JP2014067405A - ピークシフト送水計画方法、ピークシフト送水計画装置および貯蔵可能な資源の送出計画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】節電要請に応えることができるピークシフト送水計画方法、ピークシフト送水計画装置および貯蔵可能な資源の送出計画方法を提供する。
【解決手段】１日の送水量を電力料金が最も安い時間帯である夜間時にピークが来るように計画する。このとき最安単価開始時刻と水需要のピークがほぼ等しくなるため、最低水位を下回らずデマンドを越えないようにピークシフトの送水量を決定する。その後水位を基準に最安単価終了時刻やその他の送水量を決定する。ただし、最大単価時間帯は送水しなければ水位を維持できない場合は送水を行う。
【選択図】図９

Description

開示の実施形態は、ピークシフト送水計画方法、ピークシフト送水計画装置および貯蔵可能な資源の送出計画方法に関する。

従来、浄水場において、送水ポンプを用い、浄水池から配水池への送水を行う上水道システムが知られている。かかる上水道システムにおける配水池への送水は、主に配水池の水位に基づいて計画される。

水道のあらまし，日本水道協会，ｐ１７５，２００８ 第４回水道ビジョン検討会資料６，厚生労働省，ｐ３，２００７ 日本経済新聞２０１２年６月２８日，「１０％節電で「悪影響」５７％ 省エネ投資が負担に九州・沖縄１００社に聞く」 経済産業省，『「次世代エネルギー・社会システム実証」のマスタープランを公表』，２０１０年８月 横川勝也他: 水道広域化に対応する水運用最適化システム, 環境システム計測制御学会, Ｖｏｌ．８， Ｎｏ．２， ｐｐ．３７−４１ （２００３） 堂上 悠介: 環境負荷を考慮する水運用計画支援システムの提案，環境システム計測制御学会， Ｖｏｌ．１１， Ｎｏ．２， ｐｐ．１１１−１１４ （２００６） 黒川 太: プラント運転計画参照型ファジィ制御を摘用した浄水場送水制御システム， 環境システム計測制御学会， Ｖｏｌ．２， Ｎｏ．４， ｐｐ．３３−４０ （１９９８）

しかしながら、従来の浄水場における送水計画方法には、昨今の節電要請に応えるうえで更なる改善の余地がある。すなわち、上述のように従来技術では、浄水池から配水池への送水は主に配水池の水位に基づいて計画されるものであったため、電力料金の高い時間帯に配水池への送水が行われる場合があった。このため、節電要請に応えるうえでは不十分であった。

なお、かかる課題は水に限らず、貯蔵可能な資源を、電力を用いて貯蔵庫へ送出する場合に共通する課題である。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、節電要請に応えることができるピークシフト送水計画方法、ピークシフト送水計画装置および貯蔵可能な資源の送出計画方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るピークシフト送水計画方法は、ピークシフト工程を含む。前記ピークシフト工程は、浄水池から配水池への送水における電力消費を、電力料金および前記配水池の水位に基づき、節電要請のある時間帯からシフトさせる。

実施形態の一態様によれば、節電要請に応えることができる。

The electricity fraction of water purifying plant The electrical power charge of the summer and the other seasons The temporal transition of the standard housing area The system flow of Water conveyance plan for Peak-shift The conveying flow of an intended water purifying plant The temporal transition of water demand, original water conveyance, and proposal water conveyance at the day that the most water is demanded in a day. The temporal transition of water demand, original water conveyance, and proposal water conveyance in the week in September 図８は、実施形態に係るピークシフト送水計画装置の概念図である。 図９は、実施形態に係るピークシフト送水計画装置のブロック図である。 図１０Ａは、電力料金テーブルの一例を示す図である。 図１０Ｂは、最大送水時間帯の算出処理の説明図である。 図１１は、時間帯情報の一例を示す図である。 図１２は、ピークシフト送水計画装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図１３は、第１の計画工程において実行される処理手順を示すフローチャートである。 図１４Ａは、図１３の補足説明図（その１）である。 図１４Ｂは、図１３の補足説明図（その２）である。 図１５は、第２の計画工程において実行される処理手順を示すフローチャートである。 図１６Ａは、図１５の補足説明図（その１）である。 図１６Ｂは、図１５の補足説明図（その２）である。 図１７Ａは、日最大配水量日におけるシミュレーション結果を示す図（その１）である。 図１７Ｂは、日最大配水量日におけるシミュレーション結果を示す図（その２）である。 図１８Ａは、夏季１週間を例としたシミュレーション結果を示す図（その１）である。 図１８Ｂは、夏季１週間を例としたシミュレーション結果を示す図（その２）である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するピークシフト送水計画方法、ピークシフト送水計画装置および貯蔵可能な資源の送出計画方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、まず第１章〜第５章において本実施形態の概要について述べた後、第６章以降において本実施形態をより具体的に説明する。

