(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取送水管網の各所にポンプが設置され、需要家への給水の過程で浄水池または配水池に水道水を貯留する上水道システムの水運用計画を立案する装置において、
需要家の需要量を予測する需要予測部を有し、需要予測結果に基づいて各時刻の管路の流量計画、ポンプ運転計画、配水池の水位計画を含む運用計画を立案する計画立案部と、電力削減要請を受信する通信処理部と、給水の継続のリスクを評価するリスク評価部と、前記計画立案部による再立案の有無を判定する再立案判定部と、を有し、
前記計画立案部は、要請された電力削減条件に基づいて、電力削減要請を受けた時間帯の前記運用計画を立案し、
前記再立案判定部は、少なくとも、前記通信処理部が前記電力削減要請を受信する、または、前記リスク評価部がリスク有と判断すると、前記計画立案部に前記運用計画を再立案させることを特徴とする水運用計画立案装置。
【請求項２】
請求項１において、前記通信処理部は電力削減状況を送信することを特徴とする水運用計画立案装置。
【請求項３】
請求項１または２において、電力削減要請を受けた時間帯以外は施設毎またはエリア毎でのデマンド電力が契約電力以下になるように運用計画を立案することを特徴とする水運用計画立案装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、電力削減要請を受けた時間帯以外は施設毎またはエリア毎でのデマンド電力が過去１年以内の最大電力以下になるように運用計画を立案することを特徴とする水運用計画立案装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、電力削減要請を受けた時間帯以外では、施設毎またはエリア毎でのデマンド電力がオペレータが設定した目標電力以下になるように運用計画を立案することを特徴とする水運用計画立案装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、需要予測結果と最新の水位実績値から、安定供給継続時間と供給可能時間を算出し、システムの使用者に表示することを特徴とする水運用計画立案装置。
【請求項７】
請求項1乃至６のいずれかにおいて、需要予測結果と各時刻の水位計画値から安定供給継続時間と供給可能時間を算出し、表示することを特徴とする水運用計画立案装置。
【請求項８】
請求項1乃至７のいずれかにおいて、オペレータが設定した安定供給継続時間と供給可能時間の閾値と算出結果を比較し、再立案の有無を判定する再立案判定部を有することを特徴とする水運用計画立案装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水道の水運用計画を立案する水運用計画立案装置に係り、特に、電力削減要請に対応した水運用計画立案装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上水道プラントの監視制御システムにおいて、区域内に散在する浄水場、配水場、ポンプ場等の水道施設の運用計画を立案する装置が知られている。例えば、特許文献１では、需要予測部が、過去の水需要量データや当日の天気、気温、曜日をもとに当日の水需要量を予測する。また、計画立案部が当日の水需要量の予測をもとに、水源からの取水計画や配水池への送水計画を立案する。さらに、再立案判定部が計画値と実績値の間の乖離を判定し、所定の乖離が発生した場合には再計画を行う。
【０００３】
電気事業者が抱える電力需給の逼迫の問題に際して、電気事業者またはそれを代行するアグリゲータが電力の需要家に電力削減要請を行うデマンドレスポンスが検討されている。要請を受けた需要家はエネルギーマネジメントシステム等を活用し、抑制時間帯の電気機器の電力を抑制する。
【０００４】
水道ではポンプの電力使用量が水道設備全体の電力使用量の８割を占めると言われており、抑制時間帯のポンプの運転調整を行うことで、電力削減要請への対応が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０２５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では所定の乖離が発生した場合に水運用計画システムは再立案を行っていた。しかし、電力削減要請に際しては、乖離の発生に関係なく再立案が必要である。また、電力削減要請で指定を受けた時間帯は要請内容を可能な限り守る計画が必要となる。同時に、ポンプの運転調整の結果、断水等が発生しないよう、需要家への給水が保証された計画である必要がある。また、電力削減要請の有無に関わらず、施設毎または複数施設をまとめたエリア毎の契約電力の抑制が求められている。
