下限値を選択する。
【００３７】
運転員は、このように設定される配水池水位運用ルールを採択し、通常のオペレーション通り、配水池水位が配水池上下限値を逸脱しないかを監視して送水ポンプ３０を運転する。これにより、運転員は、特別な注意を払わなくても、電力ピークを抑制することが可能となる。基本料金は、（７）式で示されるように、時間単位でのピーク電力に基づいて電力会社との契約で設定される。運転員は、電力ピークを抑制することが可能であるため、電力会社との契約電力を低減することが可能となり、加えて、年間電力料金を削減することが可能となる。
【００３８】
したがって、第１の実施形態に係る配水池水位設定装置１０によれば、運転員が配水池の水位を水位上下限範囲に維持することで、過剰なポンプ動力の発生を抑え、契約電力の増大を防ぐことが可能な配水池水位を設定することができる。これにより、送水プラントにおける必要電力を抑えることが可能となり、地域の電力系統安定化に貢献することもできる。
【００３９】
なお、本実施形態に係る配水池水位設定装置１０は、図５に示すように、印刷装置５０と接続されていても構わない。運転員が配水池水位運用ルールを設定した場合、シミュレーション部１１は、配水池水位運用ルールを印刷装置５０に印刷させる。例えば、図５では、印刷装置５０により、「○○月○○日の運用、水位○○ｍ〜○○ｍにして下さい。」と印刷される。これにより、運転員が今後監視すべき配水池水位の値を、運転員全員で共有して運用することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態に係る配水池水位設定装置１０は、図６に示すように、補正部１５を備えるようにしても構わない。水需要データベース１４２に記録される水需要データと、想定する期間の水需要との間には、誤差が含まれる場合がある。ここで誤差には、人口の推移による誤差、配水区域の増減による誤差及び気温変動による誤差等が含まれる。
【００４１】
補正部１５は、運転員から想定する水需要の誤差（○％）を受け取る。補正部１５は、水需要の誤差（○％）を受け取ると、プラントデータベース１４１に記録されるプラントデータを読み出し、水位の誤差を算出する。補正部１５は、算出した水位の誤差をシミュレーション部１１へ出力する。
【００４２】
シミュレーション部１１は、補正部１５で算出された水位の誤差を含めてシミュレーションを実施する。運転員は、このような処理によりシミュレートされた電力料金に基づき、最適な配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを選択する。運転員は、このように選択した配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎの範囲に配水池水位が収まるように送水ポンプ３０を操作することで、水需要の誤差が最大である場合であっても、電力ピークを低減することが可能となり、電力料金を削減することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態に係る配水池水位設定装置１０では、シミュレーション部１１は、一定値として入力される配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づいてシミュレーションを実行する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、シミュレーション部１１は、時間単位で設定される配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づいてシミュレーションを実行するようにしても構わない。水需要と貯水量との関係によっては、例えば、朝方の水需要ピークに備えて配水池水位を高く維持する必要がある。配水池上下限値が一定値である場合、例えば、図７で示すように、どうしても送水ポンプ３０を３台起動する時間帯が発生するおそれがある。送水ポンプ３０を３台起動している状態が維持されると、電力ピークが高くなり、電力料金の増加を引き起こすこととなる。そこで、運転員は、例えば、図８で示すように、水需要の少ない夜間における配水池下限値を高く入力する。シミュレーション部１１は、このように入力された配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づいてシミュレーションを実行する。図９は、図８に示す配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づくシミュレーション結果を示す。図９によれば、夜間に動的に配水池下限値を変更することにより、夜間における配水池水位を極力高めに維持しながら朝方の水需要ピークに備える運用が可能になる。運転員は、配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを時間単位で繰り返し入力し、電力料金を最も抑制することが可能な配水池上下限値を選択する。このように選択された配水池上限値から設定される配水池水位運用ルールを採択することで、運転員は、駆動される送水ポンプ３０の数を２台とすることが可能となるため、電力ピークを抑えられ、電力料金の向上を避けることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態に係る配水池水位設定装置１０では、シミュレーション部１１は、入力される配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づいてシミュレーションを実行する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。例えば、シミュレーション部１１は、運転員独自の配水池水位運用ルールも採用するようにしても良い。例えば、以下に示すようなｉｆ−ｔｈｅｎルールを配水池水位運用ルールとして採用しても良い。なお、このルールは、図９に示すような朝８：００頃に迎える水需要ピークに備えるために、予めポンプ運転台数を増やしておく運用ルールである。
