WO2024047905A1 - プラント運転支援装置 - Google Patents

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WO2024047905A1
WO2024047905A1 PCT/JP2023/005976 JP2023005976W WO2024047905A1 WO 2024047905 A1 WO2024047905 A1 WO 2024047905A1 JP 2023005976 W JP2023005976 W JP 2023005976W WO 2024047905 A1 WO2024047905 A1 WO 2024047905A1
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WO
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value
equipment
water
plant
support device
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Application number
PCT/JP2023/005976
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English (en)
French (fr)
Inventor
一郎 山野井
伊智朗 圓佛
みさき 隅倉
壮文 奥村
昌俊 杉政
晃治 陰山
豊 三宮
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Filing date
Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features

Definitions

  • the present invention relates to a plant operation support device for a plant having water electrolysis equipment and water treatment equipment.
  • Patent Document 1 As a technology related to a plant having water electrolysis equipment and water treatment equipment, there is a technology disclosed in Patent Document 1. Specifically, Patent Document 1 describes the use of oxygen, which is a byproduct of water electrolysis equipment, as an alternative raw material for air supplied by a blower for microbial treatment in water treatment equipment.
  • Patent Document 1 water electrolysis equipment produces not only hydrogen but also oxygen. Since this oxygen can be converted into ozone by electrical discharge, electrolysis, etc., it can be supplied as an oxygen raw material to the outside of a plant having water electrolysis equipment and water treatment equipment. Patent Document 1 merely discloses that oxygen generated in water electrolysis equipment is consumed within a plant, and there is no description of using oxygen outside the plant.
  • An object of the present invention is to provide a plant operation support device that maximizes the value of plant products when operating a plant having water electrolysis equipment and water treatment equipment.
  • a plant operation support device for a plant having a water treatment facility of the present invention and a water electrolysis facility using recycled water generated in the water treatment facility is provided with a measuring unit that monitors the measurement unit, an internal value calculation means that calculates the value when the product of the water treatment equipment or the water electrolysis equipment is used inside the plant based on the monitoring information of the measurement unit, and the water treatment equipment or external value calculation means for calculating the value when the product of the water electrolysis equipment is used outside the plant; and based on the calculation results of the internal value calculation means and the external value calculation means, the water treatment equipment and the water
  • the present invention includes an operating condition planning means for planning operating conditions for the electrolysis equipment and providing the operating conditions to the water treatment equipment and the water electrolysis equipment.
  • the value of the plant's products can be maximized.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a plant operation support device and a plant of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing the flow of products of the plant of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing temporal changes in the externally used flow rate and the internally used flow rate.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of temporal fluctuations in the total value of oxygen O2.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between a function for calculating the internal value of oxygen O2 and an internal usage flow rate.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of the relationship between the function for calculating the internal value of oxygen O2 and the internal usage flow rate. It is a diagram showing an example of changes in internal value, external value, and total value.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of changes in internal value, external value, and total value. It is a diagram showing an example of changes in internal value, external value, and total value.
  • FIG. 3 is a diagram showing the flow of products of the plant of Example 2.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a plant operation support device and a plant according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the flow of products of the plant of Example 3.
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow of products of the plant of Example 4.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a plant operation support device and a plant according to a fifth embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the flow of products of the plant of Example 5.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a plant operation support device 1 according to an embodiment and a plant 5 to which the plant operation support device 1 is applied.
  • a plant 5 (broken line frame in FIG. 1) to which the plant operation support device 1 of this embodiment is applied has a water treatment facility 2 and a water electrolysis facility 3, and each product (recycled water, hydrogen H2, oxygen O2) is supplied to the outside of the plant 4.
  • the plant operation support device 1 includes a measurement unit 11 that monitors the operating status of the water treatment equipment 2 and the water electrolysis equipment 3, and a measurement unit 11 that monitors the operating status of the water treatment equipment 2 and the water electrolysis equipment 3.
  • an internal value calculation means 12 that calculates the value when used internally
  • an external value calculation means 13 that calculates the value when the product of the water treatment equipment 2 or the water electrolysis equipment 3 is used outside the plant 4
  • An operating condition planning means 14 that plans the operating conditions of the water treatment equipment 2 and the water electrolysis equipment 3 based on the calculation results of the value calculation means 12 and the external value calculation means 13, and provides the operating conditions to the water treatment equipment 2 and the water electrolysis equipment 3; , is provided.
  • the plant operation support device 1 is a computer (information processing device). Then, when the CPU executes the program stored in the HDD, the measurement section 11, the internal value calculation means 12, the external value calculation means 13, and the operating condition planning means 14 function.
  • FIG. 2 is a diagram showing the flow of products from plant 5 in FIG. 1. Note that the description of hydrogen H2, which is a product of the water electrolysis equipment 3, is omitted.
  • the water treatment facility 2 processes wastewater with microorganisms to generate recycled water H2O, and supplies the recycled water H2O to the water electrolysis facility 3. At this time, oxygen O2 is supplied to the water treatment equipment 2 from the water electrolysis equipment 3, and is used for microbial treatment of wastewater.
  • the water electrolysis equipment 3 generates hydrogen H2 and oxygen O2 by water electrolysis, that is, by electrolyzing recycled water H2O.
  • the water electrolysis equipment 3 is generally equipment that produces hydrogen H2, and oxygen O2 is a by-product.
  • This oxygen O2 can be supplied to the outside of the plant 4 or, as described above, can be supplied to the water treatment facility 2 and used inside the plant. Furthermore, oxygen O2 can be used both inside and outside the plant in a predetermined distribution.
  • oxygen O2 which is a byproduct of the water electrolysis equipment 3
  • the value of oxygen O2 outside is converted into a sales price.
  • the sales format is either processed to a certain quality and sold in cylinders, or sold through a pipeline to another plant on the same site. Sales prices vary depending on contracts and market prices, although there are various uses such as medical, industrial, and environmental purification. In addition to the economic value, the value of the product may be a quantitative value from an environmental perspective.
  • oxygen O2 which is a byproduct of the water electrolysis equipment 3, in microbial treatment in the water treatment equipment 2, since microorganisms breathe oxygen, it is possible to supply oxygen O2 with a higher oxygen concentration than air. , the supply amount of the blower that supplies air to the microbial reaction tank can be reduced. In other words, the value of oxygen O2 within the plant can be converted into the amount of power reduction for the blower.
  • the form in which oxygen O2, which is a byproduct of the water electrolysis equipment 3, is supplied to the water treatment equipment 2 and used by mixing with the air of the blower is called the internal use form 1, and the form in which it is sold to the outside of the plant 4 is called the external use form.
  • the usage flow rate of oxygen O2 in external usage type 1 is Q_out,1 (hereinafter, _ indicates a subscript)
  • the oxygen O2 usage rate in internal usage type 1 is
  • the usage flow rate (internal usage flow rate) is Q_in,1
  • the total flow rate Q_total,O2 of oxygen O2 generated in the water electrolysis equipment 3 is expressed by the following equation (1).
  • the above usage flow rate is a value related to the operating conditions of the plant 5, and in this embodiment, the external usage flow rate and internal usage flow rate are determined to maximize the sum of the external value and the internal value.
  • FIG. 3 is a diagram showing temporal changes in the externally used flow rate and the internally used flow rate.
  • the externally used flow rate Q_out,1 and the internally used flow rate Q_in,1 change continuously or discontinuously depending on the plant operating conditions, equipment constraints, and contract form.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the temporal fluctuation of e_total, which indicates the total value of oxygen O2. There is a time when the internal value e_in becomes 0 and a time when the external value e_out becomes 0, and the plant operation support device 1 plans the plant operating conditions in which e_total, which indicates the total value, is maximum over the entire elapsed time.
  • the plant operation support device 1 formulates the function f_in,n (Q_in,n) that calculates the internal value using the internal value calculation means 12 (see Figure 1), and formulates the function f_out,m (Q_out,m) that calculates the external value.
  • the external value calculation means 13 formulates the formula
  • the operating condition planning means 14 determines the usage flow rate of oxygen O2, its distribution ratio, etc. so that e_total, which indicates the total value, is maximized. Plan operating conditions such as the amount of operation for each device.
  • the operating condition planning means 14 may plan operating conditions such as the usage flow rate of oxygen O2, its distribution ratio, and the amount of operation of each device based thereon so that e_total including future value is maximized.
  • FIG. 5A is a diagram showing an example of the relationship between the function f_in,1 for calculating the internal value of oxygen O2 and the internal utilization flow rate Q_in,1 of oxygen O2. Since air is supplied to the microbial reaction tank of the water treatment facility 2 by a blower, electricity costs are incurred depending on the flow rate of air supply.
  • Microorganisms take in oxygen to treat wastewater, but since oxygen O2 has a higher oxygen concentration than air, the blower supply flow rate can be reduced.
  • the function f_in,1 that calculates the internal value is 0, and when the internal usage flow rate Q_in,1 increases, it is converted into a reduction in the power consumption of the blower.
  • the value of the function f_in,1 increases, and the internal value e_in of oxygen O2 also increases.
  • FIG. 5B is a diagram showing another example in which the relationship between the function f_in,1 for calculating the internal value of oxygen O2 and the internal utilization flow rate Q_in,1 of oxygen O2 is nonlinear and discontinuous. Specifically, when the number or combination of blowers changes depending on the oxygen flow rate required for the microbial reaction tank, the value of the function f_in,1 for calculating the internal value becomes discontinuous. Furthermore, when handling a flow rate of oxygen higher than the required flow rate, there are cases in which processing costs are incurred. In that case, as shown in FIG. 5B, the value of the function f_in,1 for calculating the internal value decreases.
  • the internal value e_in and the external value e_out increase in value in proportion to the flow rate, and become worthless if they exceed the upper limit (the required flow rate in the microbial reaction tank is (exceeding the contracted sales volume limit, etc.).
  • Figure 6A shows a case where there is no upper limit for internal value e_in and external value e_out, and the value per unit flow rate is high in external value, and the maximum total value e_total is at the right end, that is, all oxygen O2 is sold externally. This is the case.
  • FIG. 6B shows a case where the selling price to the outside has decreased, and in this case, the maximum total value e_total is at the left end, that is, when all oxygen O2 is used internally.
