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技術 上水道水運用評価装置

出願人 株式会社東芝
発明者 黒川太金子政雄津久井裕己高津充殿塚芳和二瓶和彦松田顕子
出願日 2001年3月8日 (19年8ヶ月経過) 出願番号 2001-065211
公開日 2002年9月18日 (18年2ヶ月経過) 公開番号 2002-266380
状態 特許登録済
技術分野 上水用取水集水配水 特定用途計算機
主要キーワード コスト単価 ペーハー値 管路流量 流量収支 給水所 コスト計算式 施設運用 配水系統
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年9月18日)のものです。
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図面 (10)

課題

上水道施設全体の運用コスト薬品コストおよび電力コスト)を計算することで上水道施設全体の運用コストを評価できる上水道運用評価装置を提供する。

解決手段

取水場浄水場及び給水所などからなる上水道施設の運用コストを評価する上水道運用評価装置において、運転員とのインタフェイスを行うヒューマンインタフェイス手段(11)と、浄水生産から送配水に至るまでの上水道施設全体のコストに対し作成したコストモデル蓄積するコストモデル蓄積手段(31)と、コストモデル蓄積手段で定義されたコストモデルに基づいて施設運用コストを計算する運用コスト計算手段(21)と、上水道施設の運用データを取り込むプロセスインタフェイス手段(12)と、プロセスインタフェイス手段で取り込んだ上水道施設の運用データを蓄積する運用データ蓄積手段(32)とを備えたことを特徴とする。

概要

背景

上水道施設運用評価に関しては、水処理施設運用に関する技術が公開公報(特開平2000−61444号)に記載されている。本公開公報は水処理施設としての浄水場下水処理場水質に着眼し、浄水場における水処理が適切になされるための薬品注入量を計算するとともに、複数浄水場における取水量配分、薬品コスト計算目標水質を守った上での薬品コスト最小化について記載されている。

概要

上水道施設全体の運用コスト(薬品コストおよび電力コスト)を計算することで上水道施設全体の運用コストを評価できる上水道運用評価装置を提供する。

取水場、浄水場及び給水所などからなる上水道施設の運用コストを評価する上水道運用評価装置において、運転員とのインタフェイスを行うヒューマンインタフェイス手段(11)と、浄水生産から送配水に至るまでの上水道施設全体のコストに対し作成したコストモデル蓄積するコストモデル蓄積手段(31)と、コストモデル蓄積手段で定義されたコストモデルに基づいて施設運用コストを計算する運用コスト計算手段(21)と、上水道施設の運用データを取り込むプロセスインタフェイス手段(12)と、プロセスインタフェイス手段で取り込んだ上水道施設の運用データを蓄積する運用データ蓄積手段(32)とを備えたことを特徴とする。

目的

本発明は上水道施設全体に対する運用コストを評価する点を考慮してなされたものであり、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、上水道施設全体の運用コスト(薬品コストおよび電力コスト)を計算することで上水道施設全体の運用コストを評価できる上水道運用評価装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
0件

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請求項1

取水場浄水場及び給水所などからなる上水道施設運用コストを評価する上水道運用評価装置において、運転員とのインタフェイスを行うヒューマンインタフェイス手段と、浄水生産から送配水に至るまでの上水道施設全体のコストに対し作成したコストモデル蓄積するコストモデル蓄積手段と、前記コストモデル蓄積手段で定義されたコストモデルに基づいて施設運用コストを計算する運用コスト計算手段と、上水道施設の運用データを取り込むプロセスインタフェイス手段と、前記プロセスインタフェイス手段で取り込んだ上水道施設の運用データを蓄積する運用データ蓄積手段とを備えたことを特徴とする上水道水運用評価装置。

請求項2

前記コストモデルを運転員が編集可能とするコストモデル編集手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の上水道水運用評価装置。

請求項3

前記運用データ蓄積手段に蓄積された前記運用データを用いてコストモデルのパラメータを自動的に計算するコストモデル生成手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の上水道水運用評価装置。

請求項4

前記運用データ蓄積手段に蓄積された前記運用データを用いて実際の施設運用コストを計算する実運用コスト計算手段を備えたことを特徴とする請求項3に記載の上水道水運用評価装置。

