JP5208983B2 - 貯水池運用計画作成方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、水力発電に使用する貯水池の運用計画を作成するのに好適な貯水池運用計画作成方法、及び貯水池運用計画作成装置に関するものである。

貯水池（ダム）の貯水を利用して発電を行う水力発電所においては、梅雨期や台風期に流入する水によって貯水池が溢水することなく、年間を通じて要求される電力を発電することが求められている。このため、水力発電所では、過去数十年間の降水量等に基づいて貯水池の貯水量の年間運用計画（目標）を予め作成するようにしていた。
先行技術として、特許文献１には、貯水池の水位を目標水位の近傍に調節したり、計画的に上昇若しくは下降させたりすることが容易な貯水位制御装置が開示されている。また特許文献２には、所定期間における貯水池の貯水量と貯水池の年間計画貯水量から得られる１日あたりの平均貯水量、及び発電に使用する使用水量から発電時間を算出し、２週間程度の短期的な発電計画を作成して発電を行う水力発電計画作成方法及び水力発電計画作成装置が開示されている。

特許第３１９０１９５号 特開２００７−２８２４３１公報

しかしながら、上記した貯水池の貯水の年間運用計画は、従来、貯水池へ流入する流入量、貯水池から河川に放流される放流量、及び発電に使用する使用水量等を、発電所の作業者が過去経験に基づいて作成していた。このため、経験が少ない作業者では、貯水池を効率的に運用する年間運用計画を作成するのが難しいという問題点があった。
また、特許文献１は、現在の貯水池の水位や流入量から貯水池の水位が予め決められた目標水位となるように調整するようにしたものであり、貯水池の水量を効率的に運用することは何ら考慮していないという問題点があった。
本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、作業者の貯水池運用計画の経験の有無に関わらず、水力発電に使用する貯水池の運用計画を容易に作成可能な貯水池運用計画作成方法、及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、水力発電に使用する貯水池の運用計画を作成する貯水池運用計画作成方法であって、コンピュータが、入力手段により入力された入力データと、データ記録手段に記録された前記貯水池の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量、ゲート放流量及び責任放流量の実績データに基づいて、前記貯水池の貯水量の予測データを作成する予測データ作成ステップと、コンピュータが、前記予測データから前記貯水池の所定期間の運用計画を作成する運用計画作成ステップと、を含むことを特徴する。
入力手段に入力された入力データと、データ記録手段に記録されている貯水池の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量、ゲート放流量及び責任放流量の実績データとに基づいて、貯水池の貯水量の予測データを作成し、この作成した予測データから貯水池の運用計画を作成することで、作業者の貯水池運用計画の経験の有無に関わらず、効率的な貯水池運用計画を容易に作成することが可能になる。

請求項２に記載の本発明は、水力発電に使用する貯水池の運用計画を作成する貯水池運用計画作成装置であって、所定データを入力可能な入力手段と、前記貯水池の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量、ゲート放流量及び責任放流量の実績データを記録したデータ記録手段と、前記入力手段により入力された入力データと、前記データ記録手段に記録された実績データとに基づいて、前記貯水池の貯水量の予測データを作成する予測データ作成手段と、前記予測データから前記貯水池の所定期間の運用計画を作成する運用計画作成手段と、を備えたことを特徴とする。
入力手段により入力した入力データと、貯水池の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量、ゲート放流量及び責任放流量の実績データとに基づいて、貯水池の貯水量の予測データを作成し、この作成した予測データから貯水池の運用計画を作成するようにしたことで、作業者の貯水池運用計画の作成経験の有無に関わらず、効率的な運用計画を容易に作成することが可能になる。

本発明によれば、入力手段により入力された入力データと、貯水池の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量、ゲート放流量及び責任放流量の実績データとに基づいて、貯水池の貯水量の予測データを作成し、作成した予測データから貯水池の運用計画を作成することで、作業者の経験の有無に関わらず効率的な運用計画を容易に作成することが可能になる。
また、責任放流量に基づいて、貯水池の貯水量の予測データを作成すると、年間を通して責任放流量を確保するための下限水位を把握することが可能になるので、渇水時でも有効な発電が可能になる。

