(57)【要約】【課題】  再生可能エネルギーを有効利用でき、かつ再生可能エネルギーを使用した水処理量に見合った効率的な水消費を可能ならしめる水処理システムおよびそれに用いられる水処理制御装置並びに水消費機器を提供する。【解決手段】  被処理水を取り込んで浄化処理を施してから送出する浄水場１と、再生可能エネルギー発電装置４による発電電力を含む電力を消費して浄水場に浄化処理のための動力を供給する負荷２と、浄水場の造水量を制御するサーバ６とを備えるものであって、サーバ６は、再生可能エネルギー利用効率に基づいて、浄水場１において浄化処理されて送出する造水量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を取り込んで所定の処理を施してから送出する水処理設備と、再生可能エネルギーを用いて発電される発電電力を含む電力を消費して前記水処理設備に動力を供給する負荷と、前記水処理設備の水処理量を制御する水処理制御装置と、を備える水処理システムにおいて、
前記水処理制御装置は、再生可能エネルギー利用効率に基づいて、前記水処理設備において処理されて送出される水処理量を制御することを特徴とする水処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の水処理システムにおいて、前記再生可能エネルギー利用効率は、前記負荷の消費電力量に占める前記発電電力の電力量の割合を示すことを特徴とする水処理システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水処理システムにおいて、前記水処理制御装置は、前記再生可能エネルギー利用効率に応じて、水需要者側における情報処理端末に需要者における水消費を促進するための情報を送信することを特徴とする水処理システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の水処理システムにおいて、前記水処理制御装置は、水需要者側において水を消費しながら所定の動作を行う水消費機器に、前記水処理量に応じて運転指令信号を送信することを特徴とする水処理システム。
【請求項５】
請求項４に記載の水処理システムにおいて、前記水処理制御装置は、水需要者側における情報処理端末に、前記運転指令の送信に関する情報を送信すると共に、前記情報端末から、前記情報に対する承認信号を受信したら、前記水消費機器に前記運転指令を送信することを特徴とする水処理システム。
【請求項６】
再生可能エネルギー発電装置の発電電力を含む電力により稼働し、被処理水を取り込んで所定の処理を施してから送出する水処理設備の水処理量を制御する水処理制御装置において、
前記水処理設備の再生可能エネルギー利用効率に基づいて、前記水処理設備において処理され送出される水処理量を制御することを特徴とする水処理制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の水処理制御装置において、前記再生可能エネルギー利用効率は、前記負荷の消費電力量に占める前記発電電力の電力量の割合を示すことを特徴とする水処理制御装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の水処理制御装置において、前記再生可能エネルギー発電装置の発電実績データおよび前記水処理設備の消費電力データに基づいて、前記再生可能エネルギー利用効率を計算する再生可能エネルギー利用効率計算部を備えることを特徴とする水処理制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の水処理制御装置において、
前記発電実績データおよび気象情報データに基づいて、前記発電電力の電力量を予測する再生可能エネルギー発電量予測部と、
前記水処理設備の水処理実績データおよび前記気象情報データに基づいて、水の需要を予測する需要予測部と、
前記再生可能エネルギー発電量予測部によって予測される発電予測量と前記需要予測部によって予測される水の需要予測量と、前記再生可能エネルギー利用効率計算部によって計算される前記再生可能エネルギー利用効率に基づいて、水処理計画を作成する水処理計画部と、
を備え、
前記水処理計画部によって作成される前記水処理計画に応じて前記水処理量を制御することを特徴とする水処理制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の水処理制御装置において、
水需要者側において水道水を消費しながら所定の動作を行う水消費機器に、前記水処理計画に応じて、前記水消費機器の運転状態を切り替えるための運転指令信号を送信する運転指令部を備えることを特徴とする水処理制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水処理制御装置において、前記水消費機器のリストを含む水消費機器データおよび前記水消費機器の運転状態に基づいて、前記リストから、運転状態を切り替える水消費機器を選択し、選択された水消費機器に前記運転指令を送信することを特徴とする水処理制御装置。
