Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ежемесячные коэффициенты мощности US EIA 2011-2013 гг.

Коэффициент полезной мощности - это безразмерное 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 электростанция, потребляющая топливо, или электростанция, использующая возобновляемую энергию , такую ​​как 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 с полной номинальной мощностью в течение соответствующего периода. 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 время безотказной работы в течение периода. Время безотказной работы может быть сокращено, например, из-за проблем с надежностью и планового или внепланового обслуживания. К другим факторам относятся конструкция установки, ее расположение, 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 рыночных сил., что может повлиять как на покупку топлива, так и на продажу электроэнергии.

Коэффициент мощности часто рассчитывается в масштабе года, усредняя 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 [ править ]

Атомная электростанция [ править ]

Коэффициенты мощности ядерной энергетики в мире

Атомные электростанции находятся на верхнем пределе диапазона коэффициентов мощности, в идеале сокращаемых только коэффициентом готовности , то есть техническим обслуживанием и перегрузкой. Самая большая атомная станция в США, АЭС Пало-Верде, имеет между тремя реакторами номинальную мощность 3942 МВт. В 2010 году его годовая выработка составила 31 200 000 МВтч [2], что привело к коэффициенту мощности:

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

В 2019 году Prairie Island 1 был лучшим юнитом США и фактически достиг 104,4%. [4]

Ветряная электростанция [ править ]

Паспортная мощность датской морской ветряной электростанции Horns Rev 2 составляет 209,3 МВт. По состоянию на январь 2017 года с момента ввода в эксплуатацию 7 лет назад он произвел 6416 ГВтч, т.е. среднегодовая выработка составила 875 ГВтч / год при коэффициенте мощности:

[5]

Площадки с более низкими коэффициентами мощности могут считаться подходящими для ветряных электростанций, например, береговая станция Fosen Vind мощностью 1 ГВт, которая по состоянию на 2017 год строится в Норвегии, имеет прогнозируемый коэффициент мощности 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 в 2015 году произвела чистую выработку 232,132 ГВтч, что эквивалентно коэффициенту мощности 60,2% [7], в то время как годовые коэффициенты мощности в США с 2013 по 2016 год колеблется от 32,2% до 34,7%. [8]

Поскольку коэффициент мощности ветряной турбины измеряет фактическое производство по отношению к возможному производству, он не связан с коэффициентом Бетца 16/27 59,3%, который ограничивает производство по сравнению с энергией, доступной в ветре.

Плотина гидроэлектростанции [ править ]

По состоянию на 2017 года плотина Три ущелья в Китае, с его номинальной мощностью 22500 МВт, крупнейшей электростанции в мире по установленной мощности. В 2015 году он произвел 87 ТВтч при коэффициенте мощности:

Плотина Гувера имеет паспортную мощность 2080 МВт [9] и среднегодовую выработку 4,2 ТВт · ч. [9] (Годовая выработка колебалась от 10,348 ТВт · ч в 1984 г. до минимума в 2,648 ТВт · ч в 1956 г. [9] ). Если взять средний показатель годовой выработки, то коэффициент мощности составит:

Фотоэлектрическая электростанция [ править ]

В низком диапазоне коэффициентов мощности находится фотоэлектрическая электростанция , которая поставляет электроэнергию в электрическую сеть от крупномасштабной фотоэлектрической системы (фотоэлектрическая система). Неотъемлемый предел его коэффициента мощности связан с его потребностью в дневном свете , предпочтительно, когда солнце не закрывается облаками, дымом или смогом , в тени 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 широтойустановки и локальной облачности. Фактическое производство также зависит от местных факторов, таких как пыль и температура окружающей среды, которая в идеале должна быть низкой. Как и для любой электростанции, максимально возможное производство электроэнергии - это номинальная мощность, умноженная на количество часов в году, а фактическая выработка - это количество электроэнергии, ежегодно поставляемой в сеть.

Например, проект Agua Caliente Solar Project , расположенный в Аризоне около 33-й параллели и награжденный за выдающиеся достижения в области возобновляемых источников энергии, имеет паспортную мощность 290 МВт и фактическое среднегодовое производство 740 ГВт-ч в год. Таким образом, его коэффициент мощности:

.

Значительно меньший коэффициент использования мощности обеспечивает Lauingen Energy Park, расположенный в Баварии , около 49-й 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 [ править ]

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 мощности электростанций 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 , атомные электростанции , угольные электростанции и биоэнергетические станции , сжигающие твердые материалы, почти всегда используются в качестве станций с базовой нагрузкой, поскольку их может быть трудно приспособить к спросу.

