運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)，其支援針對隨時刻變化的水質(zhì)或電費單價，有效地使用淡水箱的緩沖功能，能夠降低動力費的運轉(zhuǎn)計劃的擬定。本發(fā)明在具有存儲制成的淡水的淡水箱的水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)（1）中具備：鹽濃度時間變化預(yù)測部（8），其求出原水的鹽濃度預(yù)測值；水溫時間變化預(yù)測部（10），其求出原水的水溫預(yù)測值；運轉(zhuǎn)計劃運算部（28），其根據(jù)鹽濃度預(yù)測值、水溫預(yù)測值、設(shè)置水淡化裝置的地域的分時電費單價、淡水箱上限水量、淡水箱下限水量、淡水箱內(nèi)淡水量以及淡水需要量，求出水淡化設(shè)備的動力費來計算制水計劃（26）；以及制水計劃顯示部（30），其顯示計算出的制水計劃（26）。
【專利說明】運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)
[0001]技術(shù)區(qū)域
[0002]本發(fā)明涉及在使用從海水或鹽水得到淡水的膜的水淡化設(shè)備中，具有將制水量變更為恰當(dāng)?shù)闹档墓δ艿倪\轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，使用半透膜進行過濾處理的海水淡化裝置或鹽水淡化裝置處于增加的傾向。在半透膜中，根據(jù)構(gòu)造以及使用方法的不同，具有反滲透膜和正滲透膜。這些半透膜由纖維素或聚酰胺等材料制成，在反滲透膜時，通過施加海水的滲透壓以上的壓力，使鹽分不通過膜而使水通過，由此能夠得到淡水。
[0004]例如，在以海水為原水時，其滲透壓為2.4Mpa左右，一般通過大約其兩倍以上的壓力來驅(qū)動泵，其動力費占據(jù)運轉(zhuǎn)費用的大部分比例。因此，通過泵的高效化或使用泵效率高的大型泵，可以謀求降低動力費。但是，這些硬件的對策存在界限，此外，還存在初始費用增大等缺點。
[0005]另一方面，上述的半透膜的淡水制水性能受到幾個外部條件的影響。例如，在海水淡化設(shè)備時，在海水的水溫高時得到的淡水多。此外，在海水的鹽濃度高時得到的淡水少。這些條件根據(jù)季節(jié)而不同，特別是在河流位于海水淡化設(shè)備的取水口的附近時，顯著受到天氣或潮汐的影響。結(jié)果，為了得到希望的淡水而需要的動力隨時間變化。因此，如果實施運轉(zhuǎn)在制水需要的動力小的時刻制出多的淡水，在制水需要的動力大的時刻制出少的淡水，則可以降低動力費能夠降低運轉(zhuǎn)費用。
[0006]一般在海水淡化設(shè)備的后段設(shè)置有淡水箱，從該淡水箱向設(shè)備外輸送淡水。簡單地實施運轉(zhuǎn)在制水需要的動力小的時刻制出多的淡水，在制水需要的動力大的時刻制出少的淡水時，淡水箱有可能超過上限水位而溢流，或者低于下限水位而變空。因此，需要在掌握淡水箱的水位(或水量)后設(shè)定制水量。
[0007]并且，根據(jù)地域有時采取電費單價隨季節(jié)或時刻而不同的費用體系。為了降低運轉(zhuǎn)費用，在該電費單價便宜的時間段制出多的淡水，在高價的時間段制出少的淡水或不制水的運轉(zhuǎn)也有效。但是，在把將來隨時間變化的水質(zhì)條件或電費單價以及具有緩沖功能的淡水箱的水位(或水量)全部進行考慮后，確實難以擬定運轉(zhuǎn)費用低的運轉(zhuǎn)計劃。為了解決該課題，目前提出了以下的現(xiàn)有技術(shù)。
[0008]在專利文獻I中，記載了與面向凈水廠的過濾處理裝置的運轉(zhuǎn)支援裝置有關(guān)的技術(shù)，特別是記載了根據(jù)原水的渾濁度等信息，表示推薦運轉(zhuǎn)條件。但是專利文獻I的發(fā)明沒有把含有大量的鹽的海水或鹽水作為對象，無法用于水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)支援。這是因為如上所述使用了膜的水淡化設(shè)備的動力費受到鹽濃度變化的很大的影響。
[0009]專利文獻2至4都是以海水淡化設(shè)備為對象的發(fā)明。在專利文獻2中，記載了與使用反滲透膜模塊的制水廠的運轉(zhuǎn)控制裝置有關(guān)的技術(shù)，特別是表示了根據(jù)供水的溫度或濃度等計算能夠生產(chǎn)的生產(chǎn)水量范圍。但是，在專利文獻2的發(fā)明中，無法確立考慮了隨時刻變化的電費單價的應(yīng)對以及具有緩沖功能的淡水箱的運轉(zhuǎn)計劃。[0010]在專利文獻3中，記載了與設(shè)定為恰當(dāng)?shù)倪\轉(zhuǎn)條件，削減電量的海水淡化裝置有關(guān)的技術(shù)。專利文獻3中記載的發(fā)明使用海水的溫度信息，但是無法構(gòu)筑考慮了隨時刻變化的電費單價的應(yīng)對以及具有緩沖功能的淡水箱的運轉(zhuǎn)計劃。
[0011]在專利文獻4中，表示了設(shè)置有反滲透膜裝置的海水淡化裝置。表示測量原水的溫度，反饋到運轉(zhuǎn)條件的設(shè)定中，但是沒有表示擬定運轉(zhuǎn)計劃或有效使用淡水箱的緩沖功能。并且，也沒有考慮按季節(jié)不同的電費，無法解決上述課題。
[0012]專利文獻1:特開2009-580號公報
[0013]專利文獻2:特開平11-33360號公報
[0014]專利文獻3:特開2011-240234號公報
[0015]專利文獻4:特開2011-120988號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的在于，提供一種系統(tǒng)，支援針對隨時刻變化的水質(zhì)或電費單價，有效地使用淡水箱的緩沖功能，能夠降低動力費的運轉(zhuǎn)計劃的擬定。
[0017]為了達成上述目的，本發(fā)明的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)是具有淡水箱的水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)，所述淡水箱具有存儲從原水制成的淡水的緩沖功能，該運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)具備:鹽濃度時間變化預(yù)測部，其求出原水的鹽濃度預(yù)測值；水溫時間變化預(yù)測部，其求出原水的水溫預(yù)測值；運轉(zhuǎn)計劃運算部，其根據(jù)鹽濃度預(yù)測值、水溫預(yù)測值、設(shè)置水淡化裝置的地域的分時電費單價、作為在淡水箱中注水的水量的上限值的淡水箱上限水量、作為在淡水箱中注水的水量的下限值的淡水箱下限水量、作為在淡水箱中注水的淡水量的淡水箱內(nèi)淡水量以及淡水需要量，求出水淡化設(shè)備的動力費來計算制水計劃；以及制水計劃顯示部，其顯示計算出的制水計劃。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，不需要高效泵或大型泵等高額的硬件投資，通過軟件的應(yīng)對便可以降低動力費，能夠供給更便宜的淡水。并且，因為能夠降低動力自身，所以不僅是費用還能夠降低溫室氣體排出量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例1的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實施例1的成為對象的水淡化設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖3是本發(fā)明實施例1的鹽濃度的時間變化的例子。
[0022]圖4是本發(fā)明實施例1的分時電費單價的例子。
[0023]圖5是本發(fā)明實施例1的初步計算結(jié)果的例子。
[0024]圖6是本發(fā)明實施例2的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖7是本發(fā)明實施例3的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖8是本發(fā)明實施例3的成為對象的水淡化設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖9是本發(fā)明實施例4的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖10是本發(fā)明實施例5的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0029]符號說明
