El factor de capacidad neta es la relación sin unidades entre una producción de energía eléctrica real durante un período de tiempo dado y la producción de energía eléctrica máxima posible durante ese período. [1] El factor de capacidad se define para cualquier instalación productora de electricidad, como una central eléctrica que consuma combustible o una que utilice energías renovables , como el viento o el sol. El factor de capacidad promedio también se puede definir para cualquier clase de tales instalaciones y se puede utilizar para comparar diferentes tipos de producción de electricidad.
La producción máxima de energía posible de una instalación determinada supone su funcionamiento continuo a la capacidad máxima indicada en la placa de identificación durante el período correspondiente. La producción de energía real durante ese período y el factor de capacidad varían mucho según una variedad de factores. El factor de capacidad nunca puede exceder el factor de disponibilidad o el tiempo de actividad durante el período. El tiempo de actividad se puede reducir debido, por ejemplo, a problemas de confiabilidad y mantenimiento, programados o no programados. Otros factores incluyen el diseño de la instalación, su ubicación, el tipo de producción de electricidad y con ello el combustible que se utiliza o, para las energías renovables, las condiciones climáticas locales. Además, el factor de capacidad puede estar sujeto a restricciones regulatorias y fuerzas del mercado., lo que podría afectar tanto a la compra de combustible como a la venta de electricidad.
El factor de capacidad a menudo se calcula en una escala de tiempo de un año, promediando la mayoría de las fluctuaciones temporales. Sin embargo, también se puede calcular durante un mes para obtener información sobre las fluctuaciones estacionales. Alternativamente, se puede calcular a lo largo de la vida útil de la fuente de energía, tanto mientras está en funcionamiento como después del desmantelamiento.
Cálculos de muestra [ editar ]
Planta de energía nuclear [ editar ]
Las plantas de energía nuclear se encuentran en el extremo superior de la gama de factores de capacidad, idealmente reducidas solo por el factor de disponibilidad , es decir, el mantenimiento y el reabastecimiento de combustible. La planta nuclear más grande de los EE. UU., La Estación de Generación Nuclear Palo Verde tiene entre sus tres reactores una capacidad nominal de 3.942 MW. En 2010, su generación anual fue de 31.200.000 MWh, [2] lo que lleva a un factor de capacidad de:
Cada uno de los tres reactores de Palo Verde se reposta cada 18 meses, con un repostaje cada primavera y otoño. En 2014, se completó un reabastecimiento de combustible en un récord de 28 días, [3] en comparación con los 35 días de inactividad a los que corresponde el factor de capacidad de 2010.
En 2019, Prairie Island 1 fue la mejor unidad de EE. UU. Y de hecho alcanzó el 104,4%. [4]
Parque eólico [ editar ]
El parque eólico marino danés Horns Rev 2 tiene una capacidad nominal de 209,3 MW. A enero de 2017 [actualizar]ha producido 6416 GWh desde su puesta en servicio hace 7 años, es decir, una producción media anual de 875 GWh / año y un factor de capacidad de:
Los sitios con factores de capacidad más bajos pueden considerarse factibles para los parques eólicos, por ejemplo, el Fosen Vind en tierra de 1 GW, que a partir de 2017 [actualizar]está en construcción en Noruega, tiene un factor de capacidad proyectado del 39%. Los cálculos de viabilidad pueden verse afectados por la estacionalidad. Por ejemplo, en Finlandia, el factor de capacidad durante los fríos meses de invierno es más del doble en comparación con julio. [6] Si bien la media anual en Finlandia es del 29,5%, [6] la alta demanda de energía de calefacción se correlaciona con el factor de capacidad más alto durante el invierno.
Ciertos parques eólicos terrestres pueden alcanzar factores de capacidad superiores al 60%, por ejemplo, la planta Eolo de 44 MW en Nicaragua tuvo una generación neta de 232,132 GWh en 2015, equivalente a un factor de capacidad del 60,2%, [7] mientras que los factores de capacidad anual de Estados Unidos de 2013 a 2016 oscilan entre el 32,2% y el 34,7%. [8]
Dado que el factor de capacidad de una turbina eólica mide la producción real en relación con la producción posible, no está relacionado con el coeficiente de Betz de 16/27 59,3%, que limita la producción frente a la energía disponible en el viento.
