용량 계수

Capacity factor
US EIA 월별 용량 요소 2011-2013

순용량 계수는 특정 기간 동안의 실제 전기 에너지 출력에 대한 해당 기간 동안의 최대 전기 에너지 출력에 대한 단위 없는 비율이다.[1]용량 계수는 연료 소비 발전소나 풍력이나 태양과 같은 재생 에너지를 사용하는 발전소 같은 모든 전기 생산 설비에 대해 정의된다.평균 수용용량 계수는 또한 그러한 설비의 모든 등급에 대해 정의될 수 있으며, 다른 유형의 전기 생산량을 비교하는 데 사용될 수 있다.

특정 설비의 가능한 최대 에너지 출력은 해당 기간 동안 전체 명판 용량에서 연속적으로 작동한다고 가정한다.해당 기간 동안의 실제 에너지 출력과 용량 계수는 다양한 요인에 따라 크게 달라진다.용량 계수는 해당 기간 동안 가용성 계수 또는 가동 시간을 절대 초과할 수 없다.예를 들어, 안정성 문제 및 유지보수, 예약 또는 비예약 등으로 인해 가동 시간을 줄일 수 있다.다른 요인으로는 설치 설계, 위치, 전기 생산 유형 및 연료 사용 또는 재생 에너지의 경우 지역 기상 조건이 포함된다.또한, 용량 인자는 규제 제약과 시장의 힘에 의해 좌우될 수 있으며, 연료 구입과 전기 판매 모두에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다.

용량 계수는 종종 1년의 기간 동안 계산되며, 대부분의 시간적 변동을 평균한다.그러나 계절적 변동에 대한 통찰력을 얻기 위해 한 달 동안 계산할 수도 있다.또는 작동 중과 폐로 후 모두에서 전원 수명 동안 계산될 수 있다.용량 계수는 최대 부하 시간으로 표현 및 변환될 수 있다.

샘플 계산

원자력 발전소

전 세계 원자력 발전 용량 요인

원자력 발전소는 용량 인자의 범위의 최상단에 있으며, 이상적으로는 가용성 인자에 의해서만, 즉 유지보수와 급유에 의해서만 감소된다.미국 최대의 원자력 발전소인 Palo Verde 원자력 발전소는 3개의 원자로 사이에 3,942 MW의 명판 용량을 가지고 있다. 2010년에 그것의 연간 발전량은 3,120만 MWh였으며,[2] 이는 다음과 같은 용량 계수로 이어졌다.

팔로 베르데의 세 개의 원자로는 각각 18개월마다 연료가 공급되고, 봄과 가을마다 한 대의 연료가 공급된다.2014년에는 2010년 용량 인자에 해당하는 35일의 다운타임에 비해 28일의 기록적인 연료교체가 완료되었다.[3]

2019년 프레리 아일랜드 1은 가장 높은 인자를 가진 미국 단위였으며 실제로 104.4%[4]에 달했다.

윈드팜

덴마크 해상 풍력 발전기 혼스 리브 2의 명판 용량은 209.3 MW이다. 2017년 1월 현재 6416 GWh를 생산하고 있다. 즉, 연간 평균 875 GWh의 생산량과 다음과 같은 용량 계수를 가지고 있다.

[5]

예를 들어 2017년 현재 노르웨이에서 건설 중인 육상 1 GW Fosen Bind와 같이 저용량 인자를 가진 부지는 39%의 예상용량 인자를 가지고 있는 풍력 발전소에 대해 타당하다고 간주될 수 있다.타당성 계산은 계절성의 영향을 받을 수 있다.예를 들어 핀란드의 경우 7월에 비해 추운 겨울철에 수용인자가 두 배 이상 많다.[6]핀란드의 연간 평균은 [6]29.5%인 반면, 난방 에너지에 대한 높은 수요는 겨울철에 더 많은 용량 인자와 관련이 있다.

일부 육상 풍력 발전소는 60% 이상의 용량 인자에 도달할 수 있다. 예를 들어 니카라과의 44 MW Eolo 공장은 2015년에 순생산이 232.132 GWh로 60.2%[7]에 해당하는 반면, 2013년부터 2016년까지 미국의 연간 용량 인자는 32.2%에서 34.7%[8]에 이른다.