[0030]I運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)；2淡水；4淡水箱；6水淡化設(shè)備；8鹽濃度時間變化預(yù)測部；10水溫時間變化預(yù)測部；11存儲部；12鹽濃度預(yù)測值；13存儲部；14水溫預(yù)測值；16分時電費單價；18淡水箱上限水量；20淡水箱下限水量；22淡水箱內(nèi)淡水量；24淡水需要量；26制水計劃；28運轉(zhuǎn)計劃運算部；30制水計劃顯示部；32天氣的預(yù)測數(shù)據(jù)；34氣溫的預(yù)測數(shù)據(jù)；36淡水需要量預(yù)測部；38配水池；40配水池上限水量；42配水池下限水量；44配水池內(nèi)淡水量；46殘留鹽濃度允許值；48淡水消費量實際成績值取得部；50淡水消費量實際成績值；52淡水追加需要量；54淡水追加需要量計算部；56動力回收裝置；58高壓泵；60反滲透膜；62原水；64送水泵；66送水計劃；68送水計劃顯示部；70淡水箱內(nèi)鹽濃度；72濃縮排水
【具體實施方式】
[0031 ] 使用附圖對本發(fā)明的各實施例進行說明。
[0032](實施例1)
[0033]圖1表示本發(fā)明實施例1的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)1，圖2表示水淡化設(shè)備6的一部分結(jié)構(gòu)。本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I是擬定圖2所示的水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)計劃的裝置。
[0034]如圖2所示，水淡化設(shè)備6具備:向反滲透膜裝置(反滲透膜)6輸送取得的原水62的高壓泵58、從原水62生產(chǎn)淡水的反滲透膜裝置60、回收來自反滲透膜裝置60的濃縮排水72的動力回收裝置56、以及貯存通過反滲透膜裝置60得到的淡水2的淡水箱4。作為原水62，例如考慮海水或鹽水等。在高壓泵58的下游側(cè)配置反滲透膜裝置60。反滲透膜裝置60與動力回收裝置56和淡水箱4連接。反滲透膜裝置60由纖維素或聚酰胺等材料制成。通過對反滲透膜裝置60施加原水62的滲透壓以上的壓力，使原水62中包含的鹽分不通過膜，作為濃縮廢水72通過動力回收裝置56來回收。把透過了反滲透膜裝置60的淡水2貯存在淡水箱4中。
[0035]如圖1所示，運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I具備鹽濃度時間變化預(yù)測部8、水溫時間變化預(yù)測部10、存儲部(存儲器)11、運轉(zhuǎn)計劃運算部28以及制水計劃顯示部30。
[0036]鹽濃度時間變化預(yù)測部8預(yù)測原水62的鹽濃度的時間變化，將預(yù)測出的鹽濃度時間變化的預(yù)測值(鹽濃度預(yù)測值)12的信息輸出給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。本實施例的鹽濃度時間變化預(yù)測部8積蓄過去的原水62的數(shù)據(jù)，使用積蓄的數(shù)據(jù)預(yù)測鹽濃度的時間變化。例如，鹽濃度時間變化預(yù)測部8根據(jù)進行計劃的日期的前日或過去數(shù)日的數(shù)據(jù)預(yù)測原水的鹽濃度的時間變化。在河流的河口并非遠離水淡化設(shè)備6的取水口時，潮汐對鹽濃度預(yù)測值12造成影響。鹽濃度時間變化預(yù)測部8可以在鹽濃度預(yù)測中輸入潮汐數(shù)據(jù)。圖3表示了隨潮汐變化的鹽濃度的時間變化的例子。
[0037]水溫時間變化預(yù)測部10預(yù)測原水62的水溫的時間變化，把預(yù)測出的水溫的預(yù)測值(水溫預(yù)測值)14的信息輸出給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。本實施例的水溫時間變化預(yù)測部10積蓄原水62的過去的數(shù)據(jù)，使用積蓄的數(shù)據(jù)預(yù)測水溫的時間變化。例如，水溫時間變化預(yù)測部10根據(jù)進行計劃的日期的前日或過去數(shù)日的數(shù)據(jù)預(yù)測原水的水溫的時間變化。水溫時間變化預(yù)測部10可以考慮進行計劃的日期的天氣信息來預(yù)測水溫的時間變化。
[0038]在存儲部11中存儲設(shè)置水淡化設(shè)備6的地域的分時的電費單價信息(分時電費單價)16、在淡水箱4中能夠注水的淡水的上限水量的信息(淡水箱上限水量)18、在淡水箱4中需要注水的淡水的下限水量的信息(淡水箱下限水量)20以及淡水的需要量的信息(淡水需要量)24。運轉(zhuǎn)計劃運算部28從存儲部11取得分時電費單價16、淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20以及淡水需要量24的信息。
[0039]水位計9實時測量水淡化設(shè)備6的淡水箱4中貯存的淡水的水量，把測量到的淡水量的信息發(fā)送給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。運轉(zhuǎn)計劃運算部28從水位計9實時地取得在淡水箱4中貯存的淡水的水量的信息。
[0040]表示了本實施例的運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出一個制水計劃26，在制水計劃顯示部30中顯示的例子，但是也可以求出多個制水計劃26使制水計劃顯示部30來顯示。在顯示多個制水計劃26時，水淡化設(shè)備6的操作員選擇任意一個制水計劃，并從運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I中具備的輸入裝置(未圖示)輸入選擇的制水計劃的信息。根據(jù)輸入的制水計劃，運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I支援水淡化設(shè)備6的運轉(zhuǎn)計劃作業(yè)。
[0041]分時電費單價16是電力充裕的夜間電費單價低，在電力消耗大的白天電費單價高的體系。圖4表示了分時電費單價16的變化的例子。分時電費單價16的值不僅根據(jù)時刻還可以根據(jù)季節(jié)進行變化。
[0042]如上所述，水淡化設(shè)備6具備淡水箱4。與鹽濃度預(yù)測值12、水溫預(yù)測值14、分時電費單價16等隨時間變化的條件對應(yīng)地，將該淡水箱4作為緩沖器使用，運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出恰當(dāng)?shù)倪\轉(zhuǎn)計劃，這是本實施例的特征。運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出水淡化設(shè)備6的制水計劃26，以便在原水的鹽濃度預(yù)測值12高，原水的水溫預(yù)測值14低，分時電費單價16高的時刻盡可能不使水淡化設(shè)備6運轉(zhuǎn)或者減少制水量。從運轉(zhuǎn)費用的觀點出發(fā)希望根據(jù)這樣的制水計劃26運轉(zhuǎn)水淡化設(shè)備6。相反，運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出水淡化設(shè)備6的制水計劃26，以便在原水的鹽濃度預(yù)測值12低，原水的水溫預(yù)測值14高，分時電費單價16低的時刻盡可能使水淡化設(shè)備6運轉(zhuǎn)或者增加制水量。從運轉(zhuǎn)費用的觀點出發(fā)希望根據(jù)求出的制水計劃26運轉(zhuǎn)水淡化設(shè)備6。
[0043]但是，當(dāng)對于淡水需要量24制水量過剩時，淡水箱4有可能溢流，相反，當(dāng)對于淡水需要量24制水量過少時，淡水箱4有可能變空。此時，無法進行與淡水需要量24對應(yīng)的淡水供給，無法滿足對水淡化設(shè)備6要求的性能。
[0044]因此，運轉(zhuǎn)計劃運算部28需要將淡水箱上限水量18和淡水箱下限水量20作為制約條件使用，將當(dāng)前時刻的淡水箱內(nèi)淡水量22作為初始值來擬定制水量的計劃。因此，在本實施例中，除了鹽濃度預(yù)測值12、水溫預(yù)測值14、分時電費單價16以外，運轉(zhuǎn)計劃運算部28還使用這些淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20、淡水箱內(nèi)淡水量22的信息，計算恰當(dāng)?shù)闹扑媱?6。
