(57)【要約】      （修正有）【課題】時刻によって変化する水質や電力量料金単価に対し、淡水タンクのバッファ機能を有効に活用して動力費を低減できるような運転計画の策定を支援するシステムを提供する。【解決手段】造水された淡水を蓄える淡水タンクを有する淡水化設備の運転計画支援システム１において、原水の塩濃度予測値を求める塩濃度時間変化予測部８と、原水の水温予測値を求める水温時間変化予測部１０と、塩濃度予測値、水温予測値、淡水化設備が設置される地域の時刻別電気料金単価、淡水タンク上限水量、淡水タンク下限水量、淡水タンク内淡水量、及び淡水需要量に基づいて淡水化設備の動力費を求めて造水計画２６を計算する運転計画演算部２８と、計算された造水計画２６を表示する造水計画表示部３０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水から造水された淡水を蓄えるバッファ機能がある淡水タンクを有する淡水化設備の運転計画支援システムにおいて、
前記原水の塩濃度予測値を求める塩濃度時間変化予測部と、
前記原水の水温予測値を求める水温時間変化予測部と、
前記塩濃度予測値、前記水温予測値、前記淡水化設備が設置される地域の時刻別電気料金単価、前記淡水タンクに貯水する水量の上限値である淡水タンク上限水量、前記淡水タンクに貯水する水量の下限値である淡水タンク下限水量、前記淡水タンクに貯水されている淡水量である淡水タンク内淡水量、及び淡水需要量に基づいて前記淡水化設備の動力費を求めて造水計画を計算する運転計画演算部と、
計算された前記造水計画を表示する造水計画表示部を備えたことを特徴とする運転計画支援システム。
【請求項２】
天候の予測データ及び気温の予測値に基づいて前記淡水需要量を求める淡水需要量予測部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の運転計画支援システム。
【請求項３】
前記運転計画演算部は、
前記塩濃度予測値、前記水温予測値、前記前記時刻別電気料金単価、前記淡水タンク内淡水量、前記淡水需要量に加え、前記淡水タンクの下流側に接続される配水池の配水池上限水量、前記配水池の配水池下限水量、及び配水池にある淡水量を示す配水池淡水量に基づいて、前記淡水化設備の動力費を求めて造水計画を計算することを特徴とする請求項１又は２に記載の運転計画支援システム。
【請求項４】
前記運転計画演算部は、
前記塩濃度予測値、前記水温予測値、前記時刻別電気料金単価、前記淡水タンク内淡水量、前記淡水需要量、前記淡水タンク上限水量及び前記淡水タンク下限水量に加え、淡水中の残留塩濃度許容値、及び淡水タンク内塩濃度に基づいて、前記淡水化設備の動力費を求めて造水計画を計算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の運転計画支援システム。
【請求項５】
淡水消費量の実績値を取り込む淡水消費量実績値取得部と、
前記淡水需要量の値から淡水消費量実績値を差し引き、追加して淡水化する必要がある淡水追加必要量を計算する淡水追加必要量計算部と、
前記塩濃度予測値、前記水温予測値、前記時刻別電気料金単価、前記淡水タンク上限水量、前記淡水タンク下限水量、前記淡水タンク内淡水量、及び前記淡水追加必要量に基づいて動力費を求めて造水計画をリアルタイムで計算する運転計画演算部と、
計算された造水計画を表示する造水計画表示部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に運転計画支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水やかん水から淡水を得るための膜を用いた淡水化設備において、造水量を適切な値に変更する機能を持つ運転計画支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半透膜を用いてろ過処理を行う海水淡水化装置やかん水淡水化装置が増加する傾向にある。半透膜には、構造および使い方の違いにより、逆浸透膜と正浸透膜がある。これらの半透膜は、セルロースやポリアミド等の素材で造られており、逆浸透膜の場合、海水の浸透圧以上の圧力を加えることで、塩分は膜を透過させないで水を透過させることにより淡水を得ることができる。
【０００３】
例えば、海水を原水とする場合にはその浸透圧は２．４ＭＰａ程度であり、その約二倍以上の圧力でポンプを駆動することが一般的であり、その動力費が運転費の大きな割合を占める。そこで、ポンプの高効率化やポンプ効率の良い大型ポンプの使用により、動力費低減が図られている。しかし、これらのハード的な対策には限界があり、また、イニシャルコストが増大するなどのデメリットもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５８０号公報
【特許文献２】特開平１１−３３３６０号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４０２３４号公報
【特許文献４】特開２０１１−１２０９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、上述した半透膜の淡水造水性能は、いくつかの外的な条件によって影響を受ける。例えば海水淡水化設備の場合、海水の水温が高い場合には得られる淡水が多い。また、海水の塩濃度が高い場合には得られる淡水が少ない。これらの条件は季節によっては当然異なるが、とくに河川が海水淡水化設備の取水口の近傍にある場合には顕著に天候や潮汐の影響を受ける。その結果、所望の淡水を得るために必要な動力は時間とともに変化する。そこで、造水に必要な動力が小さい時刻に淡水を多く造水し、造水に必要な動力が大きい時刻には淡水を少なく造水する運転を実施できれば、動力費を低減でき運転費低減が可能となる。
【０００６】
一般に海水淡水化設備の後段には淡水タンクが設けられており、そこから設備外に淡水が送水される。単に造水に必要な動力が小さい時刻に淡水を多く造水し、造水に必要な動力が大きい時刻には淡水を少なく造水する運転を実施する場合には、淡水タンクが上限水位を超えて溢れたり、あるいは下限水位を下回って空になってしまう可能性がある。したがって、淡水タンクの水位（あるいは水量）を把握したうえで造水量を設定することが必要となる。
【０００７】
さらに、池域によっては電力量料金単価が季節や時刻によって異なる料金体系をとっている場合がある。運転費を低減するには、この電力量料金単価が安価な時間帯に多くの淡水を造水し、高価な時間帯に淡水をあまり造水しないような運転も有効である。
しかしながら、将来的に時間的に変化する水質条件や電力量料金単価と、バッファとしての機能を持つ淡水タンクの水位(あるいは水量)を全て勘案したうえで、もっとも運転費が低くなる運転計画を策定することは困難であった。この課題を解決するため、これまでに次の先行技術が提案されている。
【０００８】
特許文献１には、浄水場向けの膜ろ過処理装置の運転支援装置に関する技術が記載され、特に、原水の濁度などの情報に基づき、推奨運転条件を示すことが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の発明は塩を多量に含む海水やかん水を対象としておらず、淡水化設備の運転支援には使うことができない。上述したように、膜を使った淡水化装置は、その動力費が塩濃度の変化の影響を大きく受けるためである。
【０００９】
特許文献２乃至４は、いずれも海水淡水化設備を対象とした発明である。特許文献２には、逆浸透膜モジュールを用いた造水プラントの運転制御装置に関する技術が記載され、特に、供給水の温度や濃度などをもとに、生産可能な生産水量範囲を算出することが示されている。しかしながら、特許文献２に記載の発明では、時刻によって変化する電力量料金単価への対応や、バッファ機能を持つ淡水タンクを考慮した運転計画を立てることができない。