水力発電システムの概略構成を示した図である。 本実施形態に係る貯水池年間使用計画作成装置の構成を示した機能ブロック図である。 本実施形態に係る貯水池年間使用計画作成方法を示したフローチャートである。 本実施形態の貯水池年間使用計画作成装置の貯水池年間運用計画を作成する貯水池運用計画メニュー画面の一例を示した図である。 一雨雨量検索画面の一例を示した図である。 平水流入・平年降水量検索画面の一例を示した図である。 一雨雨量−流出係数相関図の一例を示した図である。 一雨ポケット計算画面の一例を示した図である。 下限ポケット計算画面の一例を示した図である。 貯水量予測条件設定画面の一例を示した図である。 貯水量予測条件設定画面の一例を示した図である。 貯水量予測条件設定画面の一例を示した図である。 貯水量予測条件設定画面の一例を示した図である。 計算実行画面の一例を示した図である。 貯水量予測図画面の一例を示した図である。 作成される貯水池年間運用計画グラフの一例を示した図である。

図１は、水力発電システムの概略構成を示した図である。
この図１に示す水力発電システムにおいて、ダムなどの貯水池１の貯水は、取水口２から水路３を介して水槽４に導入される。水槽４から発電所６には、鉄管５を介して圧力水が供給される。水力発電所６では、水槽４からの水の落下エネルギーにより、図示しない発電機の水車を回転させて発電を行う。水力発電所６において発電に使用された水は、河川７へ排水される。また水槽４と河川７との間には、水槽４の溢水を河川７に排水するための余水路８が設けられている。
図１に示す水力発電システムでは、発電システム全体の制御を行う制御所１０において貯水池１の管理が行われている。例えば、貯水池１の貯水位や、雨量、貯水池１への流入量、河川７への放流量、発電使用水量等を貯水池データとして、制御所１０の制御所システム１１において管理するようにしていた。

ところで、図１に示した水力発電システムにおいては、梅雨期や台風期に流入する水によって貯水池１から水が溢れたりすることなく、しかも年間を通じて要求される電力を発電することが求められている。このため、過去数十年間の貯水池１周辺の降水量や流入量等に基づいて貯水池１の年間運用計画（目標）を予め作成するようにしていた。
しかしながら、従来、貯水池の年間運用計画を作成する装置は無く熟練した作業者が長年の経験に基づいて作成していたため、年間運用計画の作成経験の少ない作業者が運用計画を作成するのは困難であった。また、作業者によって運用計画にバラツキが発生する等の不具合があった。
そこで、本実施形態では作業者の経験の有無に関わらず、貯水池の年間運用計画を容易に作成することができる貯水池年間使用計画作成装置２０を構成するようにしたものである。

図２は、本実施形態に係る貯水池年間使用計画作成装置の機能ブロック図である。
この図２に示す貯水池年間使用計画作成装置２０は、例えばパーソナルコンピュータ、キーボードやマウス等の入力装置、モニター装置、プリンター装置などにより構成され、パーソナルコンピュータは、機能ブロックとして入力部２１、データ記録部２２、予測データ作成部２３、運用計画作成部２４、出力部２５等を備えている。
入力部２１は、作業者が入力装置により入力操作を行ったときに、その入力操作に応じた入力データを取り込むようにされる。
データ記録部２２は、例えばハードディスクにより構成され、制御所１０の制御所システム１１から伝送されてくる貯水池１の過去の貯水位、雨量、流入量、放流量、発電使用量等のデータが実績データとして保有（記録）されている。この実績データは、毎日制御システム１１から伝送されてくる。なお、この実績データ伝送は、不具合により伝送されない場合でも、次の日の伝送で前日のデータも含め過去分も同時に取込を行う。
予測データ作成部２３は、入力部２１から入力された入力データと、データ記録部２２に記録されている過去の実績データとに基づいて、貯水池１の貯水量を予測する際のベースとなる予測データの作成を行う。
運用計画作成部２４は、予測データ作成部２３において作成された予測データに基づいて貯水池１の年間運用計画を作成する。例えば、運用計画作成部２４は、予測データに基づいて、日々の貯水量を算出し、その算出結果に基づいて運用計画（年間を通じた貯水量の予測カーブ）を作成する。

貯水量の算出方法としては、例えば貯水量＝前日貯水量＋流入−取水−ゲート放流−責任放流により求めることができる。
なお、ゲート放流とは、貯水池に設けられているゲートを開放して行う放流をいう。また、責任放流とは、下流の河川に農業用水、水道用水などの既得水利使用や、漁業、動植物の生息、塩害の防止等に支障が生じないように必要な量の水を常時義務的な放流をいう。
また、運用計画作成部２４では、季節毎の条件や発電機の停止期間等を考慮して、貯水池１の運用計画を作成可能に構成されている。
出力部２５は、予測データ作成部２３において予測データを作成するための作成画面データや、運用計画作成部２４において作成した運用計画画面データをモニター装置に出力可能に構成されている。これにより、モニター装置の画面上に予測データ作成画面や運用計画画面を表示するようにしている。
また出力部２５は、運用計画作成部２４において作成した運用計画データをプリンター装置に出力可能に構成されている。これにより、運用計画作成部２４において作成した運用計画を用紙上に印刷出力することができるように構成されている。