そこで、本発明の目的は、水道の需要家へ影響を与えることなく、ピーク電力を抑制した水道設備の運用計画を立案する水運用計画立案装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の水運用計画立案装置は、取送水管網の各所にポンプが設置され、需要家への給水の過程で浄水池または配水池に水道水を貯留する上水道システムの水運用計画を立案する装置において、需要家の需要量を予測する需要予測部を有し、需要予測結果に基づいて各時刻の管路の流量計画、ポンプ運転計画、配水池の水位計画を立案する計画立案部を有し、電力削減要請を受けた時間帯には要請内容を守るように運用計画を立案することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水道の需要家へ影響を与えることなく、ピーク電力を抑制した水道設備の運用計画を立案することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態のデマンドレスポンスシステムの概略構成を表す図である
【図２】実施形態の上水道システムの概略構成を表す図である
【図３】実施形態の水運用計画立案装置の構成を表す図である
【図４】実施形態の再立案判定部の処理フローを表す図である。
【図５】実施形態の計画立案部の処理フローを表す図である。
【図６】実施形態のリスク評価部の処理フローを表す図である。
【図７】実施形態の安定供給継続時間と供給可能時間を説明する図である。
【図８】実施形態の水運用計画立案装置の出力装置に表示する画面を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、電力削減要請を水運用計画システムにおける再立案の条件とし、抑制時間の電力削減と給水の継続を両立した運用計画を作成する。また、電力削減要請がない時間帯は施設毎またはエリア毎のデマンド電力が契約電力や過去１年以内の最大電力、オペレータが設定した目標電力以下になるよう計画する。さらには、配水池への水の流入が停止すると仮定し、あらかじめ設定された運用下限水位に到達するまでの時間(安定供給継続時間)と施設下限水位に到達するまでの時間（供給可能時間）を需要予測結果と配水池の水位計画値または最新の実績値から算出するリスク評価処理と、システムの使用者に提示するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を備える。上記構成によれば、電力削減要請を受けた場合にも水道の需要家に断水等の影響を与えることなく、水道事業者はデマンドレスポンスを行うことができる。また、安定供給継続時間と供給可能時間を算出し、画面表示することで、システムの使用者であるオペレータは電力削減要請時に給水の継続性に関するリスクを視認できる。また、日々の運用の中でポンプ故障等の突発的な事象により配水池の水位が低下した場合にも、供給停止に至るまでの時間と対策に要する時間を比較、検討することができる。
以下、本発明に係る水運用計画立案装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下に示す例に限定されない。
【００１１】
図１にデマンドレスポンスにおける各システムの概略構成を示す。電力事業者またはアグリゲータ１０が有する電力削減管理装置９０はネットワーク８０を介して、水運用計画センター２０の水運用計画立案装置と電力削減要請または要請内容の変更の送信、電力削減実施状況の受信を行っている。デマンドレスポンスに関連する情報を送受信する通信規格として例えばOpenADR2.0bが存在する。また、水運用計画センター２０はネットワーク７０a、７０b、７０c、７０dを介して取水場３０、浄水場４０、ポンプ場５０、配水場６０とそれらを管路で繋ぐ取送水管網に対して、計画値の送信、実績値の受信を行っている。なお、取水場３０、浄水場４０、ポンプ場５０、配水場６０を総称して施設という。ここで、計画値とは実行日を含む指定日数の期間にわたる管路の流量目標値、配水池の水位目標値、ポンプの運転台数目標値、流量制御弁の開閉目標値等を指し、１５分毎や３０分毎の目標値が計画される。実績値とは各管路の流量を示すデータと水位計から得た配水池の水位を示すデータ、ポンプの運転台数を示すデータ、施設の３０分デマンド電力、電力使用量を示すデータ等を指す。
【００１２】
