JP2003010835A - 上下水処理場向け省エネルギ提案システム及び上下水処理場向け省エネルギ提案方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】上下水処理場の省エネルギを提案する。 【解決手段】水質計算部１０３と、処理水水質目標値設
定部１０１と、処理水量時系列データ設定部１０２と、
水質目標値を達成可能なポンプ又はブロワの吐出量を推
算する最適吐出量計算部１０８と、機器特性設定部１１
６と、施設特性設定部１１９と、現状機器電力使用量１
０９と更新機器電力使用量１１０を計算する電力使用量
計算部１１１と、夫々の使用量を画面に表示する機能を
備えた電力使用量解析結果表示部１１２とを備える。 【効果】有効な機器更新を提案し、適切な上下水処理場
向け省エネルギ提案システム及びその方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上下水処理場向け
省エネルギ提案システム及び上下水処理場向け提案方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の浄水処理プロセス，下水処理プロ
セス，排水処理プロセスなどは、一般的に経験や知識を
持った操作員による状況の監視と判断によって運転管理
されている。このようなプラントでは操作員の果たす役
割が過度に大きく、（１）省力化が困難、（２）ヒュー
マンエラーが入り易い、（３）エネルギ的に最適な運転
条件である保証がない、などの課題が残っている。

【０００３】これらの課題に対する解決策の一つとし
て、数理モデルに基づいたシミュレータを用いた自動運
転制御あるいは運転支援が提案されている。ここで言う
数理モデルは、それぞれの処理水に含まれる物質が微生
物や酸化剤によって変化する状態を模擬した生物・化学
反応モデルと流入・流出による物質収支、場合によって
は数値流体解析も含めた物理モデルを同時に計算するも
のを指している。このうち下水処理および排水処理の生
物反応モデルとしては、ＩＡＷＱ（国際水質会議、Inte
rnational Association on Water Quality）の提案して
いるＩＡＷＱモデルが良く知られている。

【０００４】このＩＡＷＱモデルを用いてプロセスを制
御する方法としては、例えば、特開平１０−２３５３３
３号公報があげられる。この公報では、ＩＡＷＱモデル
あるいはそれに準ずる数理モデルを用いて下水処理場の
シミュレーション及び制御を実施する技術が開示され、
各槽の結合状態や入出力項目，制御方式などを画面上で
容易に設定できるようにすたものである。このように、
下水処理場の水質計算を実施し、より適切な制御を支援
するシステムが提案されてきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これまでの制
御支援システムの計算結果として与えられるブロワやポ
ンプの吐出量は連続的な値であった。これに対し、ブロ
ワやポンプを最もエネルギ効率の良い定格条件で運転す
ると、吐出量は離散的な値となる。一般的には、連続的
に変動する吐出量を得るためには、バルブの弁開度を調
整して実現することが多い。しかし、バルブを用いて吐
出量を調整すると圧力損失が生じ、エネルギが消費され
る。このようなエネルギ消費は運転管理上ロスであり、
水質シミュレーションなどの制御支援システムの結果を
最適に生かしているとは言えない。無駄な圧力損失を生
じず、かつ連続的に変動する吐出量を実現できる代表的
な手法として、インバータを導入した回転数制御があ
る。ただし、この手法は主に下水処理場で散気に用いら
れるターボブロワについては適用できない。そこでター
ボブロワに関しては、回転数制御ほどの大きな効果は望
めないが、できるだけ無駄なエネルギ消費を抑制する目
的でインレットベーンを用いる方法が有効である。

【０００６】このように、インバータあるいはインレッ
トベーンのような制御機器を導入することで連続的に変
動する吐出量が電力のロスを抑制しながら実現でき、制
御支援システムの計算結果をより有効に用いることが可
能となる。しかしながら、シミュレータを用いた水質計
算と制御機器導入時の計算を同時に実施し、水質シミュ
レータの結果である運用改善を前提とした場合の機器更
新の効果を顧客に提案できるシステムはこれまで存在し
なかった。従って、顧客は水質シミュレータに基づく制
御支援システムを導入してもその結果を有効に実現する
ことができず、逆にインバータ機器を導入してもそれを
どのように運転すれば最適に運転可能か判断することが
困難であった。

【０００７】特開２０００−１０７７４４号公報には、
省エネルギと水質シミュレータに関する技術が記載され
ている。しかしながら、省エネルギ計算プログラムに関
する技術と水質シミュレータに関する技術は夫々単独で
開示されており、両者を考慮した技術や具体的に省エネ
ルギを達成するための機器更新等に関しては考慮されて
いない。

【０００８】本発明の目的は、水質シミュレータによっ
て求めた運用改善条件を満足できるような機器更新を実
施した場合の省エネルギ量を計算することによって、よ
り有効な機器更新の提案を支援して、適切な上下水処理
場向け省エネルギ提案システム及び上下水処理場向け省
エネルギ提案方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
省エネルギ提案システムにおいて、浄水場あるいは下水
処理場の処理水水質を計算により摸擬可能な水質計算部
と、処理水水質目標値を設定する処理水水質目標値設定
部と、処理水量時系列データを設定する処理水量時系列
データ設定部と、該水質計算部を制御して反復計算を実
施することにより該処理水水質目標値を達成できるポン
プあるいはブロワの最適吐出量を推算する最適吐出量計
算部と、ポンプあるいはブロワの機器特性を設定するた
めの機器特性設定部と、処理場施設の特性を設定するた
めの施設特性設定部と、現状の機器を用いて該最適吐出
量を得るために必要な最適吐出量現状機器電力使用量、
およびポンプの場合はインバータ、ブロワの場合はイン
レットベーンを用いて機器を更新した際に必要となる最
適吐出量更新機器電力使用量を計算する電力使用量計算
部と、少なくとも該電力使用量計算部によって計算され
た該最適吐出量現状機器電力使用量と該最適吐出量更新
機器電力使用量とを画面に表示する機能を備えた電力使
用量解析結果表示部と、を備えた点である。

