JP2013002091A - 水需給最適化システム、制御装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 水需要のピークシフトを図ると共に、水処理のコストを抑えることが可能な水需給最適化システムを提供する。
【解決手段】 水需給最適化システムは、管理端末、計測装置、需要情報作成部及び上水制御装置を具備する。管理端末は、複数の住戸それぞれで水を用いた動作を行う宅内設備を、電力単価の安い時間帯に駆動させるための予約制御を作成し、宅内設備を予約制御に従って駆動させる。計測装置は、住戸で使用される水量を計測する。需要情報作成部は、複数の住戸それぞれに設けられる計測装置で計測された水量に基づいて都市部での水需要情報を作成する。上水制御装置は、水需要情報で示される水需要を満たし、かつ、電力単価の変動を参照して浄水場での処理コスト、前記浄水の送水コスト、または電力単価のピーク時の消費電力の最小化を実現するように、配水池の貯水率及びポンプの最適制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、需要家における水利用時間の最適化、取水源から取水した原水を浄水場及び配水池を介して複数の住戸へ供給する上水道プラントの最適化を行う水需給最適化システム、このシステムで用いられる制御装置及びこのシステムのコンピュータで使用されるプログラムに関する。

従来の上水道プラントは、河川から取水した原水を浄水場で浄水に処理し、この浄水を複数の配水池を介して需要家へ供給する。また、下水道プラントは、需要家が排出する排水を複数のポンプ場を介して下水処理場へ送水し、下水処理場で下水処理を施して河川等へ排水する。

つまり、上水道プラントや下水道プラントは、需要家の水需要に応じてその処理を行うことになる。

一方、需要家は、エネルギーコストを意識することなく水を使用していることが多く、水需要は朝と晩の２回のピークが来ることが経験的に知られており、それは電力単価が高い時間帯となっている。

上下水道プラントは、需要家の水需要に応じてその処理を行うため、電力単価が高い時間帯に水需要のピークがあれば、電力単価の高い時間帯に多くの水処理を行わなければならず、水処理を行うコストが高くなる。

特開２００１−５５７６３号公報

以上のように、需要家はエネルギーコストを意識して水利用を行っておらず、また、上下水道プラントは、電力単価の高い時間帯に水需要のピークが位置するため、水処理のコストが高額になる。

そこで、目的は、水需要のピークシフトを図ると共に、水処理のコストを抑えることが可能な水需給最適化システムを提供することにある。

実施形態によれば、取水源から取水した原水を浄水場で浄水にし、前記浄水をポンプで送水し、配水池を介して複数の住戸を含む都市部へ供給する水需給最適化システムは、管理端末、計測装置、需要情報作成部及び上水制御装置を具備する。管理端末は、前記複数の住戸それぞれに設けられ、前記複数の住戸それぞれで水を用いた動作を行う宅内設備を、電力単価の安い時間帯に駆動させるための予約制御を作成し、前記宅内設備を前記予約制御に従って駆動させる。計測装置は、前記複数の住戸それぞれに設けられ、設けられた住戸で使用される水量を計測する。需要情報作成部は、前記複数の住戸それぞれに設けられる計測装置で計測された水量に基づいて前記都市部での水需要情報を作成する。上水制御装置は、前記水需要情報で示される水需要を満たし、かつ、電力単価の変動を参照して前記浄水場での処理コスト、前記浄水の送水コスト、または電力単価のピーク時の消費電力の最小化を実現するように、前記配水池の貯水率及び前記ポンプの最適制御を行う。

第１の実施形態に係る水需給最適化システムの構成を示す図である。 図１の都市部及び統合制御装置の構成を示す図である。 電力単価の推移と水需要の推移との関係を示す図である。 図１の上水道プラント及び上水制御装置の構成を示す図である。 図１の下水道プラント及び下水制御装置の構成を示す図である。 図１の統合制御装置及び上水制御装置が上水プラントを制御する際の処理を示すフローチャートである。 図１の統合制御装置及び下水制御装置が下水プラントを制御する際の処理を示すフローチャートである。 図１の統合制御装置の機能構成のその他の例を示す図である。 第２の実施形態に係る都市部及び統合制御装置の構成を示す図である。 電力単価の推移と水道単価の推移との関係を示す図である。 図９の統合制御装置の機能構成のその他の例を示す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る水需給最適化システム１０の構成を示す模式図である。図１に示す水需給最適化システム１０は、都市部１１、統合制御装置１２、上水道プラント１３、上水制御装置１４、下水道プラント１５及び下水制御装置１６を具備する。

図２は、第１の実施形態に係る都市部１１及び統合制御装置１２の構成を示す模式図である。図２に示す都市部１１には、複数の住戸１１１−１〜１１１−ｎが存在する。なお、住戸１１１−１〜１１１−ｎの動作はそれぞれ同様であるため、ここでは、住戸１１１−１について説明する。

住戸１１１−１には、管理端末１１１１、宅内設備１１１２及び計測装置１１１３が設置される。

宅内設備１１１２は、水を用いて駆動する設備であり、例えば、風呂湯沸し機、洗濯機及び食洗機等が含まれる。宅内設備１１１２は、管理端末１１１１からの制御に従って駆動する。

管理端末１１１１は、インタラクティブな通信機能を持つ、例えば、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）サーバ、ＴＶ、携帯電話、スマートフォン又はＰＣ等の装置である。管理端末１１１１は、当該端末を使用する需要家が指示を入力する指示入力部と、統合制御装置１２から送信される情報等を表示する表示部とを備える。

管理端末１１１１は、電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報を統合制御装置１２から受信する。管理端末１１１１は、受信したこれらの情報を表示部により需要家に表示する。