【００１０】
特許文献３には、適切な運転条件に設定し電力量を削減する海水淡水化装置に関する技術が記載されている。特許文献３に記載の発明は海水の温度情報を用いるものであるが、時刻によって変化する電力量料金単価へのバッファ機能を持つ淡水タンクを考慮した運転計画を構築することはできない。
【００１１】
特許文献４には、逆浸透膜装置を設けた淡水化装置が示されている。原水の温度を計測し、運転条件の設定にフィードバックすることが示されているが、運転計画を立案することや淡水タンクのバッファ機能を有効に利用することについては示されていない。さらに、季時別電気料金に関する考慮もなされておらず、上述の課題を解決することはできない。
【００１２】
本発明の目的は、時刻によって変化する水質や電力量料金単価に対し、淡水タンクのバッファ機能を有効に活用して動力費を低減できるような運転計画の策定を支援する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】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の運転計画支援システムは、原水から造水された淡水を蓄えるバッファ機能がある淡水タンクを有する淡水化設備の運転計画支援システムにおいて、原水の塩濃度予測値を求める塩濃度時間変化予測部と、原水の水温予測値を求める水温時間変化予測部と、塩濃度予測値、水温予測値、淡水化設備が設置される地域の時刻別電気料金単価、淡水タンクに貯水する水量の上限値である淡水タンク上限水量、淡水タンクに貯水する水量の下限値である淡水タンク下限水量、淡水タンクに貯水されている淡水量である淡水タンク内淡水量、及び淡水需要量に基づいて淡水化設備の動力費を求めて造水計画を計算する運転計画演算部と、計算された造水計画を表示する造水計画表示部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高効率ポンプや大型ポンプなど高額なハード的投資がなくともソフト的な対応で動力費を低減できるため、より安価な淡水を供給することができる。さらに、動力自体も低減できるため、費用のみならず温室効果ガス排出量の低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１における運転計画支援システムの構成図である。
【図２】本発明の実施例１の対象となる淡水化設備の構成図である。
【図３】本発明の実施例１における塩濃度の時間変化の例である。
【図４】本発明の実施例１における時刻別電気料金単価の例である。
【図５】本発明の実施例１における試算結果の例である。
【図６】本発明の実施例２における運転計画支援システムの構成図である。
【図７】本発明の実施例３における運転計画支援システムの構成図である。
【図８】本発明の実施例３の対象となる淡水化設備の構成図である。
【図９】本発明の実施例４における運転計画支援システムの構成図である。
【図１０】本発明の実施例５における運転計画支援システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の各実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１である運転計画支援システム１の構成を示す図であり、図２は、淡水化設備６の一部の構成を示す図である。本実施例の運転計画支援システム１は、図２に示す淡水化設備の運転計画を立案する装置である。
【００１８】
図２に示すように、淡水化設備６は、取水した原水６２を逆浸透膜装置（逆浸透膜）６０に送る高圧ポンプ５８、原水６２から淡水を生成する逆浸透膜装置６０、逆浸透膜装置６０からの濃縮排水７２を回収する動力回収装置５６、及び逆浸透膜装置６０で得られた淡水２を貯水する淡水タンク４を備える。原水６２としては、例えば、海水やかん水などが考えられる。高圧ポンプ５８の下流側に逆浸透膜装置６０が配置される。逆浸透膜装置６０は、動力回収装置５６と淡水タンク４に接続される。逆浸透膜装置６０は、セルロースやポリアミド等の素材で構成される。逆浸透膜装置６０に原水６２の浸透圧以上の圧力を加えることで、原水６２に含まれる塩分は膜を透過せず、濃縮廃水７２として動力回収装置５６で回収される。逆浸透膜装置６０を透過した淡水２が淡水タンク４に貯水される。
【００１９】
図１に示すように、運転計画支援システム１は、塩濃度時間変化予測部８、水温時間変化予測部１０、記憶部（メモリ）１１、水位計９、運転計画演算部２８、及び造水計画表示部３０を備える。
【００２０】
塩濃度時間変化予測部８は、原水６２の塩濃度の時間変化を予測し、予測した塩濃度時間変化の予測値（塩濃度予測値）１２の情報を運転計画演算部２８に出力する。本実施例の塩濃度時間変化予測部８は、過去の原水６２のデータを蓄積し、蓄積されたデータを用いて塩濃度の時間変化を予測する。例えば、塩濃度時間変化予測部８は、計画する日の前日又は過去数日間のデータに基づいて原水の塩濃度の時間変化を予測する。河川の河口が淡水化設備６の取水口から遠く離れていない場合には、潮汐が塩濃度予測値１２に影響する。塩濃度時間変化予測部８は、塩濃度予測に潮汐データを入力として用いても良い。潮汐によって変化する塩濃度の時間変化の例を図３に示す。
【００２１】
水温時間変化予測部１０は、原水６２の水温の時間変化を予測し、予測した水温の予測値（水温予測値）１４の情報を運転計画演算部２８に出力する。本実施例の水温時間変化予測部１０は、原水６２の過去のデータを蓄積し、蓄積されたデータを用いて水温の時間変化を予測する。例えば、時間変化予測部１０は、計画する日の前日又は過去数日間のデータに基づいて原水の水温の時間変化を予測する。水温時間変化予測部１０は、計画する日の天候情報を勘案して水温の時間変化を予測しても良い。
【００２２】
記憶部１１には、淡水化設備６が設置される地域の時間別での電気料金単価情報（時間別電気料金単価）１６、淡水タンク４に貯水できる淡水の上限水量の情報（淡水タンク上限水量）１８、淡水タンク４に貯水が必要な淡水の下限水量の情報（淡水タンク下限水量）２０、及び淡水の需要量の情報（淡水需要量）２４を記憶する。運転計画演算部２８は、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、淡水需要量２４の情報を記憶部１１から受け取る。
【００２３】
水位計９は、淡水化設備６の淡水タンク４に貯水された淡水の水量をリアルタイムに計測し、計測した淡水量の情報を、運転計画演算部２８に送信する。運転計画演算部２８は、水位計９からリアルタイムで淡水タンク４に貯水されている淡水の水量の情報を受け取る。
【００２４】
本実施例の運転計画演算部２８は、一つの造水計画２６を求めて造水計画表示部３０に表示する例を示すが、複数の造水計画２６を求めて造水計画表示部３０を表示させても良い。複数の造水計画２６を表示する場合、淡水化設備６のオペレータはいずれか一つの造水計画を選択し、運転計画支援システム１に備えられた入力装置（図示せず）から選択した造水計画の情報を入力する。入力された造水計画に基づいて、運転計画支援システム１は、淡水化設備６の運転計画作業を支援する。
【００２５】
時刻別電気料金単価１６は、電力が余る夜間には電気料金単価が安く、電力が多く消費される昼には電気料金単価が安い体系である。時刻別電気料金単価１６の変化の例を図４に示す。時刻別電気料金単価１６の値は、時刻のみならず季節によって変化しても良い。
【００２６】
