// 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.