特開 2022-185352 発電量予測装置及び発電量予測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185352

(43)【公開日】2022-12-14

(54)【発明の名称】発電量予測装置及び発電量予測方法

(51)【国際特許分類】

   G06Q 50/06 20120101AFI20221207BHJP

   G06Q 10/04 20120101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

G06Q50/06

G06Q10/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092975

(22)【出願日】2021-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】513213966

【氏名又は名称】横河ソリューションサービス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000033

【氏名又は名称】旭化成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100181124

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 壮男

(72)【発明者】

【氏名】阿部 康一

(72)【発明者】

【氏名】石川 保郎

(72)【発明者】

【氏名】成重 徹

(72)【発明者】

【氏名】甲斐 康則

(72)【発明者】

【氏名】矢野 純

(72)【発明者】

【氏名】上杉 純孝

【テーマコード（参考）】

5L049

【Ｆターム（参考）】

5L049AA04

5L049CC06

(57)【要約】

【課題】自流式の水力発電所設備における発電量を高い精度で予測することが可能な発電量予測装置及び発電量予測方法を提供する。
【解決手段】発電量予測装置は、取水口から取り込まれる水路の水によって発電を行う自流式の水力発電所設備における発電量を予測する発電量予測装置であって、発電量の予測を行う第１時点から予め規定された期間だけ遡った第２時点までの水路の流域における降雨量を用いて、取水口における第１時点の増水量を求める増水量算出部と、増水量を用いて、第１時点において取水口から取り込まれる水の量である取水量を求める取水量算出部と、取水量から、第１時点における発電量を求める発電量算出部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

取水口から取り込まれる水路の水によって発電を行う自流式の水力発電所設備における発電量を予測する発電量予測装置であって、
発電量の予測を行う第１時点から予め規定された期間だけ遡った第２時点までの前記水路の流域における降雨量を用いて、前記取水口における前記第１時点の増水量を求める増水量算出部と、
前記増水量を用いて、前記第１時点において前記取水口から取り込まれる水の量である取水量を求める取水量算出部と、
前記取水量から、前記第１時点における発電量を求める発電量算出部と、
を備える発電量予測装置。

【請求項2】

前記増水量算出部は、前記第１時点から前記第２時点までの間の各時点における降水量を各時点から前記第１時点までの長さに応じて指数関数的に減衰させた値を積算することにより前記増水量を求める請求項１記載の発電量予測装置。

【請求項3】

前記取水口は、前記水路に設けられた堰によって堰き止められた水を取り込み可能な位置に設けられており、
前記取水量算出部は、降雨が無い場合における前記水路の水量である基底水量と前記増水量とを加えて得られる水量から、前記堰から溢れる水量を減じて得られる水量を前記取水量として求める、請求項１又は請求項２記載の発電量予測装置。

【請求項4】

前記基底水量は、水量が時間とともに指数関数的に減少する関数で表され、
前記取水量算出部は、前記水力発電所設備における発電量が予め規定された最大発電量になる度に前記基底水量を初期値に設定する、
請求項３記載の発電量予測装置。

【請求項5】

前記第１時点が到来して実際の発電量が得られた場合に、予測された発電量と実際に得られた発電量との誤差を求め、発電量の予測を行うべく新たに設定された第１時点で予測される電力量を、前記誤差を用いて補正する発電量補正部を備える、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の発電量予測装置。

【請求項6】

前記水路の流域における降雨量と、前記水力発電所設備における発電量とを取得する取得部を備える請求項１から請求項５の何れか一項に記載の発電量予測装置。

【請求項7】

前記第１時点において予測される発電量を出力する出力部を備える、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の発電量予測装置。

【請求項8】

取水口から取り込まれる水路の水によって発電を行う自流式の水力発電所設備における発電量を予測する発電量予測方法であって、
発電量の予測を行う第１時点から予め規定された期間だけ遡った第２時点までの前記水路の流域における降雨量を用いて、前記取水口における前記第１時点の増水量を求める増水量算出ステップと、
前記増水量を用いて、前記第１時点において前記取水口から取り込まれる水の量である取水量を求める取水量算出ステップと、
前記取水量から、前記第１時点における発電量を求める発電量算出ステップと、
を有する発電量予測方法。

【請求項9】

前記増水量算出ステップは、前記第１時点から前記第２時点までの間の各時点における降水量を各時点から前記第１時点までの長さに応じて指数関数的に減衰させた値を積算することにより前記増水量を求めるステップである請求項８記載の発電量予測方法。

【請求項10】

前記取水口は、前記水路に設けられた堰によって堰き止められた水を取り込み可能な位置に設けられており、
前記取水量算出ステップは、降雨が無い場合における前記水路の水量である基底水量と前記増水量とを加えて得られる水量から、前記堰から溢れる水量を減じて得られる水量を前記取水量として求めるステップである、請求項８又は請求項９記載の発電量予測方法。

【請求項11】

前記基底水量は、水量が時間とともに指数関数的に減少する関数で表され、
前記取水量算出ステップは、前記水力発電所設備における発電量が予め規定された最大発電量になる度に前記基底水量を初期値に設定するステップである、
請求項１０記載の発電量予測方法。

