JP2017099198A - 下水処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態の下水処理システムは、コージェネレーション設備と、熱利用設備と、電力利用設備とを持つ。コージェネレーション設備は、燃料を利用して発電し、電力及び熱エネルギーを生成する。熱利用設備は、前記コージェネレーション設備によって生成された熱エネルギーが必要となる設備である。電力利用設備は、前記コージェネレーション設備によって生成された電力を利用する設備である。
【選択図】図1
Description
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム100のシステム構成図である。
下水処理場エネルギー制御システム100(下水処理システム)は、水処理浄化センター1、濃縮設備2、脱水設備3、汚泥乾燥設備4、ガスコージェネレーション設備5、蓄電池6及び制御装置10を備える。図1において、一点鎖線は電気の流れを示す。また、図1において、点線は熱エネルギーの流れを示す。水処理浄化センター1、濃縮設備2、脱水設備3及び蓄電池6は、ガスコージェネレーション設備5によって発電された電力で動作する。
濃縮設備2は、水処理浄化センター1から出力された下水汚泥を濃縮する。濃縮設備2は、濃縮した下水汚泥を濃縮汚泥として脱水設備3に出力する。
汚泥乾燥設備4は、ガスコージェネレーション設備5の発電時に生じる熱エネルギー(排熱)を利用して、脱水設備3で生成された脱水ケーキを乾燥させる。乾燥された脱水ケーキは、堆肥やセメント原料などに利用される。
蓄電池6は、ガスコージェネレーション設備5によって生成された電力を貯留する。蓄電池6は、制御装置10の制御に従って、貯留している電力を放電する。
制御装置10は、下水処理場エネルギー制御システム100に備えられる各設備及び各機器を制御する。
制御装置10は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、制御装置10は、取得部101、需要予測部102、需要予測修正部103、動作制御部104を備える装置として機能する。なお、制御装置10の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
図3において、図3(A)は下水処理場エネルギー制御システム100の電力の需要予測及び電力の供給予測の予測結果を表し、図3(B)は下水処理場エネルギー制御システム100の熱エネルギーの需要予測の予測結果を表し、図3(C)は機器の運転状況を表し、図3(D)は電力の売電単価を表す。図3(A)から図3(D)のいずれも横軸は時刻tである。
以下、図3(A)から図3(D)それぞれについて説明する。
図3(B)の縦軸は、蒸気発生量(kg/h)を表す。実線25は、熱エネルギーの需要予測の予測結果を表す。図3(B)では、熱エネルギーの需要予測の予測結果が一定である。これは、ガスコージェネレーション設備5によって発電される発電電力量が一定であり、汚泥乾燥設備4が常時活動状態にあるためである。
図3(D)の縦軸は、電力の売電単価(円)を表す。実線28は、電力の売電単価の推移を表す。図3(D)では、時刻4時から8時までの時間帯及び時刻22時から4時までの時間帯の電力の売電単価が、時刻8時から22時までの時間帯の電力の売電単価に比べて低い。つまり、時刻8時から22時までの時間帯の間に電力を売電すると、時刻4時から8時までの時間帯及び時刻22時から4時までの時間帯に電力を売電するより利益が得られることを表す。なお、以下の説明では、図3(D)に示される時刻8時から22時までの時間帯を高売電単価時間帯として説明し、時刻8時から22時までの時間帯以外の時間帯を低売電単価時間帯として説明する。ただし、高売電単価時間帯及び低売電単価時間帯は、上記の時間に限定される必要はない。例えば、高売電単価時間帯は売電単価が第1の値以上の時間であり、低売電単価時間帯は売電単価が第1の値未満の時間であればよい。
図3(A)において、破線22から、10時から14時までの時間帯及び16時から22時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが予測される。そこで、需要予測修正部103は、発電電力量で電力の需要予測分の電力をまかなえるように電力の需要予測を修正する。その結果が点線23で示される需要予測である。しかし、図3(A)では、点線23において18時から22時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが示されている。これは、稼働必須機器等による消費電力が発電電力量を超えているためである。このような場合、動作制御部104は、発電電力量の不足分の電力量を蓄電池6に貯留された電力でまかなうように運転計画を作成する。つまり、動作制御部104は、発電電力量の不足分の電力量を蓄電池6に貯留された電力で補うように運転計画を作成する。この際、動作制御部104は、低売電単価時間帯に余剰電力を蓄電池6に蓄電させ、高売電単価時間帯に放電させて、その余剰電力を売電(逆潮流)するような運転計画を含めて運転計画を作成する。そして、動作制御部104は、運転計画に基づいて機器及び設備の制御を行う。