  • Figure 6C shows that as the amount of renewable energy supplied to the water electrolysis equipment 3 increases and the amount of by-product oxygen O2 produced increases, the upper limit for internal use (required flow rate in the microbial reaction tank) increases. In this case, the upper limit value (contracted sales volume) for external use may be exceeded. In this example, the total value e_total becomes maximum at the distribution point where the upper limit value for external use is reached.
  • the internal value is calculated based on the gas temperature, the method of supplying oxygen O2 (mixing it with air, introducing it in a separate system from air, etc. when introducing it into the microbial reaction tank), and whether or not the gas is recovered and reused after aeration.
  • the shape of the function f_in,n changes. Furthermore, since the shape of the function f_in,n for calculating the internal value differs depending on the specifications of the blower, even in one case where oxygen O2 is applied to microbial treatment, it is necessary to calculate the internal value e_in by summing multiple functions. Become.
  • the cost of electricity varies depending on the amount of electricity used, the time of day, and the type of contract. There are also cases where the value is higher when using electricity derived from renewable energy than from electricity derived from fossil fuels.
  • the function f_in,n for calculating the internal value is created in functional form or tabular form, taking these factors into account.
  • f_out,m which calculates the external value, is also created in a functional or tabular format based on factors such as market conditions, contract details, required flow rate, quality of supplied valuables, and time fluctuations.
  • the possible operation range changes depending on the event, such as when a part of the equipment is stopped due to equipment failure, production planning, periodic inspection, etc., so it may not be a simple addition. Either express the corresponding value functionally and evaluate it with an added value, or use a conditional branch expression to express the presence or absence of value depending on the event and its quantitative nature, and evaluate it with an added value according to the conditional branch. But that's fine.
  • the internal use flow rate Q_in,n and external use flow rate Q_out,m of the above-mentioned byproduct oxygen O2 are not only the flow rate of the plant in operation, but also information that similarly varies over time, so that The information may be the planned flow rate or required flow rate of the plant.
  • the plant operation support device 1 performs optimization calculation to maximize the cost function based on the relational expressions based on the formulated expressions (1) to (4).
  • Optimization calculation methods include simplex method, interior point method for linear programming problems, effective constraint method for convex quadratic programming problems, interior point method, steepest descent method for unconstrained nonlinear programming problems, Newton method, quasi-Newton method, and constraint method.
  • Penalty function method extended Lagrangian function method, interior point method, sequential quadratic programming for nonlinear programming problems, greedy method for resource allocation problems, minimum spanning tree problems, etc., knapsack problem, resource allocation problem, minimum cost elastic matching problem, etc.
  • dynamic programming Dijkstra's method for shortest path problems, Bellman-Ford method, Floyd-Warshall method, increasing path method, negative cycle elimination method for maximum flow problems, minimum cost flow problems, maximum matching problems, assignment problems, etc.
  • shortest path iterative method Hungarian method, branch and bound method for integer progression problems, cutting plane method, branch cut method, bin packing problem, maximum cut problem, traveling salesman problem, vertex coverage problem, knapsack problem, etc. with guaranteed performance approximation.
  • Any method, including methods other than those mentioned above, may be used as long as it is applicable to the optimization problem, such as solving method, heuristic method for NP-hard problems, local search method, metaheuristics, branch-cut method, etc.
  • the plant operation support device 1 includes a display means (not shown), and displays the graphs of FIGS. 3, 4, 5A, 5B, 6A, 6B, and 6C, internal value, external value, value at a certain time, and graph. A table similar to the above may also be displayed.
  • FIG. 7 is a diagram showing the flow of products in the plant 5 to which the plant operation support device 1 of this embodiment is applied. Note that the description of the products of the water electrolysis equipment 3 is omitted.
  • the water treatment facility 2 processes wastewater with microorganisms to generate reclaimed water H2O, supplies the reclaimed water H2O to the outside of the plant 4 as discharge water, and supplies the reclaimed water H2O to the water electrolysis facility 3.
  • the water electrolysis equipment 3 generates hydrogen H2 and oxygen O2 by water electrolysis, that is, by electrolyzing recycled water H2O.
  • Example 1 a case was explained in which oxygen O2, which is a product of water electrolysis equipment 3, is used internally in water treatment equipment 2 of plant 5, but in Example 2, recycled water, which is a product of water treatment equipment 2, is used internally.
  • O2 which is a product of water electrolysis equipment 3
  • recycled water which is a product of water treatment equipment 2
  • the configuration of the plant operation support device 1 of the embodiment is the same as the configuration diagram of FIG. 1, and the explanation will be omitted here.
  • the plant operation support device 1 formulates the function f_in,n (Q_in,n) for calculating the internal value using the internal value calculation means 12 (see FIG. 1), and calculates the external value, as described above.
  • the external value calculation means 13 (see Figure 1) formulates f_out,m (Q_out,m), and the operating condition planning means 14 (see Figure 1) formulates each device so that e_total, which indicates the total value, is maximized. Plan operating conditions such as operation amount.
  • Example 1 it was explained that the internal value of oxygen O2 is converted into the power reduction amount of the blower that supplies air to the microbial reaction tank, but in Example 2, the internal value of the recycled water H2O supplied to the water electrolysis equipment 3 is The value is converted into the cost reduction of water derived from other water sources such as tap water that was being supplied to the water electrolysis equipment 3.
  • the external value of the reclaimed water H2O produced by the water treatment facility 2 is calculated as blue carbon related to carbon fixation in the marine ecosystem using an external value calculation means.
  • oxygen O2 may be replaced with recycled water H2O.
  • FIG. 6A represents a case where there is no upper limit value and the value per unit flow rate is high in terms of external value, and the maximum total value e_total is at the right end, e.g. This is a case where the entire amount of recycled water H2O is sold.
  • FIG. 6B is a case in which the utility value of reclaimed water H2O inside the plant increases.
  • Water can be supplied to the water electrolysis equipment 3 from various water sources, such as tap water, ground water, river water, and rainwater, in addition to the recycled water H2O in this embodiment.
  • tap water competes with domestic water, so refraining from using it is an act that leads to an increase in social value, and the value of recycled water increases.
  • the maximum total value e_total is at the left end, that is, when all recycled water H2O is used internally and the purchase of tap water etc. is reduced.
  • FIG. 6C shows the upper limit of the internal use of recycled water H2O (the upper limit of recycled water H2O supplied from the water treatment equipment 2 or the maximum required amount of recycled water H2O in the water electrolysis equipment 3).
  • the amount of water exceeds the upper limit for external use (for example, the reclaimed water utilization rate predetermined by ordinances, etc.).
  • the total value e_total becomes maximum at the distribution point where the upper limit value for external use is reached.
  • external use is to sell recycled water H2O from the water treatment equipment 2 to outside the plant 4, but sales may include processing it to a certain quality and selling it in tanks or bottles, or In some cases, it is supplied to another plant on the premises via a pipeline.
  • the water is used for a variety of purposes, including water for surrounding parks, washing water, domestic use, agricultural water, medical use, industrial use, and environmental purification. Therefore, sales prices fluctuate depending on contracts and market prices.
  • the recycled water H2O is sold outside the plant, but it may be discharged outside the plant as discharge water.
  • the water may be discharged into a river or sea area without investing energy to improve the water quality of the reclaimed water.
  • the possible operating range changes depending on the event, taking into account natural environmental conditions such as water shortages and deterioration of the discharge area, so it is not a simple addition.
  • the value corresponding to the event can be expressed functionally and evaluated using an additive value, or the presence or absence and quantitative nature of the value corresponding to the event can be expressed using a conditional branching expression. , it may be evaluated using an added value along a conditional branch.
  • Example 1 a case will be described in which oxygen O2 from water electrolysis equipment 3 is used externally and internally in water treatment equipment 2, and in Example 2, recycled water H2O in water treatment equipment 2 is used externally and in water electrolysis equipment 2.
  • the oxygen O2 from the water electrolysis equipment 3 and the recycled water H2O from the water treatment equipment 2 may be used internally and externally, respectively.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the plant operation support device 1 of the embodiment and the plant 5 to which the plant operation support device 1 is applied.
  • a plant 5 (broken line frame in FIG. 5) to which the plant operation support device 1 of the present embodiment is applied has a water treatment facility 2, a water electrolysis facility 3, and a sludge treatment facility 6, and each product (recycled water, biogas CH4, hydrogen H2, oxygen O2) are supplied to the outside of the plant 4.
  • the plant operation support device 1 includes a measurement unit 11 that monitors the operating status of the water treatment equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the sludge treatment equipment 6, and a measurement unit 11 that monitors the operating status of the water treatment equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the sludge treatment equipment 6. 3 and the internal value calculation means 12 that calculates the value when the products of the sludge treatment equipment 6 are used inside the plant, and the water treatment equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the sludge treatment equipment based on information from the outside of the plant 4.
  • External value calculation means 13 calculates the value when the product of No. 6 is used outside the plant 4, and water treatment equipment 2 and water electrolysis equipment 3 based on the calculation results of internal value calculation means 12 and external value calculation means 13. and an operating condition planning means 14 that plans operating conditions for the sludge treatment equipment 6 and provides them to the water treatment equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the sludge treatment equipment 6.
  • the sludge treatment equipment 6 is equipment that processes activated sludge C (microorganisms) that has grown and separated during microbial treatment in the water treatment equipment 2. Microorganisms that have grown using organic matter in the wastewater as a carbon source are subjected to anaerobic fermentation in a digestion tank in the sludge treatment facility 6 to produce biogas CH4 (mixed gas of CH4 and CO2).
  • Activated sludge C which is a microorganism, contains some persistent organic matter that is difficult to undergo anaerobic fermentation, but by applying substances with high oxidizing power such as ozone, it becomes easier to undergo anaerobic fermentation, increasing the production rate and amount of biogas CH4. do.
  • This pretreatment is called solubilization treatment, and ozone is generated by electrolyzing oxygen.
  • the raw material, oxygen can be obtained by purchasing cylinders or by concentrating and generating it from air using concentrators that use membranes or pressure fluctuation adsorption methods.
  • FIG. 9 is a diagram showing the flow of products in the plant 5 to which the plant operation support device 1 of the embodiment is applied. Note that the description of hydrogen H2, which is a product of the water electrolysis equipment 3, is omitted.
  • the water treatment equipment 2 processes wastewater with microorganisms to generate recycled water H2O, supplies it to the water electrolysis equipment 3, and separates microorganisms that proliferate during microbial treatment to produce activated sludge C, which is then sent to the sludge treatment equipment 6.
