O fator de carga ou fator de utilização de uma usina é a razão entre a energia elétrica efetivamente produzida durante um determinado período e a energia que ela teria produzido se tivesse operado em sua potência nominal durante o mesmo período.
O fator de carga é geralmente calculado ao longo de um ou mais anos, mas não há nada que o impeça de ser calculado em diferentes períodos.
Geralmente é expresso como uma porcentagem , mas pode ser expresso como um número de horas equivalentes de potência total (hepp) multiplicando o valor anteriormente obtido pela duração do período (em horas), este período geralmente sendo anual. Também pode ser expresso em watts (e seus múltiplos) multiplicando o valor percentual pela potência nominal da instalação.
Quanto maior o valor do fator de carga, mais próxima a instalação considerada se aproxima de sua capacidade máxima de produção.
O fator de carga varia muito de acordo com o tipo de energia primária , de acordo com o projeto da instalação e de acordo com o uso que dela é feito. A duração do período de tempo considerado para o cálculo também influencia o valor do fator de carga. Isso é particularmente verdadeiro para energias intermitentes ( energia eólica ou solar fotovoltaica, por exemplo).
A taxa de ocupação não deve ser confundida com disponibilidade , que é uma proporção maior.
O fator de carga ou fator de utilização é a relação entre a energia elétrica produzida durante um determinado período (ano, mês, vida útil da planta, etc.) e a energia que teria sido produzida se esta instalação tivesse sido operada durante o mesmo período, continuamente, em sua potência nominal .
Nos Estados Unidos, dependendo das circunstâncias, são utilizados dois conceitos distintos: " en: fator de capacidade ", que corresponde ao conceito de fator de carga, e " fator de carga ", que é obtido dividindo-se a produção observada pela potência máxima atingida . (potência de pico) durante o período em causa. Isso pode causar confusão e interpretações erradas.
Os exemplos a seguir são fictícios. Destinam-se apenas a explicar o método de cálculo mencionado na introdução.
Ou seja, uma usina com capacidade nominal de 1000 MW (megawatt) produzindo 648 GWh (gigawatt-hora, que equivale a 1000 megawatt-hora) durante um período de 30 dias.
O número de megawatts-hora que ele teria produzido se tivesse operado continuamente em sua potência nominal é obtido multiplicando-se a potência nominal pelo número de horas do período .
Durante este período, o fator de carga da usina considerada é, portanto . Ou 90% ou 648 horas equivalentes à potência total ( ).
Aqui está a descrição e o histórico de produção de uma frota de usinas (todas movidas pela mesma energia primária):
Poder nominal | Ano de produção 1 | Ano de produção 2 | Ano de produção 3 | Anos de produção 1 a 3 | |
---|---|---|---|---|---|
Central 1 | 120 MW | 750 GWh | 810 GWh | 860 GWh | 2420 GWh |
Central 2 | 230 MW | 1720 GWh | 1560 GWh | 1650 GWh | 4930 GWh |
Central 3 | 90 MW | 370 GWh | 640 GWh | 450 GWh | 1460 GWh |
Total | 440 MW | 2840 GWh | 3010 GWh | 2960 GWh | 8810 GWh |
A energia máxima que cada usina poderia ter produzido ao longo de um ano é obtida multiplicando sua potência nominal pela duração de um ano. Por exemplo, a planta 1 poderia ter produzido até .
Resta então dividir a produção real pela produção máxima teórica. Isso dá, por exemplo, para a planta 1, do ano 1 ao 3:
.
A tabela a seguir resume os coeficientes de ocupação obtidos com os valores da tabela anterior.
Ano 1 | Ano 2 | Ano 3 | Anos 1 a 3 | |
---|---|---|---|---|
Central 1 | 71,3% | 77,1% | 81,8% | 76,7% |
Central 2 | 85,4% | 77,4% | 81,9% | 81,6% |
Central 3 | 46,9% | 81,2% | 57,1% | 61,7% |
Total | 73,7% | 78,1% | 76,8% | 76,2% |
Se for necessário reter apenas um valor representativo da produção de toda a frota ao longo de vários anos, pode ser 76,2% (canto inferior direito da tabela).
Na prática, ao longo de um ano, o fator de carga é reduzido por reduções na produção de eletricidade causadas por:
Aqui estão alguns valores tomados pelo fator de carga para instalações existentes:
Tipo de energia | Período | Área geográfica | Fator de carga |
---|---|---|---|
Fotovoltaico solar | 2015 | Mundo | 6% a 21% |
Fotovoltaico solar | 2015 | Europa | 11% |
Fotovoltaico solar | 2019 | Estados Unidos | 24,5% |
Fotovoltaico solar | 2015 | China | 15% |
Fotovoltaico solar | 2019 | França | 13,5% |
Turbinas eólicas onshore | 2019 | Europa | 24% |
Turbinas eólicas no mar | 2019 | Europa | 38% |
Turbina de vento | 2019 | França | 24,7% |
Turbina de vento | 2019 | Estados Unidos | 34,8% |
Hidrelétrica | 2003 a 2008 | Europa | 28% |
Ciclo combinado | 2007 | Canadá | 43% |
Hidrelétrica (excluindo energia das marés) | 2007 | Canadá | 57% |
Nuclear | 2012 a 2015 | França | 74,2% |
Nuclear | 2019 | França | 68,6% |
Nuclear | 2019 | Estados Unidos | 93,5% |
Nuclear | 2007 | Canadá | 75% |
Usina termelétrica | 2007 | Canadá | 82% |
O rápido aumento da potência dos parques eólicos e fotovoltaicos nos últimos anos torna imprecisos os cálculos de longo prazo de um parque nacional, devido à falta de dados sobre a fina evolução temporal da potência instalada e da produção neste território. Os cálculos que pressupõem uma potência anual constante fornecem, no entanto, uma ordem de magnitude. Os dados nucleares e hidráulicos na Europa são mais confiáveis, porque o tamanho da base instalada é relativamente estável.
A American Energy Information Administration compara em 2015 os fatores de carga dos vários meios de produção de eletricidade nas diferentes regiões do mundo no período 2008-2012: o fator de carga da energia solar fotovoltaica varia de 6% no Canadá a 21% na Índia através 15% nos Estados Unidos e China e 11% nos países europeus membros da OCDE; o fator de carga da energia eólica varia de 17% a 30% (Estados Unidos: 27%, China: 18%, Europa OCDE: 22%).
Algumas usinas termelétricas podem atingir, ao longo de um ano, uma taxa de ocupação superior a 100%; neste caso, a usina distribuiu mais energia elétrica para a rede do que se operasse com potência nominal durante todo o ano. Na verdade, a potência nominal é na maioria das vezes uma determinada para temperaturas de verão onde a capacidade é menor devido à temperatura mais alta da fonte fria, o que degrada a eficiência térmica e, portanto, a potência fornecida (por outro lado, no inverno a temperatura da fonte fria é menor, portanto a eficiência térmica é melhor e a capacidade máxima pode exceder a capacidade nominal determinada no verão). Este método de cálculo da potência nominal garante que esta potência pode ser alcançada independentemente das condições meteorológicas consideradas no local em questão (verão e inverno).
De acordo com a IRENA, para as energias renováveis, os custos de produção caíram drasticamente de 2017 a 2018 e, ao mesmo tempo, os fatores de carga tendem a melhorar. Ao longo de 10 anos, todos os setores renováveis viram seus custos de material diminuir sistematicamente a cada ano, mais do que as previsões para o campo anunciadas.