Presa hidroeléctrica [ editar ]
A partir de 2017, [actualizar]la presa de las Tres Gargantas en China es, con su capacidad nominal de 22.500 MW, la estación generadora de energía más grande del mundo por capacidad instalada. En 2015 generó 87 TWh, para un factor de capacidad de:
La presa Hoover tiene una capacidad nominal de 2080 MW [9] y una generación anual promedio de 4,2 TW · h. [9] (La generación anual ha variado entre un máximo de 10,348 TW · h en 1984 y un mínimo de 2,648 TW · h en 1956. [9] ). Tomando la cifra promedio de generación anual se obtiene un factor de capacidad de:
Central fotovoltaica [ editar ]
En el rango bajo de factores de capacidad se encuentra la central fotovoltaica , que suministra energía a la red eléctrica desde un sistema fotovoltaico a gran escala (sistema PV). Un límite inherente a su factor de capacidad proviene de su requerimiento de luz diurna , preferiblemente con un sol sin nubes, humo o smog , sombra de árboles y estructuras de edificios. Dado que la cantidad de luz solar varía tanto con la hora del día como con las estaciones del año, el factor de capacidad generalmente se calcula anualmente. La cantidad de luz solar disponible está determinada principalmente por la latitudde la instalación y la nubosidad local. La producción real también está influenciada por factores locales como el polvo y la temperatura ambiente, que idealmente debería ser baja. Como para cualquier central eléctrica, la producción de energía máxima posible es la capacidad de la placa de identificación multiplicada por la cantidad de horas en un año, mientras que la producción real es la cantidad de electricidad suministrada anualmente a la red.
Por ejemplo, el Proyecto Solar Agua Caliente , ubicado en Arizona cerca del paralelo 33 y premiado por su excelencia en energía renovable, tiene una capacidad nominal de 290 MW y una producción anual promedio real de 740 GWh / año. Su factor de capacidad es así:
- .
Lauingen Energy Park, ubicado en Baviera , cerca del paralelo 49, logra un factor de capacidad significativamente menor . Con una capacidad nominal de 25,7 MW y una producción anual media real de 26,98 GWh / año, tiene un factor de capacidad del 12,0%.
Determinantes de un factor de capacidad de la planta [ editar ]
Hay varias razones por las que una planta tendría un factor de capacidad inferior al 100%. Estos incluyen limitaciones técnicas, como la disponibilidad de la planta, razones económicas y disponibilidad del recurso energético.
Una planta puede estar fuera de servicio o funcionando con una producción reducida durante parte del tiempo debido a fallas del equipo o al mantenimiento de rutina. Esto explica la mayor parte de la capacidad no utilizada de las centrales eléctricas de carga base . Las plantas de carga base generalmente tienen bajos costos por unidad de electricidad porque están diseñadas para una máxima eficiencia y funcionan continuamente a alta producción. Las plantas geotérmicas eléctricas , centrales nucleares , centrales térmicas de carbón y plantas de bioenergía que queman material sólido son casi siempre funcionan como plantas de carga base, ya que puede ser difícil adaptarse a la demanda del mismo.
También se puede reducir la producción de una planta o dejarla inactiva intencionalmente porque la electricidad no es necesaria o porque el precio de la electricidad es demasiado bajo para que la producción sea económica. Esto explica la mayor parte de la capacidad no utilizada de las plantas de energía pico y la carga que sigue a las plantas de energía.. Las plantas de pico pueden operar solo unas pocas horas al año o hasta varias horas al día. Muchas otras plantas de energía operan solo en ciertos momentos del día o del año debido a la variación en las cargas y los precios de la electricidad. Si una planta solo se necesita durante el día, por ejemplo, incluso si funciona a plena potencia de 8 am a 8 pm todos los días (12 horas) durante todo el año, solo tendría un factor de capacidad del 50%. Debido a factores de baja capacidad, la electricidad de las plantas de energía pico es relativamente cara porque la generación limitada tiene que cubrir los costos fijos de la planta.
Una tercera razón es que una planta puede no tener el combustible disponible para operar todo el tiempo. Esto puede aplicarse a las estaciones generadoras de combustibles fósiles con suministros de combustibles restringidos, pero sobre todo se aplica a los recursos renovables intermitentes. [10] La energía solar fotovoltaica y las turbinas eólicas tienen un factor de capacidad limitado por la disponibilidad de su "combustible", la luz solar y el viento, respectivamente. Una planta hidroeléctrica puede tener un factor de capacidad inferior al 100% debido a la restricción o escasez de agua, o su producción puede regularse para adaptarse a la necesidad actual de energía, conservando el agua almacenada para su uso posterior.
Otras razones por las que una planta de energía puede no tener un factor de capacidad del 100% incluyen restricciones o limitaciones en los permisos aéreos y limitaciones en la transmisión que obligan a la planta a reducir la producción.
Factor de capacidad de energía renovable [ editar ]
Para las fuentes de energía renovable como la energía solar , la energía eólica y la hidroelectricidad , la razón principal del factor de capacidad reducido es generalmente la disponibilidad de la fuente de energía. La planta puede ser capaz de producir electricidad, pero su "combustible" ( viento , luz solar o agua ) puede no estar disponible. La producción de una planta hidroeléctrica también puede verse afectada por los requisitos para evitar que el nivel del agua suba o baje demasiado y para proporcionar agua a los peces río abajo. Sin embargo, las plantas solares, eólicas e hidroeléctricas tienen factores de alta disponibilidad., por lo que cuando tienen combustible disponible, casi siempre pueden producir electricidad. [11]
Cuando las plantas hidroeléctricas tienen agua disponible, también son útiles para el seguimiento de cargas, debido a su alta capacidad de despacho . Los operadores de una planta hidroeléctrica típica pueden llevarla de una condición de parada a plena potencia en solo unos minutos.
