図 4
áh提案Ïā最適流量配分機能ä概念図Ĉ示Ïg任 意ä初期値□ÁÿhåÎ÷ä最適解Ĉ探索Íh探索領 域内á¸ā最適解○Ĉ指定ËĂÕ時間内áhÝÃāÖ Ç多Å探索ÍܺÅ手法ݸāgÉäÞÃh探索Ĉ効率þ Å行¼Õ÷分解点Þ呼æĂā目的関数ä尾根ä低º所△Ĉ経由ÍÜhĠĢįŇĪĬĘá複数ä最適解ä求解Ĉ 行¼gÉä分解点Ĉ経由Ïā方法åh人Â盆地Áÿ山Ĉ越
¾Üh隣ä盆地á移動Ïā際áh尾根ä低º点ݸā峠Ĉ 経由ÍÜ移動ÏāÉÞÞ似ܺāg
本手法áþĀh省đĶŔės効果Â高º運転ĺĨsŜÝ
¸ā解Ĉ正確á求÷āÉÞÂÝÃh十分à省đĶŔės効 果Ĉ得āÉÞÂÝÃāgôÕhÉä手法áþĀh局所解Þ àā省đĶŔės運転ĺĨsŜĈ複数求÷āÉÞÂ可能Þ àāÕ÷h現場äŔsŔúņŜŀä制約条件àßÝ消費電 力Â最小値Þàā運転ĺĨsŜÝ運転ÏāÉÞÂÝÃຠ場合Ýøh複数ä省đĶŔėsĺĨsŜä中Áÿ制約条件 ä下Ýä適切àĺĨsŜĈ選択ÏāÉÞÂÝÃāg
. 定式化
複数台äņŜŀä消費電力0vĈ各ņŜŀîä流量XIä 関数Ý表現ÏāÞ次式ÞàĀhÉä消費電力0vĈ最小化
Ïā各ņŜŀîä流量XIĈ決定Ïā問題á定式化ËĂāg 各ņŜŀîä流量XIä合計åņŜŀÝÅõ上Èā全流量 1TݸĀh各ņŜŀîä流量å正ä値äõ取āäÝhÉ ĂÿĈ制約条件ÞÍÕg
最小化k
制約条件k
ÉÉÝh.å全ņŜŀ数h!Ih"Ih#Ih$Ih%Ih&Iåņ Ŝŀä特性Áÿ得ÿĂā係数ݸāg
上式å非線形ÁÚ多峰性関数}複数ä最適解Ĉ持Ú関 数~ݸāÕ÷h一般á最適解Ĉ求÷āÉÞÂ難ͺgÓ ÉÝh富士電機Â独自á開発ÍÕ複数ä最適解Ĉ求解可能 à非線形ĠĢįʼnä安定性理論á基ÛÅ最適化手法Ĉ適用 Í最適à流量配分Ĉ求÷āg
. シミュレーション例
吐出Í弁制御äņŜŀ2 台h回転速度制御äņŜŀ2 台h 計 4 台äņŜŀä運転Ĉ例á最適流量配分機能ä性能評価 Ĉ行¼gĠňŎŕsĠŐŜá用ºÕ値å浄水場j下水処理 場Ý一般的á使用ËĂܺā以下ä渦巻ņŜŀä標準的à İsĨÞÍÕg
g全流量k19,000}m 3/h~
g実揚程k10.47}m~
g管路抵抗係数k11.47}m~
g各ņŜŀäİsĨk
表 3
3v（[1,…, [1）=Σ $L[3L+%L[L
&L[2L+'L+[L (L[2L+)L 1
L=1
1
4T=Σ[L=1L
[L≧0
2台のポンプによる最適流量配分機能
ポンプ2で 処理する流量
初期値 最適解
尾根の低い所（分解点）
消費電力 ポンプ1で処理する流量
図 最適流量配分機能の概念図
表 ポンプ特性
制 御 方 法 定 格 流 量
（m3/h）
定 格 揚 程
（m）
電 動 機 効 率
（%）
インバータ効率
（%）
ポンプX1
6,500
14
94
ー
ポンプX2
8,300
16
94
ー
ポンプY1
6,500
14
94
97
ポンプY2 回転速度制御 弁制御 弁制御 回転速度制御
8,300
16
94