풍력 터빈의 용량 계수는 가능한 생산량과 비교해서 실제 생산을 측정하기 때문에, 베츠의 16/273%의 계수와는 무관하여 바람에서 이용 가능한 에너지 대비 생산량을 제한한다.

수력발전댐

2017년 현재 중국의 삼협댐은 명판 용량이 2만2500MW로 설치 용량으로는 세계 최대 규모다.2015년에 87 TWh를 생성하여 다음과 같은 용량 계수를 제공하였다.

후버댐은 명판용량이 2080MW[9], 연평균 4.2 TW·h이다.[9] (연간 발전량은 1984년 10.348 TW·h, 1956년 2.648 TW·h의 최고치 사이에 차이가 있다.)[9]연평균 발전량 수치를 보면 다음과 같은 용량 계수를 얻을 수 있다.

광발전소

저용량 요인으로는 대규모 태양광발전시스템(PV)에서 전력망에 전력을 공급하는 태양광발전소가 있다.그것의 수용력 인자에 대한 고유한 한계는 일광의 요구 조건, 가급적 구름, 연기 또는 스모그에 의해 방해받지 않는 햇빛, 나무 그늘과 건물 구조에서 나온다.일조량은 하루의 시간과 계절에 따라 모두 다르기 때문에 용량 계수는 일반적으로 연간 단위로 계산된다.가용 일조량은 대부분 설치 위도와 지역 구름 커버에 의해 결정된다.실제 생산도 먼지와 주변 온도 등 국지적 요인에 영향을 받아 이상적으로 낮아야 한다.어떤 발전소에 대해서도, 최대 가능 전력 생산량은 명판 용량으로, 실제 생산량은 그리드에 연간 공급되는 전력량이다.

예를 들어 33도선 근처 애리조나에 위치해 재생에너지의 우수성을 인정받은 아구아 칼리엔테 솔라 프로젝트는 명판 용량이 290MW이고 실제 연평균 생산량은 연간 740GWh이다.따라서 용량 계수는 다음과 같다.

.

49도선 근처에 위치한 바이에른에 위치한 라우잉겐 에너지 파크가 용량 인수를 크게 줄인다.명판 용량은 25.7 MW이고 실제 연간 평균 생산량은 26.98 GWh/년이며 용량 계수는 12.0%이다.

발전소 용량계수의 결정요인자

발전소가 100%보다 낮은 용량 계수를 가질 수 있는 몇 가지 이유가 있다.여기에는 발전소의 가용성, 경제적 이유 및 에너지 자원의 가용성과 같은 기술적 제약사항이 포함된다.

발전소는 장비 고장이나 일상적인 유지보수로 인해 가동되지 않거나 일부 시간 동안 감소된 출력으로 운영될 수 있다.이는 기저부하 발전소의 미사용 용량의 대부분을 차지한다.기지 부하 발전소는 최대 효율을 위해 설계되고 높은 출력에서 연속적으로 작동하기 때문에 보통 전력 단위당 비용이 낮다.고형자재를 태우는 지열발전소, 원자력발전소, 석탄화력발전소, 바이오에너지 발전소는 수요에 맞게 조정하기 어려울 수 있어 거의 항상 기본 부하발전소로 운영된다.

발전소는 또한 전기가 필요하지 않거나 전기 가격이 너무 낮아 생산을 경제적으로 할 수 없기 때문에 생산량을 줄이거나 의도적으로 유휴 상태로 둘 수 있다.이는 발전소의 정점화 및 부하에 따른 미사용 용량의 대부분을 차지한다.첨두식물은 1년에 몇 시간 또는 하루에 몇 시간까지만 가동할 수 있다.많은 다른 발전소들은 부하와 전기 가격의 변화 때문에 하루 또는 일년의 특정 시간에만 가동된다.예를 들어 발전소가 하루 종일 매일 오전 8시부터 오후 8시까지(12시간) 풀파워로 가동하더라도 낮에만 필요한 경우 50%의 용량 인자에 불과하다.정점 발전소의 전기는 저용량 요인으로 인해 발전소의 고정 비용을 제한적으로 충당할 수밖에 없기 때문에 상대적으로 비용이 많이 든다.