また、管理端末１１１１は、電気の時間帯別料金に基づき、電力単価の安い時間帯及び方法で水を使用するように、宅内設備１１１２の制御案を作成する。図３は、電力単価の推移と水需要の推移との関係を示す図である。一般的に、水需要が最大となる時間帯は、電力単価が高い時間帯とほぼ一致する。例えば、管理端末１１１１は、電力単価の安い０時から７時と、２１時から２４時との範囲のうち、２２時から風呂湯沸し機を駆動させるように制御案を作成する。管理端末１１１１は、作成した制御案を、表示部から需要家に表示する。なお、管理端末１１１１で作成される制御案は、１つであっても複数であっても構わない。

管理端末１１１１は、指示入力部を介して需要家により制御案が選択されると、選択された制御案を予約制御として設定する。管理端末１１１１は、予約制御により指定された時刻に達すると、予約制御により指定された設備を駆動させる。また、管理端末１１１１は、予約制御を設定すると、予約制御についての情報を予約情報として統合制御装置１２へ通知する。

これにより、需要家は電力単価が安い時間帯に宅内設備を動作させることになり、使用料金を低減することができる。また、水需要をコントロールすることにもなり、水需要のピークシフトが可能となり、加えて、水需要のピークカットが可能となる。

なお、管理端末１１１１は、需要家からの要望を受け取り、受け取った要望を満たすように予約制御を設定しても良い。例えば、需要家は、宅内設備１１１２である風呂湯沸し機により１９時までにお風呂を沸かすように、管理端末１１１１に対して要望を入力する。管理端末１１１１は、需要家からの要望通りに風呂湯沸し機を制御するように予約制御を設定する。また、需要家は、宅内設備１１１２である洗濯機により、深夜を避けて朝７時までに洗濯乾燥を完了させるように、管理端末１１１１に対して要望を入力する。管理端末１１１１は、需要家からの要望通りに洗濯機を制御するように予約制御を設定する。

また、管理端末１１１１は、水、電気及びガスを使用した結果に基づいて統合制御装置１２で作成されるフィードバック情報を、統合制御装置１２から受信する。フィードバック情報には、水、電気及びガスの使用時刻をずらしたことにより生じる節電効果等が含まれる。管理端末１１１１は、受信したフィードバック情報を、表示部により需要家に表示する。

計測装置１１１３は、例えば、スマートメータであり、住戸１１１−１で使用された水、電気及びガスの使用量を計測する。計測装置１１１３は、計測した使用量を使用量データとして統合制御装置１２へ出力する。

統合制御装置１２は、需要情報作成部１２１、フィードバック情報作成部１２２、通信部１２３及び記憶部１２４を備える。

記憶部１２４は、予め設定される電気の時間帯別料金情報、及び、住戸１１１−１〜１１１−ｎに設置される計測装置１１１３から出力される使用量データを記憶する。

需要情報作成部１２１は、記憶部１２４に記憶された使用量データの統計をとることで、水、電気及びガスの需要情報を作成する。需要情報は、例えば１日における各時間帯の需要の推移のように、需要の推移を大局的に確認可能な形式をとる。需要情報作成部１２１は、作成した水、電気及びガスの需要情報を、通信部１２３により、住戸１１１−１〜１１１−ｎに設置された管理端末１１１１へ送信する。また、需要情報作成部１２１は、作成した水の需要情報を、通信部１２３により、上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信する。また、需要情報作成部１２１は、作成した水、電気及びガスの需要情報を、住戸１１１−１〜１１１−ｎの管理端末１１１１で設定される予約情報を考慮して更新し、新たな需要情報として出力するようにしても構わない。

フィードバック情報作成部１２２は、住戸１１１−１〜１１１−ｎに設置された計測装置１１１３からの使用量データに基づき、住戸１１１−１〜１１１−ｎそれぞれのフィードバック情報を作成する。

例えば、フィードバック情報作成部１２２は、使用量データに含まれる水、電気及びガスの使用時刻と、これらの一般的な使用時刻とを比較する。フィードバック情報作成部１２２は、使用時刻の変化に伴う電力単価の変化に、水及び電気の使用量を勘案し、水、電気及びガスの使用時刻をずらしたことによる節電効果等をフィードバック情報として作成する。

通信部１２３は、記憶部１２４に記憶されている電気の時間帯別料金情報を管理端末１１１１へ送信する。また、通信部１２３は、需要情報作成部１２１で作成された水、電気及びガスの需要情報を、住戸１１１−１〜１１１−ｎに設置される管理端末１１１１へ送信する。また、通信部１２３は、水の需要情報を、上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信する。また、通信部１２３は、フィードバック情報作成部１２２で住戸１１１−１〜１１１−ｎ毎に作成されたフィードバック情報を、対応する住戸へ送信する。

図４は、第１の実施形態に係る上水道プラント１３及び上水制御装置１４の構成を示す模式図である。

図４に示す上水道プラント１３は、浄水場１３１、送水ポンプ１３２−１〜１３２−６、第一段の配水池１３３−１，１３３−２及び第二段の配水池１３４−１〜１３４−４を備える。

浄水場１３１は、河川又は地下水等の取水源から、原水を取水し、浄水場１３１内にある複数の浄水設備系を運用することにより、浄水を生産する。浄水場１３１で生産された浄水は、送水ポンプ１３２−１，１３２−２により、配水池１３３−１，１３３−２へそれぞれ送水される。また、配水池１３３−１に送水された浄水は、送水ポンプ１３２−３，１３２−４により、配水池１３４−１，１３４−２へそれぞれ送水される。また、配水池１３３−２に送水された浄水は、送水ポンプ１３２−５，１３２−６により、配水池１３４−３，１３４−４へそれぞれ送水される。配水池１３４−１〜１３４−４に蓄えられた浄水は、都市部１１からの需要に応じて都市部１１へ給水される。

