كفاءة محطة توليد الطاقة

كفاءة محطة توليد الطاقة هي النسبة المئوية للطاقة الكلية الموجودة في وقود المحطة والتي يتم تحويلها إلى كهرباء . أما  الطاقة المتبقية فتُفقد عادةً في البيئة على شكل حرارة ما لم تُستخدم في التدفئة المركزية .

إن كفاءة التصنيف معقدة بسبب وجود طريقتين مختلفتين لقياس مدخلات طاقة الوقود : ^{[ 1 ]}

• القيمة الحرارية الدنيا (LCV) (وهي نفسها القيمة الحرارية الصافية NCV) تتجاهل الطاقة الحرارية المكتسبة من تكثيف بخار الماء _{في العادم}
• القيمة الحرارية العليا (HCV) (وهي نفسها القيمة الحرارية الإجمالية GCV) تشمل بخار الماء الناتج عن العادم _{والمتكثف} إلى ماء سائل

اعتمادًا على الاتفاقية المستخدمة، يمكن أن تنشأ اختلافات بنسبة 10٪ في الكفاءة الظاهرية لمحطة تعمل بالغاز، لذلك من المهم جدًا معرفة الاتفاقية المستخدمة، سواء كانت HCV أو LCV (NCV أو GCV).

معدل الحرارة مصطلح شائع الاستخدام في محطات توليد الطاقة للإشارة إلى كفاءة المحطة. معدل الحرارة هو مقلوب الكفاءة: كلما انخفض معدل الحرارة كان ذلك أفضل.

${\displaystyle {\text{معدل الحرارة}}={\frac {\text{الطاقة الحرارية الداخلة}}{\text{الطاقة الكهربائية الخارجة}}}}$^{[ 2 ]}

يُعدّ مصطلح الكفاءة مقياسًا بلا أبعاد (يُعبّر عنه أحيانًا كنسبة مئوية)، ومعدل الحرارة أيضًا بلا أبعاد، ولكنه يُكتب غالبًا كوحدة طاقة لكل وحدة طاقة في الوحدات ذات الصلة. في النظام الدولي للوحدات، يُعبّر عنه بالجول لكل جول، ولكن يُعبّر عنه أيضًا بالجول لكل كيلوواط ساعة أو وحدة حرارية بريطانية لكل كيلوواط ساعة. ^{[ 3 ]} وذلك لأن كيلوواط ساعة يُستخدم غالبًا عند الإشارة إلى الطاقة الكهربائية ، بينما يُستخدم الجول أو الوحدة الحرارية البريطانية عادةً عند الإشارة إلى الطاقة الحرارية .

يمكن اعتبار معدل استهلاك الحرارة في محطات توليد الطاقة بمثابة المدخلات اللازمة لإنتاج وحدة واحدة من الطاقة. وهو يشير عمومًا إلى كمية الوقود المطلوبة لتوليد وحدة واحدة من الكهرباء. وتعتمد معايير الأداء التي يتم تتبعها لأي محطة توليد طاقة حرارية، مثل الكفاءة وتكاليف الوقود ومعامل حمل المحطة ومستوى الانبعاثات، على معدل استهلاك الحرارة في المحطة، ويمكن ربطها به مباشرةً. ^{[ 4 ]}

نظراً لأن معدل الحرارة والكفاءة مرتبطان عكسياً ببعضهما البعض، فمن السهل التحويل من أحدهما إلى الآخر.

• تعني الكفاءة بنسبة 100% تساوي المدخلات والمخرجات: فلكل 1 كيلوواط ساعة من المخرجات، تكون المدخلات 1 كيلوواط ساعة. مدخلات الطاقة الحرارية هذه تساوي 1 كيلوواط ساعة = 3.6 ميجا جول = 3412 وحدة حرارية بريطانية.
• لذلك، فإن معدل استهلاك الحرارة لمحطة ذات كفاءة 100% هو ببساطة 1، أو 1 كيلوواط ساعة/كيلوواط ساعة، أو 3.6 ميجا جول/كيلوواط ساعة، أو 3412 وحدة حرارية بريطانية/كيلوواط ساعة
• للتعبير عن كفاءة المولد أو محطة توليد الطاقة كنسبة مئوية، اعكس القيمة إذا تم استخدام ترميز لا بُعدي أو نفس الوحدة. على سبيل المثال:
  • قيمة معدل الحرارة 5 تعطي عامل كفاءة بنسبة 20٪.
  • قيمة معدل الحرارة 2 كيلوواط ساعة/كيلوواط ساعة تعطي عامل كفاءة بنسبة 50%.
  • قيمة معدل الحرارة 4 ميجا جول / ميجا جول تعطي عامل كفاءة بنسبة 25٪.
  • بالنسبة للوحدات الأخرى، تأكد من استخدام معامل التحويل المناسب لها. على سبيل المثال، عند استخدام وحدة حرارية بريطانية/كيلوواط ساعة، استخدم معامل تحويل قدره 3412 وحدة حرارية بريطانية لكل كيلوواط ساعة لحساب معامل الكفاءة. على سبيل المثال، إذا كان معدل استهلاك الحرارة 10500 وحدة حرارية بريطانية/كيلوواط ساعة، فإن الكفاءة تبلغ 32.5% (لأن 3412 وحدة حرارية بريطانية / 10500 وحدة حرارية بريطانية = 32.5%).
• كلما زاد معدل الحرارة (أي كلما زادت الطاقة المدخلة المطلوبة لإنتاج وحدة واحدة من الطاقة الكهربائية)، انخفضت كفاءة محطة الطاقة.
• تقدم إدارة معلومات الطاقة الأمريكية شرحاً عاماً لكيفية تحويل قيمة معدل الحرارة إلى قيمة كفاءة محطة توليد الطاقة. ^{[ 4 ]}

تعتمد معظم محطات توليد الطاقة على معدل حرارة مستهدف أو تصميمي. إذا لم يتطابق معدل الحرارة الفعلي مع المعدل المستهدف، فإن الفرق بينهما يُعرف بانحراف معدل الحرارة.

• كفاءة استهلاك الوقود
• كفاءة تحويل الطاقة
• الكفاءة الحرارية
• الكفاءة الكهربائية
• الكفاءة الميكانيكية
• تكلفة الكهرباء حسب المصدر