Ощущение единиц измерения и масштаба для производства и потребления электрической энергии. Потребление энергии в странах мира

 

 

Дискуссии об энергетике и электричестве могут привести к путанице. Часто корень этой путаницы кроется в выборе единиц измерения и масштаба. Во-первых, единицы измерения часто цитируются непоследовательно: мы переключаемся между ватт-часами, килограммами нефтяного эквивалента, джоулями и еще более запутанно-единицами мощности. Во-вторых, мы начинаем цитировать большие числа в порядке миллионов и миллиардов без ощущения масштаба: эквивалентна ли эта единица одной, десяти или ста угольным электростанциям? В-третьих, мы теряем перспективу эквивалентности между производством и потреблением электрической энергии: сколько людей может обеспечить ветровая или солнечная ферма?

 

Чтобы сделать наш полный ввод данных о производстве энергии и изменении источников энергии максимально полезным и понятным, мы стандартизировали все наши энергетические данные в единую единицу энергии: ватт-час (Втч). Единственное изменение ватт-часа, которое мы использовали, заключается в масштабировании больших чисел в киловатт, мегаватт или гигаватт-часы (которые составляют тысячу, миллион и миллиард ватт-часов соответственно). Однако базовая единица ватт-часа остается неизменной. Это должно помочь уменьшить путаницу по первой из трех причин, описанных выше.

 

Для решения последних двух проблем мы подготовили диаграмму, показанную ниже, которая призвана обеспечить ощущение масштаба как для производства, так и для потребления электроэнергии [щелчок по этой диаграмме предлагает всплывающую версию, для которой некоторые более тонкие аспекты могут быть более легко прочитаны]. Он состоит из двух шкал: производство электроэнергии и потребление электроэнергии. На левой стороне у нас есть график, который простирается от нуля до 100 000 МВтч. Отдельные стрелки представляют собой ежедневные электрические выходы различных типов растений; как мы видим, существует большой диапазон выходов в зависимости от размеров и условий конкретного объекта. Средняя суточная производительность конкретных электростанций (некоторые из которых вы можете узнать) показаны и помечены как отдельные звезды.

 

Обозначенные горизонтальные линии на этих диаграммах направлены на то, чтобы дать представление об уровне потребления электроэнергии во всем мире. Например, на приведенной ниже диаграмме очень крупная гидроэлектростанция или атомная электростанция может производить достаточно электроэнергии, чтобы удовлетворить потребности 100 миллионов человек в Гане; крупная гидроэлектростанция, атомная электростанция или угольная электростанция могут обеспечить 10 миллионов среднестатистических граждан мира, а средняя электростанция удовлетворит потребности 10 миллионов человек в Бразилии.

 

На левой диаграмме преобладают гидроэнергетические, ядерные, угольные и геотермальные производства. Мощность береговых и оффшорных ветровых и солнечных фотоэлектрических ферм в настоящее время находится ниже 10 000 МВтч в день, что вы видите в нижней части левой диаграммы. Правая диаграмма обеспечивает увеличение нижней части этой диаграммы, простирающейся только от нуля до 10 000 МВтч. Так же, как и на левой диаграмме, диапазон суточной выработки электроэнергии ветровыми и солнечными фотоэлектрическими фермами показан стрелками, а конкретные фермы представлены звездами. Опять же, мы дали представление о том, как это связано с потребностями потребления электроэнергии в целом ряде стран, использующих обозначенные горизонтальные линии.

 

Данные, используемые в этих диаграммах, не являются идеальными; мы попытались представить глобальный обзор ряда источников производства электрической энергии и средних уровней потребления по странам. Эти цифры основаны на ряде допущений и расчетов, которые подробно объясняются ниже. Несмотря на эти ограничения, мы надеемся, что эти диаграммы имеют ценность для обеспечения общего представления о масштабах как производства, так и потребления.

 

Производство электрической энергии

 

Данные о суточной производительности различных источников электроэнергии были получены одним из двух способов:

 

Там, где были опубликованы конкретные данные о годовой выработке энергии на заводе или объекте, мы пересчитали их в среднесуточную выработку в ватт-часах или мегаватт-часах.
 

В тех случаях, когда конкретные данные об электрической мощности отсутствуют, мы рассчитали ее на основе максимальной мощности установки и среднего коэффициента мощности для установки такого типа, основываясь на данных коэффициента мощности, опубликованных Управлением энергетической информации США (EIA)1 (описано ниже).

 

Выходная мощность объектов электроэнергетики часто описывается в терминах их максимальной мощности; это показатель мощности (а не Энергии), измеряемый в ваттах (Вт). Есть два преобразования, которые мы должны сделать в эту метрику, чтобы получить среднюю суточную выработку электрической энергии. Во-первых, мы должны преобразовать энергию в энергию. Энергия-это мера выходной мощности во времени (энергия = мощность x время). Таким образом, чтобы рассчитать выход энергии в ватт-часах, мы должны умножить нашу мощность на количество часов, в течение которых работает наша установка. Например, если бы у нас была установка мощностью 1000 МВт, то ее максимальная выработка энергии за сутки составила бы 24 000 МВтч (1000 МВт х 24 часа).