세 번째 이유는 발전소가 항상 가동할 수 있는 연료를 가지고 있지 않을 수 있기 때문이다.이는 연료 공급이 제한된 화석 발전소에 적용할 수 있지만, 특히 간헐적인 재생 가능 자원에 적용된다.[10]태양열 PV와 풍력 터빈은 각각 "연료", 햇빛 및 바람의 가용성에 의해 제한되는 용량 계수를 가지고 있다.수력 발전소는 물의 제한이나 희소성으로 인해 용량 계수가 100% 미만이거나 현재의 전력 수요에 맞게 출력을 조절하여 저장수를 나중에 사용할 수 있도록 보존할 수 있다.

발전소가 100% 용량 인수를 가지지 못하는 다른 이유로는 공기 허가에 대한 제한이나 제한, 발전소가 출력을 줄이도록 하는 전송 제한 등이 있다.

재생에너지 용량계수

미국 EIA 월간 재생 에너지 용량 요소, 2011-2013

태양광 발전, 풍력 발전, 수력 발전 같은 재생 에너지 자원의 경우, 용량 인자가 감소하는 주된 이유는 일반적으로 에너지 자원의 가용성에 있다.발전소는 전기를 생산할 수 있지만 "연료"(바람, 햇빛 또는 물)는 사용할 수 없을 수 있다.수력 발전소의 생산은 수심이 너무 높거나 낮아지지 않도록 하고 하류 어류에게 물을 공급하기 위한 요건에 의해서도 영향을 받을 수 있다.그러나 태양열, 풍력, 수력 발전소는 가용성이 높은 계수를 가지고 있기 때문에 연료가 있으면 거의 항상 전기를 생산할 수 있다.[11]

수력 발전소가 물을 사용할 수 있는 경우, 높은 배전 가능성 때문에 부하 추적에도 유용하다.전형적인 수력발전소 운영자는 단 몇 분 만에 정지상태에서 최대전력으로 가져올 수 있다.

풍력 발전소는 바람의 자연적인 변동성으로 인해 가변적이다.풍력 발전소의 경우, 용량 계수는 풍력의 가용성, 터빈을 쓸 수 있는 면적 및 발전기의 크기에 의해 결정된다.송전선 용량과 전력 수요도 용량 인자에 영향을 미친다.현재 풍력 발전소의 대표적인 수용인자는 25~[12]45%이다.2011년부터 2019년까지 5년 동안 영국에서는 연간 풍력계수가 30%[13][14][15][16]를 넘었다.

태양 에너지는 지구의 일일 회전, 계절 변화, 구름 덮개 때문에 가변적이다.예를 들어 새크라멘토 시립 공공 사업구는 2005년에 15% 수용인자를 관측했다.[17]비록 일부 지역의 태양열 PV그는의 필요성을 줄이지 않는다 하지만, 국제 에너지 기구의 SolarPACES 프로그램(IEA)에 따르면, 태양 발전소solar-only 세대를 위해 디자인되 여름 정오 첨두 부하에 스페인과 같은 상당한 냉각 요구, 또는 남서쪽의 유나이티드 States,[18]이 있는 지역은 비등하다.ner에어컨의 최대 수요는 종종 태양열 생산량이 감소하는 늦은 오후나 이른 저녁에 발생한다는 점을 감안한 네트워크 업그레이드의 이점.[19][20]솔라페이서스는 열 에너지 저장 시스템을 사용함으로써 태양열 발전(CSP) 관측소의 운영 기간을 연장하여 배전 가능(부하)이 될 수 있다고 밝히고 있다.[18]

지열은 다른 많은 동력원보다 높은 용량 계수를 가지고 있으며, 지열 자원은 일반적으로 항상 이용 가능하다.