【請求項12】

前記第１時点が到来して実際の発電量が得られた場合に、予測された発電量と実際に得られた発電量との誤差を求め、発電量の予測を行うべく新たに設定された第１時点で予測される電力量を、前記誤差を用いて補正する発電量補正ステップを有する、請求項８から請求項１１の何れか一項に記載の発電量予測方法。

【請求項13】

前記水路の流域における降雨量と、前記水力発電所設備における発電量とを取得する取得ステップを有する請求項８から請求項１２の何れか一項に記載の発電量予測方法。

【請求項14】

前記第１時点において予測される発電量を出力する出力ステップを有する、請求項８から請求項１３の何れか一項に記載の発電量予測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電量予測装置及び発電量予測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地域におけるエネルギーの「見える化」を実現するために、ＣＥＭＳ（Community Energy Management System）と呼ばれるシステムの導入が行われている。このＣＥＭＳは、地域に点在する発電設備（例えば、太陽光発電所や水力発電所）からの電力供給量と、地域における電力需要量とを管理するシステムである。このようなＣＥＭＳでは、地域全体における電力供給量と電力需要量とを精確に予測することが極めて重要になる。

【0003】

以下の非特許文献１，２には、自流式（流れ込み式）の水力発電所における発電量（出力）を予測する方法が開示されている。具体的に、以下の非特許文献１，２に開示された方法では、カルマンフィルタタンクモデルを用いることで、四季を通じて安定して電力量を予測することを可能としている。尚、自流式の水力発電所とは、貯水機能が設けられておらず、河川の水がそのまま発電所に引き込まれることによって発電が行われる発電所である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】大藤建太，他３名，「カルマンフィルタタンクモデルによる自流式水力出力予測」，IEEJ Trans. PE，Vol.128，No 9，2008，pp.1091-1098

【非特許文献2】大藤建太，「雨量に応じた翌日の自流式水力発電の出力予測」，オペレーションズ・リサーチ，10月号，2013年，Vol.58，No10，pp.581-586

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述した自流式の水力発電所では、河川の水がそのまま発電所に引き込まれるため、河川の状況（豊水又は渇水）の影響を直接受ける。例えば、降雨等によって河川の水が多い場合（豊水の場合）には発電量が多くなり、日照り等によって河川の水が少ない場合（渇水の場合）には発電量が少なくなる。このように、自流式の水力発電所における発電量は気象条件よって大きく左右されることから、発電量を精確に予測するのは困難であるという問題がある。

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、自流式の水力発電所設備における発電量を高い精度で予測することが可能な発電量予測装置及び発電量予測方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の一態様による発電量予測装置は、取水口（ＷＩ）から取り込まれる水路（ＲＶ）の水によって発電を行う自流式の水力発電所設備（ＰＬ）における発電量を予測する発電量予測装置（１）であって、発電量の予測を行う第１時点（ｔ３０）から予め規定された期間（Ｔ）だけ遡った第２時点（ｔ１０）までの前記水路の流域における降雨量（Ｘｎ）を用いて、前記取水口における前記第１時点の増水量（Ｑ１）を求める増水量算出部（２１）と、前記増水量を用いて、前記第１時点において前記取水口から取り込まれる水の量である取水量（Ｑ）を求める取水量算出部（２２）と、前記取水量から、前記第１時点における発電量（Ｐ）を求める発電量算出部（２３）と、を備える。

【0008】

また、本発明の一態様による発電量予測装置は、前記増水量算出部が、前記第１時点から前記第２時点までの間の各時点における降水量を各時点から前記第１時点までの長さに応じて指数関数的に減衰させた値を積算することにより前記増水量を求める。

【0009】

また、本発明の一態様による発電量予測装置は、前記取水口が、前記水路に設けられた堰（ＤＭ）によって堰き止められた水を取り込み可能な位置に設けられており、前記取水量算出部は、降雨が無い場合における前記水路の水量である基底水量（Ｑ２）と前記増水量とを加えて得られる水量から、前記堰から溢れる水量を減じて得られる水量（Ｑ４）を前記取水量として求める。

【0010】

また、本発明の一態様による発電量予測装置は、前記基底水量が、水量が時間とともに指数関数的に減少する関数で表され、前記取水量算出部が、前記水力発電所設備における発電量が予め規定された最大発電量になる度に前記基底水量を初期値に設定する。

【0011】

また、本発明の一態様による発電量予測装置は、前記第１時点が到来して実際の発電量（Ｐｒ）が得られた場合に、予測された発電量（Ｐ）と実際に得られた発電量との誤差（Δ）を求め、発電量の予測を行うべく新たに設定された第１時点で予測される電力量を、前記誤差を用いて補正する発電量補正部（２４）を備える。