【００１０】本発明の第２の特徴は、省エネルギ提案シ
ステムにおいて、ポンプあるいはブロワの機器特性であ
るＱ−Ｈ曲線と効率曲線をポインティングデバイスを用
いて図形的にあるいは離散的数値の入力によって設定す
る機器特性曲線入力部を該機器特性設定部の前段に備え
たのである。

【００１１】本発明の第３の特徴は、省エネルギ提案シ
ステムにおいて、機器の定格吐出圧と定格吐出流量を設
定する機器定格値入力部と、機器の種類を設定する機器
種類入力部と、機器それぞれの種類に対応した、典型的
な無次元化Ｑ−Ｈ曲線形状および無次元化効率曲線形状
を記憶している無次元化機器特性曲線データベースと、
該無次元化機器特性曲線データベースに機器種類を与え
ることで得られた該無次元化Ｑ−Ｈ曲線形状および該無
次元化効率曲線形状に該定格値入力部から入力された該
定格吐出圧と該定格吐出流量を乗ずることにより、機器
の具体的なＱ−Ｈ曲線および効率曲線を算出する機器特
性曲線算出部と、を該機器特性設定部の前段に設けた点
である。

【００１２】本発明の第４の特徴は、省エネルギ提案シ
ステムにおいて、少なくとも実揚程と配管径と配管長を
入力できるようにした施設特性入力部を該施設特性設定
部の前段に備えた点である。

【００１３】本発明の第５の特徴は、省エネルギ提案シ
ステムにおいて、該最適吐出量現状機器電力使用量と該
最適吐出量更新機器電力使用量から機器を更新した場合
の改善比率を計算する改善比率計算部と、該改善比率部
によって計算された該改善比率を画面に表示する機能を
備えた改善比率表示部と、を備えた点である。

【００１４】本発明の第６の特徴は、省エネルギ提案シ
ステムにおいて、電力使用量実績値を時系列データとし
て与えるための電力使用量実績値入力部と、該電力使用
量実績値を画面に表示する機能を備えた電力使用量実績
値表示部と、を設けた点である。

【００１５】本発明の第７の特徴は、省エネルギ提案シ
ステムにおいて、該電力使用量実績値と該処理水量時系
列データから単位処理流量当たり電力使用量現状値を、
該機器特性と該処理場施設特性および該処理水量時系列
データから単位処理流量当たり電力使用量計算値を算出
する原単位計算部と、該単位処理流量当たり電力使用量
現状値と該単位処理流量当たり電力使用量計算値とを画
面に表示する機能を備えた原単位解析結果表示部と、を
備えた点である。

【００１６】本発明の第８の特徴は、省エネルギ提案シ
ステムにおいて、原単位偏差許容値を設定する原単位偏
差許容値設定部と、該単位処理流量当たり電力使用量現
状値と該単位処理流量当たり電力使用量計算値との偏差
を該原単位偏差許容値と比較する原単位偏差比較部と、
該原単位偏差比較部で比較した結果、該単位処理流量当
たり電力使用量現状値と該単位処理流量当たり電力使用
量計算値との偏差が該原単位偏差許容値より大きけれ
ば、機器性能劣化メッセージを画面に表示する劣化診断
結果表示部とを備えた点である。

【００１７】本発明の第９の特徴は、省エネルギ提案シ
ステムにおいて、少なくとも該電力使用量計算部によっ
て計算された該最適吐出量現状機器電力使用量と該最適
吐出量更新機器電力使用量とを書面として印刷する機能
を有する自動報告書作成部とを備えた点である。

【００１８】本発明の第１０の特徴は、第一のポンプ又
は第一のブロワを備えた浄水場或いは下水処理場の処理
水水質を計算する水質計算部と、前記浄水場或いは下水
処理場処理水水質の目標値を設定する処理水水質目標値
設定部と、前記水質計算部及び前記処理水水質目標値設
定部の情報に基づき該処理水水質目標値を達成可能な前
記第一のポンプ又は第一のブロワの吐出量を計算する吐
出量計算部と、前記処理水水質目標値を達成可能な前記
第一のポンプ又は第一のブロワの吐出量を得るための機
器電力使用量を計算する第一の電力使用量計算部と、更
新可能な第二のポンプ又は第二のブロワにおける該処理
水水質目標値を達成可能な第二のポンプ又は第二のブロ
ワの吐出量を得るための機器電力使用量を計算する第二
の電力使用量計算部と、を備えたことである。

【００１９】本発明の第１１の特徴は、ポンプ又はブロ
ワを備えた浄水場或いは下水処理場の処理水水質を水質
計算部により計算するステップと、該処理水水質の目標
値を処理水水質目標値設定部により設定するステップ
と、処理水の処理水量時系列データを処理水量時系列デ
ータ設定部に設定するステップと、該水質計算部で処理
水を反復計算して該処理水水質の目標値を達成するよう
に前記ポンプ又はブロワの吐出量を計算するステップ
と、前記ポンプ又はブロワの機器特性を設定するステッ
プと、前記浄水場或いは下水処理場の施設の特性を設定
するステップと、前記ポンプ又はブロワで該吐出量を得
るために要する現状機器電力使用量と、前記ポンプ又は
ブロワを更新する際に要する更新機器電力使用量を計算
するステップと、前記現状機器電力使用量と前記更新機
器電力使用量とを提示するステップとを含むことであ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明の第１の実施の形態を示すシステム構成図である。