97
表 ポンプの流量−揚程特性
ポンプX1，Y1 ポンプX2，Y2 流量
（m3/h）
0 840 1,740 2,580 3,480 4,200 4,680 5,760 6,600 7,200
揚程
（m）
29.7 28.8 27.6 26.4 23.5 21.6 19.6 16.8 12.4 9.6
ポンプ効率
（%）
0 22.80 42.75 57.00 68.40 76.00 78.85 79.80 78.85 73.15 揚程
（m）
24.8 24.0 23.0 22.0 19.6 18.0 16.4 14.0 10.4 8.0
ポンプ効率
（%）
0 24 45 60 72 80 83 84 83 77
流量
（m3/h）
0 1,008 2,088 3,096 4,176 5,040 5,616 6,912 7,920 8,640
表 得られた最適化流量配分
流量配分1 (LM1) 流量配分2
(LM2) 流量配分3
(LM3)
ポンプX1
（m3/h）
6,419.7
6,419.7
6,419.7
ポンプX2
（m3/h）
8,234.3
8,234.3
8,234.3
2,178.1 ポンプY2
（m3/h）
4,345.3
0
消費電力
（kW）
821.1589
775.6174
764.6166 候補
3
2
1 ポンプY1
（m3/h）
4,345.3 2,167.4
0
富士時報 6OL.O 「GENESEED solution」省エネルギーシミュレータ
特
集
gņŜŀä性能曲線İsĨk
表 4
表 5
áĠňŎŕsĠŐŜ結果h図 5
h図 6
á目的関数ä 概念図Þ探索ä過程Ĉ示ÏgÉĂÿá示Ïþ¼á本例題Ý åh三Úä最適解Â得ÿĂÕgÉĂĈLM1hLM2hLM3 Ý示ÏgUEP1hUEP2å分解点ݸāg
表 5
h図 5
h図 6
ä結果Áÿh消費電力Â最小Þàāþ¼à流量配分å流量配分 3}LM3~ÞàāgôÕh流量配 分 1}LM1~å2 台äņŜŀĈ回転速度制御áþĀ省đĶ Ŕės運転Íܺā場合ݸĀhÉĂá近º流量配分Ý通 常運転Â行ąĂܺāÞ想定ÏāÞh流量配分 3Ýä運転 Ĉ行ÙÕ場合h通常運転時á近º流量配分 1Þ比較Í7 % ä省đĶŔės効果Â得ÿĂÕg
本手法åh複数ä省đĶŔės効果Â高º流量配分ĺ ĨsŜĈ計算ÏāÕ÷h計算値ÂņŜŀä定格Ĉ逸脱ÍÕ 場合åh現場ä運用状態Ĉ考慮Íh複数ä省đĶŔės運 転ĺĨsŜÁÿ適切àĺĨsŜĈ選択ÏāÉÞø可能ݸ
āg
回転速度制御ņŜŀä最適流量配分機能ä特長ÞÍÜh 以下ä項目¸ÈÿĂāg
（1） ņŜŀ特性}流量−揚程特性h流量−効率特性~Ĉ考
慮ÍÕ複雑à非線形最適化問題ݸāņŜŀ流量配分問 題á対Íh正確à局所解Ĉ得āÉÞáþĀh高º省đĶ Ŕės効果Ĉ得āÉÞÂÝÃāg
