(57)【要約】【課題】  プラントのプロセス毎の原単位を導出する等のエネルギー分析を行なうことができ、効果的な省エネルギー施策を見つけ出すことが可能なエネルギー管理システム、およびエネルギー分析システムを提供する。【解決手段】  プラントのプロセス毎に、電力量計１と流量計２を設け、これらの計測値はコントローラ２０を経由して監視制御システム１０に伝送される。監視制御システム１０では、これらの電力量データおよび流量データから、プロセス毎のエネルギー原単位を求めて、表示部に表示し、プリンタから報告書として出力する。これにより、プラントのプロセス毎の原単位を導出する等のエネルギー分析を行なうことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントのプロセス毎にそれぞれ設けられ、電力量を計測する電力量計測手段および流量を計測する流量計測手段と、前記電力量計測手段で計測された電力量と前記流量計測手段で計測された流量からプロセス毎の原単位を算出する原単位算出手段とを備えたことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項２】
プラントの所定箇所の流量を計測する流量計測手段と、この流量計測手段により計測された流量を用いてプラントの各プロセスへの流入流量を算出する流量算出手段と、プラントのプロセス毎の稼働率に関するデータを得る手段と、この手段により得られたプロセス毎の稼働率に関するデータとプロセス毎の定格電力合計値とから、プロセス毎の電力量を算出する電力量算出手段と、この電力量算出手段で算出されたプロセス毎の電力量と、前記流量算出手段で算出された各プロセスへの流入流量からプロセス毎の原単位を算出する原単位算出手段とを備えたことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のエネルギー管理システムにおいて、前記原単位算出手段で算出されたプロセス毎の原単位、および前記電力量計測手段または前記電力量算出手段で得られた電力量から算出されたプロセス毎の電力コストのうちの、少なくともプロセス毎の原単位を表示する表示手段を備えたことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のエネルギー管理システムにおいて、前記原単位算出手段で算出されたプロセス毎の原単位、および前記電力量計測手段または前記電力量算出手段で得られた電力量から算出されたプロセス毎の電力コストのうちの、少なくともプロセス毎の原単位を、報告書として出力する報告書作成手段を備えたことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のエネルギー管理システムにおいて、前記原単位算出手段を、各プラントとネットワークで接続された外部の箇所に設け、各プラントのプロセス毎の原単位の算出を一括して行なうようにしたことを特徴とするエネルギー管理システム。
【請求項６】
各プラントからネットワークを経由して送信されたプロセス毎の原単位の算出に必要な計測データあるいは機器の状態を示すデータを受信するための受信手段と、この受信手段により受信された前記計測データあるいは機器の状態を示すデータを用いて、各プラントのプロセス毎の原単位を算出する原単位算出手段と、この手段により算出された各プラントのプロセス毎の原単位を、ネットワークを経由して各プラントに送信するための送信手段とを備えたことを特徴とするエネルギー分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道プラント等のプラントの監視制御システムにおいてエネルギー管理を行なうエネルギー管理システム、およびプラントに対してエネルギー分析を行なうエネルギー分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネ法が改正され、上下水道事業体も図６の第一種、第二種に分類されるプラントではエネルギー使用量について報告する義務を負うようになった。
【０００３】
また、年間１％の省エネルギーの義務を負うようになったため、プラント内のどのプロセスでエネルギーが非効率に使用されているかを分析したいというニーズが高まってきた。省エネルギー分析ではプロセス毎の原単位（下記の式（１））を導出することが重要である。
【０００４】
原単位＝使用電力量＊α／処理水量・・・・式（１）
（ここでαは夜間電力使用量を割り引くため経済産業省が定める計算式によって算出される係数）
ところが、従来の上下水道プラントの監視制御システムにおいては、図７に示すように、初沈７３、曝気槽７４、終沈７５、濃縮機７６、脱水機７７、…の各プロセスからなるプラントの中でも特に電力を消費する設備、例えば曝気槽７４や脱水機７７等の電力量しか計測しておらず、計測されているとしても、監視制御装置７０にはデータが取り込まれず、現場操作盤８０にしかデータが伝送されない場合があった。
【０００５】