【0012】

また、本発明の一態様による発電量予測装置は、前記水路の流域における降雨量と、前記水力発電所設備における発電量とを取得する取得部（１５）を備える。

【0013】

また、本発明の一態様による発電量予測装置は、前記第１時点において予測される発電量を出力する出力部（１２）を備える。

【0014】

本発明の一態様による発電量予測方法は、取水口（ＷＩ）から取り込まれる水路（ＲＶ）の水によって発電を行う自流式の水力発電所設備（ＰＬ）における発電量を予測する発電量予測方法であって、発電量の予測を行う第１時点（ｔ３０）から予め規定された期間（Ｔ）だけ遡った第２時点（ｔ１０）までの前記水路の流域における降雨量（Ｘｎ）を用いて、前記取水口における前記第１時点の増水量（Ｑ１）を求める増水量算出ステップ（Ｓ１１）と、前記増水量を用いて、前記第１時点において前記取水口から取り込まれる水の量である取水量（Ｑ）を求める取水量算出ステップ（Ｓ１２）と、前記取水量から、前記第１時点における発電量（Ｐ）を求める発電量算出ステップ（Ｓ１３）と、を有する。

【0015】

また、本発明の一態様による発電量予測方法は、前記増水量算出ステップが、前記第１時点から前記第２時点までの間の各時点における降水量を各時点から前記第１時点までの長さに応じて指数関数的に減衰させた値を積算することにより前記増水量を求めるステップである。

【0016】

また、本発明の一態様による発電量予測方法は、前記取水口が、前記水路に設けられた堰（ＤＭ）によって堰き止められた水を取り込み可能な位置に設けられており、前記取水量算出ステップは、降雨が無い場合における前記水路の水量である基底水量（Ｑ２）と前記増水量とを加えて得られる水量から、前記堰から溢れる水量を減じて得られる水量（Ｑ４）を前記取水量として求めるステップである。

【0017】

また、本発明の一態様による発電量予測方法は、前記基底水量が、水量が時間とともに指数関数的に減少する関数で表され、前記取水量算出ステップが、前記水力発電所設備における発電量が予め規定された最大発電量になる度に前記基底水量を初期値に設定するステップである。

【0018】

また、本発明の一態様による発電量予測方法は、前記第１時点が到来して実際の発電量（Ｐｒ）が得られた場合に、予測された発電量（Ｐ）と実際に得られた発電量との誤差（Δ）を求め、発電量の予測を行うべく新たに設定された第１時点で予測される電力量を、前記誤差を用いて補正する発電量補正ステップ（Ｓ１４）を有する。

【0019】

また、本発明の一態様による発電量予測方法は、前記水路の流域における降雨量と、前記水力発電所設備における発電量とを取得する取得ステップを有する。

【0020】

また、本発明の一態様による発電量予測方法は、前記第１時点において予測される発電量を出力する出力ステップ（Ｓ１５）を有する。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、自流式の水力発電所設備における発電量を高い精度で予測することが可能であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】自流式の水力発電所設備の概要を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態による発電量予測装置の要部構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態による発電量予測方法の一例を示すフローチャートである。

【図4】本発明の一実施形態において、増水量算出部で行われる処理を説明するための図である。

【図5】本発明の一実施形態において、増水量算出部で求められる増水量の一例を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態において得られた予測値の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による発電量予測装置及び発電量予測方法について詳細に説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。

【0024】

〔概要〕
本発明の実施形態は、自流式の水力発電所設備における発電量を高い精度で予測することを可能とするものである。ここで、自流式の水力発電（流れ込み式と呼ばれることもある）とは、河川や農業用灌漑、工業用水道、上下水道等の用水路の流れをそのまま引き込んで利用し発電する方法を意味する。つまり、自流式の水力発電は、小水力発電又は小規模水力発電とも呼ばれるマイクロ水力発電を含むものである。本発明の実施形態は、例えば、降雨等によって水路（河川や用水路）の水が多い場合（豊水の場合）であっても、日照り等によって水路の水が少ない場合（渇水の場合）であっても発電量を高い精度で予測することを可能とするものである。

【0025】

現在、オンラインの気象予報は、１時間毎の降雨量を７２時間程度の将来まで予測可能となっている。過去の降雨量（降雨実績）及び過去の発電量（発電実績）に加え、降雨予報の情報を加味すれば、比較的簡単に翌々日までの発電量を高い精度で予測することができると考えられる。

【0026】

本発明の実施形態では、まず、発電量の予測を行う第１時点から予め規定された期間だけ遡った第２時点までの水路の流域における降雨量を用いて、取水口における第１時点の増水量を求める。次に、増水量を用いて、第１時点において取水口から取り込まれる水の量である取水量を求める。そして、取水量から、第１時点における発電量を求める。これにより、自流式の水力発電所設備における発電量を高い精度で予測することが可能である。

