WikiDer > Фактор емкости - Википедия

Capacity factor - Wikipedia
ОВОС США месячные коэффициенты мощности 2011-2013 гг.

Сеть коэффициент мощности это безразмерный отношение фактического выхода электроэнергии за данный период времени к максимально возможному выходу электроэнергии за этот период.[1] Коэффициент мощности определяется для любой установки, производящей электроэнергию, такой как топливо потребляющий электростанция или один с использованием Возобновляемая энергия, например ветер или солнце. Средний коэффициент мощности также может быть определен для любого класса таких установок и может использоваться для сравнения различных типов производства электроэнергии.

Максимально возможная выходная мощность данной установки предполагает ее непрерывную работу на полной мощности. паспортная мощность за соответствующий период. Фактическая выработка энергии в течение этого периода и коэффициент мощности сильно различаются в зависимости от ряда факторов. Коэффициент мощности никогда не может превышать коэффициент доступности, или же время безотказной работы за период. Время безотказной работы может быть сокращено, например, из-за проблем с надежностью и планового или внепланового обслуживания. К другим факторам относятся конструкция установки, ее местоположение, тип производства электроэнергии и, соответственно, либо используемое топливо, либо, в случае возобновляемой энергии, местные погодные условия. Кроме того, коэффициент мощности может зависеть от нормативных ограничений и рыночные силы, что может повлиять как на покупку топлива, так и на продажу электроэнергии.

Коэффициент мощности часто рассчитывается в масштабе года, усреднение большинство временных колебаний. Однако его также можно рассчитать на месяц, чтобы получить представление о сезонных колебаниях. В качестве альтернативы его можно рассчитать на протяжении срока службы источника питания как во время работы, так и после вывода из эксплуатации.

Примеры расчетов

Атомная электростанция

Коэффициенты мощности ядерной энергетики в мире

Атомные электростанции находятся на верхнем пределе диапазона коэффициентов мощности, в идеале они сокращаются только за счет коэффициент доступности, т.е. техобслуживание и заправка. Крупнейшая атомная станция в США, Атомная электростанция Пало Верде номинальная мощность между тремя реакторами составляет 3942 МВт. В 2010 году его годовая выработка составила 31 200 000 МВтч,[2] приводя к коэффициенту мощности:

Каждый из трех реакторов Пало-Верде перезагружается каждые 18 месяцев, причем по одному - каждую весну и осень. В 2014 году заправка была произведена за рекордные 28 дней,[3] по сравнению с 35 днями простоя, которым соответствует коэффициент использования мощности 2010 года.

В 2019 г. Остров Прерий 1 был лучшим подразделением США и фактически достиг 104,4%.[4]

Ветряная электростанция

Датская оффшорная ветряная электростанция Рога Rev 2 имеет паспортную мощность 209,3 МВт. По состоянию на январь 2017 г. с момента ввода в эксплуатацию 7 лет назад он произвел 6416 ГВтч, т. е. среднегодовая выработка 875 ГВтч / год при коэффициенте мощности:

[5]

Площадки с более низкими коэффициентами мощности могут считаться подходящими для ветряных электростанций, например, береговая мощность 1 ГВт. Фосен Винд который по состоянию на 2017 год находится в стадии строительства в Норвегии с проектной загрузкой в ​​39%. На расчет осуществимости может повлиять сезонность. Например, в Финляндии коэффициент использования мощности в холодные зимние месяцы более чем вдвое превышает показатель июля.[6] В то время как среднегодовой показатель в Финляндии составляет 29,5%,[6] высокий спрос на тепловую энергию коррелирует с более высоким коэффициентом мощности зимой.

Некоторые береговые ветряные электростанции могут достигать коэффициента мощности более 60%, например, электростанция Eolo мощностью 44 МВт в Никарагуа произвела чистую выработку 232,132 ГВтч в 2015 году, что эквивалентно коэффициенту мощности 60,2%.[7] в то время как годовые коэффициенты мощности в США с 2013 по 2016 год варьируются от 32,2% до 34,7%.[8]

Поскольку коэффициент мощности ветряной турбины измеряет фактическое производство по отношению к возможному производству, он не связан с Коэффициент Бетца от 16/27 59,3%, что ограничивает производство по сравнению с доступной энергией ветра.