請求項5

前記運用コスト計算手段で計算された前記施設運用コストと前記実運用コスト計算手段で計算された施設運用コストを比較し、比較結果に乖離が見られる場合に前記コストモデル生成手段でコストモデルのパラメータを自動的に計算するようにしたコストモデルパラメータ再計算判断手段を備えたことを特徴とする請求項4に記載の上水道水運用評価装置。

請求項6

上水道施設の構造情報および機械情報を蓄積するプロセス情報蓄積手段と、前記コストモデル生成手段で生成したコストモデルと前記プロセス情報蓄積手段に蓄積された上水道施設の構造情報および機械情報の制約を用いて、上水道施設の運用コスト最小化を計算する上水道施設運用コスト最小化手段とを備えたことを特徴とする請求項5に記載の上水道施設運用評価装置。

請求項7

本装置サーバ計算機で実現し、通信ネットワークを介してクライアント側で利用できるようにすることで、不特定多数情報提供できる構成にしたことを特徴とする請求項1に記載の上水道施設運用評価装置。

請求項8

前記各々の手段をクライアント側で実行できるように通信ネットワークを介してサーバから取り込めるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の上水道施設運用評価装置。

技術分野

0001

この発明は、上水道施設において施設運用コストを計算するとともに、運用コストを評価する上水道運用評価装置に関する。

背景技術

0002

上水道施設運用評価に関しては、水処理施設運用に関する技術が公開公報(特開平2000−61444号)に記載されている。本公開公報は水処理施設としての浄水場下水処理場水質に着眼し、浄水場における水処理が適切になされるための薬品注入量を計算するとともに、複数浄水場における取水量配分、薬品コスト計算目標水質を守った上での薬品コスト最小化について記載されている。

発明が解決しようとする課題

0003

上記従来技術は、水質に着眼した上下水道施設の運用に関して記載されているが、薬品コストの計算方法、薬品コスト最小化に関する具体的な解法について記載されていない。また、上水道施設における送配水系統に関するコストに対して考えられていないため、浄水生産から送配水まで上水道施設全体のコストに対して配慮されていない。

0004

本発明は上水道施設全体に対する運用コストを評価する点を考慮してなされたものであり、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、上水道施設全体の運用コスト(薬品コストおよび電力コスト)を計算することで上水道施設全体の運用コストを評価できる上水道運用評価装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

上記目的を達成するために、本願発明に係る上水道運用評価装置は、水場、浄水場及び給水所などからなる上水道施設の運用コストを評価する上水道運用評価装置において、運転員とのインタフェイスを行うヒューマンインタフェイス手段と、浄水生産から送配水に至るまでの上水道施設全体のコストに対し作成したコストモデル蓄積するコストモデル蓄積手段と、前記コストモデル蓄積手段で定義されたコストモデルに基づいて施設運用コストを計算する運用コスト計算手段と、上水道施設の運用データを取り込むプロセスインタフェイス手段と、前記プロセスインタフェイス手段で取り込んだ上水道施設の運用データを蓄積する運用データ蓄積手段とを備えたことを特徴とする。

0006

また、前記コストモデルを運転員が編集可能とするコストモデル編集手段を設けたことを特徴とする。

0007

また、前記運用データ蓄積手段に蓄積された前記運用データを用いてコストモデルのパラメータを自動的に計算するコストモデル生成手段を備えたことを特徴とする。

0008

また、前記運用データ蓄積手段に蓄積された前記運用データを用いて実際の施設運用コストを計算する実運用コスト計算手段を備えたことを特徴とする。

0009

また、前記運用コスト計算手段で計算された前記施設運用コストと前記実運用コスト計算手段で計算された施設運用コストを比較し、比較結果に乖離が見られる場合に前記コストモデル生成手段でコストモデルのパラメータを自動的に計算するようにしたコストモデルパラメータ再計算判断手段を備えたことを特徴とする。

0010

また、上水道施設の構造情報および機械情報を蓄積するプロセス情報蓄積手段と、前記コストモデル生成手段で生成したコストモデルと前記プロセス情報蓄積手段に蓄積された上水道施設の構造情報および機械情報の制約を用いて、上水道施設の運用コスト最小化を計算する上水道施設運用コスト最小化手段とを備えたことを特徴とする。

