Профиль нагрузки из АСКУЭ: как по получасовым данным найти пики, которые реально срежет накопитель

За час работы с годовой выгрузкой интервальных данных учёта (значения за 30 или 15 минут) можно понять три вещи: сколько пиков бывает в месяц, какой они высоты и как долго держатся. Именно эти три числа определяют мощность и ёмкость накопителя. Средние суточные графики для этого не годятся: они сглаживают как раз то, что накопитель должен срезать. Ниже — порядок обработки, который не требует ничего, кроме электронной таблицы.

Откуда взять данные

Нужен ряд интервальных значений энергии хотя бы за 12 месяцев, чтобы попали и зима, и лето, и все сезонные режимы производства. Варианты получения:

• Энергоснабжающая организация. Если на объекте стоит счётчик с профилем мощности, выгрузку можно запросить по договору энергоснабжения. Формат и срок исполнения зависят от организации.
• Собственная система учёта. Многие предприятия ведут внутренний АСКУЭ по вводам и цехам. Такие данные даже полезнее: видно, какой цех создаёт пик.
• Логгер или анализатор сети. Если интервальных данных нет, на вводе ставят регистратор на месяц-два. Это хуже годового ряда, но лучше догадок.

Какие ещё сведения нужны до расчёта (схема ввода, договор, режимы работы), описано в разборе «ТЭО накопителя: какие данные собрать». Здесь мы считаем, что выгрузка уже на руках, и разбираем, что с ней делать.

Шаг 1. Привести значения к киловаттам

Счётчик выдаёт энергию за интервал в кВт·ч. Для расчёта пика нужна средняя мощность за интервал. Для получасовых данных она равна энергии, умноженной на 2, для 15-минутных — умноженной на 4. Пример: 38 кВт·ч за 30 минут — это 76 кВт. Проверьте также единицы в файле: часть систем отдаёт показания в Вт·ч или в «кВт·ч с множителем трансформатора тока». Если сумма за год не совпадает с суммой по счетам, ошибка в множителе, и все дальнейшие расчёты будут неверны.

Отдельно найдите пропуски и «нули» после сбоев связи. Типичный артефакт — один гигантский интервал после восстановления связи, когда накопленное за сутки значение записано как одно. Такие точки нужно исключить, иначе вы будете проектировать накопитель под ошибку.

Шаг 2. Месячные максимумы

Для каждого месяца возьмите максимум мощности и дату с временем. Получится 12 чисел. Уже по ним видно главное: пик один раз в год или он повторяется каждый месяц. Накопитель, который срезает пик раз в год, окупить трудно. Накопитель, который срезает пик каждые две недели, работает регулярно, и его экономика считается по-другому.

Затем добавьте второй столбец: максимум в часы максимума нагрузки энергосистемы. Если в вашем договоре плата за мощность привязана к определённым часам или к заявленной мощности, пик вне этих часов стоит вам иначе, чем пик внутри них. Какая именно схема у вас, смотрите в договоре; числами тарифы здесь не называем.

Шаг 3. Кривая продолжительности нагрузки

Отсортируйте все интервалы года по убыванию мощности и постройте график: по горизонтали номер интервала (или часы в году), по вертикали мощность. Это и есть кривая продолжительности. Её левая часть — «хвост» пиков. Если кривая круто падает от максимума к уровню, на котором нагрузка держится сотни часов, пики узкие и накопитель их срежет небольшой ёмкостью. Если кривая спускается пологим склоном, пики широкие, и срезание потребует много кВт·ч.

Для проверки разберите, из каких интервалов состоит верхняя часть кривой: подряд идущие это одно событие длиной в несколько часов или россыпь одиночных всплесков. От этого зависит ёмкость: нужна энергия не года, а самого тяжёлого события.

Шаг 4. Выбор уставки срезания

Уставка — мощность, выше которой накопитель добавляет энергию из батареи. Для нескольких вариантов уставки посчитайте по выгрузке:

1. сколько интервалов за год выше уставки;
2. сколько энергии выше уставки (сумма превышений, умноженных на длину интервала);
3. максимальное превышение — это требуемая мощность накопителя;
4. самое длинное событие подряд и энергия в нём — это основа для ёмкости.

Пример на условных данных предприятия с годовым максимумом 182 кВт (получасовые интервалы, всего 17 520 за год). Цифры придуманы для иллюстрации метода, у вас будут другие.