  • Activated sludge C is described as "C (sludge)" in FIG. 9).
  • the sludge treatment equipment 6 generates biogas CH4 through anaerobic fermentation of activated sludge C.
  • the water electrolysis equipment 3 generates hydrogen H2 and oxygen O2 by water electrolysis, that is, by electrolyzing recycled water H2O.
  • the water electrolysis equipment 3 is generally equipment that produces hydrogen H2, and oxygen O2 is a by-product.
  • the oxygen O2 produced in the water electrolysis equipment 3, the biogas CH4 produced in the sludge treatment equipment 6, and the recycled water H2O produced in the water treatment equipment 2 can be used in a predetermined distribution inside and outside the plant 5. Next, how to use the products inside and outside of the plant 5 will be explained.
  • the biogas CH4 generated in the sludge treatment equipment 6 can be used inside the plant 5 to heat the anaerobic fermentation tank of the sludge treatment equipment 6 or as electric power for the blower of the water treatment equipment 2 by burning the biogas CH4 or generating electricity. , the internal use value can be converted.
  • Oxygen O2 generated in the water electrolysis equipment 3 is converted into ozone O3 and used inside the plant 5.
  • oxygen O2 is converted into ozone O3 in the sludge treatment equipment 6, and this ozone O3 is applied to the solubilization of sludge, which is a pretreatment for anaerobic fermentation treatment in the sludge treatment equipment 6.
  • the amount of gas CH4 produced can be increased.
  • the purchase reduction amount of ozone O3 in the sludge treatment equipment 6 due to the internal use of oxygen O2 is converted into the internal use value of oxygen O2.
  • the amount of increase in the biogas CH4 in the sludge treatment facility 6 may be converted into the internal use value of oxygen O2.
  • oxygen O2 generated in the water electrolysis equipment 3 is used for accelerated oxidation treatment (treatment using hydrogen peroxide, ultraviolet rays, ozone, photocatalyst, or a combination thereof) such as the removal of persistent organic substances in the water treatment equipment 2.
  • the quality of recycled water H2O can be improved.
  • the cost reduction amount of the accelerated oxidation treatment is converted into the internal utilization value of oxygen O2.
  • Biogas CH4 or oxygen O2 can be used outside the plant by selling it and converting it into external value through sales.
  • the product is processed to a certain quality and sold in cylinders, and in other cases, it is sold through a pipeline to another plant on the same site. It has a variety of uses, including fuel, medical, industrial, and environmental purification, and its selling price fluctuates depending on contracts and market prices.
  • the plant operation support device 1 uses the internal value calculation means 12 (see FIG. 8) to calculate the internal values of oxygen O2, biogas CH4, and reclaimed water H2O using the function f_in,n (Q_in,n), as described above.
  • the external value calculation means 13 (see FIG. 8) formulates f_out,m (Q_out,m), which calculates the external values of oxygen O2, biogas CH4, and reclaimed water H2O, and the operating condition planning means 14 (see FIG. 8). ), the operating conditions such as the amount of operation of each device are planned so that e_total, which indicates the total value, is maximized.
  • FIG. 6A represents a case where there is no upper limit value and the value per unit flow rate is high in terms of external value, and the maximum total value e_total is This is a case where the entire quantity is sold.
  • FIG. 6B shows a case where the selling price of oxygen O2 to the outside has decreased.
  • its internal value (sale of biogas CH4 to outside is also a result of internal use of oxygen O2).
  • e_total is at the left end, that is, when all oxygen O2 is used internally.
  • FIG. 6C shows that the amount of renewable energy supplied to the water electrolysis equipment 3 increases, and as a result of the increase in the amount of oxygen O2 produced, which is a byproduct, the amount of internal use increases.
  • the upper limit (required flow rate for solubilization treatment) exceeds the upper limit for external use (contracted sales volume).
  • the total value e_total becomes maximum at the distribution point where the upper limit value for external use is reached.
  • the conversion to ozone O3 and solubilization treatment in the sludge treatment equipment 6 has been explained. It may also be used to reduce processing costs. Further, the usage patterns described in other embodiments or other usage patterns may be used, or a plurality of usage patterns may be combined. In the case of combining, the internal value calculation is a calculation that combines the usage forms to be considered, as shown in equation (3).
  • the activated sludge C generated in the water treatment facility 2 was subjected to the digestion and fermentation treatment in the sludge treatment facility 6, but organic matter from outside (household garbage, processing residue, etc.) may also be targeted.
  • organic matter from outside household garbage, processing residue, etc.
  • the reception of organic matter from the outside may be treated as one of the forms of internal use in response to the generation of biogas CH4 in the sludge treatment facility 6, or may be treated as one of the forms of external use. .
  • the activated sludge C of the sludge treatment equipment 6 is a persistent organic substance that is difficult to undergo anaerobic fermentation. If activated sludge C is a persistent organic substance, fermentation is promoted by heating the digestion tank (about 35 to 65 degrees), increasing the production rate and amount of biogas CH4 in the sludge treatment equipment 6. do. Usually, the necessary heat is provided by burning fuel purchased from outside or generated biogas CH4.
  • Embodiment 4 a case is described in which heat, which is a product of the water electrolysis equipment 3, and biogas CH4, which is a product of the sludge treatment equipment 6, are used inside the plant 5, taking into consideration the distribution with external use. explain.
  • the configurations of the plant operation support device 1 and the plant 5 to which the plant operation support device 1 is applied in this embodiment are the same as those shown in FIG. 8, and therefore the description thereof will be omitted.
  • FIG. 10 is a diagram showing the flow of products in the plant 5 to which the plant operation support device 1 of the embodiment is applied. Note that the description of hydrogen H2, which is a product of the water electrolysis equipment 3, is omitted.
  • the water treatment equipment 2 processes wastewater with microorganisms to generate recycled water H2O, supplies it to the water electrolysis equipment 3, and separates microorganisms that proliferate during microbial treatment to produce activated sludge C, which is then sent to the sludge treatment equipment 6.
  • Activated sludge C is described as "C (sludge)" in FIG. 10).
  • the sludge treatment equipment 6 generates biogas CH4 through anaerobic fermentation of activated sludge C.
  • the water electrolysis equipment 3 generates hydrogen H2 and oxygen O2 by water electrolysis, that is, by electrolyzing recycled water H2O. At this time, in order to stably carry out the water electrolysis reaction, more power than theoretically necessary is applied. As a result, a large amount of Joule heat is generated.
  • the heat generated by the water electrolysis equipment 3 may be sold for use in air conditioning outside the plant 5 or for heating in the manufacturing process.
  • an internal usage form in the plant 5 it may be used for heating for anaerobic fermentation treatment in the sludge treatment equipment 6.
  • the cost of reducing the fuel cost for the sludge treatment equipment 6 due to this heating is converted into the external use value or internal use value of the heat generated by the water electrolysis equipment 3.
  • the biogas CH4 increased by using the heat generated by the water electrolysis equipment 3 can be used for other purposes (sales to external parties, power generation, etc.), and the value generated from this can be used for internal use of the heat generated by the water electrolysis equipment 3. Convert to value.
  • the biogas CH4 of the sludge treatment equipment 6 when used internally, it can be used to heat the anaerobic fermentation tank of the sludge treatment equipment 6 or power the blower of the water treatment equipment 2 by burning the biogas CH4 or generating electricity. The value generated by this is converted into the internal use value of the biogas CH4 of the sludge treatment facility 6.
  • the plant operation support device 1 uses a function f_in,n (Q_in, n) is formulated by the internal value calculation means 12 (see Figure 8), and f_out,m (Q_out,m), which calculates the external value of heat and biogas CH4, is formulated by the external value calculation means 13 (see Figure 8).
  • the operating condition planning means 14 plans the operating conditions such as the operation amount of each device so that e_total indicating the total value is maximized.
  • FIG. 6A represents a case where there is no upper limit value and the value per unit flow rate is high in external value, and the maximum total value e_total is at the right end, that is, when the external value is This is a case where the entire amount of heat produced by the electrolysis equipment 3 is supplied.
  • FIG. 6B shows a case where the selling price of heat produced by the water electrolysis equipment 3 to the outside falls (for example, when demand for district heat supply decreases due to a warm winter, Temperatures have risen, making heating unnecessary, and the operating rates of factories that provide heat have declined due to a shortage of raw materials.
  • FIG. 6C shows that the amount of renewable energy supplied to the water electrolysis equipment 3 increases, and as a result of the increase in the amount of heat generated as a by-product, the upper limit of internal use This is a case where the value (required flow rate for heat treatment) exceeds the upper limit value (contracted sales volume) for external use. In this case, the total value e_total becomes maximum at the distribution point where the upper limit value for external use is reached.
  • FIG. 10 does not illustrate an external reason for supplying the recycled water H2O produced by the water treatment equipment 2 to the outside of the plant 4, the recycled water H2O produced by the water treatment equipment 2 may be used for external purposes such as sale. .
  • the external value calculation is a calculation that combines the usage patterns to be considered, as shown in equation (4).
  • FIG. 11 is a configuration diagram of the plant operation support device 1 of the embodiment and the plant 5 to which the plant operation support device 1 is applied.
  • a plant 5 (broken line frame in FIG. 11) to which the plant operation support device 1 of this embodiment is applied has a water treatment facility 2, a water electrolysis facility 3, and a methanation facility 7, and each product (recycled water H2O, methane CH4, hydrogen H2) is supplied to the outside of the plant 4.
  • the plant operation support device 1 includes a measurement unit 11 that monitors the operating status of the water treatment equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the methanation equipment 7, and a measurement unit 11 that monitors the operating status of the water treatment equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the methanation equipment 7, and and an internal value calculation means 12 that calculates the value when the product of the methanation equipment 7 is used inside the plant, and based on information from outside the plant 4, the water treatment equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the methanation equipment 7.
  • External value calculation means 13 calculates the value when the product of is used outside the plant, and water treatment equipment 2, water electrolysis equipment 3 and meta
  • the system includes an operating condition planning means 14 that plans the operating conditions of the nation equipment 7 and provides them to the water treatment equipment 2, the water electrolysis equipment 3, and the methanation equipment 7.
  • FIG. 12 is a diagram showing the flow of products in the plant 5 to which the plant operation support device 1 of the embodiment is applied.
  • the water treatment facility 2 processes wastewater with microorganisms to generate recycled water H2O, and supplies the recycled water H2O to the water electrolysis facility 3.