【００２１】本システムは、浄水場や下水処理場の処理
水の目標とする水質を設定する処理水水質目標値設定部
１０１と、処理水量の時系列の情報を設定する処理水量
時系列データ設定部１０２と、処理水が目標となる水質
となるようにポンプやブロアの吐出量を計算する最適吐
出量計算部１０８と、処理水の水質を計算する水質計算
部１０３と、ポンプやブロア等の機器の特性を設定する
機器特性設定部１１６と、機器の電力使用量を計算する
電力使用量計算部１１１と、浄水場や下水処理場の施設
の特性を設定する施設特性設定部１１９と、計算された
電力使用量を提示する電力使用量解析結果表示部１１２
を備えている。

【００２２】最適吐出量計算部１０８には、処理水水質
目標値設定部１０１で設定された処理水水質目標値１０
５と処理水量時系列データ設定部１０２で設定された処
理水量時系列データ１０６が与えられる。最適吐出量計
算部１０８では、水質計算部１０３を制御して反復計算
を実施し、処理水水質目標値１０５を満足できるような
ポンプあるいはブロワの適切な吐出量である最適吐出量
１０７を計算することができる。

【００２３】ここで、最適吐出量１０７を求める目的の
ために用いられる最も簡単な計算方法は総当たり法であ
る。例えば、ブロワの吐出量として、まず、任意の値を
設定し、水質計算部１０３で水質計算を実施して処理水
水質１０４を得て、処理水水質目標値１０５と比較する
手順である。この手順を全運転範囲にわたって計算する
によって、最適吐出量１０７を求めることができる。な
お、総当たり法でなくとも、はさみうち法，最急降下法
など様々な数学的手法を用いる方が、計算量が少なく、
時間的には早いと考えられる。但し、ここでは特にこの
手法については特定しない。同様にして、ポンプの場合
であれば処理水水質目標値１０５を満足するようなポン
プの吐出量の最小値を最適吐出量１０７として求めるこ
とができる。ただし、この計算の対象となるポンプは、
下水処理で言えば、返送汚泥を前段に戻す返送汚泥ポン
プと、硝化液を脱窒槽へ戻す循環ポンプが主となる。

【００２４】処理水量時系列データ１０６は、計算条件
として与えられているため、汚水ポンプの吐出量は最適
吐出量計算部１０８では最適化されない。

【００２５】水質計算部１０３の数理モデルとしては、
ＩＡＷＱが提案しているＡＳＭＮo.２が代表的である
が、ニューロ，ファジー，知識ベース法などこれ以外の
数理モデルでも使用することができる。

【００２６】上記のように求められたポンプあるいはブ
ロワの最適吐出量１０７は、電力使用量計算部１１１に
与えられる。電力使用量計算部１１１では、最適吐出量
107を実現するためにバルブ制御した場合と回転数制御
あるいはインレットベーン制御した場合とにおける電力
使用量を計算する。ここで、バルブ制御する場合には、
現状の機器で最適吐出量１０７を実現するため、以下、
最適吐出量現状機器電力使用量１０９と称する。同様
に、インバータあるいはインレットベーンなど機器を更
新あるいは増設して最適吐出量１０７を実現する際に消
費される電力を、以下、最適吐出量更新機器電力使用量
１１０と称する。

【００２７】本実施の形態では、電力使用量を計算する
にあたって、ポンプあるいはブロワの機器特性１１７を
機器特性設定部１１６から与えることができる。

【００２８】具体的に、必要な機器特性は、Ｑ−Ｈ曲線
と効率曲線等である。Ｑ−Ｈ曲線はポンプの場合揚程曲
線，ブロワの場合吐出圧曲線とも呼ぶ。効率曲線は、ポ
ンプの場合ポンプ効率曲線，ブロワの場合ブロワ効率曲
線とも呼ぶ。

【００２９】処理場施設特性１１８は、施設特性設定部
１１９から与えることができる。ここで、具体的に必要
な施設特性は、実揚程，配管長，配管径等である。この
ような、実揚程，配管長，配管径と、処理水量時系列デ
ータ１０６があれば、抵抗曲線を求め計算することがで
きる。

【００３０】この抵抗曲線とＱ−Ｈ曲線および効率曲線
によって、電力使用量の計算が可能となる。ポンプの場
合の計算手法とブロワの計算手法は一部異なるので、以
下、夫々について説明する。

【００３１】まず、図２を用いポンプの計算手法の概略
を説明する。図２は、流量Ｑを横軸に、Ｑ−Ｈ曲線と抵
抗曲線とを示したものである。ここで、Ｑ−Ｈ曲線と抵
抗曲線とは任意の１点で交わる。この点を動作点Ａと呼
び、ポンプはこの動作点Ａで稼働する。バルブ制御した
場合と回転数制御をした場合には動作点Ａ（流量Ｑ_A，
吐出圧Ｈ_A）の位置が動作点Ｂ（流量Ｑ_B，吐出圧Ｈ_B）
や動作点Ｃ（流量Ｑ_B，吐出圧Ｈ_C ）のように異なり、
同じ吐出流量に対して吐出圧が異なる値となる。このよ
うにして求めたそれぞれの吐出流量に対する吐出圧をも
とにしてポンプの電力使用量は次の手順で求められる。

