// Журнал «Промышленная Энергетика», 2012 - № 04, стр. 02-06
О независимости эффективности использования энергетического оборудования
от структуры источников энергии
Некрасов С. А., инж.
Институт истории естествознания и техники имени С. И. Вавилова РАН, Москва
Для сравнения эффективности использования энергетического оборудования в различных странах рассмотрим такой универсальный параметр, как число часов использования (установленной) мощности (ЧЧИМ). Анализируемые в статье значения ЧЧИМ, полученные как отношение годового объема электро-энергии, произведенной энергосистемой, к установленной мощности последней, характеризуют эффективность использования генерирующего оборудования. Данные, приведенные в табл. 1 - 3, взяты из официального сайта Администрации энергетической информации США* [1] за 2008г.
Таблица 1.
Источники энергии |
Генерация, млрд кВт ч |
Мощность. ГВт |
ЧЧИМ, ч/год |
Все виды источников энергии |
19103,196 |
4624,767 |
4131 |
В том числе: |
|
||
АЭС |
2568,220 |
378,401 |
6787 |
ВИЗ без ГЭС |
535,082 |
199.165 |
2687 |
Таблица 2.
Группы стран |
Среднее ЧЧИМ в странах с различным составом источников энергии, ч/год |
|||
2005 г. |
2006 г. |
2007 г. |
2008 г. |
|
31 страна, имеющая АЭС |
4153 |
4141 |
4200 |
4132 |
108 стран, не имеющих АЭС |
3946 |
3948 |
4005 |
4052 |
Страны, где доля ВИЗ (по состоянию на 2008 г.), %, выше: |
|
|
|
|
10 (15 стран) |
3894 |
4015 |
3971 |
3935 |
5 (23 страны) |
3862 |
3872 |
3929 |
3881 |
1 (60 стран) |
3969 |
3980 |
4002 |
3986 |
Таблица 3.
№ п/п |
Страны с АЭС |
Доля АЭС В мощности |
Мощность энергосистемы, ГВт |
ЧЧИМ, ч/год |
ЧЧИМ АЭС, ч/год |
Страны без АЭС |
Мощность энергосистемы, ГВт |
ЧЧИМ, ч/год |
1 |
Китай |
0,01 |
797,1 |
4041 |
7292 |
Италия |
98,6 |
2991 |
2 |
Бразилия |
0,02 |
104,0 |
4375 |
6961 |
Австралия |
55,5 |
4364 |
3 |
Нидерланды |
0,02 |
24,9 |
4074 |
7767 |
Иран |
53,0 |
3808 |
4 |
Индия |
0,02 |
177,4 |
4429 |
3196 |
Турция |
41,8 |
4516 |
5 |
Пакистан |
0,02 |
19,8 |
4438 |
3764 |
Таиланд |
40,7 |
3417 |
6 |
Мексика |
0,02 |
57,2 |
4290 |
6823 |
Саудовская Аравия |
39,2 |
4891 |
7 |
Аргентина |
0,03 |
31,0 |
3727 |
6840 |
Польша |
32,7 |
4471 |
8 |
ЮАР |
0,04 |
44,1 |
5407 |
6287 |
Норвегия |
30,8 |
4536 |
9 |
Румыния |
0,06 |
21,8 |
2851 |
7551 |
Индонезия |
27,8 |
5078 |
10 |
Испания |
0,08 |
93,5 |
3138 |
7607 |
Египет |
23,4 |
5290 |
11 |
США |
0,10 |
1010,2 |
4078 |
8002 |
Венесуэла |
23,1 |
5109 |
12 |
Россия |
0,10 |
224,2 |
4390 |
6634 |
Малайзия |
23,0 |
4001 |
13 |
Канада |
0,10 |
127,6 |
4953 |
6688 |
Австрия |
20,8 |
2977 |
14 |
Армения |
0,12 |
3,2 |
1856 |
6221 |
Казахстан |
18,7 |
4050 |
15 |
Тайвань |
0,13 |
40,7 |
5440 |
7632 |
ОАЭ |
18,5 |
4389 |
16 |
Великобритания |
0,13 |
85,6 |
4227 |
4542 |
Португалия |
15,8 |
2729 |
