JP6556609B2 - 下水処理システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、下水処理システムに関する。

従来、下水処理場における汚泥の乾燥方式としては、直接乾燥方式と間接乾燥方式がある。直接乾燥方式は、消化ガスあるいは、重油や都市ガスなどの燃料を燃焼させて、その燃焼ガスで汚泥を乾燥させる方式である。間接乾燥方式は、消化ガスあるいは、重油や都市ガスなどを燃料としてボイラーにより蒸気を生成する、あるいは、焼却炉や火力発電所の排熱を利用して蒸気を生成し、その蒸気により乾燥炉を加温することにより汚泥を乾燥させる方式である。しかしながら、上記の方式については、乾燥機設置場所の近くに焼却炉や火力発電所が無い場合、乾燥のためだけに燃料を使用することになる。そのため、下水処理場において、燃料を効率的に利用することができない場合があった。

特開２００４−２９７８９５号公報

本発明が解決しようとする課題は、下水処理場において、燃料を効率的に利用することができる下水処理システムを提供することである。

実施形態の下水処理システムは、コージェネレーション設備と、熱利用設備と、電力利用設備と、蓄電池と、需要予測部と、制御装置とを持つ。コージェネレーション設備は、燃料を利用して発電し、電力及び熱エネルギーを生成する。熱利用設備は、前記コージェネレーション設備によって生成された熱エネルギーが必要となる設備である。電力利用設備は、前記コージェネレーション設備によって生成された電力を利用する設備である。蓄電池は、前記コージェネレーション設備によって生成された電力を蓄電する。需要予測部は、売電価格に関する第１の値に基づいて前記電力及び熱エネルギーの需要を予測する。
制御装置は、前記需要の予測結果に基づいて前記コージェネレーション設備及び前記蓄電池の動作を制御する。前記制御装置は、前記コージェネレーション設備によって生成される電力量で電力需要を補えない時間帯に前記蓄電池に蓄電されている電力で不足分の電力量を補い、売電価格が前記第１の値以上の時間帯に前記電力需要を補った際の余剰電力を売電するように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記コージェネレーション設備、前記熱利用設備、前記電力利用設備及び前記蓄電池を制御する。

第１の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００のシステム構成図。 制御装置１０の機能構成を表す概略ブロック図。 第１の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００における電力の需要供給、熱エネルギーの需要、運転状況及び電力の売電単価の関係を表す図。 第１の実施形態における制御装置１０の処理の流れを表すフローチャート。 第２の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ａのシステム構成図。 第２の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ａにおける電力の需要供給、熱エネルギーの需要、運転状況及び電力の売電単価の関係を表す図。 第３の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ｂのシステム構成図。 第３の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ｂにおける電力の需要供給、熱エネルギーの需要供給、運転状況及び電力の売電単価の関係を表す図。 第４の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ｃのシステム構成図。 第４の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ｃにおける電力の需要供給、熱エネルギーの需要供給、運転状況及び電力の売電単価の関係を表す図。

以下、実施形態の下水処理システムを、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００のシステム構成図である。
下水処理場エネルギー制御システム１００（下水処理システム）は、水処理浄化センター１、濃縮設備２、脱水設備３、汚泥乾燥設備４、ガスコージェネレーション設備５、蓄電池６及び制御装置１０を備える。図１において、一点鎖線は電気の流れを示す。また、図１において、点線は熱エネルギーの流れを示す。水処理浄化センター１、濃縮設備２、脱水設備３及び蓄電池６は、ガスコージェネレーション設備５によって発電された電力で動作する。

水処理浄化センター１は、自センターに流入した下水を放流可能な水質まで浄化する。例えば、水処理浄化センター１は、最初沈澱池、エアレーションタンク、最終沈殿池及び消毒設備などを備える。水処理浄化センター１は、浄化された下水を消毒後放流する。また、水処理浄化センター１は、浄化時に発生した汚泥を下水汚泥として濃縮設備２に出力する。
濃縮設備２は、水処理浄化センター１から出力された下水汚泥を濃縮する。濃縮設備２は、濃縮した下水汚泥を濃縮汚泥として脱水設備３に出力する。

脱水設備３は、濃縮設備２から出力された濃縮汚泥を脱水することにより脱水ケーキを生成する。脱水ケーキは、例えば水分量が８０％以下の固形状の汚泥である。
汚泥乾燥設備４は、ガスコージェネレーション設備５の発電時に生じる熱エネルギー（排熱）を利用して、脱水設備３で生成された脱水ケーキを乾燥させる。乾燥された脱水ケーキは、堆肥やセメント原料などに利用される。