【請求項１２】
水を消費しながら所定の動作を行う水消費機器において、
再生可能エネルギー発電装置の発電電力を含む電力により稼働し、被処理水を取り込んで所定の処理を施してから送出する水処理設備の水処理量を制御する水処理制御装置が、前記水処理量に応じて発信する運転指令信号に応じて運転状態が切り替わることを特徴とする水消費機器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の水消費機器において、
前記運転状態を前記水処理制御装置へ送信する手段を備えることを特徴とする水消費機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道の水処理に適用される水処理システムおよびそれに用いる水処理制御装置、並びに水需要者が使用する水消費機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電、太陽光発電などの再生可能エネルギー発電装置が、従来から浄水場などの水処理場の発電装置として稼動しており、近年ますます普及のスピードが上がってきている。将来、再生エネルギー由来の電力は消費電力のうちで大きな部分を占めることが予想される。一方で、再生可能エネルギー発電装置は天候や時間帯で出力が変化するため、この変動するエネルギーを効率良く利用するための技術が要求されている。
【０００３】
水処理場が備える太陽光発電装置などの発電設備を有効利用する従来技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。また、洗濯機や食器洗い機などの水消費機器による水の需要に応じて、電力を有効利用できるように水処理量を制御する技術として、特許文献２に記載の技術が知られている。
【０００４】
特許文献１（段落００２８）に記載された技術では、下水処理場に設けられる太陽光発電設備などの発電設備からの電力供給が過剰である場合、二次電池を充電したり、負荷設備の稼働量を大きくしたり、売電したりする。
【０００５】
特許文献２（段落００３３〜００３５）に記載された技術では、洗濯機などの宅内設備を電力単価の安い時間帯に稼働するように予約制御すると共に、宅内設備における水の使用量から作成される水の需要情報と、時間帯別電気料金と、配水池の貯水率とに基づいて、浄水場での処理コストや消費電力を最小化すると共に処理量を平滑化するように、送水ポンプを最適制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１６１３３７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、二次電池は充電の際に電力損失を発生する。また、売電については、送電に伴い電力損失が発生すると共に、再生可能エネルギーによる電力が、直接的には水処理に使用されるものではない。さらに、特許文献１に記載の技術においては、負荷設備の稼働量を大きくする際に、需要者側の水消費量については、特段配慮されていない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術は、水の需要量と電力消費に基づき水処理設備を制御するが、電力の変動については考慮されておらず、再生可能エネルギーによる水処理には適用が難しい。
【０００９】
そこで、本発明は、再生可能エネルギーを有効利用でき、かつ再生可能エネルギーを使用した水処理量に見合った効率的な水消費を可能ならしめる水処理システムおよびそれに用いられる水処理制御装置並びに水消費機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明による水処理システムは、被処理水を取り込んで所定の処理を施してから送出する水処理設備と、再生可能エネルギーを用いて発電される発電電力を含む電力を消費して水処理設備に動力を供給する負荷と、水処理設備の水処理量を制御する水処理制御装置とを備えるものであって、水処理制御装置は、再生可能エネルギー利用効率に基づいて、水処理設備において処理されて送出される水処理量を制御する。
【００１１】
また、本発明による水処理制御装置は、再生可能エネルギー発電装置の発電電力を含む電力により稼働し、被処理水を取り込んで所定の処理を施してから送出する水処理設備の水処理量を制御するものであって、水処理設備の再生可能エネルギー利用効率に基づいて、水処理設備において処理され送出される水処理量を制御する。
【００１２】