  • the methanation equipment 7 converts hydrogen H2 generated in the water electrolysis equipment 3 and carbon dioxide CO2 into methane CH4 by causing a catalytic reaction. Converts carbon dioxide CO2, which is a causative agent of room gases, into methane CH4, which is a fuel.
  • the water electrolysis equipment 3 generates hydrogen H2 and oxygen O2 by water electrolysis, that is, by electrolyzing recycled water H2O. Note that the description of oxygen O2, which is a product of the water electrolysis equipment 3, is omitted.
  • Example 5 a case will be described in which hydrogen H2 generated in the water electrolysis equipment 3 and methane CH4, which is a product of the methanation equipment 7, are used inside the plant 5, taking into consideration the distribution with external use. .
  • hydrogen H2 may be used in the methanation equipment 7.
  • internal usage of methane CH4 which is a product of the methanation equipment 7, includes power usage inside the plant 5, such as heating of the methanation equipment 7 and a blower of the water treatment equipment 2.
  • the plant operation support device 1 uses a function f_in,n (Q_in,n) that calculates the internal value of hydrogen H2 generated in the water electrolysis equipment 3 and methane CH4, which is a product of the methanation equipment 7. is formulated by the internal value calculation means 12 (see Figure 11), and f_out,m (Q_out,m), which calculates the external values of hydrogen H2 and methane CH4, is formulated by the external value calculation means 13 (see Figure 11), and the operation The condition planning means 14 (see FIG. 11) plans operating conditions such as the operation amount of each device so that e_total indicating the total value is maximized.
  • FIG. 6A represents a case where there is no upper limit value and the value per unit flow rate is high in terms of external value, and the maximum total value e_total is at the right end, that is, when the external value is This is a case where the entire amount of hydrogen H2 produced by the electrolysis equipment 3 is sold.
  • FIG. 6B shows a case in which the selling price of hydrogen H2, which is a product of the water electrolysis equipment 3, falls to the outside (for example, the selling price decreases due to an excess supply of imported hydrogen). ).
  • FIG. 6C shows an increase in the amount of renewable energy supplied to the water electrolysis equipment 3 and an increase in the amount of hydrogen H2 produced, resulting in an upper limit for internal use (methanation).
  • the upper limit flow rate accepted by the facility 7 or the upper limit flow rate accepted from a carbon dioxide supply source such as exhaust gas exceeds the upper limit value (contracted sales volume) for external use.
  • the total value e_total is maximum at the distribution point where the upper limit value for external use is reached.
  • Carbon dioxide CO2 which is the raw material for the methanation equipment 7, may be carbon dioxide CO2 in the biogas produced in the sludge treatment equipment 6 as shown in Example 3, or may be purchased from outside the plant. good.
  • carbon dioxide CO2 in biogas is converted to methane CH4
  • the content of methane CH4 increases, making it possible to treat it as natural gas that is generally distributed in pipelines or cylinders, increasing its value.
  • carbon dioxide CO2 generated during combustion inside or outside the plant may be accepted and used for a fee or free of charge.
  • FIG. 12 does not illustrate an external reason for supplying the recycled water H2O produced by the water treatment equipment 2 to the outside of the plant 4, the recycled water H2O produced by the water treatment equipment 2 may be used for external purposes such as sale. .
  • the external value calculation is a calculation that combines the usage patterns to be considered, as shown in equation (4).
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above embodiments have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.

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Abstract

本発明の水処理設備と水処理設備で生成した再生水を用いる水電解設備とを有するプラント（５）のプラント運転支援装置（１）は、水処理設備と水電解設備の運転状況をモニタリングする計測部（１１）と、計測部のモニタリング情報に基づいて水処理設備または水電解設備の生成物をプラント内部で利用した場合の価値を算定する内部価値算定手段（１２）と、水処理設備または水電解設備の生成物をプラント外部で利用した場合の価値を算定する外部価値算定手段（１３）と、内部価値算定手段と外部価値算定手段の算定結果に基づいて水処理設備と水電解設備の運転条件を計画し、水処理設備と水電解設備に運転条件を提供する運転条件計画手段（１４）と、を備えようにして、水電解設備と水処理設備を有するプラントの運転にあたり、プラントの生成物の価値を最大化する。

Description

プラント運転支援装置
　本発明は、水電解設備と水処理設備を有するプラントのプラント運転支援装置に関する。
　温室効果ガスの負の影響が明らかになるにつれて、その回避に向けた脱炭素社会への移行が急速に進んでいる。脱炭素社会では従来の化石燃料に依存するエネルギーから太陽光や風力といった再生可能エネルギーへの移行が進むと考えられている。加えて、化石燃料に替わるエネルギー源として、再生可能エネルギーにより生成するグリーン水素に注目が集まっている。
　グリーン水素を生産する水電解設備は、再エネ電力と原料である水を消費する。太陽光や風力といった再エネの賦存量が多い乾燥地帯は、水不足すなわち水ストレスの高い地域であり、水の供給源が課題となる場合がある。このため、水電解設備と水処理設備を併設して、水処理設備で廃水を再生水としてリサイクルするとともに、水電解用水の供給源とすることが検討されている。
　水電解設備と水処理設備を有するプラントに関する技術として、特許文献１の開示技術がある。詳しくは、特許文献１には、水電解設備の副生成物である酸素を、水処理設備における微生物処理にブロワで供給する空気の代替原料として利用することが記載されている。
特開２０２１－０１６８１３号公報
　特許文献１にも記載されているように、水電解設備は水素だけでなく酸素をも生成する。この酸素は、放電・電気分解などにより酸素をオゾンに変換することができるので、水電解設備と水処理設備を有するプラントの外部に、酸素原料として供給することができる。特許文献１は、水電解設備で生成した酸素をプラント内で消費をすることを開示しているにすぎず、プラント外で酸素を利用する記載はない。