１．はじめに
１．１ 背景
水道事業は国内の電力消費量の０．９％を占めている（非特許文献１）。図１に水道事業における使用電力の割合を示す。図１を見ると、約９割がポンプで使用されており、省エネ効果が大きい（非特許文献２）。さらに東日本大震災を契機に一変した国内の電力事情により、省エネ・節電への社会的要請が強くなっている（非特許文献３）。その中で、電力の最適化を目指しダイナミックプライシングやデマンドレスポンス（非特許文献４）といった電力の逼迫の程度を電力料金に換算する制度があり、省エネ・節電がますます重要になってくる。
本発明では浄水場で使用電力の割合が高いポンプの中でも特に電力消費が多い送水ポンプに着目し、ピーク時の電力をシフトさせることで電力が逼迫する時間帯の消費を抑えて節電要請に対応するポンプの運転方法を検討した。配水池の水位条件を満たしつつ、ピークシフトが可能か検討し、実浄水場のデータを基に節電要請への効果度を論じる。
従来の送水計画は、切替台数や消費電力に着目してポンプの運転計画を立案していた。その手法については遺伝的アルゴリズム（非特許文献５）や多目的計画法（非特許文献６）を用いて計画を立案する方法がある。またファジィ制御を用いた送水計画（非特許文献７）でもピークカット時刻を設定し、送水制御を行う手法もある。
本発明では電力ピークとなる時刻をシフトさせることを目的とし、電力料金テーブルをベースに料金が最小となる送水計画を立案する。
１．２ 目的
送水ポンプに着目したピークシフトによる節電を目的とし、つまり節電要請となる電力が逼迫する１３時から１６時のピーク時間に極力電力を消費しない運転を目指す。電力の逼迫具合が電力料金に比例するとし、電力料金を基に解析を行う。

２．電力料金について
２．１ 電力料金について
電力料金については、北海道電力を除いた電力会社においても季別時間別料金を設けている。配水池がある浄水場では季別時間別料金を採用しているところが多い。時間帯別の料金の変化を図２に示す。全電力会社の時間帯別料金は大きく３つの価格帯に分かれており、最大と最小の差は平均して５〜６［円／ｋＷｈ］となっている。
２．２ 電力料金の分析
前節に示した時間別料金体系のとき、どのように運用すれば基本料金と電力料金が安くなるか解析する。年間最大日使用電力量の日にデマンドが決定されるため、年間最大日使用電力量の日について解析する。
１日の消費電力量が同じの場合、デマンドを低くするためには電力の波形が平坦になるようにピークカットをする必要がある。また、電力料金が高い時間帯に電力を使用することは電力逼迫時に使用することとなり、節電要請と相反する。以上の２点を踏まえると、電力料金単価が安いときに平均的に電力を使用すれば最も安価に電力を使用できる。
そこで以下の仮定で年間最大日使用電力量の日電気代が最安になる条件を算出した。１日の使用電力量は一定で、電力料金単価が等しい時間帯では電力は一定とすることでピークカットを行う。また、基本料金を１日当たりに換算し、評価する。
１ヶ月あたりの基本料金単価をα、電力料金単価をβ_ｉ、料金単価β_ｉである時間をｈ_ｉ・消費電力をｐ_ｉとする。基本料金を電力料金単価へ変換し直すことで、二つの料金体系を評価する。基本料金を変換したものは

となる。β_ｉが最小であるｉ料金帯とある任意の料金帯ｊを比較した際、

となる２つの時間帯のみで考える。仮に不等号が逆の場合は、電力料金が最小の時間帯ですべての電力を消費すればよいとなる。電気代を考えると

の３通りが考えられる。Σｐ_ｉｈ_ｉが一定とする。
よって、Ｃ’−Ｃ’’’を計算すると

となり、Ｃ’＞Ｃ’’’である。
よって、同様にＣ’’−Ｃ’’’について計算を行うとＣ’’＞Ｃ’’’となり、２つの時間帯で同じ電力で運転が可能であれば、同一の電力で運転するのがよい。
では２つの時間帯で同じ電力にしたときの平均電力料金単価を考えると式（１）のβ_ｉが平均したものと変わる。つまり同様のことを実施し、式（２）が成り立たない料金帯が出てきたとき、初めてその料金帯では電力を消費しないという結論が出される。
２．３ 現在の電力会社の電力料金体系における解析
前節の解析を踏まえて、現在の電力会社の料金体系について解析する。電力会社の高圧受電、特高受電の料金体系の平均を（表１）に示す。（表１）に基づいて、解析するとピーク時刻を除いた時間帯で平均的に電力を消費するのがよい。

３．ピークシフト送水計画について
３．１ ピークシフト送水計画の概要
前章の電力料金の解析結果を踏まえてピークシフトを行う配水池に送水する流量の計画を立案する。ここで電力逼迫の程度は電力料金によって決まっており、節電要請に対するピークシフト、ピークシフトさせる時間帯が電力料金によって決定されているとする。
水の需要は住宅が多い地域では朝の時間帯８時から１０時や夕方の１７時から２０時に最も多く使われる（非特許文献７）。このことを考慮すると、ピークシフトすべき時間帯１３時から１６時には水の需要は多くない。朝の水需要が高い時間帯になるまでに配水池を満水にし、ピーク時は送水しない程度に他の時間帯で送水することで、最も単価が安くなり始める時間２０時に配水池が水位下限になればよい。本稿では住宅が多い地域かつ配水池が存在し、送水ポンプはインバータ方式であるとし、送水量は自由に設定できることとする。
３．２ ピークシフト送水計画のシステムフロー
ピークシフト送水計画のシステムフローを図４に示す。まずデマンドの決定を行うために日最大水需要の日の送水量を計画する。その後、各１日の送水量を計画する。各１日の時間単位計画は、電力料金が最も安い時間帯である夜間時にピークが来るように計画する。このとき最安単価開始時刻と水需要のピークがほぼ等しくなるため、最低水位を下回らずデマンドを越えないようにピークシフトの送水量を決定する。その後水位を基準に最安単価終了時刻やその他の送水量を決定する。ただし、最大単価時間帯は送水しなければ水位を維持できない場合は送水を行う。