【0027】

〔詳細〕
〈水力発電所設備概要〉
図１は、自流式の水力発電所設備の概要を示す図である。図１に示す通り、自流式の水力発電所設備ＰＬは、水槽Ａ１、水圧管Ｐ１、及び発電機Ａ２を備える。水槽Ａ１は、河川ＲＶ（水路）に設けられた堰ＤＭによって堰き止められた水を取り込み可能な位置に設けられた取水口ＷＩから取り込まれた水を一時的に蓄える。水圧管Ｐ１は、水槽Ａ１に一時的に蓄えられた水を発電機Ａ２に導く。発電機Ａ２は、水槽Ａ１から水圧管Ｐ１を介して供給される水によって発電する。尚、取水口ＷＩから取り込まれた水は導水路Ｐ０によって水槽Ａ１に導かれ、水槽Ａ１に一時的に蓄えられた水は水圧管Ｐ１によって発電機Ａ２に導かれ、発電機Ａ２を介した水は放水路に放水される。

【0028】

図１に示す通り、水槽Ａ１と発電機Ａ２との間の有効落差はＨ［ｍ］であり、水槽Ａ１から水圧管Ｐ１を介して発電機Ａ２に流れ込む水量はＱ［ｍ³／ｓ］であるとする。尚、有効落差Ｈは、水槽Ａ１と発電機Ａ２との実際の高低差から、損失落差（例えば、水圧管Ｐ１の損失落差や放水口の損失落差）を差し引いたものである。

【0029】

図１では、河川ＲＶの流域において、降雨によって河川ＲＶの水量が影響する流域範囲を降雨面積Ｒ１として概念的に図示している。河川ＲＶの流域に降雨があったとしても、河川ＲＶの水量に影響するものと影響しないものとがあるため、このような降雨面積Ｒ１を用いることで、降雨量と河川ＲＶの水量との関係を簡易化することができる。例えば、河川ＲＶの水量は、降雨面積Ｒ１における降雨量の分だけ影響する（増加する）と考えることが可能になる。

【0030】

尚、図１に示す例において、取水口ＷＩは、堰ＤＭの底部から、ある高さを有する位置に設けられている。取水口ＷＩの下端よりも下方における水Ｗ１は、取水口ＷＩから取り込まれることがなく発電に寄与しないことから、この水Ｗ１の量は「発電無効水量」ということができる。取水口ＷＩの下端から堰ＤＭの最上部までの間における水Ｗ２は、取水口ＷＩから取り込まれて発電に寄与する可能性があることから、この水Ｗ２の量は「発電有効水量」ということができる。堰ＤＭの最上部を超える水Ｗ３は、取水口ＷＩから取り込まれることがなく発電に寄与しないことから、この水Ｗ３の量「発電余剰水量」ということができる。

【0031】

〈発電量予測装置〉
図２は、本発明の一実施形態による発電量予測装置の要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、本実施形態の発電量予測装置１は、操作部１１、表示部１２（出力部）、演算部１３、格納部１４、及び通信部１５（取得部）を備える。このような発電量予測装置１は、ネットワークＮを介してサーバ装置３０，４０と通信を行って、河川ＲＶの流域における降雨量と水力発電所設備ＰＬ（発電機Ａ２）の発電量とをそれぞれ取得し、将来における水力発電所設備ＰＬ（発電機Ａ２）の発電量を予測する。

【0032】

発電量予測装置１は、例えば、パーソナルコンピュータ又はワークステーション等のコンピュータによって実現される。発電量予測装置１の設置場所は任意の場所であって良い。例えば、水力発電所設備ＰＬ内に設けられていても良く、水力発電所設備ＰＬ外に設けられていても良い。尚、発電量予測装置１は、ネットワークＮを介したクラウドコンピューティングによって実現されていても良い。ここで、発電量予測装置１の詳細を説明する前に、サーバ装置３０，４０及びネットワークＮについて簡単に説明する。

【0033】

サーバ装置３０は、予測される降雨量（例えば、７２時間程度の将来までの１時間毎の降雨量（降雨予報））と、過去の降雨量（降雨実績）とを、ネットワークＮを介して提供する。サーバ装置３０が提供する降雨量は、予め規定された気象庁観測地点における降雨量である。このサーバ装置３０は、例えば、予報業務許可事業者（気象庁長官の許可を受けて、気象、地象、津波、高潮、波浪又は洪水の予報の業務を行う事業者）によって運用される。尚、サーバ装置３０は、クラウドコンピューティングによって実現されていても良い。

【0034】

サーバ装置４０は、水力発電所設備ＰＬ（発電機Ａ２）の最新の発電量（発電実績）を、ネットワークＮを介して逐次提供する。このサーバ装置４０は、例えば、自流式の水力発電所設備ＰＬを運営する事業者によって運用される。尚、サーバ装置４０は、サーバ装置３０と同様に、クラウドコンピューティングによって実現されていても良い。

【0035】

ネットワークＮは、例えば、インターネットである。ネットワークＮは、有線通信が可能なネットワーク、無線通信が可能なネットワーク、有線通信及び無線通信の双方が可能なネットワークの何れであっても良い。また、ネットワークＮは、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）によるネットワーク、又は、３Ｇ方式、４Ｇ方式、ＬＴＥ（登録商標）方式等の移動体通信方式のネットワークであっても良い。