前述したように、淡水化設備６は淡水タンク４を備える。塩濃度予測値１２、水温予測値１４、時刻別電気料金単価１６など、時刻により変化する条件に対応し、この淡水タンク４をバッファとして用い、運転計画演算部２８が、適切な運転計画を求めるのが本実施例の特徴である。原水の塩濃度予測値１２が高く、原水の水温予測値１４が低く、時刻別電気料金単価１６が高い時刻にはできるだけ淡水化設備６を稼動させないあるいは造水量を少なくするように、運転計画演算部２８は、淡水化設備６の造水計画２６を求める。このような造水計画２６に基づいて淡水化設備６を運転することが運転費の点から望ましい。逆に、原水の塩濃度予測値１２が低く、水温予測値１４が高く、時刻別電気料金単価１６が低い時刻にはできるだけ淡水化設備６を稼動するあるいは造水量を多くするように、運転計画演算部２８は、淡水化設備６の造水計画２６を求める。求めた造水計画２６に基づいて淡水化設備６を運転することが運転することが運転費の点から望ましい。
【００２７】
しかし、淡水需要量２４に対して造水量が過剰であると淡水タンク４が溢れてしまう可能性があり、逆に、淡水需要量２４に対して造水量が過少であると淡水タンク４が空になってしまう可能性がある。その場合には、淡水需要量２４に応じた淡水２の供給が不可能となり、淡水化設備６に求められている性能を満足できなくなる。
【００２８】
そこで、運転計画演算部２８は、淡水タンク上限水量１８と淡水タンク下限水量２０を制約条件として用い、現時点での淡水タンク内淡水量２２を初期値として造水量の計画を立案することが必須となる。そこで、本実施例ではこれら淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、淡水タンク内淡水量２２の情報を塩濃度予測値１２、水温予測値１４、時刻別電気料金単価１６の情報に加えて用い、運転計画演算部２８が適切な造水計画２６を算出する。
【００２９】
以下に、運転計画演算部２８による造水計画２６の具体的な算出方法について述べる。淡水化設備６において、１日１回、今後２４時間における１時間ごとの造水量を計画する条件を想定する。なお、本実施例では１時間ごとの例を示すが、同様の手法で３０分ごと、１０分ごとなど異なる時間刻みで計算してもよい。
【００３０】
いま、計画時において１時間ごとの時刻1、時刻2、時刻3、・・・、時刻24に対して、淡水需要量Q2 [m3/h]が以下のように与えられているとする。  
時刻1：Q2[1]、時刻2：Q2[2]、時刻3：Q2[3]、・・・、時刻24：Q2[24]
また、計画時での淡水タンク４の淡水量をV[0]、２４時間経過後の淡水タンク４の淡水量の設定値をV[24]とする。V[24]は、特別な理由がなければV[0]と等しい値を設定することで、毎日の計画時に淡水タンク４内の淡水量が同じとなり、管理が容易となる。
【００３１】
実施例１においては、運転計画は造水計画２６と同等となる。造水計画２６とは、淡水化設備６において製造する淡水水量の設定値から構成される。１時間ごとの時刻1、時刻2、時刻3、・・・、時刻24に対して、淡水水量 Q1 [m3/h]を、Q1[1]、Q1[2]、Q1[3]、・・・、Q1[24]とすると、これらの適切な値を決定することが本実施例の目的となる。
【００３２】
上述した淡水需要量Q2 [m3/h]、淡水タンク４の淡水量の設定値V、淡水水量Q1[m3/h]の関係は、式(1)であらわせる。ここでのΣは、時刻iを時刻1から時刻24まで変化させた和を意味する。  
ΣQ1[i]-ΣQ2[i]=V[24]-V[0]  ・・・式(1)  
この式(1)を変形すると、次の式(2)となる。  
ΣQ1[i]=ΣQ2[i]+V[24]-V[0]  ・・・式(2)
本実施例では、運転計画演算部２８は、式(2)で示す関係が満足されるようなQ1[i]を設定し、その場合に淡水タンク内淡水量２２が淡水タンク上限水量Vmaxを越えないか、あるいは淡水タンク下限水量Vminを下回らないか計算する。Q1[i]の値の設定は、総当たり法でもよく、乱数を用いたモンテカルロ法を用いても良く、とくにこれらの手法には限定しない。一例としてモンテカルロ法を用いる場合のQ1[i]の設定手順を以下に示す。
(a)  式(2)にしたがって、ΣQ2[i]+V[24]-V[0]の値を求める。
(b)  ２４個の乱数を準備する。
(c)  ΣQ2[i]+V[24]-V[0]の値を、上記(b)で求めた２４個の乱数の値の比率に応じて配分する。
(d)  配分した値を、Q1[i]の値とする。
【００３３】
このように設定したQ1[i]を用いて、淡水タンク４の水量V[i]は次の式で求められる。  
V[1]=V[0]+Q1[1]-Q2[1]   ・・・式(3)  
V[2]=V[1]+Q1[2]-Q2[2]   ・・・式(4)  
・・・
V[24]=V[23]+Q1[24]-Q2[24]   ・・・式(5)
運転計画演算部２８は、これらのV[i]を淡水タンク上限水量Vmaxおよび淡水タンク下限水量Vminと比較し、１個でもこの範囲を逸脱する場合には、上記手順の(b)に戻り別の乱数を用いてV[i]を再計算する。２４個すべてが淡水タンク上限水量Vmaxおよび淡水タンク下限水量Vminの範囲内であった場合は次の段階へ進み、運転計画演算部２８は、以下で示すように毎時間の動力費を計算する。
【００３４】
逆浸透膜６０を用いた淡水化設備６では、塩濃度によって規定される浸透圧π[Pa]がポンプ動力に影響する。この浸透圧は、次式であらわされる。  
浸透圧π=n×R×T  ・・・式(6)
ここで、nは溶質モル濃度[mol/L]、Rは気体定数[L・kPa/K・mol]、Tは水温[K]である。溶質モル濃度nは、塩濃度に比例する。この式(6)から、浸透圧には塩濃度と水温が関係することが示され、上述した塩濃度予測値１２および水温予測値１４がここに入力される。
逆浸透膜６０に高圧で原水６２を供給する高圧ポンプ５８の所要圧力Pressure[Pa]は、この浸透圧πの値を用いて次の式(7)であらわされる。  
Pressure=π+Jv/Lv  ・・・式(7)
ここで、Jvはろ過流束[m/sec]、Lvは純水透過係数[m/sec・Pa]である。Jvの値は、逆浸透膜６０の膜面積をA[m2]として、次の式(8)で与えられる。  
Jv=Q1/3600/A  ・・・式(8)
ある１時間での淡水水量がQ1[m3/h]であるので、回収率をα[％]とすると、高圧ポンプ５８が供給する供給水量Q[m3/h]は次の式(9)で示される。  
Q=Q1×100/α  ・・・式(9)  
このとき、高圧ポンプ５８の加圧動力は次の式であらわされる。  
PowerPump[kWh]=0.163×(Q/60)×(Pressure/10000)/RatePump  ・・・式(10)  
ここで、RatePump：ポンプ効率[-]である。
【００３５】
供給水量Qのうち、淡水水量Q1以外の濃縮排水７２は、動力回収装置５６に供給されて高圧ポンプ５８で必要な加圧動力のうち一部を賄うのが一般的である。動力回収装置５６に供給される濃縮排水７２の流量Qpx[m3/h]は、次の式(11)で与えられる。  
Qpx=Q×(100-α)/100  ・・・式(11)
動力回収装置５６の入口圧力Ppx[Pa]は、逆浸透膜６０の一次側の濃縮液の流路抵抗channelLoss[Pa]の値を高圧ポンプ５８の所要圧力Pressureから減じた値となる。  
Ppx=Pressure-channelLoss  ・・・式(12)
ここで、channelLoss：流路抵抗による圧力損失[Pa]である。
【００３６】
したがって、動力回収装置５６の変換効率をpxEfficiency[-]とすると、動力回収装置５６で回収できる動力PowerRecovery[kWh]は次の式(13)であらわされる。  
PowerRecovery=0.163×(Qpx/60)×(Ppx/10000)×pxEfficiency  ・・・式(13)
以上から、消費される動力PowerConsumption[kWh]は次の式(14)で計算できる。  