４．実データによる効果の検証
４．１ 対象処理場の処理フロー
送水ポンプの使用電力の割合が多く、配水池のある浄水場を対象として、検証を行う。
浄水池以降の対象浄水場の処理フローは図５に示す。３つの送水ポンプを用いて主幹線へ送水し、その後５つの配水池へ送水される。
４．２ 検証範囲と検証方法
本稿は主幹線までの送水を考え、その後の配水池への分配は考慮しない。
電力料金を指標として効果の度合いを検証する。その際に送水量と電力量が比例すると仮定して、計算を行う。つまり対象浄水場の原単位を基に消費電力量を計算し、電力料金を算出する。
４．３ 効果の確認
年間最大日使用電力量の日の水需要について、従来の送水量推移と本稿で提案する送水計画による送水量推移を図６に示す。また夏季のある１週間分の従来の送水量推移と本稿で提案する送水計画による送水量推移を図７に示す。ここで従来とは対象浄水場で行っている運転のことを示す。
図６を見ると、夜間時間帯に入る時刻の従来のピークが平坦になると共に提案手法はポンプの切替回数も少なくなっている。デマンドは従来と変化しないが、対象処理場の送水ポンプに対する原単位が０．５２６［ｍ^３／ｋＷｈ］であるのに対し、この日の電力量料金は提案手法では１１５，４６８［円］となり、従来手法では１１８，２７６［円］と２％低下した。
図７を見ると、従来手法もピークはシフトされていたが、提案手法はより平滑化されたのと同時にピーク時に送水をとめているため、節電要請が起こりえる時間帯の電力消費を抑えることができている。電力量料金で見てみると、１週間の合計で提案手法では７３２，０７０［円］、従来は７６６，７８２［円］となり、１週間の電力量料金は約５％低下することができた。
また他機器もあるため一概には言えないが、提案手法ではピーク時間に消費電力を抑えており節電要請へ対応できた。

５．まとめ
５．１ 結果と課題
本稿では簡易的に節電要請にあわせた送水計画を導き出した。電力料金を解析し、その解析結果を用いて送水計画を立案した。本稿で対象とした処理上では結果的にピーク時間帯に送水せずとも１日の送水が可能であり、その結果電力料金が５％低下を達成できた。ただし、送水ポンプを停止することによる起動・終了の電力や手間が除かれている。
５．２ 今後について
本稿ではインバータ方式での送水に留まっている。また、ポンプのモデルも導入していないため浄水場の原単位を基に電力量を算出している。この２点を今後追加していく。また取水ポンプの電力消費量も多いため、取水まで含めた節電対策を今後考慮していく必要がある。

６．具体的な説明
以下、これまで説明した本実施形態の内容をより具体的に説明する。なお、以下では、実施形態に係るピークシフト送水計画方法を、ピークシフト送水計画装置１０が実行するものとして説明を行う。

図８は、実施形態に係るピークシフト送水計画装置１０の概念図である。図８に示すように、上水道システム１では、浄水池２からポンプ井３、送水ポンプ４、調整弁５を経て配水池６への送水が行われる。そして、配水池６へ送水され、貯水された水は、各一般家庭等のいわゆる需要家７へ配水され、使用されることとなる。なお、図８は、浄水池２から配水池６への送水に必要となる構成要素のみを示しており、上水道システム１の構成要素を限定するものではない。また、ポンプ井３は、必ずしもなくともよい。

そして、かかる浄水池２から配水池６への送水は、ピークシフト送水計画装置１０によって立案される送水量の計画値に基づいて行われる。ここで、送水量の計画値とは、たとえば、１日における送水量のタイムテーブルである。

かかるピークシフト送水計画装置１０のブロック構成について、図９を用いて説明する。図９は、実施形態に係るピークシフト送水計画装置１０のブロック図である。なお、図９では、本実施形態の説明に必要な構成要素のみを示しており、その他の構成要素についての記載を省略している。

図９に示すように、ピークシフト送水計画装置１０は、制御部１１と、記憶部１２とを備える。制御部１１は、電力料金テーブル取得部１１ａと、電力料金テーブル解析部１１ｂと、計画値演算部１１ｃと、調整部１１ｄと、出力制御部１１ｅとを備える。

制御部１１は、ピークシフト送水計画装置１０の全体制御を行いつつ、浄水池２から配水池６への送水における電力消費を、電力料金および配水池６の水位に基づき、節電要請のある時間帯からシフトさせるピークシフト工程を実行する。すなわち、制御部１１は、ピークシフト部の一例である。

ピークシフト工程は、電力料金テーブル解析部１１ｂ、計画値演算部１１ｃおよび調整部１１ｄにおいて実行される第１の計画工程と、第１の計画工程による立案に基づいて計画値演算部１１ｃおよび調整部１１ｄにおいて実行される第２の計画工程とを含む。

第１の計画工程では、第１の所定周期における送水量の計画値を立案する。また、第２の計画工程では、第１の計画工程による立案に基づいて第２の所定周期における送水量の計画値を立案する。

なお、本実施形態では、第１の所定周期は、年間の日最大配水量日（すなわち、送水において年間で最大の電力消費が見込まれる日）であり、第２の所定周期は、日最大配水量日を除く各１日であるものとする。したがって、立案される計画の切替周期は１日である。