Завод также может быть сокращен или намеренно оставлен без работы, потому что электричество не требуется или потому что цена на электроэнергию слишком низкая, чтобы сделать производство экономичным. Это составляет большую часть неиспользованной мощности пиковых электростанций и нагрузки следующих 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 нужна только в течение дня, например, даже если она работает на полной мощности с 8:00 до 20:00 каждый день (12 часов) в течение всего года, ее коэффициент мощности будет только 50%. Из-за низких коэффициентов мощности электроэнергия от электростанций с пиковыми нагрузками является относительно дорогой, поскольку ограниченная выработка должна покрывать постоянные затраты станции.

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 в соответствии с текущей потребностью в электроэнергии, сохраняя накопленную воду для последующего 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 возобновляемых источников энергии [ править ]

Месячные коэффициенты мощности для возобновляемых источников энергии EIA США , 2011-2013 гг.

Для возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия , энергия ветра и гидроэлектроэнергия , основной причиной снижения коэффициента мощности обычно является доступность источника энергии. Завод может производить электричество, но его «топливо» ( ветер , солнечный свет или вода ) может быть недоступно. На производство гидроэлектростанций также могут влиять требования по предотвращению слишком высокого или низкого уровня воды и по обеспечению водой рыб ниже по течению. Тем не менее, солнечные, ветряные и гидроэлектростанции имеют высокий коэффициент готовности., поэтому, когда у них есть топливо, они почти всегда могут производить электричество. [11]

Когда у гидроэлектростанций есть вода, они также полезны для отслеживания нагрузки из-за их высокой управляемости . Операторы типичной гидроэлектростанции могут вывести ее из остановленного состояния на полную мощность всего за несколько минут.

Ветряные электростанции разнообразны из-за естественной изменчивости ветра. Для ветряной электростанции коэффициент мощности определяется наличием ветра, рабочей площадью турбины и размером генератора . 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 за пятилетний период с 2011 по 2019 год годовой коэффициент использования ветровой энергии составлял более 30%. [13] [14] [15] [16]

Солнечная энергия непостоянна из-за суточного вращения Земли, сезонных изменений и облачности. Например, в муниципальном коммунальном округе Сакраменто в 2005 г. коэффициент мощности составлял 15%. [17] Однако, согласно программе SolarPACES Международного энергетического агентства (МЭА), солнечные электростанции, предназначенные для выработки только солнечной энергии, хорошо подходят для летнего периода. пиковые нагрузки в полдень в регионах со значительными требованиями к охлаждению, таких как 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 работы солнечных тепловых электростанций (CSP) можно продлить, чтобы они стали управляемыми (отслеживание нагрузки). [18]

Геотермальная энергия имеет более высокий коэффициент использования мощности, чем многие другие источники энергии, и геотермальные ресурсы, как правило, доступны постоянно.

Коэффициенты мощности по источникам энергии [ править ]

Соединенные Штаты [ править ]

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


Однако часто эти значения существенно различаются по месяцам.

  • Атомная энергия 88,7% (в среднем по АЭС США с 2006 по 2012 год). [22]
  • Гидроэлектроэнергия, 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]

Соединенное Королевство [ править ]

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

См. Также [ править ]