　本発明の目的は、水電解設備と水処理設備を有するプラントの運転にあたり、プラントの生成物の価値を最大化するプラント運転支援装置を提供することにある。
　前記課題を解決するため、本発明の水処理設備と前記水処理設備で生成した再生水を用いる水電解設備とを有するプラントのプラント運転支援装置は、前記水処理設備と前記水電解設備の運転状況をモニタリングする計測部と、前記計測部のモニタリング情報に基づいて前記水処理設備または前記水電解設備の生成物をプラント内部で利用した場合の価値を算定する内部価値算定手段と、前記水処理設備または前記水電解設備の生成物をプラント外部で利用した場合の価値を算定する外部価値算定手段と、前記内部価値算定手段と前記外部価値算定手段の算定結果に基づいて前記水処理設備と前記水電解設備の運転条件を計画し、前記水処理設備と前記水電解設備に運転条件を提供する運転条件計画手段と、を備えるようにした。
　本発明によれば，水処理装置と水電解装置を有するプラントにおいて、プラントの生成物の価値を最大化できる。
実施例１のプラント運転支援装置とプラントの構成図である。 実施例１のプラントの生成物の流れを示す図である。 外部利用流量と内部利用流量の時間変化を示す図である。 酸素Ｏ２のトータル価値の時間変動の一例を示す図である。 酸素Ｏ２の内部価値を算出する関数と、内部利用流量との関係の一例を示す図である。 酸素Ｏ２の内部価値を算出する関数と、内部利用流量との関係の他例を示す図である。 内部価値と外部価値とトータル価値の推移の例を示す図である。 内部価値と外部価値とトータル価値の推移の例を示す図である。 内部価値と外部価値とトータル価値の推移の例を示す図である。 実施例２のプラントの生成物の流れを示す図である。 実施例３のプラント運転支援装置とプラントの構成図である。 実施例３のプラントの生成物の流れを示す図である。 実施例４のプラントの生成物の流れを示す図である。 実施例５のプラント運転支援装置とプラントの構成図である。 実施例５のプラントの生成物の流れを示す図である。
　以下、本発明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。
　図１は、実施形態のプラント運転支援装置１とプラント運転支援装置１を適用したプラント５の構成図である。
　本実施形態のプラント運転支援装置１を適用するプラント５（図１の破線枠）は、水処理設備２と水電解設備３とを有し、それぞれの生成物（再生水、水素Ｈ２、酸素Ｏ２）をプラント外部４に供給する。
　プラント運転支援装置１は、水処理設備２と水電解設備３の運転状況をモニタリングする計測部１１と、計測部１１のモニタリング情報に基づいて水処理設備２または水電解設備３の生成物をプラント内部で利用した場合の価値を算定する内部価値算定手段１２と、水処理設備２または水電解設備３の生成物をプラント外部４で利用した場合の価値を算定する外部価値算定手段１３と、内部価値算定手段１２と外部価値算定手段１３の算定結果に基づいて水処理設備２と水電解設備３の運転条件を計画し、水処理設備２と水電解設備３に提供する運転条件計画手段１４と、を備える。
　具体的には、プラント運転支援装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（hard disk drive）等の記憶装置、ディスプレイを備えるコンピュータ（情報処理装置）により構成する。
　そして、ＨＤＤに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、計測部１１と内部価値算定手段１２と外部価値算定手段１３と運転条件計画手段１４とが機能する。
　図２は、図１のプラント５の生成物の流れを示す図である。なお、水電解設備３の生成物である水素Ｈ２の記載は省略している。
　水処理設備２は、廃水を微生物で処理して再生水Ｈ２Ｏを生成し、水電解設備３に供給する。この際に、水処理設備２には水電解設備３から酸素Ｏ２が供給され、廃水の微生物処理に利用する。
　水電解設備３は、水電解、すなわち再生水Ｈ２Ｏを電気分解することで、水素Ｈ２と酸素Ｏ２を生成する。水電解設備３は、一般的には水素Ｈ２を生成する設備であり、酸素Ｏ２は副生成物である。この酸素Ｏ２は、プラント外部４に供給することもできるし、また上記のように、水処理設備２に供給してプラント内部で使用することもできる。また、酸素Ｏ２は、所定配分で、プラント内外のそれぞれで利用することもできる。
　詳しくは、水電解設備３の副生成物である酸素Ｏ２は、プラント外部４に、酸素ガスとして販売することができるので、酸素Ｏ２の外部における価値を販売価格として換算する。販売形態は、一定の品質に加工してボンベで販売する場合もあれば、同じ敷地内の別プラントにパイプラインを通じて販売する場合もある。販売価格は、医療用、産業用、環境浄化用など用途は様々あるが、契約や市場価格に応じて変動する。
　なお、生成物の価値は、経済的な価値以外に、環境観点での定量値であってもよい。
　水電解設備３の副生成物である酸素Ｏ２を水処理設備２の微生物処理で利用する場合には、微生物は酸素呼吸をしているので、空気より酸素濃度の高い酸素Ｏ２を供給することで、微生物反応槽に空気を供給するブロアの供給量を低減できる。つまり、酸素Ｏ２のプラント内における価値を、ブロアの電力削減量として換算することができる。
　以下、水電解設備３の副生成物である酸素Ｏ２の内部価値と外部価値の算定方法について説明する。
　水電解設備３の副生成物である酸素Ｏ２が、水処理設備２に供給されてブロアの空気に混合して利用される形態を内部利用形態１とし、プラント外部４に販売される形態を外部利用形態１とした場合で、外部利用形態１での酸素Ｏ２の利用流量（外部利用流量）をＱ_out,1（以下、_以後は添え字を示す）とし、内部利用形態１での酸素Ｏ２の利用流量（内部利用流量）をＱ_in,1とすると、水電解設備３で生成する酸素Ｏ２の全体流量Ｑ_total,O2は、次の式(1)で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記の利用流量は、プラント５の運転条件に関わる値であり、本実施形態では、外部価値と内部価値の合計を最大化する配分の外部利用流量と内部利用流量を求める。
　図３は、外部利用流量と内部利用流量の時間変化を示す図である。外部利用流量Ｑ_out,1と内部利用流量Ｑ_in,1とは、プラントの運転条件や機器制約、契約形態によって連続的、非連続的に変化する。
　また、水電解設備３の副生成物である酸素Ｏ２の内部価値を示す関数をｅ_in（以下、_以後は添え字を示す）、外部価値を示す関数をｅ_outとすると、酸素Ｏ２のトータル価値を示すｅ_totalは、次の式(2)で示されるコスト関数となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図４は、酸素Ｏ２のトータル価値を示すｅ_totalの時間変動の一例を示す図である。内部価値ｅ_inが０になる時間や、外部価値をｅ_outが０になる時間があり、プラント運転支援装置１は、経過時間全体としてトータル価値を示すｅ_totalが最大となるプラントの運転条件を計画する。
　ある内部利用形態ｎにおける酸素Ｏ２の内部利用流量をＱ_in,nとし、この時の酸素Ｏ２の内部価値を算出する関数をｆ_in,n（Ｑ_in,n）とすると、内部利用形態１からｎにおける内部価値の合計が内部価値ｅ_inとなり、次の式(3)で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ある外部利用形態ｍにおける酸素Ｏ２の外部利用流量をＱ_out,mとし、この時の酸素Ｏ２の外部価値を算出する関数をｆ_out,m（Ｑ_out,m）とすると、外部利用形態１からｍにおける内部価値の合計が内部価値ｅ_outとなり、次の式(4)で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　プラント運転支援装置１は、内部価値を算出する関数ｆ_in,n（Ｑ_in,n）を内部価値算定手段１２（図１参照）で定式化し、外部価値を算出するｆ_out,m（Ｑ_out,m）を外部価値算定手段１３（図１参照）で定式化し、運転条件計画手段１４（図１参照）で、トータル価値を示すｅ_totalが最大化するように、酸素Ｏ２の利用流量やその配分比、それに基づく各装置の操作量といった運転条件を計画する。
　運転条件計画手段１４は、将来的な価値を含むｅ_totalが最大化するように、酸素Ｏ２の利用流量やその配分比、それに基づく各装置の操作量といった運転条件を計画してもよい。
　以下、内部価値を算出する関数について説明する
　以下では、ｎ＝１とし、酸素Ｏ２を水処理設備２の微生物反応槽で内部利用するとともに、ｍ＝１とし、酸素Ｏ２を外部販売する場合を、図５Ａと図５Ｂにより説明する。
　図５Ａは、酸素Ｏ２の内部価値を算出する関数ｆ_in,1と、酸素Ｏ２の内部利用流量Ｑ_in,1との関係の一例を示す図である。
　水処理設備２の微生物反応槽では、ブロアにより空気を供給しているため、空気の供給流量に応じて、電力費用が掛かる。
　微生物は酸素を摂取して廃水を処理するが、空気よりも酸素Ｏ２の方が酸素濃度が高いため、ブロアの供給流量を少なくすることができる。つまり、酸素Ｏ２の内部利用流量Ｑ_in,1が０のとき、内部価値を算出する関数ｆ_in,1は０であり、内部利用流量Ｑ_in,1が増加すると、ブロアの消費電力の低減量に換算する関数ｆ_in,1の値が増加し、酸素Ｏ２の内部価値ｅ_inも増加する。
　微生物反応槽に必要な酸素流量が確保された場合には、それ以上に酸素Ｏ２を供給しても微生物は酸素を摂取しないので、ブロアの消費電力の低減の効果はなく、関数ｆ_in,1の値は一定となり、酸素Ｏ２の内部価値ｅ_inも一定となる。
　図５Ｂは、酸素Ｏ２の内部価値を算出する関数ｆ_in,1と、酸素Ｏ２の内部利用流量Ｑ_in,1との関係が非線形、非連続となる他の例を示す図である。
　具体的には、微生物反応槽に必要な酸素流量に応じてブロワの台数や組み合わせが切り替わる場合には、内部価値を算出する関数ｆ_in,1の値は非連続となる。また、必要な酸素流量以上の流量を扱う場合、その処理に費用が掛かるケースがある。その場合には、図５Ｂに示すように、内部価値を算出する関数ｆ_in,1の値は減少していく。
　以下、酸素Ｏ２を内部利用するとともに酸素Ｏ２を外部販売する場合等、内部価値ｅ_in、外部価値ｅ_out、トータル価値ｅ_totalの推移を、図６Ａと図６Ｂと図６Ｃにより説明する。
　図６Ａと図６Ｂと図６Ｃにおいて、グラフの左端は、Ｑ_in,1がＱ_totalに等しく全て内部利用した場合（内部利用流量への分配比が100％）、右端は、Ｑ_out,1がＱ_totalに等しく全て外部利用した場合（外部利用流量への分配比が100％）を示す。
　詳細は以下に説明するが、概念的には、内部価値ｅ_in、外部価値ｅ_outは流量に比例して価値が高くなり、上限値を超えた場合は価値がなくなる（微生物反応槽での必要流量を上回る、契約販売量の上限値を上回るなど）としている。
　図６Ａは、内部価値ｅ_in、外部価値ｅ_outの上限値はなく、単位流量当たりの価値が外部価値で高いケースを表しており、最大となるトータル価値ｅ_totalは右端、すなわち酸素Ｏ２を全て外部に販売した場合である。
　図６Ｂは、外部への販売価格が下落したケースで、このケースでは最大となるトータル価値ｅ_totalは左端、すなわち酸素Ｏ２を全て内部利用した場合である。