PowerConsumption=PowerPump-PowerRecovery  ・・・式(14)
これに時刻別電気料金単価UnitPrice[円/kWh]を乗ずることで、１時間当たりの動力費PowerCost[円/h]を計算することができる。  
PowerCost=UnitPrice×PowerConsumption  ・・・式(15)
２４時間分の動力費PowerCost[円/h]を積算した値をCostSum[円]とする。運転計画演算部２８は、初回の計算ではこのCostSumの値を保存し、２回目以降は上記手順の(b)に戻る。
【００３７】
その都度、CostSum[円]を計算し、前回のCostSumよりも小さい値であればCostSumの値を小さいほうで置き換え、その際のQ1[i]を記憶する。今回の例はモンテカルロ法であるため、この計算を数多く反復する。その結果、局所最小点の有無にかかわらず、徐々に動力費が小さい運転条件を求めていくことができる。この反復計算は、あらかじめ設定した反復回数に達した時点で止めてもよく、あるいはCostSumの置き換え頻度あるいはCostSumの変化幅が小さくなった時点で止めてもよい。
【００３８】
運転計画演算部２８は、このようにして求めた造水計画２６の情報を造水計画表示部３０に送信する。造水計画表示部３０が、受信した造水計画２６を表示することによってオペレータに伝えられ、運転計画作業を支援する。この造水計画２６で運転することにより、淡水化設備６はその後段の淡水タンク４の淡水タンク上限水量１８および淡水タンク下限水量２０の範囲を守ったうえで有効に利用し、動力費を最小化することができる。
【００３９】
一例として、図４で示した時刻別電気料金単価１６の場合に、もっとも動力費が低減できる造水計画２６を本実施例によって計算した結果を図５に示す。図５(a)は、造水量が一定となるような適正化運転をした場合の淡水化設備６の造水量を示し、図５(b)は、造水量が一定となるような適正化運転をした場合の淡水タンクの水量を示す図である。造水計画表示部３０には、少なくとも図５(a)に示す内容が図あるいは表あるいは数値として表示される。これにより、オペレータは淡水化設備での造水量の時間変化を確認することができる。また、造水計画表示部３０は、淡水タンク上限水量１８の情報、淡水タンク下限水量２０の情報、造水量を一定とした運転をした場合の淡水タンク４内の水量の予測値の情報を運転計画演算部２８から受取り、これらの情報を表示してもよい。図５(b)は、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、淡水タンク４内の水量の予測値の時間変化を示す図の一例である。なお、今回の試算例では、淡水水量Q1を一日の間で一定とした場合に比べ、動力費を約１０％低減できる結果が得られた。
【００４０】
淡水化設備６によっては淡水水量Q1を連続的には変化できず、系列ごとに稼動／停止するなど離散的な運転をせざるを得ない場合がある。また、インバータを用いて回転数制御を実施する際に、負荷率によってそのインバータ効率が異なる場合もある。そのような場合にはその制約条件を上述の運転計画演算部２８に加え、その条件を満足した条件についてのみ動力費を計算して最小値を求める操作を実施することで対応することが可能である。
【００４１】
本実施例によれば、高効率ポンプや大型ポンプなど高額なハード的投資がなくともソフト的な対応で動力費を低減できるため、より安価な淡水を供給することができる。さらに、動力自体も低減できるため、費用のみならず温室効果ガス排出量の低減も可能となる。
【実施例２】
【００４２】
図６は、本発明の実施例２の運転計画支援システムの構成を示す図である。本実施例の運転計画支援システム１は、図２に示す淡水化設備の運転計画を立案する装置である。本実施例について、実施例１と同様の構成については説明を省略し、相違する構成について以下に詳細に説明する。
【００４３】
本実施例の運転計画支援システム１は、塩濃度時間変化予測部８、水温時間変化予測部１０、第１の記憶部１１、水位計９、第２の記憶部１３、淡水需要量予測部３６、運転計画演算部２８、及び造水計画表示部３０を備える。第１の記憶部１１が、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、及び淡水タンク下限水量２０の情報を記憶する。第２の記憶部１３が、天候の予測データ３２、及び気温の予測値３４を記憶する。
【００４４】
運転計画演算部２８は、原水の塩濃度予測値１２の情報を塩濃度時間変化予測部８から受け取り、原水の水温予測値１４の情報を水温時間変化予測部１０から受け取る。また、運転計画演算部２８は、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０の情報を記憶部１１から受け取る。水位計９は、淡水タンク４の水量をリアルタイムで計測し、計測した淡水タンク内淡水量２２の情報を運転計画演算部２８に送信する。淡水需要量予測部３６は、天候の予測データ３２と気温の予測値３４の情報に基づいて、淡水需要量２４を求める。求められた淡水需要量２４の情報が運転計画演算部２８に出力される。
【００４５】
本実施例では２つの記憶部（第１の記憶部１１と第２の記憶部１３）を備えるが、１つの記憶部（例えば、記憶部１１）を備える構成であってもよい。１つの記憶部を備える運転計画支援システムの場合、記憶部１１が、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、天候の予測データ３２、及び気温の予測値３４の情報を記憶する。この場合には、淡水需要量予測部３６は、記憶部１１から天候の予測データ３２と気温の予測値３４の情報を受け取ることになる。
【００４６】
本実施例では、１時間ごとの淡水需要量[m3/h]が以下のように与えられていると仮定した。  
時刻1：Q2[1]、時刻2：Q2[2]、時刻3：Q2[3]、・・・、時刻24：Q2[24]
本実施例の運転計画支援システム１は、淡水需要量予測部３６を備えるため、淡水需要量２４をより適確に求めることができる。淡水需要量予測部３６における淡水需要量２４の具体的な計算方法について述べる。
【００４７】
淡水化設備６で得られる淡水２の用途として、生活用水、工業用水、農業用水が考えられる。このうち、工業用水の使用量は工場の運転計画や稼働率に大きく影響を受けるが、生活用水や農業用水は天候や気温による影響を大きく受ける。生活用水については、これら以外にも曜日や特異日(年末年始など)の影響もあるが、基本的に天候が晴れで気温が高いほど需要量が多く、天候が雨で気温が低いほど需要量が少ない定性的な傾向がある。
この定性的傾向は物理式では表せられないので、淡水需要量予測部３６は、重相関式を用いた手法で淡水需要量２４を求める。淡水需要量予測部３６が淡水需要量２４を算出する一例について述べる。
【００４８】
まず、淡水需要量２４は、天候の予測データ３２を数値化する。例えば、晴れを4、曇りを3、雨を2、雪を1のようにそれぞれの天候に対して数字をあてはめる。そして、気温の予測値３４の情報とともに過去の淡水需要量２４のデータにもっとも一致するよう、淡水需要量２４は次式の係数C1からC3の値を統計処理して求める。  
淡水需要量=C1+C2×天候+C3×気温
このように淡水需要量予測部３６で求めた淡水需要量２４を用いることで、実際の需要量により近い量の淡水２を製造することができ、淡水化設備６の運転のムラや無駄を抑制できる。その結果として、動力費をより低減することが可能となる。
本実施例によれば、高効率ポンプや大型ポンプなど高額なハード的投資がなくともソフト的な対応で動力費を低減できるため、より安価な淡水を供給することができる。さらに、動力自体も低減できるため、費用のみならず温室効果ガス排出量の低減も可能となる。
【実施例３】
【００４９】