【００３２】（１）水動力の計算。水動力＝ｋ・吐出圧
・吐出流量（ｋは比例定数）に基づき水動力を計算す
る。

【００３３】（２）軸動力の計算。軸動力＝水動力／ポ
ンプ効率に基づき軸動力を計算する。

【００３４】（３）モータ入力電力の計算。モータ入力
電力＝軸動力／モータ効率に基づきモータ入力電力を計
算する。また、インバータを使用せずバルブ制御する場
合には、このモータ入力電力を積算することにより電力
使用量を求めることができる。これが最適吐出量現状機
器電力使用量１０９に相当する。

【００３５】（４）インバータ入力電力の計算。インバ
ータを用いる場合には、インバータ入力電力＝モータ入
力電力／インバータ効率に基づきインバータ入力電力を
計算する。また、インバータを用いて回転数制御する場
合には、このインバータ入力電力を積算することにより
電力使用量を求めることができる。これが最適吐出量更
新機器電力使用量１１０に相当する。

【００３６】以上のような手順で、ポンプの電力使用量
を計算することができる。

【００３７】次に、ブロワに関する電力使用量の計算に
ついて説明する。ブロワに関する電力使用量計算におい
ても、図２に示す動作点が必要となるが、通常散気に用
いられるターボブロワは回転数制御ができない。そのた
め、省エネルギを目的とした現実的な選択肢はインレッ
トベーン制御である。インレットベーン制御ではブロワ
効率を与える効率曲線の形状が変わることによって省エ
ネルギが達成できる。ブロワに関する電力使用量の計算
手順は以下のとおりである。

【００３８】（１）空気動力の計算。空気動力≒ｋ・吐
出圧・風量（ｋは定数）に基づき空気動力を計算する。

【００３９】（２）軸動力の計算。軸動力＝空気動力／
ブロワ効率に基づき軸動力を計算する。ここで、図３に
示すように、ブロワ効率が異なるため、バルブ制御とイ
ンレットベーン制御とで軸動力の値は異なる値をとる。

【００４０】（３）モータ入力電力の計算。モータ入力
電力＝軸動力／モータ効率に基づきモータ入力電力を計
算する。このモータ入力電力を積算することで電力使用
量を求めることができる。これがバルブ制御をした場合
の最適吐出量現状機器電力使用量１０９およびインレッ
トベーン制御をした場合の最適吐出量更新機器電力使用
量１１０に相当する。

【００４１】以上のような手順で、ブロアの電力使用量
を計算することができる。

【００４２】次に、電力使用量解析結果表示部１１２で
は、上記のように求めた最適吐出量現状機器電力使用量
１０９と最適吐出量更新機器電力使用量１１０をとりこ
み、操作員に分かるように数値，トレンドグラフ，表な
どの形式で計装盤あるいはモニタ上に表示することがで
きる。この表示例を図４に示す。

【００４３】図４では、現状機器による年間トータルの
電力使用量と、更新機器による年間トータルの電力使用
量との双方の情報が提示され、捜査員に対して簡易に省
エネルギ情報を提供でき、操作員などが容易に省エネル
ギの判断が可能となる。

【００４４】なお、図４では、現状機器と更新機器の時
刻による電力使用量の情報についても提供でき、操作員
等が正確に省エネルギの判断が可能となる。

【００４５】本第一の実施の形態によると、機器の最適
吐出量を水質計算部の計算値に基づいて決定する最適吐
出量計算部と、機器特性と施設特性に基づいてポンプや
ブロワをバルブ制御した場合やインバータ制御した場
合、インレットベーン制御した場合の電力使用量を計算
できる電力使用量計算部とを備えているため、処理水水
質目標値を達成できるような最適運転量を計算でき、そ
の運転条件を現状の機器で実現した場合の電力使用量を
求めることができる。

【００４６】さらに、インバータやインレットベーンを
導入してその運転条件を実現した場合の電力使用量を求
めることができる。この２つの電力使用量が画面に表示
されるため、最適運転量を実現する場合のインバータや
インレットベーンの効果を明らかにでき、ポンプやブロ
ワの更新計画に役立つ。また、それらの機器を更新した
後においても、処理水水質目標値を達成できるような運
転の支援にも用いることができ、経験の少ない操作員で
あっても適切な運転が可能となる。

【００４７】（第２の実施の形態）図５は、本発明の省
エネルギ提案システムの一実施形態である。

【００４８】この実施形態においては、機器特性設定部
１１６へＱ−Ｈ曲線２０１および効率曲線２０２を入力
する機器特性曲線入力部２０３を備える。これら機器特
性曲線の入力方法には、（１）図形として入力する、
（２）数値として入力する、の２つが考えられる。この
うち（１）の図形として入力する方法は、例えば画面上
にデフォルトで一般的な形状のＱ−Ｈ曲線を表示し、マ
ウスなどのポインティングデバイスを用いてその曲線を
変形させ、機器特性曲線を入力することが考えられる。
（２）としては、Ｑ−Ｈ曲線の端点の間の有限個の座標
の値をキーボードから打ち込むことで近似曲線として入
力することが考えられる。（１）（２）の手法はともに
Ｑ−Ｈ曲線２０１の入力、および効率曲線２０２の入力
に適用できる。

【００４９】本第２の実施の形態によると、機器特性曲
線入力部を備えたことにより、様々な機器の特性曲線を
設定することが可能となる。さらに、ポインティングデ
バイスを用いて図形的に入力できる機能を備えたこと
で、入力の手間を低減でき、入力ミスを低減することが
可能となる。また、数値入力による設定機能を備えたこ
とで、数値として与えられている特性曲線データを誤差
なく入力することが可能である。