これら第１の計画工程および第２の計画工程において実行される具体的な処理手順については、図１０Ａ以降を用いた説明で詳述する。

記憶部１２は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリといった記憶デバイスであり、電力料金テーブル１２ａと、時間帯情報１２ｂと、配水量予測値１２ｃと、送水ポンプ情報１２ｄと、配水池情報１２ｅと、水位実績値１２ｆと、配水量実績値１２ｇと、切替目標水位１２ｈとを記憶する。

電力料金テーブル取得部１１ａは、電力会社１００から電力料金テーブルを取得し、電力料金テーブル１２ａとして記憶部１２に記憶させる。なお、かかる取得についてはその手法を問わない。たとえば、電力会社１００との間で情報伝達可能に形成されたネットワークを介してでもよいし、オペレータによる直接入力でもよい。

電力料金テーブル解析部１１ｂは、電力料金テーブル１２ａを解析し、電力料金単価が最安となる最安時間帯に基づいて最大送水時間帯を算出する。ここで、最大送水時間帯とは、配水池６の水位の増加量を最大とするための送水の時間帯であり、言い換えれば、１日のうちで電力消費が最大となる時間帯である。

本実施形態は、かかる最大送水時間帯を１日のうちで電力料金単価のより安い時間帯に設け、その最大送水時間帯の中でより平均的に電力を使用する（すなわち、より平均的に送水を行う）ことで節電要請に応えようとするものである。

なお、本実施形態では、最大送水時間帯は、少なくとも最終的に上記最安時間帯に重なるように調整される。したがって、送水における主たる電力消費を、経済活動等の活発化により電力使用がピークを示す傾向にある日中の時間帯、すなわち節電要請のある時間帯からシフトさせることができるので、節電要請に応えることが可能となる。

また、電力料金テーブル解析部１１ｂは、１日のうちで電力料金単価が最高となる最高時間帯、いわば電力の使用を極力避けるべき時間帯を算出する。

かかる電力料金テーブル解析部１１ｂにおける電力料金テーブル解析処理について具体的に説明する。図１０Ａは、電力料金テーブル１２ａの一例を示す図である。また、図１０Ｂは、最大送水時間帯の算出処理の説明図である。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂともに、縦軸は電力料金を示す。

図１０Ａに示すように、従量分の電力料金が、（ａ）〜（ｃ）の３つに区分けされているものとする。なお、図１０Ａに示すように、（ａ）〜（ｃ）は、（ａ）＜（ｂ）＜（ｃ）の関係にあり、（ａ）の時間帯が従量分の最安時間帯である。

電力料金テーブル解析部１１ｂは、まず、かかる（ａ）の時間帯に対し、上記の式（１）を用いて、固定分の基本料金を電力料金単価換算で足し込む。図１０Ｂは、かかる（ａ）の時間帯に基本料金を変換して足し込んだ場合を示している。

ここで、基本料金を足し込んでも上記の式（２）が成立しない場合、すなわち、変わらず（ａ）＜（ｂ）の関係にある場合、電力料金テーブル解析部１１ｂは、かかる（ａ）の時間帯を基本料金込みの最安時間帯とみなし、かかる（ａ）の時間帯を最大送水時間帯とする。

一方、基本料金を足し込んで上記の式（２）が成立した場合、すなわち、図１０Ｂに示すように（ａ）＞（ｂ）の関係となる場合、上記の式（３）および（４）によれば、（ａ）および（ｂ）の２つの時間帯で同一電力を使用するのがよい。

そこで、電力料金テーブル解析部１１ｂは、次に（ａ）および（ｂ）の２つの時間帯に基本料金を電力料金単価換算で足し込んで（ｃ）との関係を評価する。そして、電力料金テーブル解析部１１ｂは、このような評価を上記の式（２）が成立しない時間帯が出てくるまで再帰的に繰り返し、かかる上記の式（２）が成立しない時間帯を最高時間帯とみなす。

なお、図１０Ｂに示す例では最終的に、（ｃ）の時間帯が最高時間帯となり、かかる最高時間帯を除く（ａ）および（ｂ）の時間帯が最大送水時間帯となる。

そして、電力料金テーブル解析部１１ｂは、このように算出した各時間帯に関する情報を時間帯情報１２ｂとして記憶部１２に記憶させる（図９参照）。かかる時間帯情報１２ｂの一例を図１１に示す。

図１１は、時間帯情報１２ｂの一例を示す図である。なお、説明を分かりやすくするため、以下では、図１１に示すように、最安時間帯が２２：００〜８：００であり、最高時間帯が１２：００〜１６：００であり、最大送水時間帯が１６：００〜１２：００であるものとする。

なお、電力料金テーブル解析部１１ｂにおいて算出される最大送水時間帯は、この段階ではいわば概算値であって、後述する後工程において適宜調整されてゆくこととなる。

図９の説明に戻り、次に計画値演算部１１ｃについて説明する。計画値演算部１１ｃは、時間帯情報１２ｂに基づき、最大送水時間帯における最大送水量を含む送水量の計画値を演算する。ここで、最大送水量は、送水における最大電力消費量に対応する。