ガスコージェネレーション設備５は、ガスを燃料として利用して発電し、電力と熱エネルギーを生成する。ガスは、例えば都市ガスなどである。ガスコージェネレーション設備５は、生成した電力を水処理浄化センター１、濃縮設備２、脱水設備３及び蓄電池６に供給する。また、ガスコージェネレーション設備５は、発電時に生じた熱エネルギーを汚泥乾燥設備４に供給する。
蓄電池６は、ガスコージェネレーション設備５によって生成された電力を貯留する。蓄電池６は、制御装置１０の制御に従って、貯留している電力を放電する。
制御装置１０は、下水処理場エネルギー制御システム１００に備えられる各設備及び各機器を制御する。

図２は、制御装置１０の機能構成を表す概略ブロック図である。
制御装置１０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、制御装置１０は、取得部１０１、需要予測部１０２、需要予測修正部１０３、動作制御部１０４を備える装置として機能する。なお、制御装置１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

取得部１０１は、各種情報を取得する。例えば、取得部１０１は、気象データを取得する。気象データは、自装置が位置する地域における気象に関するデータである。取得部１０１は、気象データとして、気温、湿度、気圧、降水量、風速を取得する。なお、取得部１０１は、例えば、インターネット上の気象情報ウェブサイトから、自装置が位置する地域の気象データを取得してもよい。また、取得部１０１は、電気料金に関する情報（以下、「電気料金情報」という。）を取得する。電気料金情報は、買電電力及び売電電力の時刻毎の電力単価の情報を表す。また、取得部１０１は、ガスコージェネレーション設備５による発電電力量に関する情報を取得する。例えば、取得部１０１は、ユーザによって予め設定されたガスコージェネレーション設備５の発電電力量の情報を取得してもよいし、その他の方法で発電電力量の情報を取得してもよい。

需要予測部１０２は、取得された情報に基づいて、翌日の電力の需要及び熱エネルギーの需要を予測する。翌日の電力の需要を予測する。例えば、需要予測部１０２は、自装置が備えられている下水処理場エネルギー制御システム１００の過去の電力の需要の履歴から翌日の電力の需要を予測する。翌日の電力の需要予測は、単純には一週間前の電力の需要を利用することができる。また、需要予測部１０２は、電力の需要予測と同様に、自装置が備えられている下水処理場エネルギー制御システム１００の過去の熱エネルギーの需要の履歴から翌日の熱エネルギーの需要を予測する。

需要予測修正部１０３は、取得された発電電力量の情報に基づいて、予測された電力の需要予測及び熱エネルギーの需要予測を修正する。例えば、需要予測修正部１０３は、発電電力量で電力の需要予測分の電力をまかなえるように電力の需要予測を修正する。具体的には、需要予測修正部１０３は、発電電力量を超える時間帯に動作させる機器及び設備のうち、当該時間帯に最低限動作させないといけない機器及び設備（以下、「稼働必須機器等」という。）を除く機器及び設備を、発電電力量を超えない時間帯に動作させることによって電力が不足することが予測される時間帯に動作する全ての機器及び設備が消費する電力の消費電力量のピークを抑えるように電力の需要予測を修正する。

ここで、稼働必須機器等は、下水処理場エネルギー制御システム１００の運用に影響を及ぼす機器及び設備を表す。なお、需要予測修正部１０３は、必ずしも稼働必須機器等を除く全ての機器及び設備を、発電電力量を超えない時間帯に動作させなくてもよい。例えば、需要予測修正部１０３は、発電電力量を超える時間帯に動作させる機器及び設備のうち、稼働必須機器等とともに動作させても合わせた消費電力量が発電電力量を超えない機器及び設備については当該時間帯に動作させるようにしてもよい。

また、需要予測修正部１０３は、電力の需要予測を修正する際、取得された電気料金情報に基づいて売電単価が第１の閾値未満である時間帯に稼働必須機器等を除く機器及び設備を動作させるようにして、電力の需要予測を修正する。また、需要予測修正部１０３は、電力の需要予測の修正に伴い、熱エネルギーの需要予測を修正する。なお、以下の説明では、売電単価が第１の閾値未満である時間帯を低売電単価時間帯と記載し、売電単価が第１の閾値以上である時間帯を高売電単価時間帯と記載する。第１の閾値は、予め設定されていてもよいし、適宜変更されてもよい。

動作制御部１０４は、修正された需要予測に基づいて機器及び設備の動作を制御する。具体的には、動作制御部１０４は、需要予測に基づいて運転計画を作成する。運転計画の作成は、既存の技術が適用されてもよい。そして、動作制御部１０４は、作成した運転計画に基づいて機器及び設備を制御する。例えば、動作制御部１０４は、作成した運転計画に基づいて、発電電力量が不足すると予測された時間帯に、蓄電池６に貯留されている電力を利用して放電させる。