すなわち、従来の上下水道プラントの監視制御システムにおいては、例えば国など外部への報告はプラント全体について行なえばよいため、発電設備７１や受電設備７２などからプラント全体の電力量は計測されているが、プロセス毎に原単位を求める必要はなく、プロセス毎の電力量の計測は行われていないのが現状である。
【０００６】
従って、従来の上下水道プラントの監視制御システムにおいては、プロセス毎の電力量が分からず、プロセス毎に原単位を求めることができない。
【０００７】
なお、公共用水のデータを解析、シミュレーションし、センサーを設置していない場所のセンシングを仮想的に行なうことは、例えば、特許文献１に記載されているが、その方法は、具体的には示されてはいない。
【特許文献１】特開２０００−１０７７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、従来の上下水道プラントの監視制御システムでは、プロセス毎の原単位を導出する等のエネルギー分析を行なうことができず、効果的な省エネルギー施策を見つけ出すことができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、従来のこのような点に鑑みて為されたもので、プラントのプロセス毎の原単位を導出する等のエネルギー分析を行なうことができ、効果的な省エネルギー施策を見つけ出すことが可能なエネルギー管理システム、およびエネルギー分析システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する為に、本発明に係るエネルギー管理システムは、プラントのプロセス毎にそれぞれ設けられ、電力量を計測する電力量計測手段および流量を計測する流量計測手段と、電力量計測手段で計測された電力量と流量計測手段で計測された流量からプロセス毎の原単位を算出する原単位算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るエネルギー管理システムは、プラントの所定箇所の流量を計測する流量計測手段と、この流量計測手段により計測された流量を用いてプラントの各プロセスへの流入流量を算出する流量算出手段と、プラントのプロセス毎の稼働率に関するデータを得る手段と、この手段により得られたプロセス毎の稼働率に関するデータとプロセス毎の定格電力合計値とから、プロセス毎の電力量を算出する電力量算出手段と、この電力量算出手段で算出されたプロセス毎の電力量と、流量算出手段で算出された各プロセスへの流入流量からプロセス毎の原単位を算出する原単位算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るエネルギー分析システムは、各プラントからネットワークを経由して送信されたプロセス毎の原単位の算出に必要な計測データあるいは機器の状態を示すデータを受信するための受信手段と、この受信手段により受信された計測データあるいは機器の状態を示すデータを用いて、各プラントのプロセス毎の原単位を算出する原単位算出手段と、この手段により算出された各プラントのプロセス毎の原単位を、ネットワークを経由して各プラントに送信するための送信手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラントのプロセス毎の原単位を導出する等のエネルギー分析を行なうことができ、効果的な省エネルギー施策を見つけ出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る上下水道プラントの監視制御システムにおけるエネルギー管理システムを、図１を参照して説明する。
【００１６】
この第１の実施形態では、図１に示すように、従来技術と比較して、各プロセス毎に電力量計と流量計とを設け、各プロセスの電力量と流量を監視制御システムに取り込む点が特徴である。
【００１７】
すなわち、図１に示すように、従来と同様に発電設備１１、受電設備１２にそれぞれ電力量計１を設けるとともに、プロセス毎、すなわち、初沈１３、曝気槽１４、終沈１５、濃縮機１６、脱水機１７、…にそれぞれ電力量計１と流量計２とを設けている。
【００１８】
そして、この第１の実施形態の監視制御システムでは、従来の監視制御システム機能(例えば、故障の発報やプロセス値の表示)にエネルギー管理機能を追加して、プロセス（例えば、初沈や終沈、水処理や汚泥処理等）毎の原単位をリアルタイムで演算し、監視制御システム１０の表示部に表示し、プリンタから出力できる点に特徴がある。
【００１９】
すなわち、初沈１３、曝気槽１４、終沈１５、濃縮機１６、脱水機１７、…にそれぞれ設けられた電力量計１と流量計２の計測値は、コントローラ２０を経由して監視制御システム１０に伝送され、監視制御システム１０に設けられたデータベースに保存され、保存された電力量データおよび流量データから、上述の式（１）により、プロセス毎の原単位が、演算手段によりリアルタイムで例えば１分周期で演算される。そして、演算結果は、監視制御システム１０に設けられた表示部に、リアルタイムで例えば１分周期で表示されるとともに、例えば毎日報告書としてプリンタから出力される。