【0036】

操作部１１は、例えば、キーボードやポインティングデバイス等の入力装置を備えており、発電量予測装置１を使用するユーザの操作に応じた指示（発電量予測装置１に対する指示）を演算部１３に出力する。表示部１２は、例えば、液晶表示装置等の表示装置を備えており、演算部１３から出力される各種情報を表示する。尚、操作部１１及び表示部１２は、物理的に分離されたものであっても良く、表示機能と操作機能とを兼ね備えるタッチパネル式の液晶表示装置のように物理的に一体化されたものであっても良い。

【0037】

演算部１３は、発電量予測装置１の動作を統括して制御する。例えば、操作部１１から出力される指示に応じた各種演算を行い、その演算結果を表示部１２に表示させる。また、演算部１３は、格納部１４に対する各種データの書き込み、及び格納部１４からの各種データの読み出しを行う。加えて、演算部１３は、通信部１５を制御して、ネットワークＮを介したサーバ装置３０，４０との間の通信を実現させる。

【0038】

演算部１３は、増水量算出部２１、取水量算出部２２、発電量算出部２３、及び発電量補正部２４を備える。増水量算出部２１は、発電量の予測を行う予測時点（第１時点）から予め規定された期間Ｔ（例えば、１４４０時間＝６０日）だけ遡った過去時点（第２時点）までの河川ＲＶの流域における降雨量を用いて、取水口ＷＩにおける予測時点の増水量を求める。具体的に、増水量算出部２１は、以下の（１）式を用いて取水口ＷＩにおける予測時点の増水量Ｑ１を求める。

【0039】

【数1】

【0040】

ここで、上記（１）式中のｎは、予測時点（ｎ＝０）から過去時点（ｎ＝－Ｔ）までの間の任意の時点を示す整数である。上記（１）式中のＸｎは、時点ｎにおける１時間当たりの降雨量［ｍｍ／ｈ］である。降雨量Ｘｎは、時点ｎが現在よりも過去の時点であれば過去の降雨量であり、時点ｎが現在よりも未来の時点であれば予測される降雨量（降雨予報）である。この降雨量Ｘｎとしては、予め規定された気象庁観測地点（例えば、取水口ＷＩに最も近い気象庁観測地点）における降雨量を用いることができる。上記（１）式中のＫ１は流量係数であり、τ１は減少係数である。流量係数Ｋ１及び減少係数τ１は、河川ＲＶの特性（例えば、傾斜、蛇行の有無等）と取水口ＷＩの位置とによって定まる係数であり、河川ＲＶ及び取水口ＷＩの位置毎に異なる値になる。これら流量係数Ｋ１及び減少係数τ１は、予め実験を行って求めておく。

【0041】

上記（１）式から、河川ＲＶの増水量Ｑ１は、右辺括弧内の式（Ｘｎ＊ｅｘｐ（ｎ＊τ１））が基本となっているのが分かる。この式は、時点ｎにおける降雨量Ｘｎを、時点ｎから予測時点（ｎ＝０）までの長さ（ｎ）に応じて指数関数的に減衰させる式である。つまり、増水量算出部２１は、予測時点（ｎ＝０）から過去時点（ｎ＝－Ｔ）までの間の各時点（ｎ）において、降雨量を予測時点までの長さ（ｎ）に応じて指数関数的に減衰させた値を求める。そして、これらの値を積算して得られる積算値に対して流量係数Ｋ１を乗算することにより増水量Ｑ１を求める。

【0042】

取水量算出部２２は、増水量算出部２１で求められた増水量Ｑ１を用いて、予測時点において取水口ＷＩから取り込まれる水の量である取水量を求める。具体的に、取水量算出部２２は、以下の（２）式を用いて取水口ＷＩの取水量Ｑを求める。

【0043】

【数2】

【0044】

ここで、上記（２）式中のＱ２は、降雨が無い場合における河川ＲＶの水量である基底水量である。この基底水量Ｑ２は、水量が時間とともに指数関数的に減少する関数で表される。具体的には、以下の（３）式で表される。尚、以下の（３）式中のＫ２は流量係数であり、τ２は減少係数である。流量係数Ｋ２及び減少係数τ２は、流量係数Ｋ１及び減少係数τ１と同様に、河川ＲＶの特性と取水口ＷＩの位置とによって定まる係数であり、河川ＲＶ及び取水口ＷＩの位置毎に異なる値になる。これら流量係数Ｋ２及び減少係数τ２は、予め実験を行って求めておく。

【0045】

【数3】

【0046】

この基底水量Ｑ２は、水力発電所設備ＰＬにおける発電量が予め規定された最大発電量になる度に、取水量算出部２２によって初期値に設定される（リセットされる）。ここで、水力発電所設備ＰＬにおける発電量は、堰ＤＭによって堰き止められた水の水位が、堰ＤＭと同じ高さになった場合に最大となる。このため、取水量算出部２２は、サーバ装置４０から得られる発電量が予め規定された最大発電量になった場合に、堰ＤＭによって堰き止められた水の水位が、堰ＤＭと同じ高さになったものとみなして基底水量Ｑ２を初期化する。上記（３）式中のｍは、基底水量Ｑ２の初期化時点からの経過時間を示す整数である。