0011

また、本装置サーバ計算機で実現し、通信ネットワークを介してクライアント側で利用できるようにすることで、不特定多数情報提供できる構成にしたことを特徴とする。

0012

また、前記各々の手段をクライアント側で実行できるように通信ネットワークを介してサーバから取り込めるようにしたことを特徴とする。

0013

上述の発明において、コストモデル蓄積手段に蓄積されるコストモデルは、浄水生産から送配水に至るまでの上水道施設全体のコストに対し作成されているので、上水道施設全体の運用コスト(例えば、薬品コストおよび電力コスト)を計算し、コスト最小化の最適化問題として定式化することで上水道施設全体の運用コストを評価することが可能になる。

0014

水質基準需要量に基づく浄水生産、及び浄水配水をコスト最小化の考え方で最適化し、これにより運用面におけるコスト低減が可能になる。

0015

ここで、浄水生産から送配水に至るまでの上水道施設全体のコストとは、取水から送配水までの動力コストを取水水質に基づく薬品コストを含む。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

0017

図1は本発明の第1の実施例を示す図である。図1に示した各手段について説明する。

0018

●<コストモデル蓄積手段31>コストモデル蓄積手段31では予め用意された以下のコストモデルが蓄積されている。

0019

<浄水生産に関するコストモデル>浄水生産にかかるコストモデルとして以下に示す(1)および(2)の薬品注入、(3)の汚泥処理に関するコストモデルを定義する。

0020

(1)塩素消毒処理水量に応じて注入量を決める)
(2)濁質除去(処理水量、水温アルカリ度、pH、濁度に応じて注入量を決める)
(3)汚泥処理(凝集剤注入量汚泥処理量が決まる)
(1)および(2)において浄水場Aおよび浄水場Bの処理水量を、Qp(A)およびQp(B)とする。これらの水量に伴って消費される塩素および凝集剤次式で定義する。

0021

Cl(n)=Kl(n)×R1(n)×Qp(n)+K1′(n) …1)
Fl(n)=K2(n)×R2(n)×Qp(n)+K2′(n) …2)
R1(n)=K3(n)×Am(n)+K3′(n) …3)
R2(n)=K4(n)×Tm(n)+K5(n)×Ak(n)
+K6(n)×pH(n)+K7(n)×Tb(n)+K8(n) …4)
ここで、
Cl(n):浄水場塩素注入量[g]
Fl(n):浄水場凝集剤注入量[g]
Qp(n):浄水場処理水量[m3/日]
R1(n):浄水場塩素注入率[g/l](原水水質により塩素注入率を決める)
R2(n):浄水場凝集剤注入率[g/l](原水水質により凝集剤注入率を決める)
Am(n):アンモニア濃度[g/l]
Tm(n):水温[℃]
Ak(n):アルカリ度[度]
pH(n):ペーハー値[−]
Tb(n):濁度[度]
K1(n),K1′(n),K2(n),K2′(n), K3(n),K3′(n),K4(n),K5(n), K6(n),K7(n),K8(n):定数
n:各浄水場を表す添え字
である。

0022

したがって、塩素、凝集剤の薬品注入にかかるコストモデルは、
Ch(n)=C1(n)×Cl(n)+C2(n)×Fl(n) …5)
となる。

0023

ここで、
C1(n):塩素剤薬品単価[円/g]
C2(n):凝集剤薬品単価[円/g]
Ch(n):薬品コスト[円]
である。

0024

また、凝集沈殿で出る汚泥処理にかかるコストモデルは次のように定義する。汚泥処理量が凝集剤注入量に応じて増加するとすると、汚泥処理コストモデルは次式で表すことができる。

0025

Sl(n)=C3(n)×Fl(n) …6)
ここで、
C3(n):汚泥処理単価[円/g]
Sl(n):汚泥処理コスト[円]
である。

0026

したがって、浄水生産にかかるコストモデルは、
Ccostp(n)=Ch(n)+Sl(n) …7)
となる。

0027

ここで、
Ccostp(n):浄水場生産に関するコスト[円]
である。

0028

<取水、送水、配水に対するコストモデル>取水、送水、配水コストはポンプ動力費を考慮し、各コストモデルを次式で表すことができる。

0029

ID=000003HE=040 WI=095 LX=0575 LY=0950
ここで、
Pi(j,k):水源jから浄水場kへの導水コスト単価[円/m3]
Qi(j,k):水源jから浄水場kへの導水流量[m3/日]
Ci(n):浄水場nへの導水コスト[円]
Ps(j,k):浄水場jから配水池kへの送水コスト単価[円/m3]
Qs(j,k):浄水場jから配水池kへの送水流量[m3/日]
Cs(n):配水池nへの送水コスト[円]
Pd(j,k):配水池jから需要kへの配水コスト単価[円/m3]
Qd(j,k):配水池jから需要kへの配水流量[m3/日]
Cd(n):需要区nへの配水コスト[円]
である。

