WO2015129132A1 - 造水システム - Google Patents

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WO2015129132A1
WO2015129132A1 PCT/JP2014/083539 JP2014083539W WO2015129132A1 WO 2015129132 A1 WO2015129132 A1 WO 2015129132A1 JP 2014083539 W JP2014083539 W JP 2014083539W WO 2015129132 A1 WO2015129132 A1 WO 2015129132A1
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water
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reverse osmosis
vessels
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吉川　慎一
浩一 都築
早津　昌樹
秀昭 黒川
光太郎 北村
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株式会社日立製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a desalination system that uses surplus power generated by renewable natural energy or the like.
  • a technique in which output control of natural energy with large fluctuations is controlled by a storage battery connected to the power system (see, for example, Patent Document 1).
  • a plurality of storage batteries are connected as a distributed power source to a natural energy power system, and when surplus power is generated, the storage battery is charged from the power system.
  • the storage battery of the distributed power source can serve as a buffer to absorb surplus power due to fluctuations in natural energy, so that it is possible to optimally control output of natural energy with large fluctuations.
  • This invention is made in view of such a situation, and it aims at providing the surplus power utilization system which can accumulate
  • the surplus power utilization system of the present invention is configured as follows. That is, the surplus power utilization system of the present invention includes a desalination apparatus that generates low salinity fresh water from high salinity raw water, and the desalination apparatus is operated by surplus power generated by natural energy. It is characterized by comprising.
  • the desalination apparatus includes a reverse osmosis membrane apparatus having a Flux leveling function for leveling a permeation flux (Flux) of each membrane element.
  • the reverse osmosis membrane device includes a plurality of vessels for accommodating reverse osmosis membrane elements, and the vessel permeates through the former vessel for permeation treatment of raw water in the former stage and the former vessel.
  • a post-stage vessel for permeabilizing the concentrated water after the treatment, and the ratio of the parallel number of the pre-stage vessel and the parallel number of the post-stage vessel is in the range of 1: 1 to 2: 1. Is in the range of 1 to 1 to 3 to 2.
  • the number of the reverse osmosis membrane elements accommodated in one preceding vessel is equal to or less than the number of the reverse osmosis membrane elements accommodated in one subsequent vessel. It is characterized by being.
  • the relationship between the number of series of reverse osmosis membrane elements housed in one preceding vessel and the number of series of reverse osmosis membrane elements housed in one latter vessel is as follows: 2, 4-4, 2-5, 2-6, 3-3, 3-4, 3-5, 4-4, 4-5, 4
  • the number of books is one of six.
  • a desalination apparatus for example, a seawater desalination apparatus
  • a desalination apparatus is operated in accordance with surplus power generated by natural energy or the like, and accumulated in the form of fresh water generated by permeating raw water.
  • surplus power can be used efficiently.
  • the surplus power utilization system of this embodiment operates a desalination plant (for example, seawater desalination plant) with the surplus power when the power generated by natural energy exceeds the power demand.
  • a desalination plant for example, seawater desalination plant
  • fresh water having a flow rate larger than the water demand at that time is produced by the desalination plant, and the fresh water is stored in the tank.
  • all surplus power is stored in the form of fresh water.
  • the desalination plant is stopped or the operating rate is lowered to lower the power demand and stored in the fresh water tank.
  • this embodiment proposes a surplus power utilization system characterized by storing surplus power generated by natural energy in the form of fresh water generated through permeate water. As a result, natural energy can be effectively utilized to the maximum extent without loss.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing surplus power of natural energy in a wind power generation system, where the horizontal axis represents time (T) and the vertical axis represents power (P).
  • T time
  • P power
  • the solid curve a represents the amount of natural energy generated by the wind power generation system
  • the broken curve b represents the power demand. From the characteristics of these curves a and b, it can be seen that the diagonally hatched area A is the surplus power (surplus power) and the halftone-displayed area B is the insufficient power.
  • the surplus power in the region A is used in a seawater desalination system to generate and store fresh water, thereby effectively using the amount of power generated by natural energy.
  • the amount of power generated by natural energy is increased.
  • the shortage of electric energy (region B) when the amount of renewable energy generated power a is less than the amount of power demand b (region B) is still insufficient, while the operation of the seawater desalination system is stopped or the processing flow rate is lowered to reduce power demand.
  • the amount is supplied from the storage battery.
  • the wind power generation system has been described.
  • surplus power generated by renewable natural energy such as a solar power generation system, a wave power generation system, and a geothermal power generation system, is applied to the surplus power utilization system of this embodiment. can do.
  • UF Ultra Filtration
  • MF Micro Filtration
  • MMF Multi Media Filter
  • SF Sand Filter
  • DAF Dissolved Air Floatation
  • RO membrane Reverse osmosis membrane called reverse osmosis membrane
  • Osmosis Membrane Osmosis Membrane
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a surplus power utilization system and peripheral devices applied to the present embodiment.
  • a seawater desalination apparatus that desalinates seawater will be described as an example.
  • the surplus power utilization system 10 has a configuration in which the seawater desalination apparatus 1 is connected to a natural energy generator (W) 11 such as a wind power generator or a solar power generator.
  • the natural energy generator (W) 11 is connected to a power demand load 12.
  • the natural energy generator (W) 11 mainly supplies power to the power demand load 12, but when surplus power 13 is generated in the natural energy generator (W) 11, the surplus power 13 is desalinated into seawater. It supplies to the apparatus 1 and is comprised so that the seawater desalination apparatus 1 may be drive-operated.
  • the surplus power 13 is configured to charge the storage battery 9 in the seawater desalination apparatus 1.
  • this storage battery 9 is also comprised so that electric power may be supplied to the internal apparatus of the seawater desalination apparatus 1, from a natural energy generator (W) 11 or another electric power source according to water demand. A configuration in which power is supplied may be used.
  • W natural energy generator
  • the seawater desalination apparatus 1 stores, for example, a raw water tank 2 that stores raw water (for example, seawater) containing about 3.5% of salinity, and raw water (seawater) that flows out of the raw water tank 2 into a raw water supply pump (FP) (FIG.
  • raw water for example, seawater
  • FP raw water supply pump
  • a high-pressure pump (HP) 3 that boosts the pressure to a high pressure via a first reverse osmosis membrane (first saltwater RO) 4 for generating intermediate water by filtering raw water that has been boosted to a high pressure, A second seawater reverse osmosis membrane (second salt water RO) 5 for re-filtering residual water (concentrated water) separated by one salt water RO4 and having a relatively high salinity concentration to generate intermediate water;
  • the low pressure pump (BP) 6 that boosts the intermediate water flowing out from the second salt water RO5 to a relatively low water pressure, and the brackish water that filters the intermediate water flowing out from the low pressure pump (BP) 6 to generate water having a predetermined salinity Reverse osmosis membrane (brine RO) 7 and filtered and produced by brackish water RO7 And it is configured to fresh water and a fresh water tank 8 for storing.