Гидроэлектростанция

По состоянию на 2017 год то Плотина Три ущелья в Китае с паспортной мощностью 22 500 МВт является крупнейшей электростанцией в мире по установленной мощности. В 2015 году он произвел 87 ТВтч при коэффициенте мощности:

Плотина Гувера имеет паспортную мощность 2080 МВт[9] и годовая выработка в среднем 4,2 ТВт · ч.[9] (Годовая выработка колебалась от 10,348 ТВт · ч в 1984 году до минимума в 2,648 ТВт · ч в 1956 году.[9]Если взять среднее значение для годовой выработки, то коэффициент мощности составит:

Фотоэлектрическая электростанция

При низком диапазоне коэффициентов мощности фотоэлектрическая электростанция, который поставляет электроэнергию в электросеть из крупномасштабного фотоэлектрическая система (Фотоэлектрическая система). Неотъемлемый предел его коэффициента мощности исходит из требования: дневной светжелательно, чтобы солнце не закрывали облака, дым или смог, тень от деревьев и строительных конструкций. Поскольку количество солнечного света меняется как в зависимости от времени суток, так и в зависимости от времени года, коэффициент мощности обычно рассчитывается ежегодно. Количество доступного солнечного света в основном определяется широта Фактическое производство также зависит от местных факторов, таких как пыль и температура окружающей среды, которые в идеале должны быть низкими. Как и для любой электростанции, максимально возможное производство электроэнергии - это паспортная мощность, умноженная на количество часов в году, а фактическая выработка - это количество электроэнергии, ежегодно поставляемой в сеть.

Например, Проект солнечной энергии Agua Caliente, находится в Аризона возле 33-го параллельно и награжден за выдающиеся достижения в области возобновляемых источников энергии, имеет паспортную мощность 290 МВт и фактическое среднегодовое производство 740 ГВтч / год. Таким образом, коэффициент мощности составляет:

.

Значительно меньший коэффициент мощности достигается за счет Lauingen Energy Park находится в Бавария, около 49 параллели. При номинальной мощности 25,7 МВт и фактической среднегодовой выработке 26,98 ГВтч / год коэффициент использования мощности составляет 12,0%.

Детерминанты коэффициента мощности установки

Есть несколько причин, по которым завод может иметь коэффициент использования мощности ниже 100%. К ним относятся технические ограничения, такие как доступность установки, экономические причины и доступность энергетического ресурса.

Завод может не работать или работать с пониженной производительностью часть времени из-за отказов оборудования или планового технического обслуживания. Это составляет большую часть неиспользованной емкости электростанции базовой нагрузки. Установки с базовой нагрузкой обычно имеют низкие затраты на единицу электроэнергии, поскольку они рассчитаны на максимальную эффективность и постоянно работают с высокой производительностью.Геотермальные электростанции, атомная электростанция, угольные станции и биоэнергетические установки которые сжигают твердый материал, почти всегда работают как установки с базовой нагрузкой, так как их бывает сложно настроить в соответствии с потребностями.

Производительность предприятия также может быть сокращена или намеренно оставлена ​​простаивающей из-за того, что электричество не требуется, или из-за того, что цена на электроэнергию слишком низкая, чтобы сделать производство экономичным. Это составляет большую часть неиспользуемых мощностей. пиковые электростанции и нагрузка после электростанций.Пиковые станции могут работать всего несколько часов в год или до нескольких часов в день. Многие другие электростанции работают только в определенное время дня или года из-за колебаний нагрузок и цен на электроэнергию. Если установка необходима только во время днем, например, даже если он работает на полной мощности с 8:00 до 20:00 каждый день (12 часов) в течение всего года, он будет иметь коэффициент мощности только 50%. Из-за низких коэффициентов мощности, электричество от пиковой мощности установки относительно дороги, потому что ограниченная генерация должна покрывать постоянные затраты на установку.

Третья причина заключается в том, что у завода может не быть топлива для работы все время. Это может относиться к ископаемым станциям с ограниченными поставками топлива, но в первую очередь относится к периодически возобновляемым ресурсам.[10]Солнечные фотоэлектрические и ветряные турбины имеют коэффициент мощности, ограниченный доступностью их «топлива», солнечного света и ветра соответственно. Гидроэлектростанция может иметь коэффициент мощности ниже 100% из-за ограничения или нехватки воды, или ее мощность может регулироваться чтобы соответствовать текущим потребностям в электроэнергии, сохраняя накопленную воду для дальнейшего использования.