上水制御装置１４は、統合制御装置１２の需要情報作成部１２１で作成された水の需要情報を受信する。上水制御装置１４は、受信した需要情報と、電気の時間帯別料金とに基づいて、都市部１１の水需要を満たし、かつ、浄水場１３１での処理コストを最小化する、または、電力単価のピーク時の消費電力を最小化するように、第一段の配水池１３３−１，１３３−２及び第二段の配水池１３４−１〜１３４−４の貯水率の最適制御を行う。

浄水場１３１で、浄水の水質を安定化させ、かつ、浄水生産で使用する薬品類の投入量を適量にし、安定的な浄水生産を行うには、できる限り一定量の浄化処理を継続する必要がある。また、浄水場１３１内の設備保守の都合上、適切なスケジュールでメンテナンスする必要もある。上水制御装置１４により配水池１３３−１，１３３−２，１３４−１〜１３４−４の貯水率の最適制御を行うことで、浄水場１３１での処理量を平滑化することが可能となる。また、今後、需要が増大するときには、電力単価の安いときに浄水場１３１での浄水生産を増大させることもできる。

また、上水制御装置１４は、受信した需要情報と、電気の時間帯別料金と、配水池１３３−１，１３３−２，１３４−１〜１３４−４の貯水率とに基づいて、都市部１１の水需要を満たし、かつ、送水コストを最小化する、または、電力単価のピーク時の消費電力を最小化するように、送水ポンプ１３２−１〜１３２−６の最適制御を行う。例えば、送水ポンプの消費電力は大きなものであり、電力単価が安いときに、需要家近くの配水池まで送水することで、送水コストを低減することができる。

図５は、第１の実施形態に係る下水道プラント１５及び下水制御装置１６の構成を示す模式図である。

図５に示す下水道プラント１５は、ポンプ場１５１−１〜１５１−５、下水処理場１５２及び雨水滞水池１５３を備える。

都市部１１からの排出された排水は、ポンプ場１５１−１〜１５１−５を介して下水処理場１５２へ送水される。下水処理場１５２は、複数の下水処理設備系を運用することにより、排水を処理し、河川又は海へ放水する。

下水制御装置１６は、統合制御装置１２の需要情報作成部１２１で作成された水の需要情報を受信する。下水制御装置１６は、受信した需要情報と、電気の時間帯別料金とに基づいて、下水処理場１５２での処理コストを最小化する、または、電力単価のピーク時の消費電力を最小化するように、ポンプ場１５１−１〜１５１−５及び雨水滞水池１５３の貯水率の最適制御を行う。

下水処理場１５２で、下水処理後の水質を安定化させ、かつ、下水処理設備を効率的に動作させるには、できる限り一定量の下水処理を継続する必要がある。下水処理場１５２によりポンプ場１５１−１〜１５１−５及び雨水滞水池１５３の貯水率の最適制御を行うことで、下水処理場１５２への送水量を平滑化することが可能となる。これにより、下水処理場１５２での処理量を平滑化することができ、下水処理設備を効率的に動作させることが可能となり、処理コストを低減することができる。

次に、上記構成の水需給最適化システムの統合制御装置１２及び上水制御装置１４による上水プラント１３の制御動作を、統合制御装置１２及び上水制御装置１４の処理手順に従い説明する。

図６は、統合制御装置１２及び上水制御装置１４が上水プラント１３を制御する際の処理の一例を示すフローチャートである。

まず、統合制御装置１２は、住戸１１１−１〜１１１−ｎに設置される計測装置１１１３から出力される使用量データに基づいて、水の需要情報を作成する（ステップＳ６１）。

上水制御装置１４は、統合制御装置１２で作成された水の需要情報で示される都市部１１の水需要と、電気の時間帯別料金とに基づいて、浄水の送水量のピークをシフトさせ、そのピークを平滑化するのに最適な配水池１３３−１，１３３−２，１３４−１〜１３４−４の貯水率を設定する（ステップＳ６２）。

上水制御装置１４は、電力単価の安い時間帯である０時〜７時又は２０時〜２４時の間に送水ポンプ１３２−１〜１３２−６を駆動させ、設定した貯水率を満たすように、上水プラント１３に対して指示を出す（ステップＳ６３）。

次に、上記構成の水需給最適化システムの統合制御装置１２及び下水制御装置１６による下水プラント１５の制御動作を、統合制御装置１２及び下水制御装置１６の処理手順に従い説明する。

図７は、統合制御装置１２及び下水制御装置１６が下水プラント１５を制御する際の処理の一例を示すフローチャートである。

まず、統合制御装置１２は、住戸１１１−１〜１１１−ｎに設置される計測装置１１１３から出力される使用量データに基づいて、水の需要情報を作成する（ステップＳ７１）。

下水制御装置１６は、統合制御装置１２で作成された水の需要情報から得られる、都市部１１から排出される排水の排水量と、電気の時間帯別料金とに基づいて、排水の送水量のピークをシフトさせ、そのピークを平滑化するのに最適なポンプ場１５１−１〜１５１−５及び雨水滞水池１５３の貯水率を設定する（ステップＳ７２）。

下水制御装置１６は、電力単価の安い時間帯である０時〜７時又は２０時〜２４時の間にポンプ場１５１−１〜１５１−５を駆動させ、設定した貯水率を満たすように、下水プラント１５に対して指示を出す（ステップＳ７３）。