図３は、本実施形態に係る貯水池年間使用計画作成方法を示したフローチャートである。なお、以下の処理は貯水池年間使用計画作成装置２０を構成するパーソナルコンピュータのＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより実現されるものである。
この場合、ＣＰＵは、先ずステップＳ１として、入力部２１から入力された入力データ、及び貯水池１の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量等に関する実績データとに基づいて、貯水池１の貯水量の予測データを作成する。
次にステップＳ２において、予測データから貯水池の所定期間の運用計画を演算により求める。そして、ステップＳ３において、所定期間における貯水池１の運用計画を出力する。これにより、年間運用計画の作成経験が少ない作業者等であっても効率的な運用計画を容易に作成することが可能になる。

以下、本実施形態の貯水池年間運用計画の作成手順を詳細に説明する。
図４は、本実施形態の貯水池年間使用計画作成装置において貯水池年間運用計画を作成するための貯水池運用計画メニュー画面の一例を示した図である。
図４に示す貯水池運用計画メニュー画面（以下、単に「メニュー画面」という）４０には、貯水池を選択する貯水池選択領域４１、一雨雨量検索ボタン４２、平水流入・平年降水量検索ボタン４３、一雨雨量−流出係数相関ボタン４４、ポケット計算ボタン４５、貯水量予測条件設定ボタン４６、貯水量予測計算実行ボタン４７、貯水量予測図ボタン４８、作業件名ボタン４９、終了ボタン５０等が設けられている。
貯水池年間運用計画を作成するにあたって、作業者は先ずメニュー画面４０の貯水池選択領域４１の中から年間運用計画を作成する貯水池を選択する。なお、本実施形態では、貯水池として「×××」を選択した場合を例に挙げて説明する。
貯水池選択領域４１において貯水池を選択した後は、メニュー画面４０内の一雨雨量検索ボタン４２をクリックする。一雨雨量検索ボタン４２をクリックすると、一雨雨量の区切りを設定するための一雨雨量検索画面が表示される。

図５は、一雨雨量検索画面の一例を示した図である。
一雨雨量とは、雨の降り始めから降り終わりまでの雨量（ミリ）を表したものであり、図５に示す一雨雨量検索画面６０では、入力領域６１に「５」を入力することにより、一雨雨量の区切りを最大降水量の「５」％に設定する例が示されている。
この後、一雨雨量検索画面６０の右下に設けられている計算実行ボタン６２をクリックすることで、データ記録部２２に記録されている過去の実績データに含まれる降水量のデータに基づいて、選択した貯水池の一雨雨量の個数（回数）やその雨量等の計算が実行される。計算実行後、終了ボタン６３をクリックすると、図４に示したメニュー画面４０に戻る。
次に作業者が図４に示す平水流入・平年降水量検索ボタン４３をクリックすると貯水池に流入する平水流入量（平均流入量）、およびＨ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５流入量（Ｈ５とは流入の多い順から５番目のデータのことを示し、Ｈ１、Ｈ３も同じように流入の多い順から１番目、３番目である。Ｌ５とは流入の少ない順から５番目を示しＬ１、Ｌ３も同じように流入の少ない順かあら１番目、３番目である。）と平年降水量を設定するための画面が表示される。

図６は、平水流入・平年降水量検索画面の一例を示した図である。
この場合、作業者は、平水流入・平年降水量検索画面７０に設けられている貯水池選択領域７１に再度該当する貯水池（「×××」）を選択し、呼出ボタン７２をクリックする。これにより、該当する貯水池の過去の降水量や流入量のデータがデータ記録部２２から読み出される。
次に、平水流入量と平年降水量の計算を行う期間（対象年度）と、貯水池１に流入する水の流入条件を入力する。なお、ここでは貯水池に流入条件を、過去最小の流入量Ｌ１としている。この後、計算実行ボタン７３をクリックすることで、過去最小の流入量と平年降水量の計算が実行される。計算実行後は、終了ボタン７４をクリックすると、再び図４に示したメニュー画面４０に戻る。
次に作業者が図４に示す一雨雨量−流出係数相関図ボタン４４をクリックすると、貯水池の一雨雨量と流出量との相関関係を示すための画面が表示される。