取得部101は、情報を取得する(ステップS101)。具体的には、取得部101は、気象データ及び電気料金情報を取得する。また、取得部101は、ガスコージェネレーション設備5による発電電力量に関する情報を取得する。取得部101は、取得した気象データを需要予測部102に出力する。また、取得部101は、取得した電気料金情報及び発電電力量に関する情報を需要予測修正部103に出力する。需要予測部102は、取得された情報に基づいて、翌日の電力の需要及び熱エネルギーの需要を予測する(ステップS102)。
一方、運転計画が終了ではない場合(ステップS108−NO)、ステップS105以降の処理が繰り返し実行される。
また、ステップS106の処理において、現時刻が第1の時間帯内ではない場合(ステップS106−NO)、動作制御部104は余剰電力を蓄電池6に蓄電する(ステップS109)。その後、ステップS108以降の処理が実行される。
第1の実施形態における下水処理場エネルギー制御システム100では、下水処理場エネルギー制御システム100内の設備への電力供給源として、ガスを燃料とするガスコージェネレーション設備5が利用される。さらに、ガスコージェネレーション設備5の発電の際に生じる熱エネルギーは、汚泥乾燥設備4に供給される。このように、下水処理場エネルギー制御システム100において、ガスコージェネレーション設備5が備えられることによって下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。
本実施形態では、制御装置10の動作制御部104が、蓄電池6に貯留されている電力を高売電単価時間帯に放電させて、その余剰電力を売電させるように運転計画を作成する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、動作制御部104は、蓄電池6に貯留されている電力と、ガスとを利用してガスコージェネレーション設備5を動作させ、発電させて、その余剰電力を売電させるように運転計画を作成してもよい。
図5は、第2の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム100aのシステム構成図である。
下水処理場エネルギー制御システム100aは、水処理浄化センター1、濃縮設備2、脱水設備3、汚泥乾燥設備4−1〜4−M、ガスコージェネレーション設備5−1〜5−N、蓄電池6及び制御装置10aを備える。ここで、M及びNは、2以上の整数である。図5において、一点鎖線は電気の流れを示す。また、図5において、点線は熱エネルギーの流れを示す。なお、以下の説明では、汚泥乾燥設備4−1〜4−Mについて区別しない場合には汚泥乾燥設備4と記載する。また、以下の説明では、ガスコージェネレーション設備5−1〜5−Nについて区別しない場合にはガスコージェネレーション設備5と記載する。
図6において、図6(A)は下水処理場エネルギー制御システム100aの電力の需要予測及び電力の供給予測の予測結果を表し、図6(B)は下水処理場エネルギー制御システム100aの熱エネルギーの需要予測の予測結果を表し、図6(C)は機器の運転状況を表し、図6(D)は電力の売電単価を表す。図6(A)から図6(D)のいずれも横軸は時刻tである。
以下、図6(A)から図6(D)それぞれについて説明する。なお、図6(D)は、図3(D)と同様であるため説明を省略する。
図6(C)の縦軸は、動作している機器の台数を表す。破線34は、需要予測の修正前の機器の動作状況を表す。実線35は、需要予測の修正後の機器の動作状況を表す。
図6(A)において、破線30から、10時から14時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが予測される。そこで、需要予測修正部103は、発電電力量で電力の需要予測分の電力をまかなえるように電力の需要予測を修正する。その結果が点線31で示される需要予測である。図6(A)では、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超えていない。動作制御部104は、修正後の電力の需要予測に基づいて運転計画を作成する。この際、動作制御部104は、高売電単価時間帯における発電電力量の余剰電力を売電(逆潮流)するような運転計画を含めて運転計画を作成する。
また、図6(B)において、動作制御部104は、破線33から、高売電単価時間帯に複数台の汚泥乾燥設備4を稼働させ、低売電単価時間帯に高売電単価時間帯よりも少ない台数の汚泥乾燥設備4を稼働させるように運転計画を作成する。
下水処理場エネルギー制御システム100aでは、下水処理場エネルギー制御システム100a内の設備への電力供給源として、ガスを燃料とするガスコージェネレーション設備5が利用される。さらに、ガスコージェネレーション設備5の発電の際に生じる熱エネルギーは、汚泥乾燥設備4に供給される。このように、下水処理場エネルギー制御システム100aにおいて、ガスコージェネレーション設備5が備えられることによって下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。