図７は、本発明の実施例３の運転計画支援システムの構成を示す図あり、図８は、淡水化設備６の一部の構成を示す図である。本実施例の運転計画支援システム１は、図８に示す淡水化設備の運転計画を立案する装置である。本実施例について、実施例１と同様の構成については説明を省略し、相違する構成について以下に詳細に説明する。
【００５０】
図８に示すように、淡水化設備６は、取水した原水６２を逆浸透膜装置（逆浸透膜）６０に送る高圧ポンプ５８、原水６２から淡水を生成する逆浸透膜装置６０、逆浸透膜装置６０からの濃縮排水７２を回収する動力回収装置５６、逆浸透膜装置６０で得られた淡水２を貯水する淡水タンク４、及び淡水タンク４に貯水された淡水を配水池３８に送水する送水ポンプ６４を備える。原水に含まれる塩濃度、原水の水温、時刻別電気料金など、時刻により変化する条件に対応し、この淡水タンク４はバッファとして用いることができる。
【００５１】
さらに、淡水２を生活用水や農業用水として供給する場合には、送水ポンプ６４を用いて淡水２をいったん配水池３８まで送水する場合がある。配水池３８は、そのあとで自然流下により供給できるよう、高い場所に作られることが多く、送水ポンプ６４の動力も運転費に無視できない影響を及ぼす。
【００５２】
図７に示すように、本実施例の運転計画支援システム１は、塩濃度時間変化予測部８、水温時間変化予測部１０、記憶部１１、水位計９、運転計画演算部２８、造水計画表示部３０、及び送水計画表示部６８を備える。記憶部１１は、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、淡水需要量２４、配水池上限水量４０、配水池下限水量４２の情報を記憶している。配水池上限水量４０は、配水池３８にためることができる淡水の上限水量値であり、  配水池下限水量４２は、配水池３８の淡水の下限水量値であり、配水池内淡水量４４は、配水池３８にためられている淡水量値である。
水位計９は、淡水化設備６の淡水タンク４に貯水されている淡水の水量をリアルタイムに計測し、計測した淡水量の情報を、運転計画演算部２８に送信する。運転計画演算部２８は、水位計９からリアルタイムで淡水タンク４に貯水されている淡水の水量の情報を受け取る。
【００５３】
水位計１９は、配水池３８に貯水されている淡水の水量をリアルタイムに計測し、計測した淡水量の情報を、運転計画演算部２８に送信する。運転計画演算部２８は、水位計１９からリアルタイムで配水池３８に貯水されている淡水の水量の情報を受け取る。
運転計画演算部２８は、原水の塩濃度予測値１２の情報を塩濃度時間変化予測部８から受取り、原水の水温予測値１４の情報を水温時間変化予測部１０から受け取る。また、運転計画演算部２８は、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、淡水需要量２４、配水池上限水量４０、配水池下限水量４２の情報を記憶部１１から受け取る。運転計画演算部２８は、水位計９からリアルタイムで淡水タンク４に貯水されている淡水の水量の情報を受け取り、水位計１９からリアルタイムで配水池３８に貯水されている淡水の水量の情報を受け取る。
【００５４】
運転計画演算部２８は、これらの与えられた情報に基づいて淡水化設備の動力費あるいは運転費を計算し、適切な造水計画２６および送水計画６６を求める。本実施例の運転計画演算部２８は、一つの最適な造水計画２６を求めて造水計画表示部３０に表示し、一つの最適な送水計画６６を求めて送水計画表示部６８に表示する例を示すが、複数の造水計画２６及び複数の送水計画６６を求めて造水計画表示部３０と送水計画表示部６８を表示させても良い。複数の造水計画２６と複数の送水計画６６を表示する場合、淡水化設備６のオペレータは、表示されたものからいずれか一つの造水計画と送水計画を選択し、運転計画支援システム１に備えられた入力装置（図示せず）から選択した造水計画の情報を入力する。入力された造水計画と送水計画に基づいて、運転計画支援システム１は、淡水化設備６の運転計画作業を支援する。
【００５５】
原水の塩濃度予測値１２が高く、原水の水温予測値１４が低く、時刻別電気料金１６が高い時刻にはできるだけ淡水化設備６を稼動させないあるいは造水量を少なくするように、運転計画演算部２８は、淡水化設備６の造水計画２６を求める。このような造水計画２６に基づいて淡水化設備６を運転することが運転費の点から望ましい。逆に、原水の塩濃度予測値１２が低く、原水の水温予測値１４が高く、時刻別電気料金１６が低い時刻にはできるだけ淡水化設備６を稼動するあるいは造水量を多くするように、運転計画演算部２８は、淡水化設備６の造水計画２６を求める。このような造水計画２６に基づいて淡水化設備６を運転することが運転費の点から望ましい。送水ポンプ６４の面から言うと、時刻別電気料金が高い時刻にはできるだけ送水せず、時刻別電気料金が低い時刻にできるだけ送水するように、運転計画演算部２８は、淡水化設備６の送水計画６６を求めることが望ましい。このような送水計画６６に基づいて淡水化設備６を運転することが運転費の面から望ましい。
【００５６】
しかし、送水量に対して造水量が過剰であると淡水タンク４が溢れてしまう可能性があり、送水量に対して造水量が過少であると淡水タンク４が空になってしまう可能性がある。淡水需要量２４に対して送水量が過剰であると配水池３８が溢れてしまう可能性があり、淡水需要量２４に対して送水量が過少であると配水池３８が空になってしまう可能性がある。その場合には、淡水需要量２４に応じた淡水２の供給が不可能となり、淡水化設備６に求められている性能を満足できなくなる。
【００５７】
そこで、運転計画演算部２８は、淡水タンク上限水量１８と淡水タンク下限水量２０に加えて、配水池上限水量４０と配水池下限水量４２を制約条件として用い、現時点での淡水タンク内淡水量２２と配水池内淡水量４４を初期値として造水量および送水量の計画を立案する。本実施例ではこれら淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、淡水タンク内水量、配水池上限水量４０、配水池下限水量４２、配水池内淡水量４４の情報を塩濃度予測値１２、水温予測値１４、時刻別電気料金単価１６の情報に加えて用い、適切な造水計画２６および送水計画６６を算出する。
【００５８】
以下に、運転計画演算部２８による造水計画２６および送水計画６６の具体的な算出方法について述べる。淡水化設備６において、１日１回、今後２４時間における１時間ごとの造水量および送水量を計画する条件を想定する。なお、本実施例では１時間ごとの例を示すが、同様の手法で３０分ごと、１０分ごとなど異なる時間刻みでの計算も可能である。
【００５９】
いま、計画時において１時間ごとのの時刻1、時刻2、時刻3、・・・、時刻24に対して、淡水需要量Q2 [m3/h]が以下のように与えられているとする。  
時刻1：Q2[1]、時刻2：Q2[2]、時刻3：Q2[3]、・・・、時刻24：Q2[24]
また、計画時での淡水タンク４の淡水量をV[0]、２４時間経過後の淡水タンク４の淡水量の設定値をV[24]とする。V[24]は、特別な理由がなければV[0]と等しい値を設定することで、毎日の計画時に淡水タンク４内の淡水量が同じとなり、管理が容易となる。
【００６０】
同様に、配水池３８の計画時での淡水量をVR[0]、２４時間経過後の配水池３８の淡水量の設定値をVR[24]とする。VR[24]は、特別な理由がなければVR[0]と等しい値を設定することで、毎日の計画時に淡水タンク４内の淡水量が同じとなり、管理が容易となる。
淡水化設備６の１時間ごとの淡水水量Q1 [m3/h]をQ1[1]、Q1[2]、Q1[3]、・・・、Q1[24]とし、送水ポンプ６４による１時間ごとの送水量[m3/h]をQR[1]、QR[2]、QR[3]、・・・、QR[24]とすると、運転計画演算部２８がこれらの適切な値を決定することが本実施例の目的となる。