（2） 複数ä正確à局所解}複数ä省đĶŔės運転ĺĨs Ŝ~Ĉ求÷āÉÞÂ可能ÞàĀh定式化ËĂܺàº現 場äŔsŔúņŜŀä制約条件àßáþÙÜ最ø省đĶ Ŕės効果Â高º運転ĺĨsŜ}大域的最適解~Ýä運 転ÂÝÃàº場合Ýøh複数ä省đĶŔės運転ĺĨs ŜÁÿ適切àĺĨsŜĈ選択ÏāÉÞÂÝÃāg
あとがき
本稿Ýåh省đĶ法ä改正á伴º開発ÍÕ浄水場h下水 処理場向Çä省đĶŔėsĠňŎŕsĨä特長áÚºÜ述 ïh某浄化ĤŜĨsä実績İsĨĈ用ºÕ場合ä省đĶŔ ės効果áÚºÜ紹介ÍÕg
今後åh開発ÍÕ浄水場h下水処理場向Çä省đĶŔ ėsĠňŎŕsĨä高機能化Ĉ行¼Þ同時áh水処理ŀŖ ĤĢĠňŎŕsĨh汚泥処理ŀŖĤĢĠňŎŕsĨÞä統 合áþĀ総合的à省đĶŔės対策Ĉ提案ÍܺÅ所存Ý
¸āg
参考文献
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Chiang, D. A Method for Searching Multiple Local Optimal Solutions of Nonlinear Optimization Problems. 2005 IEEE International Symposium on Circuits and Systems
}ISCAS2005~. Kobe.
消費電力（kW）
UEP1 UEP2
LM3 LM1
LM2
ポンプY1の流量配分（m3/h）
図 目的関数と得られた最適流量配分（最適値）
Initial point
（4,000，4,000）
UEP1
（225.3，4,120.3）
UEP2
（4,094.0，251.6）
LM1
（2,167.4，2,178.1）
＝821.2 PV
LM2
（0，4,345.3）
＝775.6 PV
LM3
（4,345.3，0）
＝764.6 PV
：初期値（Initial point）
：局所解（LM）
：タイプⅠ不安定平衡点（UEP）〔単位：（m3/h）〕
：消費電力値〔単位：（kW）〕
PV
図 探索の過程
富士時報 6OL.O
特
集
「GENESEED solution」木質バイオマスガス化発電
横幕 宏幸}þÉôÅeèăüÃ~ 長倉 善則}àÂÅÿeþÍäĀ~ 村山 光弘}öÿúôeõÚèă~
横幕 宏幸
月島機械株式会社研究開発部ę Ŕsŀœsĩsg
長倉 善則
上下水道用電気j計装ĠĢįʼnä 設計á従事g現在h富士電機ĠĢ įʼnģ株式会社環境ĠĢįʼn本部 水処理統括部機電技術部長g電気 学会会員g
村山 光弘
上水道電気j計装設備Àþé産業 関連受配電ĠĢįʼnä設計á従事g 現在h富士電機ĠĢįʼnģ株式会 社東日本支社東北第二営業部主任 技師g
まえがき
1997 年 12 月á開 催Ë Ă Õ地 球 温 暖 化 防 止 京 都 会 議 }COP3~Ý決定ËĂÕ二酸化炭素}CO2~排出量削減åh
ŖĠċä同意áþĀ本格的à取組õÂ始ôÙÕg