【0047】

上記（２）式のＱ４は、堰ＤＭによって堰き止められた水の水位が堰ＤＭを超えた場合に堰ＤＭから溢れる水量（オーバーフロー水量）である。ここで、水力発電所設備ＰＬにおける発電量が最大発電量になる場合に、堰ＤＭによって堰き止められている水量を堰満水量Ｑ３とする。尚、この堰満水量Ｑ３は、堰ＤＭによって堰き止められた水の水位が堰ＤＭと同じ高さになった場合に堰ＤＭによって堰き止められている水量ということもできる。すると、オーバーフロー水量Ｑ４は、以下の（４）式で表される。

【0048】

【数4】

【0049】

つまり、オーバーフロー水量Ｑ４は、増水量Ｑ１と基底水量Ｑ２とを加算して得られる水量が上述の堰満水量Ｑ３よりも大である場合には、増水量Ｑ１と基底水量Ｑ２とを加算して得られる値から上述の堰満水量Ｑ３を減算した値になる。これに対し、増水量Ｑ１と基底水量Ｑ２とを加算して得られる水量が上述の堰満水量Ｑ３以下である場合には零になる。

【0050】

以上の通り、取水量算出部２２は、増水量Ｑ１と基底水量Ｑ２とを加えて得られる水量から、オーバーフロー水量Ｑ４を減じて得られる水量を取水量Ｑとして求める。尚、増水量Ｑ１と基底水量Ｑ２とを加算して得られる水量が上述の堰満水量Ｑ３以下である場合には、オーバーフロー水量Ｑ４は零になるから、取水量算出部２２は、増水量Ｑ１と基底水量Ｑ２とを加えて得られる水量を取水量Ｑとして求める。

【0051】

発電量算出部２３は、取水量算出部２２で得られた取水量Ｑから、予測時点における発電所設備ＰＬの発電量を求める。例えば、発電量算出部２３は、以下に示す（５）式を用いて、予測時点における発電所設備ＰＬの発電量Ｐ［ｋＷ］を求める。ここで、以下の（５）式おけるＨは有効落差［ｍ］であり、Ｑは水量［ｍ³／ｓ］である（図１参照）。また、以下の（５）式におけるηは、発電機Ａ２の効率（水車の効率を含む）である。

【0052】

【数5】

【0053】

発電量補正部２４は、発電量算出部２３で求められた発電量Ｐを補正する。具体的に、発電量補正部２４は、予測時点が到来してサーバ装置４０から実際の発電量Ｐｒが得られた場合に、予測された発電量Ｐと実際に得られた発電量Ｐｒとの誤差Δを求める。そして、発電量補正部２４は、発電量の予測を行うべく新たに設定された予測時点で予測される発電量Ｐを、誤差Δを用いて補正する。

【0054】

格納部１４は、例えば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等の補助記憶装置を備えており、各種情報を格納する。具体的に、格納部１４は、水力発電所設備ＰＬの発電量を予測するために必要な各種パラメータ（例えば、流量係数Ｋ１，減少係数τ１等）、サーバ装置３０から取得した降雨量、サーバ装置４０から取得した発電量等を格納する。尚、格納部１４は、発電量予測装置１の機能を実現する各種プログラム、演算部１３の処理を行うために一時的に用いられるデータ等が格納されていても良い。

【0055】

通信部１５は、演算部１３の制御の下で、ネットワークＮに接続されたサーバ装置３０，４０との間で通信を行う。通信部１５は、サーバ装置３０と通信を行って、予め規定された気象庁観測地点における降雨量を取得する。尚、通信部は、過去の降雨量と予測される降雨量（降雨予報）との何れも取得可能である。また、通信部１５は、サーバ装置４０と通信を行って、水力発電所設備ＰＬ（発電機Ａ２）の最新の発電量を取得する。

【0056】

発電量予測装置１の各ブロックの機能（例えば、演算部１３に設けられた増水量算出部２１、取水量算出部２２、発電量算出部２３、及び発電量補正部２４の機能）は、これらの機能を実現するプログラムが発電量予測装置１にインストールされることによりソフトウェア的に実現される。つまり、これらの機能は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。尚、発電量予測装置１の各ブロックの機能を実現するプログラムは、記録媒体に記録された状態で配布されても良く、インターネット等のネットワークを介して配布されても良い。

【0057】

尚、発電量予測装置１の機能は、ソフトウェア的に実現されるのが望ましいが、専用のハードウェアを用いて実現されることを妨げるものではない。発電量予測装置１の機能は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現されても良い。

【0058】

〈発電量予測方法〉
図３は、本発明の一実施形態による発電量予測方法の一例を示すフローチャートである。尚、図３に示すフローチャートの処理は、一定時間毎（例えば、１時間毎）に繰り返し開始される。尚、本実施形態では、図３に示す処理が開始される度に、発電量予測装置１とサーバ装置３０，４０との間で通信が行われ、予め規定された気象庁観測地点における降雨量と水力発電所設備ＰＬ（発電機Ａ２）の最新の発電量とを取得する処理が発電量予測装置１で行われるものとする（取得ステップ）。