17 |
Германия |
0,15 |
139,3 |
4270 |
6886 |
Филиппины |
15,7 |
3660 |
18 |
Финляндия |
0,16 |
16,6 |
4424 |
8165 |
Греция |
14,3 |
4137 |
19 |
Швейцария |
0,17 |
19,4 |
3318 |
8172 |
Вьетнам |
13,9 |
5052 |
20 |
Япония |
0,17 |
280,5 |
3619 |
5116 |
Колумбия |
13,4 |
3808 |
21 |
Болгария |
0,20 |
9,7 |
4320 |
7735 |
Чили |
13.1 |
4586 |
22 |
Чехия |
0,21 |
17,7 |
4422 |
6708 |
Гонконг |
12.6 |
2829 |
23 |
Словения |
0,22 |
3,0 |
5128 |
8967 |
Дания |
12,5 |
2746 |
24 |
Южная Корея |
0,22 |
79,9 |
5236 |
8095 |
Израиль |
11,7 |
4537 |
25 |
Венгрия |
0,22 |
8,6 |
4381 |
7256 |
Узбекистан |
11,6 |
4059 |
26 |
Литва |
0,25 |
4,7 |
2636 |
7932 |
Сингапур |
11,0 |
3581 |
27 |
Украина |
0,26 |
54,1 |
3350 |
6093 |
Кувейт |
10,9 |
4445 |
28 |
Швеция |
0,26 |
33,9 |
4274 |
6791 |
КНДР |
9,5 |
2370 |
29 |
Словакия |
0,30 |
7,4 |
3715 |
7213 |
Новая Зеландия |
9,4 |
4509 |
30 |
Бельгия |
0,35 |
16,8 |
4680 |
7432 |
Сербия |
8,7 |
3980 |
31 |
Франция |
0,54 |
117,8 |
4599 |
6600 |
Парагвай |
8,1 |
6749 |
Достаточно традиционным является представление о том, что использование атомной энергетики сопровождается ростом ЧЧИМ, а применение возобновляемых источников (ВИЗ) его снижением. Проанализируем зависимость ЧЧИМ от состава источников энергии энергосистемы.
Рис. 1.
Из-за низкой стоимости производимой АЭС электроэнергии и сложности изменения ее режима работы оптимальной для энергосистемы с АЭС является работа АЭС на всю базовую нагрузку. В 2008 г. ЧЧИМ в мировой атомной энергетике составило 6787 (что существенно выше, чем для всей остальной энергетики - 4131 ч/год), а для возобновляемых источников энергии (далее рассматриваются ВИЗ без учета ГЭС), эффективность использования которых ограничивается природными факторами, ЧЧИМ составило за тот же период только 2687 ч/год (см. табл. 1).
Сравним ЧЧИМ в странах, имеющих и не имеющих атомную энергетику, а также в странах с различным уровнем использования ВИЗ. Как показывают результаты, в странах с большим числом АЭС значение ЧЧИМ гораздо выше, чем в других государствах.
На рис. 1 по оси абсцисс проранжированы все (31) страны, имеющие атомную энергетику, в порядке возрастания доли мощности АЭС (нижняя кривая), которая меняется от 1 % в Китае (номер 1) до 35 % в Бельгии (30) и 54% во Франции (31). Для рассматриваемых стран приведены три числовых ряда ЧЧИМ, соответствующие атомной (▲), неатомной (♦) энергетике и всей энергетике страны (■).
Из рис. 1 следует:
среднее значение ЧЧИМ не зависит от доли АЭС в энергетике государства (отсутствует тренд среднего ряда);
увеличение доли ядерной энергетики приводит к снижению ЧЧИМ неатомных станций (убывание нижнего ряда, описываемое уравнением тренда на рис. 1). что обусловлено необходимостью регулирования графика потребления электроэнергии.
Рис. 2.
