thumb|upright=1.5|Factorii lunari de încărcare conform US EIA (2011–2013) Factorul de încărcare net este raportul dintre energia electrică produsă efectiv într-o anumită perioadă de timp și energia electrică maximă teoretică ce ar fi putut fi generată în aceeași perioadă. Producția maximă teoretică a unei instalații este definită ca funcționarea sa continuă la maximă pe parcursul perioadei respective. Factorul de încărcare poate fi calculat pentru orice instalație electrogeneratoare, cum ar fi o centrală termoelectrică bazată pe combustibil sau una bazată pe energie regenerabilă (eoliană, solară sau hidroelectrică). Factorul mediu de încărcare poate fi definit și pentru o întreagă categorie de astfel de instalații și este utilizat pentru a compara diferite tehnologii de producție a energiei electrice.
Producția efectivă de energie și factorul de încărcare variază considerabil în funcție de o serie de factori. Factorul de încărcare nu poate depăși niciodată factorul de disponibilitate (timpul de funcționare sau uptime) din perioada respectivă. Timpul de funcționare poate fi redus, de exemplu, din cauza problemelor de fiabilitate și a lucrărilor de întreținere (programate sau neprogramate). Alți factori includ proiectarea instalației, amplasarea acesteia, tipul de producție și, odată cu acesta, combustibilul utilizat sau, în cazul energiei regenerabile, condițiile meteorologice locale. În plus, factorul de încărcare poate fi supus unor restricții de reglementare și forțelor pieței, care pot afecta atât achiziția de combustibil, cât și vânzarea de energie electrică.
Factorul de încărcare este adesea calculat pe o durată de un an, compensând majoritatea fluctuațiilor temporale. Cu toate acestea, el poate fi calculat și lunar, pentru a obține o imagine asupra fluctuațiilor sezoniere, sau pe întreaga durată de viață a sursei de energie (atât în timpul exploatării, cât și după scoaterea din funcțiune). De asemenea, factorul de încărcare poate fi exprimat și convertit în .
Formulă
unde: este energia electrică totală produsă în perioada de timp , de exemplu în kilowați-oră (kWh) sau megajuli (MJ), este (puterea instalată sau furnizată) a echipamentului sau sistemului, de exemplu în kilowați (kW), este perioada totală de timp luată în considerare, de exemplu în ore sau ani.
Dacă se folosesc unități de măsură coerente pentru energie și putere — cum ar fi megawați-oră (MWh) pentru energie și megawați (MW) pentru putere — iar timpul este exprimat în ore, unitățile de măsură se simplifică. De exemplu, dacă o centrală de 1 MW produce 0,5 MWh într-o oră, factorul său de încărcare este:
Exemple de calcul
Centrală nuclearoelectrică thumb|Factorii de încărcare ai centralelor nucleare la nivel mondial
Centrala nuclearoelectrică se află la limita superioară a intervalului factorilor de încărcare, acesta fiind redus, în mod ideal, doar de factorul de disponibilitate (adică întreținerea și reîncărcarea cu combustibil). Cea mai mare centrală nucleară din SUA, , are, pe ansamblul celor trei reactoare ale sale, o putere nominală de . În anul 2010, producția sa anuală a fost de , rezultând un factor de încărcare de:
Fiecare dintre cele trei reactoare de la Palo Verde este reîncărcat cu combustibil o dată la 18 luni, lucrările fiind eșalonate primăvara și toamna. În 2014, o reîncărcare a fost finalizată într-un timp record de 28 de zile, spre deosebire de cele 35 de zile de oprire corespunzătoare factorului de încărcare din 2010.
În 2019, reactorul 1 al centralei a fost unitatea din SUA cu cel mai ridicat factor de încărcare, atingând valoarea de 104,4%.
