Đang tải... (xem toàn văn)
Một số vấn đề vận hành kinh tế hệ thống điện
Trường Đại học Bách khoa Hà Nôi Bộ môn Hệ Thống Điện - Khoa Điện =============================== PGS. TS. Lã Văn Út Một số vấn đề về vận hành kinh tế hệ thống điện =========== Hà Nội 10 - 2002 Nội dung I. BÀI TOÁN VẬN HÀNH KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1. Các nội dung tính toán kinh tế kỹ thuật chủ yếu đối với HTĐ. 1.2. Vài đặc điểm về hiện trạng và sự phát triển của HTĐ Việt Nam (trên quan điểm vận hành kinh tế). 1.3. Vai trò, ý nghĩa của các bài toán tối ưu hóa chế độ vận hành của hệ thống điện II. BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NGUỒN ĐIỆN 2.1. Nội dung bài toán. 2.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguốn trong HTĐ Việt Nam. Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán. 2.3. Hiệu quả áp dụng các phương pháp tính toán, vận hành tối ưu các nhà máy điện trong hệ thống điện hợp nhất. 2.4. Hiệu quả xây dựng mạch hai đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc - Trung - Nam 2.5. Đánh giá vai trò và hiệu quả của các dự án phát triển nguồn điện đối với hệ thống III. VẤN ĐỀ VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1. Giảm tổn thất điện năng - chỉ tiêu kinh tế chủ yếu trong vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện. 3.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguồn trong hệ thống điện Việt Nam. Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán. 3.2. Lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu công suất phản kháng trong hệ thống cung cấp điện. 3.3. Các trang thiết bị mới và vấn đề điều khiển vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện. IV. VẤN ĐỀ KHAI THÁC TỐI ƯU NGUỒN THỦY NĂNG 4.1. Điều tiết dài hạn ở các nhà máy thủy điện 4.2. Hiệu quả của nhà máy thủy điện tích năng. Tài liệu tham khảo 2 I. BÀI TOÁN VẬN HÀNH KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Những đặc điểm của hệ thống điện Việt Nam cần quan tâm khi tính toán vận hành tối ưu hệ thống 1.1. Các nội dung tính toán kinh tế kỹ thuật chủ yếu đối với HTĐ. 1.2. Vài đặc điểm về hiện trạng và sự phát triển của HTĐ Việt Nam (trên quan điểm vận hành kinh tế). 1. Sự hình thành hệ thống điện hợp nhất. Hệ thống điện hợp nhất có những đặc điểm chính như sau: . Góp phần giảm được dự trữ tổng về công suất . Cho phép phối hợp khai thác hợp lý công suất và năng lượng của các nhà máy thủy điện nói riêng - các nhà máy điện nói 3 Quy hoạch, thiết kế Điều khiển, vận hành Phát triển, mở rộng Cải tạo, nâng cấp thiết bị TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT Tối ưu hóa chế độ nguồn điện Tối ưu hóa chế độ lưới điện Phân tích kinh tế, tài chính, lựa chọn phương án khả thi Xác định phương thức vận hành tối ưu (cực tiểu hóa chi phí vận hành) chung và nâng cao tính kinh tế tổng hợp của chúng do có nhiều phương án để lựa chọn. . Giảm được phụ tải cực đại tổng của hệ thống điện hợp nhất. . Cho phép hỗ trợ lẫn nhau giữa các hệ thống điện khi công suất các nhà máy điện thay đổi theo mùa nhất là đối với thủy điện, khi phụ tải các hệ thống điện khác nhau thay đổi khác nhau, khi cần sửa chữa thiết bị và sự cố. . Hệ thống điện hợp nhất làm tăng sự liên kết giữa các phần tử, điều đó cũng có nghĩa là sự cố ở một nơi nào đó có thể dẫn đến ảnh hưởng ở một nơi rất xa. 2. Sự tăng trưởng nhảy vọt về nhu cầu tiêu thụ điện. - Kể từ khi hợp nhất hệ thống điện, phụ tải toàn hệ thống và từng miền tăng khá nhanh dẫn đến hệ thống điện Việt nam luôn phải vận hành trong tình trạng căng thẳng về nguồn. - Lưới cung cấp điện còn tồn tại nhiều vấn đề bất cập: có quá nhiều cấp điện áp, tổn thất truyền tải cao, dung lượng bù công suất phản kháng rất thiếu, . 