【００６１】
上述した淡水需要量Q2 [m3/h]、淡水タンク４の淡水量の設定値V 、淡水水量Q1[m3/h]、配水池３８の淡水量VRの関係は、淡水量の収支から式(16)で表される。  
ΣQ1[i]-ΣQ2[i]=(V[24]-V[0])+(VR[24]-VR[0])  ・・・式(16)  
この式(16)を変形すると、次の式(17)となる。  
ΣQ1[i]=ΣQ2[i]+(V[24]-V[0])+(VR[24]-VR[0])  ・・・式(17)
また、淡水タンク４の淡水量の収支から、式(18)が成り立つ。
ΣQ1[i]−ΣQR[i]=(V[24]-V[0])  ・・・式(18)  
この式(18)を変形すると、次の式(19)となる。
ΣQR[i]=ΣQ1[i]−(V[24]-V[0])  ・・・式(19)
ここに式(17)で求めたΣQ1[i]を代入することで、ΣQR[i]の値が求められる。
本実施例では、式(17)で示す関係が満足されるQ1[i]と、式(19)で示す関係が満足されるQR[i]を設定し、その場合に淡水タンク内淡水量２２が淡水タンク上限水量Vmaxを越えないか、淡水タンク下限水量Vminを下回らないか、配水池内淡水量４４が配水池上限水量VRmaxを越えないか、配水池下限水量VRminを下回らないか運転計画演算部２８が計算する。Q1[i]およびQR[i]の値の設定は、総当たり法でもよく、乱数を用いたモンテカルロ法を用いても良く、とくにこれらの手法には限定しない。一例としてモンテカルロ法を用いる場合の運転計画演算部２８によるQ1[i]およびQR[i]の設定手順を以下の手順(a)〜(h)に示す。
(a)  式(17)にしたがって、ΣQ2[i]+(V[24]-V[0])+(VR[24]-VR[0])の値を求める。
(b)  ２４個の乱数を準備する。
(c)  ΣQ2[i]+(V[24]-V[0])+(VR[24]-VR[0])の値を、上記(b)で求めた２４個の乱数の値の比率に応じて配分する。
(d)  配分した値を、Q1[i]の値とする。
(e)  式(19)にしたがって、ΣQ1[i]−(V[24]-V[0])の値を求める。
(f)  ２４個の乱数を準備する。
(g)  ΣQ1[i]−(V[24]-V[0])の値を、上記(f)で求めた２４個の乱数の値の比率に応じて配分する。
(h)  配分した値を、QR[i]の値とする。
【００６２】
このように設定したQ1[i]とQR[i]を用いて、運転計画演算部２８は、淡水タンク内淡水量V[i]と配水池内淡水量VR[i]を次の式で求める。  
V[1]=V[0]+Q1[1]-QR[1]   ・・・式(20)
V[2]=V[1]+Q1[2]-QR[2]   ・・・式(21)
・・・
V[24]=V[23]+Q1[24]-QR[24]   ・・・式(22)  
VR[1]=VR[0]+QR[1]-Q2[1]   ・・・式(23)  
VR[2]=VR[1]+QR[2]-Q2[2]   ・・・式(24)  
・・・  
VR[24]=VR[23]+QR[24]-Q2[24]   ・・・式(25)
運転計画演算部２８は、これらのV[i]を淡水タンク上限水量Vmaxおよび淡水タンク下限水量Vminと、VR[i]を配水池上限水量VRmaxおよび配水池下限水量VRminと比較し、1個でもこの範囲を逸脱する場合には、上記手順の(b)に戻り別の乱数を用いてV[i]とVR[i]を再計算する。２４時間におけるV[i]のすべてが淡水タンク上限水量Vmaxおよび淡水タンク下限水量Vminの範囲内であり、かつVR[i]のすべてが配水池上限水量VRmaxおよび配水池下限水量VRminの範囲内であった場合、運転計画演算部２８は、次の段階へ進み、以下で示すように毎時間の動力費を計算する。
【００６３】
まず、逆浸透膜６０による運転費は上述の式(6)から式(14)にしたがって計算することで、運転計画演算部２８は、消費される動力PowerConsumption[kWh]を求めることができる。本実施例では、送水ポンプ６４で消費される動力PowerTransmission[kWh]も動力費に加えることが必要となる。  
PowerTransmission=0.163×(QR/60)×Head/RatePump  ・・・式(26)
ここで、QRは送水量[m3/h]、Headは送水時のヘッド差[m]、RatePumpはポンプ効率[-]である。
【００６４】
送水ポンプ６４で消費される動力も加えたうえで時刻別電気料金単価UnitPrice[円/kWh]を乗ずることで、動力費PowerCost[円/h]を計算することができる。  
PowerCost=UnitPrice×(PowerConsumption+PowerTransmission)  ・・・式(27)
２４時間分の動力費PowerCost[円/h]を積算した値をCostSum[円]とする。運転計画演算部２８は、初回の計算ではこのCostSumの値を保存し、２回目以降は上記手順の(b)に戻る。その都度、CostSum[円]を計算し、前回のCostSumよりも小さい値であればCostSumの値を小さいほうで置き換え、運転計画演算部２８は、その際のQ1[i]を記憶する。この例ではモンテカルロ法であるため、この計算を数多く反復する。その結果、局所最小点の有無にかかわらず、徐々に動力費が小さい運転条件を求めていくことができる。この反復計算は、あらかじめ設定した反復回数に達した時点で止めてもよく、あるいはCostSumの置き換え頻度あるいはCostSumの変化幅が小さくなった時点で止めてもよい。
【００６５】
運転計画演算部２８は、このようにして求めた造水計画２６を造水計画表示部３０に送信し、送水計画６６を送水計画表示部６８に送信する。造水計画表示部３０が造水計画２６を表示し、送水計画表示部６８が送水計画６６を表示することによって、造水計画２６と送水計画６６がオペレータに伝えられ、運転計画作業を支援する。この造水計画２６と送水計画６６で運転することにより、淡水化設備６は淡水タンク４の淡水タンク上限水量１８および淡水タンク下限水量２０の範囲を守ったうえで有効に稼動し、動力費を最小化することができる。また、送水ポンプ６４はその後段の配水池３８の配水池上限水量４０および配水池下限水量４２の範囲を守ったうえで有効に稼動することができる。
【００６６】
本実施例によれば、高効率ポンプや大型ポンプなど高額なハード的投資がなくともソフト的な対応で動力費を低減できるため、より安価な淡水を供給することができる。さらに、動力自体も低減できるため、費用のみならず温室効果ガス排出量の低減も可能となる。
【実施例４】
【００６７】
図９は、本発明の実施例４の運転計画支援システムの構成を示す図である。本実施例の運転計画支援システム１は、図２に示す淡水化設備の運転計画を立案する装置である。本実施例について、実施例１と同様の構成については説明を省略し、相違する構成について以下に詳細に説明する。
【００６８】
図９に示すとおり、本実施例の運転計画支援システム１は、塩濃度時間変化予測部８、水温時間変化予測部１０、記憶部１１、水位計９、運転計画演算部２８、及び造水計画表示装置３０を備える。記憶部１１は、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、淡水需要量２４、残留塩濃度許容値４６、淡水タンク内塩濃度７０の情報を記憶している。
【００６９】
運転計画演算部２８は、原水の塩濃度予測値１２の情報を塩濃度時間変化予測部８から受取り、原水の水温予測値１４の情報を水温時間変化予測部１０から受け取る。また、運転計画演算部２８は、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、淡水需要量２４、残留塩濃度許容値４６、淡水タンク内塩濃度７０の情報を記憶部１１から受け取る。水位計９は、淡水化設備６の淡水タンク４に貯水された淡水の水量をリアルタイムに計測し、計測した淡水量の情報を、運転計画演算部２８に送信する。