  • the driving power of the high-pressure pump (HP) 3 that supplies the raw water with high salinity to the first salt water RO4 is relatively large, and the driving of the low-pressure pump (BP) 6 that supplies the intermediate water with low salinity to the brackish water RO7.
  • the power is relatively small.
  • the arrow on the right side from the first saltwater RO4, the second saltwater RO5, and the brackish water RO7 is permeated water, and has a low salinity concentration.
  • the arrow of residual water as shown by 1st salt water RO4 is abbreviate
  • the raw water having a salinity of about 3.5% flowing out of the raw water tank 2 is boosted to a high pressure by a high pressure pump (HP) 3 and supplied to the first salt water RO4.
  • the intermediate water filtered and generated by the first salt water RO4 is supplied to the low pressure pump (BP) 6 as intermediate water having a salt concentration of, for example, about 50 to 100 ppm.
  • residual water (separated water) having a high salinity concentration separated by the first salt water RO4 is filtered and generated by the second salt water RO5 and becomes intermediate water having a salinity concentration of about 100 to 500 ppm, for example, as a low pressure pump (BP ) 6 is supplied.
  • the intermediate water flowing out from the first salt water RO4 and the intermediate water flowing out from the second salt water RO5 are mixed and supplied to the low pressure pump (BP) 6 as intermediate water having a salinity of about 200 ppm. Further, the intermediate water supplied to the low pressure pump (BP) 6 is boosted to a low pressure and supplied to the brackish water RO7. And the fresh water filtered and produced
  • FIG. The intermediate water having a salt concentration of about 50 to 100 ppm, for example, filtered and generated by the first salt water RO4 is indicated by a dotted line in FIG. 2 as fresh water having a salt concentration of 50 ppm or less filtered and generated by the brackish water RO7. You may mix by a flow path and may store in the freshwater tank 8.
  • the seawater desalination apparatus 1 When the seawater desalination apparatus 1 performs such an operation, if there is surplus power 13 in the natural energy generator (W) 11, the surplus power 13 causes a raw water supply pump (FP) (not shown), a high-pressure pump. (HP) 3 and low-pressure pump (BP) 6 are driven, and filtration and generation are performed at a flow rate corresponding to the surplus power value. For this reason, the 1st salt water RO4 and the 2nd salt water RO5 of a present Example have the structure demonstrated below.
  • the electric power from the storage battery 9 is also supplied to the raw water supply pump (not shown), the high pressure pump (HP) 3 and the low pressure pump (BP) 6.
  • ⁇ Flux level seawater desalination system In general, in a seawater desalination apparatus using a reverse osmosis membrane, a cylinder in which a plurality of membrane elements each having a reverse osmosis membrane (RO membrane) wound spirally around an exhaust pipe that allows permeate to pass through is stored in series. Consists of a shaped vessel. A part of the raw water supplied into the vessel is discharged from the drain pipe at the center of the membrane element while the permeated water filtered by the RO membrane is discharged from the opposite side of the raw water supply side. It is discharged as concentrated water. For this reason, the salt concentration in the raw water flowing in the vessel increases from the supply side toward the discharge side.
  • RO membrane reverse osmosis membrane
  • the RO membrane provided on the raw water supply side has a permeate flow rate (Relative Flux) compared to the RO membrane provided on the concentrated water discharge side.
  • the element position (Element position) in FIG. 12 is the number of elements from the raw water supply side). Therefore, since a conventional seawater desalination apparatus using a reverse osmosis membrane needs to be pressurized at a constant pressure, an operation according to fluctuations in surplus power cannot be performed.
  • the structure of the first salt water RO4 and the second salt water RO5 through which the raw water that has been made high pressure by the high pressure pump (HP) 3 is devised.
  • Frlux leveling there is a device for leveling the permeation flux of the treated water (hereinafter referred to as “Flux leveling”) to make the amount of treated water (raw water) permeated in the first salt water RO4 and the second salt water RO5 uniform.
  • the first salt water RO4 and the second salt water RO5 (hereinafter referred to as a reverse osmosis membrane device) shown in FIG. 2 have a reverse osmosis membrane (RO membrane) spiraled around a discharge pipe through which treated water (raw water) passes.
  • RO membrane reverse osmosis membrane
  • One or a plurality of wound membrane elements are constituted by cylindrical vessels stored in series.
  • the configuration of the first salt water RO4 and the second salt water RO5 is such that the concentrated water from the vessel of the first salt water RO4 that is the preceding vessel is supplied to the second salt water RO5 that is the latter vessel.
  • Fig. 13 shows an example in which two membrane elements are installed in the front vessel and five membrane elements are installed in the rear vessel. Element position and permeate flow rate from each membrane element (Relative Flux) The relationship is shown. From FIG. 13, compared with the conventional case where seven membrane elements are installed in a single vessel, in this embodiment in which the vessel is divided, the amount of permeated water of the two membrane elements provided in the former vessel is suppressed to a lower level.
  • the amount of permeated water of each of the five membrane elements provided in the vessel is high. This is because, in the seawater desalination apparatus of the present embodiment, the flux can be leveled by providing a flow rate adjustment valve in the permeate pipe of the front vessel and adjusting the permeate flow rate of the front vessel with the flow rate adjustment valve. (Note that the element position in FIG.
  • the leveling of the flux may be performed by installing a booster pump (BP) 70 in the concentrated water piping of the first salt water RO4 and increasing the pressure of the second salt water RO5.
  • BP booster pump
  • the number of vessels of the first brine RO4, which is the former vessel is greater than or equal to the number of vessels of the second salt water RO5, which is the latter vessel.
  • the effect of leveling the flux can be further enhanced by making the number of membrane elements per post-stage vessel appropriate for the number of membrane elements per pre-stage vessel.
  • FIG. 3 is a diagram showing a first variation of the combination of the number of vessels of the reverse osmosis membrane device applied to the surplus power utilization system of the present embodiment.
  • five front-stage vessels 21 are connected in parallel
  • five rear-stage vessels 22 are connected in parallel
  • the front-stage vessel 21 and the rear-stage vessel 22 are mutually connected. It is connected.
  • FIG. 4 is a diagram showing a second variation of the combination of the number of vessels of the reverse osmosis membrane device applied to the surplus power utilization system of the present embodiment.
  • the second variation of the combination of the number of vessels five front-stage vessels 21 are connected in parallel, four rear-stage vessels 22 are connected in parallel, and the front-stage vessel 21 and the rear-stage vessel 22 are mutually connected. It is connected.
  • FIG. 5 is a diagram showing a third variation of the combination of the number of vessels of the reverse osmosis membrane device applied to the surplus power utilization system of the present embodiment.