【0059】

図３に示すフローチャートの処理が開始されると、まず、所定期間の降雨量を用いて予測時点における増水量を算出する処理が、増水量算出部２１によって行われる（ステップＳ１１：増水量算出ステップ）。具体的には、発電量の予測を行う予測時点から予め規定された期間Ｔ（例えば、１４４０時間＝６０日）だけ遡った過去時点までの河川ＲＶの流域における降雨量を用いて、取水口ＷＩにおける予測時点の増水量を求める処理が行われる。

【0060】

図４は、本発明の一実施形態において、増水量算出部で行われる処理を説明するための図である。尚、図４に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に降雨量をとってある。図４において、時点ｔ２０は現時点を示しており、時点ｔ３０は予測時点を示しており、時点ｔ１０は過去時点（予測時点ｔ３０から予め規定された期間Ｔだけ遡った時点）を示している。

【0061】

図４において、縦軸に沿って延びる直線は降雨量を示している。また、降雨量を示す各直線の上端部から右方向（時間が経過する方向）に延びている曲線は、降雨によって河川ＲＶの増水に寄与した水量が、河川ＲＶの下流に向かって流れることによって、時間経過とともに減る（減衰する）様子を示す曲線である。

【0062】

尚、時点ｔ１０～ｔ１４における降雨量は、予め規定された気象庁観測地点における過去の降雨量を示すものであり、時点ｔ２１，ｔ３０における降雨量は、予め規定された気象庁観測地点において予測される降雨量である。これらの降雨量は、発電量予測装置１がネットワークＮを介してサーバ装置３０と通信することによって取得される。

【0063】

取水口ＷＩにおける予測時点の増水量Ｑ１は、前述した（１）式に示される演算が増水量算出部２１で行われることによって求められる。具体的には、図４に示す各時点において、降雨量を予測時点ｔ３０までの長さに応じて指数関数的に減衰させた値を求め、それらの値を積算して得られる積算値に対して流量係数Ｋ１を乗算する処理が行われることにより増水量Ｑ１が求められる。

【0064】

例えば、過去時点ｔ１０の降水量については、過去時点ｔ１０から予測時点ｔ３０までの長さ（期間Ｔ）に応じて過去時点ｔ１０の降水量を指数関数的に減衰させた値を求める処理が行われる。また、時点ｔ１１の降水量については、時点ｔ１１から予測時点ｔ３０までの長さ（ｔ３０－ｔ１１）に応じて時点ｔ１１の降水量を指数関数的に減衰させた値を求める処理が行われる。時点ｔ１２～ｔ１４，ｔ２１の降水量についても同様に、各時点から予測時点ｔ３０までの長さに応じて各時点の降水量を指数関数的に減衰させた値を求める処理が行われる。そして、これらの値を積算して得られる積算値に対して流量係数Ｋ１を乗算する処理が行われることにより増水量Ｑ１が求められる。

【0065】

図５は、本発明の一実施形態において、増水量算出部で求められる増水量の一例を示す図である。尚、図５に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に降雨量及び増水量をとってある。図５に示す増水量は、図３に示すフローチャートの処理が、一定時間毎（例えば、１時間毎）に繰り返し開始されることで求められる。

【0066】

次に、ステップＳ１１で求められた増水量Ｑ１を用いて、予測時点ｔ３０における取水口ＷＩの取水量Ｑを算出する処理が取水量算出部２２で行われる（ステップＳ１２：取水量算出ステップ）。取水口ＷＩの取水量Ｑは、前述した（２）式に示す演算が取水量算出部２２で行われることによって求められる。具体的には、ステップＳ１１で求められた増水量Ｑ１と、前述した（３）式で表される基底水量Ｑ２とを加えて得られる水量から、オーバーフロー水量Ｑ４を減じて得られる水量を取水量Ｑとして求める処理が行われる。

【0067】

尚、サーバ装置４０から得られる発電量が予め規定された最大発電量になった場合には、堰ＤＭによって堰き止められた水の水位が、堰ＤＭと同じ高さになったものとみなして基底水量Ｑ２を初期化する処理が取水量算出部２２で行われる。また、オーバーフロー水量Ｑ４は、前述した（４）式に示す演算が取水量算出部２２で行われることによって求められる。

【0068】

次いで、ステップＳ１２で求められた取水量Ｑから発電所設備ＰＬにおける発電量Ｐを求める処理が発電量算出部２３で行われる（ステップＳ１３：発電量算出ステップ）。発電所設備ＰＬにおける発電量Ｐは、前述した（５）式に示す演算が発電量算出部２３で行われることによって求められる。具体的には、ステップＳ１２で求められた取水量Ｑ（水量Ｑ）に対し、重力加速度（９．８）、有効落差Ｈ、及び発電機Ａ２の効率を乗算する演算が行われることによって発電所設備ＰＬにおける発電量Ｐが求められる。