【００７０】
運転計画演算部２８は、水位計９からリアルタイムで淡水タンク４に貯水されている淡水の水量の情報を受け取る。
【００７１】
運転計画演算部２８は、これらの与えられた情報に基づいて淡水化設備の動力費あるいは運転費を計算し、適切な造水計画２６を見つけ出す。本実施例の運転計画演算部２８は、一つの最適な造水計画２６を求めて造水計画表示部３０に表示し、一つの最適な送水計画６６を求めて送水計画表示部６８に表示する例を示すが、複数の造水計画２６及び複数の送水計画６６を求めて造水計画表示部３０と送水計画表示部６８を表示させても良い。複数の造水計画２６と送水計画６６を表示する場合、淡水化設備６のオペレータは、表示されたものからいずれか一つの造水計画と送水計画を選択し、運転計画支援システム１に備えられた入力装置（図示せず）から選択した造水計画の情報を入力する。入力された造水計画と送水計画に基づいて、運転計画支援システム１は、淡水化設備６の運転計画作業を支援する。
【００７２】
淡水化設備６は、その後段に淡水タンク４を備える。原水の塩濃度予測値１２、原水の水温予測値１４、時刻別電気料金単価１６など、時刻により変化する条件に対応し、この淡水タンク４をバッファとして用い、運転計画演算部２８が適切な運転計画を求めるのが本実施例の特徴である。
【００７３】
原水の塩濃度予測値１２が高く、原水の水温予測値１４が低く、時刻別電気料金単価１６が高い時刻にはできるだけ淡水化設備６を稼動させないあるいは造水量を少なくするように、運転計画演算部２８は、淡水化設備６の造水計画２６を求める。このような造水計画２６に基づいて淡水化設備６を運転することが運転費の点から望ましい。逆に、原水の塩濃度予測値１２が低く、原水の水温予測値１４が高く、時刻別電気料金単価１６が低い時刻にはできるだけ淡水化設備６を稼動するあるいは造水量を多くするように、運転計画演算部２８は、淡水化設備６の造水計画２６を求める。このような造水計画２６に基づいて淡水化設備６を運転することが運転費の点から望ましい。
【００７４】
しかし、淡水需要量２４に対して造水量が過剰であると淡水タンク４が溢れてしまう可能性があり、淡水需要量２４に対して造水量が過少であると淡水タンク４が空になってしまう可能性がある。その場合には、淡水需要量２４に応じた淡水２の供給が不可能となり、淡水化設備６に求められている性能を満足できなくなる。そこで、運転計画演算部２８は、淡水タンク上限水量１８と淡水タンク下限水量２０を制約条件として用い、現時点での淡水タンク内淡水量２２を初期値として造水量の計画を立案する。
【００７５】
また、淡水化設備６では、淡水２に残留する塩濃度が課題となる場合がある。とくに工業用水の場合のように、用途によってはこの塩濃度が高すぎると製品や配管に障害が起きる可能性もある。このような場合には、運転計画演算部２８は、淡水水質の面も造水計画２６に含めて検討することになる。
【００７６】
淡水２に含まれる塩濃度TDS[mol/m3]は、供給水の水質とろ過流束Jvの影響を受ける。
【００７７】
TDS=Js/Jv  ・・・式(28)  
ここで、Jsは溶質透過流束[mol/(m2・sec)]、Jvはろ過流束[m/sec]である。また、溶質透過流束Jsは次の式(29)で与えられる。  
Js=Ps×(Cm-Cp)  ・・・式(29)
ここで、Psは溶質透過係数[m/sec]、Cmは膜面の塩イオン濃度[mol/m3]、Cpは透過水の塩イオン濃度[mol/m3]である。
【００７８】
膜面の塩イオン濃度Cm[mol/m3]は、供給水の塩濃度予測値１２を与えても良く、実際には濃度分極現象が発生するため濃度分極について詳細に計算して与えても良い。一方、透過水の塩イオン濃度Cm[mol/m3]は供給水に比べて十分低く、濃度分極も小さいと考えられるため０とみなして良い。これら式(29)と式(28)で求めたTDSの値は、１時間ごとに異なる可能性のあるJvの関数である。したがって、逆浸透膜６０で淡水化した淡水２の塩濃度は１時間ごとに異なる可能性がある。逆浸透膜６０の後段には淡水タンク４が備えられるが、逆浸透膜６０でろ過された淡水２中は淡水タンク４内に残留している淡水２と混合され、淡水タンク４の出口では平均された塩濃度の淡水２が出て行くことになる。
【００７９】
計画時での淡水タンク４内の塩濃度をC[0]とする。逆浸透膜６０でろ過された毎時刻の淡水２中の塩濃度をTDS[i]とすると、淡水タンク４内の平均塩濃度C[i]は以下のように求められる。  
C[1]=(C[0]×V[0]+TDS[1]×Q1[1]-C[0]×Q2[1])/(V[0]+Q1[1]-Q2[1])  
・・・式(30)   
C[2]=(C[1]×V[1]+TDS[2]×Q1[2]-C[1]×Q2[2])/(V[1]+Q1[2]-Q2[2])  
・・・式(31)   
・・・  
C[24]=(C[23]×V[23]+TDS[24]×Q1[24]-C[23]×Q2[24])/(V[23]+Q1[24]-Q2[24])  
・・・式(32)
以下に、運転計画演算部２８による造水計画２６の具体的な計算方法について述べる。淡水化設備６において、１日１回、今後２４時間における１時間ごとの造水量を計画する条件を想定する。なお、この実施例では１時間ごとの例を示すが、同様の手法で３０分ごと、１０分ごとなど異なる時間刻みでの計算も可能である。
【００８０】
いま、計画時において１時間ごとの淡水需要量[m3/h]が以下のように与えられているとする。  
時刻1：Q2[1]、時刻2：Q2[2]、時刻3：Q2[3]、・・・、時刻24：Q2[24]
また、計画時での淡水タンク４の淡水量をV[0]、２４時間経過後の淡水タンク４の淡水量の設定値をV[24]とする。１時間ごとの淡水水量[m3/h]をQ1[1]、Q1[2]、Q1[3]、・・・、Q1[24]とすると、これらの適切な値を決定することが本実施例の目的となる。
上述した淡水需要量Q2 [m3/h]、淡水タンク４の淡水量の設定値V、淡水水量Q1[m3/h]の関係は、次の式(33)で表される。ここでのΣは、時刻iを時刻1から時刻24まで変化させた和を意味する。  
ΣQ1[i]-ΣQ2[i]=V[24]-V[0]  ・・・式(33)  
この式(33)を変形すると、次の式(34)となる。  
ΣQ1[i]=ΣQ2[i]+V[24]-V[0]  ・・・式(34)
本実施例では、運転計画演算部２８は、式(34)で示す関係が満足されるようなQ1[i]を設定し、その場合に淡水タンク内淡水量２２が淡水タンク上限水量Vmaxを越えないか、あるいは淡水タンク下限水量Vminを下回らないか、さらに、淡水タンク４内の平均塩濃度が残留塩濃度許容値４６TDSmaxを超過しないか評価する。Q1[i]の値の設定は、総当たり法でもよく、乱数を用いたモンテカルロ法を用いても良く、とくにこれらの手法には限定しない。一例としてモンテカルロ法を用いる場合のQ1[i]の設定手順を以下に示す。
(a)  式(2)にしたがって、ΣQ2[i]+V[24]-V[0]の値を求める。
(b)  ２４個の乱数を準備する。
(c)  ΣQ2[i]+V[24]-V[0]の値を、(b)で求めた24個の乱数の値の比率に応じて配分する。
(d)  配分した値を、Q1[i]の値とする。
【００８１】
このように設定したQ1[i]を用いて、淡水タンク４の水量V[i]を次の式(35)から式(37)で求める。  
V[1]=V[0]+Q1[1]-Q2[1]   ・・・式(35)   
V[2]=V[1]+Q1[2]-Q2[2]   ・・・式(36)   
・・・  
V[24]=V[23]+Q1[24]-Q2[24]   ・・・式(37)