0030

●運用コスト計算手段21
運用コスト計算手段21では、コストモデル蓄積手段31で予め用意されたコストモデルを用いて以下のように上水道施設全体の運用に関わるコストを計算する。

0031

ID=000004HE=015 WI=105 LX=0525 LY=1950
ここで、
Ctotal:上水道施設全体の運用コスト[円]
である。上水道施設全体の運用に関するコスト計算を行い、ヒューマンインタフェイス手段11を介して計算値を表示することで、現状の上水道施設全体の運用コストを把握可能になる。また、浄水場生産に対するコストや取水、送配水に対するコストもヒューマンインタフェイス手段11を介して計算値を表示することで、より細かい単位でのコストを把握可能となる。

0032

●ヒューマンインタフェイス手段11
ヒューマンインタフェイス手段11では、運用コスト計算手段21で計算した運用コストを表示するとともに、計算に使用したプロセスデータを表示する。

0033

また、ヒューマンインタフェイス手段11を介してコストモデル蓄積手段31に蓄積されたコストモデルを編集することもできる。

0034

●プロセスインタフェイス手段12
プロセスインタフェイス手段12では上水道施設全体で計測している流量、圧力、水質、温度など、コストモデルを計算する上で必要となるプロセスデータを収集し、プロセスデータ蓄積手段32へ渡す。

0035

●運用データ蓄積手段32
運用データ蓄積手段32ではプロセスインタフェイス手段12を介して収集したプロセスデータを蓄積する。

0036

図2は第2の実施例を示す。図2に示した第2の実施例では第1の実施例にコストモデル編集手段22が付加されている。コストモデル編集手段22を付加することでコストモデルを随時更新することが可能となり、上水道施設の更新などに対応可能となる。以下、コストモデル編集手段22について記載する。

0037

●コストモデル編集手段22
コストモデル編集手段22では、コストモデル蓄積手段31に蓄積した上記1)〜10)式のコストモデルに対してコスト単価や定数を変更する画面を提供する。画面を介して変更されたコストモデルはヒューマンインタフェイス手段11を介してコストモデル蓄積手段31に蓄積される。

0038

図3は第3の実施例を示す。図3に示した第3の実施例では第2の実施例にコストモデル生成手段23が付加されている。コストモデル生成手段23を付加することでコストモデルの自動生成が行われる。また、コストモデルを自動生成し表示することで、コストモデルを編集する際にも、自動生成されたコストモデルが参考となり、コストモデルの定数決定にも効果を発揮する。以下、コストモデル生成手段23について記載する。

0039

●コストモデル生成手段23
コストモデル蓄積手段31に蓄積した上記1)〜10)式のコストモデルに対し、運用データ蓄積手段32のプロセスデータを用いて次のように決定する。

0040

1),3)式を例にとり、コストモデルの生成方法を説明する。3)式においてn=Aのとき、定数K3(A)およびK3′(A)は次のように求めればよい。

0041

運用データ蓄積手段32に蓄積されたプロセスデータから3)式に関連するR1(A)およびAm(A)のデータセットを抽出する。抽出したデータセットを用いて最小二乗法を用いて定数K3(A)およびK3′(A)を求める。

0042

同様に、定数K1(A)およびK1′(A)を、関連するデータセットCl(A)およびQ(A)を用いて最小二乗法を用いて求める。

0043

以下同様に、定数K2(n),K2l(n),K4(n),K5(n),K6(n),K7(n),K8(n)につていも最小二乗法を用いて求めていけばよい。

0044

図4は第4の実施例を示す。図4に示した第4の実施例では第3の実施例に実運用コスト計算手段24が付加されている。実運用コスト計算手段24を付加することで過去の実運用コストを計算可能となり、例えば曜日別、気象別などの実運用コストを分析できるようになる。実運用コスト計算手段24では実際に使用された薬品量、ポンプ動力費などから計算する。過去の実運用コストを計算するにあたっては、運用データ蓄積手段32に蓄積した運用データを用いる。曜日別、気象別などでかかるコストを計算し、計算した結果はヒューマンインタフェイス手段11を介して表示される。