  • the third variation of the combination of the number of vessels four front-stage vessels 21 are connected in parallel, three rear-stage vessels 22 are connected in parallel, and the front-stage vessel 21 and the rear-stage vessel 22 are mutually connected. It is connected.
  • FIG. 6 is a diagram showing a fourth variation of the combination of the number of vessels of the reverse osmosis membrane device applied to the surplus power utilization system of the present embodiment.
  • the fourth variation of the combination of the number of vessels six front-stage vessels 21 are connected in parallel, four rear-stage vessels 22 are connected in parallel, and the front-stage vessel 21 and the rear-stage vessel 22 are mutually connected. It is connected.
  • FIG. 7 is a diagram showing a fifth variation of the combination of the number of vessels of the reverse osmosis membrane device applied to the surplus power utilization system of the present embodiment.
  • the fifth variation of the combination of the number of vessels five front-stage vessels 21 are connected in parallel, three rear-stage vessels 22 are connected in parallel, and the front-stage vessel 21 and the rear-stage vessel 22 are mutually connected. It is connected.
  • FIG. 8 is a diagram showing a sixth variation of the combination of the number of vessels of the reverse osmosis membrane device applied to the surplus power utilization system of the present embodiment.
  • the sixth variation of the combination of the number of vessels four front-stage vessels 21 are connected in parallel, two rear-stage vessels 22 are connected in parallel, and the front-stage vessel 21 and the rear-stage vessel 22 are mutually connected. It is connected.
  • the ratio of the parallel number of the preceding vessel and the parallel number of the succeeding vessel is from 1: 1 to 2: 1, preferably 3
  • the value is close to pair 2.
  • ⁇ Variation of the number of membrane elements in series in the vessel> a plurality of membrane elements are housed in series in a vessel. At this time, by optimizing the series number of membrane elements accommodated in each of the upstream vessel 21 and the downstream vessel 22, it is possible to equalize the flux of treated water (permeated water) passing through the vessel and improve the filtration efficiency. Can be planned. Accordingly, variations in the number of membrane elements accommodated in each of the front vessel 21 and the rear vessel 22 will be described.
  • FIG. 9 is a diagram showing a first variation of the number of series of membrane elements housed in the vessel of the reverse osmosis membrane device applied to the surplus power utilization system of the present embodiment.
  • the first variation of the number of membrane elements in series in a configuration in which four front-stage vessels 21 are connected in parallel and two rear-stage vessels 22 are connected in parallel, each front-stage vessel 21 is connected in series.
  • the number of membrane elements stored in the upstream vessel 21 is smaller than the number of membrane elements stored in the downstream vessel 22, so that the flux leveling of the permeated water and the filtration efficiency are improved. Can be achieved.
  • FIG. 10 is a view showing a second variation of the number of series of membrane elements housed in the vessel of the reverse osmosis membrane device applied to the surplus power utilization system of the present embodiment.
  • the second variation in the number of membrane elements in series in a configuration in which four front-stage vessels 21 are connected in parallel and two rear-stage vessels 22 are connected in parallel, each front-stage vessel 21 is connected in series.
  • the configuration of the reverse osmosis membrane device in the seawater desalination plant is the number of membrane elements in the former vessel in the case where the residual water (concentrated water) that has been permeated in the former vessel is introduced into the latter vessel and permeabilized.
  • the number of membrane elements in the latter stage vessel is smaller or the number of both is the same.
  • the Flux leveling of each membrane element can be achieved, so that the flow rate of the treated water (permeated water) can be greatly varied.
  • the surplus power utilization system using the seawater desalination plant with the Flux leveling is operated, the raw water can be efficiently desalinated and accumulated by surplus power generated by natural energy.
  • the number of membrane elements in series per one vessel of the front vessel and the rear vessel is 2-4 pieces, 2 pieces-5 pieces, 2 pieces-6 pieces, 3 pieces in the relation of the front stage vessel-rear stage vessel. Desirably, 3 pieces, 3 pieces, 4 pieces, 3 pieces, 5 pieces, 4 pieces, 4 pieces, 4 pieces, 5 pieces, 4 pieces, 6 pieces. Accordingly, it is possible to achieve the Flux leveling of each membrane element while greatly changing the flow rate of the treated water (permeated water) according to the surplus power amount and the demand amount of the permeated water. As a result, an efficient surplus power utilization system can be realized.
  • the arrows flowing into the upstream vessel 21 are raw water
  • the arrows flowing out from the upstream vessel 21 and into the downstream vessel 22 are concentrated water concentrated in the upstream vessel 22
  • the arrows flowing out of the downstream vessel 22 are downstream vessels.
  • Concentrated water concentrated in 3 to 10 the permeated water obtained in the front vessel 21 and the back vessel 22 is not shown.
  • FIG. 11 is a diagram showing a comparison of fluctuation width of the treated water flow rate between the conventional seawater desalination apparatus and the flux leveling seawater desalination apparatus.
  • the fluctuation range of the treated water flow rate of the flux leveling seawater desalination apparatus of the present embodiment is 1.33 times as large as the fluctuation width of the treated water flow rate of the conventional seawater desalination apparatus.
  • the Flux leveling seawater desalination device can widen the drive range of the regulating pump compared to the conventional seawater desalination device, so the desalination treatment can be performed more efficiently in response to large fluctuations in surplus power. Can be done automatically. Therefore, if the surplus power utilization system using the Flux leveling type seawater desalination apparatus is operated, surplus power generated by natural energy can be efficiently stored in the form of desalinated raw water.
  • the present invention is not limited to the contents of the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the gist thereof. Needless to say. That is, the surplus power utilization system described in the present embodiment is assumed to use surplus power of renewable natural energy such as sunlight, wind power, and waves, but is not limited to surplus power of natural energy. Absent. For example, in a thermal power generation system that cannot be stopped even at night, surplus power generated at midnight is applied to the surplus power utilization system of this embodiment to generate and store industrial water for a thermal power plant. You can also.
  • FIG. 2 the configuration in which fresh water generated by surplus power is stored in the fresh water tank 8 is described.
  • intermediate water generated by the first salt water RO4 and the second salt water RO5 is stored in an intermediate water tank (not shown). It may be configured to.
  • the seawater desalination apparatus 1 is connected to an electric power network, and it is notified from an electric power network.
  • the high-pressure pump 3 and the low-pressure pump 6 are driven based on the surplus power information and the water demand, and the generated intermediate water or fresh water is stored in the intermediate tank or fresh water tank 8 (collectively referred to as a storage tank). May be.
  • the seawater desalination apparatus 1 has the maximum water production capacity (maximum fresh water production-water demand), and excess power is efficiently accumulated in the storage tank as fresh water or intermediate water. be able to.
  • the surplus power utilization system demonstrated by this embodiment assumed operating a seawater desalination apparatus with surplus power, it is not limited to a seawater desalination apparatus (seawater desalination plant), for example, It can also be used for operating a desalination apparatus (desalination plant) for desalinating high salinity entrained water that springs up when oil is pumped up in an oil field.