Parc eolian Parcul eolian offshore danez are o putere nominală de 209,3 MW. Până în Ianuarie 2017, acesta a produs 6416 GWh de la punerea sa în funcțiune în urmă cu 7 ani, adică o producție medie anuală de 875 GWh/an și un factor de încărcare de:
Amplasamentele cu factori de încărcare mai scăzuți pot fi totuși considerate fezabile pentru parcuri eoliene; de exemplu, parcul eolian onshore de 1 GW din Norvegia are un factor de încărcare proiectat de 39%. Calculele de fezabilitate pot fi influențate de sezonalitate. De exemplu, în Finlanda, factorul de încărcare din lunile reci de iarnă este mai mult decât dublu comparativ cu luna iulie. Deși media anuală în Finlanda este de 29,5%, cererea ridicată de energie pentru încălzire corelează pozitiv cu factorul de încărcare mai mare din timpul iernii.
Anumite parcuri eoliene terestre pot atinge factori de încărcare de peste 60%; de exemplu, centrala Eolo de 44 MW din Nicaragua a avut o producție netă de 232,132 GWh în 2015, echivalentul unui factor de încărcare de 60,2%, în timp ce factorii medii anuali din Statele Unite între anii 2013 și 2016 s-au situat între 32,2% și 34,7%.
Deoarece factorul de încărcare al unei turbine eoliene măsoară producția reală raportată la producția maximă posibilă, acesta nu are legătură cu de , care restricționează captarea energiei cinetice disponibile în vânt.
Centrală hidroelectrică În anul 2017, Barajul celor Trei Defileuri din China, cu o putere nominală instalată de 22.500 MW, era cea mai mare centrală electrogeneratoare din lume după capacitate. În 2015, a generat 87 TWh, rezultând un factor de încărcare de:
Barajul Hoover are o putere nominală de 2080 MW și o producție medie anuală de 4,2 TW·h. (Producția anuală a variat între un maxim de 10,348 TW·h în 1984 și un minim de 2,648 TW·h în 1956.) Luând în calcul valoarea medie a producției anuale, se obține un factor de încărcare de:
Centrală fotovoltaică La limita inferioară a intervalului factorilor de încărcare se află , care furnizează energie în rețea dintr-un la scară industrială. O limită intrinsecă a factorului de încărcare provine din necesitatea luminii solare, de preferință fără nori, fum, smog sau umbrire de la copaci și clădiri. Deoarece cantitatea de radiație solară variază atât în funcție de ora din zi, cât și de anotimp, factorul de încărcare se calculează de regulă pe o bază anuală. Cantitatea de lumină solară disponibilă depinde în principal de latitudinea instalației și de acoperirea locală cu nori. Producția reală este influențată și de factori locali, cum ar fi praful și temperatura ambiantă (care ar trebui să fie ideal scăzută). Ca pentru orice centrală, producția maximă posibilă este puterea nominală înmulțită cu numărul de ore dintr-un an, în timp ce producția reală reprezintă cantitatea de energie livrată anual în rețea.
De exemplu, proiectul fotovoltaic din Arizona, situat în apropierea , are o putere nominală de 290 MW și o producție medie anuală de 740 GWh/an. Factorul său de încărcare este:
Un factor de încărcare semnificativ mai scăzut este înregistrat de parcul energetic din Bavaria, situat lângă paralela 49. Cu o putere instalată de 25,7 MW și o producție medie anuală de 26,98 GWh/an, acesta obține un factor de încărcare de 12,0%.
Factorii determinanți ai factorului de încărcare Există mai multe motive pentru care o centrală are un factor de încărcare mai mic de 100%. Acestea includ limitări tehnice, cum ar fi a centralei (cunoscută ca factor de disponibilitate), motive economice și disponibilitatea resursei primare de energie.
O centrală poate fi scoasă din funcțiune sau poate funcționa la o putere redusă o parte din timp din cauza defecțiunilor echipamentelor sau a lucrărilor de întreținere de rutină. Aceasta explică cea mai mare parte a capacității neutilizate la centralele electrice care funcționează în regim de bază. Centralele de bază au de obicei costuri scăzute pe unitatea de energie electrică produsă, deoarece sunt proiectate pentru o eficiență maximă și funcționează continuu la puteri ridicate. , centralele nucleare, și centralele pe biomasă care ard material solid sunt operate aproape întotdeauna ca centrale de bază, deoarece ajustarea producției lor în funcție de cerere este dificilă.