なお、計画値演算部１１ｃは、かかる計画値の演算につき、配水量予測値１２ｃ、送水ポンプ情報１２ｄ、配水池情報１２ｅ、水位実績値１２ｆを適宜参照する。

配水量予測値１２ｃは、配水量の予測値を含む情報であり、図示略の配水量予測システム等からの情報に基づいて適宜更新される。送水ポンプ情報１２ｄは、送水ポンプ４の仕様を含む情報であり、あらかじめ記憶部１２に記憶される。配水池情報１２ｅは、配水池６の仕様を含む情報であり、これもあらかじめ記憶部１２に記憶される。水位実績値１２ｆは、水位の実績値を含む情報であり、配水池６からの情報に基づいて適宜更新される。

計画値演算部１１ｃは、これらの情報１２ｂ〜１２ｆに基づき、配水池６の最低水位で極小値になるように最大送水量を決定する。具体的には、最安時間帯の始まりに配水池６の水位が最低水位と略等しくなるように、最大送水量を含む計画値を演算する。

そして、計画値演算部１１ｃは、演算した計画値を調整部１１ｄへ渡す。調整部１１ｄは、計画値演算部１１ｃから渡された計画値を、配水量実績値１２ｇおよび切替目標水位１２ｈを参照しつつ調整する。

なお、配水量実績値１２ｇは、配水量の実績値を含む情報であり、配水池６からの情報に基づいて適宜更新される。切替目標水位１２ｈは、１日の切替時における目標水位を含む情報である。

具体的には、調整部１１ｄは、最高水位で極大値になるように、言い換えれば、最安時間帯の終わりに配水池６の水位が最高水位と略等しくなるように、最大送水時間帯の調整およびその他の時間帯の送水量の調整を行う。

また、調整部１１ｄは、１日の切替時において配水池６が目標水位となるように、その他の時間帯の送水量を調整する。また、調整部１１ｄは、最高時間帯の終わりに配水池６の水位が最低水位と略等しくなるように計画値を調整する。

すなわち、調整部１１ｄは、最高時間帯では極力送水しないように、配水池６の水位をベースとした送水量の調整を行う。具体的には、調整部１１ｄは、最高時間帯における送水量が０に近づくように計画値を調整する。ただし、調整部１１ｄは、例外的に、最高時間帯における配水池６の水位が最低水位を下回らないように計画値を調整する。

なお、調整部１１ｄによって調整された計画値は、計画値演算部１１ｃに対してフィードバックされ、計画値演算部１１ｃによる再演算が必要であれば適宜再演算が行われることが好ましい。

ここまで説明した計画値演算部１１ｃおよび調整部１１ｄにおける各処理は、後述する第１の計画工程および第２の計画工程における処理説明の際に、図１３以降にあらためて示すこととする。

出力制御部１１ｅは、立案された計画値を結果出力部２０へ出力するための制御を行う。なお、結果出力部２０は、ディスプレイやプリンタといった出力デバイスである。

一例として、出力制御部１１ｅは、結果出力部２０へ出力される電力料金の演算および出力形式への変換を行う。また、一例として、出力制御部１１ｅは、立案された計画に基づく送水ポンプ４の運転方法の演算および出力形式への変換を行う。また、一例として、出力制御部１１ｅは、配水池６の状態の演算および出力形式への変換を行う。

そして、かかる出力制御部１１ｅの出力制御処理を経て結果出力部２０へ出力された出力結果に基づき、オペレータ等によって実際に送水ポンプ４の操作が行われることとなる。なお、ここでオペレータ等の操作を介することなく、ピークシフト送水計画装置１０自体が、立案した計画に基づいて送水ポンプ４等を制御し、送水を行うようにしてもよい。

次に、ピークシフト送水計画装置１０が実行する処理手順について、図１２を用いて説明する。図１２は、ピークシフト送水計画装置１０が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図１２に示すように、ピークシフト送水計画装置１０はまず、第１の計画工程を実行して、送水において年間で最大の電力消費が見込まれる日最大配水量日についての送水量の計画値を立案する（ステップＳ１０１）。かかる第１の計画工程においては、本ピークシフト送水計画方法における年間の最大電力消費量が、電力料金単価の最高時間帯を避けつつ決定される。

そして、ピークシフト送水計画装置１０は、つづいて第２の計画工程を実行して、日最大配水量日を除く各１日についての送水量の計画値を立案する（ステップＳ１０２）。かかる第２の計画工程においては、第１の計画工程において決定された最大電力消費量を上回らないように各１日の送水量の計画値が立案される。

これにより、少なくとも電力料金単価の最高時間帯における電力消費を従来よりも抑えることが可能となる。

次に、ステップＳ１０１の第１の計画工程について、図１３〜図１４Ｂを用いて具体的に説明する。図１３は、第１の計画工程において実行される処理手順を示すフローチャートである。

また、図１４Ａおよび図１４Ｂは、図１３の補足説明図（その１）および（その２）である。なお、説明を分かりやすくするため、図１４Ａにおいては、図１３に示す各ステップの符号を、かかる各ステップに対応する矢印等にあえて同一符号を付している。

図１３に示すように、第１の計画工程においてはまず、電力料金テーブル解析部１１ｂにより電力料金テーブル１２ａが解析され、かかる解析に基づく最大送水時間帯の決定が行われる（ステップＳ２０１）。

すなわち、図１４Ａに示すように、ステップＳ２０１では、最高時間帯である１２：００〜１６：００を避けた１６：００以降の時間帯が最大送水時間帯の概算値として決定される。