Видно, как растёт цена каждого следующего киловатта срезания: мощность выросла с 12 до 52 кВт (в 4 раза), а ёмкость — с 11 до 270 кВт·ч (в 25 раз). Поэтому выбирать нужно не самую низкую уставку, а ту, после которой прирост экономии перестаёт оправдывать прирост ёмкости. Общий принцип убывающей отдачи разобран в статье «Оптимальная ёмкость накопителя: где остановиться».

Расчёт: срезать 50 кВт на 90 минут

Допустим, по выгрузке выбрана уставка, при которой худшее событие — превышение 50 кВт, которое держится до 90 минут. Считаем по шагам:

1. энергия события: 50 кВт × 1,5 ч = 75 кВт·ч;
2. полезная часть батареи: рабочая глубина разряда принимается 0,9 (точное значение — в паспорте изделия);
3. потери преобразования в разряд: КПД цепочки примем 0,95;
4. номинальная ёмкость: 75 / (0,9 × 0,95) = 75 / 0,855 ≈ 88 кВт·ч.

С запасом на старение и на то, что событие может оказаться чуть длиннее, берут ближайший типоразмер, например 100 кВт·ч, при мощности преобразователя не менее 50 кВт. Для оценки типоразмеров и запасов см. расчёт ёмкости накопителя.

Почему важны пики в часы максимума, а не все

Если плата за мощность определяется нагрузкой в часы максимума энергосистемы или заявленной мощностью, то пик в три часа ночи может не стоить вам ничего, а такой же пик в вечерние часы — заметных денег. Поэтому у каждого пика в таблице добавьте метку: попал он в расчётные часы или нет. Срезать нужно только те события, которые влияют на платёж. Как это сочетается с другими задачами накопителя, описано в статье о срезании пиков с накопителем.

Повторяющиеся и случайные пики

Разделите события на два класса. Повторяющиеся возникают по расписанию: запуск печей в смену, одновременный пуск компрессоров, утренний набор мощности. Их можно срезать накопителем и часто устранить организационно — разнести пуски по времени. Случайные связаны с авариями, испытаниями, редкими режимами. Накопитель под такие события проектировать невыгодно.

Прежде чем покупать батарею, проверьте дешёвые меры: сдвиг пуска оборудования, ограничение одновременного включения, плавный пуск двигателей. Часть пиков уходит без капитальных затрат. Накопитель берут на то, что осталось.

Один «чёрный день» в году

Часто верхняя часть кривой определяется одним днём: жаркая неделя, пусконаладка, ремонт соседнего цеха. Если один день задаёт максимум, а остальные одиннадцать месяцев пики ниже на 20–30 кВт, есть три честных варианта: принять платёж за этот день, устранить причину организационно или проектировать накопитель под типичные, а не под экстремальные события. Проектировать под единственный день почти всегда невыгодно: ёмкость на него простаивает весь год.

Ошибка «среднего профиля»

Самая частая ошибка — взять типовой суточный график, усреднённый по году или по месяцу, и по нему считать накопитель. Усреднение стирает пики: нагрузка, которая в разные дни достигает 150–180 кВт в разное время, в среднем даёт ровные 110. Накопитель, рассчитанный на такой график, ничего не срежет. Всегда работайте с реальными интервалами и смотрите на распределение, а не на среднее. Подробнее о том, какие ещё данные нужны для проекта, см. энергоаудит и проектирование BESS.

Частые вопросы

Хватит ли часовых данных вместо получасовых?

Для первичной оценки да, но пики окажутся занижены: час сглаживает короткие всплески. Если расчёт платы идёт по получасовым значениям, сравнивать нужно с ними.

Какой период выгрузки брать?

Минимум год. Если оборудование или режим работы менялись, возьмите данные после изменений и отдельно отметьте старые.

Можно ли обойтись Excel?

Да. Хватает сортировки, условной суммы по порогу и сводной таблицы по месяцам. Годовой ряд из 17 520 строк открывается без проблем.

Что делать, если данные снимаются только на общем вводе?

Рассчитать накопитель можно и по нему. Но для организационных мер нужно разбивать по цехам, поэтому лучше добавить поцеховой учёт хотя бы на время обследования.

Короткий вывод

Чтобы выбрать накопитель для срезания пиков, переведите выгрузку в кВт, возьмите месячные максимумы, постройте кривую продолжительности и для нескольких уставок посчитайте мощность и ёмкость на худшее событие. Ёмкость растёт быстрее мощности, поэтому оптимум обычно лежит выше самого низкого уровня. Сначала уберите пики организационно, затем проектируйте накопитель на повторяющиеся события в часы, которые влияют на платёж. Если после обработки видно один «чёрный день» или широкие пологие пики, накопитель, скорее всего, не окупится.