  • the present invention can be realized as a surplus power use system that uses surplus power of renewable energy that can be regenerated in isolated islands or oil-producing countries.

Abstract

　自然エネルギーによる発電電力の余剰電力を電力以外の形態で効率よく蓄積することができる造水システムを提供する。海水淡水化装置（1）が自然エネルギー発電機（11）に接続されている。従って、自然エネルギー発電機（11）による発電電力に余剰電力（13）が生じたときは、余剰電力（13）によって海水淡水化装置（1）を運転する。すると、原水タンク（2）の原水は高圧ポンプ（3）によって第１塩水ＲＯ（4）に供給され、第１塩水ＲＯ（4）、第２塩水ＲＯ（5）によって透過処理されて中間水が生成される。そして、この中間水は低圧ポンプ（6）によって汽水ＲＯ（7）へ供給される。中間水は汽水ＲＯ（7）で透過処理されて淡水が生成され、淡水タンク（8）に貯留される。従って、余剰電力は淡水の形態で貯留されるので余剰電力の利用効率を上げることができる。第１塩水ＲＯ（4）等をＦｕｘ平準化型にすれば、さらに効率向上を図ることができる。

Description

造水システム
　本発明は、再生可能な自然エネルギー等によって発電された発電電力の余剰電力を利用する造水システムに関する。
　従来より、風力、太陽光、太陽熱、波浪などの自然エネルギーを利用した自然エネルギー発電システムが広く知られている。しかし、これらの自然エネルギーは一過性であって保存することができないため、自然エネルギーを最大限に有効利用するためには、自然エネルギーの変動に合わせた発電を行う必要がある。すなわち、自然エネルギー発電システムで発生した発電電力量は電力需要量にマッチするようにコントロールすることができない。そのため、自然エネルギー発電システムによる発電電力では発電電力量と電力需要量とがバランスしないので、発電電力量が電力需要量を上回る場合は、一般的には、余剰電力を蓄電池に充電することより発電電力の調整を行っている。言い換えると、発電電力量の変動が大きい自然エネルギーによる発電においては、電力需要量に比べて発電電力量が多くなる瞬間に余剰電力が発生し、この余剰電力が無駄になるおそれがあるので、このような余剰電力を蓄電池に充電しておく方法が採られている。
　例えば、変動の大きな自然エネルギーの出力制御を、その電力系統に接続された蓄電池によって制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、複数の蓄電池を分散型電源として自然エネルギーの電力系統に接続し、余剰電力が生じた場合はその電力系統から蓄電池へ充電している。これによって、分散型電源の蓄電池がバッファとなって自然エネルギーの変動による余剰電力分を吸収することができるので、変動の大きな自然エネルギーの出力制御を最適に行うことが可能となる。
特開２０１４－１４２１１号公報
　しかしながら、自然エネルギーによる発電電力の余剰電力を蓄電池に充電する方法では、蓄電池の充電／放電時における電力ロスが大きいため、通常は、１５％程度の電力が使用されないで消失するおそれがある。
　また、余剰電力量に応じて蓄電池等の分散電源設備が必要となり、設備コストが大きくなる問題もある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、自然エネルギー等による発電電力の余剰電力を電力以外の形態で効率よく蓄積することができる余剰電力利用システムを提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、本発明の余剰電力利用システムは以下のように構成した。
　すなわち、本発明の余剰電力利用システムは、高塩分濃度の原水から低塩分濃度の淡水を生成する淡水化装置を備え、前記淡水化装置が、自然エネルギーによる発電電力の余剰電力によって運転されるように構成したことを特徴とする。
　なお、好適な形態としては、前記淡水化装置は、各膜エレメントの透過流束（Flux）を平準化するＦｌｕｘ平準化機能を有する逆浸透膜装置を備えていることを特徴とする。
　具体的な形態としては、前記逆浸透膜装置は、逆浸透膜エレメントを収納するベッセルを複数個備えて構成され、前記ベッセルは、原水を前段で透過処理する前段ベッセルと、前記前段ベッセルで透過処理されたあとの濃縮水を、後段で透過処理する後段ベッセルとを備え、前記前段ベッセルの並列個数と前記後段ベッセルの並列個数の比が、１対１乃至２対１の範囲であり、望ましくは、１対１乃至３対２の範囲であることを特徴とする。
　また、他の具体的な形態としては、１個の前記前段ベッセルに収納される前記逆浸透膜エレメントの直列個数は、１個の前記後段ベッセルに収納される前記逆浸透膜エレメントの直列個数以下であることを特徴とする。
　より具体的な形態としては、１個の前記前段ベッセルに収納される前記逆浸透膜エレメントの直列本数と、１個の前記後段ベッセルに収納される前記逆浸透膜エレメントの直列本数との関係は、２本－４本、２本－５本、２本－６本、３本－３本、３本－４本、３本－５本、４本－４本、４本－５本、４本－６本のいずれかであることを特徴とする。
　本発明によれば、自然エネルギー等による発電電力の余剰電力に応じて淡水化装置（例えば、海水淡水化装置）を運転し、原水を透過して生成した淡水の形態にして蓄積している。これによって、余剰電力を効率よく利用することができる。
風力発電システムにおける自然エネルギーの余剰電力を示す概念図である。 本実施形態に適用される余剰電力利用システムと周辺装置を示す構成図である。 本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第１バリエーションを示す図である。 本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第２バリエーションを示す図である。 本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第３バリエーションを示す図である。 本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第４バリエーションを示す図である。 本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第５バリエーションを示す図である。 本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第６バリエーションを示す図である。 本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル内に収納される膜エレメントの直列個数の第１バリエーションを示す図である。 本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル内に収納される膜エレメントの直列個数の第２バリエーションを示す図である。 従来の海水淡水化システムとＦｌｕｘ平準化型海水淡水化システムの処理水流量の変動幅の比較を示す図である。 従来のＲＯ膜のエレメント位置に対する透過水量を示す図である。 本実施形態のＲＯ膜のエレメント位置に対する透過水量の一例を示す図である。