図７は一雨雨量−流出係数相関図画面の一例を示した図である。
この場合作業者は一雨雨量−流出係数相関図画面８０に設けられている貯水池選択領域８１に該当する貯水池を選択し、呼出ボタン８２をクリックすることで、該当する貯水池の先に求めた一雨雨量のデータとその一雨雨量による出水量の実績データと、をデータ記録部２２から読み出すようにしている。
流出係数の算出方法としては、例えば、流出係数(％)＝（一雨雨量による出水量（ｍ³／ｓ)×８６、４００（ｓｅｃ）×１００）÷（一雨雨量（ｍｍ）×流域面積ｋｍ²×１０００）により求めることができる。
次に、計算条件としてデータ検索期間、流域面積、一雨雨量の区分、無降水期間、一雨雨量の上限、下限、流出係数の上限、下限などを入力する。この後、計算実行ボタン８４をクリックすることで、一雨雨量−流出係数相関図が表示される。この後、終了ボタン８５をクリックすると、再び図４に示したメニュー画面４０に戻る。
次に作業者が図４に示すポケット計算ボタン４５をクリックするとポケット計算画面が表示される。

図８及び図９はポケット計算画面の一例を示した図である。
図８は一雨ポケットの計算画面の一例を示した図である。なお、ポケットとは、貯水池から溢水に至らない許容水量をいう。
図８に示す一雨ポケット計算画面９０は、貯水池が放流に至ることの無い上限値を算出するための画面である。
この場合も作業者は、貯水池選択領域９１に該当する貯水池を選択し、年度、ケースといった情報を選択或いは確認した後、呼出ボタン９２をクリックする。
次に、設定条件の入力領域９３に出水率、取水対応期間（３日間、５日間）のチェックボックス、想定流入量などの条件を選択して入力する。なお、ここでは、流入条件（想定流入量）として過去５番目に少ない流入量Ｌ５を入力している。
設定条件入力後は、設定ボタン９４をクリックすることで条件の設定が終了する。この後、計算実行ボタン９５をクリックすることで、貯水池１が放流に至ることの無い上限値が算出される。計算実行後は、貯水量遵守上限へ複写するための複写ボタン９６及び貯水量参考上限へ複写するための複写ボタン９７をクリックする。これにより、算出したポケットの上限値が年間運用計画の上限水位に反映される。

図９は、下限ポケットの計算画面の一例を示した図である。
図９に示す下限ポケット計算画面１００は、河川の責任放流量を所定期間（例えば１ヶ月）維持するための下限水位を算出する画面である。
この場合も作業者は、貯水池選択領域１０１に該当する貯水池を選択し、年度、ケースといった情報を選択、或いは確認した後、呼出ボタン１０２をクリックする。
次に、設定条件の入力領域１０３に想定流入量などの条件を選択して入力する。なお、ここでは、流入条件として過去最小の流入量Ｌ１を入力する。
設定条件入力後は、設定ボタン１０４をクリックした後、計算実行ボタン１０５をクリックする。これにより、河川の責任放流量が維持できる下限水位が算出される。計算実行ボタン１０５をクリック後、貯水量参考下限へ複写するための複写ボタン１０６をクリックする。これにより、算出したポケットの下限値が年間運用計画の下限水位に反映される。この後、終了ボタン１０７をクリックすると図４に示したメニュー画面４０に戻る。
上記図５〜図９に示した入力操作を行うことで貯水池年間使用計画を作成するためのデータベースが完成する。
次に、作業者が図４に示す貯水量予測条件設定ボタン４６をクリックすると第１の条件設定を入力（修正）するための貯水量予測条件設定画面が表示される。

図１０〜図１３は、貯水量予測条件設定画面の一例を示した図である。
図１０に示す貯水量予測設定画面１１０では、第１の条件設定を入力(修正)するための画面であり、この場合、作業者は、貯水池選択領域１１１に該当する貯水池を選択し、年度、ケースといった情報を選択的に入力、或いは確認した後、呼出ボタン１１２をクリックする。
次に、条件設定領域の中から条件設定１の領域１１３をクリックすると、貯水量予測設定画面１１０内に修正画面１１４が表示され、必要があれば表示画面１１４に表示される貯水池の上限値及び下限値の修正を行う。修正後は更新ボタン１１５をクリックすることで、条件設定１の更新が行われる。
次に作業者が図１１に示す貯水量予測設定画面１１０の条件設定２の領域１１６をクリックすると、貯水量予測設定画面１１０内に流入量、責任放流量、取水量上限、残流量が表示された表示画面１１７が表示され、作業者は実際に発電に使用する発電機の台数に応じて、取水量の上限値を入力する。この後、更新ボタン１１５をクリックすることで、条件設定２の更新が行われる。