Другие причины, по которым электростанция может не иметь коэффициент мощности 100%, включают ограничения или ограничения на разрешения на воздух и ограничения на передачу, которые вынуждают электростанцию ​​сокращать выработку.

Коэффициент использования возобновляемой энергии

ОВОС США месячные коэффициенты мощности для возобновляемых источников энергии, 2011-2013 гг.

За Возобновляемая энергия источники, такие как солнечная энергия, ветровая энергия и гидроэлектроэнергия, основной причиной снижения коэффициента мощности обычно является доступность источника энергии. Завод может производить электричество, но его «топливо» (ветер, Солнечный свет или же воды) могут быть недоступны. На производство гидроэлектростанций также могут влиять требования по предотвращению слишком высокого или низкого уровня воды и обеспечению водой для рыбы вниз по течению. Однако солнечные, ветряные и гидроэлектростанции действительно имеют высокую факторы доступности, поэтому, когда у них есть топливо, они почти всегда могут производить электричество.[11]

Когда гидроэлектростанции имеют доступ к воде, они также полезны для отслеживания нагрузки из-за их высокой возможность отправки. Операторы типичной гидроэлектростанции могут вывести ее из остановленного состояния на полную мощность всего за несколько минут.

Ветряные фермы переменные из-за естественной изменчивости ветра. Для ветряной электростанции коэффициент мощности определяется наличием ветра, рабочей площадью турбины и размером генератор. Пропускная способность линий электропередачи и спрос на электроэнергию также влияют на коэффициент мощности. Типичные коэффициенты мощности существующих ветряных электростанций составляют от 25 до 45%.[12] В Соединенном Королевстве в течение пятилетнего периода с 2011 по 2019 год годовой коэффициент использования ветровой энергии составлял более 30%.[13][14][15][16]

Солнечная энергия переменная из-за суточного вращения Земли, сезонных изменений и облачности. Например, в муниципальном коммунальном районе Сакраменто в 2005 году коэффициент использования мощности составил 15%.[17]Однако, согласно SolarPACES программа Международное энергетическое агентство (IEA), солнечные электростанции, предназначенные только для производства электроэнергии на солнечной энергии, хорошо адаптированы к пиковой нагрузке в летний полдень в районах со значительными требованиями к охлаждению, например Испания или юго-запад США,[18] хотя в некоторых местах солнечная фотоэлектрическая энергия не снижает потребность в обновлении сети, учитывая, что пиковая потребность в кондиционерах часто приходится на поздний полдень или ранний вечер, когда мощность солнечной энергии снижается.[19][20] SolarPACES заявляет, что при использовании систем хранения тепловой энергии периоды эксплуатации солнечная тепловая энергия (CSP) станции могут быть расширены, чтобы стать управляемыми (с отслеживанием нагрузки).[18]

Геотермальный имеет более высокий коэффициент мощности, чем многие другие источники энергии, а геотермальные ресурсы, как правило, доступны постоянно.

Коэффициенты мощности по источникам энергии

Соединенные Штаты

По данным Управления энергетической информации США (EIA), с 2013 по 2017 годы коэффициенты мощности генераторов коммунального масштаба были следующими:[21]

Год
 
 ​
2013​
2014​
2015​
2016​
2017​
2018
Неископаемое топливоКаменный угольНатуральный газНефтяные жидкости
ЯдернаяКонв. ГидроВетерСолнечные фотоэлектрическиеСолнечная CSPСвалочный газ
и ТБО		Другая биомасса
включая дерево		ГеотермальныйCCCTSTЛЕДSTCTЛЕД
89.9%38.9%32.4%NANA68.9%56.7%73.6%59.8%48.2%4.9%10.6%6.1%12.1%0.8%2.2%
91.7%37.3%34.0%25.9%19.8%68.9%58.9%74.0%61.1%48.3%5.2%10.4%8.5%12.5%1.1%1.4%
92.3%35.8%32.2%25.8%22.1%68.7%55.3%74.3%54.7%55.9%6.9%11.5%8.9%13.3%1.1%2.2%
92.3%38.2%34.5%25.1%22.2%69.7%55.6%73.9%53.3%55.5%8.3%12.4%9.6%11.5%1.1%2.6%
92.2%43.1%34.6%25.7%21.8%68.0%57.8%74.0%53.7%51.3%6.7%10.5%9.9%13.5%0.9%2.3%
92.6%42.8%37.4%26.1%23.6%73.3%49.3%77.3%54.0%57.6%11.8%13.7%NA13.9%2.5%NA


Однако часто эти значения существенно различаются по месяцам.