Los parques eólicos son variables, debido a la variabilidad natural del viento. Para un parque eólico, el factor de capacidad está determinado por la disponibilidad de viento, el área barrida de la turbina y el tamaño del generador . La capacidad de la línea de transmisión y la demanda de electricidad también afectan el factor de capacidad. Los factores de capacidad típicos de los parques eólicos actuales se encuentran entre el 25 y el 45%. [12] En el Reino Unido, durante el período de cinco años comprendido entre 2011 y 2019, el factor de capacidad anual de energía eólica fue superior al 30%. [13] [14] [15] [16]
La energía solar es variable debido a la rotación diaria de la tierra, los cambios estacionales y la cobertura de nubes. Por ejemplo, el Distrito Municipal de Servicios Públicos de Sacramento observó un factor de capacidad del 15% en 2005. [17] Sin embargo, de acuerdo con el programa SolarPACES de la Agencia Internacional de Energía (IEA), las plantas de energía solar diseñadas para la generación exclusivamente solar están bien adaptadas al verano. cargas máximas al mediodía en zonas con importantes demandas de refrigeración, como España o el suroeste de los Estados Unidos , [18]aunque en algunos lugares la energía solar fotovoltaica no reduce la necesidad de generar actualizaciones de la red, dado que la demanda máxima de acondicionadores de aire a menudo se produce al final de la tarde o al principio de la noche cuando se reduce la producción solar. [19] [20] SolarPACES afirma que mediante el uso de sistemas de almacenamiento de energía térmica, los períodos de funcionamiento de las estaciones de energía solar térmica (CSP) pueden extenderse para ser despachables (seguimiento de carga). [18]
La geotermia tiene un factor de capacidad más alto que muchas otras fuentes de energía, y los recursos geotérmicos generalmente están disponibles todo el tiempo.
Factores de capacidad por fuente de energía [ editar ]
Estados Unidos [ editar ]
Según la Administración de Información Energética (EIA) de los Estados Unidos, de 2013 a 2017 los factores de capacidad de los generadores a gran escala fueron los siguientes: [21]
| Año |
|---|
| |
| 2013 |
| 2014 |
| 2015 |
| 2016 |
| 2017 |
| 2018 |
| Combustibles no fósiles | Carbón | Gas natural | Líquidos de petróleo | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nuclear | Conv. Hydro | Viento | Fotovoltaica solar | CSP solar | Gas de relleno sanitario y RSU | Otra biomasa incluida la madera | Geotermia | CC | Connecticut | S T | HIELO | S T | Connecticut | HIELO | |
| 89,9% | 38,9% | 32,4% | N / A | N / A | 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% | N / A | 13,9% | 2,5% | N / A |
Sin embargo, estos valores a menudo varían significativamente de un mes a otro.
- Energía nuclear 88,7% (promedio 2006-2012 de las plantas de EE. UU.). [22]
- Hidroelectricidad, promedio mundial de 44%, [23] rango de 10% a 99% dependiendo de la disponibilidad de agua (con o sin regulación a través de represas de almacenamiento).
- Parques eólicos 20-40%. [24] [25]
- Solar termosolar con almacenamiento y respaldo de Gas Natural en España 63%. [26]
- Solar CSP en California 33%. [27]
- Solar fotovoltaica en Alemania 10%, Arizona 19%. [28] [29] [30]
- La energía solar fotovoltaica en Massachusetts es del 13,35%, un promedio de 8 años a julio de 2018. [31]
Reino Unido [ editar ]
El Departamento de Energía y Cambio Climático recopiló las siguientes cifras sobre los factores de capacidad para varios tipos de plantas en la red del Reino Unido: [32] [13] [33] [14] [34] [15] [35] [16] [36] [37]
| Tipo de planta | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Plantas de energía nuclear | 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% |
| Estaciones de turbinas de gas de ciclo combinado | 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% |
| Plantas eléctricas de carbón | 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% |
| Centrales hidroeléctricas | 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% |
| Plantas de energía eólica | 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% |
| Plantas de energía eólica marina | 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% |
| Centrales fotovoltaicas | 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% |
| Marina ( centrales de energía undimotriz y mareomotriz ) | 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% |
| Centrales eléctricas de bioenergía | 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% |
Ver también [ editar ]
- Factor de demanda
- Fuente de energía intermitente
Referencias [ editar ]
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