つづいて、図１３に示すように、第１の計画工程においては、計画値演算部１１ｃにより、最低水位で極小値になるように最大送水量の決定が行われる（ステップＳ２０２）。具体的には、図１４Ａの閉曲線Ｃ１で囲まれた部分に示すように、配水池総配水量を示す波形と計画送水量を示す波形とが、最安時間帯の始まりである２２：００頃で交わるように決定される。

これは、図１４Ｂにおいては、閉曲線Ｃ１’で囲まれた部分に対応する。すなわち、閉曲線Ｃ１’で囲まれた部分に示すように、最安時間帯の始まり（２２：００頃）に配水池６の水位が最低水位と略等しい計画貯水量となるように、最大送水量を含む計画値が演算され、決定される。

これにより、配水需要が少なく、かつ、電力料金単価の安い時間帯に、最大限に送水を行うことが可能となる。したがって、送水における主たる電力消費を、経済活動等の活発化により電力使用がピークを示す傾向にある日中の時間帯、すなわち節電要請のある時間帯からシフトさせることができるので、節電要請に応えることができる。

つづいて第１の計画工程においては、図１３に示すように、調整部１１ｄにより、最高水位で極大値になるように、最大送水時間帯の調整およびその他の時間帯の送水量の調整が行われる（ステップＳ２０３）。

具体的には、図１４Ａの閉曲線Ｃ２で囲まれた部分および矢印Ｓ２０３に示すように、配水池総配水量を示す波形と計画送水量を示す波形とが、最安時間帯の終わりである８：００頃でふたたび交わるように、最大送水時間帯の調整およびその他の時間帯の送水量の調整が行われる。

これは、図１４Ｂにおいては、閉曲線Ｃ２’で囲まれた部分に対応する。すなわち、閉曲線Ｃ２’で囲まれた部分に示すように、最安時間帯の終わり（８：００頃）に配水池６の水位が最高水位と略等しい計画貯水量となるように、最大送水時間帯が調整される。また、その他の時間帯の送水量が調整される。

これにより、最安時間帯の終わりまでに配水池６を満水にして、配水需要の高まる日中に備えつつ、最高時間帯に極力送水を行わないための準備を整えることができる。すなわち、配水需要に対応しつつ、節電要請にも応えることができる。

そして、第１の計画工程においては、図１３に示すように、さらに最大送水量を調整すべきか否かが判定される（ステップＳ２０４）。ここで、さらに最大送水量の調整を要するのであれば（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２からの処理が繰り返される。

一方、さらなる最大送水量の調整が不要であれば（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、調整部１１ｄが、１日切替の目標水位となるように、その他の時間帯の送水量を調整する（ステップＳ２０５）。

なお、図１３では図示を略しているが、第１の計画工程においては、最高時間帯の終わりに配水池６の水位が最低水位と略等しくなるように計画値が調整される（図１４Ｂ参照）。これにより、最高時間帯における送水を極力抑えることができる。すなわち、経済活動等の活発化により電力使用がピークを示す傾向にある日中の時間帯、言い換えれば節電要請のある時間帯に送水ポンプ４による電力消費を抑えることができるので、節電要請に応えることができる。

次に、ステップＳ１０２の第２の計画工程について、図１５〜図１６Ｂを用いて具体的に説明する。図１５は、第２の計画工程において実行される処理手順を示すフローチャートである。

また、図１６Ａおよび図１６Ｂは、図１５の補足説明図（その１）および（その２）である。なお、既に示した図１３および図１４Ａの場合と同様に、図１６Ａにおいては、図１５に示す各ステップの符号を、かかる各ステップに対応する矢印等にあえて同一符号を付している。

なお、第２の計画工程では、前工程である第１の計画工程により、最大電力消費量が決定されている。このため、最安時間帯が最大送水時間帯となる。

図１５に示すように、第２の計画工程においてはまず、計画値演算部１１ｃにより、最安時間帯の始まりにおいて最低水位で極小値になるように最大送水量の決定が行われる（ステップＳ３０１）。

具体的には、図１６Ａの閉曲線Ｃ３で囲まれた部分に示すように、配水池総配水量を示す波形と計画送水量を示す波形とが、最安時間帯の始まりで交わるように決定される。

すなわち、これは、図１６Ｂにおける閉曲線Ｃ３’で囲まれた部分に対応し、最安時間帯の始まり（２２：００頃）に配水池６の水位が最低水位と略等しい計画貯水量となるように最大送水量が決定されることとなる。

これにより、配水需要が少なく、かつ、電力料金単価の安い時間帯に、最大限に送水を行うことが可能となる。したがって、送水における主たる電力消費を、経済活動等の活発化により電力使用がピークを示す傾向にある日中の時間帯、すなわち節電要請のある時間帯からシフトさせることができるので、節電要請に応えることができる。

つづいて第２の計画工程においては、図１５に示すように、調整部１１ｄにより、最安時間帯の終わりにおいて最高水位で極大値になるように、最大送水時間帯の調整およびその他の時間帯の送水量の調整が行われる（ステップＳ３０２）。

具体的には、図１６Ａの閉曲線Ｃ４で囲まれた部分および矢印Ｓ３０２に示すように、配水池総配水量を示す波形と計画送水量を示す波形とが、最安時間帯の終わりでふたたび交わるように、最大送水時間帯の調整およびその他の時間帯の送水量の調整が行われる。