3. Một số nét đặc thù riêng của hệ thống điện Việt Nam. - Có chiều dài lớn (trải dài theo lãnh thổ Bắc - Nam), có chiều ngang nhỏ. Điều này dẫn đến các đường dây tải điện tương đối dài. - Nguồn điện trong hệ thống điện Việt nam rất nhiều chủng loại: thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, tuabin khí chu trình đơn và chu trình hỗn hợp, điện diesel, . với các đặc tính vận hành rất khác nhau. - Nguồn phân bố không đều theo khu vực: . miền Bắc chủ yếu là các nhà máy thủy điện và nhiệt điện than; . miền Nam: bao gồm các nhà máy nhiệt điện dầu, tuabin khí và tuabin khí hỗn hợp; . miền Trung: cho đến nay có ít nhà máy điện. - Lưới cung cấp điện có nhiều cấp điện áp (110, 66, 35, 22, 15, 10, 6 kV), cũ nát phi tiêu chuẩn (thiếu bù và các phương tiện điều chỉnh điện áp). 1.3. Vai trò, ý nghĩa của các bài toán tối ưu hóa chế độ vận hành của hệ thống điện Xét ví dụ đơn giản: Hệ thống điện có 2 khu vực: 4 . Khu vực 1 có: Nhiệt điện than 500 MW, thủy điện 1000 MW. . Khu vực 2 có: Nhiệt điện dầu 800 MW, nhiệt điện khí 400 MW, thủy điện nhỏ 200 MW. . Liên kết qua đường dây siêu cao áp 500 kV, giới hạn truyền tải Pmin = 100 MW, Pmax= 400MW. . Tổn thất công suất 8% khi công suất truyền tải 500 MW (tỉ lệ theo xấp xỉ bậc 2). Các số liệu nguồn: Nhà máy Khu vực Pmax MW Pmin MW Chi phí vận hành USD/MWh Giới hạn sản lượng ngày (MWh) Thủy điện I 1000 0 5 18000 Nhiệt điện than I 500 300 15 - Nhiệt điện khí II 400 100 30 - Nhiệt điện dầu II 800 200 60 - Thuỷ điện nhỏ II 200 0 5 3000 Biểu đồ phụ tải t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 P 1 796 774 767 766 778 814 840 884 937 1007 1034 951 913 925 1031 969 1014 1110 1384 1440 1350 1178 965 839 P 2 718 699 690 691 702 735 758 798 846 909 934 859 824 835 930 874 915 1002 1300 1250 1220 1064 871 757 5 TĐ1 T§2 NĐT N§D NĐK P1 P2 ĐDSCA Kết quả phân tích P Dgh 0 100 200 300 400 500 600 C Σ 1180480 998035 854472 770193 738574 730525 730442 E ng TD1 12783 15038 17317 18000 18000 18000 18000 NT 7200 7369 7628 9278 10718 11545 11630 ND 10706 8432 6919 6010 5696 5699 5710 NK 7200 7098 6216 5006 4070 3380 3317 TD2 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 Sự biến thiên của hàm mục tiêu Nhận xét: 1. Cùng đảm bảo cho một biểu đồ phụ tải ngày, các phương án phân bố khác nhau về công suất cho các nhà máy, có chi phí khác nhau đáng kể. Nguyên nhân: các nhà máy khác nhau nhiều về chủng loại với chi phí sản xuất khác nhau nhiều. 2. Đường dây liên kết với giả thiết có công suất truyền tải khác nhau ảnh hưởng rất mạnh đến chi phí vận hành của toàn hệ thống. Tuy nhiên khi tăng khả năng truyền tải đến một mức độ nào đó thì sự thay đổi giá trị của hàm mục tiêu không đáng kể. 6 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1 2 3 4 5 6 7 3. Khi xét hệ thống như một khu vực thì giới hạn truyền tải công suất sẽ có khả năng không đảm bảo. Không cho phép vận hành. II. BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NGUỒN ĐIỆN 2.1. Nội dung bài toán. Bài toán vận hành tối ưu hệ thống điện cần được mô tả ở dạng quy hoạch tổng hợp, mô tả tổng quát như sau: Hàm mục tiêu Cực tiểu hoá chi phí sản xuất điện năng: min))(( 1 1 ⇒ ++= ∑ ∑ = = k i jiji m j ijji SDCSUCPCC (1-1) Trong đó: i = 1 k Khoảng thời gian tính toán, khảo sát. j = 1 m Số tổ máy có trong hệ thống điện. Cij (Pij) các hàm mô tả đặc tính chi phí theo công suất phát của tổ máy phát điện . SUCji Chi phí khởi động của