《概要》
　本実施形態の余剰電力利用システムは、自然エネルギーによる発電電力が電力需要量を上回った場合は、その余剰電力によって淡水化プラント（例えば、海水淡水化プラント）を稼動する。このとき、その時点での水需要よりも多い流量の淡水を淡水化プラントによって製造し、その淡水をタンクに貯留する。これによって、余剰電力は全て淡水の形態で貯留される。また、自然エネルギーによる発電電力が電力需要量を下回った場合は、つまり、電力不足が生じた場合は、淡水化プラントを停止あるいは稼働率を下げて電力需要量を下げると共に、淡水タンクに貯留した淡水を水需要に充てる。すなわち、本実施形態では、自然エネルギーによる発電電力の余剰電力を、原水を透過して生成した淡水の形態にして蓄積することを特徴とする余剰電力利用システムを提案している。これによって、自然エネルギーをロスなく最大限に有効利用することができる。
　以下、本発明に係る余剰電力利用システムの実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
《実施形態》
〈余剰電力〉
　先ず、本実施形態の余剰電力利用システムで利用される余剰電力について説明する。一例として、自然エネルギーの再生手段として風力発電システムを用いた場合における余剰電力について説明する。図１は、風力発電システムにおける自然エネルギーの余剰電力を示す概念図であり、横軸は時間（Ｔ）、縦軸は電力（Ｐ）を表わしている。図１において、実線の曲線ａは風力発電システムの自然エネルギー発電電力量、破線の曲線ｂは電力需要量である。これらの曲線ａ，ｂの特性から、斜めハッチングした領域Ａが余剰電力量（余剰電力）であり、ハーフトーン表示した領域Ｂが不足電力量であることがわかる。本実施形態では、領域Ａの余剰電力を海水淡水化システムに利用して淡水を生成・貯留することにより、自然エネルギーの発電電力量を有効に使い、その結果として自然エネルギーの発電電力量の高効率化を図っている。なお、自然エネルギー発電電力量ａが電力需要量ｂを下回ったときの不足電力量（領域Ｂ）は海水淡水化システムの稼働を停止または処理流量を下げることで電力需要を下げるとともに、それでも不足する量に関しては蓄電池から供給するようにしている。この例では、風力発電システムを用いて説明したが、太陽光発電システム、波浪発電システム、地熱発電システムなど、再生可能な自然エネルギーにおける発電電力の余剰電力を本実施形態の余剰電力利用システムに適用することができる。
〈海水淡水化システム〉
　逆浸透膜法を用いた一般的な海水淡水化システムは、ＵＦ（Ultra Filtration）膜（限外濾過膜）やＭＦ（Micro Filtration）膜（精密濾過膜）、ＭＭＦ（Multi Media Filter）(重層濾過)、ＳＦ（Sand Filter）（砂濾過）、ＤＡＦ（Dissolved Air Floatation）（浮上分離）などの前処理装置を用いて原水中の微粒子を除去した後に、逆浸透膜と称されるＲＯ膜（Reverse Osmosis Membrane）を用いて脱塩処理を行って淡水化している。すなわち、一般的な逆浸透膜法（ＲＯ法）による海水淡水化システムでは、原水タンクから高圧ポンプで昇圧された塩分を含む未処理水（例えば、海水など）を、２つの海水用逆浸透膜（第１塩水ＲＯ(Reverse Osmosis)、第２塩水ＲＯ）を通して比較的塩分濃度の低い中間水を生成し、さらに、低圧ポンプで昇圧して汽水用逆浸透膜（汽水ＲＯ(Reverse Osmosis)）に通して、より塩分濃度の低い流通可能な淡水（例えば、飲料水や工業用水など）を生成している。
〈余剰電力利用システムの構成〉
　次に、本実施形態に適用される海水淡水化装置（海水淡水化プラント）を用いた余剰電力利用システムの構成について説明する。図２は、本実施形態に適用される余剰電力利用システムと周辺装置を示す構成図である。この余剰電力利用システムでは、海水を淡水化する海水淡水化装置を例に挙げて説明する。
　図２に示すように、余剰電力利用システム１０は、海水淡水化装置１が、風力発電機や太陽光発電機などの自然エネルギー発電機（Ｗ）１１に接続された構成となっている。また、この自然エネルギー発電機（Ｗ）１１は電力需要負荷１２に接続されている。自然エネルギー発電機（Ｗ）１１は、主に電力需要負荷１２に電力を供給しているが、自然エネルギー発電機（Ｗ）１１に余剰電力１３が生じたときには、その余剰電力１３を海水淡水化装置１に供給し、海水淡水化装置１を駆動運転させるように構成されている。また、余剰電力１３は、海水淡水化装置１内の蓄電池９を充電するように構成されている。なお、この蓄電池９も海水淡水化装置１の内部機器に電力を供給するように構成されているが、水需要に応じて、自然エネルギー発電機（Ｗ）１１から、あるいは、他の電力源から電力供給される構成であってもよい。
　海水淡水化装置１は、例えば３．５％程度の塩分を含む原水（例えば、海水）を貯留する原水タンク２と、原水タンク２から流出した原水（海水）を原水供給ポンプ（ＦＰ）（図示せず）を介して高圧に昇圧する高圧ポンプ（ＨＰ）３と、高圧に昇圧された原水を濾過して中間水を生成する第１海水用逆浸透膜（第１塩水ＲＯ）４と、第１塩水ＲＯ４で分離された比較的塩分濃度の高い残留水（濃縮水）を再び濾過して中間水を生成する第２海水用逆浸透膜（第２塩水ＲＯ）５と、第１塩水ＲＯ４及び第２塩水ＲＯ５から流出した中間水を比較的低い水圧に昇圧する低圧ポンプ（ＢＰ）６と、低圧ポンプ（ＢＰ）６から流出した中間水を濾過して所定の塩分濃度の水を生成する汽水用逆浸透膜（汽水ＲＯ）７と、汽水ＲＯ７で濾過・生成された淡水を貯留する淡水タンク８とを備えて構成されている。なお、高塩分濃度の原水を第１塩水ＲＯ４へ供給する高圧ポンプ（ＨＰ）３の駆動電力は相対的に大きく、低塩分濃度の中間水を汽水ＲＯ７へ供給する低圧ポンプ（ＢＰ）６の駆動電力は相対的に小さい。ちなみに、図２において、第１塩水ＲＯ４、第２塩水ＲＯ５及び汽水ＲＯ７から右側に出ている矢印は透過水であり、低塩分濃度となっている。なお、第２塩水ＲＯ５、及び汽水ＲＯ７については、第１塩水ＲＯ４で示したような残留水の矢印を省略している。
　〈海水淡水化装置の基本動作〉
　原水タンク２から流出した塩分濃度が例えば３．５％程度の原水は、高圧ポンプ（ＨＰ）３によって高圧に昇圧されて第１塩水ＲＯ４へ供給される。第１塩水ＲＯ４で濾過・生成された中間水は、塩分濃度が例えば５０～１００ｐｐｍ程度の中間水となって低圧ポンプ（ＢＰ）６へ供給される。また、第１塩水ＲＯ４で分離された高い塩分濃度の残留水（分離水）は第２塩水ＲＯ５で濾過・生成されて、塩分濃度が例えば１００～５００ｐｐｍ程度の中間水となって低圧ポンプ（ＢＰ）６へ供給される。
　すなわち、第１塩水ＲＯ４から流出した中間水と第２塩水ＲＯ５から流出した中間水は混合され、塩分濃度が例えば２００ｐｐｍ程度の中間水となって低圧ポンプ（ＢＰ）６へ供給される。さらに、低圧ポンプ（ＢＰ）６に供給された中間水は、低圧に昇圧されて汽水ＲＯ７へ供給される。そして、汽水ＲＯ７で濾過・生成された淡水は、塩分濃度が例えば５０ｐｐｍ以下の淡水となって淡水タンク８に貯留される。なお、第１塩水ＲＯ４で濾過・生成された塩分濃度が例えば５０～１００ｐｐｍ程度の中間水は、汽水ＲＯ７で濾過・生成された塩分濃度が例えば５０ｐｐｍ以下の淡水と、図２に点線で示した流路によって混合して淡水タンク８に貯留してもよい。