　図６Ｃは、水電解設備３に供給される再エネ電力量が増大し、副生成物である酸素Ｏ２の生成量が増加した結果、内部利用の上限値（微生物反応槽での必要流量）が、外部利用での上限値（契約した販売量）を上回ることがあるケースである。本例では外部利用での上限値を迎える分配点で、トータル価値ｅ_totalが最大となっている。
　上記では、説明のため線形増加、一定値となる内部価値を算出する関数のグラフを示したが、水処理設備２の変動する必要廃水処理流量やブロワの性能曲線に応じた運転点、台数制御、気体温度、酸素Ｏ２の供給方法（微生物反応槽に導入するにあたり、空気と混合させる、空気と別系統で導入するなど）や曝気後の気体の回収・再利用の有無により、内部価値を算出する関数ｆ_in,nの形状は変化する。
　また、ブロワの仕様によって内部価値を算出する関数ｆ_in,nの形状は異なるため、酸素Ｏ２を微生物処理に適用するケース一つにおいても、複数の関数を合計して内部価値ｅ_inを算出することとなる。
　さらに、使用する電力においても使用量や時間や契約形態に応じて電力費用は変化する。また、化石燃料由来の電力を利用するよりも再生可能エネルギー由来の電力を利用する場合で価値が高まるケースもある。内部価値を算出する関数ｆ_in,nは、そういった要因を踏まえて、関数形式あるいは表形式として作成する。
　外部価値を算出するｆ_out,mについても、市場状況、契約内容、必要流量、供給有価物の質、時間変動などの要因を踏まえて、関数形式あるいは表形式として作成する。
　上記では、水電解設備３の副生成物である酸素Ｏ２を外部利用するとともに、水処理設備２に内部利用する場合において、酸素Ｏ２を配分して利用することを説明したが、配分して利用する生成物、生成物の販売先、機器や条件が複数の場合には、それに応じて、内部価値を算出する関数ｆ_in,nと外部価値を算出するｆ_out,mは複数となり、式(3)と式(4)に示すように、内部価値ｅ_inと外部価値ｅ_outは、複数の関数の加算値となる。
　機器の故障や生産計画、定期点検などで機器の一部を止める場合など、イベントに応じて可能な運転範囲が変わるため、単純な加算とならない場合があるが、その場合においても、そのイベントに応じた価値を関数的に表現し、加算値で評価するか、あるいは条件分岐式により、そのイベントに応じた価値の有無や定量性を表現し、条件分岐にそった加算値で評価する、などでもよい。
　上記の副生成物である酸素Ｏ２の内部利用流量Ｑ_in,nと外部利用流量Ｑ_out,mは、稼働中のプラントの流量だけでなく、同様に時間変動を持つ情報であれば、現時点より先の情報であるプラントの計画流量や必要流量でもよい。
　プラント運転支援装置１は、運転条件を求めるにあたり、定式化された式(1)から式(4)を基本とする関係式に基づいてコスト関数を最大化する最適化計算を行う。
　最適化計算の手法は、線形計画問題に対する単体法、内点法、凸二次計画問題に対する有効制約法、内点法、制約なし非線形計画問題に対する最急降下法、ニュートン法、準ニュートン法、制約付き非線形計画問題に対するペナルティ関数法、拡張ラグランジュ関数法、内点法、逐次二次計画法、資源配分問題や最小全域木問題などに対する貪欲法、ナップサック問題、資源配分問題、最小費用弾性マッチング問題などに対する動的計画法、最短経路問題に対するダイクストラ法、ベルマン・フォード法、フロイド・ウォーシャル法、最大流問題、最小費用流問題、最大マッチング問題、割当問題などに対する、増加路法、負閉路消去法、最短路繰り返し法、ハンガリー法、整数経過問題に対する分岐限定法、切除平面法、分岐カット法、ビンパッキング問題、最大カット問題、巡回セールスマン問題、頂点被覆問題、ナップサック問題などに対する性能保証付き近似解法、NP困難問題に対する発見的解法、局所探索法、メタヒューリスティクス、分岐カット法など、最適化問題に適用可能な手法であれば、上記以外の手法も含みいずれの手法でもよい。
　プラント運転支援装置１は、不図示の表示手段を備え、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃのグラフ、内部価値と外部価値とある時刻の値、グラフに類する表などを、表示してもよい。
　図７は、本実施形態のプラント運転支援装置１を適用するプラント５の生成物の流れを示す図である。なお、水電解設備３の生成物の記載は省略している。
　水処理設備２は、廃水を微生物で処理して再生水Ｈ２Ｏを生成し、プラント外部４に放流水として再生水Ｈ２Ｏを供給するとともに、再生水Ｈ２Ｏを水電解設備３に供給する。
　水電解設備３は、水電解、すなわち再生水Ｈ２Ｏを電気分解することで、水素Ｈ２と酸素Ｏ２を生成する。
　実施例１では、水電解設備３の生成物である酸素Ｏ２を、プラント５の水処理設備２で内部利用する場合について説明したが、実施例２では、水処理設備２の生成物である再生水Ｈ２Ｏを、プラント５の水電解設備３で内部利用する場合について説明する。
　実施形態のプラント運転支援装置１の構成は、図１の構成図と同様であり、ここでは、説明を省略する。
　また、プラント運転支援装置１は、先の説明と同様に、内部価値を算出する関数ｆ_in,n（Ｑ_in,n）を内部価値算定手段１２（図１参照）で定式化し、外部価値を算出するｆ_out,m（Ｑ_out,m）を外部価値算定手段１３（図１参照）で定式化し、運転条件計画手段１４（図１参照）で、トータル価値を示すｅ_totalが最大化するように、各装置の操作量といった運転条件を計画する。
　以下、より詳細に実施例を説明する。
　実施例１では、酸素Ｏ２の内部価値を、微生物反応槽に空気を供給するブロアの電力削減量に換算することを説明したが、実施例２では、水電解設備３に供給する再生水Ｈ２Ｏの内部価値を、水電解設備３に供給していた水道水等の他の水源由来の水の削減コストに換算する。水処理設備２の生成する再生水Ｈ２Ｏの外部価値は、外部価値算定手段により、海洋生態系における炭素の固定に関するブル―カーボンとして算定する。
　また、実施例１の式(1)から式(4)、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃについても、酸素Ｏ２を再生水Ｈ２Ｏに読み替えればよい。
　図６Ａを実施例２に当てはめて説明すると、図６Ａは、上限値がなく単位流量当たりの価値が外部価値で高いケースを表しており、最大となるトータル価値ｅ_totalは、右端、例えば、外部に再生水Ｈ２Ｏを全量販売する場合である。
　図６Ｂを実施例２に当てはめて説明すると、図６Ｂは、再生水Ｈ２Ｏのプラント内部での利用価値が向上するケースである。水電解設備３への水の供給は、本実施例における再生水Ｈ２Ｏ以外にも、水道水、地下水、河川水、雨水など様々な水源からの供給が考えられる。しかし、渇水時など水道水は生活用水と競合するためその使用を控えることは社会価値の向上につながる行為となり、再生水の価値が向上する。このケースでは最大となるトータル価値ｅ_totalは左端、すなわち再生水Ｈ２Ｏを全て内部利用して、水道水等の購入を低減した場合である。
　図６Ｃを実施例２に当てはめて説明すると、図６Ｃは、再生水Ｈ２Ｏの内部利用の上限値（水処理設備２から供給される再生水Ｈ２Ｏの上限値または水電解設備３での再生水Ｈ２Ｏの最大必要水量）が、外部利用での上限値（例えば、条例等であらかじめ定められた再生水利用率など）を上回ることがあるケースである。この場合には、外部利用での上限値を迎える分配点で、トータル価値ｅ_totalが最大となっている。
　本実施例では、水処理設備２の再生水Ｈ２Ｏをプラント外部４に販売することを外部利用とするが、販売には、一定の品質に加工してタンクやボトルで販売する場合もあれば、同じ敷地内の別プラントにパイプラインを通じて供給する場合もある。また、周辺の公園用水や洗浄用水、生活用水、農業用水、医療用、産業用、環境浄化用など用途は様々である。したがって、販売価格は、契約や市場価格に応じて変動する。
　また、本実施例では、再生水Ｈ２Ｏをプラント外部に販売することを説明したが、プラント外部へ放流水として排出してもよい。再生水Ｈ２Ｏをプラント外部４に移送する際に、エネルギーを投じて再生水まで水質を向上させずに放流水して河川や海域に放流してもよい。
　この場合には、再生水Ｈ２Ｏの内部利用と比較して、投入エネルギー量が小さく、コストを低減でき、外部で利用する外部価値を向上できる。また、再生水Ｈ２Ｏ（放流水）の水量と水質（有機物、窒素、リンなど）を適正化して放流することで、生物多様性、豊かな海（レクリエーションや観光、漁業、赤潮・青潮低減など）、海洋生態系由来の炭素固定を意味するブル―カーボンの増加などにも貢献できる。これらは外部価値として放流する水質と水量に応じた関数・表を作成し、トータル価値の算出に用いればよい。
　本実施例では、水処理設備２の再生水Ｈ２Ｏを、外部利用と水電解設備３で内部利用に配分する場合について説明したが、配分して利用する生成物、生成物の販売先、機器や条件が複数の場合には、それに応じて、内部価値を算出する関数ｆ_in,nと外部価値を算出するｆ_out,mは複数となり、式(3)と式(4)に示すように、内部価値ｅ_inと外部価値ｅ_outは、複数の関数の加算値となる。
　機器の故障や生産計画、定期点検などで機器の一部を止める場合、水不足、放流水域悪化など自然環境条件などを考慮すると、イベントに応じて可能な運転範囲が変わるため、単純な加算とならない場合があるが、その場合においても、そのイベントに応じた価値を関数的に表現し、加算値で評価するか、あるいは条件分岐式により、そのイベントに応じた価値の有無や定量性を表現し、条件分岐にそった加算値で評価する、などでもよい。
　実施例１では、水電解設備３の酸素Ｏ２を、外部利用と水処理設備２で内部利用する場合を説明し、実施例２では、水処理設備２の再生水Ｈ２Ｏを、外部利用と水電解設備３で内部利用する場合について説明したが、水電解設備３の酸素Ｏ２と水処理設備２の再生水Ｈ２Ｏとを、それぞれ、内部利用と外部利用するようにしてもよい。
　図８は、実施形態のプラント運転支援装置１とプラント運転支援装置１を適用したプラント５の構成図である。
　本実施形態のプラント運転支援装置１を適用するプラント５（図５の破線枠）は、水処理設備２と水電解設備３と汚泥処理設備６を有し、それぞれの生成物（再生水、バイオガスＣＨ４、水素Ｈ２、酸素Ｏ２）をプラント外部４に供給する。
　プラント運転支援装置１は、水処理設備２と水電解設備３と汚泥処理設備６の運転状況をモニタリングする計測部１１と、計測部１１のモニタリング情報に基づいて、水処理設備２と水電解設備３と汚泥処理設備６の生成物をプラント内部で利用した場合の価値を算定する内部価値算定手段１２と、プラント外部４の情報に基づいて、水処理設備２と水電解設備３と汚泥処理設備６の生成物をプラント外部４で利用した場合の価値を算定する外部価値算定手段１３と、内部価値算定手段１２と外部価値算定手段１３の算定結果に基づいて水処理設備２と水電解設備３と汚泥処理設備６の運転条件を計画し、水処理設備２と水電解設備３と汚泥処理設備６に提供する運転条件計画手段１４と、を備える。
　汚泥処理設備６は、水処理設備２で微生物処理の際に増殖・分離した活性汚泥Ｃ（微生物）を処理する設備である。排水中の有機物を炭素源として増殖した微生物は、汚泥処理設備６における消化槽で嫌気発酵処理され、バイオガスＣＨ４（CH4とCO2の混合ガス）を生成する。
　微生物である活性汚泥Ｃには嫌気発酵されづらい難分解性有機物もあるが、オゾンなど酸化力の高い物質を適用することで、嫌気発酵されやすくなり、バイオガスＣＨ４の生成速度、生成量が増加する。この前処理は可溶化処理と呼ばれ、オゾンは酸素を電気分解するなどして生成する。原料となる酸素はボンベとしての購入や、膜や圧力変動吸着法などを用いた濃縮機器で空気からの濃縮・生成により入手する。