【0069】

続いて、ステップＳ１３で求められた発電量を補正する処理が発電量補正部２４で行われる（ステップＳ１４：補正ステップ）。具体的には、過去の予測時点（例えば、予測時点ｔ３０の１時間前の時点）が到来してサーバ装置４０から実際の発電量Ｐｒが得られた場合に、予測された発電量Ｐと実際に得られた発電量Ｐｒとの誤差Δを求める処理が行われる。そして、予測時点ｔ３０で予測される発電量Ｐを、誤差Δを用いて補正する処理が行われる。

【0070】

以上の処理が終了すると、予測時点ｔ３０で予測される発電所設備ＰＬにおける発電量Ｐを表示部１２に表示する処理が演算部１３によって行われる（ステップＳ１５：出力ステップ）。尚、例えば、１時間毎に２４時間先までの予測が行われる場合には、図３に示すフローチャートが開始されてから終了するまでに、ステップＳ１１～Ｓ１４の処理が予測時点ｔ３０を変えつつ２４回繰り返されることになる。

【0071】

図６は、本発明の一実施形態において得られた予測値の一例を示す図である。尚、図６（ａ）は、実際の発電量と２時間前の予測値とを示す図であり、図６（ｂ）は、実際の発電量と２４時間前の予測値とを示す図である。図６（ａ）を参照すると、予測値と実測値とはほぼ一致しており、予測誤差（ＲＭＳＥ：Root Mean Squared Error（二乗平均平方根誤差））は１．０５［ＭＷ］であった。図６（ｂ）を参照すると、予測値と実測値とは多少乖離があり、予測誤差（ＲＭＳＥ）は３．２１［ＭＷ］であった。

【0072】

図６に示す例において、発電所設備ＰＬの定格発電量は５０［ＭＷ］である。このため、図６（ａ）に示す通り、２時間先を予測した場合の予測誤差は約２％程度であり、図６（ｂ）に示す通り、２４時間先を予測した場合の予測誤差は約６．５％程度であった。以上から、発電所設備ＰＬにおける発電量を高い精度で予測できていると考えられる。

【0073】

以上の通り、本実施形態では、まず、発電量の予測を行う予測時点ｔ３０から予め規定された期間Ｔだけ遡った過去時点ｔ１０までの河川の流域における降雨量を用いて、取水口ＷＩにおける予測時点ｔ３０の増水量Ｑ１を求める。次に、増水量Ｑ１を用いて、予測時点ｔ３０において取水口ＷＩから取り込まれる水の量である取水量Ｑを求める。そして、取水量Ｑから、予測時点ｔ３０における発電量Ｐを求める。これにより、自流式の水力発電所設備ＰＬにおける発電量を高い精度で予測することが可能である。

【0074】

このように、本実施形態の発電量予測装置１は、サーバ装置３０から１時間毎に提供される予測される降雨量（降雨予報）と過去の降雨量（降雨実績）とを活用して、自流式の水力発電所設備ＰＬにおける発電量を予測している。このため、発電所設備ＰＬにおける発電量をリアルタイムに（１時間毎に）高い精度で予測することができる。よって、本実施形態の発電量予測装置１をＣＥＭＳと連携させれば、火力発電による電力量を必要最小限することができ、ＣＯ₂削減に貢献することができる。

【0075】

以上、本発明の一実施形態による発電量予測装置及び発電量予測方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、取水口ＷＩに最も近い気象庁観測地点における降雨量を降雨量Ｘｎとして用いる例について説明した。しかしながら、気象庁観測地点における降雨量と河川ＲＶの増水量との間に一定の相関関係があれば、河川ＲＶの流域付近に設定された任意の気象庁観測地点における降雨量を降雨量Ｘｎとして用いることができる。

【0076】

また、上述した実施形態では、説明を簡単にするために、取水口ＷＩが一箇所である例について説明したが、取水口ＷＩは異なる箇所に複数設けられていても良い。また、上述した実施形態では、発電所設備ＰＬの予測時点ｔ３０における発電量Ｐを表示部１２に表示する例について説明したが、発電所設備ＰＬの予測時点ｔ３０における発電量Ｐを外部に出力するようにしても良い。例えば、ネットワークＮを介して外部の端末装置に出力するようにしても良い。

【0077】

また、上記実施形態では、取水口ＷＩから取り込まれる河川ＲＶの水によって発電を行う水力発電所設備における発電量を予測する例について説明した。しかしながら、本実施形態は、例えば、用水路の水によって発電を行う水力発電所設備における発電量を予測する場合にも適用することができる。

【符号の説明】

【0078】

１ 発電量予測装置
１２ 表示部
１５ 通信部
２１ 増水量算出部
２２ 取水量算出部
２３ 発電量算出部
２４ 発電量補正部
ＷＩ 取水口
ＤＭ 堰
Ｐ 予測された発電量
Ｐｒ 実際の発電量
ＰＬ 水力発電所設備
Ｑ 取水量
Ｑ１ 増水量
Ｑ２ 基底水量
Ｑ４ オーバーフロー水量
ＲＶ 河川
ｔ１０ 過去時点
ｔ３０ 予測時点
Ｔ 期間
Ｘｎ 降雨量
Δ 誤差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】