これは、図１６Ｂにおいては、閉曲線Ｃ４’で囲まれた部分に対応する。すなわち、閉曲線Ｃ４’で囲まれた部分に示すように、最安時間帯の終わり（８：００頃）に配水池６の水位が最高水位と略等しい計画貯水量となるように、最大送水時間帯が調整される。また、その他の時間帯の送水量が調整される。

そして、図１５に示すように、さらに最大送水量を調整すべきか否かが判定される（ステップＳ３０３）。ここで、さらに最大送水量の調整を要するのであれば（ステップＳ３０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０１からの処理が繰り返される。

一方、さらなる最大送水量の調整が不要であれば（ステップＳ３０３，Ｎｏ）、最高時間帯は極力送水しないように、配水池６の水位をベースとした送水量の決定が行われる（ステップＳ３０４）。

具体的には、調整部１１ｄにより、最高時間帯では極力送水せずに徐々に配水池６の水位を減らし、最高時間帯における送水量が０に近づくように計画値が調整される（図１６Ａの閉曲線Ｓ３０４で囲まれた部分参照）。

ただし、最高時間帯でも送水しなければ水位を維持できない場合は例外的に送水を行う。すなわち、調整部１１ｄは、最高時間帯における配水池６の水位が最低水位を下回らないように計画値を調整する。これにより、日中の配水需要へ対応しつつ、節電要請にも応えることができる。

つづいて、図１５に示すように、調整部１１ｄが、１日切替の目標水位となるように、最終時間帯の送水量を調整する（ステップＳ３０５）。

そして、図１５に示すように、さらに送水量を調整すべきか否かが判定される（ステップＳ３０６）。ここで、さらに送水量の調整を要するのであれば（ステップＳ３０６，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０４からの処理が繰り返される。

一方、さらなる送水量の調整が不要であれば（ステップＳ３０６，Ｎｏ）、立案された計画内容を結果出力部２０に出力したうえで処理を終了する。

次に、既に示した図５の構成で実データを用いて検証したシミュレーション結果について、図１７Ａ〜図１８Ｂを用いて説明する。なお、かかる検証結果については第４章で既に述べているが、図を分かりやすくしてあらためて説明する。

図１７Ａおよび図１７Ｂは、日最大配水量日におけるシミュレーション結果を示す図（その１）および（その２）である。図１８Ａおよび図１８Ｂは、夏季１週間を例としたシミュレーション結果を示す図（その１）および（その２）である。

なお、図１７Ａおよび図１７Ｂは既に示した図６に、図１８Ａおよび図１８Ｂは既に示した図７にそれぞれ対応するが、かかる図１７Ａ〜図１８Ｂでは、本実施形態に係るピークシフト送水計画方法に基づく計画値の波形を実線で示し、分かりやすくしている。

図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、本実施形態によれば、電力料金単価の最高時間帯（１２：００〜１６：００頃）における送水量を大幅に減少させ、最大送水時間帯が最安時間帯（２２：００〜８：００頃）に重なるように送水することができている。また、送水量を減少させつつも、配水池６の最低水位は下回っていない。したがって、送水における主たる電力消費を、経済活動等の活発化により電力使用がピークを示す傾向にある日中の時間帯からシフトさせて節電要請に応えつつ、上水道システム１における配水需要にも確実に対応できることが分かる。

また、夜間時間帯に入る前の送水量のピークが従来よりも平坦化している。すなわちこれは、送水ポンプ４の切替回数を減少させることができるのを意味し、切替のたびに生じる無用な電力消費を抑えることを可能にする。すなわち、日中における無用な電力消費が避けられ、やはり節電要請に応えることができるのが分かる。

また、夜間時間帯に限らず、１日の流量変動頻度が従来よりも減少しているので、やはり無用な電力消費を抑えて、節電要請に応えることができるのが分かる。

また、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、夏季１週間の場合をみても、本実施形態によれば、従来においてシフトされていたピークをより平滑化してシフトさせることができているのが分かる。

また、本実施形態によれば、ピークを平滑化させるのにあわせ、電力料金の最高時間帯において極力送水を行わないようにしているため、最も節電要請を受けやすい日中の時間帯の電力消費を抑えることができている。また、最大送水時間帯が最安時間帯に重なるように送水することができている。すなわち、送水における主たる電力消費を、節電要請のある日中の時間帯からシフトさせて、節電要請に応えることができるのが分かる。

また、夏季１週間の場合であっても、配水池６の貯水量は最低水位を下回ることなく運用できている。したがって、上水道システム１において配水需要が多いと考えられる夏季であっても、節電要請に応えつつ、上水道システム１における配水需要にも確実に対応できることが分かる。

また、夏季１週間の場合であっても、本実施形態によれば、流量変動頻度が従来よりも減少しているので、送水ポンプ４による無用な電力消費を抑えて、節電要請に応えることができるのが分かる。

また、夏季１週間の場合であっても、日最大配水量日で決定された最大電力消費量を超えずに送水することが可能である。したがって、第１の計画工程において電力料金単価の最高時間帯を避けつつ決定された最大電力消費量に基づき、これを超えない計画を立案することで、少なくとも節電要請を受けやすい日中の時間帯における電力消費を従来よりも確実に抑えられることが分かる。

上述してきたように、実施形態に係るピークシフト送水計画方法は、ピークシフト工程を含む。上記ピークシフト工程は、浄水池から配水池への送水における電力消費を、電力料金および上記配水池の水位に基づき、節電要請のある時間帯からシフトさせる。