図３は、第１の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００における電力の需要供給、熱エネルギーの需要、運転状況及び電力の売電単価の関係を表す図である。
図３において、図３（Ａ）は下水処理場エネルギー制御システム１００の電力の需要予測及び電力の供給予測の予測結果を表し、図３（Ｂ）は下水処理場エネルギー制御システム１００の熱エネルギーの需要予測の予測結果を表し、図３（Ｃ）は機器の運転状況を表し、図３（Ｄ）は電力の売電単価を表す。図３（Ａ）から図３（Ｄ）のいずれも横軸は時刻ｔである。
以下、図３（Ａ）から図３（Ｄ）それぞれについて説明する。

図３（Ａ）の縦軸は、電力量（Ｗｈ）を表す。実線２１は、ガスコージェネレーション設備５によって発電される発電電力量の推移を表す。図３では、ガスコージェネレーション設備５によって発電される発電電力量が一定である。破線２２は、需要予測部１０２によって予測された電力の需要予測の予測結果を表す。点線２３は、需要予測修正部１０３によって修正された後の電力の需要予測の修正結果（以下、「電力需要修正結果」という。）を表す。長破線２４は、蓄電池６に貯留されている電力の放電時間及び放電量を表す。
図３（Ｂ）の縦軸は、蒸気発生量（ｋｇ／ｈ）を表す。実線２５は、熱エネルギーの需要予測の予測結果を表す。図３（Ｂ）では、熱エネルギーの需要予測の予測結果が一定である。これは、ガスコージェネレーション設備５によって発電される発電電力量が一定であり、汚泥乾燥設備４が常時活動状態にあるためである。

図３（Ｃ）の縦軸は、動作している機器の台数を表す。破線２６は、需要予測の修正前の機器の動作状況を表す。実線２７は、需要予測の修正後の機器の動作状況を表す。
図３（Ｄ）の縦軸は、電力の売電単価（円）を表す。実線２８は、電力の売電単価の推移を表す。図３（Ｄ）では、時刻４時から８時までの時間帯及び時刻２２時から４時までの時間帯の電力の売電単価が、時刻８時から２２時までの時間帯の電力の売電単価に比べて低い。つまり、時刻８時から２２時までの時間帯の間に電力を売電すると、時刻４時から８時までの時間帯及び時刻２２時から４時までの時間帯に電力を売電するより利益が得られることを表す。なお、以下の説明では、図３（Ｄ）に示される時刻８時から２２時までの時間帯を高売電単価時間帯として説明し、時刻８時から２２時までの時間帯以外の時間帯を低売電単価時間帯として説明する。ただし、高売電単価時間帯及び低売電単価時間帯は、上記の時間に限定される必要はない。例えば、高売電単価時間帯は売電単価が第１の値以上の時間であり、低売電単価時間帯は売電単価が第１の値未満の時間であればよい。

次に、図３を用いて、制御装置１０の具体的な処理について説明する。
図３（Ａ）において、破線２２から、１０時から１４時までの時間帯及び１６時から２２時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが予測される。そこで、需要予測修正部１０３は、発電電力量で電力の需要予測分の電力をまかなえるように電力の需要予測を修正する。その結果が点線２３で示される需要予測である。しかし、図３（Ａ）では、点線２３において１８時から２２時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが示されている。これは、稼働必須機器等による消費電力が発電電力量を超えているためである。このような場合、動作制御部１０４は、発電電力量の不足分の電力量を蓄電池６に貯留された電力でまかなうように運転計画を作成する。つまり、動作制御部１０４は、発電電力量の不足分の電力量を蓄電池６に貯留された電力で補うように運転計画を作成する。この際、動作制御部１０４は、低売電単価時間帯に余剰電力を蓄電池６に蓄電させ、高売電単価時間帯に放電させて、その余剰電力を売電（逆潮流）するような運転計画を含めて運転計画を作成する。そして、動作制御部１０４は、運転計画に基づいて機器及び設備の制御を行う。

図４は、第１の実施形態における制御装置１０の処理の流れを表すフローチャートである。
取得部１０１は、情報を取得する（ステップＳ１０１）。具体的には、取得部１０１は、気象データ及び電気料金情報を取得する。また、取得部１０１は、ガスコージェネレーション設備５による発電電力量に関する情報を取得する。取得部１０１は、取得した気象データを需要予測部１０２に出力する。また、取得部１０１は、取得した電気料金情報及び発電電力量に関する情報を需要予測修正部１０３に出力する。需要予測部１０２は、取得された情報に基づいて、翌日の電力の需要及び熱エネルギーの需要を予測する（ステップＳ１０２）。

需要予測修正部１０３は、取得された電気料金情報及び発電電力量に関する情報に基づいて、予測された電力の需要予測及び熱エネルギーの需要予測を修正する（ステップＳ１０３）。動作制御部１０４は、修正された需要予測に基づいて運転計画を作成する（ステップＳ１０４）。その後、動作制御部１０４は、運転計画に基づいて機器の動作を制御する（ステップＳ１０５）。動作制御部１０４は、現時刻が第１の時間帯内であるか否か判定する（ステップＳ１０６）。ここで、第１の時間帯とは、高売電単価時間帯を表す。

