容量係数

正味容量係数は、特定の期間にわたる実際の電気エネルギー出力と、その期間にわたる最大可能電気エネルギー出力の単位のない比率です。設備利用率は、燃料を消費する発電所や、風や太陽などの再生可能エネルギーを使用する発電所など、あらゆる発電設備に対して定義されます。平均設備利用率は、このような設備のあらゆるクラスに対して定義することもでき、さまざまなタイプの発電量を比較するために使用できます。

所定の設備の最大可能エネルギー出力は、関連する期間にわたってフルネームプレート容量での連続動作を想定しています。その期間中の実際のエネルギー出力と設備利用率は、さまざまな要因によって大きく異なります。容量係数は、可用性係数または期間中の稼働時間を超えることはできません。たとえば、信頼性の問題やメンテナンス、スケジュールされているかスケジュールされていないため、アップタイムを短縮できます。その他の要因には、設備の設計、場所、発電の種類、および使用される燃料、または再生可能エネルギーの場合は地元の気象条件が含まれます。さらに、設備利用率は規制上の制約と市場の影響を受け、燃料購入と電力販売の両方に影響を与える可能性があります。

キャパシティファクターは多くの場合、1年のタイムスケールで計算され、ほとんどの時間変動を平均化します。ただし、季節変動の洞察を得るために1か月間計算することもできます。あるいは、稼働中および廃止後の両方で、電源の寿命にわたって計算されます。

サンプル計算

原子力発電所

原子力発電所は、設備利用率の範囲の上限にあり、理想的には利用可能率、すなわち保守と燃料補給によってのみ削減されます。米国最大の原子力発電所であるパロベルデ原子力発電所には、3つの原子炉の間に3,942 MWのネームプレート容量があります。 2010年の年間発電量は31,200,000 MWhであり、設備利用率は次のとおりです。

31,200,000 MW・h（365日）×（24時間/日）×（3942 MW）= 0.904 = 90.4％{\ displaystyle {\ frac {31,200,000 \ {\ mbox {MW・h}}} {（365 \ {\ mbox {days}}）\ times（24 \ {\ mbox {hours / day}}）\ times（3942 \ {\ mbox {MW}}）}} = 0.904 = {90.4 \％}}

パロベルデの3つの原子炉はそれぞれ18か月ごとに燃料を補給され、1つは春と秋に燃料を補給します。 2010年の設備利用率が対応する35日間のダウンタイムと比較して、2014年には燃料補給が28日間で記録的に完了しました。

ウィンドファーム

デンマークの洋上風力発電所Horns Rev 2のネームプレート容量は209.3 MWです。 2017年1月現在、7.3年前の試運転以来、6416 GWhを生産しています。つまり、平均年間生産量は875 GWh /年で、設備利用率は次のとおりです。

875,000 MW・h（365日）×（24時間/日）×（209.3 MW）= 0.477 = 47.7％{\ displaystyle {\ frac {\ frac {875,000 \ {\ mbox {MW・h}}} {（365 \ {\ mbox {days}}）\ times（24 \ {\ mbox {hours / day}}）\ times（209.3 \ {\ mbox {MW}}）}} = 0.477 = 47.7 \％}

設備利用率が低いサイトは、風力発電所に適していると見なされる場合があります。たとえば、2017年にノルウェーで建設中の陸上1 GW Fosen Vindは、設備利用率が39％と予測されています。

特定の陸上風力発電所は60％以上の設備利用率に達することができます。たとえば、ニカラグアの44 MW Eolo発電所は2015年の純発電量が232.132 GWhであり、設備利用率は60.2％に相当します。 2016年の範囲は32.2％から34.7％です。

風力タービンの設備利用率は、可能な生産に対する実際の生産を測定するため、16/27≈{\ displaystyle \ approx} 59.3％のベッツの係数とは無関係であり、生産対風力で利用可能なエネルギーを制限します。

水力発電ダム

2017年現在、中国の三峡ダムは、22,500 MWの銘板容量を持ち、設置容量では世界最大の発電所です。 2015年、生産能力は87 TWhでした。

87,000,000 MW・h（365日）×（24時間/日）×（22,500 MW）= 0.45 = 45％{\ displaystyle {\ frac {87,000,000 \ {\ mbox {MW・h}}} {（365 \ {\ mbox {days}}）\ times（24 \ {\ mbox {hours / day}}）\ times（22,500 \ {\ mbox {MW}}）}} = 0.45 = 45 \％}