地球温暖化抑制äÕ÷áåh省đĶŔėsúđĶŔės ä有効利用ÞÞøáh化石燃料依存Áÿä脱却Â必要Þ ËĂāgąÂ国åh1960 年代Áÿä高度成長Ĉ中東ä安 価à石油á頼ÙܺÕÕ÷h第一次石油危機時}1973 年~
áåhđĶŔėsä77 %Ĉ輸入ÍÕ石油á依存ÍÜÃÕg
図 1
（1）
åh1973 年Þ2003 年ä一次đĶŔės供給源Ĉ比較 ÍÕøäݸāg主ÞÍÜh天然ĕĢh原子力ä増加Â寄 与ÍÜ石油依存率åh77 %Áÿ51 %á低下ÍÕgÍÁÍh đĶŔėsä輸入依存度å約 80 %Þ高Åh他ä先進国ä 中Ý際立ÙÜ高º数値ÞàÙÜÀĀh化石燃料依存Áÿ脱 却ÍđĶŔėsä自給率Ĉ高÷āÕ÷áøhĹčēŇĢđ
ĶŔėsÂ注目ËĂܺāg
木質ĹčēŇĢä燃焼åhøÞøÞ大気中Áÿ光合成 áþÙÜ樹木Â吸収j固定ÍÕCO2Ĉ大気中á戻Ï性質 }ĔsŅŜĴŎsıŒŔ~äøäÝh持続可能社会høÍ
Åå循環型社会実現ä切Ā札ÞÍÜø期待ËĂܺāg ąÂ国äCO2削減目標}6 %~ä内訳Ĉ
表１
（1）
á示Ïg表 áø示ËĂܺāÞÀĀh森林吸収源Â際立ÙÜ多Å3.9 % ÞàÙܺāg森林äCO2吸収能力åh50 年程度Ý徐々 á低下ÏāÉÞÁÿ計画的à伐採Þ育成Â必要ݸāÞ言 ąĂÜÀĀh伐採Í木材ÞÍÜ利用Ïā際ä加工廃材ú森 林育成ä際á発生Ïā間伐材àßä森林資源ä有効利用 期待ËĂܺāü¾ĉÝø¸āg
Éäþ¼à背景ä中h加工廃材àßä不用木材ú間伐材 Ĉ有効利用ÝÃā技術ÞÍÜĕĢ化発電áþā熱j電気供 給ĠĢįʼn}ĜsġĐĶŕsĠŐŜĠĢįʼn~Â新技術Þ ÍÜ開発ËĂܺā
（2（）3）
g
本稿Ýåh月島機械株式会社Â岩手県葛巻町ÅÐôÃ高 原牧場á納入ÍÕ木質ĹčēŇĢĕĢ化発電実証試験設備 áh富士電機Â電気設備Ĉ納入ÍÕäÝÓä概要áÚºÜ 紹介Ïāg
供給源の比率（％）
新エネルギー 原子力 水力 天然ガス 石炭 石油
1973年 10
0 20 30 40 50 60 70 80 90 100
77.4
2003年 51.1 15.5
19.9 14.5 3.8 4.1 9.5
1.0 1.3
0.6 1.5
出典：2005年版EDMCエネルギー・経済統計要覧
図 一次エネルギーの供給源
表 わが国の温室効果ガス削減目標6 ％の内訳
エネルギー起源CO2
国民の努力 革新的技術開発 非エネルギー起源CO2
メタン（CH4） 一酸化二窒素（N2O）
代替フロンなど3ガス
（HFC，PFC，SF6） 森林吸収源
京都メカニズム 合計
目標達成計画
＋0.6 %
−0.3 ％
−0.4 ％
−0.5 ％
参考（大綱）
±0 ％
−1.4 ％
−0.6 ％
−
−0.5 ％
−
出典：財団法人省エネルギーセンター エネルギー管理士試験講座 項 目
＋0.1 ％
−3.9 ％
−1.6 ％
−6.0 ％
＋2.0 ％
−3.9 ％
−1.6 ％
−6.0 ％
富士時報 6OL.O 「GENESEED solution」木質バイオマスガス化発電
特
集
木質バイオマスガス化発電システムフロー
（4（）5）