現時刻が第１の時間帯内である場合（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）、動作制御部１０４は余剰電力を逆潮流させて売電する（ステップＳ１０７）。その後、動作制御部１０４は、運転計画が終了であるか否か判定する（ステップＳ１０８）。運転計画が終了である場合（ステップＳ１０８−ＹＥＳ）、制御装置１０は処理を終了する。
一方、運転計画が終了ではない場合（ステップＳ１０８−ＮＯ）、ステップＳ１０５以降の処理が繰り返し実行される。
また、ステップＳ１０６の処理において、現時刻が第１の時間帯内ではない場合（ステップＳ１０６−ＮＯ）、動作制御部１０４は余剰電力を蓄電池６に蓄電する（ステップＳ１０９）。その後、ステップＳ１０８以降の処理が実行される。

以上のように構成された下水処理場エネルギー制御システム１００によれば、下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。以下、この効果について詳細に説明する。
第１の実施形態における下水処理場エネルギー制御システム１００では、下水処理場エネルギー制御システム１００内の設備への電力供給源として、ガスを燃料とするガスコージェネレーション設備５が利用される。さらに、ガスコージェネレーション設備５の発電の際に生じる熱エネルギーは、汚泥乾燥設備４に供給される。このように、下水処理場エネルギー制御システム１００において、ガスコージェネレーション設備５が備えられることによって下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。

また、制御装置１０は、売電単価が低い時間帯（低売電単価時間帯）に蓄電池６に電力を蓄電し、売電単価が高い時間帯（高売電単価時間帯）に放電や売電を実行させるように運転計画を作成する。そのため、下水処理場エネルギー制御システム１００の運営者は、売電によってより多くの利益を得ることができる。

以下、第１の実施形態における下水処理場エネルギー制御システム１００の変形例について説明する。
本実施形態では、制御装置１０の動作制御部１０４が、蓄電池６に貯留されている電力を高売電単価時間帯に放電させて、その余剰電力を売電させるように運転計画を作成する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、動作制御部１０４は、蓄電池６に貯留されている電力と、ガスとを利用してガスコージェネレーション設備５を動作させ、発電させて、その余剰電力を売電させるように運転計画を作成してもよい。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ａのシステム構成図である。
下水処理場エネルギー制御システム１００ａは、水処理浄化センター１、濃縮設備２、脱水設備３、汚泥乾燥設備４−１〜４−Ｍ、ガスコージェネレーション設備５−１〜５−Ｎ、蓄電池６及び制御装置１０ａを備える。ここで、Ｍ及びＮは、２以上の整数である。図５において、一点鎖線は電気の流れを示す。また、図５において、点線は熱エネルギーの流れを示す。なお、以下の説明では、汚泥乾燥設備４−１〜４−Ｍについて区別しない場合には汚泥乾燥設備４と記載する。また、以下の説明では、ガスコージェネレーション設備５−１〜５−Ｎについて区別しない場合にはガスコージェネレーション設備５と記載する。

第２の実施形態では、制御装置１０ａが複数のガスコージェネレーション設備５で発電電力量及び熱エネルギーの供給量を制御する点が、第１の実施形態と相違する。第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。なお、以下の第２の実施形態の説明では、下水処理場エネルギー制御システム１００ａにガスコージェネレーション設備５が２台、汚泥乾燥設備４が２台備えられている場合を例に説明する。なお、制御装置１０ａは、制御装置１０と同様の各機能部を備える。

図６は、第２の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ａにおける電力の需要供給、熱エネルギーの需要、運転状況及び電力の売電単価の関係を表す図である。
図６において、図６（Ａ）は下水処理場エネルギー制御システム１００ａの電力の需要予測及び電力の供給予測の予測結果を表し、図６（Ｂ）は下水処理場エネルギー制御システム１００ａの熱エネルギーの需要予測の予測結果を表し、図６（Ｃ）は機器の運転状況を表し、図６（Ｄ）は電力の売電単価を表す。図６（Ａ）から図６（Ｄ）のいずれも横軸は時刻ｔである。
以下、図６（Ａ）から図６（Ｄ）それぞれについて説明する。なお、図６（Ｄ）は、図３（Ｄ）と同様であるため説明を省略する。