以上のように、上記第１の実施形態では、管理端末１１１１は、電気の時間帯別料金に基づき、電力単価の安い時間帯及び方法で水を使用するように宅内設備１１１２を制御する。これにより、各住戸において水需要のピークがシフトし、このピークシフトに伴い、水需要のピークが平滑化される。

統合制御装置１２は、住戸１１１−１〜１１１−ｎでの水の使用量データに基づいて、水の需要情報を作成し、作成した需要情報を上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信する。これにより、都市部１１での水需要のピークシフト及び平滑化を考慮した水の需要情報が、上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信されることとなる。

上水制御装置１４は、受信した需要情報と電気の時間帯別料金とに基づいて、配水池１３３−１，１３３−２，１３４−１〜１３４−４の貯水率の最適制御、及び、送水ポンプ１３２−１〜１３２−６の最適制御を行う。これにより、都市部１１での水需要のピークシフト及び平滑化に加え、上水プラント１３においても浄水の送水量のピークシフト及び平滑化が行われることとなる。つまり、浄水の送水量のピークシフトをより効果的に行うことが可能であるため、水処理のコストを抑えることが可能となる。また、浄水の送水量の平滑化をより効果的に行うことが可能である。上水プラント１３は、水需要のピーク時においても処理がオーバーフローしないように、ピーク時の処理量を基準にプラントの大きさ及び設備の処理応力が設計されているため、上水プラント１３の導入コストを抑えることが可能となる。

したがって、本実施形態に係る水需給最適化システム１０によれば、水需要のピークシフト及びフラット化を図ることが可能であると共に、水処理に要するコスト及び上水プラント１３の導入コストを抑えることができる。

また、第１の実施形態では、下水制御装置１６は、受信した水の需要情報と電気の時間帯別料金とに基づいて、ポンプ場１５１−１〜１５１−５及び雨水滞水池１５３の貯水率の最適制御を行う。これにより、都市部１１での水の使用量のピークシフト及び平滑化に加え、下水プラント１５においても排水の処理水量のピークシフト及び平滑化が行われることとなる。つまり、排水の処理水量のピークシフトをより効果的に行うことが可能であるため、排水処理のコストを抑えることが可能となる。また、排水の処理水量の平滑化をより効果的に行うことが可能である。下水プラント１５は、水需要のピーク時においても処理がオーバーフローしないように、ピーク時の処理量を基準にプラントの大きさ及び設備の処理応力が設計されているため、下水プラント１５の導入コストを抑えることが可能となる。

したがって、本実施形態に係る水需給最適化システム１０によれば、排水の処理水量のピークシフト及びフラット化を図ることが可能であると共に、排水処理に要するコスト及び下水プラント１５の導入コストを抑えることができる。

また、第１の実施形態では、電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報を管理端末１１１１の表示部により需要家に表示するようにしている。この表示を見た需要家は、電力単価の高い時間帯を避けて水を使用すると考えられる。つまり、管理端末１１１１により制御できない設備が有る場合であっても、電力単価の高い時間帯を避けて水を使用するように、需要家を促すことが可能となる。これにより、各住戸において、水需要のピークシフト及び平滑化がより効果的に行われることとなる。

また、第１の実施形態では、フィードバック情報を管理端末１１１１の表示部に表示するようにしている。この表示を見た需要家は、自身の努力により発生した節電効果等を確認することができ、電力単価の高い時間帯を避けた水の使用をより心がけるようになると考えられる。これにより、各住戸において、水需要のピークシフト及び平滑化がより効果的に行われることとなる。

また、第１の実施形態では、需要情報作成部１２１は、作成した水、電気及びガスの需要情報を、住戸１１１−１〜１１１−ｎの管理端末１１１１で設定される予約情報を考慮して更新するようにしている。これにより、他の住戸の予約状況を反映させた水、電気及びガスの需要情報を提供することが可能となる。

なお、第１の実施形態は上述の内容に限定される訳ではない。

統合制御装置１２は、電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報に加え、水、電気及びガスの累積使用量を管理端末１１１１へ送信しても構わない。このとき、管理端末１１１１は、電気の時間帯別料金、及び、水、電気及びガスの累積使用量に基づき、水、電気及びガスの単価の安い時間帯及び方法で水を使用するように、宅内設備１１１２の制御案を作成する。また、管理端末１１１１は、電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報に加え、水、電気及びガスの累積使用量も表示部に表示する。

水、電気及びガスの単価が、水、電気及びガスの累積使用量に応じて変動する場合が有り得る。管理端末１１１１により水、電気及びガスの累積使用量も考慮して制御案を作成することで、各住戸における水、電気及びガスの使用料金を抑えることが可能となる。また、管理端末１１１１の表示部に、水、電気及びガスの累積使用量も表示させることで、需要家に、水、電気及びガスの使用料金を抑えるための行動を促すことが可能となる。

また、管理端末１１１１で作成される制御案には、各制御案を採用した際に予想される節電効果等が含まれていても構わない。これにより、需要家は、より効果的な制御案を選択することが可能となる。つまり、各住戸において、水需要のピークシフト及び平滑化がより効果的に行われることとなる。

また、第１の実施形態では、管理端末１１１１、室内設備１１１２及び計測装置１１１３が住戸１１１内にそれぞれ独立して存在する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、管理端末１１１１、室内設備１１１２及び計測装置１１１３は一体となっていても構わない。

また、第１の実施形態では、管理端末１１１１は、電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報を統合制御装置１２から受信し、これらを表示する場合を説明したが、管理端末１１１１は、現時刻の水、電気及びガスの総使用量を受信し、これを表示するようにしても構わない。このとき、需要情報作成部１２１は、現時刻の使用量データを積算し、水、電気及びガスの総使用量を算出し、通信部１２３から管理端末１１１１へ送信する。現時刻の水、電気及びガスの総使用量の表示を見た需要家は、水需要のピークシフト及び平滑化のため、水の総使用量の多い時間帯には、水の使用を避けることが考えられる。これにより、各住戸において、水需要のピークシフト及び平滑化がより効果的に行われることとなる。

