JP2006316416A - Energy managing system and energy analyzing system - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an energy management system that performs energy management in a plant monitoring control system such as a water and sewage plant, and an energy analysis system that performs energy analysis on the plant.
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。
The Energy Conservation Law has been revised, and water and sewage utilities have become obliged to report energy usage at plants classified as
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。 In addition, since they have become obliged to save 1% annually, there is a growing need to analyze which processes in the plant use energy inefficiently. In energy saving analysis, it is important to derive the basic unit for each process (the following formula (1)).
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。
Basic unit = Amount of power used * α / Amount of treated water ··· Formula (1)
(Where α is a coefficient calculated by the formula established by the Ministry of Economy, Trade and Industry to discount nighttime electricity consumption)
However, in the conventional monitoring and control system of the water and sewage plant, as shown in FIG. 7, among the plants comprising the processes of initial sediment 73,
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。
That is, in the conventional monitoring and control system of a water and sewage plant, for example, reporting to the outside such as the country may be performed for the entire plant, and thus the power amount of the entire plant is measured from the
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。 Therefore, in the conventional monitoring and control system of a water and sewage plant, the amount of power for each process is not known, and the basic unit cannot be obtained for each process.
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。
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。 As described above, conventional monitoring and control systems for water and sewage plants have a problem that energy analysis such as deriving a basic unit for each process cannot be performed and effective energy saving measures cannot be found. .
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。 The present invention has been made in view of such conventional points, and can perform energy analysis such as deriving a basic unit for each process of a plant, and can find an effective energy saving measure. An object is to provide an energy management system and an energy analysis system.
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。 In order to achieve the above object, an energy management system according to the present invention is provided for each process of a plant, and includes an electric energy measuring means for measuring electric energy, a flow measuring means for measuring flow, and an electric energy measuring means. A basic unit calculating unit that calculates a basic unit for each process from the measured electric energy and the flow rate measured by the flow rate measuring unit is provided.
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。 In addition, the energy management system according to the present invention includes a flow rate measurement unit that measures a flow rate at a predetermined location in the plant, and a flow rate calculation that calculates an inflow rate to each process of the plant using the flow rate measured by the flow rate measurement unit. Power for calculating the amount of power for each process from the means, the means for obtaining the data on the operation rate for each process of the plant, the data on the operation rate for each process obtained by this means and the rated power total value for each process An amount calculation unit; and a unit calculation unit for calculating a unit for each process from the amount of power for each process calculated by the unit for calculating the amount of power and an inflow flow into each process calculated by the unit for calculating the flow rate. It is characterized by that.
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。 Further, the energy analysis system according to the present invention is a receiving means for receiving measurement data or data indicating the state of the equipment necessary for calculating the basic unit for each process transmitted from each plant via the network, Using the measurement data received by the receiving means or the data indicating the state of the equipment, the basic unit calculating means for calculating the basic unit for each process of each plant, and the basic unit for each process of each plant calculated by this means Transmitting means for transmitting the unit to each plant via a network is provided.
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。 According to the present invention, energy analysis such as deriving a basic unit for each process of a plant can be performed, and an effective energy saving measure can be found.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(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。
(First embodiment)
An energy management system in a monitoring and control system for a water and sewage plant according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
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。 In this first embodiment, as shown in FIG. 1, compared to the prior art, a watt hour meter and a flow meter are provided for each process, and the power amount and flow rate of each process are taken into the monitoring control system. Is a feature.
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。
That is, as shown in FIG. 1, the watt-
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。
In the supervisory control system of the first embodiment, an energy management function is added to the conventional supervisory control system function (for example, failure notification and process value display), so that the process (for example, initial subsidence or end of the process). It is characterized in that the basic unit for each settling, water treatment, sludge treatment, etc.) can be calculated in real time, displayed on the display unit of the
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。
That is, the measured values of the watt-
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。 In the monitoring control system according to the present embodiment, the power cost is calculated from the power amount in consideration of the contract fee and the nighttime power fee, and is displayed together with the above basic unit, or is output as a report from the printer. You can also.
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。 As described above, in the first embodiment, a watt hour meter and a flow meter are provided for each process of the water and sewage plant, and the energy intensity is reliably obtained for each process and displayed in real time. In addition to being able to confirm, there is an effect that a report can be created.