  • Фактор спроса
  • Прерывистый источник питания

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Коэффициент мощности (нетто)» . nrc.gov . Проверено 11 февраля 2017 .
  2. ^ "Ядерный профиль Аризоны 2010" . eia.gov . Проверено 11 февраля 2017 .
  3. ^ «Пало-верде, блок 2 признан лучшим генератором в США за 2013 год» . aps.com . 2014-03-10. Архивировано из оригинала на 2015-04-20 . Проверено 11 февраля 2017 .
  4. ^ База данных Reactor - Таблица максимального коэффициента нагрузки world-Nuclear, 2020-08-15
  5. ^ Эндрю (2017-01-26). «Коэффициенты мощности на датских оффшорных ветряных электростанциях» . energynumbers.info . Архивировано из оригинала на 2017-01-29 . Проверено 11 февраля 2017 .
  6. ^ а б Хуотари, Юсси (2020). «Эффективность и сезонность ветроэнергетики» . Дата обращения 11 декабря 2020 .
  7. ^ "Centro Nacional de Despacho de Carga" . Проверено 29 июля 2016 .
  8. ^ «EIA - Данные по электроэнергии» . www.eia.gov . Проверено 10 апреля 2017 .
  9. ^ a b c «Плотина Гувера - часто задаваемые вопросы и ответы» . Бюро мелиорации США . Февраль 2009. Архивировано из оригинала на 2010-03-23 . Проверено 7 августа 2010 .
  10. ^ «Коэффициенты мощности электрогенераторов широко варьируются во всем мире - Сегодня в энергетике - Управление энергетической информации США (EIA)» . www.eia.gov . Проверено 13 апреля 2017 года .
  11. ^ Чем производство энергии ветряной турбиной отличается от производства энергии? Архивировано 13 марта 2008 года в Wayback Machine.
  12. ^ Handleman, Клейтон (2015-08-04). «Ветер может заменить уголь в качестве основного источника энергии в США, согласно новым данным NREL» . cleantechnica.com . Проверено 11 февраля 2017 .
  13. ^ a b «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2012 год: глава 6 - Возобновляемые источники энергии» (PDF) . decc.gov.uk . Проверено 20 марта 2018 года .
  14. ^ a b «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2013 год: глава 6 - Возобновляемые источники энергии» (PDF) . www.gov.uk . Проверено 20 марта 2018 года .
  15. ^ a b «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2014 г .: глава 6 - Возобновляемые источники энергии» (PDF) . www.gov.uk . Проверено 20 марта 2018 года .
  16. ^ a b «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2016 г .: глава 6 - Возобновляемые источники энергии» (PDF) . www.gov.uk . Проверено 20 марта 2018 года .
  17. ^ Том Blees (2008). Предписание для планеты, . ISBN 1-4196-5582-5.
  18. ^ a b Томас Р. Манчини и Майкл Гейер (2006). Испания - первопроходец, подключенный к энергосистеме на солнечной башне. Архивировано 27 сентября 2018 г. в Wayback Machine SolarPACES, ОЭСР / МЭА, стр. 3.
  19. Мюриэль Ватт Значение PV в летние пики. Архивировано 17 февраля 2011 года на Wayback Machine.
  20. ^ Правительство Южной Австралии (2007), p.13,14 Льготного механизм Южной Австралии для жилых Мелкомасштабных солнечных фотоэлектрических установок архивации 5 декабря 2010 года, в Wayback Machine
  21. ^ «Таблица 6.7.B. Коэффициенты мощности для генераторов общего назначения, в основном использующих ископаемое топливо» . Проверено 21 авг 2018 .«Таблица 6.7.B. Коэффициенты мощности для генераторов коммунального назначения, не использующих в основном ископаемое топливо» . Проверено 21 авг 2018 .
  22. ^ "Факторы ядерной мощности Соединенных Штатов" . Институт ядерной энергии . Проверено 26 октября 2013 .
  23. ^ Гидроэнергетика стр. 441
  24. ^ "Энергия ветра: коэффициент мощности, прерывистость, и что происходит, когда ветер не дует?" (PDF) . Лаборатория возобновляемых источников энергии, Массачусетский университет в Амхерсте . Архивировано из оригинального (PDF) 01.10.2008 . Проверено 16 октября 2008 .
  25. ^ "Разрушая мифы" (PDF) . Британская ассоциация ветроэнергетики . Февраль 2005. Архивировано из оригинального (PDF) 10 июля 2007 года . Проверено 16 октября 2008 .
  26. ^ "Торресол Энергия Гемасолар Термосолнечная установка" . Проверено 12 марта 2014 .
  27. ^ "Иванпа солнечная электростанция" . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии . Архивировано из оригинала на 2015-10-12 . Проверено 27 августа 2012 .
  28. ^ «Факторы низкой мощности: проблемы для перехода к низкоуглеродной энергии - Энергетический коллектив» . theenergycollective.com . 15 октября 2013 . Проверено 20 марта 2018 года .
  29. ^ Лаумер, Джон (июнь 2008 г.). «Солнечная энергия или энергия ветра: какая мощность наиболее стабильна?» . Treehugger . Проверено 16 октября 2008 .
  30. ^ Ragnarsson, Ladislaus; 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 оригинального (pdf) 22 июля 2011 года . Проверено 6 апреля 2009 .
  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 . Проверено 20 марта 2018 года .
  33. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2013 г .: Глава 5 - Электричество» (PDF) . www.gov.uk . Проверено 20 марта 2018 года .
  34. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2014 г .: Глава 5 - Электричество» (PDF) . www.gov.uk . Проверено 20 марта 2018 года .
  35. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2016 г .: Глава 5 - Электричество» (PDF) . www.gov.uk . Проверено 20 марта 2018 года .
  36. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2020 г .: Глава 5 - Электричество» . www.gov.uk . Проверено 21 октября 2020 года .
  37. ^ «Дайджест энергетической статистики Соединенного Королевства (DUKES) за 2020 год: глава 6 - Возобновляемые источники энергии» . www.gov.uk . Проверено 21 октября 2020 года .