　海水淡水化装置１がこのような動作を行うときは、自然エネルギー発電機（Ｗ）１１に余剰電力１３があれば、その余剰電力１３によって原水供給ポンプ（ＦＰ）（図示せず）、高圧ポンプ（ＨＰ）３及び低圧ポンプ（ＢＰ）６を駆動させ、余剰電力値に対応した流量で濾過・生成がおこなわれる。このため、本実施例の第１塩水ＲＯ４や第２塩水ＲＯ５は、つぎに説明する構成をもつ。
　また、蓄電池９からの電力も原水供給ポンプ（図示せず）、高圧ポンプ（ＨＰ）３及び低圧ポンプ（ＢＰ）６へ供給される。
〈Ｆｌｕｘ平準型の海水淡水化装置〉
　一般に、逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、透過水を通過させる排出管を軸として逆浸透膜（ＲＯ膜）がスパイラル状に巻かれた膜エレメントが、複数個直列に格納された円筒状のベッセルによって構成される。そして、ベッセル内に供給された原水の一部はＲＯ膜でろ過された透過水を膜エレメント中心の排出管から排出される一方で、ＲＯ膜でろ過されない原水は、原水供給側と反対側から濃縮水として排出される。このため、ベッセル内を流れる原水中の塩濃度は、供給側から排出側に向って高くなる。このため、ベッセル内では濃縮水排出側に備えられたＲＯ膜でろ過できる圧力で加圧する必要があり、原水供給側に備えられたＲＯ膜には必要以上の圧力がかかる。これにより、従来の逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では、図１２のように原水供給側に備えられたＲＯ膜は濃縮水排出側に備えられたＲＯ膜に比べて透過水量(Relative Flux)が増加するため、ベッセル内に備えられた複数のＲＯ膜において透過水量が不均一となり、この傾向は各膜エレメントからの透過水量を増やすためにベッセル内を加圧した場合に顕著になる（なお、図１２中のエレメント位置(Element position)は、原水供給側からのエレメント本数である）。従って、従来の逆浸透膜を用いた海水淡水化装置では一定の圧力で加圧する必要があるため、余剰電力の変動に応じた運転を行うことができない。
　これに対し、本実施形態の海水淡水化装置では、高圧ポンプ（ＨＰ）３によって高圧にされた原水を通過させる第１塩水ＲＯ４、第２塩水ＲＯ５の構造について工夫がなされている。すなわち、第１塩水ＲＯ４および第２塩水ＲＯ５における処理水（原水）の透過水量を均一にする、処理水の透過流束平準化（以下、Ｆｌｕｘ平準化という）の工夫がなされている。
　図２に示す第１塩水ＲＯ４、後段の第２塩水ＲＯ５（以下、逆浸透膜装置という）は、処理水（原水）を通過させる排出管を軸として逆浸透膜（ＲＯ膜）がスパイラル状に巻かれた膜エレメントが、１個または複数個直列に格納された円筒状のベッセルによって構成されている。第１塩水ＲＯ４と第２塩水ＲＯ５の構成は、前段ベッセルである第１塩水ＲＯ４のベッセルからの濃縮水が後段ベッセルである第２塩水ＲＯ５へ供給されるようになっている。ここで、前段ベッセル（第１塩水ＲＯ４）の透過水配管に流量調整弁６０を設けてその流量調整弁６０で前段ベッセルの処理水流量を調整することで、前段ベッセルからの透過水量を抑えることができるため、Fluxの平準化を行うことができる。
　図１３に前段ベッセル内に２個の膜エレメント、後段ベッセル内に５個の膜エレメントをそれぞれ設置した場合を例に取り、エレメント位置(Element position)と各膜エレメントからの透過水量(Relative Flux)の関係を示す。図１３から、単一のベッセル内に７個の膜エレメントを設置した従来に比べ、ベッセルを分割した本実施形態では前段ベッセル内に備えられた２個の膜エレメント透過水量は低く抑えられ、後段ベッセル内に備えられた５個の各膜エレメント透過水量は高くなっている。これは、本実施形態の海水淡水化装置では、前段ベッセルの透過水配管に流量調整弁を設けてその流量調整弁で前段ベッセルの透過水量を調整することで、Ｆｌｕｘを平準化することができるためである（なお、図１３中のエレメント位置(Element position)は、原水供給側からのエレメント本数である。）。
　すなわち、Ｆｌｕｘ平準化を図った逆浸透膜装置を用いた海水淡水化プラント（海水淡水化装置）を余剰電力によって運転することにより、余剰電力が少ないときも多いときも、すなわち余剰電力の値が大きく変動しても海水淡水化プラントを適切に運転できるので、高効率な余剰電力利用システムを実現することができる。流量調整弁６０の代わりにまたは併用して、第１塩水ＲＯ４の濃縮水配管にブースターポンプ（ＢＰ）７０を設置して第２塩水ＲＯ５を昇圧することでＦｌｕｘの平準化を行ってもよい。後述するが、前段ベッセルである第１塩水ＲＯ４のベッセル数は後段ベッセルである第２塩水ＲＯ５のベッセル数よりも多いかまたは同じ数になっていることが望ましい。
　このとき、後述するように、前段ベッセル１本当たりの膜エレメント本数に対して、後段ベッセル１本当たりの膜エレメント本数を適切にすることでよりＦｌｕｘの平準化の効果を高めることができる。
　そこで、本実施形態では、逆浸透膜装置を構成する前段ベッセルの本数と後段ベッセルの本数を、様々なバリエーションで組み合わせることにより、さらなるＦｌｕｘ平準化を図っている。これによって、逆浸透膜装置の濾過効率を高めて淡水の回収率を向上させることができると共に、原水の処理流量をフレキシブルに調整することができるので、コンパクトな海水淡水化装置によって余剰電力を効率よく利用することができる。すなわち、Ｆｌｕｘ平準化を図った逆浸透膜装置を用いた海水淡水化プラント（海水淡水化装置）を余剰電力によって運転することにより、余剰電力が少ないときも多いときも、すなわち余剰電力の値が大きく変動しても海水淡水化プラントを適切に運転できるので、高効率な余剰電力利用システムを実現することができる。
〈ベッセル本数の組合せバリエーション〉
　次に、Ｆｌｕｘ平準化を図った逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せのバリエーションについて説明する。図３は、本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第１バリエーションを示す図である。図３に示すように、ベッセル本数の組合せの第１バリエーションでは、前段ベッセル２１が５本並列に接続され、後段ベッセル２２が５本並列に接続されて、前段ベッセル２１と後段ベッセル２２が相互に接続されている。
　図４は、本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第２バリエーションを示す図である。図４に示すように、ベッセル本数の組合せの第２バリエーションでは、前段ベッセル２１が５本並列に接続され、後段ベッセル２２が４本並列に接続されて、前段ベッセル２１と後段ベッセル２２が相互に接続されている。
　図５は、本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第３バリエーションを示す図である。図５に示すように、ベッセル本数の組合せの第３バリエーションでは、前段ベッセル２１が４本並列に接続され、後段ベッセル２２が３本並列に接続されて、前段ベッセル２１と後段ベッセル２２が相互に接続されている。
　図６は、本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第４バリエーションを示す図である。図６に示すように、ベッセル本数の組合せの第４バリエーションでは、前段ベッセル２１が６本並列に接続され、後段ベッセル２２が４本並列に接続されて、前段ベッセル２１と後段ベッセル２２が相互に接続されている。