また、第１の実施形態では、図３に示すように電力単価が時間帯別に予め決定されている場合を例に説明したが、電気の時間帯別料金は、例えば、前日までに予め決定される場合に限らず、電力単価が電気の需給バランスに応じて動的に変動するＲＴＰ（Real Time Pricing）を採用する場合であっても構わない。この場合、統合制御装置１２は、図８に示すように料金予測部１２５をさらに備える。料金予測部１２５は、住戸１１１−１〜１１１−ｎに設置された計測装置１１１３からの使用量データから電気の需給バランスを勘案し、電力単価を予測する。

需要情報作成部１２１は、予測された電力単価と同一又は類似の電力単価が設定された状況下での使用量データを記憶部１２４から読み出す。需要情報作成部１２１は、読み出した使用量データの統計をとることで、水、電気及びガスの需要情報を作成する。

通信部１２３は、予測した電力単価、及び、作成した水、電気及びガスの需要情報を住戸１１１−１〜１１１−ｎに設置される管理端末１１１１へ送信する。また、通信部１２３は、作成した水の需要情報を上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信する。

これにより、電力単価がＲＴＰにより決定される場合であっても、水需要のピークシフト及びフラット化を図ることが可能であるため、水処理に要するコスト及び上水プラント１３の導入コストを抑えることができる。また、排水量のピークシフト及びフラット化を図ることが可能であるため、排水処理に要するコスト及び下水プラント１５の導入コストを抑えることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、水についても単価が変動する場合を説明する。

図９は、第２の実施形態に係る都市部１７及び統合制御装置１８の構成を示す模式図である。図９に示す都市部１７には、複数の住戸１７１−１〜１７１−ｎが存在する。なお、住戸１７１−１〜１７１−ｎの動作はそれぞれ同様であるため、ここでは、住戸１７１−１について説明する。

住戸１７１−１には、管理端末１７１１、宅内設備１１１２及び計測装置１１１３が設置される。

管理端末１７１１は、インタラクティブな通信機能を持つ、例えば、ＨＥＭＳサーバ、ＴＶ、携帯電話、スマートフォン又はＰＣ等の装置である。管理端末１７１１は、当該端末を使用する需要家が指示を入力する指示入力部と、統合制御装置１８から送信される情報等を表示する表示部とを備える。

管理端末１７１１は、水及び電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報を統合制御装置１８から受信する。管理端末１７１１は、受信したこれらの情報を表示部により需要家に表示する。

また、管理端末１７１１は、水及び電気の時間帯別料金に基づき、水道単価及び電力単価が安い時間帯及び方法で水を使用するように、宅内設備１１１２の制御案を作成する。図１０は、電力単価の推移と水道単価の推移との関係を示す図である。例えば、管理端末１７１１は、水道単価及び電力単価の安い２２時から風呂湯沸し機を駆動させるように制御案を作成する。管理端末１７１１は、作成した制御案を、表示部から需要家に表示する。

管理端末１７１１は、指示入力部を介して需要家により制御案が選択されると、選択された制御案を予約制御として設定する。管理端末１７１１は、予約制御により指定された時刻に達すると、予約制御により指定された設備を駆動させる。また、管理端末１７１１は、予約制御を設定すると、予約制御についての情報を予約情報として統合制御装置１８へ通知する。

これにより、需要家は電力単価が安い時間帯に宅内設備を動作させることになり、使用料金を低減することができる。また、水需要をコントロールすることにもなり、水需要のピークシフトが可能となり、加えて、水需要のピークカットが可能となる。

なお、管理端末１７１１は、需要家からの要望を受け取り、受け取った要望を満たすように予約制御を設定しても良い。

また、管理端末１７１１は、水、電気及びガスを使用した結果に基づいて統合制御装置１８で作成されるフィードバック情報を、統合制御装置１８から受信する。フィードバック情報には、水、電気及びガスの使用時刻をずらしたことにより生じる節電効果及び節水効果等が含まれる。管理端末１７１１は、受信したフィードバック情報を、表示部により需要家に表示する。

統合制御装置１８は、需要情報作成部１８１、フィードバック情報作成部１８２、通信部１８３及び記憶部１８４を備える。

記憶部１８４は、予め設定される水及び電気の時間帯別料金情報、及び、住戸１７１−１〜１７１−ｎに設置される計測装置１１１３から出力される使用量データを記憶する。

需要情報作成部１８１は、記憶部１８４に記憶された使用量データの統計をとることで、水、電気及びガスの需要情報を作成する。需要情報は、例えば１日における各時間帯の需要の推移のように、需要の推移を大局的に確認可能な形式をとる。需要情報作成部１８１は、作成した水、電気及びガスの需要情報を、通信部１８３により、住戸１７１−１〜１７１−ｎに設置された管理端末１７１１へ送信する。また、需要情報作成部１８１は、作成した水の需要情報を、通信部１８３により、上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信する。また、需要情報作成部１８１は、作成した水、電気及びガスの需要情報を、住戸１７１−１〜１７１−ｎの管理端末１７１１で設定される予約情報を考慮して更新し、新たな需要情報として出力するようにしても構わない。

フィードバック情報作成部１８２は、住戸１７１−１〜１７１−ｎに設置された計測装置１１１３からの使用量データに基づき、住戸１７１−１〜１７１−ｎそれぞれのフィードバック情報を作成する。