[0045]以下敘述運轉(zhuǎn)計劃運算部28進行的計算制水計劃26的具體的計算方法。在水淡化設(shè)備6中，假設(shè)一天一次，計劃今后24小時中的每一小時的制水量的條件。在本實施例中表示了每I小時的例子，但是通過同樣地方法可以通過每30分、每10分等不同的時間刻度進行計算。
[0046]現(xiàn)在，在計劃時針對每I小時的時刻1、時刻2、時刻3、……、時刻24，如下那樣給
出淡水需要量Q2 [m3/h] ο
[0047]時刻1:Q2[1]、時刻 2:Q2[2]、時刻 3:Q2[3]、......、時刻 24:Q2[24]
[0048]此外，把計劃時的淡水箱4的淡水量設(shè)為V [O]，把經(jīng)過24小時后的淡水箱4的淡水量的設(shè)定值設(shè)為V[24]。關(guān)于V[24]，如果沒有特別的理由設(shè)定與V[0]相等的值，由此在每日的計劃時淡水箱4內(nèi)的淡水量相同，管理變得容易。
[0049]在實施例1中，運轉(zhuǎn)計劃與制水計劃26相等同。所謂制水計劃26由在水淡化設(shè)備6中制成的淡水水量的設(shè)定值構(gòu)成。當(dāng)對于每個I小時的時刻1、時刻2、時刻3、……、時刻24，將淡水水量Ql [m3/h]設(shè)為Ql [I]、Ql [2]、Ql [3]、……、Ql [24]時，決定它們的恰當(dāng)值成為本實施例的目的。
[0050]上述的淡水需要量Q2 [m3/h]、淡水箱4的淡水量的設(shè)定值V、淡水水量Ql [m3/h]的關(guān)系通過式(I)表示。在此的Σ表示將時刻i從時刻I變換到時刻24的和。
[0051]ZQl[i]-ZQ2[i]=V[24]-V[0]..?式(I)
[0052]對該式I進行變形成為式2。
[0053]ZQl[i] = ZQ2[i]+V[24]-V[0]..?式(2)
[0054]在本實施方式中，運轉(zhuǎn)計劃運算部28設(shè)定滿足式2表示的關(guān)系的Ql [i]，此時，計算淡水量內(nèi)淡水量22是否沒有超過淡水箱上限水量Vmax，或者是否沒有低于淡水箱下限水量Vmin。關(guān)于Ql[i]的值的設(shè)定，可以采用所有可能回歸法、也可以采用使用了隨機數(shù)的蒙特卡洛法，不限于這些方法。作為一個例子以下表示使用了蒙特卡洛法時的Ql [i]的設(shè)定順序。
[0055](a)按照式 2，求出 Σ Q2[i]+V[24] - V [O]的值。
[0056](b)準備24個隨機數(shù)。
[0057](C)與在上述(b)中求出的24個隨機數(shù)的值的比率對應(yīng)地分配Σ Q2[i]+V[24] 一
V[O]的值。
[0058](d)把分配后的值設(shè)為Ql [i]的值。
[0059]使用如此設(shè)定的Ql [i]，通過下式求出淡水箱4的水量V[i]。
[0060]V[l] = V[0]+Q1[1]-Q2[1]..?式(3)
[0061]V[2] = V[1]+Q1[2]-Q2[2]..?式(4)
[0062]...[0063]V [24] = V [23]+Ql [24]-Q2 [24]..?式(5)
[0064]運轉(zhuǎn)計劃運算部28將這些V[i]與淡水箱上限水量Vmax以及淡水箱下限水量Vmin進行比較，在即使一個超出該范圍的情況下，返回上述順序(b)使用別的隨機數(shù)再次計算V[i]。當(dāng)24個全部在淡水箱上限水量Vmax以及淡水箱下限水量Vmin的范圍內(nèi)時進入下一階段，運轉(zhuǎn)計劃運算部28如下那樣計算每個小時的動力費。
[0065]在使用滲透膜60的水淡化設(shè)備6中，根據(jù)鹽濃度規(guī)定的滲透壓[Pa]對泵動力產(chǎn)生影響。該滲透壓通過下式表示。
[0066]滲透壓π = nXRXT..?式(6)
[0067]在此，η是溶質(zhì)摩爾濃度[mol/L]，R是氣體常數(shù)[L.kPa/K.mol]，T是水溫[K]。溶質(zhì)摩爾濃度η與鹽濃度成比例。根據(jù)該式6，表示了滲透壓與鹽濃度和水溫有關(guān)，在此輸入上述的鹽濃度預(yù)測值12以及水溫預(yù)測值14。關(guān)于通過高壓對反滲透膜60供給原水62的高壓泵58的需要壓力Pressure [Pa],使用該滲透壓π的值通過下式7來表示。
[0068]Pressure = τι +Jv/Lv..?式(7)
[0069]其中,Jv是過濾流束[m/sec], Lv是純水透過系數(shù)[m/sec *pa]。關(guān)于Jv的值,把反滲透膜60的膜面積設(shè)為A[m2]，通過下式8給出。[0070]Jv = Q1/3600/A..?式(8)
[0071]某I小時內(nèi)的淡水水量為Ql[m3/h]，所以當(dāng)把回收率設(shè)為α [%]時，高壓泵58能夠供給的供水量Q[m3/h]通過下式9表示。
[0072]Q = Ql X 100/α..?式(9)
[0073]此時，高壓泵58的加壓動力通過下式表示。
[0074]PowerPump [kWh] = 0.163 X (Q/60) X (Pressure/10000) /RatePump.--式(10)
[0075]在此，RatePume是泵效率[_]。
[0076]一般供水量Q中的淡水水量Ql以外的濃縮排水72被提供給動力回收裝置56，來提供高壓泵58需要的加壓動力的一部分。向動力回收裝置56提供的濃縮排水72的流量Qpx [m3/h]通過下式11給出。
[0077]Qpx=QX (100-a )/100..?式(11)
[0078]動力回收裝置56的入口壓力Ppx[Pa]成為從高壓泵58的需要壓力Pressure中減去反滲透膜60的一次側(cè)的濃縮液的流路阻抗channelLoss [Pa]的值后得到的值。
[0079]Ppx=Pressure-ChannelLoss.--式(I2)
[0080]在此，channel Loss為流路阻抗導(dǎo)致的壓力損失[Pa]。
[0081]因此，當(dāng)設(shè)動力回收裝置56的變換效率為pxEfficiencyh]時，動力回收裝置56能夠回收的動力PowerRecovery [kWh]通過下式13表示。
[0082]PowerRecovery=0.163 X (Qpx/60) X (Ppx/10000) XpxEfficiency.--式(13)
[0083]根據(jù)以上所述，可以通過下式14計算消耗的動力PowerConsumption [kWh]。
[0084]PowerConsumption=PowerPump-PowerRecovery.--式(14)
[0085]通過對其乘以分時電費單價UnitPrice[元/kWh],可以計算每一個小時的動力費PowerCost[兀 /h]。
[0086]PowerCost = UnitPrice XPowerConsumption.--式(15)
[0087]把對24小時的動力費PowerCost [元/h]進行累計后的值設(shè)為CostSum[元]。運轉(zhuǎn)計劃運算部28在初次計算中保存該CostSum的值，在第二次以后返回上述順序(b)。
[0088]每次計算CostSum [元],如果是比上次的CostSum小的值則以小的值置換CostSum的值，存儲此時的Ql [i]。本次的例子是蒙特卡洛法，所以將該計算重復(fù)多次。結(jié)果，與局部最小點的有無無關(guān)，可以慢慢求出動力費小的運轉(zhuǎn)條件?？梢栽谶_到預(yù)先設(shè)定的重復(fù)次數(shù)的時刻停止該重復(fù)計算，或者可以在CostSum的置換頻度或CostSum的變化幅度變小的時刻停止該重復(fù)計算。
[0089]運轉(zhuǎn)計劃運算部28把如此求出的制水計劃26的信息發(fā)送給制水計劃顯示部30。制水計劃顯示部30通過顯示接收到的制水計劃26來向操作員傳達該制水計劃，支援運轉(zhuǎn)計劃作業(yè)。通過按照該制水計劃26進行運轉(zhuǎn)，水淡化設(shè)備6能夠在遵守其后級的淡水箱4的淡水箱上限水量18以及淡水箱下限水量20的范圍的基礎(chǔ)上有效地進行利用，能夠使動力費最小化。