에너지원별 용량계수

월드와이드

  • 원자력 88.7%(2006~2012년 미국 발전소 평균)[21]
  • 수력 발전, 전 세계 평균 44%[22]의 범위는 물 가용성에 따라 10% - 99%이다(저장 댐을 통한 규제 유무에 관계 없음).
  • 풍력 발전소는 20~40%[23][24]
  • 저장 및 천연가스 백업이 가능한 CSP 태양열, 스페인 63%,[25] 캘리포니아 33%[26]
  • 독일의 태양광 10%, 애리조나 19%,[27][28][29] 매사추세츠 13.35%(2018년 7월 기준 8년 평균)[30]

미국

미국 에너지정보국(EIA)에 따르면 2013년부터 2017년까지 전력계 발전기의 용량 계수는 다음과 같았다.[31]

연도

2013
2014
2015
2016
2017
2018
비화석 연료 석탄 천연가스 석유액체
핵 Conv. 수력 바람 태양열 PV 솔라 CSP 매립 가스
그리고		 기타 바이오매스
우드 포함		 지열 CC CT ST ICE ST CT ICE
89.9% 38.9% 32.4% NA NA 68.9% 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% NA 13.9% 2.5% NA

그러나 이러한 값은 종종 월별로 크게 달라진다.

영국

에너지 및 기후변화부는 영국 그리드 내 다양한 유형의 발전소의 용량 인자에 대해 다음과 같은 수치를 수집했다.[32][13][33][14][34][15][35][16][36][37]

식물종류 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
원자력 발전소 59.6% 49.4% 65.6% 59.3% 66.4% 70.8% 73.8% 66.6% 75.1% 78.1% 78.8% 72.9% 62.9%
복합 사이클 가스 터빈 스테이션 64.7% 71.0% 64.2% 61.6% 47.8% 30.3% 27.9% 30.5% 31.7% 49.6% 45.5% 42.7% 43.0%
석탄화력발전소 46.7% 45.0% 38.5% 40.2% 40.8% 56.9% 58.1% 50.7% 44.0% 21.2% 17.3% 14.2% 7.8%
수력발전소 38.2% 37.4% 36.7% 24.9% 39.0% 35.7% 31.6% 39.1% 41.0% 34.0% 36.3% 33.2% 36.2%
풍력발전소 27.7% 27.5% 27.1% 23.7% 30.1% 29.4% 32.2% 30.1% 33.6% 27.8% 31.7% 31.4% 32.0%
해상풍력발전소 25.6% 30.7% 25.9% 30.5% 37.0% 35.8% 39.1% 37.3% 41.5% 36.0% 38.9% 40.1% 40.4%
광발전소 9.9% 9.6% 9.3% 7.3% 5.1% 11.2% 9.9% 11.1% 11.8% 11.0% 10.6% 11.3% 11.2%
해양(파동 및 조력 발전소) 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%
바이오에너지 발전소 52.7% 52.2% 56.5% 55.2% 44.1% 46.9% 56.8% 60.1% 67.4% 61.8% 61.5% 58.6% 55.3%