例えば、フィードバック情報作成部１８２は、使用量データに含まれる水、電気及びガスの使用時刻と、これらの一般的な使用時刻とを比較する。フィードバック情報作成部１８２は、使用時刻の変化に伴う水道単価及び電力単価の変化に、水及び電気の使用量を勘案し、水、電気及びガスの使用時刻をずらしたことによる節電効果及び節水効果等をフィードバック情報として作成する。

通信部１８３は、記憶部１８４に記憶されている水及び電気の時間帯別料金情報を管理端末１７１１へ送信する。また、通信部１８３は、需要情報作成部１８１で作成された水、電気及びガスの需要情報を、住戸１７１−１〜１７１−ｎに設置される管理端末１７１１へ送信する。また、通信部１８３は、水の需要情報を、上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信する。また、通信部１８３は、フィードバック情報作成部１８２で住戸１７１−１〜１７１−ｎ毎に作成されたフィードバック情報を、対応する住戸へ送信する。

以上のように、上記第２の実施形態では、管理端末１７１１は、水及び電気の時間帯別料金に基づき、水道単価及び電力単価が安い時間帯及び方法で水を使用するように宅内設備１１１２を制御する。これにより、各住戸において水需要のピークが水道単価及び電力単価のピークからずれるようにシフトし、このピークシフトに伴い、水需要のピークが平滑化される。また、各住戸において水及び電気の使用料金が抑えられることとなる。

統合制御装置１８は、住戸１７１−１〜１７１−ｎでの水の使用量データに基づいて、水の需要情報を作成し、作成した需要情報を上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信する。これにより、都市部１７での水需要のピークシフト及び平滑化を考慮した水の需要情報が、上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信されることとなる。

上水制御装置１４は、受信した需要情報と電気の時間帯別料金とに基づいて、配水池１３３−１，１３３−２，１３４−１〜１３４−４の貯水率の最適制御、及び、送水ポンプ１３２−１〜１３２−６の最適制御を行う。これにより、都市部１７での水需要のピークシフト及び平滑化に加え、上水プラント１３においても浄水の送水量のピークシフト及び平滑化が行われることとなる。つまり、浄水の送水量のピークシフトをより効果的に行うことが可能であるため、水処理のコストを抑えることが可能となる。また、浄水の送水量の平滑化をより効果的に行うことが可能であるため、上水プラント１３の導入コストを抑えることが可能となる。

したがって、本実施形態に係る水需給最適化システム１０によれば、水需要のピークシフト及びフラット化を図ることが可能であると共に、水処理に要するコスト及び上水プラント１３の導入コストを抑えることができる。

また、第２の実施形態では、下水制御装置１６は、受信した水の需要情報と電気の時間帯別料金とに基づいて、ポンプ場１５１−１〜１５１−５及び雨水滞水池１５３の貯水率の最適制御を行う。これにより、都市部１１での水需要のピークシフト及び平滑化に加え、下水プラント１５においても排水の処理水量のピークシフト及び平滑化が行われることとなる。つまり、排水の処理水量のピークシフトをより効果的に行うことが可能であるため、排水処理のコストを抑えることが可能となる。また、排水の処理水量の平滑化をより効果的に行うことが可能であるため、下水プラント１５の導入コストを抑えることが可能となる。

したがって、本実施形態に係る水需給最適化システム１０によれば、排水の処理水量のピークシフト及びフラット化を図ることが可能であると共に、排水処理に要するコスト及び下水プラント１５の導入コストを抑えることができる。

また、第２の実施形態では、水及び電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報を管理端末１７１１の表示部により需要家に表示するようにしている。この表示を見た需要家は、水道単価及び電力単価の高い時間帯を避けて水を使用すると考えられる。つまり、管理端末１７１１により制御できない設備が有る場合であっても、水道単価及び電力単価の高い時間帯を避けて水を使用するように、需要家を促すことが可能となる。これにより、各住戸において、水需要のピークシフト及び平滑化がより効果的に行われることとなる。また、各住戸において水及び電気の使用料金がより抑えられることとなる。

また、第２の実施形態では、フィードバック情報を管理端末１７１１の表示部に表示するようにしている。この表示を見た需要家は、自身の努力により発生した節電効果及び節水効果等を確認することができ、水道単価及び電力単価の高い時間帯を避けた水の使用をより心がけるようになると考えられる。これにより、各住戸において、水需要のピークシフト及び平滑化がより効果的に行われることとなる。また、各住戸において水及び電気の使用料金がより抑えられることとなる。

また、第２の実施形態では、需要情報作成部１８１は、作成した水、電気及びガスの需要情報を、住戸１７１−１〜１７１−ｎの管理端末１７１１で設定される予約情報を考慮して更新するようにしている。これにより、他の住戸の予約状況を反映させた水、電気及びガスの需要情報を提供することが可能となる。

なお、第２の実施形態は上述の内容に限定される訳ではない。

統合制御装置１８は、電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報に加え、水、電気及びガスの累積使用量を管理端末１７１１へ送信しても構わない。このとき、管理端末１７１１は、水及び電気の時間帯別料金、及び、水、電気及びガスの累積使用量に基づき、水、電気及びガスの単価の安い時間帯及び方法で水を使用するように、宅内設備１１１２の制御案を作成する。また、管理端末１７１１は、水及び電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報に加え、水、電気及びガスの累積使用量も表示部に表示する。水、電気及びガスの単価が、水、電気及びガスの累積使用量に応じて変動する場合、管理端末１７１１により水、電気及びガスの累積使用量も考慮して制御案を作成することで、各住戸における水、電気及びガスの使用料金を抑えることが可能となる。また、管理端末１７１１の表示部に、水、電気及びガスの累積使用量も表示させることで、需要家に、水、電気及びガスの使用料金を抑えるための行動を促すことが可能となる。