　図７は、本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第５バリエーションを示す図である。図７に示すように、ベッセル本数の組合せの第５バリエーションでは、前段ベッセル２１が５本並列に接続され、後段ベッセル２２が３本並列に接続されて、前段ベッセル２１と後段ベッセル２２が相互に接続されている。
　図８は、本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル本数の組合せの第６バリエーションを示す図である。図８に示すように、ベッセル本数の組合せの第６バリエーションでは、前段ベッセル２１が４本並列に接続され、後段ベッセル２２が２本並列に接続されて、前段ベッセル２１と後段ベッセル２２が相互に接続されている。
　すなわち、海水淡水化装置（海水淡水化プラント）における逆浸透膜装置の構成は、前段ベッセルの並列本数と後段ベッセルの並列本数の比率が、１対１から２対１であって、望ましくは３対２に近い値にする。これにより、Ｆｌｕｘ平準化を図ることができるので、余剰電力の変動にかかわらず、効率のよい余剰電力利用システムを実現することができる。
〈ベッセル内に収納する膜エレメントの直列個数のバリエーション〉
　一般的に、ベッセル内には、複数個の膜エレメントが直列に収納される。このとき、前段ベッセル２１と後段ベッセル２２のそれぞれに収納される膜エレメントの直列個数を最適にすることにより、ベッセル内を通過する処理水（透過水）のＦｌｕｘ平準化と濾過効率の向上化を図ることができる。そこで、前段ベッセル２１と後段ベッセル２２のそれぞれに収納される膜エレメントの直列個数のバリエーションについて説明する。
　図９は、本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル内に収納される膜エレメントの直列個数の第１バリエーションを示す図である。図９に示すように、膜エレメントの直列個数の第１バリエーションでは、前段ベッセル２１が４本並列に接続され、後段ベッセル２２が２本並列に接続された構成において、それぞれの前段ベッセル２１に直列に収納される膜エレメント２４は２個であり、それぞれの後段ベッセル２２に直列に収納される膜エレメント２５は４個である。このような膜エレメント数の構成により、前段ベッセル２１内に収納される膜エレメント数が後段ベッセル２２内に収納される膜エレメント数に比べ少ないため、透過水のＦｌｕｘ平準化と濾過効率の向上化を図ることができる。
　図１０は、本実施形態の余剰電力利用システムに適用される逆浸透膜装置のベッセル内に収納される膜エレメントの直列個数の第２バリエーションを示す図である。図１０に示すように、膜エレメントの直列個数の第２バリエーションでは、前段ベッセル２１が４本並列に接続され、後段ベッセル２２が２本並列に接続された構成において、それぞれの前段ベッセル２１に直列に収納される膜エレメント２４は３個であり、それぞれの後段ベッセル２２に直列に収納される膜エレメント２５は４個である。このような膜エレメント数の構成により、透過水のＦｌｕｘ平準化と濾過効率の向上化を図ることができる。
　すなわち、海水淡水化プラントにおける逆浸透膜装置の構成は、前段ベッセルで透過処理された残留水（濃縮水）が後段ベッセルへ導入されて透過処理される構成の場合において、前段ベッセルの膜エレメント数が、後段ベッセルの膜エレメント数より少ないか、又は両者が同数であることが望ましい。これによって、各膜エレメントのＦｌｕｘ平準化を図ることができるので、処理水（透過水）の流量の変動を大きく取ることが可能となる。その結果、より小さな海水淡水化プラントにおいて余剰電力の大きさに応じた運転を行うことができる。言い換えると、Ｆｌｕｘ平準化した海水淡水化プラントを用いた余剰電力利用システムを運用すれは、自然エネルギーによる発電電力の余剰電力によって、原水を効率よく淡水化して蓄積することができる。
　また、前段ベッセルと後段ベッセルの各々のベッセル１本当たりの膜エレメントの直列個数は、前段ベッセル－後段ベッセルの関係において、２個－４個、２個－５個、２個－６個、３個－３個、３個－４個、３個－５個、４個－４個、４個－５個、４個－６個であることが望ましい。これによって、余剰電力量と透過水の需要量に応じて処理水(透過水)の流量の変動を大きく取りつつ、各膜エレメントのＦｌｕｘ平準化を図ることができる。その結果、効率的な余剰電力利用システムを実現することができる。
　ちなみに、図３～１０において前段ベッセル２１に流入する矢印は原水、前段ベッセル２１から流出し後段ベッセル２２に流入する矢印は前段ベッセルで濃縮された濃縮水、後段ベッセル２２から流出する矢印は後段ベッセルで濃縮された濃縮水である。また、図３～１０において前段ベッセル２１及び後段ベッセル２２で得られる透過水については記載を省略している。
《まとめ》
　図１１は、従来の海水淡水化装置とＦｌｕｘ平準化型海水淡水化装置の処理水流量の変動幅の比較を示す図である。図１１に示すように、本実施形態のＦｌｕｘ平準化型海水淡水化装置の処理水流量の変動幅は、従来の海水淡水化装置の処理水流量の変動幅に比べて１.３３倍もある。これにより、Ｆｌｕｘ平準化型海水淡水化装置は、従来の海水淡水化装置に比べ、調整ポンプの駆動範囲を広くすることができるので、余剰電力の大きな変動に対応して淡水化処理をより効率的に行うことができる。従って、Ｆｌｕｘ平準化型海水淡水化装置を用いた余剰電力利用システムを運用すれは、自然エネルギーによる発電電力の余剰電力は、原水を淡水化した形態にして効率よく蓄積することができる。
　以上、本発明に係る余剰電力利用システムの実施形態について具体的に説明したが、本発明は前述した実施形態の内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。すなわち、本実施形態で説明した余剰電力利用システムは、太陽光、風力、波浪などの再生可能な自然エネルギーの余剰電力を利用することを想定したが、自然エネルギーの余剰電力に限定されるものではない。例えば、夜間においても停止することができない火力発電システムにいて、深夜に発生す余剰電力を本実施形態の余剰電力利用システムに適用して、火力発電所の工業用水などを生成して貯留させることもできる。
　上記の図２では、余剰電力により生成した淡水を淡水タンク８に蓄積する構成を説明したが、第１塩水ＲＯ４や第２塩水ＲＯ５で生成する中間水を中間水タンク（図示せず）に蓄積する構成であってもよい。
　また、図２では、実施例の海水淡水化装置１が自然エネルギー発電機（Ｗ）１１の余剰電力により駆動する例を示したが、電力網に海水淡水化装置１が接続され、電力網から通知される余剰電力情報と水需要に基づいて、高圧ポンプ３や低圧ポンプ６を駆動し、生成した中間水または淡水を中間タンクまたは淡水タンク８（総称して貯蔵タンクと称する）に貯蔵する構成であってもよい。このような構成であれば、海水淡水化装置１の造水能力の余裕分（最大造水量－水需要量）を最大に、余剰電力を効率良く、淡水または中間水として、貯蔵タンクに蓄積することができる。