참고 항목

참조

  1. ^ "Capacity factor (net)". nrc.gov. Retrieved 2017-02-11.
  2. ^ "Arizona Nuclear Profile 2010". eia.gov. Retrieved 2017-02-11.
  3. ^ "palo verde unit 2 ranked as top u.s. generator for 2013". aps.com. 2014-03-10. Archived from the original on 2015-04-20. Retrieved 2017-02-11.
  4. ^ 원자로 데이터베이스 - 상단 부하 계수표 세계 원자력, 2020-08-15
  5. ^ Andrew (2017-01-26). "Capacity factors at Danish offshore wind farms". energynumbers.info. Archived from the original on 2017-01-29. Retrieved 2017-02-11.
  6. ^ a b Huotari, Jussi (2020). "Wind Power Generation Efficiency and Seasonality". Retrieved 11 December 2020.
  7. ^ "Centro Nacional de Despacho de Carga". Retrieved 2016-07-29.
  8. ^ "EIA - Electricity Data". www.eia.gov. Retrieved 2017-04-10.
  9. ^ a b c "Hoover Dam - Frequently Asked Questions and Answers". United States Bureau of Reclamation. February 2009. Archived from the original on 2010-03-23. Retrieved 2010-08-07.
  10. ^ "Electric generator capacity factors vary widely across the world - Today in Energy - U.S. Energy Information Administration (EIA)". www.eia.gov. Retrieved 13 April 2017.
  11. ^ 풍력 터빈의 에너지 생산과 전력 생산의 차이점은?2008년 3월 13일 웨이백 머신에 보관
  12. ^ Handleman, Clayton (2015-08-04). "Wind Could Replace Coal As US' Primary Generation Source, New NREL Data Suggests". cleantechnica.com. Retrieved 2017-02-11.
  13. ^ a b "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2012: chapter 6 - Renewable sources of energy" (PDF). decc.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
  14. ^ a b "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2013: chapter 6 - Renewable sources of energy" (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
  15. ^ a b "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2014: chapter 6 - Renewable sources of energy" (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
  16. ^ a b "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2016: chapter 6 - Renewable sources of energy" (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
  17. ^ Tom Blees (2008). Prescription for the Planet. ISBN 978-1-4196-5582-1.
  18. ^ a b 토마스 R.맨시니, 마이클 가이어(2006년).스페인 개척자 그리드 연결 태양열-타워 화력 2018-09-27, 웨이백머신 솔라파이스, OECD/ IEA, 페이지 3에 보관.
  19. ^ 여름 PV의 Muriel Watt 값 2011년 2월 17일 웨이백 머신에 보관
  20. ^ 사우스 오스트레일리아 정부(2007) 13,14페이지의 사우스 오스트레일리아 소규모 태양광 설비 공급 메커니즘 2010년 12월 5일 웨이백 기계에 보관
  21. ^ "United States Nuclear Capacity Factors". Nuclear Energy Institute. Retrieved 2013-10-26.
  22. ^ 수력 발전 페이지 441
  23. ^ "Wind Power: Capacity Factor, Intermittency, and what happens when the wind doesn't blow?" (PDF). Renewable Energy Research Laboratory, University of Massachusetts Amherst. Archived from the original (PDF) on 2008-10-01. Retrieved 2008-10-16.
  24. ^ "Blowing Away the Myths" (PDF). The British Wind Energy Association. February 2005. Archived from the original (PDF) on 2007-07-10. Retrieved 2008-10-16.
  25. ^ "Torresol Energy Gemasolar Thermosolar Plant". Retrieved 2014-03-12.
  26. ^ "Ivanpah Solar Electric Generating Station". National Renewable Energy Laboratory. Archived from the original on 2015-10-12. Retrieved 2012-08-27.
  27. ^ "Low Capacity Factors: challenges for a low carbon energy transition - The Energy Collective". theenergycollective.com. 15 October 2013. Retrieved 20 March 2018.
  28. ^ Laumer, John (June 2008). "Solar Versus Wind Power: Which Has The Most Stable Power Output?". Treehugger. Retrieved 2008-10-16.
  29. ^ Ragnarsson, Ladislaus; Rybach (2008-02-11). O. Hohmeyer and T. Trittin (ed.). The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change (PDF). IPCC Scoping Meeting on Renewable Energy Sources. Luebeck, Germany. pp. 59–80. Archived from the original (PDF) on 2011-07-22. Retrieved 2009-04-06.
  30. ^ SREC 용량 계수 보고서, https://www.masscec.com/data-and-reports
  31. ^ "Table 6.7.B. Capacity Factors for Utility Scale Generators Primarily Using Fossil Fuels". Retrieved 21 Aug 2018."Table 6.7.B. Capacity Factors for Utility Scale Generators Not Primarily Using Fossil Fuels". Retrieved 21 Aug 2018.
  32. ^ "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2012: chapter 5 - Electricity" (PDF). decc.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
  33. ^ "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2013: Chapter 5 - Electricity" (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
  34. ^ "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2014: Chapter 5 - Electricity" (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
  35. ^ "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2016: Chapter 5 - Electricity" (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
  36. ^ "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2020: Chapter 5 - Electricity". www.gov.uk. Retrieved 21 October 2020.
  37. ^ "Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2020: chapter 6 - Renewable sources of energy". www.gov.uk. Retrieved 21 October 2020.