[0090]作為一個例子，在圖5中表示了在圖4所示的分時電費單價16的情況下，根據(jù)本實施例計算出最能夠降低動力費的制水計劃26的結(jié)果。圖5 (a)表示進行制水量恒定的正常運轉(zhuǎn)時的水淡化設(shè)備6的制水量，圖5 (b)表示進行了制水量恒定的正常運轉(zhuǎn)時的淡水箱的水量。在制水計劃顯示部30中，至少將圖5 (a)所示的內(nèi)容作為表或數(shù)值來顯示。由此，操作員能夠確認水淡化設(shè)備中的制水量的瞬間變化。此外，制水計劃顯示部30可以從運轉(zhuǎn)計劃運算部28取得淡水箱上限水量18的信息、淡水箱下限水量20的信息、進行使制水量恒定的運轉(zhuǎn)時的淡水箱4內(nèi)的水量的預(yù)測值的信息，來顯示這些信息。圖5 (b)是表示淡水箱上限水量18、淡水箱上限水量20、淡水箱4內(nèi)的水量的預(yù)測值的時間變化的圖的一個例子。在本次的計算例子中，得到了與一天中使淡水水量Ql保持恒定的情況相比，能夠?qū)恿M降低大約10%的結(jié)果。
[0091 ] 有時根據(jù)水淡化設(shè)備6無法使淡水水量Ql連續(xù)地變化，針對每個系列不得不進行運轉(zhuǎn)/停止等離散的運轉(zhuǎn)。此外，使用逆變器執(zhí)行轉(zhuǎn)速控制時，有時根據(jù)負荷率該逆變器效率不同。在這樣的情況下，對上述的運轉(zhuǎn)計劃運算部28施加該制約條件，僅針對滿足該條件的條件執(zhí)行計算動力費求出最小值的操作，由此能夠進行應(yīng)對。
[0092]根據(jù)本實施例，不需要高效泵或大型泵等高額的硬件投資，通過軟件的應(yīng)對便可以降低動力費，能夠供給更便宜的淡水。并且，因為能夠降低動力自身，所以不僅是費用還能夠降低溫室氣體排出量。
[0093](實施例2)
[0094]圖6表示本發(fā)明實施例2的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I是擬定圖2所示的水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)計劃的裝置。關(guān)于本實施例，省略與圖1相同的結(jié)構(gòu)的說明，以下對不同的結(jié)構(gòu)進行詳細的說明。
[0095]本實施方式的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I具備鹽濃度時間變化預(yù)測部8、水溫時間變化預(yù)測部10、第一存儲部11、水位計9、第二存儲部13、淡水需要量預(yù)測部36、運轉(zhuǎn)計劃運算部28以及制水計劃顯示部30。第一存儲部11存儲分時電費單價16、淡水箱上限水量18以及淡水箱下限水量20的信息。第二存儲部13存儲天氣的預(yù)測數(shù)據(jù)32以及氣溫的預(yù)測數(shù)據(jù)34。
[0096]運轉(zhuǎn)計劃運算部28從鹽濃度時間變化預(yù)測部8取得原水的鹽濃度預(yù)測值12的信息，從水溫時間變化預(yù)測部10取得原水的水溫預(yù)測值14的信息。此外，運轉(zhuǎn)計劃運算部28從存儲部11取得分時電費單價16、淡水箱上限水量18以及淡水箱下限水量20的信息。水位計9實時測量淡水箱4的水量，把測量到的淡水箱內(nèi)淡水量22的信息發(fā)送給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。淡水需要量預(yù)測部36根據(jù)天氣的預(yù)測數(shù)據(jù)32和氣溫的預(yù)測數(shù)據(jù)34的信息，求出淡水需要量24。把求出的淡水需要量24的信息輸出給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。
[0097]在本實施例中具備兩個存儲部(第一存儲部11和第二存儲部13)，但是也可以是具有一個存儲部(例如存儲部11)的結(jié)構(gòu)。在具有一個存儲部的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的情況下，存儲部11存儲分時電費單價16、淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20、天氣的預(yù)測數(shù)據(jù)32以及氣溫的預(yù)測數(shù)據(jù)34的信息。此時，淡水需要量預(yù)測部36從存儲部11取得天氣的預(yù)測數(shù)據(jù)32和氣溫的預(yù)測數(shù)據(jù)34的信息。
[0098]在本實施例中，假設(shè)如下那樣給出每I小時的淡水需要量[m3/h]。
[0099]時刻1:Q2[1]、時刻 2:Q2[2]、時刻 3:Q2[3]、......、時刻 24:Q2[24]
[0100]本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I具備淡水需要量預(yù)測部36，因此能夠更加確切地求出淡水需要量24。敘述淡水需要量預(yù)測部36的淡水需要量24的具體的計算方法。
[0101]作為通過水淡化設(shè)備6得到的淡水2的用途，考慮生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水。其中，工業(yè)用水的使用量受到工廠的運轉(zhuǎn)計劃和運轉(zhuǎn)率很大的影響，但是生活用水和農(nóng)業(yè)用水受到天氣或氣溫很大的影響。關(guān)于生活用水，除此之外還有星期或特殊日(年末年初)的影響，但是基本上具有天氣晴朗氣溫高需要量多，下雨氣溫低需要量少的定性的傾向。因為無法通過物理式表現(xiàn)該定性的傾向，所以淡水需要量預(yù)測部36通過使用了多相關(guān)式的方法，求出淡水需要量24。敘述淡水需要量預(yù)測部36計算淡水需要量24的一個例子。
[0102]首先，關(guān)于淡水需要量24，將天氣的預(yù)測數(shù)據(jù)32數(shù)值化。例如，像晴天為4，多云為3，雨天為2那樣對各種天氣應(yīng)用數(shù)字。然后，通過與氣溫的預(yù)測值34的信息并且與過去的淡水需要量24的信息最一致的方式，對下式的系數(shù)Cl至C3的值進行統(tǒng)計處理來求出淡水需要量24。
[0103]淡水需要量=C1+C2X天氣+C3X氣溫
[0104]如此通過使用淡水需要量預(yù)測部36求出的淡水需要量24，可以制出更接近實際的需要量的淡水2，能夠抑制水淡化設(shè)備6的運轉(zhuǎn)的不勻和浪費。結(jié)果，能夠進一步降低動力費。
[0105]根據(jù)本實施例，不需要高效泵或大型泵等高額的硬件投資，通過軟件的應(yīng)對便可以降低動力費，能夠供給更便宜的淡水。并且，因為能夠降低動力自身，所以不僅是費用還能夠降低溫室氣體排出量。
[0106](實施例3)
[0107]圖7表示本發(fā)明實施例3的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖8表示水淡化設(shè)備6的一部分的結(jié)構(gòu)。本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I是擬定圖8所示的水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)計劃的裝置。關(guān)于本實施例，省略與圖1相同的結(jié)構(gòu)的說明，以下對不同的結(jié)構(gòu)進行詳細的說明。
[0108]如圖8所示，水淡化設(shè)備6具備:向反滲透膜裝置(反滲透膜)6輸送取得的原水62的高壓泵58、從原水62生產(chǎn)淡水的反滲透膜裝置60、回收來自反滲透膜裝置60的濃縮排水72的動力回收裝置56、貯存通過反滲透膜裝置60得到的淡水2的淡水箱4以及把淡水箱4中貯存的淡水輸送給配水池38的送水泵64。與原水中包含的鹽濃度、原水的水溫、分時電費單價等隨時刻變化的條件相對應(yīng)，可以將該淡水箱4作為緩沖器使用。
[0109]并且，在作為生活用水或農(nóng)業(yè)用水供給淡水2時，有時使用輸送泵64把淡水2暫時輸送到配水池38。關(guān)于配水池38，很多時候在高的地方制成配水池，以便之后可以通過自然下流來進行供給，送水泵64的動力也產(chǎn)生對于運轉(zhuǎn)費用來說不可忽略的影響。
[0110]如圖7所示，本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I具備鹽濃度時間變化預(yù)測部8、水溫時間變化預(yù)測部10、存儲部11、水位計9、運轉(zhuǎn)計劃運算部28、制水計劃顯示部30以及送水計劃顯示部68。存儲部11存儲分時電費單價16、淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20、淡水需要量24、配水池上限水量40、配水池下限水量42的信息。配水池上限水量40是在配水池38中能夠貯存的淡水的上限水量值，配水池下限水量42是配水池38的淡水的下限水量值，配水池內(nèi)淡水量44是在配水池38中貯存的淡水量值。水位計9實時地測量在水淡化設(shè)備6的淡水箱4中貯存的淡水的水量，把測量到的淡水量的信息發(fā)送給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。運轉(zhuǎn)計劃運算部28從水位計9實時地取得在淡水箱4中貯存的淡水的水量的信肩、O