0045

図5は第5の実施例を示す。図5に示した第5の実施例では第4の実施例にコストモデルパラメータ再計算手段25が付加されている。コストモデルパラメータ再計算手段25を付加することで、実運用コスト計算手段24で計算したコスト実績値と、運用コスト計算手段21で計算したコスト計算値との比較が可能となり、コストモデル蓄積手段31に蓄積したコストモデルの妥当性を判断できるとともに、妥当性の無いコストモデルと判断された場合には、コストモデルの再生性を行う。これにより、常に実際の運用に合うコストモデルを蓄積可能となる。

0046

以下、コストモデルパラメータ再計算手段25について記載する。

0047

●コストモデルパラメータ再計算手段25
運用データ蓄積手段32に蓄積した運用データを用い、実運用コストを曜日別、気象別などに分類して実運用コスト計算手段24で計算する。同様に、運用データ蓄積手段32に蓄積した運用データを用い、コストモデル蓄積手段31に蓄積したコストモデルを用いて運用コストを計算する。実運用コスト計算手段24で計算した値をCost1、コストモデル蓄積手段31に蓄積したコストモデルを用いて計算した値をCost2とする。これらの計算して得られたコストを用いて、次の式で判断し、条件を満たさない場合は、コストモデル生成手段23に対しコストモデル生成を要求する。

0048

|Cost1−Cost2|<ε …12)
ここで、
ε:定数
である。

0049

図6は第6の実施例を示す。図6に示した第6の実施例では第5の実施例に上水道施設運用コスト最小化手段26およびプロセス情報蓄積手段33が付加されている。プロセス情報蓄積手段33に蓄積したプロセス構造情報を制約とし、また、コストモデル蓄積手段31に蓄積したコストモデルを用いることで、上水道施設運用コスト最小化手段26でコスト最小化の運用方法を提供可能となる。

0050

以下、上水道施設運用コスト最小化手段26について記載する。

0051

●上水道施設運用コスト最小化手段26
上水道施設運用コスト最小化手段26では、プロセス情報蓄積手段33に蓄積したプロセス構造情報を制約とし、11)式で示したコスト計算式で計算した値が最小となるように計算する。ここでは、図1に示した上水道施設を例にとり説明する。図1に示した上水道施設を図7に示すようにモデル表現する。

0052

図7において、各節点流量収支行列表現すると以下のようになる。

0053

等式条件)

0054

これらの等式条件と制約式をもとに、11)式で示したコスト計算式を用いてコスト計算を最小化する。11)式および13)〜23)式で表現したモデルは線形計画問題として取り扱うことが可能であり、例えばシンプレックス法を用いてコスト最小となる各管路流量および浄水場生産水量を求めることが可能である。

0055

図9は第7の実施例を示す。図9に示した第7の実施例では第6の実施例をサーバ計算機で実現し、通信ネットワークを介してクライアント側で利用できるようにすることで、不特定多数に情報提供できる構成にしたことを特徴とする。

0056

また、第8の実施例では第7の実施例の装置において、各手段をクライアント側で実行できるように通信ネットワークを介してサーバから取り込めるようにしたことを特徴とする。

発明の効果

0057

以上のように、本発明の構成によれば、上水道施設全体の運用コストを評価することが可能になり、また、コスト最小化を行うための情報を提供することが可能となる。また、通信ネットワークを介して本装置を提供することで、不特定多数の人が利用可能になる。

図面の簡単な説明

0058

図1本発明の上水道水運用評価装置の一実施例を示すブロック図。
図2本発明の上水道水運用評価装置の他の実施例を示すブロック図。
図3本発明の上水道水運用評価装置の他の実施例を示すブロック図。
図4本発明の上水道水運用評価装置の他の実施例を示すブロック図。
図5本発明の上水道水運用評価装置の他の実施例を示すブロック図。
図6本発明の上水道水運用評価装置の他の実施例を示すブロック図。
図7本発明の上水道水運用評価装置におけるプロセス接続図。
図8本発明の上水道水運用評価装置におけるプロセス制約を示す図。
図9クライアントとサーバとの間の情報の授受を説明する図。

--

0059

11ヒューマンインタフェイス手段
12 プロセスインタフェイス手段
21運用コスト計算手段
22コストモデル編集手段
23 コストモデル生成手段
24 実運用コスト計算手段
25 コストモデルパラメータ再計算手段
26上水道施設運用コスト最小化手段
31 コストモデル蓄積手段
32 プロセスデータ蓄積手段

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