フーバーダムのネームプレート容量は2080 MWで、年間発電量は平均4.2 TW・hです。 （年間発電量は、1984年の最高10.348 TW・hと1956年の最低2.648 TW・hの間で変動しました。）年間発電量の平均値をとると、次の容量係数が得られます。

4,200,000 MW・h（365日）×（24時間/日）×（2,080 MW）= 0.23 = 23％{\ displaystyle {\ frac {\ frac {4,200,000 \ {\ mbox {MW・h}}} {（365 \ {\ mbox {days}}）\ times（24 \ {\ mbox {hours / day}}）\ times（2,080 \ {\ mbox {MW}}）}} = 0.23 = 23 \％}

太陽光発電所

容量係数の低い範囲にあるのは、大規模な太陽光発電システム（PVシステム）から電力網に電力を供給する太陽光発電所です。そのキャパシティファクターの固有の制限は、日光、スモークやスモッグ、木陰や建物の構造物の陰に遮られない日光が必要なためです。日光の量は1日の時間と1年の季節の両方で変化するため、通常、容量係数は年間ベースで計算されます。利用可能な日光の量は、主に設置の緯度とローカルの雲量によって決まります。実際の生産は、ほこりや周囲温度などの局所的な要因にも影響されますが、理想的には低くする必要があります。あらゆる発電所に関して、最大可能発電量は銘板の容量に年間の時間数を掛けたものであり、実際の生産量はグリッドに毎年供給される電力量です。

たとえば、アリゾナ州の33番線近くにあるアグアカリエンテソーラープロジェクトは、再生可能エネルギーの卓越性が認められ、290 MWの銘板容量と年間平均740 GWhの年間生産量を誇ります。したがって、その容量係数は次のとおりです。

740,000 MW・h（365日）×（24時間/日）×（290 MW）= 0.291 = 29.1％{\ displaystyle {\ frac {740,000 \ {\ mbox {MW・h}}} {（365 \ {\ mbox {days}}）\ times（24 \ {\ mbox {hours / day}}）\ times（290 \ {\ mbox {MW}}）}} = 0.291 = 29.1 \％}

49番線付近のバイエルン州にあるラウインゲンエナジーパークにより、大幅に低い設備利用率が達成されています。ネームプレートの容量は25.7 MWで、実際の年間平均生産量は26.98 GWh /年であり、容量係数は12.0％です。

プラント稼働率の決定要因

プラントの設備利用率が100％未満になる理由はいくつかあります。これらには、プラントの可用性、経済的理由、エネルギー資源の可用性などの技術的制約が含まれます。

設備の故障や定期的なメンテナンスが原因で、プラントが一部停止したり、出力が低下したりすることがあります。これは、ベースロード発電所の未使用容量の大部分を占めています。ベースロードプラントは、最大効率を実現するように設計されており、高出力で継続的に運用されるため、電力単位あたりのコストが最も低くなります。地熱発電所、原子力発電所、石炭火力発電所、および固体物質を燃焼するバイオエネルギー発電所は、ほとんどの場合、ベースロード発電所として運用されています。

また、電力が不要なため、または電力の価格が低すぎて生産を経済的にできないため、プラントの出力を削減したり、意図的にアイドル状態のままにすることができます。これは、ピークの発電所と負荷に続く発電所の未使用容量の大部分を占めています。ピークプラントは、1年に数時間しか動作しない場合もあれば、1日に数時間まで動作する場合もあります。他の多くの発電所は、負荷および電力価格の変動のため、1日または1年の特定の時間にのみ稼働します。たとえば、1日中午前8時から午後8時まで（12時間）の全出力で稼働するプラントであっても、1日中だけプラントが必要な場合、設備利用率は50％にすぎません。設備容量が低いため、ピーク発電所からの電力は、発電量が限られているため発電所の固定費を賄う必要があるため、比較的高価です。

3番目の理由は、常に稼働するための燃料がプラントにない場合があることです。これは、燃料供給が制限されている化石発電所に適用できますが、最も顕著なのは断続的な再生可能資源に適用されます。太陽光発電と風力タービンは、それぞれの「燃料」、太陽の光、風の利用可能性によって制限される容量係数を持っています。水力発電所は、水不足のために設備利用率が100％未満になる場合があります。または、現在の電力需要に合わせて出力を調整し、後で使用するために貯水した水を節約します。