図7は、第3の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム100bのシステム構成図である。
下水処理場エネルギー制御システム100bは、水処理浄化センター1、濃縮設備2、脱水設備3、汚泥乾燥設備4、ガスコージェネレーション設備5−1〜5−N、熱源機器7及び制御装置10bを備える。図7において、一点鎖線は電気の流れを示す。また、図7において、点線は熱エネルギーの流れを示す。
熱源機器7は、熱エネルギーを発生させる機器である。例えば、熱源機器7は、ヒートポンプやボイラーなどである。熱源機器7は、制御装置10bの制御に従って熱エネルギーを汚泥乾燥設備4に供給する。
図8において、図8(A)は下水処理場エネルギー制御システム100bの電力の需要予測及び電力の供給予測の予測結果を表し、図8(B)は下水処理場エネルギー制御システム100bの熱エネルギーの需要予測及び熱エネルギーの供給予測の予測結果を表し、図8(C)は機器の運転状況を表し、図8(D)は電力の売電単価を表す。図8(A)から図8(D)のいずれも横軸は時刻tである。
以下、図8(A)から図8(D)それぞれについて説明する。なお、図8(D)は、図3(D)と同様であるため説明を省略する。
図8(B)の縦軸は、蒸気発生量(kg/h)を表す。実線39は、熱エネルギーの需要予測の予測結果を表す。破線40は、熱エネルギーの供給予測の予測結果を表す。
図8(C)の縦軸は、動作している機器の台数を表す。破線41は、需要予測の修正前の機器の動作状況を表す。実線42は、需要予測の修正後の機器の動作状況を表す。
図8(A)では、発電電力量(実線36)が、高売電単価時間帯と低売電単価時間帯とで異なる。これは、ガスコージェネレーション設備5の稼働数が異なるためである。具体的には、高売電単価時間帯には複数台のガスコージェネレーション設備5を稼働させて発電が行われ、低売電単価時間帯には高売電単価時間帯よりも少ない台数のガスコージェネレーション設備5を稼働させて発電が行われるためである。この発電電力量に関する情報は、取得部101が取得する。
第3の実施形態における下水処理場エネルギー制御システム100bでは、下水処理場エネルギー制御システム100b内の設備への電力供給源として、ガスを燃料とするガスコージェネレーション設備5が利用される。さらに、ガスコージェネレーション設備5の発電の際に生じる熱エネルギーは、汚泥乾燥設備4に供給される。このように、下水処理場エネルギー制御システム100bにおいて、ガスコージェネレーション設備5が備えられることによって下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。さらに、下水処理場エネルギー制御システム100bでは、熱エネルギーが不足する時間帯には熱源機器7による熱エネルギーの供給でまかなうことができる。
図9は、第4の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム100cのシステム構成図である。
下水処理場エネルギー制御システム100cは、水処理浄化センター1、濃縮設備2c、脱水設備3c、汚泥乾燥設備4、ガスコージェネレーション設備5−1〜5−N、消化槽8、ガスタンク9、制御装置10c及び消化ガス発電設備11を備える。図9において、一点鎖線は電気の流れを示す。また、図9において、点線は熱エネルギーの流れを示す。
消化槽8は、有機物を含む濃縮汚泥を嫌気性消化(メタン発酵)させ、メタンを主成分とする消化ガスを生成する。消化槽8内は、35〜40℃程度である。消化槽8は、消化ガスをガスタンク9に保存する。また、消化槽8は、消化ガス生成後の汚泥を消化汚泥として脱水設備3cに出力する。
ガスタンク9は、消化槽8によって生成された消化ガスを保存する。
消化ガス発電設備11は、ガスタンク9に保存されている消化ガスを利用して発電し、電力と熱エネルギーを生成する。消化ガス発電設備11は、生成した電力を水処理浄化センター1、濃縮設備2、脱水設備3に供給する。また、消化ガス発電設備11は、発電時に生じた熱エネルギーを汚泥乾燥設備4又は消化槽8に供給する。
図10において、図10(A)は下水処理場エネルギー制御システム100cの電力の需要予測及び電力の供給予測の予測結果を表し、図10(B)は下水処理場エネルギー制御システム100cの熱エネルギーの需要予測及び熱エネルギーの供給予測の予測結果を表し、図10(C)は機器の運転状況を表し、図10(D)は電力の売電単価を表す。図10(A)から図10(D)のいずれも横軸は時刻tである。
以下、図10(A)から図10(D)それぞれについて説明する。なお、図10(D)は、図3(D)と同様であるため説明を省略する。
図10(B)の縦軸は、蒸気発生量(kg/h)を表す。実線47は、熱エネルギーの需要予測の修正前の予測結果を表す。破線48は、熱エネルギーの供給予測の修正前の予測結果を表す。
図10(C)の縦軸は、動作している機器の台数を表す。破線49は、需要予測の修正前の機器の動作状況を表す。実線50は、需要予測の修正後の機器の動作状況を表す。