【００５０】（第３の実施の形態）図６は、本発明の省
エネルギ提案システムの一実施形態である。

【００５１】この実施形態においては、いくつかの無次
元化機器特性曲線パターンをデータベースに準備してお
き、入力によって与えた機器種類３０４と定格値をその
パターンに当てはめて近似的にＱ−Ｈ曲線２０１および
効率曲線２０２を求める。これにより、機器特性設定部
１１６にＱ−Ｈ曲線２０１および効率曲線２０２のデー
タを簡便に与えることが可能となる。ポンプを例にとる
と、下水処理では主に軸流ポンプ，斜流ポンプ，渦巻ポ
ンプの３種類が用いられる。これらのポンプの特性は異
なり、Ｑ−Ｈ曲線や効率曲線の形状もそれぞれ異なる。
しかし、同じ種類同士、例えば軸流ポンプ同士ではＱ−
Ｈ曲線や効率曲線の相対的な形状はほぼ同じとみなせ
る。従って、ポンプの場合は無次元化機器特性曲線デー
タベース３０８に３種類の曲線形状を記憶しておき、機
器種類入力部３０５で与えられたポンプの機器種類３０
４に対応する無次元化Ｑ−Ｈ曲線形状３０６と無次元化
効率曲線形状３０７を呼び出し、それにポンプの定格吐
出圧３０２と定格吐出流量３０３を乗じる操作を機器特
性曲線算出部３０９で実施することで、Ｑ−Ｈ曲線およ
び効率曲線を近似的に求めることができる。定格吐出圧
３０２と定格吐出流量３０３は機器定格値入力部３０１
から入力する。この手法を用いれば、操作員が設定すべ
き項目はポンプの機器種類３０４と定格吐出圧３０２，
定格吐出流量３０３のみとなり、請求項２の場合に比べ
て機器特性曲線の入力にかかる手間を大幅に低減するこ
とが可能となる。

【００５２】本第３の発明の実施の形態によると、機器
の種類に応じた典型的特性曲線データベースを備えたこ
とにより、それぞれの機器の定格値と種類を与えるだけ
で近似的に機器特性曲線を設定できる。これにより、機
器特性曲線の入力が大幅に容易になる。

【００５３】（第４の実施の形態）図７は、本発明の省
エネルギ提案システムの一実施形態である。

【００５４】この実施形態においては、第１の実施の形
態で述べた施設特性設定部１１９にそれぞれの処理場の
施設特性を与えるため、少なくとも実揚程４０２と配管
径４０３と配管長４０４を入力できるようにした施設特
性入力部４０１を備える。図２で示した動作点を求める
ためには、Ｑ−Ｈ曲線のほかに抵抗曲線が必要である。
この抵抗曲線は実揚程Ｈ₀と配管抵抗によって決まる
が、普通は配管抵抗は実測されておらず、抵抗曲線の形
状は不明である。配管抵抗Ｈは流量Ｑの二乗に比例して
増大するため、実揚程Ｈ０を含めた抵抗曲線は次式で表
現できる。

【００５５】Ｈ＝Ｈ₀＋ａ・Ｑ² ここでａは施設特有の定数である。

【００５６】ポンプの場合は次に示すヘーゼン・ウィリ
アム公式を用いると、配管径４０３と配管長４０４およ
び処理水量時系列データ１０６から近似的に求めること
ができる。

【００５７】ａ・Ｑ²＝Ｌ・（１０．６６６・Ｑ^1.85）
／（Ｃ^1.85・Ｄ^4.87） ただし、Ｑ：流量、Ｃ：係数、Ｄ：管径、Ｌ：管距離で
ある。

【００５８】本第４の実施の形態によると、少なくとも
実揚程と配管径と配管長を入力できるようにした施設特
性入力部を備えたことにより、構造や条件が様々に異な
る処理場に対しても本システムを適用することが可能と
なる。また、入力項目が少ないため、入力が容易であ
る。

【００５９】（第５の実施の形態）図８は、本発明の省
エネルギ提案システムの一実施形態である。

【００６０】この実施形態においては、第１の実施の形
態で求めた最適吐出量現状機器電力使用量１０９と最適
吐出量更新機器電力使用量１１０との比率を改善比率計
算部５０１で計算して改善比率５０２として改善比率表
示部５０３に表示する。改善比率計算部５０１において
比率を求める式としては次式が最も適切と思われるが、
現状の機器を用いる場合と機器を更新した場合の比較が
可能な指標を計算するのであれば、これに限定されな
い。

【００６１】改善比率＝１００×（最適吐出量更新機器
電力使用量／最適吐出量現状機器電力使用量）、 あるいは 改善比率＝１００×（１−（最適吐出量更新機器電力使
用量／最適吐出量現状機器電力使用量）。

【００６２】本第５の実施の形態によると、最適吐出量
を実現する際に現状の機器を用いた場合とインバータや
インレットベーンを用いて機器を更新した場合との比較
が改善比率という指標で分かりやすく示されるため、最
適運転量を実現する場合のインバータやインレットベー
ンの効果を明らかにでき、ポンプやブロワの更新計画に
役立つ。