(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。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, a method of calculating the energy intensity of each process by installing a flow meter and a watt-hour meter in each process of the water and sewage plant has been described. A method of calculating the energy intensity of each process (= power consumption of each process * α / processing flow rate of each process) when a flow meter and a watt hour meter are not installed in each process of the plant will be described.
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。 That is, in this second embodiment, the energy intensity of each process is estimated from the material balance of the flow rate, the rated power of the equipment for each process, and the operation rate of the process (the number of operations relative to the total number or the operation time per day). The method is shown below.
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。
First, a method for calculating the flow rate of each process will be described. As shown in FIG. 2, the sewage treatment process is composed of many processes, that is, a
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。
Q4 = Q1-Q2 + Q3
Here, Q1 is an initial flow rate into the
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。 Next, a method for calculating the electric energy of each process will be described. The amount of power for each process is calculated by the following formula.
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。
W = Y × N
Here, W is the power amount of each process, Y is the total rated power value of the electrical equipment of each process, and N is the operation rate of each process (the number of operations relative to the total number or the operation time per day).
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。 The total rated power value of the electrical equipment of each process can be confirmed from the electrical equipment information for each process as shown in FIG. That is, it is possible to obtain the sum of the number of electric facilities in each process multiplied by the rated power (per unit).
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。 In addition, there are the following two methods for obtaining the operation rate (the number of operations relative to the total number or the operation time per day) of each process.
(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。 (1) A method of assuming the operation rate of the process (the number of operations relative to the total number or the operation time per day) from the operation status of the main machine of each process.
(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。 (2) A method of assuming the operation rate of the process (the number of operations relative to the total number or the operation time per day) from the rated capacity of each process.
上記2つの方法について説明する。 The above two methods will be described.
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。
First, as shown in Fig. 4, it is possible to apply the method that assumes the operation rate of the process (the number of operations relative to the total number or the operation time per day) from the operation / stop of the main machine in each process. (First sedimentation basin) 43,
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。
In this method, the main machine is set for each process. For example, in the process shown in FIGS. 3 and 4, the main machine of the first settling basin 43 is the main sludge collector, the main machine of the
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。 Next, a method of assuming the operation rate of the process (the number of operations relative to the total number or the operation time of one day) from the rated capacity of each process in (2) will be described.
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。 In this method, the rated capacity for each process is set. For example, when the water area load d of the first sedimentation basin 43 (= the amount of treated water per day or per minute / the area of the first sedimentation basin) is set as the rated capacity, the operation rate of the pond (the number of operations relative to the total number or one day) (Operating time) N is calculated by the following equation.
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。
N = Q1 / d / S
Here, S is the area of the first settling basin 43. When Q1 is the flow rate per day, d is the amount of treated water per day / area of the first sedimentation basin. When Q1 is the flow rate per minute, d is the amount of treated water per minute / area of the first sedimentation basin. And
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。 Similarly, the operation rate (the number of operations relative to the total number or the operation time per day) of each process of sewage treatment as shown in FIGS. 3 and 4 can be calculated from the treatment flow rate and the rated capacity.
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。 As described above, in the second embodiment, even for a process in which no flow meter or watt meter is installed, the flow rate and the electric energy can be calculated and the energy intensity for each process can be obtained.
(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。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
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。 As shown in FIG. 5, the configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment or the second embodiment, in which the energy analysis performed in the monitoring control system of each plant is performed on the network. The difference is that it is used at the Energy Analysis Center.
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。
That is, in this embodiment, measurement data measured at each plant 51, 52,..., 5n or data indicating the state of equipment, for example, data measured by a watt-hour meter and a flow meter in the first embodiment, The flow rate data measured in the second embodiment or the operation / stop signals of the main equipment and the valve opening / closing signals are collected by the
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。
The energy analysis center (energy analysis system) 61 receives measurement data transmitted from the plants 51, 52,..., 5 n via the
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。 With these configurations, the energy analysis that is necessary for each plant can be performed collectively in the energy analysis center (energy analysis system).
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)
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14, 23, 44 ...
16, 46 ...
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