¿Cuánta electricidad produce realmente una planta de 1 GW si la eficiencia de la planta es del 20%?

Una planta de energía nominal de 1 GW puede producir 1 GW de potencia, en las condiciones nominales.

Si tiene una eficiencia del 20%, consumirá 5 GW de energía de alguna forma para hacerlo.

Si la planta de energía es (digamos) de vapor térmico, entonces los cálculos son bastante fáciles, porque podemos suponer que puede hacerlo continuamente, siempre que llegue combustible. Generará 1GWh de energía en 1 hora. Tenga en cuenta que una eficiencia del 20% es bastante pobre, incluso arcaica, para una planta basada en combustión, pero podría ser razonable para fuentes geotérmicas (baja temperatura).

Si la planta de energía es solar, entonces

(A) depende del clima (no funciona bien cuando está nublado)

(B) depende de la hora del día (no funciona tan bien cuando el sol está bajo en el cielo) y

(C) la eficiencia es menos relevante que para la planta que quema combustible, ya que recibe todo el sol gratis todo el tiempo (sujeto a a y b arriba), aunque el costo de la planta, la instalación y los bienes inmuebles para desplegarla aumentarán con menor eficiencia de intercepción, por lo que los fabricantes seguirán mejorando

Volvemos a las condiciones de calificación. ¿Es eso 1GW en solar max, la mejor hora del día? ¿O es promedio entre las horas de (digamos) 10 am y 4 pm? Para lo que significa 1GW, deberá leer la letra pequeña para conocer lo que realmente significa.

Una vez que sepa lo que significa, en función de la hora del día y del clima estacional, puede integrar la cantidad de energía que la planta solar producirá durante un día o un año.

Depende de la(s) letra(s) después de GW.

Una planta de 1GWe produce 1GW de energía eléctrica. Con una eficiencia del 20%, tendrá que deshacerse de 4 GW de calor.

A veces verá 1GWth , que produce 1GW de energía térmica; como nos has dicho su eficiencia es del 20%, producirá 200MW de potencia eléctrica (200MWe).

Pero ninguna central térmica práctica de ese tamaño tendrá una eficiencia inferior al 30 %; algunas (como AGR) rondan el 40 % en comparación con PWR en el rango del 30-35 %, y CCGT puede superar fácilmente el 50 %.

Sin un sufijo, puede asumir que está clasificado por su salida eléctrica.

La energía solar tiene una clasificación un poco diferente, pero nuevamente su clasificación es su producción eléctrica en condiciones óptimas, por lo que una planta de 1 GW (con células solares con un 20 % de eficiencia) intercepta 5 GW de luz solar y produce 1 GW de energía. Eso significa que una capacidad de 200 GW producirá 200 GWh en una muy buena hora.

Pero esa no es toda la historia, porque esa capacidad de 200 GW no refleja la potencia que obtendrá todo el día, todos los días. Teniendo en cuenta la noche, los días nublados, el sol más débil por la mañana y por la tarde, etc., una planta solar puede operar solo a un 20% de su capacidad real, en promedio durante todo el año.

Y tengo que preguntarme si esto (más correctamente llamado 20% de "disponibilidad" o "factor de capacidad" como dice pjc50) es a lo que realmente se refiere su "20% de eficiencia". Sospecho que lo es.

Esto significa que un país con una demanda de energía de 200 GW no puede satisfacerla solo con una instalación solar de 200 GW.

De todos modos , la planificación de la red es un problema fascinante gracias a la variabilidad de la demanda durante el día; agregar suministro variable a la mezcla no cambia fundamentalmente esto, pero modifica las restricciones. Actualmente, la energía solar (en el Reino Unido) está ayudando, ya que la luz solar máxima coincide con la demanda diurna, dejando dos picos más pequeños por la mañana y por la noche, lo que duplica el valor del almacenamiento (almacenamiento hidroeléctrico bombeado y baterías en el futuro).

Los usuarios de energía solar más avanzados (Alemania) a veces ven que el precio al contado durante el día se vuelve negativo, ya que la oferta supera la demanda. Esto es más una oportunidad que un problema... observe cómo surgen soluciones (no solo de almacenamiento, sino también de cambio de tiempo de grandes cargas) para utilizar un recurso de precio gratuito o negativo.

Ahora, ¿qué podemos obtener de sus números?

1000 billones de unidades (kWh) = 10^12 kWh durante 8000 horas (¡un año muy aproximado!) nos da una demanda media de 10^12/8 W = 120GW.