また、管理端末１７１１で作成される制御案には、各制御案を採用した際に予想される節電効果及び節水効果等が含まれていても構わない。これにより、需要家は、より効果的な制御案を選択することが可能となる。つまり、各住戸において、水需要のピークシフト及び平滑化がより効果的に行われることとなる。また、各住戸において水及び電気の使用料金がより抑えられることとなる。

また、第２の実施形態では、管理端末１７１１、室内設備１１１２及び計測装置１１１３が住戸１７１内にそれぞれ独立して存在する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、管理端末１７１１、室内設備１１１２及び計測装置１１１３は一体となっていても構わない。

また、第２の実施形態では、管理端末１７１１は、水及び電気の時間帯別料金情報、及び、水、電気及びガスの需要情報を統合制御装置１８から受信し、これらを表示する場合を説明したが、管理端末１７１１は、現時刻の水、電気及びガスの総使用量を受信し、これを表示するようにしても構わない。このとき、需要情報作成部１８１は、現時刻の使用量データを積算し、水、電気及びガスの総使用量を算出し、通信部１８３から管理端末１７１１へ送信する。現時刻の水、電気及びガスの総使用量の表示を見た需要家は、水需要のピークシフト及び平滑化のため、水の総使用量の多い時間帯には、水の使用を避けることが考えられる。これにより、各住戸において、水需要のピークシフト及び平滑化がより効果的に行われることとなる。また、各住戸において水及び電気の使用料金がより抑えられることとなる。

また、第２の実施形態では、図１０に示すように水道単価及び電力単価が時間帯別に予め決定されている場合を例に説明したが、水道単価及び電力単価が水及び電気の需給バランスに応じてそれぞれ動的に変動するＲＴＰ（Real Time Pricing）を採用する場合であっても構わない。この場合、統合制御装置１８は、図１１に示すように料金予測部１８５をさらに備える。料金予測部１８５は、住戸１７１−１〜１７１−ｎに設置された計測装置１１１３からの使用量データから電気の需給バランスを勘案し、電力単価を予測する。また、料金予測部１８５は、住戸１７１−１〜１７１−ｎに設置された計測装置１１１３からの使用量データから水の需給バランスを勘案し、水道単価を予測する。

需要情報作成部１８１は、予測された水道単価及び電力単価と同一又は類似の水道単価及び電力単価が設定された状況下での使用量データを記憶部１８４から読み出す。需要情報作成部１８１は、読み出した使用量データの統計をとることで、水、電気及びガスの需要情報を作成する。

通信部１８３は、予測した水道単価及び電力単価、及び、作成した水、電気及びガスの需要情報を住戸１７１−１〜１７１−ｎに設置される管理端末１７１１へ送信する。また、通信部１８３は、作成した水の需要情報を上水制御装置１４及び下水制御装置１６へ送信する。

これにより、水道単価及び電力単価がＲＴＰにより決定される場合であっても、水需要のピークシフト及びフラット化を図ることが可能であるため、水処理に要するコスト及び上水プラント１３の導入コストを抑えることができる。また、排水量のピークシフト及びフラット化を図ることが可能であるため、排水処理に要するコスト及び下水プラント１５の導入コストを抑えることができる。

なお、上記各実施形態では、水、電気及びガスを例に説明したが、エネルギーはこれら以外であっても構わない。

また、上記各実施形態では、水及び電気の単価が時間帯毎に変動する例を説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、ガスの単価が時間帯毎に変動する場合であっても、同様に実施可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…水需給最適化システム、１１，１７…都市部、１１１，１７１…住戸、１１１１，１７１１…管理端末、１１１２…室内設備、１１１３…計測装置、１２，１８…統合制御装置、１２１，１８１…需要情報作成部、１２２，１８２…フィードバック情報作成部、１２３，１８３…通信部、１２４，１８４…記憶部、１２５，１８５…料金予測部、１３…上水プラント、１３１…浄水場、１３２…ポンプ、１３３…第一段の配水池、１３４…第二段の配水池、１４…上水制御装置、１５…下水プラント、１５１…ポンプ場、１５２…下水処理場、１５３…雨水滞水池、１６…下水制御装置

Claims (13)

