【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電機による海水淡水化装置の運転装置および海水淡水化方法に関し、特に海水淡水化装置を有効に運転するための制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】逆浸透膜方式による海水淡水化装置は、
その消費電力量が大きいことと、連続運転時間が長いことのために一般の商業用電力を駆動源として運転されて来た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】離島等のように電力および真水が不足している場所で風車による発電および海水淡水化装置による真水の製造が検討され、一部実施されている。 そのため、風車によって得られた電力を駆動源として海水淡水化を行う必要とされる。

【０００４】海水淡水化装置は、造水時間が長いという特徴がある。 従って海水淡水化装置の消費電力を長時間補償するシステムが必要である。 一方風力発電機は、その発電量が風速によって変化しやすいと言う特徴をもっている。

【０００５】本発明は、このような特徴をもっている装置を組み合わせて安定した造水作業・設備稼働率・価格を考慮した最適システムおよび方法を提供すること目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】逆浸透膜式の海水淡水化装置２の最低連続運転可能な設備容量の決定方法としては、駆動源である風力発電機１の駆動開始風速が風車設備場所の年間風速発生分布にて出現確立が１０％以上であり、年間発生時間が１０００Ｈｒ／年を越える風速に該当する発電機出力と同一とするのが設備の稼働率が最大になり、設備コストからも最適である。

【０００７】風車１台当たりの逆浸透膜式海水淡水化装置２の最適な設置台数の決定方法としては、駆動源である風力発電機１の年間風速発生分布にて出現確立が１０
％以上にて年間発生時間が１０００Ｈｒ／年を越える風速に該当する発電機出力の範囲内に相当する設備台数の稼働率が最大になり、設備コストからも最適である。

【０００８】最適な蓄電池容量の決定方法としては、風力発電機１の駆動開始風速までの風速が風車設置場所の年間風速発生分布から年間発生時間を累積し、その１０
％以上に該当する時間と海水淡水化装置２の最低連続運転可能な設備容量をかけ算した数値を蓄電池の設備容量とするのが最適である。

【０００９】本発明は、風力発電機の出力に対して海水淡水化装置の運転台数を定め、蓄電池の使用および制御運転を行い、加えて海水加熱装置への海水を余剰電力で加熱するようにしたことを特徴とする。

【００１０】本発明は具体的には次に掲げる装置および方法を提供する。

【００１１】本発明は、風車によって発電する風力発電機と、該風力発電機によって運転される複数台の逆浸透膜方式による海水淡水化装置と、風速計および風車設置場所周辺の地形情報などを使用して風速を予測するプログラム機能を保有し、予測した風速を基にして風力発電機の出力を演算し、かつ風力発電機の出力に対して予め定められた海水淡水化装置の運転台数を決定する制御装置とからなり、該制御装置からの運転台数に基づいて海水淡水化装置を運転する風力発電機による海水淡水化装置の運転装置を提供する。

【００１２】本発明は、風車によって発電する風力発電機と、該風力発電機によって運転される複数台の逆浸透膜方式による海水淡水化装置と、該風力発電機によって蓄電される蓄電池と、風力計および風車設置場所周辺の地形情報などを使用して風速を予測するプログラム機能を保有し、予測した風速を基にして風力発電機の出力を演算し、風力発電機の出力に対して全台数の海水淡水化装置を運転可能と判断し、かつ前記蓄電池を運転制御する制御装置とからなり、該制御装置からの指示に基づいて海水淡水化装置並びに蓄電池とを運転する風力発電機による海水淡水化装置の運転装置を提供する。

【００１３】本発明は、風力によって発電する風力発電機と、該風力発電機によって運転される複数台の逆浸透膜方式による海水淡水化装置と、該風力発電機によって蓄電される蓄電池と、前記海水淡水化装置に供給される海水を加熱する海水加熱装置と、風力計および風車設置場所周辺の地形情報などを使用して風速を予測するプログラム機能を保有し、予測した風速を基にして風力発電機の出力を演算し、風力発電機の出力に対して全台数の海水淡水化装置を運転可能と判断し、前記蓄電池を運転制御し、かつ余剰電力で海水加熱装置への海水を加熱可能と判断する制御装置とからなり、該制御装置からの指示に基づいて海水淡水化装置，蓄電池並びに海水加熱装置とを運転する風力発電機による海水淡水化装置の運転装置を提供する。

【００１４】本発明は、更に風車の風速計データおよび周辺のアメダスによる風速データをも使用して風速を予測する風力発電機による海水淡水化装置の運転装置を提供する。

【００１５】本発明は、更に周辺のアメダスによる風速データを風車の高さと同じ高さにおける風速データに変換するための回路を設ける風力発電機による海水淡水化装置の運転装置を提供する。

【００１６】本発明は、更に周辺のアメダスによる風速データによって今後の風速発生予想を行い、蓄電池の充放電動作を指令する回路を設ける風力発電機による海水淡水化装置の運転装置を提供する。