 

Однако это предполагает, что завод работает непрерывно с максимальной производительностью, чего большинство (если не все) не делают. вторая поправка, которую мы должны сделать, состоит в том, чтобы умножить этот выход на его коэффициент мощности. Коэффициент мощности определяется как фактическая выработка электрической энергии в процентах или соотношении с максимально возможной выработкой за данный период времени. Например, если бы наша электростанция работала только на 80% (за счет сочетания эпизодов остановки и периодов работы ниже максимальной мощности), наша ежедневная выработка энергии составляла бы только 19 200 МВтч в день (24 000 МВтч х 80%).

 

Сколько электроэнергии производит гидроэлектростанция в день?

 

Гидроэнергетика уникальна с точки зрения того, что она охватывает самый большой диапазон производства электроэнергии; начиная от крупнейших производственных объектов в мире, вплоть до так называемых “Пико-гидро” схем—простых водяных турбин, которые часто устанавливаются для одного домохозяйства или группы домохозяйств. xThese обычно имеют мощность менее 5 кВт, производя менее одного МВтч в день (только около 22 МВтч в год).

 

Здесь можно найти коллекцию крупнейших в мире гидростанций. Бразильская плотина Итайпу и китайская плотина Три ущелья-два крупнейших производителя электроэнергии в мире - являются ключевыми выбросами по объему производства, производя почти вдвое больше, чем третий по величине гидроузел. Эти два объекта представлены в виде звезд: плотина Итайпу производила в среднем 282 000 МВтч в день (103 ТВтч в год/365 дней), а плотина Три ущелья производила в среднем 270 000 МВтч в день в 2014 году (98,8 ТВтч/365 дней). Другим единственным гидроузлом, показанным на этой диаграмме, является плотина Гувера в США, которая производила в среднем 11 000 МВтч в день в 2014 году (4 ТВтч/365).

 

Помимо гидроаккумуляторов Итайпу и плотины Три ущелья, кластер крупнейших гидроэлектростанций обеспечивает годовой объем производства в пределах 50-55 ТВтч. В среднем за день (хотя сезонная изменчивость неизбежно будет влиять на суточную выработку в течение всего года) крупные гидроэлектростанции производят примерно 150 000 МВтч в день.

 

Сколько электроэнергии производит атомная станция в день?

 

Выработка на атомных электростанциях обычно более стабильна во времени, чем выработка на гидроэлектростанциях или других возобновляемых ресурсах, поскольку они в меньшей степени подвержены влиянию сезонных или экологических колебаний. Для оценки диапазона типичных суточных выходов с атомных станций мы использовали заявленную максимальную мощность конкретных станций, перечисленных здесь, со средним коэффициентом мощности ядерной энергетики, который составляет приблизительно 90%.

 

Например, самой большой действующей атомной станцией в мире является канадская станция Брюс, максимальная мощность которой составляет 6384 МВт. Таким образом, расчетная среднесуточная производительность составляет 6 384 МВт х 90% х 24 часа, что дает нам приблизительно 138 000 МВтч в день. Средняя суточная выработка других атомных станций, выделенных здесь, была рассчитана с использованием точно такой же методологии.

 

Небольшие атомные станции имеют максимальную мощность около 400 МВт, но могут быть и менее 200-250 МВт. Например, реакторы на индийской атомной электростанции Кайга имеют максимальную мощность 220 МВт. В результате атомная станция Кайга производит в среднем 6100 МВтч в сутки.

 

Сколько электроэнергии вырабатывает угольная электростанция в день?

 

Как и атомные электростанции, наши оценки суточной выработки электроэнергии угольными электростанциями были рассчитаны на основе приведенных здесь данных о максимальной мощности и среднего коэффициента мощности в 64%.4 самой крупной действующей угольной электростанцией в мире является Тяньчжунская электростанция на Тайване; при максимальной мощности 5500 МВт средняя суточная выработка составит примерно 85 000 МВтч (5500 МВт * 64% * 24 часа).

 

Как и атомное производство, небольшие угольные электростанции могут иметь максимальную мощность до сотен МВт. Например, тепловая электростанция кахоне в Сенегале имеет мощность всего 102 МВт. Если предположить, что средний коэффициент мощности составляет около 64%, то суточная выработка угля может достигать 1600 МВтч в сутки.

 

Сколько электроэнергии производит геотермальная станция в день?

 

Мощность и производство геотермальной энергии, как правило, ниже, чем у гидроэлектростанций, атомных электростанций и угольных электростанций. Крупнейшим производителем геотермальной энергии в мире является компания Geyser site в США; при мощности 1 517 МВт и долевом коэффициенте мощности 63% мы рассчитываем, что расчетная суточная выработка составит примерно 23 000 МВтч.