さらに、本発明による水消費機器は、水道水を消費しながら所定の動作を行うものであって、再生可能エネルギー発電装置の発電電力を含む電力により稼働し、被処理水を取り込んで所定の処理を施してから送出する水処理設備の水処理量を制御する水処理制御装置が、水処理量に応じて発信する運転指令信号に応じて運転状態が切り替わる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水処理設備の再生可能エネルギー利用効率に応じて水処理が行われ、処理水が水処理設備から送出されるので、再生可能エネルギーを有効利用した水処理および処理水の効率的消費が可能になる。
【００１４】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である浄水処理システムの構成図を示す。
【図２】図１における再生可能エネルギー発電量予測部，需要予測部，造水計画部の処理フローを示す。
【図３】図１における運転依頼判定部，運転指令部，スマートデバイス，自動運転機器の処理フローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明の一実施形態である浄水処理システムの構成図を示す。
【００１７】
本浄水処理システムにおいて、水源から取り込んだ被処理水を浄化処理して造水する水処理設備、すなわち浄水場１は、電力を消費する負荷２として、水源から水を取水する取水ポンプや、造水した水を浄水場から送出する送出ポンプなどを備えている。これらの負荷２は、浄水場１内あるいはその近隣地域に設置される再生可能エネルギー発電装置４により発電される電力と商用電力とによって稼働され、浄水場１に浄化処理のための動力を供給する。なお、再生可能エネルギー発電装置４としては、太陽光発電装置や風力発電装置などが適用される。
【００１８】
浄水場１に設置され、造水量を制御する水処理制御装置であるサーバ６は、再生エネルギー発電装置４の発電量と負荷２の消費電力量とに基づいて、再生可能エネルギーの利用効率に応じて造水量を制御し、利用効率が高い状態の場合に、造水量および需要側への造水の送出量を増加させる。また、サーバ６は、造水量および造水の送出量を増加する場合に、需要側へ、水の消費を促すための情報を送信したり、水需要者が有する、水道水を消費する水消費機器、例えば洗濯機などの自動運転機器２２への運転指令を送信したりする。
【００１９】
なお、自動運転機器２２としては、洗濯機のほかに、自動食器洗い機，自動風呂沸かし機，工場の製鉄機械や各種洗浄装置，農場の自動散水機などがある。
【００２０】
以下、本実施形態の浄水処理システムの機能及び動作について詳述する。
【００２１】
再生可能エネルギー発電装置４により発電される電力量は、再生可能エネルギー発電装置４が備える発電量計測装置５によって計測される。計測された発電量データは、サーバ６の記憶部７に備わる発電実績ＤＢ（データベース）８に蓄積される。浄水場１の造水処理において、負荷２で消費される電力量は造水電力消費量計測装置３によって計測される。計測された電力消費量データは、サーバ６の記憶部７に備わる造水電力消費量ＤＢ９に蓄積される。
【００２２】
サーバ６の演算部１０に備わる再生可能エネルギー利用効率計算部１１は、発電実績ＤＢ８から発電量データを入力すると共に、造水電力消費量ＤＢ９から電力消費量データを入力し、これらのデータから再生可能エネルギー利用効率を計算して出力する。本実施形態において、再生可能エネルギー利用効率は、「（再生可能エネルギー発電装置の発電量）／（負荷の電力消費量）」と定義される。出力された再生可能エネルギー利用効率に基づき、浄水場１の負荷２が運転制御され、再生可能エネルギー利用効率の高い状態において、より多くの造水処理が実行される。
【００２３】
図２は、図１におけるサーバ６の演算部１０が備える、再生可能エネルギー発電量予測部１４，需要予測部１５，造水計画部１６の処理フローを示す。
【００２４】
図２に示す発電実績ＤＢ８，造水電力消費量ＤＢ９，気象情報ＤＢ１２，造水実績ＤＢ１３は、図１におけるサーバ６の記憶部７が備えるデータベースである。発電実績ＤＢ８および造水電力消費量ＤＢ９は、上述したように、それぞれ、再生可能エネルギー発電装置４の発電量データおよび負荷２の電力消費量データを蓄積する。また、気象情報ＤＢ１２は、気温，湿度，日射量，風力など気象情報を蓄積する。造水実績ＤＢ１３は、浄水場１から造水量情報を取得して蓄積する。
【００２５】
再生可能エネルギー発電量予測部１４は、発電実績ＤＢ８から再生可能エネルギー発電装置４の発電量データすなわち発電実績を取得し（２３）、次に気象情報ＤＢ１２から過去の気象情報および気象予報を取得し（２４）、これら取得した情報に基づいて発電量を予測して発電量予測値を出力する（２５）。例えば、再生可能エネルギー発電装置４が太陽光発電装置である場合、気象情報ＤＢ１２から取得される気象関連情報に基づいて日射量を予測すると共に、過去の発電実績や過去の天気を含む気象情報を考慮して発電量を予測する。再生可能エネルギー発電装置４が風力発電装置である場合、気象関連情報に基づいて風力を予測すると共に、過去の発電実績や過去の風速あるいは風力データを含む気象情報を考慮して発電量を予測する。