図６（Ａ）の縦軸は、電力量（Ｗｈ）を表す。実線２９は、ガスコージェネレーション設備５によって発電される発電電力量の推移を表す。ガスコージェネレーション設備５によって発電される発電電力量の推移が、第１の実施形態におけるガスコージェネレーション設備５によって発電される発電電力量の推移と異なる。これは、第２の実施形態では、制御装置１０が、時間帯に応じてガスコージェネレーション設備５の稼働台数を制御しているためである。図６（Ａ）の例では、高売電単価時間帯に複数台（例えば、２台）のガスコージェネレーション設備５によって発電が行われ、低売電単価時間帯に高売電単価時間帯よりも少ない台数（例えば、１台）のガスコージェネレーション設備５によって発電が行われていることが示されている。破線３０は、需要予測部１０２によって予測された電力の需要予測の予測結果を表す。点線３１は、電力需要修正結果を表す。

図６（Ｂ）の縦軸は、蒸気発生量（ｋｇ／ｈ）を表す。実線３２は、熱エネルギーの需要予測の修正前の予測結果を表す。破線３３は、熱エネルギーの需要予測の修正後の予測結果を表す。図６（Ｂ）の例では、熱エネルギーの需要予測の予測結果が、破線３３に示すような予測結果に修正される。これは、高売電単価時間帯に複数台（例えば、２台）の汚泥乾燥設備４を稼働させ、低売電単価時間帯に高売電単価時間帯よりも少ない台数（例えば、１台）の汚泥乾燥設備４を稼働させるためである。
図６（Ｃ）の縦軸は、動作している機器の台数を表す。破線３４は、需要予測の修正前の機器の動作状況を表す。実線３５は、需要予測の修正後の機器の動作状況を表す。

次に、図６を用いて、制御装置１０ａの具体的な処理について説明する。
図６（Ａ）において、破線３０から、１０時から１４時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが予測される。そこで、需要予測修正部１０３は、発電電力量で電力の需要予測分の電力をまかなえるように電力の需要予測を修正する。その結果が点線３１で示される需要予測である。図６（Ａ）では、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超えていない。動作制御部１０４は、修正後の電力の需要予測に基づいて運転計画を作成する。この際、動作制御部１０４は、高売電単価時間帯における発電電力量の余剰電力を売電（逆潮流）するような運転計画を含めて運転計画を作成する。

なお、図６（Ａ）では、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超えていない場合を例に説明したが、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超える場合には動作制御部１０４がガスコージェネレーション設備５を制御して修正後の電力の需要予測が発電電力量を超える時間帯の発電電力量を上げるようにしてもよい。
また、図６（Ｂ）において、動作制御部１０４は、破線３３から、高売電単価時間帯に複数台の汚泥乾燥設備４を稼働させ、低売電単価時間帯に高売電単価時間帯よりも少ない台数の汚泥乾燥設備４を稼働させるように運転計画を作成する。

以上のように構成された下水処理場エネルギー制御システム１００ａによれば、下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。以下、この効果について詳細に説明する。
下水処理場エネルギー制御システム１００ａでは、下水処理場エネルギー制御システム１００ａ内の設備への電力供給源として、ガスを燃料とするガスコージェネレーション設備５が利用される。さらに、ガスコージェネレーション設備５の発電の際に生じる熱エネルギーは、汚泥乾燥設備４に供給される。このように、下水処理場エネルギー制御システム１００ａにおいて、ガスコージェネレーション設備５が備えられることによって下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。

また、下水処理場エネルギー制御システム１００ａでは、複数台のガスコージェネレーション設備５を利用して電力の需要に対応している。そして、高売電単価時間帯に複数台のガスコージェネレーション設備５によって発電させ、電力を売電させることによって下水処理場エネルギー制御システム１００の運営者は、売電によってより多くの利益を得ることができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ｂのシステム構成図である。
下水処理場エネルギー制御システム１００ｂは、水処理浄化センター１、濃縮設備２、脱水設備３、汚泥乾燥設備４、ガスコージェネレーション設備５−１〜５−Ｎ、熱源機器７及び制御装置１０ｂを備える。図７において、一点鎖線は電気の流れを示す。また、図７において、点線は熱エネルギーの流れを示す。

第３の実施形態では、ガスコージェネレーション設備５による熱エネルギーの供給に加えて、制御装置１０ｂが熱源機器７を制御して汚泥乾燥設備４に熱エネルギーの供給を行う点が、第１の実施形態と相違する。第３の実施形態では、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。
熱源機器７は、熱エネルギーを発生させる機器である。例えば、熱源機器７は、ヒートポンプやボイラーなどである。熱源機器７は、制御装置１０ｂの制御に従って熱エネルギーを汚泥乾燥設備４に供給する。

図８は、第３の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ｂにおける電力の需要供給、熱エネルギーの需要供給、運転状況及び電力の売電単価の関係を表す図である。
図８において、図８（Ａ）は下水処理場エネルギー制御システム１００ｂの電力の需要予測及び電力の供給予測の予測結果を表し、図８（Ｂ）は下水処理場エネルギー制御システム１００ｂの熱エネルギーの需要予測及び熱エネルギーの供給予測の予測結果を表し、図８（Ｃ）は機器の運転状況を表し、図８（Ｄ）は電力の売電単価を表す。図８（Ａ）から図８（Ｄ）のいずれも横軸は時刻ｔである。
以下、図８（Ａ）から図８（Ｄ）それぞれについて説明する。なお、図８（Ｄ）は、図３（Ｄ）と同様であるため説明を省略する。