[0111]水位計19實時地測量在配水池38中貯存的淡水的水量，把測量到的淡水量的信息發(fā)送給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。運轉(zhuǎn)計劃運算部28從水位計19實時地取得在配水池38中貯存的淡水的水量的信息。運轉(zhuǎn)計劃運算部28從鹽濃度時間變化預(yù)測部8取得原水的鹽濃度預(yù)測值12的信息，從水溫時間變化預(yù)測部10取得原水的水溫預(yù)測值14的信息。此外，運轉(zhuǎn)計劃運算部28從存儲部11取得分時電費單價16、淡水箱上限水量18以及淡水箱下限水量20、淡水需要量24、配水池上限水量40、配水池下限水量42的信息。運轉(zhuǎn)計劃運算部28從水位計9實時地取得在淡水箱4中貯存的淡水的水量的信息，并從水位計19實時地取得在配水池38中貯存的淡水的水量的信息。
[0112]運轉(zhuǎn)計劃運算部28根據(jù)這些給出的信息計算水淡化設(shè)備的動力費或運轉(zhuǎn)費用，求出恰當(dāng)?shù)闹扑媱?6以及送水計劃66。表示本實施例的運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出一個最佳的制水計劃26在制水計劃顯示部30中顯示，并且求出一個最佳的送水計劃66在送水計劃顯示部68中顯示的例子，但是也可以求出多個制水計劃26以及多個送水計劃66，使制水計劃顯示部30和送水計劃顯示部68來顯示。在顯示多個制水計劃26和多個送水計劃66時，水淡化設(shè)備6的操作員從顯示的計劃中選擇任意一個制水計劃和送水計劃，并從運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I中具備的輸入裝置(未圖示)輸入選擇的制水計劃的信息。根據(jù)輸入的制水計劃和送水計劃，運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I支援水淡化設(shè)備6的運轉(zhuǎn)計劃作業(yè)。
[0113]運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出水淡化設(shè)備6的制水計劃26，以便在原水的鹽濃度預(yù)測值12高，原水的水溫預(yù)測值14低，分時電費單價16高的時刻盡可能不使水淡化設(shè)備6運轉(zhuǎn)或者減少制水量。從運轉(zhuǎn)費用的觀點出發(fā)希望根據(jù)這樣的制水計劃26運轉(zhuǎn)水淡化設(shè)備
6。相反，運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出水淡化設(shè)備6的制水計劃26，以便在原水的鹽濃度預(yù)測值12低，原水的水溫預(yù)測值14高，分時電費單價16低的時刻盡可能使水淡化設(shè)備6運轉(zhuǎn)或者增加制水量。從運轉(zhuǎn)費用的觀點出發(fā)希望根據(jù)這樣的制水計劃26運轉(zhuǎn)水淡化設(shè)備6。從送水泵64的方面來說，希望運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出水淡化設(shè)備6的送水計劃66，以便在分時電費高的時刻盡可能不送水，盡可能在分時電費低的時刻送水。希望從運轉(zhuǎn)費的方面出發(fā)，根據(jù)這樣的送水計劃66使水淡化設(shè)備6運轉(zhuǎn)。
[0114]但是，當(dāng)對于送水量制水量過剩時，淡水箱4有可能溢流，當(dāng)對于送水量制水量過少時，淡水箱4有可能變空。當(dāng)對于淡水需要量24送水量過剩時，配水池38有可能溢流，當(dāng)對于淡水需要量24送水量過少時`，配水池38有可能變空。此時，無法進行與淡水需要量24對應(yīng)的淡水供給，無法滿足對水淡化設(shè)備6要求的性能。
[0115]因此，除了淡水箱上限水量18和淡水箱下限水量20以外，運轉(zhuǎn)計劃運算部28還將配水池上限水量40和配水池下限水量42作為制約條件使用，將當(dāng)前時刻的淡水箱內(nèi)淡水量22和配水池內(nèi)淡水量44作為初始值來擬定制水量以及送水量的計劃。因此，在本實施例中，除了鹽濃度預(yù)測值12、水溫預(yù)測值14、分時電費單價16的信息以外，還使用這些淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20、淡水箱內(nèi)淡水量、配水池上限水量40、配水池下限水量42以及配水池內(nèi)淡水量44的信息，計算恰當(dāng)?shù)闹扑媱?6以及送水計劃66。
[0116]以下敘述運轉(zhuǎn)計劃運算部28計算制水計劃26以及送水計劃66的具體的計算方法。在水淡化設(shè)備6中，假設(shè)一天一次，計劃今后24小時中的每一小時的制水量以及送水量的條件。在本實施例中表示了每I小時的例子，但是通過同樣地方法可以通過每30分、每10分等不同的時間刻度進行計算。
[0117]現(xiàn)在，在計劃時針對每I小時的時刻1、時刻2、時刻3、……、時刻24，如下那樣給
出淡水需要量Q2 [m3/h] ο[0118]時刻1:Q2[1]、時刻 2:Q2[2]、時刻 3:Q2[3]、......、時刻 24:Q2[24]
[0119]此外，把計劃時的淡水箱4的淡水量設(shè)為V [O]，把經(jīng)過24小時后的淡水箱4的淡水量的設(shè)定值設(shè)為V[24]。關(guān)于V[24]，如果沒有特別的理由設(shè)定與V[0]相等的值，由此在每日的計劃時淡水箱4內(nèi)的淡水量相同，管理變得容易。
[0120]同樣，把計劃時的配水池38的淡水量設(shè)為VR[0]，把經(jīng)過24小時后的配水池38的淡水量的設(shè)定值設(shè)為VR[24]。關(guān)于VR[24]，如果沒有特別的理由設(shè)定與VR[0]相等的值，由此在每日的計劃時淡水箱4內(nèi)的淡水量相同，管理變得容易。將水淡化設(shè)備6的每I小時的淡水水量Ql [m3/h]設(shè)為Ql [I]、Ql [2]、Ql [3]、……、Ql [24]，把基于送水泵64的每I小時的送水量[m3/h]設(shè)為QR[1]、QR[2]、QR[3]、……、QR[24]時，運轉(zhuǎn)計劃運算部28決定它們的恰當(dāng)?shù)闹党蔀楸緦嵤├哪康摹?br> [0121]上述的淡水需要量Q2[m3/h]、淡水箱4的淡水量的設(shè)定值V、淡水水量Ql [m3/h]、配水池38的淡水量VR的關(guān)系，根據(jù)淡水量的收支，通過式(16)表示。
[0122]ZQl[i]-ZQ2[i] = (V[24]-V[O]) + (VR[24]-VR[O]).--式(16)
[0123]對該式16進行變形成為式17。
[0124]XQl[i] = ΣQ2[i] + (V[24]-V[O]) + (VR[24]-VR[O]).--式(17)
[0125]此外，根據(jù)淡水箱4的淡水量的收支，式18成立。
[0126]ZQl[i]-ZQR[i] = (V[24]-V[O]).--式(18)
[0127]對該式18進行變形成 為式19。
[0128]XQR[i] = Σ Ql [i]-(V [24]-V [O]).--式(19)
[0129]通過在此代入通過式17求出的Σ Ql[i]，求出Σ QR[i]的值。
[0130]在本實施方式中，運轉(zhuǎn)計劃運算部28設(shè)定滿足式17表示的關(guān)系的Ql [i]、滿足式19表示的關(guān)系的QR[i]。此時，計算淡水箱內(nèi)淡水量22是否沒有超過淡水箱上限水量Vmax,或者是否沒有低于淡水箱下限水量Vmin，并且計算配水池內(nèi)淡水量44是否沒有超過配水池上限水量VRmax，或者是否沒有低于配水池下限水量VRmin。關(guān)于Ql [i]以及QR[i]的值的設(shè)定，可以采用所有可能回歸法、也可以采用使用了隨機數(shù)的蒙特卡洛法，不限于這些方法。作為一個例子以下的順序(a)~(h)表示使用了蒙特卡洛法時的運轉(zhuǎn)計劃運算部28設(shè)定Ql [i]以及QR[i]的設(shè)定順序。