На рис. 2 по оси абсцисс проранжирова-ны в порядке убывания установленной мощности (нижняя кривая) 108 энергосистем (не имеющих АЭС), мощность которых превышает 0,4 ГВт. Номер 1 соответствует Италии (98,6 ГВт), 108 Габону 0,415 ГВт. Линия тренда указывает на отсутствие изменения ЧЧИМ с убыванием мощности энергосистемы. Суммарная установленная мощность энергосистем (не рассматриваемых в данной работе) 74 стран с установленной мощностью менее 400 МВт составляет 8,77 ГВт и не влияет на полученные выводы.
Далее проанализируем, существует ли зависимость между долей энергии, вырабатываемой ВИЗ (без ГЭС), и ЧЧИМ энергосистем различных стран. Как было отмечено (см. табл. 1), загрузка ВИЗ значительно ниже, чем традиционных источников энергии, что позволяет сделать предположение о снижении ЧЧИМ по мере роста доли ВИЭ в производстве электроэнергии.
Рис. 3.
ВИЗ - относительно новый вид энергоисточников, поэтому только в 86 странах мира их доля в производстве электроэнергии отлична от нулевого уровня. На рис. 3 они аранжированы по убыванию доли ВИЗ, порая в производстве электроэнергии каждой страны представлена набором точек нижней кривой, равномерно убывающей от 30 % до нулевого значения. Столь высокое пение соответствует доле электроэнергии, ученной в Дании из возобновляемых источников. Линия тренда свидетельствует об -твии предполагаемой убывающей зависимости между долей ВИЗ в производстве электроэнергии и ЧЧИМ энергосистем. По-видимому, это объясняется тем, что ВИЗ используются преимущественно в высокотех-нологичных странах, экономика которых обеспечивает более высокую эффективность использования энергетического оборудования.
Рис. 4.
На рис. 4 совмещены на одном графике три числовых ряда (кривые 1 - 3), взятые из рис. 1-3, которые представляют собой ЧЧИМ соответственно:
в 31 стране, имеющей АЭС (средний чи-словой ряд, показанный на рис. 1);
в 108 странах, не располагающих атомной энергетикой и имеющих энергосистемы с ус-тановленной мощностью более 0,4 ГВт;
в 86 странах, использующих ВИЗ.
Уравнения трендов свидетельствуют о том, что по состоянию на 2008 г. погрешность совпадения ЧЧИМ в странах с атом¬ной энергетикой и без нее, а также в странах с ВИЗ (среднее уравнение тренда) не превышает 2 %.
Выясним, насколько стабильными во времени являются полученные закономерности. С этой целью рассмотрим приведенное в табл. 2 среднее ЧЧИМ 2005 - 2008 гг. для 31 страны, имеющей АЭС, для 108 стран (без АЭС) с энергосистемами мощностью более 0,4 ГВт и для стран - лидеров по использованию ВИЭ с их долей в производстве электроэнергии (по состоянию на 2008 г.) более 10, 5 и 1 %.
Основываясь на этих данных, можно сделать следующие выводы:
ЧЧИМ в каждой группе стран является стабильной величиной (возрастает только в странах, не имеющих АЭС);
рост доли ВИЭ в странах - лидерах по развитию возобновляемой энергетики не оказывает большого влияния на снижение ЧЧИМ;
ЧЧИМ в значительно большей степени определяется возможностью экономики равномерно использовать производимую электроэнергию, чем технологическим различием генерирующих мощностей (см. табл. 1), свойственным каждой энергосистеме.
Таким образом, утверждение о более высоком его значении в странах с атомной энергетикой и низком в странах с ВИЭ нельзя объяснить только технологическими возможностями этих источников энергии.
На основе анализа ЧЧИМ в странах с суммарной установленной мощностью энергоисточников более 99 % мировой энергетики можно сделать вывод, что загрузка энергетического оборудования зависит не от способности энергосистемы производить электроэнергию и не от структуры энергетических мощностей, а от возможности равномерного потребления энергии экономикой страны.