【００２０】
また、本実施形態の監視制御システムでは電力量から、契約料金や夜間電力料金を考慮して、電力コストを演算し、上述の原単位とともに、表示したり、プリンタから報告書として出力したりすることもできる。
【００２１】
以上説明したように、この第１の実施形態では、上下水道プラントの各プロセス毎に電力量計と流量計とを設け、各プロセス毎に確実にエネルギー原単位を求めて、リアルタイムで表示して確認できるとともに、報告書を作成できるという効果が生ずる。
【００２２】
（第２の実施形態）
上述の第１の実施形態では上下水道プラントの各プロセスに流量計、電力量計を設置し、各プロセスのエネルギー原単位を算出する方法について示したが、この第２の実施形態では、上下水道プラントの各プロセスに流量計、電力量計が設置されていない場合の各プロセスのエネルギー原単位（＝各プロセスの使用電力量＊α／各プロセスの処理流量）の算出方法について示す。
【００２３】
すなわち、この第２の実施形態では、流量の物質収支、プロセス毎の機器の定格電力、プロセスの稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）から各プロセスのエネルギー原単位を概算する。以下にその方法を示す。
【００２４】
まず、各プロセスの流量の算出方法について説明する。下水処理のプロセスは図２のように多くのプロセス、すなわち沈砂池２１、最初沈殿池２２、曝気槽２３、最終沈殿池２４、…等で構成される。上述のように全てのプロセスで処理流量が計測されてはいないが、所定の箇所（例えばポンプの箇所等）に設けられた流量計により、前のプロセスの流入流量やポンプでの引抜き汚泥流量などがわかっている場合、流量の物質収支から後のプロセスの処理流量は計算で求めることができる。例えば曝気槽２３の場合、以下の式で求められる。
【００２５】
Ｑ４＝Ｑ１−Ｑ２＋Ｑ３
ここでＱ１は最初沈殿池２２への流入流量、Ｑ２は生汚泥引抜き量、Ｑ３は返送汚泥流量、Ｑ４は曝気槽２３への流入流量すなわち曝気槽２３での処理流量である。同様にして、図２に示すような下水処理の各プロセスの処理流量は全て前のプロセスの流入流量やポンプでの引抜き汚泥流量などから算出することができる。
【００２６】
次に、各プロセスの電力量の算出方法について説明する。各プロセスの電力量は以下の式によって算出する。
【００２７】
Ｗ=Ｙ×Ｎ
ここでＷは各プロセスの電力量、Ｙは各プロセスの電気設備の定格電力合計値、Ｎは各プロセスの稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）である。
【００２８】
各プロセスの電気設備の定格電力合計値は図３のようなプロセス毎の電気設備の情報から確認できる。すなわち、各プロセスにおけるそれぞれの電気設備の台数に定格電力（一台当たり）を掛けたものを合計して求めることができる。
【００２９】
また、各プロセスの稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）を求める方法としては、以下の２つの方法がある。
【００３０】
（１）各プロセスの主機の運転状況から、プロセスの稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）を想定する方法。
【００３１】
（２）各プロセスの定格容量から、プロセスの稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）を想定する方法。
【００３２】
上記２つの方法について説明する。
【００３３】
まず（１）の各プロセスの主機の運転・停止から、プロセスの稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）を想定する方法が適用できるのは、図４に示すように、初沈（最初沈殿池）４３、曝気槽４４、終沈（最終沈殿池）４５、濃縮機４６、脱水機４７等の各プロセスの主な機器の運転状態３を示す運転・停止信号や弁の開閉状態４を示す開閉信号が、コントローラ５０を経由して監視制御システム４０に伝送され、監視制御システム４０で、これらの信号が収集される場合である。
【００３４】
この方法ではプロセス毎に主機を設定する。例えば、図３および図４に示したプロセスでは最初沈殿池４３の主機は汚泥かき寄せ機メイン、曝気槽４４の主機は送風機、最終沈殿池４５の主機は汚泥かき寄せ機メインなどである。設定する主機には、監視制御システム４０で運転・停止信号が収集されている電気設備（運転・停止信号が収集されている電気設備が複数種類ある場合は、総数の系列に対する稼動中の系列の割合を最も的確に表す電気設備）を選択する。この方法では主機が系列毎に設置されている場合はプロセスの稼動数から稼働率（稼動数／総数）を算出でき、また少なくともプロセスの運転時間から稼働率（運転時間／２４時間）を知ることができる。