 

Однако, если мы посмотрим на диапазон геотермальных станций по всему миру, то место расположения гейзеров является большим выбросом с точки зрения потенциальной добычи. Вторая по величине геотермальная станция имеет примерно половину установленной мощности гейзеров. Если мы возьмем его установленную мощность в 820 МВт и предположим, что глобальный средний коэффициент мощности для геотермальной энергии Bloomberg New Energy Finance составляет 73%, мы приблизим типичную крупную геотермальную установку к производству примерно 14 000-15 000 МВтч в день. Как и гидроэнергетика, геотермальные объекты также могут существовать в очень малых масштабах.; Итальянская геотермальная станция Сан-Мартино имеет мощность всего 40 МВт; если мы предположим, что средний коэффициент мощности составляет 73% для геотермальной станции, то средняя суточная выработка составит около 700 МВтч.

 

Сколько электроэнергии производит береговая ветроэлектростанция в день?

 

В то время как большинство наземных ветроэлектростанций производят в среднем менее 10 000 МВтч в день, ветроэлектростанция Ганьсу в Китае является заметным выбросом. При установленной мощности 7 965 МВт и среднем коэффициенте мощности 12,4% для ветроэнергетики в регионе Ганьсу, по нашим оценкам, суточная выработка составит около 24 000 МВтч.

 

Следующие по величине ветроэлектростанции значительно уступают ветроэлектростанции Ганьсу—Маппандальская ветроэлектростанция в Индии и Альта-ветроэнергетический центр в США имеют максимальную мощность 1500 МВт и 1320 МВт соответственно. При коэффициенте мощности 30% против среднего коэффициента в Индии 15%, Центр ветроэнергетики альты производит в среднем 7342 МВтч в день против 5400 МВтч в Маппандале.

 

Ветроэлектростанции могут быть очень малыми по размерам и мощности, вплоть до десятков мегаватт. Например, при максимальной мощности всего в 11 МВт ветроэлектростанция Утгрунден в Швеции, вероятно, будет производить в среднем около 80 МВтч в день.

 

Сколько электроэнергии производит оффшорная ветроэлектростанция в день?

 

Хотя оффшорные ветроэлектростанции часто могут достигать более высокого коэффициента мощности, чем наземные аналоги, их общая установленная мощность еще не достигла масштабов крупнейших наземных ферм. Самой большой оффшорной ветряной электростанцией на сегодняшний день является лондонский массив Великобритании. При мощности 630 МВт и коэффициенте мощности в 2015 году 45,3% средняя суточная выработка приближается к 6800 МВтч.

 

Подобно наземному ветру, морские ветроэлектростанции могут быть небольшими по размеру—некоторые из них имеют установленную мощность менее 10 МВт. Например, ветроэлектростанция Mt Stuart в Новой Зеландии производит в среднем только 70 МВтч в сутки.

 

Сколько электроэнергии производит солнечная фотоэлектрическая ферма в день?

 

Как обсуждал Дэвид Маккей в своей книге “устойчивая энергия – без горячего воздуха” (бесплатно здесь), производство электрической энергии на единицу площади солнечных панелей почти прямо пропорционально количеству солнечного света, который падает на нее.8 в результате оптимальные места для использования солнечной энергии, особенно в низких широтах, могут обеспечить выход энергии в 2-3 раза выше, чем в очень высоких широтах. Однако, как показывает этот список крупнейших солнечных фотоэлектрических ферм, солнечная энергия может обеспечить разумную производительность в большинстве стран, независимо от широты.

 

Самой крупной фотоэлектрической солнечной электростанции на сегодняшний день является Китай Солнечный парк пустыни Тенгер, с установленной мощностью 1500 МВт. Если мы предположим, что коэффициент мощности составляет 20% (что является высоким для солнечной энергии, но не является необоснованным), то суточная выработка составит примерно 7200 МВтч. Калифорнийская солнечная ферма Topaz имеет установленную мощность около одной трети китайской Tengger, но с высоким коэффициентом мощности 24,4% достигает средней суточной выработки 3,466 МВтч.

 

Подобно наземному и оффшорному ветру, солнечные фотоэлектрические станции могут быть столь же малы, как и десятки мегаватт-часов в день. Крупнейший в Иране фотоэлектрический парк Jarqavieh имеет мощность всего 10 МВт и производит в среднем 48 МВтч (предполагая коэффициент мощности 20%) ежедневно.

 

Потребление электроэнергии

 

Данные о потреблении электроэнергии (представленные в виде горизонтальных линий на приведенной выше диаграмме) основаны на данных, представленных в приведенной ниже диаграмме о потреблении электроэнергии на душу населения. Мы использовали оценки Всемирного банка по годовому потреблению электроэнергии на душу населения в 2014 году, сначала рассчитав ежедневное потребление электроэнергии на душу населения (путем деления годовых показателей на 365) и используя множители 10 миллионов; один миллион; и 100 000 для расчета общего ежедневного потребления электроэнергии данным числом граждан в целом ряде стран.

 

Потребление электроэнергии на душу населения, 2014 г.

Среднегодовое потребление электроэнергии на душу населения, измеряемое в киловатт-часах (кВтч) в год.

 

ИСТОЧНИК

 

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (04.01.2020)
Просмотров: 20 | Рейтинг: 0.0/0