tổ máy j ở giờ i. SDCji Chi phí dừng máy của tổ máy j ở giờ i. Các ràng buộc: - Cân bằng công suất tại mỗi nút của hệ thống điện (hệ phương trình). - Ràng buộc về lượng nước sử dụng trong chu kỳ khảo sát của các nhà máy thuỷ điện (hệ phương trình). - Đảm bảo yêu cầu dự phòng công suất quay trong hệ thống (hệ bất phương trình). - Ràng buộc về biểu đồ cung cấp khí của các nhà máy điện tuabin khí (hệ phương trình). - Giới hạn truyền tải công suất trên một số nhánh của lưới điện. - Giới hạn công suất phát (tối đa, tối thiểu) của các tổ máy; - Ràng buộc về tốc độ tăng giảm công suất của tổ máy; - Ràng buộc về khởi động và dừng tổ máy: số giờ chạy máy tối thiểu, số lần khởi động nhiều nhất, số giờ dừng máy tối thiểu, các tổ máy phải chạy, phải dừng . Phân loại bài toán vận hành tối ưu: 7 Người ta thường phân loại bài toán theo khung thời gian khảo sát: - Thời gian từ vài tháng đến vài năm là bài toán phương thức vận hành dài hạn. - Từ một ngày đến vài tuần là phương thức vận hành trung hạn. - Từ vài tiếng đến vài ngày là bài toán phương thức vận hành ngắn hạn. - Từ một vài phút đến một giờ là bài toán vận hành kinh tế thời gian thực gắn với hệ thống SCADA/EMS. 2.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguốn trong HTĐ Việt Nam. Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán. 1. Đặc điểm đầu tiên cần nhận thấy, đó là sự đa dạng về chủng loại các nhà máy điện: thuỷ điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, nhiệt điện khí, nhiệt điện khí chu trình hỗn hợp, Diesel, . Như trên đã nói, trong HTĐ càng đa dạng về chủng loại nguồn thì hiệu quả bài toán tối ưu hoá vận hành càng có ý nghĩa cao hơn, bởi sẽ có khả năng lựa chọn các phương án có hiệu quả rất khác nhau về chi phí vận hành. 2. Tốc độ tăng trưởng nhảy vọt về nhu cầu tiêu thụ điện, đặt hệ thống vào các tình huống căng thẳng về nguồn, dự trữ điện năng thấp, lựa chọn phương thức vận hành tối ưu khi đó càng có ý nghĩa quyết định. Đôi khi đó còn là cách duy nhất để tìm được phương án vận hành khả thi. 3. Giới hạn truyển tải công suất giữa các khu vực đối với HTĐ Việt Nam cũng là một yếu tố bắt buộc cần phải xét đến. Nếu không xét giới hạn này, lời giải sẽ hoàn toàn vô nghĩa (phương án vận hành không khả thi). 4. Tồn tại những đặc điểm riêng về nguồn ở một số nhà máy cũng là một yếu tố cần quan tâm giải quyết (vùng cấm vận hành trên đặc tính, giới hạn cung cấp khí theo biểu đồ .). Vần đề lựa chọn phương pháp giải Với các đặc điểm đã nêu, mô hình bài toán vận hành tối ưu HTĐ Việt Nam cần được xét ở dạng đầy đủ của bài toán quy hoạch phi tuyến. Những chương trình tính toán lập trên cơ sở các phương pháp sau đều không áp dụng được (hoặc cần áp dụng có cải tiến): - Phương pháp Lagrange; - Phương pháp cân bằng suất tăng tương đối; - Phương pháp quy hoạch động xét hệ thống như một khu vực. . 8 Thời gian vừa qua, Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia kết hợp với bộ môn Hệ thống điện trường đại học Bách khoa Hà Nội nghiên cứu thuật toán và xây dựng chương trình tính toán phân bố tối ưu công suất trong hệ thống điện dựa trên cơ sở phương pháp quy hoạch phi tuyến xấp xỉ [3]. Phương pháp tỏ ra có triển vọng áp dụng tốt. Ưu điểm của chương trình: - Tính đến giới hạn công suất truyền tải giữa các khu vực; - Xét đến mọi giới hạn kỹ thuật vận hành các tổ máy. - Xét đến tính phi tuyến của tổn thất trên đường dây, đặc tính tiêu hao nhiên liệu. - Xét đến giới hạn cung cấp khí theo biểu đồ. - Luôn cho lời giải duy nhất khi có nghiệm. Chương trình đã được ứng dụng thử lập biểu đồ vận hành