さらに、式(30)から式(32)にしたがい、運転計画演算部２８は、淡水タンク４内の平均塩濃度C[i]を算出する。運転計画演算部２８は、これらのV[i]を淡水タンク上限水量Vmaxおよび淡水タンク下限水量Vmin、塩濃度に関しては残留塩濃度許容値４６であるTDSmaxと比較し、１個でもこの範囲を逸脱する場合には、上記手順の(b)に戻り別の乱数を用いてV[i]およびC[i]を再計算する。２４個すべてが淡水タンク上限水量Vmaxおよび淡水タンク下限水量Vmin、塩濃度に関しては残留塩濃度許容値４６TDSmaxの範囲内であった場合は次の段階へ進み、毎時間の動力費を計算する。
【００８２】
逆浸透膜６０による動力費は上述の式(6)から式(15)によって求めることができる。２４時間分の動力費PowerCost[円/h]を積算した値をCostSum[円]とする。運転計画演算部２８は、初回の計算ではこのCostSumの値を保存し、２回目以降は上記手順の(b)に戻る。運転計画演算部２８は、その都度、CostSum[円]を計算し、前回のCostSumよりも小さい値であればCostSumの値を小さいほうで置き換え、その際のQ1[i]を記憶する。この例ではモンテカルロ法であるため、この計算を数多く反復する。その結果、局所最小点の有無にかかわらず、徐々に動力費が小さい運転条件を求めていくことができる。この反復計算は、あらかじめ設定した反復回数に達した時点で止めてもよく、あるいはCostSumの置き換え頻度あるいはCostSumの変化幅が小さくなった時点で止めてもよい。
【００８３】
運転計画演算部２８は、このようにして求めた造水計画２６の情報を造水計画表示部３０に送信する。造水計画表示部３０が、受信した造水計画２６を表示することによってオペレータに伝えられ、運転計画作業を支援する。この造水計画２６で運転することにより、淡水化設備６はその後段の淡水タンク４の淡水タンク上限水量１８および淡水タンク下限水量２０、さらに残留塩濃度許容値４６の条件を守ったうえで、動力費を最小化した運転を実現することができる。
【００８４】
本実施例によれば、高効率ポンプや大型ポンプなど高額なハード的投資がなくともソフト的な対応で動力費を低減できるため、より安価な淡水を供給することができる。さらに、動力自体も低減できるため、費用のみならず温室効果ガス排出量の低減も可能となる。
【実施例５】
【００８５】
図１０は、本発明の実施例５の運転計画支援システムの構成を示す図である。本実施例の運転計画支援システム１は、図２に示す淡水化設備の運転計画を立案する装置である。本実施例について、実施例１と同様の構成については説明を省略し、相違する構成について以下に詳細に説明する。
【００８６】
本実施例の運転計画支援システム１は、塩濃度時間変化予測部８、水温時間変化予測部１０、第１の記憶部１１、水位計９、第２の記憶部１５、淡水消費量実績値取得部４８、淡水追加必要量計算部５４、運転計画演算部２８、及び造水計画表示装置３０を備える。記憶部１１は、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０の情報を記憶している。記憶部１５は、淡水需要量２４の情報を記憶している。本実施例では２つの記憶部（第１の記憶部１１と第２の記憶部１５）を備えるが、１つの記憶部（例えば、記憶部１１）を有する構成であってもよい。１つの記憶部を備える運転計画支援システムの場合、記憶部１１が、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０、及び淡水需要量２４の情報を記憶する。この場合には、淡水追加必要量計算部５４は、記憶部１１から淡水需要量２４の情報を受け取る。
【００８７】
運転計画演算部２８は、原水の塩濃度予測値１２の情報を塩濃度時間変化予測部８から受け取り、原水の水温予測値１４の情報を水温時間変化予測部１０から受け取る。また、運転計画演算部２８は、時刻別電気料金単価１６、淡水タンク上限水量１８、淡水タンク下限水量２０の情報を記憶部１１から受け取る。水位計９は、淡水化設備６の淡水タンク４に貯水された淡水の水量をリアルタイムに計測し、計測した淡水量の情報を、運転計画演算部２８に送信する。運転計画演算部２８は、水位計９からリアルタイムで淡水タンク４に貯水されている淡水の水量の情報を受け取る。淡水追加必要量計算部５４は、淡水消費量実績値５０と淡水需要量２４の値に基づいて、淡水追加必要量５２を計算する。淡水消費量実績値５０は、淡水消費量実績値取得部４８にて測定される。運転計画演算部２８は、淡水追加必要量５２を淡水追加必要量計算部５４から受け取る。
【００８８】
淡水化設備６の運転計画や造水計画２６は、たとえば毎日の朝一番で今後２４時間の計画を策定する場合がある。その時点で、今後２４時間の淡水需要量２４を予測して運転を開始するが、現実の淡水需要量２４は予測値と必ずしも一致しない。その結果、朝一番で策定した運転計画は、その時点では最適であったとしても、２４時間が経過する前に最適ではない計画となってしまう可能性がある。たとえば、淡水需要量２４の総量が決まっていない場合、天候や気温の変化にともない、朝一番で予想した淡水需要量２４と現実の淡水消費量実績値５０が乖離する場合がある。その場合には、淡水追加必要量計算部５４は、その淡水消費量実績値５０に基づき、当初想定した淡水需要量２４に対して今後必要となる淡水追加必要量５２を算出して運転計画演算部２８に与えることで、運転計画演算部２８は、より現実に即した造水計画２６を策定することができる。
【００８９】
淡水追加必要量５２の計算方法の一つとしては、淡水需要量２４と淡水消費量実績値５０の比率を計算し、その比率を今後の淡水需要量２４に乗じた値を淡水追加必要量５２として運転計画演算部２８に与える方法がある。
【００９０】
一方、淡水需要量２４として２４時間での総量が決まっている場合には、その総量から淡水消費量実績値５０を減算した淡水需要量２４を残りの時間で適正配分する計算を運転計画演算部２８で実行することで、より適切な造水計画２６を策定することが可能となり、造水計画表示部３０でその情報を得たオペレータも需要側の状況変化に応じた適切な運転を実施することができる。
【００９１】
本実施例によれば、高効率ポンプや大型ポンプなど高額なハード的投資がなくともソフト的な対応で動力費を低減できるため、より安価な淡水を供給することができる。さらに、動力自体も低減できるため、費用のみならず温室効果ガス排出量の低減も可能となる。
【符号の説明】
【００９２】
運転計画支援システム１
淡水２
淡水タンク４
淡水化設備６
塩濃度時間変化予測部８
水温時間変化予測部１０
記憶部１１
塩濃度予測値１２
記憶部１３
水温予測値１４
時刻別電気料金単価１６
淡水タンク上限水量１８
淡水タンク下限水量２０
淡水タンク内淡水量２２
淡水需要量２４
造水計画２６
運転計画演算部２８
造水計画表示部３０
天候の予測データ３２
気温の予測値３４
淡水需要量予測部３６
配水池３８
配水池上限水量４０
配水池下限水量４２
配水池内淡水量４４
残留塩濃度許容値４６
淡水消費量実績値取得部４８
淡水消費量実績値５０
淡水追加必要量５２
淡水追加必要量計算部５４
動力回収装置５６
高圧ポンプ５８
逆浸透膜６０
原水６２
送水ポンプ６４
送水計画６６
送水計画表示部６８
淡水タンク内塩濃度７０
濃縮排水７２
【図１】
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【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】
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【図１０】
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