　図９は、実施形態のプラント運転支援装置１を適用するプラント５の生成物の流れを示す図である。なお、水電解設備３の生成物である水素Ｈ２の記載は省略している。
　水処理設備２は、廃水を微生物で処理して再生水Ｈ２Ｏを生成し、水電解設備３に供給するとともに、微生物処理の際に増殖する微生物を分離して活性汚泥Ｃとし、汚泥処理設備６に供給する（図９において活性汚泥Ｃは「Ｃ（汚泥）」と記載）。
　汚泥処理設備６は、活性汚泥Ｃの嫌気発酵処理によりバイオガスＣＨ４を生成する。
　水電解設備３は、水電解、すなわち再生水Ｈ２Ｏを電気分解することで、水素Ｈ２と酸素Ｏ２を生成する。水電解設備３は、一般的には水素Ｈ２を生成する設備であり、酸素Ｏ２は副生成物である。
　水電解設備３で生成する酸素Ｏ２と、汚泥処理設備６で生成するバイオガスＣＨ４と、水処理設備２で生成する再生水Ｈ２Ｏとは、プラント５の内部と外部とで所定配分で利用できる。
　つぎに、プラント５の内部と外部における生成物の利用方法を説明する。
　汚泥処理設備６で生成するバイオガスＣＨ４は、バイオガスＣＨ４の燃焼や発電により汚泥処理設備６の嫌気発酵槽の加熱、または水処理設備２のブロワ等の電力として、プラント５の内部で利用でき、内部利用価値を換算できる。
　水電解設備３で生成する酸素Ｏ２は、オゾンＯ３に変換してプラント５の内部で利用する。例えば、汚泥処理設備６で酸素Ｏ２をオゾンＯ３に変換し、汚泥処理設備６での嫌気発酵処理の前処理である汚泥の可溶化に、このオゾンＯ３を適用して、汚泥処理設備６のバイオガスＣＨ４の生成量を増加することができる。酸素Ｏ２を内部利用することによる汚泥処理設備６におけるオゾンＯ３の購入低減量を、酸素Ｏ２の内部利用価値に換算する。また、汚泥処理設備６のバイオガスＣＨ４の増加量を、酸素Ｏ２の内部利用価値に換算してもよい。なお、汚泥処理設備６の内部で、酸素Ｏ２をオゾンＯ３に変換するのに替えて、水電解設備３で酸素Ｏ２をオゾンＯ３に変換して、汚泥処理設備６にオゾンＯ３を供給してもよい。
　また、水電解設備３で生成する酸素Ｏ２は、水処理設備２での難分解性有機物の除去といった促進酸化処理（過酸化水素、紫外線、オゾン、光触媒やそれらの組み合わせによる処理）に利用し、再生水Ｈ２Ｏの水質を向上できる。この場合、促進酸化処理の費用低減量を、酸素Ｏ２の内部利用価値に換算する。
　バイオガスＣＨ４または酸素Ｏ２は、プラント外部での利用としては販売があり、販売を通じて外部価値に換算する。販売は一定の品質に加工してボンベで販売する場合もあれば、同じ敷地内の別プラントにパイプラインを通じて販売する場合もある。燃料用、医療用、産業用、環境浄化用など用途は様々であるが、販売価格は、契約や市場価格に応じて変動する。
　プラント運転支援装置１は、先の説明と同様に、酸素Ｏ２とバイオガスＣＨ４と再生水Ｈ２Ｏの内部価値を算出する関数ｆ_in,n（Ｑ_in,n）を内部価値算定手段１２（図８参照）で定式化し、酸素Ｏ２とバイオガスＣＨ４と再生水Ｈ２Ｏの外部価値を算出するｆ_out,m（Ｑ_out,m）を外部価値算定手段１３（図８参照）で定式化し、運転条件計画手段１４（図８参照）で、トータル価値を示すｅ_totalが最大化するように、各装置の操作量といった運転条件を計画する。
　つぎに、水電解設備３の副生成物である酸素Ｏ２を、内部利用形態として汚泥処理設備６に供給するともに、外部利用形態として、酸素Ｏ２を販売する場合の、内部価値ｅ_in、外部価値ｅ_out、トータル価値ｅ_totalの推移を、図６Ａと図６Ｂと図６Ｃにより説明する。
　図６Ａを実施例３に当てはめて説明すると、図６Ａは、上限値がなく単位流量当たりの価値が外部価値で高いケースを表しており、最大となるトータル価値ｅ_totalは、右端、外部に酸素Ｏ２を全量販売する場合である。
　図６Ｂを実施例３に当てはめて説明すると、図６Ｂは、外部への酸素Ｏ２の販売価格が下落した場合である。または、内部での汚泥処理設備６の可溶化処理を増加し、生成するバイオガスＣＨ４を増加させた結果、その内部価値（バイオガスＣＨ４の外部への販売も、酸素Ｏ２の内部利用の結果なので、ここではプラント内部の価値に含む）が増加するケースである。このケースでは最大となるトータル価値ｅ_totalは左端、すなわち酸素Ｏ２を全て内部利用した場合である。
　図６Ｃを実施例３に当てはめて説明すると、図６Ｃは、水電解設備３に供給される再エネ電力量が増大し、副生成物である酸素Ｏ２の生成量が増加した結果、内部利用の上限値（可溶化処理での必要流量）が外部利用での上限値（契約した販売量）を上回ることがあるケースである。この場合には、外部利用での上限値を迎える分配点で、トータル価値ｅ_totalが最大となっている。
　本実施例では、水電解設備３の酸素Ｏ２の内部利用形態として、オゾンＯ３に変換しての汚泥処理設備６での可溶化処理について説明したが、水処理設備２でのブロワ曝気や促進酸化処理のコスト低減に利用してもよい。また、他の実施例で説明する利用形態やその他の利用形態でもよいし、複数の利用形態を組み合わせてもよい。組み合わせる場合には、内部価値の演算は、式(3)で示されているように、考慮する利用形態を組み合わせる演算とする。
　本実施例では、水電解設備３の酸素Ｏ２の外部利用形態として、外部への販売について説明したが、汚泥処理設備６で生成するバイオガスＣＨ４や、水処理設備２で生成する再生水Ｈ２Ｏの販売などの外部利用形態でもよい。また、他の実施例で説明する利用形態やその他の利用形態でもよいし、複数の利用形態を組み合わせてもよい。組み合わせる場合には、外部価値の演算は、式(4)で示されているように、考慮する利用形態を組み合わせる演算とする。
　本実施例では、水処理設備２で生成する活性汚泥Ｃを、汚泥処理設備６における消化発酵処理の対象としたが、外部からの有機物（家庭の生ごみや加工残渣など）を対象としてもよい。この場合、外部からの有機物の受け入れは、汚泥処理設備６のバイオガスＣＨ４の生成に対応するための内部利用形態の一つとして扱ってもよいし、外部利用形態の一つとして扱ってもよい。
　次に、実施例３のプラント５の構成において、汚泥処理設備６の活性汚泥Ｃが、嫌気発酵されづらい難分解性有機物の場合について説明する。活性汚泥Ｃが難分解性有機物の場合には、消化槽を加温（35度～65度程度）することで発酵が促進され、汚泥処理設備６のバイオガスＣＨ４の生成速度、生成量が増加する。通常、外部から購入した燃料や生成したバイオガスＣＨ４を燃焼することで必要となる熱を賄う。
　実施例４では、水電解設備３の生成物である熱と、汚泥処理設備６の生成物であるバイオガスＣＨ４を、プラント５の内部で、外部利用との配分を考慮して利用する場合を説明する。
　本実施例におけるプラント運転支援装置１とプラント運転支援装置１を適用したプラント５の構成は、図８と同様のため、説明は省略する。
　図１０は、実施形態のプラント運転支援装置１を適用するプラント５の生成物の流れを示す図である。なお、水電解設備３の生成物である水素Ｈ２の記載は省略している。
　水処理設備２は、廃水を微生物で処理して再生水Ｈ２Ｏを生成し、水電解設備３に供給するとともに、微生物処理の際に増殖する微生物を分離して活性汚泥Ｃとし、汚泥処理設備６に供給する（図１０において活性汚泥Ｃは「Ｃ（汚泥）」と記載）。
　汚泥処理設備６は、活性汚泥Ｃの嫌気発酵処理によりバイオガスＣＨ４を生成する。
　水電解設備３は、水電解、すなわち再生水Ｈ２Ｏを電気分解することで、水素Ｈ２と酸素Ｏ２を生成する。その際、水電解反応を安定的に実施するため、理論的な必要上以上の電力を印加する。その結果大量のジュール熱が発生する。
　水電解設備３の発生熱の外部利用形態として、例えば、プラント５の外部での空調や製造プロセスの加熱に利用するために販売することがある。一方、プラント５における内部利用形態として、汚泥処理設備６での嫌気発酵処理の加熱に用いることがある。
　この加熱による汚泥処理設備６の燃料代の低減費用は、水電解設備３の発生熱の外部利用価値または内部利用価値に換算する。また、水電解設備３の発生熱の利用により増加したバイオガスＣＨ４は、別用途（外部への販売、発電など）に利用でき、これにより生じる価値を、水電解設備３の発生熱の内部利用価値に換算する。
　また、汚泥処理設備６のバイオガスＣＨ４を内部利用する場合は、バイオガスＣＨ４の燃焼や発電による汚泥処理設備６の嫌気発酵槽の加熱や水処理設備２のブロワ等の電力として利用でき、これにより生じる価値を、汚泥処理設備６のバイオガスＣＨ４の内部利用価値に換算する。
　プラント運転支援装置１は、先の説明と同様に、水電解設備３の生成物である熱と汚泥処理設備６の生成物であるバイオガスＣＨ４の内部価値を算出する関数ｆ_in,n（Ｑ_in,n）を内部価値算定手段１２（図８参照）で定式化し、熱とバイオガスＣＨ４の外部価値を算出するｆ_out,m（Ｑ_out,m）を外部価値算定手段１３（図８参照）で定式化し、運転条件計画手段１４（図８参照）で、トータル価値を示すｅ_totalが最大化するように、各装置の操作量といった運転条件を計画する。
　つぎに、水電解設備３の生成物である熱を、内部利用形態として汚泥処理設備６に供給するともに、外部利用形態として、熱を販売する場合の、内部価値ｅ_in、外部価値ｅ_out、トータル価値ｅ_totalの推移を、図６Ａと図６Ｂと図６Ｃにより説明する。
　図６Ａを実施例４に当てはめて説明すると、図６Ａは、上限値がなく単位流量当たりの価値が外部価値で高いケースを表しており、最大となるトータル価値ｅ_totalは、右端、すなわち外部に水電解設備３の生成物である熱を全量供給する場合である。
　図６Ｂを実施例４に当てはめて説明すると、図６Ｂは、外部への水電解設備３の生成物である熱の販売価格が下落した場合（例えば暖冬による地域熱供給の需要が減少した場合や気温が上昇し、暖房不要な季節になった、原材料不足で熱を供給していた工場の稼働率が低下したなど）である。
　または、内部での汚泥処理設備６の加熱処理を増加し、生成するバイオガスＣＨ４を増加させた結果、その内部価値（バイオガスＣＨ４の外部への販売も、熱の内部利用の結果なので、ここではプラント内部の価値に含む）が増加するケースである。このケースでは最大となるトータル価値ｅ_totalは左端、すなわち水電解設備３の生成物である熱を全て内部利用した場合である。
　図６Ｃを実施例４に当てはめて説明すると、図６Ｃは、水電解設備３に供給される再エネ電力量が増大し、副生成物である熱の生成量が増加した結果、内部利用の上限値（加熱処理での必要流量）が外部利用での上限値（契約した販売量）を上回ることがあるケースである。この場合には、外部利用での上限値を迎える分配点で、トータル価値ｅ_totalが最大となっている。
　図１０では、水処理設備２が生成する再生水Ｈ２Ｏをプラント外部４に供給する外部理由形態を図示していないが、水処理設備２で生成する再生水Ｈ２Ｏの販売などの外部利用をしてもよい。この場合にも、外部価値の演算は、式(4)で示されているように、考慮する利用形態を組み合わせる演算とする。
　図１１は、実施形態のプラント運転支援装置１とプラント運転支援装置１を適用したプラント５の構成図である。
　本実施形態のプラント運転支援装置１を適用するプラント５（図１１の破線枠）は、水処理設備２と水電解設備３とメタネーション設備７を有し、それぞれの生成物（再生水Ｈ２Ｏ、メタンＣＨ４、水素Ｈ２）をプラント外部４に供給する。