【００３５】
次に、（２）の各プロセスの定格容量から、プロセスの稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）を想定する方法について説明する。
【００３６】
この方法ではプロセス毎の定格容量を設定する。例えば、最初沈殿池４３の水面積負荷ｄ（＝一日当りまたは一分当たりの処理水量／最初沈殿池の面積）を定格容量として設定した場合、池の稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）Ｎは以下の式で算出される。
【００３７】
Ｎ=Ｑ１/ｄ/Ｓ
ここでＳは最初沈殿池４３の面積である。なお、Ｑ１が一日当りの流量の場合は、ｄは一日当り処理水量／最初沈殿池の面積とし、Ｑ１が一分当りの流量の場合は、ｄは一分当り処理水量／最初沈殿池の面積とする。
【００３８】
同様にして、図３および図４に示すような下水処理の各プロセスの稼働率（総数に対する稼動数あるいは１日の稼動時間）は全て処理流量と定格容量から算出することができる。
【００３９】
以上説明したように、この第２の実施形態では、流量計や電力計を設置していないプロセスについても、流量、電力量を算出し、プロセス毎のエネルギー原単位を求めることができる。
【００４０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を、図５を参照して説明する。
【００４１】
この第３の実施形態の構成は、図５に示すように、第１の実施形態または第２の実施形態と比較して、各プラントの監視制御システム内で行なっていたエネルギー分析を、ネットワークを利用して、エネルギー分析センターで行なう点が異なっている。
【００４２】
すなわち、この実施形態においては、各プラント５１、５２、…、５ｎにおいて計測される計測データあるいは機器の状態を示すデータ、例えば第１の実施形態において電力量計と流量計で計測されるデータや、第２の実施形態において計測される流量データあるいは主な機器の運転・停止信号や弁の開閉信号を各プラント５１、５２、…、５ｎのデータ収集装置６でそれぞれ収集し、公衆回線等のネットワーク６０を経由してエネルギー分析センター（エネルギー分析システム）６１にリアルタイムで送信する。
【００４３】
エネルギー分析センター（エネルギー分析システム）６１では、各プラント５１、５２、…、５ｎからネットワーク６０を経由して送信された計測データあるいは機器の状態を示すデータを受信してデータベース７に保存する。そして、データベース７に保存されたデータから、計算機８により、各プラント５１、５２、…、５ｎのプロセス毎のエネルギー原単位および電力コストを演算する。これらの演算結果は公衆回線等のネットワーク６０を経由して各プラント５１、５２、…、５ｎにそれぞれリアルタイムで送信する。各プラント５１、５２、…、５ｎの監視制御装置５においては、エネルギー分析センター（エネルギー分析システム）６１から送られてきた演算結果のデータを、リアルタイムで、表示部に表示したり、報告書としてプリンタから出力したりすることができる。
【００４４】
これらの構成により、プラント毎に必要であったエネルギー分析を、エネルギー分析センター（エネルギー分析システム）で一括して行なうことができるという効果が生ずる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態における各プロセスの流量算出方法を説明するためのプロセスフローを示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態における各プロセスの定格電力合計値算出方法を説明するための表図。
【図４】本発明の第２の実施形態における各プロセスの機器の状態を示す信号から稼働率を算出する方法を説明するためのブロック図。
【図５】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図６】第一種、第二種に分類されるプラントの定義を示す表図。
【図７】従来例の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４６】
１…電力量計
２…流量計
１０、４０…監視制御システム
１１、４１…発電設備
１２、４２…受電設備
１３、２２、４３…最初沈殿池（初沈）
１４、２３、４４…曝気槽
１５、２４、４５…最終沈殿池（終沈）
１６、４６…濃縮機
１７、４７…脱水機
２０、５０…コントローラ
３…主な機器の運転状態
４…弁の開閉状態
５…監視制御装置
６…データ収集装置
７…データベース
８…計算機
５１、５２、…、５ｎ…プラント
６０…ネットワーク
６１…エネルギー分析センター（エネルギー分析システム）
【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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