【００２６】
需要予測部１５は、造水実績ＤＢ１３から造水量情報すなわち造水実績を取得し（２７）、次に気象情報ＤＢ１２から過去の気象情報および気象予報を取得し（２８）、これら取得した情報に基づいて水の需要を予測して需要予測値を出力する（２９）。例えば、気温の高低によって水の消費量が変化するので、気象情報ＤＢ１２から取得される気象関連情報に基づいて気温について予測すると共に、過去の造水実績および過去の気温データを含む気象情報を考慮して水の需要を予測する。
【００２７】
造水計画部１６は、気象情報ＤＢ１２から過去の気象情報および気象予報を取得し（３０）、次に需要予測部１５から需要予測値を取得し（３１）、次に再生可能エネルギー発電量予測部１４から発電量予測値を取得する（３２）。さらに、造水計画部１６は、再生可能エネルギー利用効率計算部１１より、計算に利用した造水電力消費量データおよび再生可能エネルギー利用効率を取得するとともに、取得した発電量予測値と、取得した需要予測値から推定される造水消費電力とから、現時点以降の再生可能エネルギー利用効率を予測する（３３）。造水計画部１６は、取得したこれらの情報や再生可能エネルギー利用効率の予測に基づいて、造水計画を作成して出力する（３４）。なお、造水電力消費量データは、造水電力消費量ＤＢ９から直接取得しても良い。
【００２８】
造水計画は、上述したように、再生可能エネルギー利用効率の高い状態において、より多くの造水処理が実行されるように、現時点以降の造水処理量を設定する。例えば、再生可能エネルギー利用効率が所定値以上の場合、現状の運転より多くの電力が消費されて、需要予測値より多い造水処理量が設定される。ここで、所定値とは、再生可能エネルギー発電装置４の発電量が負荷２の電力消費量を超えると予測される少し手前における再生可能エネルギー利用効率の値であり、例えば０．９程度である。これにより、再生可能エネルギーによる発電量の余剰分を造水処理に有効利用できる。なお、造水計画は、再生可能エネルギー利用効率が所定値をこえないと予測される場合は、需要予測値に応じた造水処理量を設定する。
【００２９】
なお、上述した再生可能エネルギー利用効率，発電量予測値，需要予測値および造水計画は、図１に示すように、サーバ６に内蔵される通信部１０１によって、通信回線１０２に送信されＷｅｂ上に公開される。このため、家庭，工場，農場などの水を消費する水需要者１７は、これらの情報を、通信回線１０２を介してパーソナルコンピュータなどの情報通信端末によって受信し、情報の内容を閲覧できる。また、これらの情報は、後述する運転依頼通知（図３のステップ４１）と共に発信されることにより、あるいは需要者が運転依頼通知を受信した際に閲覧することにより、需要者に再生可能エネルギーにより処理される造水の利用促進を喚起する。これにより、浄水場１において再生可能エネルギー利用効率に基づいて処理され、需要者に送水される造水が効率的に消費される。
【００３０】
図３は、図１におけるサーバ６の演算部１０が備える、運転依頼判定部１９，運転指令部２０，スマートデバイス２１，自動運転機器２２の処理フローを示す。
【００３１】
図３に示す自動運転機器ＤＢ１８は、図１におけるサーバ６の記憶部７が備えるデータベースであり、水需要者が有する水消費機器、すなわち洗濯機などの自動運転機器２２のリストを蓄積する。
【００３２】
運転依頼判定部１９は、造水計画部１６から造水計画を取得し（３５）、さらに自動運転機器ＤＢ１８から自動運転機器のリストを取得する（３６）。なお、本リストが、自動運転機器ごとの水消費量に関する情報（例えば、標準的あるいは平均的消費量など）を含み、後述するステップ３７において本情報を考慮すれば、造水計画に適合した自動運転機器の選択精度が向上する。次に、運転依頼判定部１９は、取得したリストに含まれる自動運転機器２２に対して現在の運転状態を問い合わせるための指令信号を送信する（３７）。
【００３３】
自動運転機器２２は、ネットワーク１０２を介して指令信号を受信すると、自機器の運転状態を運転状態判定部へ返信する（４６）。
【００３４】
運転依頼判定部１９は、自動運転機器２２から運転状態を取得すると（３８）、造水計画が示す造水量に応じて、ステップ３６で取得したリストを用いて、稼働させる自動運転機器２２を抽出すると共にその台数を計算し、ステップ３８で取得された現在の運転状態とを比較する（３９）。比較した結果、稼働させると判定された自動運転機器の台数に対して、現時点で十分な台数の機器が稼動していない場合または稼動機器の台数が多すぎる場合（３９のＮ）には、運転依頼判定部１９は運転依頼先を選択し（４０）、選択した運転依頼先の需要者が有するスマートデバイスへ運転依頼通知を送信する（４１）。ここで、運転依頼通知とは、停止状態にある機器を稼働させる依頼通知、あるいは稼働状態にある機器を停止させる依頼通知である。なお、スマートデバイス２１としては、スマートホンやタブレット型端末などの情報処理端末を用いることができる。