したがって、実施形態に係るピークシフト送水計画方法によれば、節電要請に応えることができる。

なお、上述した実施形態では、上水道システムにおいて浄水池から配水池へ送水する場合を例に挙げて説明を行ったが、貯蔵可能な資源を、電力を用いて送出する意味では送水に限られない。

すなわち、貯蔵可能な資源の貯蔵庫への送出における電力消費を、電力料金および上記貯蔵庫における上記資源の残量に基づき、節電要請のある時間帯からシフトさせる場合に適用することができる。

一例としては、電気を蓄電池に送出して蓄電する場合を挙げることができる。すなわち、かかる場合、電気は、送水における水に対応する。また、蓄電池は、送水における配水池に対応する。また、蓄電池の残量は、送水における配水池の水位に対応する。

また、上述した実施形態では、第１の所定周期および第２の所定周期が１日である場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。たとえば、月単位であってもよい。

また、上述した実施形態では、電力料金テーブル解析部が最安時間帯および最高時間帯を算出する場合を例に挙げたが、あらかじめ電力料金テーブルに最安時間帯および最高時間帯が含まれるような場合には、単に抽出して取得するのみでもよい。

また、電力会社が、電力料金換算での最安時間帯または最高時間帯を提供可能であるような場合であれば、電力料金テーブル取得部が、これらを電力会社から直接に取得してもよい。

また、上述した実施形態では、配水池の最低水位または最高水位との表現を用いたが、かかる最低水位は下限値と言い換えてよい。また、最高水位は上限値と言い換えてよい。また、これら下限値または上限値はつねに一定値である必要はない。たとえば、周期や季節等に応じて変化するように規定された可変値であってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 上水道システム
２ 浄水池
３ ポンプ井
４ 送水ポンプ
５ 調整弁
６ 配水池
７ 需要家
１０ ピークシフト送水計画装置
１１ 制御部
１１ａ 電力料金テーブル取得部
１１ｂ 電力料金テーブル解析部
１１ｃ 計画値演算部
１１ｄ 調整部
１１ｅ 出力制御部
１２ 記憶部
１２ａ 電力料金テーブル
１２ｂ 時間帯情報
１２ｃ 配水量予測値
１２ｄ 送水ポンプ情報
１２ｅ 配水池情報
１２ｆ 水位実績値
１２ｇ 配水量実績値
１２ｈ 切替目標水位
２０ 結果出力部
１００ 電力会社

Claims (13)

1. 浄水池から配水池への送水における電力消費を、電力料金および前記配水池の水位に基づき、節電要請のある時間帯からシフトさせるピークシフト工程
   を含むことを特徴とするピークシフト送水計画方法。
2. 前記ピークシフト工程は、
   前記電力料金に基づいて取得された電力料金単価の最安時間帯または最高時間帯の少なくとも一方と前記水位の下限値とに基づき、第１の所定周期における前記配水池への送水量の計画値を立案する第１の計画工程と、
   前記第１の計画工程による立案に基づいて第２の所定周期における前記計画値を立案する第２の計画工程と
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のピークシフト送水計画方法。
3. 前記第１の計画工程は、
   前記水位の増加量を最大とするための送水の時間帯が前記最安時間帯に重なるように前記計画値を調整すること
   を特徴とする請求項２に記載のピークシフト送水計画方法。
4. 前記第１の計画工程は、
   前記最安時間帯の始まりに前記水位が前記下限値と略等しくなるように前記計画値を調整すること
   を特徴とする請求項２または３に記載のピークシフト送水計画方法。
5. 前記第１の計画工程は、
   前記最高時間帯の終わりに前記水位が前記下限値と略等しくなるように前記計画値を調整すること
   を特徴とする請求項２、３または４に記載のピークシフト送水計画方法。
6. 前記第２の計画工程は、
   少なくとも前記最安時間帯の始まりに前記水位が前記下限値と略等しくなるように前記計画値を調整すること
   を特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載のピークシフト送水計画方法。
7. 前記第１の計画工程および前記第２の計画工程は、
   前記最安時間帯の終わりに前記水位が該水位の上限値と略等しくなるように前記計画値を調整すること
   を特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載のピークシフト送水計画方法。
8. 前記第２の計画工程は、
   前記最高時間帯における前記送水量が０に近づくように前記計画値を調整すること
   を特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載のピークシフト送水計画方法。
9. 前記第２の計画工程は、
   前記最高時間帯において前記水位が前記下限値を下回らないように前記計画値を調整すること
   を特徴とする請求項８に記載のピークシフト送水計画方法。
10. 前記第１の所定周期は、年間の日最大配水量日であり、
    前記第２の所定周期は、前記日最大配水量日を除く各１日であること
    を特徴とする請求項２〜９のいずれか一つに記載のピークシフト送水計画方法。
11. 浄水池から配水池への送水における電力消費を、電力料金および前記配水池の水位に基づき、節電要請のある時間帯からシフトさせるピークシフト部
    を備えることを特徴とするピークシフト送水計画装置。
12. 貯蔵可能な資源の貯蔵庫への送出における電力消費を、電力料金および前記貯蔵庫における前記資源の残量に基づき、節電要請のある時間帯からシフトさせるピークシフト工程
    を含むことを特徴とする貯蔵可能な資源の送出計画方法。
13. 前記資源は電気であり、
    前記貯蔵庫は蓄電池であること
    を特徴とする請求項１２に記載の貯蔵可能な資源の送出計画方法。
    

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