【００４５】
If 時間t ＝ 4:00 && 配水池水位 < 4.0m
Then ポンプ運転台数 ＝ ポンプ運転台数+1
このような配水池水位運用ルールを採用することで、シミュレーション部１１は、水需要ピークを迎える朝６：００頃に配水池水位を高めに維持する旨のシミュレーション結果を出力することが可能となる。運転員は、配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを繰り返し入力し、電力料金を最も抑制することが可能な配水池上下限値を選択する。
【００４６】
このように、配水池上下限値に加え、運転員独自の判断も配水池水位運用ルールとして採用することで、運転員は、熟練した運転員に近い感覚で、配水池水位を監視し、送水ポンプ３０を運転することが可能になる。
【００４７】
なお、配水池水位設定装置１０に印刷装置５０が接続されている場合、「○○月○○日の運用、水位○○ｍ〜○○ｍにして下さい。」の内容に加え、「４時に配水池水位が４ｍ未満である場合、ポンプ運転台数を１台追加して下さい。」の内容を印刷するようにしても良い。
【００４８】
また、第１の実施形態では、シミュレーション部１１は、過去の水需要データにおける季節及び曜日等の特徴を考慮しない場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。シミュレーション部１１は、水需要データベース１４２から、例えば、季節及び曜日等の指定される期間についての水需要データを読み出し、指定される期間毎にシミュレーションを実行するようにしても構わない。このとき、配水池上下限値は、指定される期間毎に入力される。これにより、シミュレーション部１１は、例えば、平日から休日へ切り替わる際等の送水量の変動を正確に模擬することが可能となる。なお、シミュレーション部１１は、所定の期間毎に設定される配水池水位運用ルールを記憶し、実際にその期間となった際には、対応する配水池水位運用ルールを読み出し、印刷装置５０に印刷させるようにしても良い。
【００４９】
なお、特許文献１では、配水池の運用上下限範囲を制約条件として、ポンプの電力原単位及び外部要因である電力料金体系等に基づいて、電力コストが最小となるポンプ流量計画を立案する技術が提案されている。しかしながら、特許文献１に係る発明は、配水池上下限を演算するものではない。また、特許文献１に係る発明は、電力ピークを抑制して契約電力を低減するものではない。
【００５０】
また、特許文献２では、配水池の設定水位の変更及び水需要量の変動等の要因に対しても、所望の配水池水位となる複数台ポンプの制御方法を提案している。しかしながら、特許文献２は、ポンプの水位制御に関する発明であり、配水池上下限を演算するものではない。
【００５１】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態では、配水池水位設定装置６０が配水池上下限値を自動的に決定する場合を説明する。
【００５２】
図１０は、第２の実施形態に係る配水池水位設定装置６０の機能構成を示すブロック図である。図１０に示す配水池水位設定装置６０は、シミュレーション部６１、電力ピーク評価部６２、電力料金算出部６３及び記録部１４を備える。
【００５３】
シミュレーション部６１は、配水池水位設定装置６０の内部エンジンを利用して成る。シミュレーション部６１は、運転員により入力される配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づいてではなく、自動的に選定する配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づいてシミュレーションを実行する。内部エンジンは、配水池水位の上下限範囲を決定変数とした最適化問題を解く。最適化問題は、例えば、以下のように定式化できる。
【数９】
2014178816.tif 000011
【００５４】
ここで、Ｒは許容変更台数を表し、Ｌは許容水位偏差を表す。許容水位偏差Ｌは、一日の終わりと始めで配水池水位がほぼ一致するように設定される。
【００５５】
式（９）で示される最適化問題を解く方法は複数あり、限定するものではない。例えば、全探索アルゴリズムによる解法は以下に示す通りである。
【数１０】
2014178816.tif 000012
【００５６】
ここで、ピーク電力ｍａｘ（Ｐｋ）は、電力ピーク評価部６２により算出され、シミュレーション部６１のメモリに記録される。
【００５７】
シミュレーション部６１は、抽出したピーク電力及び電力量を電力料金算出部６３へ出力する。また、シミュレーション部６１は、このピーク電力が算出される際の配水池上下限値を、配水池水位運用ルールとして設定する。
【００５８】
電力料金算出部６３は、シミュレーション部６１から得られる電力量及びピーク電力と、外部から与えられる電力料金体系とに基づき、一定期間の電力料金を算出する。電力料金算出部６３は、算出された電力料金を、表示装置４０に表示させる。
【００５９】
以上のように、第２の実施形態に係る配水池水位設定装置６０は、自動的に配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎを設定し、設定した配水池上下限値ｌｋｍａｘ，ｌｋｍｉｎに基づいてシミュレーションを実行する。シミュレーション部６１は、各配水池上下限値について算出されるピーク電力の中から最小のピーク電力を抽出し、抽出したピーク電力が算出される配水池上下限値を、配水池水位運用ルールとして設定する。
【００６０】
運転員は、このように設定される配水池水位運用ルールを採択し、通常のオペレーション通り、配水池水位が配水池上下限値を逸脱しないかを監視して送水ポンプ３０を運転する。これにより、運転員は、電力ピークを抑制することが可能となる。運転員は、電力ピークを抑制可能であることにより、電力会社との契約電力を低減することが可能となり、加えて、年間電力料金を削減することが可能となる。