発電所の設備利用率が100％にならないその他の理由には、発電所の出力を削減することを強制する、空気許可の制限または制限、および送電の制限が含まれます。

再生可能エネルギーの設備利用率

太陽光発電、風力発電、水力発電などの再生可能エネルギー源の場合、設備利用率が低下する主な理由は、一般的にエネルギー源の可用性です。植物は電気を生産できるかもしれませんが、その「燃料」（風、日光、水）は利用できないかもしれません。水力発電所の生産は、水位が高くなりすぎたり低くなったりしないようにし、下流の魚に水を供給するための要件によっても影響を受ける可能性があります。ただし、太陽光発電、風力発電、水力発電のプラントは可用性係数が高いため、燃料が利用可能な場合、ほとんどの場合発電できます。

水力発電所が利用可能な水を持っている場合、それらはまた、高いディスパッチ能力のために、負荷追従にも役立ちます。典型的な水力発電所のオペレーターは、わずか数分で停止状態からフルパワーに戻すことができます。

風力発電所は、風が自然に変動するため、変動します。風力発電所の場合、設備利用率は、風力の利用可能性、タービンの掃引面積、および発電機のサイズによって決まります。送電線の容量と電力需要も容量係数に影響します。現在の風力発電所の一般的な設備利用率は25〜45％です。英国では、2011年から2015年までの5年間で、風力発電の年間設備利用率は30％を超えていました。

太陽エネルギーは、地球の毎日の回転、季節変化、および雲量のために変動します。たとえば、2005年にサクラメント市公共事業区は15％の設備利用率を観測しました。しかし、国際エネルギー機関（IEA）のSolarPACESプログラムによると、太陽光のみの発電用に設計された太陽光発電所は夏の正午のピーク負荷によく適合していますスペインや米国南西部など、冷房需要の著しい地域では、一部の地域では、太陽光発電は、午後の遅い時間や夕方の早い時間帯にエアコンのピーク需要が発生することが多いため、ネットワークアップグレードの生成の必要性を減らしません太陽出力が低下します。 SolarPACESは、熱エネルギー貯蔵システムを使用することにより、太陽熱発電（CSP）ステーションの稼働期間を延長して、ディスパッチ可能（負荷追従）にできると述べています。

地熱は他の多くの電源よりも容量係数が高く、地熱資源は一般的に常に利用可能です。

エネルギー源別の設備利用率

アメリカ

米国エネルギー情報局（EIA）によると、2013年から2017年まで、公益事業規模の発電機の設備利用率は次のとおりでした。

年
2013
2014
2015
2016
2017
2018年

ただし、これらの値は多くの場合、月によって大きく異なります。

• 原子力88.7％（2006〜2012年の米国のプラントの平均）。
• 水力発電、世界平均44％、水利用可能性に応じて10％から99％の範囲（貯水ダムによる規制の有無にかかわらず）。
• 風力発電所20〜40％。
• スペインのCSPソーラーと天然ガスのバックアップ63％。
• カリフォルニア州のCSPソーラー33％。
• ドイツの太陽光発電10％、アリゾナ19％。
• マサチューセッツ州の太陽光発電は、13.35％で、2018年7月時点で8年間の平均です。

イギリス

次の図は、英国グリッドのさまざまなタイプのプラントの設備利用率に関するエネルギー気候変動局によって収集されました。

植物の種類	2007年	2008年	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016年	2017年
原子力発電所	59.6％	49.4％	65.6％	59.3％	66.4％	70.8％	73.8％	66.6％	75.1％	78.1％	77.4％
コンバインドサイクルガスタービンステーション	64.7％	71.0％	64.2％	61.6％	47.8％	30.3％	27.9％	30.5％	31.7％	49.6％	45.3％
石炭火力発電所	46.7％	45.0％	38.5％	40.2％	40.8％	56.9％	58.1％	50.7％	44.0％	21.2％	17.3％
水力発電所	38.2％	37.4％	36.7％	24.9％	39.0％	35.7％	31.6％	39.1％	41.0％	34.0％	36.5％
風力発電所	27.7％	27.5％	27.1％	23.7％	30.1％	29.4％	32.2％	30.1％	33.6％	27.8％	31.7％
洋上風力発電所							39.1％	37.3％	41.5％	36.0％	38.9％
太陽光発電所	9.9％	9.6％	9.3％	7.3％	5.1％	11.2％	9.9％	11.1％	11.8％	11.0％	10.7％
海洋（波および潮力発電所）			4.8％	8.4％	3.8％	8.3％	9.6％	3.2％	2.6％	0.0％	3.0％
バイオエネルギー発電所			56.5％	55.2％	44.1％	46.9％	56.8％	60.1％	67.4％	61.8％	61.5％