【００６３】（第６の実施の形態）図９は、本発明の省
エネルギ提案システムの一実施形態である。

【００６４】この実施形態においては、第１の実施の形
態で求めた最適吐出量現状機器電力使用量１０９と最適
吐出量更新機器電力使用量１１０とともに、電力使用量
実績値６０１を表示する。電力使用量実績値６０１は現
実の電力使用量であり、帳票から読み取って、電力使用
量実績値入力部６０２から入力する。入力された電力使
用量実績値６０１は計算には用いず、図１の電力使用量
解析結果表示部１１２と同様に、電力使用量実績値表示
部６０３で操作員に分かるように数値，トレンドグラ
フ，表などの形式で計装盤あるいはモニタ上に表示す
る。電力使用量解析結果表示部１１２と電力使用量実績
値表示部６０３とは分けて記載しているが、同じ画面内
に重ねて表示しても、表示色が異なるなどそれぞれを区
別できるのであれば目的を達することができる。このよ
うに電力使用量実績値６０１を最適吐出量現状機器電力
使用量１０９および最適吐出量更新機器電力使用量１１
０と比較容易な形式で表示することにより、（１）機器
は現状のままで運転条件のみを最適吐出量に変更した場
合の効果、（２）運転条件を最適吐出量にすると同時に
機器を更新した場合の効果、の２点に関する情報を操作
員が容易に得ることができる。この表示画面の例を図１
０に示す。

【００６５】図１０に示すように、実績流量での現状機
器による年間トータルの電力使用量と、最適流量での現
状機器による年間トータルの電力使用量と、最適流量で
の更新機器による年間トータルの電力使用量との情報が
提示され、捜査員に対して簡易に省エネルギ情報を提供
でき、操作員などが容易に省エネルギの判断が可能とな
る。

【００６６】なお、図１０では、実績流量や最適流量に
おける、現状機器と更新機器の時刻による電力使用量の
情報についても提供でき、操作員等が正確に省エネルギ
の判断が可能となる。

【００６７】本第６の実施の形態よると、現状の電力使
用量実績値入力部と、入力した電力使用量実績値を画面
に表示する電力使用量実績値表示部を備えたことによ
り、（１）現状機器で機器の吐出量最適化なし、（２）
現状機器で機器の吐出量最適化、（３）機器を更新して
かつ機器の吐出量最適化、の３つのケーススタディ結果
を画面上で比較できる。さらに、この比較から機器の吐
出量最適化の効果と機器更新の効果を把握することが可
能となり、ポンプやブロワの更新計画と同時に制御シス
テムの更新計画に役立つ。

【００６８】（第７の実施の形態）図１１は、本発明の
省エネルギ提案システムの一実施形態である。

【００６９】この実施形態においては、電力使用量実績
値入力部６０２から入力された電力使用量実績値６０１
を処理水量時系列データ１０６で除することにより、単
位処理流量当たり電力使用量現状値７０１を計算する。
これに対し、第１の実施の形態の計算過程で述べたモー
タ入力電力７０５を処理水量時系列データ１０６で除す
ることにより、単位処理流量当たり電力使用量計算値７
０２を計算できる。これらの計算は原単位計算部７０３
で実施する。機器ごとの特性のばらつきのため若干のず
れは考えられるが、単位処理流量当たり電力使用量現状
値７０１と単位処理流量当たり電力使用量計算値７０２
とは基本的には一致するはずである。この２つの値が大
きく離れている場合にはその原因として次のことが想定
される。

【００７０】（１）モータあるいはポンプが劣化してお
り、設置時の機器仕様と動作状態が異なっている。

【００７１】（２）電力使用量実績値６０１には対象と
している機器以外の装置の電力使用量が含まれている。

【００７２】（３）配管あるいは散気管が目詰まりして
いる。

【００７３】この第７の実施の形態では、単に単位処理
流量当たり電力使用量現状値７０１と単位処理流量当た
り電力使用量計算値７０２とを原単位解析結果表示部７
０４に表示し、操作員に情報を与えることを目的とす
る。この表示画面例を図１２に示す。

【００７４】図１２は、処理流量を横軸に単位処理流量
当たりの電力使用量を示したものであり、実績値より算
出した現状値，モータ入力電力より算出した計算値を明
示したものである。

【００７５】本第７の実施の形態によると、「単位処理
流量当たり電力使用量」に関して実績値から求めた値と
機器仕様から求めた値とを比較できるため、そのずれの
大きさから機器の劣化度合いを推定することができ、メ
ンテナンスの時期を把握することができる。また、機器
設置当初からずれている場合には、図面に書かれていな
い機器が誤って接続されているといった工事ミスの発見
も可能となる。さらにブロワの場合、２つのずれが徐々
に大きくなってきた場合には散気管の目詰まりが進んで
いることが考えられ、散気管メンテナンスの適切な時期
を予測することが可能となる。

【００７６】（第８の実施の形態）図１３は、本発明の
省エネルギ提案システムの一実施形態である。

【００７７】この実施形態において、原単位偏差比較部
８０２では、第７の実施の形態において求めた単位処理
流量当たり電力使用量現状値７０１と単位処理流量当た
り電力使用量計算値７０２との差を求め、その差をあら
かじめ原単位偏差許容値設定部８０５で設定した原単位
偏差許容値８０１と比較する。単位処理流量当たり電力
使用量現状値７０１と単位処理流量当たり電力使用量計
算値７０２との差が原単位偏差許容値８０１よりも大き
くなった場合には、機器性能が劣化したとみなして機器
性能劣化メッセージ８０３を劣化診断結果表示部８０４
に表示する。

【００７８】本第８の実施の形態によると、「単位処理
流量当たり電力使用量」に関して実績値から求めた値と
機器仕様から求めた値とを比較し、あらかじめ与えてい
た原単位偏差許容値より大きくなった場合には機器性能
劣化メッセージを画面に表示するため、経験が浅い操作
員でも機器が劣化していることを認識でき、効率が大幅
に低下する前あるいは故障が発生する前にメンテナンス
あるいは機器更新することができる。