ngày đêm cho HTĐ hợp nhất. 2.3. Hiệu quả áp dụng các phương pháp tính toán, vận hành tối ưu các nhà máy điện trong hệ thống điện hợp nhất. Dưới đây là một số kết quả so sánh chi phí vận hành (chủ yếu là chi phí nhiên liệu) phương thức tối ưu tính theo chương trình với phương thức vận hành đã qua lập thep phương pháp chuyên gia. (Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia thực hiện). Chi phí Ngày cuối mùa khô (15/05/00) Ngày mùa lũ (15/08/00) Ngày cuối mùa lũ (15/09/00) Ngày mùa khô (15/12/00) Tính theo phương pháp chuyên gia (USD) 1566506 933378 648565 1168107 Tính theo phương pháp mới (USD) 1551496 898088 612982 1166840 Chênh lệch (USD) 15010 (1%) 35291 (3.8%) 35583 (5.5%) 1267 (0.1%) 9 Từ kết quả tính toán cho ta thấy sử dụng chương trình tính toán rất có lợi, chi phí nhiên liệu tiết kiệm được có thể chiếm một vài phần trăm của chi phí phát điện tổng. 2.4. Hiệu quả xây dựng mạch hai đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc - Trung - Nam 1. Nguyên tắc tính toán - Để đánh giá hiệu quả của đường dây về mặt kinh tế cần so sánh chênh lệch chi phí vận hành hệ thống trong cùng điều kiện tải và nguồn phương án có và phương án không có mạch hai đường dây siêu cao áp 500 kV. Hiệu giảm được chi phí do sự xuất hiện mạch hai là bởi 2 nguyên nhân: - Mở rộng giới hạn truyền tải công suất giữa các khu vực, nhờ thế có thể phối hợp tốt hơn các nguồn phát điện, phương án tối ưu có chi phí nhỏ hơn. - Giảm tổn thất truyền tải do có thêm mạch. - Thời điểm đưa đường dây vào vận hành được tính từ cuối năm 2000, còn hiệu quả kinh tế được tính toán trong 5 năm từ năm 2001 - 2005, theo chi phí của từng năm một, ứng với biểu đồ phụ tải dự báo (như nhau cho 2 phương án). - Giới hạn truyền tải của đoạn đường dây Plâycu - Phú Lâm được lấy để tính toán: + Khi chỉ có 1 mạch cũ : 700 MW + Khi có thêm mạch thứ 2 : 1100 MW . - Tổn thất trên đường dây siêu cao áp được tính ra trên cơ sở trị số vận hành hiện tại và coi là phụ thuộc bậc 2 với công suất truyền tải cuối đường dây: ∆PD = k PD 2 , Với k là hệ số tổn thất; k = ∆PD/PD ≈ 10% khi PD = 450 MW. - Biểu đồ phụ tải 3 miền từ năm 2001 đến 2005 lấy theo só liệu dự báo trong Tổng sơ đồ 4 (mùa khô và mùa mưa) - Các số liệu khác như công suất khả dụng các nhà máy điện tham gia vận hành, chi phí điện năng thanh cái (tính theo nhiên liệu tiêu hao), lượng nước về hồ chứa các nhà máy thủy điện (mùa khô, mùa mưa) . lấy theo số liệu của Viện Năng lượng Việt Nam. Nội dung và các bước tính toán đã được thực hiện như sau: 10 [...]... hiệu quả dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện Ô Môn và thủy điện Sơn La III VẤN ĐỀ VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1 Giảm tổn thất điện năng - chỉ tiêu kinh tế chủ yếu trong vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện Khi lưới điện đã vận hành thì việc giảm thấp tổn thất điện năng là nội dung cột yếu của bài toán vận hành Hiệu quả thể hiện: - Giảm được giá thành điện năng truyền tải; Giảm vốn đầu tư... nguồn điện đối với hệ thống 1 Nguyên tắc tính toán Ngoài yêu cầu đảm bảo cân bằng công suất và điện năng hệ thống (có xét đến các loại dự phòng), về phương diện hiệu quả kinh tế vận hành hệ, một nguồn mới đưa vào có thể mang lại : - - Làm giảm chi phí vận hành, do đó giảm giá thành sản xuất điện năng bình quân của hệ thống; Lý do: giảm căng thẳng về công suất, có thể chuyển các nguồn kém kinh tế, hiệu... trạm Cải thiện chất lượng điện năng (tổn thất lớn thường kéo theo sụt điện áp) 3.2 Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguồn trong