  • Атомная энергия 88,7% (в среднем по АЭС США с 2006 по 2012 год).[22]
  • Гидроэнергетика, в среднем по миру 44%,[23] диапазон от 10% до 99% в зависимости от наличия воды (с регулированием через водохранилище или без него).
  • Ветроэлектростанции 20-40%.[24][25]
  • CSP солнечная энергия с хранением и резервным природным газом в Испании 63%.[26]
  • CSP солнечная энергия в Калифорнии 33%.[27]
  • Фотоэлектрические солнечные батареи в Германии 10%, Аризоне 19%.[28][29][30]
  • Солнечная энергия в Массачусетсе составляет 13,35%, в среднем за 8 лет по состоянию на июль 2018 года.[31]

объединенное Королевство

Следующие цифры были собраны Департамент энергетики и изменения климата по коэффициентам мощности для различных типов электростанций в сети Великобритании:[32][13][33][14][34][15][35][16][36][37]

Тип растения2007200820092010201120122013201420152016201720182019
Атомная электростанция59.6%49.4%65.6%59.3%66.4%70.8%73.8%66.6%75.1%78.1%78.8%72.9%62.9%
Парогазовые газотурбинные станции64.7%71.0%64.2%61.6%47.8%30.3%27.9%30.5%31.7%49.6%45.5%42.7%43.0%
Угольные электростанции46.7%45.0%38.5%40.2%40.8%56.9%58.1%50.7%44.0%21.2%17.3%14.2%7.8%
Гидроэлектростанции38.2%37.4%36.7%24.9%39.0%35.7%31.6%39.1%41.0%34.0%36.3%33.2%36.2%
Ветряные электростанции27.7%27.5%27.1%23.7%30.1%29.4%32.2%30.1%33.6%27.8%31.7%31.4%32.0%
Морские ветряные электростанции25.6%30.7%25.9%30.5%37.0%35.8%39.1%37.3%41.5%36.0%38.9%40.1%40.4%
Фотоэлектрические станции9.9%9.6%9.3%7.3%5.1%11.2%9.9%11.1%11.8%11.0%10.6%11.3%11.2%
Морской (волна и приливная сила станции)0.4%0.8%4.8%8.4%3.8%8.3%9.6%3.2%2.6%0.0%3.0%5.5%7.5%
Биоэнергетические электростанции52.7%52.2%56.5%55.2%44.1%46.9%56.8%60.1%67.4%61.8%61.5%58.6%55.3%