La demanda será menor durante la noche y mayor durante el día, por ejemplo, 80 GW y 160 GW respectivamente. Por lo tanto, hay suficiente capacidad solar por sí sola para superar la demanda diurna probable durante los períodos solares pico (probablemente raros).

Normalmente habrá cierta capacidad de almacenamiento para consumir parte del exceso, lo que ayudará a cubrir los picos de demanda de la mañana y la tarde, y alguna otra generación de energía renovable (eólica, hidroeléctrica) para cubrir parte de la demanda nocturna. Y probablemente generación térmica para completar lo contrario.

En el mejor de los casos: suponiendo suficiente almacenamiento para consumir picos de energía solar... la energía solar proporciona 200 GW * factor de capacidad del 20 % * 8000 horas = 320 mil millones de unidades o el 32 % de su demanda anual.

Casi en el peor de los casos: suponga que la mitad de las horas de funcionamiento están limitadas por la demanda a 160 GW, es decir, el 80 % de la capacidad nominal. Una forma de tener esto en cuenta sería incluirlo en el factor de capacidad como (10 % + (10 % * 0,8)) = 18 % de factor de capacidad.

Luego, la energía solar proporciona 200 GW * factor de capacidad del 18 % * 8000 horas = 288 000 millones de unidades o el 29 % de su demanda anual.

Mejores insumos (como las curvas de demanda reales, la capacidad de almacenamiento y el conocimiento de otras fuentes) refinarán estas estimaciones crudas, por supuesto. Pero espero que esto sea lo suficientemente bueno para empezar.

Puede sacar algunas conclusiones incluso de un análisis simple como este: por ejemplo, si tiene tanta energía solar, necesita puntos de carga dondequiera que estacione su automóvil durante el día. Lo que significa, para muchas personas, en el lugar de trabajo.

¿Cuánta electricidad producirán estas centrales eléctricas con una capacidad acumulada de 200 GW?

200 GW será la potencia de salida máxima y, para la energía solar, será en condiciones solares óptimas.

También tengo información de que las plantas de energía solar en estos países funcionan con una eficiencia del 20%, pero estoy confundido.

Entonces tomarán 1000 GW de energía solar y entregarán 200 GW de energía eléctrica.

¿Qué significa realmente una planta de energía de 200 GW (¿cuánta electricidad producirá, digamos, en una hora?)...

La planta de energía solar de 200 GW dará 200 GWh en una hora si se consume todo el suministro disponible.

... y si la eficiencia es del 20%, ¿cómo cambia mi análisis?

No veo su análisis, pero el proveedor de energía solo puede cobrar por lo que se produce y consume, sin importar cuál sea la eficiencia.

La potencia de una planta es su potencia máxima, la que puede entregar a la red. No tienes nada que ver con la eficiencia. Simplemente significa que con la mejora tecnológica en el futuro una planta solar con la misma área puede producir más energía eléctrica en las mismas circunstancias.

Tenga en cuenta que los sistemas solares no siempre funcionan a su máxima eficiencia.

La capacidad es el sol pico, mientras que la eficiencia puede incluir la energía solar.

Asegúrese de que nadie confunda Disponibilidad con Eficiencia o Capacidad mensual promedio.

El pico de energía solar es la capacidad a pleno sol. Las cifras geográficas de solaridad tienen en cuenta el clima que bloquea la energía solar y el tiempo de luz diurno utilizable. En promedio, 12 horas es una eficiencia del 50 % de la capacidad máxima. Luego están las pérdidas por pérdidas direccionales como eficiencia usando una curva llamada Lambertiana para eficiencia radiante o absorbente vs ángulo. O el costo de la energía del motor para reposicionar los paneles cuando existe sol utilizable.
Luego están las pérdidas de almacenamiento y conversión, si es que existen.

Los reactores nucleares tienen una eficiencia de alrededor del 50 % porque siempre funcionan al 100 % de potencia y la mayor parte se pierde en la eficiencia de transferencia de calor (vapor) para hacer girar las turbinas.

En Australia, la mayor parte de la energía se necesita para estabilizar la red con baterías Tesla y solo se vende el 10%, pero eso evita errores de frecuencia, fallas de sobretensión, tiempo de inactividad por capacidad insuficiente o peor transformadores quemados en subestaciones eléctricas... como la gran cantidad de transformadores de alta calidad que se quemaron o destruyeron por completo el mes pasado en Nigeria por capacidad insuficiente y malas habilidades de gestión de protección contra la inestabilidad.

Si el coste de la energía solar es de 4 céntimos por kWh y si el coste de la energía del carbón es de 4,1 céntimos/kWh