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正味設備利用率は、一定期間の実際の電力出力と、その期間の理論上の最大電力出力との無次元比です。 [ 1 ]特定の設備の理論上の最大電力出力は、関連期間にわたって定格容量で連続運転した場合として定義されます。設備利用率は、燃料を消費する発電所や、風力、太陽光、水力発電設備などの再生可能エネルギーを使用する設備など、あらゆる発電設備について計算できます。また、このような設備のあらゆるクラスについて平均設備利用率を定義することもでき、異なる種類の発電を比較するために使用できます。
その期間の実際の発電量と設備利用率は、さまざまな要因によって大きく変動します。設備利用率は、稼働率、つまりその期間中の稼働時間を超えることは決してありません。稼働時間は、例えば、信頼性の問題や、計画的または非計画的なメンテナンスによって低下する可能性があります。その他の要因としては、設備の設計、設置場所、発電の種類、そしてそれに伴う使用燃料、あるいは再生可能エネルギーの場合は現地の気象条件などが挙げられます。さらに、設備利用率は規制上の制約や市場の力によって左右される可能性があり、燃料の購入と電力の販売の両方に影響を与える可能性があります。
設備利用率は、多くの場合、年間を基準として計算され、ほとんどの時間的変動を平均化します。しかし、季節変動を把握するために、月単位で計算することも可能です。あるいは、電源の稼働中と廃止後の両方を含めた、電源の耐用期間全体で計算することもできます。設備利用率は、全負荷時間で表したり、変換したりすることもできます。
どこ：
エネルギーと電力に一貫した単位（例えば、エネルギーにはメガワット時（MWh）、電力にはメガワット（MW））を使用し、時間を時間で表すと、単位は「相殺」されます。例えば、1MWの 発電所が1時間で0.5MWhを発電する場合 、その設備利用率は次のようになります。
原子力発電所は設備利用率の範囲の上限に位置し、理想的には稼働率、つまり保守と燃料交換によってのみ低下します。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は、3基の原子炉の定格容量が3942 MW。2010年の年間発電量は31,200,000 MWh 、[ 2 ]容量係数 は
パロベルデの3基の原子炉はそれぞれ18ヶ月ごとに燃料交換が行われ、春と秋に1回ずつ燃料交換が行われます。2014年には、燃料交換が記録的な28日間で完了しました[ 3 ]。これは、 2010年の稼働率に対応する35日間の停止期間と比較したものです。
2019年には、プレーリーアイランド1が米国で最も高い係数を獲得し、実際に104.4%に達した。[ 4 ]
デンマークの洋上風力発電所Horns Rev 2の定格出力は209.3MWである 。 2017年1月現在 7年前の稼働開始以来、 6416 GWhを発電しており 、これは年間平均発電量が875 GWh/年、設備利用率が[ 5 ]であることを意味します。
設備利用率の低いサイトは風力発電所の建設に適しているとみなされる場合がある。例えば、陸上風力発電所の 1 GWフォーセン・ヴィンドは、2017 年時点でノルウェーで建設中のこの施設は、39%の設備利用率が見込まれています。実現可能性の計算は季節変動の影響を受ける可能性があります。例えば、フィンランドでは、寒い冬の月の設備利用率は7月と比べて2倍以上になります。[ 6 ]フィンランドの年間平均は29.5%ですが、[ 6 ]暖房エネルギーに対する高い需要は、冬の設備利用率の高さと相関しています。
陸上風力発電所の中には、設備利用率が60%を超えるものもあり、例えば、 ニカラグアの44MWのEolo発電所は 2015年に232.132GWhの純発電量を記録し、設備利用率は60.2%に相当した[ 7 ]。一方、米国の2013年から2016年までの年間設備利用率は32.2%から34.7%の範囲であった[ 8 ] 。
風力タービンの設備利用率は、可能な発電量に対する実際の発電量の割合を示すため、風力発電における利用可能なエネルギーに対する発電量を制限するベッツの係数16/27 ≈ 59.3%とは無関係である。
2017年現在中国の三峡ダムは、定格出力22,500MWで 、設備容量で世界最大の発電所です。2015年には87TWhを発電し 、設備利用率は
フーバーダムの定格出力は2080 MW [ 9 ]、年間平均発電量は4.2 TW·hです[ 9 ] (年間発電量は1984年の10.348 TW·hから1956年の2.648 TW·hまで変動しています[ 9 ] ) 年間発電量の平均値を取ると、設備利用率は次のようになります。
設備利用率が低い範囲にあるのが太陽光発電所で、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します。設備利用率の本質的な制限は、日照条件、特に雲、煙、スモッグ、樹木や建物の陰に遮られない日照条件を必要とすることです。日照量は時間帯や季節によって変化するため、設備利用率は通常、年間ベースで計算されます。利用可能な日照量は、主に設置場所の緯度と地域の雲量によって決まります。実際の発電量は、塵埃や気温などの地域的な要因にも影響されますが、理想的には気温は低い方が良いでしょう。どの発電所でもそうですが、最大発電量は定格容量に年間稼働時間を掛けた値であり、実際の発電量は年間で電力網に供給される電力量です。
例えば、北緯33度線付近のアリゾナ州に位置し、再生可能エネルギーにおける卓越性が評価されているアグア・カリエンテ太陽光発電プロジェクトは、定格出力が290MW 、実際の年間平均発電量が740GWh /年です。したがって、その設備利用率は
バイエルン州、北緯49度線付近に位置するラウインゲン・エネルギーパークでは、設備利用率が著しく低い。定格出力は25.7MW 、実際の年間平均発電量は26.98GWh /年で、設備利用率は12.0%となっている。