図 2
á月島機械株式会社ä実証ŀŒŜıĕĢ化発電ŀŒ ŜıäĠĢįʼnľŖsĈ示Ïg本ľŖsåh小規模処理向Çä木材ĪĬŀ3v10ıŜ/
日}30 % 水分時~äŀŒŜıľŖsݸāg連続的á木 質ĹčēŇĢĈ処理Íh熱j電気Ĉ供給Ïāg
図 3
áđĶŔėsľŖsĈ示Ïg発電効率å20 %h熱 効率å52.6 %h総合効率å72.6 %Ĉ実現Íܺāg. 原料供給装置（クレーン，乾燥機）
原料åh建設廃材àßä廃棄物系ÝåàÅh間伐材h製 材所Áÿ発生Ïā加工廃材Ĉ対象ÞÍܺāg原料ä形 状å2v3 cm 角ä切削ĪĬŀÝhĢıĬĘōsIJÁÿĘ ŕsŜÝ乾燥機á自動供給ËĂāgÉĂÿäĪĬŀåh含 水率Â50 % 以上Þ高ºÕ÷h後段äŀŖĤĢ}ĕĢđŜ ġŜ排熱~Ý回収ÍÕ熱Ĉ利用ÍhĕĢ化炉î投入ËĂā 間á所定ä水分量}10v15 %~ôÝ乾燥Íh次工程äĕ Ģ化炉î供給Ïāg
. ダウンドラフト方式ガス化炉
ĕĢ化炉åh酸化剤ÞÍÜ空気Ĉ用º原料Ĉ部分燃焼Ë ÑhÓä熱Ý原料äĕĢ化Ĉ行¼部分酸化方式Ĉ採用ÍÜ ºāg
木質ĹčēŇĢĈ熱分解ÏāÞĨsŔÂ発生Ïāg設備 Ĉ安定稼動ËÑāÕ÷áåhÉäĨsŔĈ除去h分解Íh 改質Ïā必要¸āgĨsŔ除去設備Ĉ極力最小限ÞÏā Õ÷áh炉内Ý可燃性ĕĢ中äĨsŔ量Ĉ低減ËÑā固定 床式ĩďŜIJŒľı方式Ĉ採用ÍܺāgĩďŜIJŒľı 方式Ýåh可燃性ĕĢĈĕĢ化炉下部Áÿ排出ÏāÉÞá þĀ炉内Ý生成ÍÕĨsŔå高温領域}約 1,100 ℃~Ĉ通 過Í分解ËĂāgĨsŔ含有量åh可燃性ĕĢĈ上部Áÿ 排出ÏāċĬŀIJŒľı方式}30v150 g/Nm2~Þ比較 ÏāÞĩďŜIJŒľı方式Ýå0.5 g/Nm2以下Þ非常á低 ÅàāÕ÷hĨsŔ量Â少àºĕĢĈ生成ÏāÉÞÂ可能
クレーン
乾燥機
ガスクリーナ
ガスエンジン ガス化炉
熱交換器
発電機 ストックヤード
木材チップ 温風
生成ガス
冷却水
木炭灰
温水供給
電気供給 ガス冷却器
温水用熱交換器
温水戻り
大気
図 ガス化システムフロー
原料 発熱量
（100 ％）
14 ％
1.3 ％
送電電気量 20 ％ 排熱回収熱量 14.9 ％
回収熱量 9.7 ％ 回収熱量 52.6 ％
72.6 ％ ガス
発熱量 31,836 kcal/h
（100 ％）
ガス 発熱量 31,836 kcal/h
（100 ％）
ガ ス 化 炉
放
熱 放
熱
9.1 ％ 3.0 ％
排 気
所 内 利用 電 力 ガ
ス冷 却 器
ガ スエ ン ジ ン・ 発 電 機
回収熱量 28 ％
図 エネルギーフロー
タールが発生
（300〜500 ℃）
タール分解 ガス化
（1,100 ℃以上）
原料
チャコール
乾燥ゾーン
ガス 熱分解ゾーン
ガス化ゾーン
〜100 ℃ 300〜500 ℃
〜1,100 ℃
図 ダウンドラフト炉内のガス化工程
富士時報 6OL.O 「GENESEED solution」木質バイオマスガス化発電