図８（Ａ）の縦軸は、電力量（Ｗｈ）を表す。実線３６は、ガスコージェネレーション設備５によって発電される発電電力量の推移を表す。破線３７は、需要予測部１０２によって予測された電力の需要予測の予測結果を表す。点線３８は、電力需要修正結果を表す。
図８（Ｂ）の縦軸は、蒸気発生量（ｋｇ／ｈ）を表す。実線３９は、熱エネルギーの需要予測の予測結果を表す。破線４０は、熱エネルギーの供給予測の予測結果を表す。
図８（Ｃ）の縦軸は、動作している機器の台数を表す。破線４１は、需要予測の修正前の機器の動作状況を表す。実線４２は、需要予測の修正後の機器の動作状況を表す。

次に、図８を用いて、制御装置１０ｂの具体的な処理について説明する。
図８（Ａ）では、発電電力量（実線３６）が、高売電単価時間帯と低売電単価時間帯とで異なる。これは、ガスコージェネレーション設備５の稼働数が異なるためである。具体的には、高売電単価時間帯には複数台のガスコージェネレーション設備５を稼働させて発電が行われ、低売電単価時間帯には高売電単価時間帯よりも少ない台数のガスコージェネレーション設備５を稼働させて発電が行われるためである。この発電電力量に関する情報は、取得部１０１が取得する。

図８（Ａ）において、破線３７から、１０時から１４時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが予測される。そこで、需要予測修正部１０３は、発電電力量で電力の需要予測分の電力をまかなえるように電力の需要予測を修正する。その結果が点線３８で示される需要予測である。図８（Ａ）では、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超えていない。そこで、動作制御部１０４は、修正後の電力の需要予測に基づいて運転計画を作成する。この際、動作制御部１０４は、高売電単価時間帯における発電電力量の余剰電力を売電（逆潮流）するような運転計画を含めて運転計画を作成する。

なお、図８（Ａ）では、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超えていない場合を例に説明したが、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超える場合には動作制御部１０４がガスコージェネレーション設備５を制御して修正後の電力の需要予測が発電電力量を超える時間帯の発電電力量を上げるようにしてもよい。

また、図８（Ｂ）では、熱エネルギーの需要予測の予測結果（実線３９）は一定である。しかし、熱エネルギーの供給予測の予測結果（破線４０）から、低売電単価時間帯で熱エネルギーの供給が不足することが示されている。これは、低売電単価時間帯にガスコージェネレーション設備５の稼働台数を少なくして、発電が抑えられているためである。このような場合、動作制御部１０４は、熱エネルギーの供給量の不足分を、熱源機器７を制御してまかなうように運転計画を作成する。つまり、動作制御部１０４は、熱エネルギーの供給量の不足分を、熱源機器７を制御して補うように運転計画を作成する。そして、動作制御部１０４は、運転計画で示される時間帯に熱源機器７を制御して熱エネルギーを汚泥乾燥設備４に供給する。

以上のように構成された下水処理場エネルギー制御システム１００ｂによれば、下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。以下、この効果について詳細に説明する。
第３の実施形態における下水処理場エネルギー制御システム１００ｂでは、下水処理場エネルギー制御システム１００ｂ内の設備への電力供給源として、ガスを燃料とするガスコージェネレーション設備５が利用される。さらに、ガスコージェネレーション設備５の発電の際に生じる熱エネルギーは、汚泥乾燥設備４に供給される。このように、下水処理場エネルギー制御システム１００ｂにおいて、ガスコージェネレーション設備５が備えられることによって下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。さらに、下水処理場エネルギー制御システム１００ｂでは、熱エネルギーが不足する時間帯には熱源機器７による熱エネルギーの供給でまかなうことができる。

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ｃのシステム構成図である。
下水処理場エネルギー制御システム１００ｃは、水処理浄化センター１、濃縮設備２ｃ、脱水設備３ｃ、汚泥乾燥設備４、ガスコージェネレーション設備５−１〜５−Ｎ、消化槽８、ガスタンク９、制御装置１０ｃ及び消化ガス発電設備１１を備える。図９において、一点鎖線は電気の流れを示す。また、図９において、点線は熱エネルギーの流れを示す。

第４の実施形態では、制御装置１０ｃが、ガスコージェネレーション設備５及び消化ガス発電設備１１で発電電力量及び熱エネルギーの供給量を制御する点が、第１の実施形態と相違する。第４の実施形態では、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。