工場の設備利用率が100%を下回る理由はいくつかあります。これには、稼働率などの技術的な制約が含まれます。発電所の稼働率（発電機の場合は稼働率として知られる）、経済的な理由、およびエネルギー資源の入手可能性。
発電所は、機器の故障や定期メンテナンスのために、一時的に運転停止したり、出力を下げて運転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。ベースロード発電所は、最大限の効率性を目指して設計され、常に高出力で運転されるため、通常は電力単位当たりのコストが低くなります。 地熱発電所、原子力発電所、石炭火力発電所、固体燃料を燃焼させるバイオエネルギー発電所などは、需要に合わせて調整するのが難しいため、ほぼ常にベースロード発電所として運転されます。
発電所は、電力需要がない場合や、電力価格が低すぎて生産が経済的に成り立たない場合、出力が抑制されたり、意図的に休止されたりすることがあります。これは、ピーク時発電所や負荷追従型発電所の未使用容量の大部分を占めています。ピーク時発電所は、年間数時間しか稼働しない場合もあれば、1日に数時間しか稼働しない場合もあります。他の多くの発電所は、負荷や電力価格の変動により、1日または1年間の特定の時間帯にのみ稼働します。たとえば、発電所が日中のみ必要とされる場合、年間を通して毎日午前8時から午後8時まで（12時間）フル出力で稼働したとしても、設備利用率は50%にしかなりません。設備利用率が低いため、限られた発電量で発電所の固定費を賄わなければならないことから、ピーク時発電所からの電力は比較的高価になります。
3つ目の理由は、発電所が常に稼働できるだけの燃料を確保できない可能性があることです。これは、燃料供給が制限されている化石燃料発電所にも当てはまりますが、特に断続的な再生可能エネルギーに当てはまります。[ 10 ] 太陽光発電と風力タービンの設備利用率は、それぞれ「燃料」である日照と風の利用可能性によって制限されます。水力発電所は、水の制限や不足により設備利用率が100%未満になる場合があり、また、現在の電力需要に合わせて出力が調整され、貯水が後で使用するために温存される場合もあります。
各国政府は、停電のリスクや、自然災害や軍事攻撃による電力網への耐性不足を受け入れる意欲に違いがある。電力網の耐性に影響を与えた歴史的な出来事の例としては、 1991年の湾岸戦争における民間インフラへの空爆、2015年のウクライナ電力網へのハッキング、2021年のテキサス電力危機、そしてロシアによるウクライナインフラへの攻撃（2022年～現在）などが挙げられる。リスク許容度が低い場合、電力網の中断や停電による潜在的なコストを軽減するために、電力網をより大幅に過剰に構築する必要があり、通常の電力網条件下で必要な発電抑制量に技術ごとに影響を与える可能性がある。
発電所の設備利用率が100%にならないその他の理由としては、大気汚染防止許可に関する制限や送電網の制約により、発電所が発電量を抑制せざるを得ない場合などが挙げられる。
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。発電所は発電能力があっても、「燃料」（風、太陽光、水）が利用できない場合があります。水力発電所の発電量は、水位が高すぎたり低すぎたりしないようにしたり、下流の魚に水を与えたり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。しかし、太陽光発電、風力発電、水力発電所は稼働率が高いため、燃料が利用可能な場合は、ほぼ常に発電することができます。[ 11 ]
水力発電所は、十分な水量が確保できる場合、高い運用柔軟性を持つため、負荷追従にも有効です。一般的な水力発電所の運転員は、停止状態からわずか数分でフル稼働状態にすることができます。
風力発電所は、風の自然な変動により変動します。風力発電所の場合、設備利用率は、風の利用可能性、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設備利用率に影響します。現在の風力発電所の典型的な設備利用率は 25 ～ 45% です。[ 12 ]英国では、2011 年から 2019 年までの 5 年間の風力の年間設備利用率は 30% を超えました。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
太陽エネルギーは、地球の毎日の自転、季節の変化、雲量によって変動します。たとえば、サクラメント市営電力地区では、2005 年に 15% の設備利用率が観測されました。[ 17 ]しかし、国際エネルギー機関(IEA)のSolarPACESプログラム によると、太陽光のみで発電するように設計された太陽光発電所は、スペインや米国南西部など、冷房需要が大きい地域では夏の正午のピーク負荷によく適合しています。 [ 18 ]ただし、エアコンのピーク需要は太陽光出力が低下する午後遅くまたは夕方に発生することが多いため、一部の地域では太陽光発電はネットワークアップグレードの発電の必要性を減らしません。[ 19 ] [ 20 ] SolarPACES では、熱エネルギー貯蔵システムを使用することで、太陽熱発電所 (CSP) の運転期間を延長してディスパッチ可能 (負荷追従) にすることができると述べています。[ 18 ]
地熱発電は他の多くの発電方法よりも設備利用率が高く、地熱資源は一般的に常時利用可能です。
米国エネルギー情報局（EIA）によると、2013年から2017年までの公益事業規模の発電機の設備利用率は以下のとおりでした。[ 30 ]
しかし、これらの値は月によって大きく変動することが多い。
以下の数値は、英国の送電網におけるさまざまな種類の発電所の設備利用率について、エネルギー・気候変動省によって収集されたものです。 [ 31 ] [ 13 ] [ 32 ] [ 14 ] [ 33 ] [ 15 ] [ 34 ] [ 16 ] [ 35 ] [ 36 ]