図10(A)において、破線45から、10時から14時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが予測される。そこで、需要予測修正部103は、発電電力量で電力の需要予測分の電力をまかなえるように電力の需要予測を修正する。その結果が点線46で示される需要予測である。図10(A)では、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超えていない。制御装置10cは、図10(A)に示されるように、消化ガス発電設備11による発電電力量を基準として、修正後の電力の需要予測に対して不足している電力量をガスコージェネレーション設備5による発電電力でまかなうように運転計画を作成する。この際、動作制御部104は、高売電単価時間帯における発電電力量の余剰電力を売電(逆潮流)するような運転計画を含めて運転計画を作成する。
下水処理場エネルギー制御システム100cでは、下水処理場エネルギー制御システム100c内の設備への電力供給源として、ガスを燃料とするガスコージェネレーション設備5が利用される。さらに、ガスコージェネレーション設備5の発電の際に生じる熱エネルギーは、汚泥乾燥設備4に供給される。このように、下水処理場エネルギー制御システム100cにおいて、ガスコージェネレーション設備5が備えられることによって下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。
各実施形態では、取得部101が電気料金情報を取得する構成を示したが、電気料金情報は制御装置10に予め記憶されていてもよい。
各実施形態には、太陽光発電システムが備えられてもよい。
各実施形態では、需要予測修正部103が需要予測の予測結果を修正する構成を示したが、制御装置10は需要予測の予測結果を修正しないように構成されてもよい。
ガスコージェネレーション設備5は、非常用発電機として動作するガスコージェネレーション設備5であってもよい。
各実施形態では、コージェネレーション設備として、ガスコージェネレーション設備5を例に説明したが、コージェネレーション設備はこれに限定される必要はない。例えば、コージェネレーション設備として、再生可能エネルギーを燃料として利用して発電し、電力と熱エネルギーを生成するコージェネレーション設備であってもよい。
Claims (6)
- 燃料を利用して発電し、電力及び熱エネルギーを生成するコージェネレーション設備と、
前記コージェネレーション設備によって生成された熱エネルギーが必要となる設備である熱利用設備と、
前記コージェネレーション設備によって生成された電力を利用する設備である電力利用設備と、
を備える下水処理システム。 - 前記コージェネレーション設備によって生成された電力を蓄電する蓄電池と、
前記コージェネレーション設備及び前記蓄電池の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記コージェネレーション設備によって生成される電力量で電力需要を補えない時間帯に、前記蓄電池に蓄電されている電力で不足分の電力量を補うように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記設備及び前記蓄電池を制御する、請求項1に記載の下水処理システム。 - 前記コージェネレーション設備の動作を制御する制御装置を備え、
前記コージェネレーション設備が複数台あり、
前記制御装置は、複数台の前記コージェネレーション設備を用いて電力需要を補うように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記設備の動作を制御する、請求項1に記載の下水処理システム。 - 熱エネルギーを生成する熱源機器と、
前記コージェネレーション設備及び前記熱源機器の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記コージェネレーション設備を、電力需要を補うように発電させ、前記発電時に生成された前記熱エネルギーが不足する時間帯に、前記熱源機器によって生成される前記熱エネルギーで不足分の熱エネルギーを補うように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記設備及び前記熱源機器を制御する、請求項1に記載の下水処理システム。 - 消化ガスを利用して発電し、電力及び熱エネルギーを生成する消化ガス発電設備と、
前記コージェネレーション設備及び消化ガス発電設備の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記消化ガス発電設備によって生成される電力の電力量と、前記コージェネレーション設備によって生成される電力の電力量とを用いて電力需要を補うように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記設備の動作を制御する、請求項1に記載の下水処理システム。 - 前記制御装置は、売電価格が第1の値以上の時間帯に、前記電力需要を補った際の余剰電力を売電するように前記運転計画を作成する、請求項2から5のいずれか一項に記載の下水処理システム。
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