【００６１】
したがって、本実施形態に係る配水池水位設定装置６０によれば、運転員が配水池の水位を水位上下限範囲に維持することで、過剰なポンプ動力の発生を抑え、契約電力の増大を防ぐことが可能な配水池水位を設定することができる。また、運転員が気付いていない配水池水位運転に関する改善点を自動的に提示することができる。
【００６２】
なお、シミュレーション部６１は、送水プラントの運用中に、シミュレーションの実行指示を受ける場合、現状における最適な配水池上下限値を取得するためのシミュレーションを実行するようにしても構わない。現在の配水池上下限値を変更した方が電力料金を削減できる結果が得られる場合、シミュレーション部６１は、そのときの配水池上下限値を表示装置４０に表示させる。
【００６３】
（第３の実施形態）  
第３の実施形態では、配水池水位設定装置７０が極力現在の契約電力を超える運転を回避する場合を説明する。
【００６４】
図１１は、第３の実施形態に係る配水池水位設定装置７０の機能構成を示すブロック図である。図１１に示す配水池水位設定装置７０は、シミュレーション部１１、電力ピーク評価部１２、電力料金算出部１３、記録部１４、入力部１６及び運転可能時間算出部７１を備える。
【００６５】
運転可能時間算出部７１は、電力量監視装置８０により測定される電力使用量を受け取る。ここで、電力量監視装置８０は、場内に設置され、場内に設けられる送信ポンプ等で使用される電力を測定する。
【００６６】
運転可能時間算出部７１は、現在の契約電力の値に基づき、現在の状態を継続した場合に契約電力の値を超えるまでの時間を算出する。例えば、水需要に対して送水量が不足等し、最大限に送水ポンプ３０を稼働する必要がある場合、運転可能時間算出部７１は、送水ポンプ３０の起動時間を計測し、過去１年間での最大電力量を超えるまでの残り時間を分単位で算出する。運転可能時間算出部７１は、算出した残り時間を表示装置４０に表示させる。このとき、表示装置４０は、残り時間を強調して運転員へ提示するようにしても構わない。
【００６７】
以上のように、第３の実施形態では、運転可能時間算出部７１は、現状の電力使用量に基づき、最大電力量を超えるまでの残り時間を算出し、運転員に提示するようにしている。これにより、運転員に電力使用量がピーク電力を超えないように注意喚起することが可能となるため、契約電力の増加を抑制することが可能となる。
【００６８】
したがって、第３の実施形態に係る配水池水位設定装置７０によれば、不必要なポンプ動力による電力ピークの増加を抑制でき、契約電力の増加を予防できる。
【００６９】
なお、第３の実施形態では、残り時間を算出する場合を例に説明したが、これに限定されない。運転可能時間算出部７１は、現在のポンプ運転状態を所定期間継続した場合、過去１年間の最大電力量を超えるか否かを取得するようにしても良い。運転可能時間算出部７１は、取得した結果を、表示装置４０に表示させる。
【００７０】
また、運転可能時間算出部７１は、現状の電力使用量に送水ポンプを追加起動する電力量を加えるとピーク電力を超えるおそれがあり、かつ、配水池水位が配水池下限値を下回るおそれがある場合、追加起動に必要な電力量の増加により、過去１年分の最大電力量を超えるか否かを取得するようにしても良い。運転可能時間算出部７１は、取得した結果を、表示装置４０に表示させる。
【００７１】
（その他の実施形態）  
上記各実施形態では、配水池数位設定装置は、プラントに設けられる場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、クラウドサーバが上記配水池水位設定装置の機能を有するようにしても構わない。例として、図２に示す配水池水位設定装置１０の機能が、クラウドサーバ９０に含まれる場合のシステム図を図１２に示す。
【００７２】
図１２に示すクラウドサーバ９０は、プラントとネットワークを介して接続する。クラウドサーバ９０は、シミュレーション部１１、電力ピーク評価部１２及び電力料金算出部１３を有する。なお、記録部１４は、プラントに設けられる。
【００７３】
クラウドサーバ９０は、電力料金算出部１３で算出される電力料金と、シミュレーション部１１で設定される配水池水位運用ルールとを、ネットワークを介してプラントへ出力する。
【００７４】
以上のように、配水池水位設定装置１０の機能がクラウドサーバ９０に含まれることにより、運転員が配水池の水位を水位上下限範囲に維持することで、過剰なポンプ動力の発生を抑え、契約電力の増大を防ぐことが可能な配水池水位が、クラウドサーバ９０で設定されることとなる。これにより、送水プラント内に配水池水位設定装置を設ける必要がなくなるため、送水プラントにおける必要電力を抑えることが可能となる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１０…配水池水位設定装置、１１…シミュレーション部、１２…電力ピーク評価部、１３…電力料金算出部、１４…記録部、１４１…プラントデータベース、１４２…水需要データベース、１５…補正部、１６…入力部、２０…配水池、３０…送水ポンプ、４０…表示装置、５０…印刷装置、６０…配水池水位設定装置、６１…シミュレーション部、６２…電力ピーク評価部、６３…電力料金算出部、７０…配水池水位設定装置、７１…運転可能時間算出部、８０…電力量監視装置、９０…クラウドサーバ
【図１】
2014178816.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014178816.tif 000021
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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