[0131](a)按照式 17，求出 Σ Q2[i]+ (V[24] — V[0])+ (VR[24] — VR[0])的值。
[0132](b)準備24個隨機數(shù)。
[0133](c)與在上述(b)中求出的24個隨機數(shù)的值的比率對應(yīng)地分配Σ Q2[i]+(V[24] 一V[0])+ (VR[24] — VR[0])的值。
[0134](d)把分配后的值設(shè)為Ql [i]的值。
[0135](e)按照式 19，求出 Σ Ql [i] — (V[24] — V[0])的值。
[0136](f)準備24個隨機數(shù)。
[0137](g)與在上述(f)中求出的24個隨機數(shù)的值的比率對應(yīng)地分配Σ Ql[i]-(V[24] 一 V[0])的值。
[0138](h)把分配后的值設(shè)為QR[i]的值。
[0139]使用如此設(shè)定的Ql [i]和QR[i]，運轉(zhuǎn)計劃運算部28通過下式求出淡水箱內(nèi)淡水量V[i]以及配水池內(nèi)淡水量VR[i]。[0140]V[l] = V[0]+Q1[1]-QR[1].--式(20)
[0141]V[2] = V[1]+Q1[2]-QR[2].--式(21)
[0142]...[0143]V [24] = V [23]+Ql [24]-QR [24].--式(22)
[0144]VR[1] = VR[0]+QR[1]-Q2[1].--式(23)
[0145]VR[2] = VR[1]+QR[2]-Q2[2].--式(24)
[0146]...[0147]VR[24] = VR[23]+QR[24]-Q2[24].--式(25)
[0148]運轉(zhuǎn)計劃運算部28將這些V[i]與淡水箱上限水量Vmax以及淡水箱下限水量Vmin進行比較，并將VR[i]與配水池上限水量VRmax以及配水池下限水量VRmin進行比較，在即使一個超出該范圍的情況下，返回上述順序(b)使用別的隨機數(shù)再次計算V[i]和VR[i]。當(dāng)24小時中的全部V[i]在淡水箱上限水量Vmax以及淡水箱下限水量Vmin的范圍內(nèi)，并且全部VR[i]在配水池上限水量VRmax以及配水池下限水量VRmin的范圍內(nèi)時，運轉(zhuǎn)計劃運算部28進入下一階段，如下那樣計算每個小時的動力費。
[0149]首先，按照上式6至式14計算反滲透膜60的運轉(zhuǎn)費，由此運轉(zhuǎn)計劃運算部28可以求出消耗的動力PowerConsumption[kWh]。在本實施例中，需要對動力費加上送水泵64消耗的動力 PowerTransmission[kWh]。
[0150]PowerTransmission=0.163 X (QR/60) X Head/RatePump.--式(26)
[0151]在此，QR為送 水量[m3/h]，Head為送水時的水頭差[m]，RatePump是泵效率[_]。
[0152]在還加上送水泵64消耗的動力后乘以分時電費單價UnitPrice [元/kWh]，由此能夠計算動力費PowerCost [元/h]。
[0153]PowerCost=UnitPriceX (PowerConsumption+PowerTransmission)..?式(27)
[0154]把對24小時的動力費PowerCost [元/h]進行累計后的值設(shè)為CostSum[元]。運轉(zhuǎn)計劃運算部28在初次計算中保存該CostSum的值，在第二次以后返回上述順序(b)。每次計算CostSum[元],如果是比上次的CostSum小的值則以小的值置換CostSum的值,運轉(zhuǎn)計劃運算部28存儲此時的Ql [i]。在該例子中是蒙特卡洛法，所以將該計算重復(fù)多次。結(jié)果，與局部最小點的有無無關(guān)，可以慢慢求出動力費小的運轉(zhuǎn)條件?？梢栽谶_到預(yù)先設(shè)定的重復(fù)次數(shù)的時刻停止該重復(fù)計算，或者可以在CostSum的置換頻度或CostSum的變化幅度變小的時刻停止該重復(fù)計算。
[0155]運轉(zhuǎn)計劃運算部28把如此求出的制水計劃26發(fā)送給制水計劃顯示部30，并把送水計劃66發(fā)送送水計劃顯示部68。制水計劃顯示部30顯示制水計劃26，送水計劃顯示部68顯示送水計劃66，來向操作員傳達該制水計劃26和送水計劃66，支援運轉(zhuǎn)計劃作業(yè)。通過按照該制水計劃26和送水計劃66進行運轉(zhuǎn)，水淡化設(shè)備6能夠在遵守淡水箱4的淡水箱上限水量18以及淡水箱下限水量20的范圍的基礎(chǔ)上有效地進行運轉(zhuǎn)，能夠使動力費最小化。此外，送水泵64能夠在遵守其后段的配水池38的配水池上限水量40以及配水池下限水量42的范圍的基礎(chǔ)上有效地進行運轉(zhuǎn)。
[0156]根據(jù)本實施例，不需要高效泵或大型泵等高額的硬件投資，通過軟件的應(yīng)對便可以降低動力費，能夠供給更便宜的淡水。并且，因為能夠降低動力自身，所以不僅是費用還能夠降低溫室氣體排出量。[0157](實施例4)
[0158]圖9表示本發(fā)明實施例4的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I是擬定圖2所示的水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)計劃的裝置。關(guān)于本實施例，省略與圖1相同的結(jié)構(gòu)的說明，以下對不同的結(jié)構(gòu)進行詳細的說明。
[0159]如圖9所示，本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I具備鹽濃度時間變化預(yù)測部8、水溫時間變化預(yù)測部10、存儲部11、水位計9、運轉(zhuǎn)計劃運算部28、制水計劃顯示部30。存儲部11存儲分時電費單價16、淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20、淡水需要量24、殘留鹽濃度允許值46、淡水箱內(nèi)鹽濃度70的信息。
[0160]運轉(zhuǎn)計劃運算部28從鹽濃度時間變化預(yù)測部8取得原水的鹽濃度預(yù)測值12的信息，從水溫時間變化預(yù)測部10取得原水的水溫預(yù)測值14的信息。此外，運轉(zhuǎn)計劃運算部28從存儲部11取得分時電費單價16、淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20、淡水需要量
24、殘留鹽濃度允許值46、淡水箱內(nèi)鹽濃度70的信息。水位計9實時地測量在水淡化設(shè)備6的淡水箱4中貯存的淡水的水量，把測量到的淡水量的信息發(fā)送給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。
[0161]運轉(zhuǎn)計劃運算部28從水位計9實時地取得在淡水箱4中貯存的淡水的水量的信肩、O
[0162]運轉(zhuǎn)計劃運算部28根據(jù)這些給出的信息計算水淡化設(shè)備的動力費或運轉(zhuǎn)費用，找出恰當(dāng)?shù)闹扑媱?6。表示本實施例的運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出一個最佳的制水計劃26在制水計劃顯示部30中顯示，并且求出一個最佳的送水計劃66在送水計劃顯示部68中顯示的例子。但是也可以求出多個制水計劃26以及多個送水計劃66，使制水計劃顯示部30和送水計劃顯示部68來顯示。在顯示多個制水計劃26和多個送水計劃66時，水淡化設(shè)備6的操作員從顯示的計劃中選擇任意一個制水計劃和送水計劃，并從運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I中具備的輸入裝置(未圖示)輸入選擇的制水計劃的信息。根據(jù)輸入的制水計劃和送水計劃，運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I支援水淡化設(shè)備6的運轉(zhuǎn)計劃作業(yè)。
[0163]水淡化設(shè)備6在其后段具備淡水箱4。與原水的鹽濃度預(yù)測值12、原水的水溫預(yù)測值14、分時電費單價16等隨時間變化的條件對應(yīng)地，將該淡水箱4作為緩沖器使用，運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出恰當(dāng)?shù)倪\轉(zhuǎn)計劃，這是本實施例的特征。