　プラント運転支援装置１は、水処理設備２と水電解設備３とメタネーション設備７の運転状況をモニタリングする計測部１１と、計測部１１の情報に基づいて、水処理設備２と水電解設備３とメタネーション設備７の生成物をプラント内部で利用した場合の価値を算定する内部価値算定手段１２と、プラント外部４の情報に基づいて、水処理設備２と水電解設備３とメタネーション設備７の生成物をプラント外部で利用した場合の価値を算定する外部価値算定手段１３と、内部価値算定手段１２と外部価値算定手段１３の算定結果に基づいて水処理設備２と水電解設備３とメタネーション設備７の運転条件を計画し、水処理設備２と水電解設備３とメタネーション設備７に提供する運転条件計画手段１４と、を備える。
　図１２は、実施形態のプラント運転支援装置１を適用するプラント５の生成物の流れを示す図である。
　水処理設備２は、廃水を微生物で処理して再生水Ｈ２Ｏを生成し、水電解設備３に供給する。
　メタネーション設備７は、水電解設備３で生成した水素Ｈ２と二酸化炭素ＣＯ２を触媒反応させることでメタンＣＨ４に変換する。室効果ガスの原因物質である二酸化炭素ＣＯ２を燃料であるメタンＣＨ４に変換する。
　水電解設備３は、水電解、すなわち再生水Ｈ２Ｏを電気分解することで、水素Ｈ２と酸素Ｏ２を生成する。なお、水電解設備３の生成物である酸素Ｏ２の記載は省略している。
　実施例５では、水電解設備３で生成した水素Ｈ２と、メタネーション設備７の生成物であるメタンＣＨ４を、プラント５の内部で、外部利用との配分を考慮して利用する場合を説明する。
　水電解設備３で生成した水素Ｈ２と、メタネーション設備７の生成物であるメタンＣＨ４の外部利用形態としては、プラント外部４における販売が考えられる。
　水電解設備３で生成した水素Ｈ２の内部利用形態としては、水素Ｈ２をメタネーション設備７で利用する場合がある。また、メタネーション設備７の生成物であるメタンＣＨ４の内部利用形態としては、メタネーション設備７の加熱や水処理設備２のブロア等のプラント５内部の電力利用がある。
　プラント運転支援装置１は、先の説明と同様に、水電解設備３で生成した水素Ｈ２とメタネーション設備７の生成物であるメタンＣＨ４の内部価値を算出する関数ｆ_in,n（Ｑ_in,n）を内部価値算定手段１２（図１１参照）で定式化し、水素Ｈ２とメタンＣＨ４の外部価値を算出するｆ_out,m（Ｑ_out,m）を外部価値算定手段１３（図１１参照）で定式化し、運転条件計画手段１４（図１１参照）で、トータル価値を示すｅ_totalが最大化するように、各装置の操作量といった運転条件を計画する。
　つぎに、水電解設備３の生成物である水素Ｈ２を、内部利用形態としてメタネーション設備７に供給するともに、外部利用形態として、水素Ｈ２を販売する場合の、内部価値ｅ_in、外部価値ｅ_out、トータル価値ｅ_totalの推移を、図６Ａと図６Ｂと図６Ｃにより説明する。
　図６Ａを実施例５に当てはめて説明すると、図６Ａは、上限値がなく単位流量当たりの価値が外部価値で高いケースを表しており、最大となるトータル価値ｅ_totalは、右端、すなわち外部に水電解設備３の生成物である水素Ｈ２を全量販売する場合である。
　図６Ｂを実施例５に当てはめて説明すると、図６Ｂは、外部への水電解設備３の生成物である水素Ｈ２の販売価格が下落した場合（例えば輸入水素の供給が過剰となり販売価格が低下した場合など）がある。
　または、内部でのメタネーション設備７の処理を増加し、生成するメタンＣＨ４を増加させた結果、その内部価値（メタンの外部への販売も、水素の内部利用の結果なので、ここではプラント内部の価値に含む）が増加するケースもある。このケースでは最大となるトータル価値ｅ_totalは左端、すなわち水電解設備３の生成物であるメタンＣＨ４を全て内部利用した場合である。
　図６Ｃを実施例４に当てはめて説明すると、図６Ｃは、水電解設備３に供給される再エネ電力量が増大し、水素Ｈ２の生成量が増加した結果、内部利用の上限値（メタネーション設備７での受け入れ上限流量や排気ガスなどの二酸化炭素ＣＯ２供給源の受け入れ上限流量）が外部利用での上限値（契約した販売量）を上回ることがあるケースである。本例では外部利用での上限値を迎える分配点でトータル価値ｅ_totalが最大となっている。
　メタネーション設備７の原料となる二酸化炭素ＣＯ２は、実施例３で示したような汚泥処理設備６で生成されるバイオガス中の二酸化炭素ＣＯ２を用いてもよいし、プラント外部から購入してもよい。バイオガス中の二酸化炭素ＣＯ２をメタンＣＨ４に転換させる場合、メタンＣＨ４の含有率が高まり、一般にパイプラインやボンベで流通している天然ガスとして扱うことも可能となり価値が高まる。
　また、プラント内部やプラント外部での燃焼の際に生成する二酸化炭素ＣＯ２を有償・無償で引き受けて利用してもよい。
　図１２では、水処理設備２が生成する再生水Ｈ２Ｏをプラント外部４に供給する外部理由形態を図示していないが、水処理設備２で生成する再生水Ｈ２Ｏの販売などの外部利用をしてもよい。この場合にも、外部価値の演算は、式(4)で示されているように、考慮する利用形態を組み合わせる演算とする。
　また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
　１　プラント運転支援装置
　１１　計測部
　１２　内部価値算定手段
　１３　外部価値算定手段
　１４　運転条件計画手段
　２　水処理設備
　３　水電解設備
　４　プラント外部
　５　プラント
　６　汚泥処理設備
　７　メタネーション設備

Claims (13)

  1. 　水処理設備と前記水処理設備で生成した再生水を用いる水電解設備とを有するプラントの運転を支援するプラント運転支援装置であって、
    　前記水処理設備と前記水電解設備の運転状況をモニタリングする計測部と、
    　前記計測部のモニタリング情報に基づいて前記水処理設備または前記水電解設備の生成物をプラント内部で利用した場合の価値を算定する内部価値算定手段と、
    　前記水処理設備または前記水電解設備の生成物をプラント外部で利用した場合の価値を算定する外部価値算定手段と、
    　前記内部価値算定手段と前記外部価値算定手段の算定結果に基づいて前記水処理設備と前記水電解設備の運転条件を計画し、前記水処理設備と前記水電解設備に運転条件を提供する運転条件計画手段と、
    を備えることを特徴とするプラント運転支援装置。
  2. 　請求項１に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記内部価値算定手段は、前記水電解設備で生成した酸素の少なくとも一部を前記水処理設備で利用した場合の価値を算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  3. 　請求項１に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記内部価値算定手段は、前記水処理設備で生成した再生水の少なくとも一部を前記水電解設備で利用した場合の価値を算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  4. 　請求項１に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記内部価値算定手段は、前記水電解設備で生成した酸素の少なくとも一部を前記水処理設備で利用した場合の価値と、前記水処理設備で生成した再生水の少なくとも一部を前記水電解設備で利用した場合の価値とを算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  5. 　請求項１に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記プラントは、さらに、バイオガスを生成する汚泥処理設備を有し、
    　前記内部価値算定手段は、前記水電解設備で生成した酸素の少なくとも一部を前記汚泥処理設備で利用した場合の価値と、前記水処理設備で生成した再生水の少なくとも一部を前記水電解設備で利用した場合の価値を算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  6. 　請求項５に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記内部価値算定手段は、さらに、前記汚泥処理設備で生成したバイオガスの一部を当該汚泥処理設備を含むプラントで利用した場合の価値を算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  7. 　請求項１に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記プラントは、さらに、バイオガスを生成する汚泥処理設備を有し、
    　前記内部価値算定手段は、前記水電解設備で生成した熱の少なくとも一部を前記汚泥処理設備で利用した場合の価値を算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  8. 　請求項７に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記内部価値算定手段は、さらに、前記汚泥処理設備で生成したバイオガスの一部を当該汚泥処理設備を含むプラントで利用した場合の価値を算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  9. 　請求項１に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記プラントは、さらに、メタンを生成するメタネーション設備を有し、
    　前記内部価値算定手段は、前記水電解設備で生成した水素の少なくとも一部を前記メタネーション設備で利用した場合の価値を算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  10. 　請求項９に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記内部価値算定手段は、さらに、前記メタネーション設備で生成したメタンの一部を当該メタネーション設備を含むプラントで利用した場合の価値を算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  11. 　請求項１から請求項１０のいずれかの一項に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記運転条件計画手段は、将来的価値を含む生成物の内部利用価値と外部利用価値の和を示すトータル価値を最大化する、少なくとも前記水処理設備と前記水電解設備に運転条件を提供する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  12. 　請求項１から請求項１０のいずれかの一項に記載のプラント運転支援装置において、
    　前記外部価値算定手段は、前記水処理設備の生成物である再生水をプラント外部で利用した場合の価値を海洋生態系における炭素の固定に関するブル―カーボンとして算定する
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
  13. 　請求項１から請求項１０のいずれかの一項に記載のプラント運転支援装置において、さらに、
    　前記内部価値算定手段で算出した内部価値と、前記外部価値算定手段で算出した外部価値と、前記内部価値と前記外部価値と和を示すトータル価値とを表示する表示手段を備える
    ことを特徴とするプラント運転支援装置。
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