図２に、本発明の一実施形態に係る水道供給網の概略構成を示す。水道では取送水管網の各所にポンプが設置されている。ポンプ３１は浄水場４０へ、ポンプ４２は配水場６０a内の配水池６１aへ、ポンプ５１は配水場６０b内の配水池６１aへ水を送っている。配水池６１a、６１bに貯められた水道水は需要家６２a、６２bへ給水している。浄水場は水源から取水された原水を需要家へ給水可能な水質にするための薬品注入設備、沈殿設備、ろ過設備等の浄水設備（不図示）を有する。また、需要家へ給水可能な水質となった水道水を貯留する浄水池４１がある。
【００１３】
水道におけるデマンドレスポンス実施手法を述べる。浄水池や配水池は水需要の変動や災害の発生等に備えて、多量の水道水を貯蔵することが可能である。例えば水道設計指針において、配水池容量は計画一日最大給水量の１２時間を標準と定められている。電力削減要請時には浄水池や配水池の貯水量を活用することで、ポンプの運転を調整できる。具体的には、ポンプの運転を制限し浄水場、配水場への流入が減少した場合でも、浄水池、配水池の貯水量を活用すれば、一定時間は需要家へ給水を継続することが可能となる。ただし、ポンプを停止することは水道事業者にとってはリスクとなるため、ポンプを停止した場合に何時間給水を継続できるかが重要な情報となる。
【００１４】
図３に、本発明の一実施形態に係る水運用計画立案装置の構成を示す。なお、図面には本発明に関連する要部のみを示す。
【００１５】
図３に示すように、水運用計画立案装置１００は、水運用計画の立案処理を行う情報処理装置１３０と、オペレータからの各種データの入力や各種指示を受付けるための入力装置１１０と、情報処理装置１３０からデータをオペレータに提示するための出力装置１２０とを有する。
【００１６】
情報処理装置１３０は、各種演算処理を行うものとしてリスク評価部２００、需要予測部２１０、計画立案部２２０、再立案判定部２３０、グラフィカルユーザインタフェース部２４０、通信処理部２５０を有する。また、演算結果やデータを記憶するために予測需要量記憶部３００、施設条件記憶部３１０、実績値記憶部３２０、計画値記憶部３３０、電力削減条件記憶部３４０、リスク評価記憶部３５０を有する。  
【００１７】
各種処理部について説明する。
【００１８】
グラフィカルユーザインタフェース部２４０は、各記憶部に格納された情報を読み込み、出力装置１２０の画面に表示をおこなう。具体的には、電力削減要請の受信をオペレータに通知する画面、監視下にある水道施設の運転状況と電力の使用状況を表示する画面、立案した計画値、実績値とリスク評価結果を表示する画面等である。また、グラフィカルユーザインタフェース部２４０は、入力装置１１０を介して、オペレータが入力する各種のデータおよび指示を受け付ける。具体的には施設条件や目標電力の入力、リスク評価の判定閾値の入力等である。
【００１９】
需要予測部２１０はオペレータからグラフィカルユーザインタフェース部２４０を介して入力された需要予測条件（例えば立案日、立案期間、前日、当日の天候、最高気温等）に基づいて、需要予測を行い、その予測結果をグラフィカルユーザインタフェース部２４０に出力するともに予測需要量記憶部３００へ格納する。
【００２０】
通信処理部２５０は、ネットワーク８０を介して、電力削減管理装置９０から電力削減要請の受信し、電力削減条件記憶部３４０に書き込む。電力削減条件記憶部３４０は、通信処理部３２０が受信した電力削減条件を記憶する。具体的には、デマンドレスポンスを開始する時刻、デマンドレスポンスを終了する時刻またはデマンドレスポンスを継続する時間、要請された削減電力、デマンドレスポンス実施結果を算出するためのベースライン電力等の情報を指す。また、実績値記憶部３２０を読み込み、ネットワーク８０を介して、電力削減管理装置９０へデマンドレスポンス実施状況の送信を行う。それと平行して、通信処理部２５０はネットワーク７０aから７０dを介して、各施設から受信した実績値を実績値記憶部３２０に格納するとともに計画値記憶部３３０を読み込み各施設へ計画値を送信する。  
【００２１】
図４に再立案判定に係るフローを示す。再立案判定部２３０は、電力削減条件記憶部３４０を読み込み、電力削減要請の有無を判定し、要請有の場合に計画立案部２２０を呼び出す。また、リスク評価記憶部３５０を読み込み、リスク評価部２００が算出したリスク評価結果を判定し、リスク有の場合に計画立案部２２０を呼び出す。なお、リスク有とは、後述の安定供給継続時間、供給可能時間がオペレータが入力した閾値未満になることをいう。
【００２２】
計画立案部２２０は、予測需要量と施設条件、電力削減条件に基づいた演算を行い、計画値を計画値記憶部３３０に書き込む。なお、電力削減要請がない場合であっても、計画立案部２２０は運用を計画することができる。
【００２３】