　また、本実施形態で説明した余剰電力利用システムは、余剰電力で海水淡水化装置を運転することを想定したが、海水淡水化装置（海水淡水化プラント）に限定されることはなく、例えば、油田において石油を汲み上げるときに湧き出てくる高塩分濃度の隋伴水を淡水化するための淡水化装置（淡水化プラント）を運転する用途など用いることもできる。
　本発明によれば、離島や産油国などにおいて再生可能な自然エネルギーの余剰電力を利用した余剰電力利用システムとして実現することができる。
　１　海水淡水化装置
　２　原水タンク
　３　高圧ポンプ（ＨＰ）
　４　第１海水用逆浸透膜（第１塩水ＲＯ）
　５　第２海水用逆浸透膜（第２塩水ＲＯ）
　６　低圧ポンプ（ＢＰ）
　７　汽水用逆浸透膜（汽水ＲＯ）
　８　淡水タンク
　９　蓄電池
　１０　余剰電力利用システム
　１１　自然エネルギー発電機（Ｗ）
　１２　電力需要負荷
　１３　余剰電力
　２１　前段ベッセル
　２２　後段ベッセル
　２４，２５　膜エレメント

Claims (6)

  1. 　高塩分濃度の原水から低塩分濃度の淡水を生成する淡水化装置を備え、
    　前記淡水化装置が、自然エネルギーによる発電電力の余剰電力によって運転されるように構成されていることを特徴とする造水システム。
  2. 　前記淡水化装置は、前記高塩分濃度の原水を逆浸透処理する逆浸透膜エレメントを内部に収納するベッセルを複数個備えて構成され、
    　前記ベッセルは、前記高塩分濃度の原水を前段で透過処理する前段ベッセルと、前記前段ベッセルで透過処理されたあとの濃縮水を透過処理する後段ベッセルと、前記前段ベッセルからの透過水量と前記後段ベッセルからの透過水量を制御することで前記逆浸透膜エレメントのＦｌｕｘを平準化するＦｌｕｘ平準化機能とを、備えていることを特徴とする請求項１に記載の造水システム。
  3. 　前記淡水化装置は、逆浸透膜エレメントを収納するベッセルを複数個備えて構成され、前記ベッセルは、原水を前段で透過処理する前段ベッセルと、前記前段ベッセルで透過処理された透過水を後段で透過処理する後段ベッセルとを備え、
    　前記前段ベッセルの並列個数と前記後段ベッセルの並列個数の比が、１対１乃至２対１の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の造水システム。
  4. 　前記前段ベッセルの並列個数と前記後段ベッセルの並列個数の比が、１対１乃至３対２の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の造水システム。
  5. 　１個の前記前段ベッセルに収納される前記逆浸透膜エレメントの直列個数は、１個の前記後段ベッセルに収納される前記逆浸透膜エレメントの直列個数以下であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の造水システム。
  6. 　１個の前記前段ベッセルに収納される前記逆浸透膜エレメントの直列本数と、１個の前記後段ベッセルに収納される前記逆浸透膜エレメントの直列本数との関係は、２本－４本、２本－５本、２本－６本、３本－３本、３本－４本、３本－５本、４本－４本、４本－５本、４本－６本のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の造水システム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108046446A (zh) * 2017-11-13 2018-05-18 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 一种海岛多元供水智能识别处理系统及处理方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000202441A (ja) * 1999-01-11 2000-07-25 Hitachi Engineering & Services Co Ltd 風力発電機による海水淡水化装置の運転装置および海水淡水化方法
JP2004508795A (ja) * 2000-09-07 2004-03-18 アロイス・ヴォベン 孤立したネットワークおよび孤立したネットワークの運転法
US20110006005A1 (en) * 2009-05-18 2011-01-13 Aquamarine Power Limited Desalination system and method
JP2011020010A (ja) * 2009-07-13 2011-02-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 生成水製造装置
JP2012130840A (ja) * 2010-12-20 2012-07-12 Hitachi Plant Technologies Ltd 逆浸透処理装置
JP2013193017A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 Toshiba Corp 海水淡水化装置
JP2013194525A (ja) * 2012-03-15 2013-09-30 Kyb Co Ltd 波力エネルギ変換システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000202441A (ja) * 1999-01-11 2000-07-25 Hitachi Engineering & Services Co Ltd 風力発電機による海水淡水化装置の運転装置および海水淡水化方法
JP2004508795A (ja) * 2000-09-07 2004-03-18 アロイス・ヴォベン 孤立したネットワークおよび孤立したネットワークの運転法
US20110006005A1 (en) * 2009-05-18 2011-01-13 Aquamarine Power Limited Desalination system and method
JP2011020010A (ja) * 2009-07-13 2011-02-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 生成水製造装置
JP2012130840A (ja) * 2010-12-20 2012-07-12 Hitachi Plant Technologies Ltd 逆浸透処理装置
JP2013194525A (ja) * 2012-03-15 2013-09-30 Kyb Co Ltd 波力エネルギ変換システム
JP2013193017A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 Toshiba Corp 海水淡水化装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108046446A (zh) * 2017-11-13 2018-05-18 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 一种海岛多元供水智能识别处理系统及处理方法
CN108046446B (zh) * 2017-11-13 2020-10-27 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 一种海岛多元供水智能识别处理系统及处理方法

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