濃縮設備２ｃは、水処理浄化センター１から出力された下水汚泥を濃縮する。濃縮設備２ｃは、濃縮した下水汚泥を濃縮汚泥として消化槽８に出力する。
消化槽８は、有機物を含む濃縮汚泥を嫌気性消化（メタン発酵）させ、メタンを主成分とする消化ガスを生成する。消化槽８内は、３５〜４０℃程度である。消化槽８は、消化ガスをガスタンク９に保存する。また、消化槽８は、消化ガス生成後の汚泥を消化汚泥として脱水設備３ｃに出力する。

脱水設備３ｃは、消化槽８から出力された消化汚泥を脱水することにより脱水ケーキを生成する。
ガスタンク９は、消化槽８によって生成された消化ガスを保存する。
消化ガス発電設備１１は、ガスタンク９に保存されている消化ガスを利用して発電し、電力と熱エネルギーを生成する。消化ガス発電設備１１は、生成した電力を水処理浄化センター１、濃縮設備２、脱水設備３に供給する。また、消化ガス発電設備１１は、発電時に生じた熱エネルギーを汚泥乾燥設備４又は消化槽８に供給する。

図１０は、第４の実施形態の下水処理場エネルギー制御システム１００ｃにおける電力の需要供給、熱エネルギーの需要供給、運転状況及び電力の売電単価の関係を表す図である。
図１０において、図１０（Ａ）は下水処理場エネルギー制御システム１００ｃの電力の需要予測及び電力の供給予測の予測結果を表し、図１０（Ｂ）は下水処理場エネルギー制御システム１００ｃの熱エネルギーの需要予測及び熱エネルギーの供給予測の予測結果を表し、図１０（Ｃ）は機器の運転状況を表し、図１０（Ｄ）は電力の売電単価を表す。図１０（Ａ）から図１０（Ｄ）のいずれも横軸は時刻ｔである。
以下、図１０（Ａ）から図１０（Ｄ）それぞれについて説明する。なお、図１０（Ｄ）は、図３（Ｄ）と同様であるため説明を省略する。

図１０（Ａ）の縦軸は、電力量（Ｗｈ）を表す。実線４３は、ガスコージェネレーション設備５によって発電される発電電力量の推移を表す。二点鎖線４４は、消化ガス発電設備１１によって発電される発電電力量の推移を表す。破線４５は、需要予測部１０２によって予測された電力の需要予測の予測結果を表す。点線４６は、電力需要修正結果を表す。
図１０（Ｂ）の縦軸は、蒸気発生量（ｋｇ／ｈ）を表す。実線４７は、熱エネルギーの需要予測の修正前の予測結果を表す。破線４８は、熱エネルギーの供給予測の修正前の予測結果を表す。
図１０（Ｃ）の縦軸は、動作している機器の台数を表す。破線４９は、需要予測の修正前の機器の動作状況を表す。実線５０は、需要予測の修正後の機器の動作状況を表す。

次に、図１０を用いて、制御装置１０ｃの具体的な処理について説明する。
図１０（Ａ）において、破線４５から、１０時から１４時までの時間帯で、発電電力量による電力が不足することが予測される。そこで、需要予測修正部１０３は、発電電力量で電力の需要予測分の電力をまかなえるように電力の需要予測を修正する。その結果が点線４６で示される需要予測である。図１０（Ａ）では、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超えていない。制御装置１０ｃは、図１０（Ａ）に示されるように、消化ガス発電設備１１による発電電力量を基準として、修正後の電力の需要予測に対して不足している電力量をガスコージェネレーション設備５による発電電力でまかなうように運転計画を作成する。この際、動作制御部１０４は、高売電単価時間帯における発電電力量の余剰電力を売電（逆潮流）するような運転計画を含めて運転計画を作成する。

なお、図１０（Ａ）では、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超えていない場合を例に説明したが、修正後の電力の需要予測が発電電力量を超える場合には動作制御部１０４がガスコージェネレーション設備５を制御して修正後の電力の需要予測が発電電力量を超える時間帯の発電電力量を上げるようにしてもよい。

以上のように構成された下水処理場エネルギー制御システム１００ｃによれば、下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。以下、この効果について詳細に説明する。
下水処理場エネルギー制御システム１００ｃでは、下水処理場エネルギー制御システム１００ｃ内の設備への電力供給源として、ガスを燃料とするガスコージェネレーション設備５が利用される。さらに、ガスコージェネレーション設備５の発電の際に生じる熱エネルギーは、汚泥乾燥設備４に供給される。このように、下水処理場エネルギー制御システム１００ｃにおいて、ガスコージェネレーション設備５が備えられることによって下水処理場において、燃料を効率的に利用することが可能になる。