[0164]運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出水淡化設(shè)備6的制水計劃26，以便在原水的鹽濃度預(yù)測值12高，原水的水溫預(yù)測值14低，分時電費單價16高的時刻盡可能不使水淡化設(shè)備6運轉(zhuǎn)或者減少制水量。從運轉(zhuǎn)費用的觀點出發(fā)希望根據(jù)這樣的制水計劃26運轉(zhuǎn)水淡化設(shè)備6。相反，運轉(zhuǎn)計劃運算部28求出水淡化設(shè)備6的制水計劃26，以便在原水的鹽濃度預(yù)測值12低，原水的水溫預(yù)測值14高，分時電費單價16低的時刻盡可能使水淡化設(shè)備6運轉(zhuǎn)或者增加制水量。從運轉(zhuǎn)費用的觀點出發(fā)希望根據(jù)這樣的制水計劃26運轉(zhuǎn)水淡化設(shè)備6。
[0165]但是，當(dāng)對于淡水需要量24制水量過剩時，淡水箱4有可能溢流，當(dāng)對于淡水需要量24制水量過少時，淡水箱4有可能變空。此時，無法進行與淡水需要量24對應(yīng)的淡水2的供給，無法滿足對水淡化設(shè)備6要求的性能。因此，運轉(zhuǎn)計劃運算部28將淡水箱上限水量18和淡水箱下限水量20作為制約條件使用，將當(dāng)前時刻的淡水箱內(nèi)淡水量22作為初始值來擬定制水量的計劃。
[0166]此外，在水淡化設(shè)備6中，有時在淡水22中殘留的鹽濃度成為課題。特別像工業(yè)用水的情況那樣，根據(jù)用途不同當(dāng)該鹽濃度過高時，產(chǎn)品或配管有可能產(chǎn)生故障。此時，運轉(zhuǎn)計劃運算部28還把淡水水質(zhì)方面包含在制水計劃26中來進行研究。
[0167]淡水2中包含的鹽濃度TDS[mol/L]受到供水的水質(zhì)和過濾流束Jv的影響。
[0168]TDS = Js/Jv.--式(28)
[0169]在此，Js是溶質(zhì)透過流束[mol Cm2.sec) ], Jv是過濾流束[m/sec]。此外,通過下式29給出溶質(zhì)透過流束Js。
[0170]Js=PsX (Cm-Cp).--式(29)
[0171]在此，Ps是溶質(zhì)透過系數(shù)[m/sec]，Cm是膜面的鹽離子濃度[mol/m3]，Cp是透過水的鹽離子濃度[mol/m3]。
[0172]關(guān)于膜面的鹽離子濃度Cm[mol/m3]，可以給出供水的鹽濃度預(yù)測值12，實際上因為產(chǎn)生濃度極化現(xiàn)象所以可以對于濃度極化詳細地計算來給出。另一方面，透過水的鹽離子濃度Cm[mol/m3]與供給水相比足夠低，認為濃度極化也小，所以可以視為O。通過這些式29和式28求出的TDS值是每I小時可能不同的Jv的函數(shù)。因此，通過反滲透膜60淡化的淡水2的鹽濃度每I小時可能不同。在反滲透膜60的后段具有淡水箱4，但在通過反滲透膜60過濾的淡水2中混合了在淡水箱4內(nèi)殘留的淡水2，在淡水箱4的出口出來平均的鹽濃度的淡水2。
[0173]把計劃時的淡水箱4內(nèi)的鹽濃度設(shè)為C[0]。當(dāng)把通過反滲透膜60過濾的每個時刻的淡水2中的鹽濃度設(shè)為TDS[i]時，如以下那樣求出淡水箱4內(nèi)的平均鹽濃度C[i]。
[0174]C[l] = (C[0]XV[0]+TDS[1]XQ1[1]-C[0]XQ2[1])/(V[0]+Q1[1]-Q2[1])
[0175].--式(30)
[0176]C[2] = (C[1] XV[1]+TDS[2] XQ1[2]_C[1] XQ2[2])/(V[1]+Q1 [2]-Q2[2])
[0177].--式(31)
[0178]...[0179]C [24] = (C [23] X V [23] +TDS [24] X Q I [ 2 4 ] - C [ 2 3 ] X Q2 [24] ) /(V[23]+Q1[24]-Q2[24])
[0180].--式(32)
[0181]以下敘述運轉(zhuǎn)計劃運算部28計算制水計劃26的具體的計算方法。在水淡化設(shè)備6中，假設(shè)一天一次，計劃今后24小時中的每一小時的制水量的條件。在本實施例中表示了每I小時的例子，但是通過同樣地方法可以通過每30分、每10分等不同的時間刻度進行計
笪
ο
[0182]現(xiàn)在，在計劃時如下那樣給出每I小時的淡水需要量[m3/h]。
[0183]時刻1:Q2[1]、時刻2:Q2[2]、時刻3:Q2[3]、……、時刻24:Q2[24]此外，把計劃時的淡水箱4的淡水量設(shè)為V [O]，把經(jīng)過24小時后的淡水箱4的淡水量的設(shè)定值設(shè)為V [24]。當(dāng)把每I小時的淡水水量[m3/h]設(shè)為Ql [I]、Ql [2]、Ql [3]、……、Ql [24]時，決定它們的恰當(dāng)值成為本實施例的目的。上述的淡水需要量Q2[m3/h]、淡水箱4的淡水量的設(shè)定值V、淡水水量Ql [m3/h]的關(guān)系通過下式33表示。在此的Σ表示將時刻i從時刻I變換到時刻24的和。
[0184]ZQl[i]-ZQ2[i]=V[24]-V[0]..?式(33)
[0185]對該式33進行變形成為式34。
[0186]ZQl[i] = ZQ2[i]+V[24]-V[0]..?式(34)[0187]在本實施方式中，運轉(zhuǎn)計劃運算部28設(shè)定滿足式34表示的關(guān)系的Ql [i]，此時，評價淡水箱內(nèi)淡水量22是否沒有超過淡水箱上限水量Vmax，或者是否沒有低于淡水箱下限水量Vmin，并且評價淡水箱4內(nèi)的平均鹽濃度是否不超過殘留鹽濃度允許值46TDSmax。關(guān)于Ql[i]的值的設(shè)定，可以采用所有可能回歸法、也可以采用使用了隨機數(shù)的蒙特卡洛法，不限于這些方法。作為一個例子以下表示使用了蒙特卡洛法時的Ql[i]的設(shè)定順序。
[0188](a)按照式 2，求出 Σ Q2[i]+V[24] - V [O]的值。
[0189](b)準備24個隨機數(shù)。
[0190](C)與在上述(b)中求出的24個隨機數(shù)的值的比率對應(yīng)地分配Σ Q2[i]+V[24] 一
V[O]的值。
[0191](d)把分配后的值設(shè)為Ql [i]`的值。
[0192]使用如此設(shè)定的Ql [i]，通過下式35至式37求出淡水箱4的水量V [i]。
[0193]V[l] = V[0]+Q1[1]-Q2[1].--式(35)
[0194]V[2] = V[1]+Q1[2]-Q2[2].--式(36)
[0195]...[0196]V [24] = V [23]+Ql [24]-Q2 [24].--式(37)
[0197]并且，按照式30至式32，運轉(zhuǎn)計劃運算部28計算淡水箱4內(nèi)的平均鹽濃度C [i]。運轉(zhuǎn)計劃運算部28將這些V[i]與淡水箱上限水量Vmax以及淡水箱下限水量Vmin進行比較，并且關(guān)于鹽濃度與作為殘留鹽濃度允許值46的TDSmax進行比較，在即使一個超出該范圍的情況下，返回上述順序(b)使用別的隨機數(shù)再次計算V[i]以及C[i]。當(dāng)24個全部在淡水箱上限水量Vmax以及淡水箱下限水量Vmin的范圍內(nèi)，并且關(guān)于鹽濃度在殘留鹽濃度允許值46TDSmax的范圍內(nèi)時進入下一階段,計算每個小時的動力費。
[0198]可以通過上述的式6至式15求出反滲透膜60的動力費。把對24小時的動力費PowerCost [元/h]進行累計后的值設(shè)為CostSum[元]。運轉(zhuǎn)計劃運算部28在初次計算中保存該CostSum的值，在第二次以后返回上述順序(b)。運轉(zhuǎn)計劃運算部28每次計算CostSum[元],如果是比上次的CostSum小的值則以小的值置換CostSum的值,存儲此時的Ql [i]。本次的例子是蒙特卡洛法，所以將該計算重復(fù)多次。結(jié)果，與局部最小點的有無無關(guān)，可以慢慢求出動力費小的運轉(zhuǎn)條件?？梢栽谶_到預(yù)先設(shè)定的重復(fù)次數(shù)的時刻停止該重復(fù)計算，或者可以在CostSum的置換頻度或CostSum的變化幅度變小的時刻停止該重復(fù)計笪
ο
[0199]運轉(zhuǎn)計劃運算部28把如此求出的制水計劃26的信息發(fā)送給制水計劃顯示部30。制水計劃顯示部30通過顯示接收到的制水計劃26來向操作員傳達該制水計劃。支援運轉(zhuǎn)計劃作業(yè)。通過按照該制水計劃26進行運轉(zhuǎn)，水淡化設(shè)備6能夠在遵守其后級的淡水箱4的淡水箱上限水量18以及淡水箱下限水量20、殘留鹽濃度允許值46的條件的基礎(chǔ)上實現(xiàn)使動力費最小化的運轉(zhuǎn)。