【００７９】（第９の実施の形態）図１４は、本発明の
省エネルギ提案システムの一実施形態である。この実施
形態においては、少なくとも第１の実施の形態において
求めた最適吐出量現状機器電力使用量１０９と、最適吐
出量更新機器電力使用量１１０とを書面あるいは報告書
として印刷する機能を有する自動報告書作成部９０１を
備える。これら以外の情報も適宜画面上で選択して印刷
できることが望ましい。また、印刷は数値および図面の
いずれも可とする。

【００８０】本第９の実施の形態によると、処理水水質
目標値を達成できるような最適運転量を現状の機器で実
現した場合の電力使用量と、インバータやインレットベ
ーンを導入してその運転条件を実現した場合の電力使用
量とを書面として印刷することにより、画面上の数値を
メモする手間を省くことができ、転写ミスを無くすこと
ができる。さらに、印刷した書面はそのまま報告書に添
付することができて取扱いが容易となり、他の操作員や
担当者との意志疎通が確実になる。

【００８１】従って、機器更新計画の策定やメンテナン
スに有用な情報を得られる。そして、省エネルギを達成
した効率的な運転により、運転コストを削減できると同
時に環境へ及ぼす影響を低減できる。

【００８２】

【発明の効果】本発明によると、水質シミュレータによ
って求めた運用改善条件を満足できるような機器更新を
実施した場合の省エネルギ量を計算することによって、
より有効な機器更新の提案を支援して、適切な上下水処
理場向け省エネルギ提案システム及び上下水処理場向け
省エネルギ提案方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】省エネルギ提案システムの一例である機能ブロ
ック図を示す。

【図２】機器の動作点を求めるための特性図を示す。

【図３】ブロワ効率をあらわす図を示す。

【図４】電力使用量を表す一例である表示画面を示す。

【図５】省エネルギ提案システムの一例である機能ブロ
ック図を示す。

【図６】省エネルギ提案システムの一例である機能ブロ
ック図を示す。

【図７】省エネルギ提案システムの一例である機能ブロ
ック図を示す。

【図８】省エネルギ提案システムの一例である機能ブロ
ック図を示す。

【図９】省エネルギ提案システムの一例である機能ブロ
ック図を示す。

【図１０】電力使用量を表す一例である表示画面を示
す。

【図１１】省エネルギ提案システムの一例である機能ブ
ロック図を示す。

【図１２】電力使用量を表す一例である表示画面を示
す。

【図１３】省エネルギ提案システムの一例である機能ブ
ロック図を示す。

【図１４】省エネルギ提案システムの一例である機能ブ
ロック図を示す。

【符号の説明】

１０１…処理水水質目標値設定部、１０２…処理水量時
系列データ設定部、１０３…水質計算部、１０４…処理
水水質、１０５…処理水水質目標値、１０６…処理水量
時系列データ、１０７…最適吐出量、１０８…最適吐出
量計算部、１０９…最適吐出量現状機器電力使用量、１
１０…最適吐出量更新機器電力使用量、１１１…電力使
用量計算部、１１２…電力使用量解析結果表示部、１１
６…機器特性設定部、１１７…機器特性、１１８…処理
場施設特性、１１９…施設特性設定部、２０１…Ｑ−Ｈ
曲線、２０２…効率曲線、２０３…機器特性曲線入力
部、３０１…機器定格値入力部、３０２…定格吐出圧、
３０３…定格吐出流量、３０４…機器種類、３０５…機
器種類入力部、３０６…無次元化Ｑ−Ｈ曲線形状、３０
７…無次元化効率曲線形状、３０８…無次元化機器特性
曲線データベース、３０９…機器特性曲線算出部、４０
１…施設特性入力部、４０２…実揚程、４０３…配管
径、４０４…配管長、５０１…改善比率計算部、５０２
…改善比率、５０３…改善比率表示部、６０１…電力使
用量実績値、６０２…電力使用量実績値入力部、６０３
…電力使用量実績値表示部、７０１…単位処理流量当た
り電力使用量現状値、７０２…単位処理流量当たり電力
使用量計算値、７０３…原単位計算部、７０４…原単位
解析結果表示部、７０５…モータ入力電力、８０１…原
単位偏差許容値、８０２…原単位偏差比較部、８０３…
機器性能劣化メッセージ、８０４…劣化診断結果表示
部、８０５…原単位偏差許容値設定部、９０１…自動報
告書作成部。