【００１７】本発明は、風車によって発電し、発電した電力を使用して逆浸透膜方式による海水淡水化を行う方法において、駆動源である風力発電機の年間風速分布にて出現確立が１０％以上にて年間発生時間が１０００Ｈ
ｒ／年を越える風速に該当する発電機出力の範囲内に相当する海水淡水化装置の設備台数によって海水淡水化を行う風力発電機による海水淡化方法を提供する。

【００１８】本発明は、更に蓄電池容量を風力発電機の駆動開始風速までの風速が風車設置場所の年間風速発生分布から年間発生時間を累積し、年間風速発生分布から定める％、例えばその１０％に該当する時間と海水淡水化装置の最低連続可能な設備容量をかけ算した値として、発電した電力を蓄電するようにした風力発電機による海水淡水化方法を提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施例を図面に基づいて説明する。

【００２０】図１は本発明の一実施例を示す全体図である。

【００２１】まず、装置構成の概要について説明する。
複数台の風力発電機１の発電出力は複数台の逆浸透膜方式の海水淡水化装置２の駆動用電源として利用されている。

【００２２】風力発電機１の発電機出力端子には、海水淡水化装置１台を数日間連続運転できる容量の蓄電池３
及び風力発電にて発生した余剰電力を蓄電したり風が無くて風力発電機１が海水淡水化装置２の必要電力が発生しない時に不足電力を蓄電池３を放電するための蓄電池充放電装置４が接続されている。

【００２３】海水淡水化装置２の海水取り込み口には取水した海水温度を上昇させるための加熱装置５が設置されている。

【００２４】風力発電を駆動源とした海水淡水化装置の海水淡水化制御装置６には、風力発電機１の設置場所周辺の東西南北の位置に設置されている複数のアメダス７
の風速データと風力発電機１の発電出力値が海水淡水化制御装置６に入力されている。

【００２５】海水淡水化制御装置６からの出力信号は、
海水淡水化装置２に運転台数指令・蓄電池３の充放電運転指令及び海水の加熱装置５の運転指令が出力されている。

【００２６】周辺のアメダス７からの周辺風速状況データと風速の発生電力量を見て海水淡水化制御装置６にて演算処理して、今後長時間発生するであろう風速を予測して海水淡水化装置２の運転可能台数を決定し、運転指令を出力する。 風速は、逐次変化があるので、必要電力量を越えた場合は、海水淡水化制御装置６から充放電装置４にて蓄電池３への充電指令ができる。

【００２７】蓄電池３の充電容量を越える電力量が風車にて発生すると海水淡水化制御装置６は、海水淡水化装置２の海水取り込み口に設置されている海水加熱装置５
を動作させて海水淡水化装置２の取り込み海水温度を上昇させることにより、海水淡水化装置２の効率をあげる効果がある。

【００２８】風速が海水淡水化装置２の連続運転必要発電量以下になると、発電量を監視している海水淡水化制御装置６が蓄電池充放電装置４に放電開始の指令を発生するので、海水淡水化装置２は、連続運転が可能となっている。

【００２９】次に、海水淡水化装置運転台数指令，蓄電池充放電指令および海水加熱装置運転指令について説明する。

【００３０】図２は、風車設置場所での風速と発生率との関係を表わすグラフであり、図３は、風速と発生時間との関係を表わすグラフであり、図４は、風車の風速と発電機出力との関係を表わすグラフである。 図５は、風速と海水淡水化装置の使用設備電力の関係を表わすグラフであり、図６は、風速と使用電力量との関係を表わすグラフであり、そして図７は、風速と海水淡水化装置の造水量との関係を表わすグラフである。 以下にこれらのグラフを利用して前述した指令について説明する。

【００３１】逆浸透膜式の海水淡水化装置２の最低連続運転可能な設備容量の決定方法としては、駆動源である風力発電機１の駆動開始風速が風車設置場所の年間風速発生分布にて出現確立が１０％以上であり、年間発生時間が１０００Ｈｒ／年を越える風速に該当する発電機出力と同一とするのが設備の稼働率が最大になり、設備コストからも最適である。

【００３２】図２および図３において、出現確立を示す発生率が１０％以上になる風速は、例えば４.５ から８
ｍ／ｓと想定され、年間発生時間が１０００Ｈｒ／年を越える風速は、例えば５から７.５ｍ／ｓ と想定され、
両者を満足する域は５から７.５ｍ／ｓ と設定される。
この風速範囲を採用することによって発電機出力と同一とする海水淡水化装置２の最低連続運転台数が決められる。

【００３３】風車１台当たりの逆浸透膜式海水淡水化装置２の最適な設置台数の決定方法としては、駆動源である風力発電機１の年間風速発生分布にて出現確立が１０
％以上にて年間発生時間が１０００Ｈｒ／年を越える風速に該当する発電機出力の範囲内に相当する設備台数の稼働率が最大になり、設備コストからも最適である。