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Коэффициент мощности (нетто)». nrc.gov. Получено 2017-02-11.
  2. ^ "Ядерный профиль Аризоны 2010". eia.gov. Получено 2017-02-11.
  3. ^ «Блок 2 Пало Верде признан лучшим генератором в США за 2013 год». aps.com. 2014-03-10. Архивировано из оригинал на 2015-04-20. Получено 2017-02-11.
  4. ^ База данных Reactor - таблица максимального коэффициента загрузки мир-ядерный, 2020-08-15
  5. ^ Андрей (26 января 2017). «Коэффициенты мощности датских морских ветропарков». energynumbers.info. Архивировано из оригинал на 2017-01-29. Получено 2017-02-11.
  6. ^ а б Хуотари, Юсси (2020). «Эффективность ветроэнергетики и сезонность». Получено 11 декабря 2020.
  7. ^ "Centro Nacional de Despacho de Carga". Получено 2016-07-29.
  8. ^ «ОВОС - данные по электроэнергии». www.eia.gov. Получено 2017-04-10.
  9. ^ а б c «Плотина Гувера - часто задаваемые вопросы и ответы». Бюро мелиорации США. Февраль 2009. Архивировано с оригинал на 2010-03-23. Получено 2010-08-07.
  10. ^ «Коэффициенты мощности электрогенераторов сильно различаются по всему миру - Сегодня в энергетике - Управление энергетической информации США (EIA)». www.eia.gov. Получено 13 апреля 2017.
  11. ^ Чем производство энергии ветряной турбиной отличается от производства энергии? В архиве 13 марта 2008 г. Wayback Machine
  12. ^ Хендлман, Клейтон (2015-08-04). «Ветер может заменить уголь в качестве основного источника энергии в США, согласно новым данным NREL». cleantechnica.com. Получено 2017-02-11.
  13. ^ а б «Сборник энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2012 год: глава 6 - Возобновляемые источники энергии» (PDF). decc.gov.uk. Получено 20 марта 2018.
  14. ^ а б «Сборник энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2013 г .: Глава 6 - Возобновляемые источники энергии» (PDF). www.gov.uk. Получено 20 марта 2018.
  15. ^ а б «Сборник энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2014 год: глава 6 - Возобновляемые источники энергии» (PDF). www.gov.uk. Получено 20 марта 2018.
  16. ^ а б «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2016 год: глава 6 - Возобновляемые источники энергии» (PDF). www.gov.uk. Получено 20 марта 2018.
  17. ^ Том Блис (2008). Рецепт для планеты,. ISBN 1-4196-5582-5.
  18. ^ а б Томас Р. Манчини и Майкл Гейер (2006). Испания - первопроходец в области теплоэнергетики на солнечной башне, подключенной к сети В архиве 2018-09-27 в Wayback Machine SolarPACES, ОЭСР / МЭА, стр. 3.
  19. ^ Мюриэл Ватт Стоимость PV в летние пики В архиве 17 февраля 2011 г. Wayback Machine
  20. ^ Правительство Южной Австралии (2007), стр.13,14 Механизм подачи питания для небольших жилых солнечных фотоэлектрических установок в Южной Австралии В архиве 5 декабря 2010 г. Wayback Machine
  21. ^ «Таблица 6.7.B. Коэффициенты мощности для генераторов коммунального назначения, в основном использующих ископаемое топливо». Получено 21 августа 2018.«Таблица 6.7.B. Коэффициенты мощности для генераторов коммунального назначения, не использующих в основном ископаемое топливо». Получено 21 августа 2018.
  22. ^ "Факторы ядерной мощности Соединенных Штатов". Институт ядерной энергии. Получено 2013-10-26.
  23. ^ Гидроэнергетика п. 441
  24. ^ «Энергия ветра: коэффициент мощности, кратковременность и что происходит, когда ветер не дует?» (PDF). Лаборатория возобновляемых источников энергии, Массачусетский университет, Амхерст. Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-10-01. Получено 2008-10-16.
  25. ^ «Разрушая мифы» (PDF). Британская ассоциация ветроэнергетики. Февраль 2005 г. Архивировано с оригинал (PDF) на 2007-07-10. Получено 2008-10-16.
  26. ^ «Торресол Энерджи Гемасолар Термосолнечная установка». Получено 2014-03-12.
  27. ^ «Иванпахская солнечная электростанция». Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинал на 2015-10-12. Получено 2012-08-27.
  28. ^ «Факторы низкой мощности: вызовы для перехода к низкоуглеродной энергии - Энергетический коллектив». theenergycollective.com. 15 октября 2013 г.. Получено 20 марта 2018.
  29. ^ Лаумер, Джон (июнь 2008 г.). «Солнечная энергия или энергия ветра: какая мощность наиболее стабильна?». Дерево Hugger. Получено 2008-10-16.
  30. ^ Рагнарссон, Ладислав; Рыбач (11.02.2008). О. Хохмейер и Т. Триттин (ред.). Возможная роль и вклад геотермальной энергии в смягчение последствий изменения климата (PDF). Любек, Германия. С. 59–80. Архивировано из оригинал (pdf) на 2011-07-22. Получено 2009-04-06.
  31. ^ Отчет о коэффициенте мощности SREC, https://www.masscec.com/data-and-reports
  32. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2012 год: глава 5 - Электричество» (PDF). decc.gov.uk. Получено 20 марта 2018.
  33. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2013 год: Глава 5 - Электричество» (PDF). www.gov.uk. Получено 20 марта 2018.
  34. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2014 г .: Глава 5 - Электричество» (PDF). www.gov.uk. Получено 20 марта 2018.
  35. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2016 г .: Глава 5 - Электричество» (PDF). www.gov.uk. Получено 20 марта 2018.
  36. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2020 год: Глава 5 - Электричество». www.gov.uk. Получено 21 октября 2020.
  37. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2020 год: глава 6 - Возобновляемые источники энергии». www.gov.uk. Получено 21 октября 2020.