フロントページの続き (72)発明者 圓佛 伊智朗 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 原 直樹 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所情報制御システム事業部 内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浄水場あるいは下水処理場の処理水水質を
   計算により摸擬可能な水質計算部と、 処理水水質目標値を設定する処理水水質目標値設定部
   と、 処理水量時系列データを設定する処理水量時系列データ
   設定部と、 該水質計算部を制御して反復計算を実施することにより
   該処理水水質目標値を達成できるポンプあるいはブロワ
   の最適吐出量を推算する最適吐出量計算部と、 ポンプあるいはブロワの機器特性を設定するための機器
   特性設定部と、 処理場施設の特性を設定するための施設特性設定部と、 現状の機器を用いて該最適吐出量を得るために必要な最
   適吐出量現状機器電力使用量、およびポンプの場合はイ
   ンバータ，ブロワの場合はインレットベーンを用いて機
   器を更新した際に必要となる最適吐出量更新機器電力使
   用量を計算する電力使用量計算部と、 少なくとも該電力使用量計算部によって計算された該最
   適吐出量現状機器電力使用量と該最適吐出量更新機器電
   力使用量とを画面に表示する機能を備えた電力使用量解
   析結果表示部とを備えたことを特徴とする上下水処理場
   向け省エネルギ提案システム。
2. 【請求項２】ポンプあるいはブロワの機器特性であるＱ
   −Ｈ曲線と効率曲線をポインティングデバイスを用いて
   図形的にあるいは数値入力によって設定する機器特性曲
   線入力部を該機器特性設定部の前段に備えたことを特徴
   とする請求項１記載の上下水処理場向け省エネルギ提案
   システム。
3. 【請求項３】機器の定格吐出圧と定格吐出流量を設定す
   る機器定格値入力部と、 機器種類を設定する機器種類入力部と、 機器それぞれの種類に対応した、典型的な無次元化Ｑ−
   Ｈ曲線形状および無次元化効率曲線形状を記憶している
   無次元化機器特性曲線データベースと、 該無次元化機器特性曲線データベースに機器種類を与え
   ることで得られた該無次元化Ｑ−Ｈ曲線形状および該無
   次元化効率曲線形状に該定格値入力部から入力された該
   定格吐出圧と該定格吐出流量を乗ずることにより、機器
   の具体的なＱ−Ｈ曲線および効率曲線を算出する機器特
   性曲線算出部と、 を該機器特性設定部の前段に設けたことを特徴とする請
   求項１記載の上下水処理場向け省エネルギ提案システ
   ム。
4. 【請求項４】少なくとも実揚程と配管径と配管長を入力
   できるようにした施設特性入力部を該施設特性設定部の
   前段に備えたことを特徴とする請求項１記載の省エネル
   ギ提案システム。
5. 【請求項５】該最適吐出量現状機器電力使用量と該最適
   吐出量更新機器電力使用量から機器を更新した場合の改
   善比率を計算する改善比率計算部と、該改善比率部によ
   って計算された該改善比率を画面に表示する機能を備え
   た改善比率表示部と、を設けたことを特徴とする請求項
   １記載の上下水処理場向け省エネルギシステム。
6. 【請求項６】電力使用量実績値を時系列データとして与
   えるための電力使用量実績値入力部と、該電力使用量実
   績値を画面に表示する機能を備えた電力使用量実績値表
   示部と、を設けたことを特徴とした請求項１記載の上下
   水処理場向け省エネルギ提案システム。
7. 【請求項７】該電力使用量実績値と該処理水量時系列デ
   ータから単位処理流量当たり電力使用量現状値を、該機
   器特性と該処理場施設特性および該処理水量時系列デー
   タから単位処理流量当たり電力使用量計算値を算出する
   原単位計算部と、該単位処理流量当たり電力使用量現状
   値と該単位処理流量当たり電力使用量計算値とを画面に
   表示する機能を備えた原単位解析結果表示部と、を備え
   たことを特徴とする請求項６記載の上下水処理場向け省
   エネルギ提案システム。
8. 【請求項８】原単位偏差許容値を設定する原単位偏差許
   容値設定部と、該単位処理流量当たり電力使用量現状値
   と該単位処理流量当たり電力使用量計算値との偏差を該
   原単位偏差許容値と比較する原単位偏差比較部と、該原
   単位偏差比較部で比較した結果、該単位処理流量当たり
   電力使用量現状値と該単位処理流量当たり電力使用量計
   算値との偏差が該原単位偏差許容値より大きければ、機
   器性能劣化メッセージを画面に表示する劣化診断結果表
   示部とを備えたことを特徴とした請求項７記載の省エネ
   ルギ提案システム。
9. 【請求項９】少なくとも該電力使用量計算部によって計
   算された該最適吐出量現状機器電力使用量と該最適吐出
   量更新機器電力使用量とを書面として印刷する機能を有
   する自動報告書作成部を備えた、請求項１記載の上下水
   処理場向け省エネルギ提案システム。
10. 【請求項１０】第一のポンプ又は第一のブロワを備えた
    浄水場或いは下水処理場の処理水水質を計算する水質計
    算部と、 前記浄水場或いは下水処理場処理水水質の目標値を設定
    する処理水水質目標値設定部と、 前記水質計算部及び前記処理水水質目標値設定部の情報
    に基づき該処理水水質目標値を達成可能な前記第一のポ
    ンプ又は第一のブロワの吐出量を計算する吐出量計算部
    と、 前記処理水水質目標値を達成可能な前記第一のポンプ又
    は第一のブロワの吐出量を得るための機器電力使用量を
    計算する第一の電力使用量計算部と、 更新可能な第二のポンプ又は第二のブロワにおける該処
    理水水質目標値を達成可能な第二のポンプ又は第二のブ
    ロワの吐出量を得るための機器電力使用量を計算する第
    二の電力使用量計算部とを備えたことを特徴とする上下
    水処理場向け省エネルギ提案システム。
11. 【請求項１１】ポンプ又はブロワを備えた浄水場或いは
    下水処理場の処理水水質を水質計算部により計算するス
    テップと、 該処理水水質の目標値を処理水水質目標値設定部により
    設定するステップと、 処理水の処理水量時系列データを処理水量時系列データ
    設定部に設定するステップと、 該水質計算部で処理水を反復計算して該処理水水質の目
    標値を達成するように前記ポンプ又はブロワの吐出量を
    計算するステップと、 前記ポンプ又はブロワの機器特性を設定するステップ
    と、 前記浄水場或いは下水処理場の施設の特性を設定するス
    テップと、 前記ポンプ又はブロワで該吐出量を得るために要する現
    状機器電力使用量と、前記ポンプ又はブロワを更新する
    際に要する更新機器電力使用量を計算するステップと、 前記現状機器電力使用量と前記更新機器電力使用量とを
    提示するステップとを含むことを特徴とする上下水処理
    場向け省エネルギ提案方法。