計画立案部２２０は電力会社や電力アグリゲータからの電力削減要請条件を満たす運用計画を立案する。電力削減要請がない通常時は施設毎またはエリア毎でのデマンド電力が契約電力や過去１年以内の最大電力、オペレータが設定した目標電力以下になるよう計画する。電力削減条件を満たせない場合は、各制約条件を満たした上で最大の電力削減が可能な運用計画を立案する。また、ここで、施設とは一つの電力契約がされた設備群をいう。また、エリア毎とは複数の施設の集まりをいう。
【００２４】
図５に計画立案に係るフローを示す。計画立案の前提条件として予測需要量記憶部３００、施設条件記憶部３１０、電力削減条件記憶部３４０に演算結果や制約条件が設定済みである必要がある。はじめに予測需要量記憶部３００へ格納された予測需要量時系列、施設条件記憶部３１０から各配水池の容量と運用上下限水位情報、ポンプの送水量と消費電力、契約電力等、電力削減条件記憶部３４０に格納されている電力削減要請の有無、目標電力等を読み込む。また実績値記憶部３２０から各配水池の最新水位と過去１年以内の最大電力を読み込む。これらの情報を用いて、計画実行日を含む指定日数の期間にわたる運用が所定の電力以下となるよう計画する。計画手法として、線形計画法や混合整数計画法がある。計画立案では、設定した条件の中で最も小さい電力以下にすることを第一の目標とする。目標が達成不可の場合には、次に小さい電力以下になるよう計画立案を行う。以降、目標が達成されるまで電力の条件を緩和していき、そのいずれもが達成できない場合には達成可能な範囲で電力が最小となるよう計画を立案する。立案結果は計画値記憶部３３０へ格納する。
【００２５】
リスク評価部２００は、計画値または実績値に対するリスクを評価し、リスク評価記憶部３５０に格納するとともにグラフィカルユーザインタフェース部２４０に出力する。
図６にリスク評価に係るフローを示す。リスク評価の前提条件として予測需要量記憶部３００、施設条件記憶部３１０、電力削減条件記憶部３４０に演算結果や制約条件が設定済みである必要がある。はじめに、予測需要量記憶部３００から予測需要量時系列を、計画値記憶部３３０から配水池の水位計画を施設条件記憶部３２０から配水池の断面積と運用下限水位と施設下限水位を取得し、安定供給継続時間と供給可能時間を算出する。
【００２６】
図７に安定供給継続時間と供給可能時間の概念図を示す。評価開始時刻の水位を基準として、ポンプの運転が停止したと仮定した場合に配水場の水位が低下し運用下限水位に到達するまでの猶予時間を算出したものを安定供給継続時間とする。
安定供給継続時間 ＝ 運用下限到達時刻−評価開始時刻
また、施設下限水位に到達するまでの猶予時間を供給可能時間とする。なお、水道の運用上は施設下限水位に到達すると給水の継続が不可能となり断水となる。
供給可能時間 ＝ 施設下限到達時刻−評価開始時刻
評価開始時刻を変更し、計画期間内の全時刻分の安定供給継続時間と供給可能時間を算出したものを、各時刻のリスク評価結果としてリスク評価記憶部に格納する。また、最新時刻の水位実績値に対して安定供給継続時間と供給可能時間を算出することで現時点でのリスク評価を実施する。時系列でシステムの使用者に表示することができ、リスクの可視化に繋がる。
図８にリスク評価結果の画面例を示す。リスク評価結果画面では各配水場の実績水位トレンド５００、予測水位トレンド５１０、各時刻の安定供給継続時間５２０、各時刻の供給可能時間５３０をグラフ表示する。また、現在時刻の水位５４０、現在時刻の安定供給継続時間５５０、現在時刻の供給可能時間５６０、運用下限水位５７０、施設下限水位５８０を表示する。
【符号の説明】
【００２７】
１０…電気事業者またはアグリゲータ、２０…水運用計画センター、３０…取水場、４０…浄水場、５０…ポンプ場、６０…配水場、７０、８０…ネットワーク、９０…電力削減管理装置、１００…水運用計画立案装置、１１０…入力装置、１２０…出力装置、２００…通信処理部、２１０…需要予測部、２２０…計画立案部、２３０…再立案判定部、２４０…グラフィカルユーザインタフェース部、３００…予測値記憶部、３１０…施設条件記憶部、３２０…実績値記憶部、３３０…計画値記憶部、３４０…電力削減条件記憶部、３５０…リスク評価記憶部。
【図１】
0006568776.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006568776.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006568776.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006568776.tif 000008
【図８】
0006568776.tif 000009