[0200]根據(jù)本實施例，不需要高效泵或大型泵等高額的硬件投資，通過軟件的應(yīng)對便可以降低動力費，能夠供給更便宜的淡水。并且，因為能夠降低動力自身，所以不僅是費用還能夠降低溫室氣體排出量。
[0201](實施例5)
[0202]圖10表示本發(fā)明實施例5的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I是擬定圖2所示的水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)計劃的裝置。關(guān)于本實施例，省略與圖1相同的結(jié)構(gòu)的說明，以下對不同的結(jié)構(gòu)進行詳細的說明。
[0203]本實施例的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)I具備鹽濃度時間變化預(yù)測部8、水溫時間變化預(yù)測部10、第一存儲部U、水位計9、第二存儲部15、淡水消費量實際成績值取得部48、淡水追加需要量計算部54、運轉(zhuǎn)計劃運算部28以及制水計劃顯示部30。存儲部11存儲分時電費單價16、淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20。存儲部15存儲淡水需要量24的信息。在本實施例中具備兩個存儲部(第一存儲部11和第二存儲部15)，但是也可以是具有一個存儲部(例如存儲部11)的結(jié)構(gòu)。在具有一個存儲部的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的情況下，存儲部11存儲分時電費單價16、淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20、以及淡水需要量24的信息。此時，淡水追加需要量計算部54從存儲部11取得淡水需要量24的信息。
[0204]運轉(zhuǎn)計劃運算部28從鹽濃度時間變化預(yù)測部8取得原水的鹽濃度預(yù)測值12的信息，從水溫時間變化預(yù)測部10取得原水的水溫預(yù)測值14的信息。此外，運轉(zhuǎn)計劃運算部28從存儲部11取得分時電費單價16、淡水箱上限水量18、淡水箱下限水量20的信息。水位計9實時地測量在水淡化設(shè)備6的淡水箱4中貯存的淡水的水量，把測量到的淡水量的信息發(fā)送給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。運轉(zhuǎn)計劃運算部28從水位計9實時地取得在淡水箱4中貯存的淡水的水量的信息。淡水追加需要量計算部54根據(jù)淡水消費量實際成績值50和淡水需要量24計算淡水追加需要量52。淡水消費量實際成績值50通過淡水消費量實際成績值取得部48來測定。運轉(zhuǎn)計劃運算部28從淡水追加需要量計算部54取得淡水追加需要量52。
[0205]水淡化設(shè)備6的運轉(zhuǎn)計劃或制水計劃26例如有時在每天一大早擬定今后24小時的計劃。在該時刻，預(yù)測今后24小時的淡水需要量24來開始運轉(zhuǎn)，但是現(xiàn)實的淡水需要量24未必與預(yù)測值一致。結(jié)果，一大早擬定的運轉(zhuǎn)計劃雖然在該時刻為最佳，但是有可能在經(jīng)過24小時之前成為不是最佳的計劃。例如，在沒有決定淡水需要量24的總量的情況下，隨著天氣和氣溫的變化，有時一大早預(yù)想的淡水需要量24與現(xiàn)實的淡水消費量實際成績值50偏離。此時，淡水追加需要量計算部54根據(jù)該淡水消費量實際成績值50，對于當(dāng)初設(shè)想的淡水需要量24計算今后需要的淡水追加需要量52，然后將其提供給運轉(zhuǎn)計劃運算部28，由此運轉(zhuǎn)計劃運算部28能夠擬定更符合現(xiàn)實的制水計劃26。
[0206]作為淡水追加需要量52的一個計算方法，具有如下的方法:計算淡水需要量24和淡水消費量實際成績值50的比率，把該比率與今后的淡水需要量24相乘后的值作為淡水追加需要量52提供給運轉(zhuǎn)計劃運算部28。
[0207]另一方面，在作為淡水需要量24決定了 24小時的總量時，通過運轉(zhuǎn)計劃運算部28執(zhí)行在剩余的時間恰當(dāng)?shù)胤峙鋸脑摽偭恐袦p去了淡水消費量實際成績值50后的淡水需要量24的計算，由此能夠擬定更加恰當(dāng)?shù)闹扑媱?6，通過制水計劃顯示部30得到該信息的操作員也能夠執(zhí)行與需要側(cè)的狀況變化相對應(yīng)的恰當(dāng)?shù)倪\轉(zhuǎn)。
[0208]根據(jù)本實施例，不需要高效泵或大型泵等高額的硬件投資，通過軟件的應(yīng)對便可以降低動力費，能夠供給更便宜的淡水。并且，因為能夠降低動力自身，所以不僅是費用還能夠降低溫室氣體排出量。
【權(quán)利要求】
1.一種運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)，其是具有淡水箱的水淡化設(shè)備的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)，所述淡水箱具有存儲從原水制成的淡水的緩沖功能，該運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)的特征在于，具備: 鹽濃度時間變化預(yù)測部，其求出所述原水的鹽濃度預(yù)測值； 水溫時間變化預(yù)測部，其求出所述原水的水溫預(yù)測值； 運轉(zhuǎn)計劃運算部，其根據(jù)所述鹽濃度預(yù)測值、所述水溫預(yù)測值、設(shè)置所述水淡化裝置的地域的分時電費單價、作為在所述淡水箱中注水的水量的上限值的淡水箱上限水量、作為在所述淡水箱中注水的水量的下限值的淡水箱下限水量、作為在所述淡水箱中注水的淡水量的淡水箱內(nèi)淡水量以及淡水需要量，求出所述水淡化設(shè)備的動力費來計算制水計劃；以及 制水計劃顯示部，其顯示計算出的所述制水計劃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)，其特征在于， 具備淡水需要量預(yù)測部，其根據(jù)天氣的預(yù)測數(shù)據(jù)以及氣溫的預(yù)測數(shù)據(jù)求出所述淡水需要量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)，其特征在于， 所述運轉(zhuǎn)計劃運算部根據(jù)所述鹽濃度預(yù)測值、所述水溫預(yù)測值、所述分時電費單價、所述淡水箱內(nèi)淡水量、所述淡水需要量以及除此之外的與所述淡水箱的下游側(cè)連接的配水池的配水池上限水量、所述配水池的配水池下限水量、以及表示配水池中的淡水量的配水池淡水量，求出所述水淡化設(shè)備的動力費，來計算制水計劃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項所述的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)，其特征在于， 所述運轉(zhuǎn)計劃運算部根據(jù)所述鹽濃度預(yù)測值、所述水溫預(yù)測值、所述分時電費單價、所述淡水箱內(nèi)淡水量、所述淡水需要量、所述淡水箱上限水量、所述淡水箱下限水量以及除此之外的淡水中的殘留鹽濃度允許值、淡水箱內(nèi)鹽濃度，求出所述水淡化設(shè)備的動力費，來計算制水計劃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項所述的運轉(zhuǎn)計劃支援系統(tǒng)，其特征在于， 具備:淡水消費量實際成績值取得部，其取得淡水消費量的實際成績值； 淡水追加需要量計算部，其從所述淡水需要量的值中減去淡水消費量實際成績值，來計算需要追加進行水淡化的淡水追加需要量； 運轉(zhuǎn)計劃運算部，其根據(jù)所述鹽濃度預(yù)測值、所述水溫預(yù)測值、所述分時電費單價、所述淡水箱上限水量、所述淡水箱下限水量、所述淡水箱內(nèi)淡水量以及所述淡水追加需要量，求出動力費，來實時計算制水計劃；以及 制水計劃顯示部，其顯示計算出的制水計劃。
【文檔編號】C02F1/44GK103714410SQ201310347151
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】陰山晃治, 田所秀之, 荒戶利昭, 白石朋史, 隅倉岬 申請人:株式會社日立制作所