また、下水処理場エネルギー制御システム１００ｃでは、ガスコージェネレーション設備５及び消化ガス発電設備１１の両方を用いて電力需要及び熱エネルギーの需要に対応させる。特に、消化ガス発電設備１１は、発電に利用される消化ガスのコストがかからない。したがって、消化ガス発電設備１１とガスコージェネレーション設備５との組み合わせで電力需要に対応する方が、一台のガスコージェネレーション設備５で電力需要に対応する場合や複数台のガスコージェネレーション設備５で電力需要に対応する場合と比べてコストを抑えることができる。また、下水処理場エネルギー制御システム１００ｃの事業者は、電力需要に対応した後の余剰電力を売電することによって、消化ガス発電設備１１を用いない場合と比べてより多くの利益を得ることができる。

各実施形態（第１の実施形態〜第４の実施形態）に共通する変形例について説明する。
各実施形態では、取得部１０１が電気料金情報を取得する構成を示したが、電気料金情報は制御装置１０に予め記憶されていてもよい。
各実施形態には、太陽光発電システムが備えられてもよい。
各実施形態では、需要予測修正部１０３が需要予測の予測結果を修正する構成を示したが、制御装置１０は需要予測の予測結果を修正しないように構成されてもよい。
ガスコージェネレーション設備５は、非常用発電機として動作するガスコージェネレーション設備５であってもよい。
各実施形態では、コージェネレーション設備として、ガスコージェネレーション設備５を例に説明したが、コージェネレーション設備はこれに限定される必要はない。例えば、コージェネレーション設備として、再生可能エネルギーを燃料として利用して発電し、電力と熱エネルギーを生成するコージェネレーション設備であってもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ガスを利用して発電し、電力及び熱エネルギーを生成するガスコージェネレーション設備５と、ガスコージェネレーション設備５によって生成された熱エネルギーが必要となる設備である汚泥乾燥設備４と、ガスコージェネレーション設備５によって生成された電力を利用する設備である水処理浄化センター１、濃縮設備２及び脱水設備３とを持つことにより、下水処理場において、燃料を効率的に利用することができる下水処理システムを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…水処理浄化センター，２…濃縮設備，３…脱水設備，４（４−１〜４−Ｍ）…汚泥乾燥設備，５（５−１〜５−Ｎ）…ガスコージェネレーション設備，６…蓄電池，７…熱源機器，８…消化槽，９…ガスタンク，１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…制御装置，１１…消化ガス発電設備，１０１…取得部，１０２…需要予測部，１０３…需要予測修正部，１０４…動作制御部

Claims (4)

1. 燃料を利用して発電し、電力及び熱エネルギーを生成するコージェネレーション設備と、
   前記コージェネレーション設備によって生成された熱エネルギーが必要となる設備である熱利用設備と、
   前記コージェネレーション設備によって生成された電力を利用する設備である電力利用設備と、
   前記コージェネレーション設備によって生成された電力を蓄電する蓄電池と、
   売電価格に関する第１の値に基づいて前記電力及び熱エネルギーの需要を予測する需要予測部と、
   前記需要の予測結果に基づいて前記コージェネレーション設備及び前記蓄電池の動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記コージェネレーション設備によって生成される電力量で電力需要を補えない時間帯に前記蓄電池に蓄電されている電力で不足分の電力量を補い、売電価格が前記第１の値以上の時間帯に前記電力需要を補った際の余剰電力を売電するように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記コージェネレーション設備、前記熱利用設備、前記電力利用設備及び前記蓄電池を制御する、
   下水処理システム。
2. 前記コージェネレーション設備の動作を制御する制御装置を備え、
   前記コージェネレーション設備が複数台あり、
   前記制御装置は、複数台の前記コージェネレーション設備を用いて電力需要を補うように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記コージェネレーション設備、前記熱利用設備、前記電力利用設備の動作を制御する、
   請求項１に記載の下水処理システム。
3. 熱エネルギーを生成する熱源機器と、
   前記コージェネレーション設備及び前記熱源機器の動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記コージェネレーション設備を、電力需要を補うように発電させ、前記発電時に生成された前記熱エネルギーが不足する時間帯に、前記熱源機器によって生成される前記熱エネルギーで不足分の熱エネルギーを補うように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記コージェネレーション設備、前記熱利用設備、前記電力利用設備及び前記熱源機器を制御する、
   請求項１に記載の下水処理システム。
4. 消化ガスを利用して発電し、電力及び熱エネルギーを生成する消化ガス発電設備と、
   前記コージェネレーション設備及び消化ガス発電設備の動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記消化ガス発電設備によって生成される電力の電力量と、前記コージェネレーション設備によって生成される電力の電力量とを用いて電力需要を補うように運転計画を作成し、作成した前記運転計画に基づいて前記コージェネレーション設備、前記熱利用設備、前記電力利用設備、前記消化ガス発電設備の動作を制御する、
   請求項１に記載の下水処理システム。

Images