1. 取水源から取水した原水を浄水場で浄水にし、前記浄水をポンプで送水し、配水池を介して複数の住戸を含む都市部へ供給する水需給最適化システムにおいて、
   前記複数の住戸それぞれに設けられ、前記複数の住戸それぞれで水を用いた動作を行う宅内設備を、電力単価の安い時間帯に駆動させるための予約制御を作成し、前記宅内設備を前記予約制御に従って駆動させる管理端末と、
   前記複数の住戸それぞれに設けられ、設けられた住戸で使用される水量を計測する計測装置と、
   前記複数の住戸それぞれに設けられる計測装置で計測された水量に基づいて前記都市部での水需要情報を作成する需要情報作成部と、
   前記水需要情報で示される水需要を満たし、かつ、電力単価の変動を参照して前記浄水場での処理コスト、前記浄水の送水コスト、または電力単価のピーク時の消費電力の最小化を実現するように、前記配水池の貯水率及び前記ポンプの最適制御を行う上水制御装置と
   を具備することを特徴とする水需給最適化システム。
2. 前記管理端末は、前記予約制御に関する情報を前記需要情報作成部へ出力し、
   前記需要情報作成部は、前記予約制御に関する情報に基づいて前記水需要情報を更新することを特徴とする請求項１記載の水需給最適化システム。
3. 前記電力単価が電気の需給バランスに応じて動的に変動する場合、前記複数の住戸で使用される電気量から電気の需給バランスを勘案し、電力単価を予測する料金予測部をさらに具備し、
   前記計測装置は、前記設けられた住戸で使用される電気量をさらに計測して前記料金予測部へ送信し、
   前記需要情報作成部は、前記予測された電力単価と、前記計測装置で計測された水量の統計とに基づいて前記都市部での水需要情報を作成することを特徴とする請求項１又は２記載の水需給最適化システム。
4. 水の単価が時間帯毎に変動する場合、
   前記管理端末は、電力単価及び水道単価の安い時間帯に前記宅内設備を駆動させるように、前記予約制御を作成することを特徴とする請求項１又は２記載の水需給最適化システム。
5. 前記電力単価及び水道単価が電気及び水の需給バランスに応じてそれぞれ動的に変動する場合、前記複数の住戸で使用される電気量から電気の需給バランスを勘案し、電力単価を予測し、前記複数の住戸で使用される水量から水の需給バランスを勘案し、水道単価を予測する料金予測部をさらに具備し、
   前記計測装置は、前記設けられた住戸で使用される電気量をさらに計測して前記料金予測部へ送信し、
   前記需要情報作成部は、前記予測された電力単価及び水道単価と、前記計測装置で計測された水量の統計とに基づいて前記都市部での水需要情報を作成することを特徴とする請求項４記載の水需給最適化システム。
6. 前記水需給最適化システムは、前記都市部からの排水をポンプ場から下水処理場へ送水し、前記下水処理場で前記排水に対して下水処理を行い、
   前記水需要情報で示される水需要に応じた排水の下水処理を行い、かつ、前記電力単価の変動を参照して前記下水処理場での処理コスト、または電力単価のピーク時の消費電力の最小化を実現するように、前記ポンプ場の貯水率の最適制御を行う下水制御装置をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の水需給最適化システム。
7. 水を用いた動作を行う宅内設備と、
   電力単価を記憶する記憶手段と、
   前記電力単価に基づき電力単価の安い時間帯に前記宅内設備を駆動させるための予約制御情報を作成する予約制御手段と、
   前記予約制御情報に基づき前記宅内設備を駆動させる駆動指示手段と
   を具備することを特徴とする水需給最適化システム。
8. 水を用いた動作を行う宅内設備と、
   電力単価を記憶する記憶手段と、
   前記電力単価に基づき電力単価の安い時間帯に前記宅内設備を駆動させるための予約制御情報を作成する予約制御手段と、
   前記予約制御情報を表示される表示手段と
   を具備することを特徴とする水需給最適化システム。
9. 複数の住戸それぞれに設けられ、前記複数の住戸それぞれで水を用いた動作を行う宅内設備を、電力単価の安い時間帯に駆動させるための予約制御を作成し、前記宅内設備を前記予約制御に従って駆動させる管理端末と、
   前記複数の住戸それぞれに設けられ、設けられた住戸で使用される水量を計測する計測装置と、
   前記複数の住戸それぞれに設けられる計測装置で計測された水量に基づいて水需要情報を作成する需要情報作成部と、
   前記水需要情報を外部システムに送信する送信手段と
   を具備することを特徴とする水需給最適化システム。
10. 取水源から取水した原水を浄水場で浄水にし、前記浄水をポンプで送水し、配水池を介して複数の住戸を含む都市部へ供給する水需給最適化システムで用いられる制御装置において、
    前記複数の住戸それぞれに設けられる計測装置により計測された水量に基づいて水需要情報を作成する需要情報作成手段と、
    水需要情報で示される前記都市部の水需要と、電力単価とに基づいて、前記配水池の貯水率を設定する上水貯水率設定手段と、
    前記電力単価が安い時間帯に前記設定した貯水率を満たすように、前記ポンプを駆動させるように指示を出す上水指示手段と
    を具備することを特徴とする制御装置。
11. 前記水需給最適化システムは、前記都市部からの排水をポンプ場から下水処理場へ送水し、前記下水処理場で前記排水に対して下水処理を行い、
    前記制御装置は、
    前記水需要情報から得られる、前記都市部から排出される排水の排水量と、電力単価とに基づいて、前記ポンプ場の貯水率を設定する下水貯水率設定手段と、
    前記電力単価の安い時間帯に前記設定した貯水率を満たすように、前記ポンプ場を駆動させるように指示を出す下水指示手段と
    をさらに具備することを特徴とする請求項１０記載の制御装置。
12. 取水源から取水した原水を浄水場で浄水にし、前記浄水をポンプで送水し、配水池を介して複数の住戸を含む都市部へ供給する水需給最適化システムのコンピュータで使用されるプログラムであって、
    前記複数の住戸それぞれに設けられる計測装置により計測された水量に基づいて水需要情報を作成する需要情報作成処理と、
    水需要情報で示される前記都市部の水需要と、電力単価とに基づいて、前記配水池の貯水率を設定する上水貯水率設定処理と、
    前記電力単価が安い時間帯に前記設定した貯水率を満たすように、前記ポンプを駆動させるように指示を出す上水指示処理と
    を前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
13. 前記水需給最適化システムは、前記都市部からの排水をポンプ場から下水処理場へ送水し、前記下水処理場で前記排水に対して下水処理を行い、
    前記プログラムは、
    前記水需要情報から得られる、前記都市部から排出される排水の排水量と、電力単価とに基づいて、前記ポンプ場の貯水率を設定する下水貯水率設定処理と、
    前記電力単価の安い時間帯に前記設定した貯水率を満たすように、前記ポンプ場を駆動させるように指示を出す下水指示処理と
    を前記コンピュータにさらに実行させることを特徴とする請求項１２記載のプログラム。

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