次に作業者が図１２に示す貯水量予測設定画面１１０の条件設定３の領域１１８をクリックすると、貯水量予測設定画面１１０内に各時期の貯水量目標値を入力する入力画面１１９が表示され、作業者は各時期の目標貯水量の概算を入力する。この後、更新ボタン１１５をクリックすることで、条件設定３の更新が行われる。
次に作業者が図１３に示す貯水量予測設定画面１１０の条件設定４の領域１２０をクリックすると、貯水量予測設定画面１１０内に取水量を入力する入力画面１２１が表示され、作業者は取水量を入力することができる。なお、この取水量は、図１１に示した取水量設定より優先されるものである。
次に作業者が図１４に示す計算実行ボタン１３０をクリックすると計算実行画面１３１が表示される。
この場合、作業者は、計算条件として、初期貯水量、最終貯水量、残流量、平水設定、流入量等を入力した後、計算実行ボタン１３２をクリックすると、貯水量の計算が実行される。
次に作業者が図１５に示す予測図ボタン１４０をクリックすると貯水量予測図画面１４１が表示される。この場合、作業者が表示期間や表示区分のチェックボックス１４２をチェックした後、詳細表示ボタン１４３をクリックすると、貯水量予測計算結果の詳細情報が表示される。

図１６は、本実施形態の貯水池年間運用計画作成装置２０において作成される年間運用計画のグラフ図を示した図であり、破線Ａは貯水池の上限ポケット（許容水量）、破線Ｂは流入量Ｌ１で１ヶ月責任放流可能な下限値、破線Ｃは流入量Ｌ５で１ヶ月責任放流可能な下限値、実線Ｄは過去の濁水発生水位を示している。そして、実線Ｅが本実施形態の貯水池年間運用計画作成装置により得られる運用カーブを示している。なお、一点鎖線Ｆは参考として表示した前年度の実際の運用カーブである。
このように本実施形態の貯水池年間運用計画作成装置２０によれば、データ記録部２２に記録されている貯水池の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量等に関する過去の実績データに基づいて、貯水池の貯水量の予測データを作成するようにしている。そして運用計画作成部２４において、作成した予測データから貯水池の所定期間の運用計画を作成することで、作業者の年間運用計画の作成経験の有無に関わらず、所定期間における貯水池の効率的な運用計画を容易に作成することが可能になる。

また、本実施形態の貯水池年間運用計画作成装置２０によれば、年間を通して放流に至らない上限水位を把握することが可能になるので、無駄な放流を防止した発電が可能になる。また、年間を通して責任放流量を確保するための下限水位を把握することが可能になるので、渇水時でも有効な発電が可能になる。更に、発電機の停止期間、渇水期、梅雨、台風期を考慮した短期発電計画が作成できるので、効率的な貯水池運用が可能になる。
また本実施形態の貯水池年間運用計画作成装置２０では、年間貯水池の年間運用計画画面をモニター装置の画面上に表示したり、或いは用紙に印刷表示したりできるので、年間を通した運用計画を容易に把握することができる。
なお、本実施形態では、一年間の年間運用計画を作成する場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、例えば３ヶ月、６ヶ月といった一年以内の運用計画、或いは一年以上の運用計画なども作成可能であることは言うまでもない。

１…貯水池年間使用計画作成装置、１０…制御所、１１…制御システム、２０…貯水池年間使用計画作成装置、２１…入力部、２２…データ記録部、２３…予測データ作成部、２４…運用計画作成部、２５…出力部

Claims (2)

1. 水力発電に使用する貯水池の運用計画を作成する貯水池運用計画作成方法であって、
   コンピュータが、入力手段により入力された入力データと、データ記録手段に記録された前記貯水池の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量、ゲート放流量及び責任放流量の実績データに基づいて、前記貯水池の貯水量の予測データを作成する予測データ作成ステップと、
   コンピュータが、前記予測データから前記貯水池の所定期間の運用計画を作成する運用計画作成ステップと、を含むことを特徴する貯水池運用計画作成方法。
2. 水力発電に使用する貯水池の運用計画を作成する貯水池運用計画作成装置であって、
   所定データを入力可能な入力手段と、
   前記貯水池の過去の降雨量、貯水位、流入量、放流量、発電使用量、ゲート放流量及び責任放流量の実績データを記録したデータ記録手段と、
   前記入力手段により入力された入力データと、前記データ記録手段に記録された実績データとに基づいて、前記貯水池の貯水量の予測データを作成する予測データ作成手段と、
   前記予測データから前記貯水池の所定期間の運用計画を作成する運用計画作成手段と、
   を備えたことを特徴とする貯水池運用計画作成装置。

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