【００３５】
水需要者は、スマートデバイス２１によって運転依頼通知を受信すると、スマートデバイス２１を操作して、運転依頼通知を承認あるいは拒否する。スマートデバイス２１は、需要者の承認および拒否に応じて、それぞれ承認信号および拒否信号を発信する（４２）。なお、所定時間内、例えば１５分程度の時間内にスマートデバイス２１が操作されない場合は、拒否信号が発信される。なお、スマートデバイス２１の図示しない表示画面に、承認および拒否操作用として、ＹＥＳ−ＮＯボタンや運転−停止ボタンなどのボタンを設けても良い。
【００３６】
運転指令部２０は、承認信号を受信して運転依頼通知の承認を確認すると（４３）、運転指令を自動運転機器２２へ送信する（４４）。
【００３７】
自動運転機器２２は、運転指令を受信すると、運転指令の内容に応じて運転状態を、停止状態から稼働状態へ、あるいは稼働状態から停止状態へ切り替える動作を開始し（４７）、さらに、このような切り替え動作の開始を示す信号を運転指令部２０へ送信する（４８）。その後、自動運転機器２２は、運転状態の切り替えを完了し（４９）、稼働状態あるいは停止状態となる。
【００３８】
運転指令部２０は、自動運転機器２２から切り替え動作の開始を示す信号を受信し、切り替え動作の開始を確認すると（４５のＹ）、処理を完了する。また、運転指令部２０は、自動運転機器２２から切り替え動作の開始を示す信号が受信されず、切り替え動作の開始を確認できない場合（４５のＮ）、拒否信号を発信する。運転依頼判定部１９は、スマートデバイス２１あるいは運転指令部２０から拒否信号を受信すると、十分な台数の機器が稼動していないか稼動機器の台数が多すぎると判定し（３９のＮ）、再度、運転依頼先を選択する（４０）。なお、ステップ３９において、造水量に応じた適切な一定台数の自動運転機器２２が稼働していると判定された場合（３９のＹ）、運転依頼判定部１９は処理を完了する。
【００３９】
なお、事前に水需要者の了解が得られている場合などにおいては、スマートデバイス２１による承認操作を行うことなく、直接自動運転機器２２を自動運転しても良い。
【００４０】
上述したような本実施例によれば、浄水場の再生可能エネルギー利用効率に応じて造水処理が行われ、処理水が浄水場から送出されるので、再生可能エネルギーを有効利用した水処理および処理水の効率的消費が可能になる。
【００４１】
また、再生可能エネルギー利用効率が高い時により多くの水を処理して送出することができるので、再生可能エネルギーを有効利用し、かつその有効利用分に見合った水の消費が可能になる。
【００４２】
また、上記のような造水処理に応じて、水需要者に対して再生可能エネルギーの利用効率などの情報を開示することにより、造水の効率的な消費を促進できる。
【００４３】
さらに、造水計画に基づき自動で運転する水消費機器により、造水の効率的な消費が可能になり、変動する再生可能エネルギーを造水に有効利用することが可能になる。
【００４４】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。さらに、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【００４５】
例えば、本発明は、浄水場に限らず、再生可能エネルギーによる発電電力によって稼働する下水処理場や配水場などの水処理設備にも適用することができる。これらの水処理設備において、負荷は各種ポンプなどである。また、下水処理場における水処理は、汚物除去などの下水処理であり、配水場における水処理は浄水場から送出された水の分配処理である。また、再生可能エネルギー利用効率は、上記実施例のように再生可能エネルギーによる発電量と負荷の消費電力との比で示すほか、負荷の消費電力に対し再生可能エネルギーによる発電量が余剰になることを示すことができる指標、例えば、負荷の消費電力と再生可能エネルギーによる発電量との差分を用いて示しても良い。
【符号の説明】
【００４６】
1…浄水場
２…負荷
３…造水電力消費量計測装置
４…再生可能エネルギー発電装置
５…発電量計測装置
６…サーバ
７…記憶部
８…発電実績データベース
９…造水電力消費量データベース
１０…演算部
１１…再生可能エネルギー利用効率計算部
１２…気象情報データベース
１３…造水実績データベース
１４…再生可能エネルギー発電量予測部
１５…需要予測部
１６…造水計画部
１７…水の消費者
１８…自動運転機器データベース
１９…運転依頼判定部
２０…運転指令部
２１…スマートデバイス
２２…自動運転機器
１０１…通信部
１０２…通信回線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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