【００３４】図４は、風速と風車１台当りの発電機出力の関係を表した図である。

【００３５】図５は、風速と使用設備電力の関係を表した図である。

【００３６】要求海水処理量２００ｍ ^３を１日当りの処理能力が異なる３種類（１０・５０・１００ｍ ^３ ／da
y）の海水淡水化装置を複数台組み合わせて運用するための必要電力は、一番小型処理能力淡水化装置１台運転では、３５ＫＷｈであり、組合せにて最大設備容量は、
１３７ｋｗｈである。

【００３７】従って本電力を図５に示すパターンに従って制御装置にて記憶させることにより、風速による海水淡水化装置の運転台数制御が可能となり、単機設備容量以下の場合での電力補償（蓄電池・系統電力供給）関係の制御が可能となる。

【００３８】図４に示す７.５ｍ／ｓ の風速に該当する発電機出力が定められ、この範囲内に相当する設備台数が決められる。

【００３９】図７は、風速と造水量の関係を表した図である。

【００４０】本図にて一番面積の大きい線が造水能力が最適の組合せの海水淡水化装置であることが判明する。
図５において、Total 設備容量および単機設備容量が決められ、両者の範囲内において海水淡水化装置の造水容量により設備台数が決められる。 例えば、１０ｍ ^３ ／da
yの場合は５台、５０ｍ ^３ ／dayの場合は４台、そして１
００ｍ ^３ ／dayの場合は２台となる。 従って、１０ｍ ^３
／day５台使用するとTotal 設備容量にほぼ匹敵する電力が使用され得る。

【００４１】図６は、図７の造水量グラフに対応した風速と使用電力量の関係を示した図である。

【００４２】従って本図にて造水能力が高くて、使用電力量の少ない海水淡水化装置の組合せが判明する。

【００４３】図６は、１０ｍ ^３ ／day５台，５０ｍ ^３ ／d
ay４台および１００ｍ ^３ ／day２台を使用した場合の使用電力量を示す。 同様に、図７は、１０ｍ ^３ ／day５
台，５０ｍ ^３ ／day ４台および１００ｍ ^３ ／day２台を使用した場合の造水量を示す。 図に斜線領域で示すように５０ｍ ^３ ／day４台を使用すると最も多い造水量が期待できる。

【００４４】最適な蓄電池容量の決定方法としては、風力発電機１の駆動開始風速までの風速が風車設置場所の年間風速発生分布から年間発生時間を累積し、その年間風速発生分布から定める％、例えばその１０％に該当する時間と海水淡水化装置２の最低連続運転可能な設備容量をかけ算した数値を蓄電池の設備容量とするのが最適である。

【００４５】制御装置の内部回路構成について、図８に基づいて説明する。 風力発電機の周辺部数十Ｋｍのアメダスデータ及び数百Ｋｍのアメダスデータを自動収録する回路にて各データを整理し格納する（Ｓ１０）。 本整理されたデータは、アメダスデータ高さ補正回路ではアメダスにて計測された風速データを風車のハブ高さに換算処理し（Ｓ１１）、この回路内部の判定回路にて今後吹くであろう風速の予想と時間を算出する(Ｓ１２)。 次にこの結果、風車運転出力処理回路（Ｓ１４）および蓄電池残量計測回路(Ｓ１５)からの算出値が、海水淡水化装置運転台数決定回路(Ｓ１３)に送られ運転台数を決定し、海水淡水化装置に運転指令(Ｓ１６)をだす。

【００４６】該予想を実施しても風速は、時に急増・減したりするので、常に時事刻々のアメダスデータ及び発電機の出力を監視して急増があった場合は、運転中の海水淡水化装置の必要電力量を越える電力量を蓄電池の充電に振り分ける様に判断指令を出力する（Ｓ１８）。 発生電力量が蓄電池への充電量を上回る場合は、海水加熱装置の加熱開始の指令を出力する（Ｓ１９）。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、設備稼働率を向上させ、安定した造水作業を可能とすることができる。

【００４８】更に本発明によれば、時事刻々のアメダスデータに基づいて運転中の海水淡水化装置の必要電力量を越する電力量を蓄電池の充電に振り分けることができる。 更に、発生電力量が蓄電池への充電量を上回る場合は、海水加熱装置の海水加熱を行うことができるので効率的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成概略図。

【図２】風速と発生率との分布関係図。

【図３】風速と発生時間との分布関係図。

【図４】風速と発電機出力との関係図。

【図５】風速と使用設備電力との関係図。

【図６】風速と使用電力量との関係図。

【図７】風速と造水量との関係図。

【図８】フローチャート図。

【符号の説明】

１…風力発電機、２…海水淡水化装置、３…蓄電池、４
…蓄電池充放電装置、５…海水加熱装置、６…海水淡水化制御装置、７…アメダス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁷識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｆ (72)発明者 菱田 康男 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 黒澤 知幸 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内 Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA11 AA26 AA31 BB01 CC52 CC61 CC80 4D006 GA03 HA95 JA68Z JA71 KA15 KA61 KA67 KB30 KE17P KE18P KE25Q MB02 PA01 PB03 PC80 5H590 CA14 CA21 CA28 CE02 CE05 EA07 EA14 GA06 HA11