De asemenea, o centrală își poate reduce producția sau poate fi lăsată deliberat în stare inactivă deoarece energia electrică nu este necesară în rețea sau deoarece prețul energiei este prea scăzut pentru a face producția rentabilă. Acest lucru explică cea mai mare parte a capacității neutilizate a și a . Centralele de vârf pot funcționa doar câteva ore pe an sau până la câteva ore pe zi. Multe alte centrale funcționează doar în anumite intervale din zi sau din an, din cauza variațiilor de sarcină și de preț al energiei electrice. Dacă o centrală este necesară doar în timpul zilei (de exemplu, funcționând la capacitate maximă între orele 08:00 și 20:00 în fiecare zi, adică 12 ore pe zi tot anul), aceasta va avea un factor de încărcare de numai 50%. Din cauza factorilor scăzuți de încărcare, energia electrică produsă de centralele de vârf este relativ scumpă, deoarece producția limitată trebuie să acopere costurile fixe ale instalației.
Un al treilea motiv este lipsa combustibilului sau a resursei primare. Acest lucru se poate aplica centralelor pe combustibil fosil cu stocuri limitate de combustibil, dar afectează în special sursele regenerabile intermitente. Centralele solare fotovoltaice și turbinele eoliene au un factor de încărcare limitat strict de disponibilitatea „combustibilului” lor: soarele, respectiv vântul. O centrală hidroelectrică poate avea un factor de încărcare sub 100% din cauza deficitului de apă sau din cauză că debitul este evacuat controlat pentru a satisface cererea curentă, conservând apa din lacul de acumulare pentru perioade ulterioare.
Atitudinea guvernelor diferă în privința toleranței la riscul de pene de electricitate și rezilienței rețelelor la dezastre naturale sau atacuri militare. Exemple istorice care au afectat reziliența rețelelor includ , , și . O toleranță scăzută la risc poate impune supradimensionarea rețelelor electrice pentru a atenua costurile potențiale ale întreruperilor, ceea ce influențează direct gradul de dispecerizare și de reducere forțată a producției (curtailment) în condiții normale de funcționare.
Alte motive includ restricțiile privind autorizațiile de mediu (emisii de gaze) sau limitările capacității de transport ale rețelei electrice, care obligă centrala să își reducă puterea generată.
Factorul de încărcare al energiei regenerabile framed|right|Factorii de încărcare lunari ai surselor regenerabile în SUA conform US EIA (2011–2013) Pentru sursele de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară, energia eoliană și hidroelectricitatea, motivul principal al unui factor de încărcare redus este disponibilitatea resursei energetice. Centrala poate fi capabilă din punct de vedere tehnic să producă energie, însă „combustibilul” său (vântul, lumina solară sau apa) nu este disponibil momentan. De asemenea, producția unei centrale hidroelectrice poate fi afectată de cerințele de menținere a nivelului apei din lacul de acumulare sau de asigurarea debitului ecologic pentru fauna acvatică din aval. Cu toate acestea, centralele solare, eoliene și hidroelectrice au un factor de disponibilitate tehnică ridicat, astfel încât, atunci când resursa este disponibilă, ele sunt aproape întotdeauna capabile să genereze energie.How Does A Wind Turbine's Energy Production Differ from Its Power Production?
Atunci când dispun de rezerve de apă, centralele hidroelectrice sunt deosebit de utile pentru urmărirea sarcinii datorită dispecerizării rapide: operatorii pot aduce o turbină de la oprire completă la puterea maximă în doar câteva minute.
Parcurile eoliene prezintă o producție variabilă din cauza fluctuațiilor naturale ale vântului. Factorul de încărcare este determinat de disponibilitatea vântului, suprafața măturată de pale și puterea nominală a generatorului. Capacitatea liniilor de transport și cererea de energie afectează de asemenea acest factor. Valorile tipice pentru parcurile eoliene moderne sunt cuprinse între 25% și 45%. În Regatul Unit, în perioada 2011–2019, factorul mediu anual de încărcare eolian a depășit 30%.