hệ thống điện Việt Nam Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán Như trên đã nói lưới điện Việt Nam và nhất là lưới phân phối có nhiều vấn đề cần xem xét (do quá trình tăng trưởng quá nhanh của nhu cầu công suất): - Lưới cũ nát; Quá nhiều cấp điện áp; Thiết kế thiếu... dụng các số liệu đã thu thập tiến hành xác định chế độ vận hành tối ưu của hệ thống từ năm 2001 đến năm 2005 Mỗi năm tính với biểu đồ phụ tải và lượng nước mùa khô, mùa mưa Kết quả nhận được từ mỗi phương án là biểu đồ vận hành tối ưu từng nhà máy, chi phí nhiên liệu từng nhà máy và chi phí tổng cho hệ thống, tính bằng USD 2 Kết quả so sánh tổng hợp Bảng 1: Kết quả tính toán chi phí vận hành tối ưu... pháp phổ cập sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn Về phương diện vận hành lưới điện phân phối thì vần đề bù công suất phản kháng vẫn là nội dung có ý nghĩa lớn 3.2 Lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu công suất phản kháng trong hệ thống cung cấp điện 1 Suất giảm chi phí đặt thêm dung lượng bù Khi tính toán hiệu quả và xác định nhu cầu bù CSPK đối với các LPP điện đang vận hành, khái niệm suất giảm chi phí... 1075.06 2.33 1054.59 1.59 1139.61 2.29 1136.35 1.44 1.96 9229.84 * * * * * 802.05 kW ; 3.3 Các trang thiết bị mới và vấn đề điều khiển vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện IV VẤN ĐỀ KHAI THÁC TỐI ƯU NGUỒN THỦY NĂNG 4.1 Điều tiết dài hạn ở các nhà máy thủy điện 4.2 Hiệu quả của nhà máy thủy điện tích năng (các phần giới thiệu thêm) 20 Tài liệu tham khảo 1 Allen J Wood, Bruce F Wollenberg Power Generation,... Ngoài nội dung cải tạo phát triển (quy hoạch thiết kế), Bài toán vận hành kinh tế rất đáng được quan tâm Các lý do chính là: - Các biện pháp vận hành kinh tế đòi hỏi đầu tư ít hơn; Hiệu quả phương pháp có ý nghĩa phổ cập bởi lưới phân phối trải kháp mọi miền đát nước Tổn thất tổng trong lưới phân phối rất lớn Về nguyên tắc toàn bộ CS nguồn đều phải qua LPP trước khi cung cấp cho phụ tải Do đó giảm được... sau về hiệu quả kinh tế đường dây: 1 Đường dây có hiệu quả kinh tế ngay từ năm đầu tiên đưa vào vận hành, tuy nhiên 2 năm đầu hiệu quả chưa cao : Năm 2001 thu hồi 6,3 triệu USD; Năm 2002 là 3,5 triệu USD; Các năm tiếp theo : Năm 2003 là 16,2 triệu USD; Năm 2004 là 27,8 triệu USD; Năm 2005 là 27,4 triệu USD Như vậy có thể coi đường dây phát huy hiệu quả cao từ năm 2003 trở đi 11 2 Theo số liệu tính toán,... quy hoạch phi tuyến Khoa học & Công nghệ No 19+20, 1999 4 Lã Văn Út, Nguyễn Đức Cường, Trần Quốc Tuấn Biểu đồ vận hành tối ưu các nhà máy điện trong HTĐ nhiều nhu vực xét đến các giới hạn truyền tải công suất Khoa học & Công nghệ No 25+26, 2000 5 Tăng Thiên Tư, Lã Văn út, Trần Vinh Tịnh Đánh giá hiệu quả lắp đặt thiết bị bù trong mạng cung cấp điện Khoa học & Công nghệ No 22, 1999 6 Lã Văn Út, Nguyễn... có thể coi đó là một công trình có hiệu quả kinh tế cao Các tính toán trên đây được thực hiện vào năm 1998 Kết quả đã phần nào khẳng định phương án xây dựng mạch hai 500 kV Pleiku - Phú Lâm Hiện nay, khi so sánh hiệu quả các phương án sơ đồ lưới điện khu công nghiệp Dung Quất, các đoạn mạch hai khác của đường dây 500 kV, cũng cần áp dụng các phương pháp tính toán so sánh hiệu quả kinh tế Rất tiếc các . khoa Hà Nôi Bộ môn Hệ Thống Điện - Khoa Điện =============================== PGS. TS. Lã Văn Út Một số vấn đề về vận hành kinh tế hệ thống điện ===========. điện đối với hệ thống III. VẤN ĐỀ VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1. Giảm tổn thất điện năng - chỉ tiêu kinh tế chủ yếu trong vận hành tối ưu hệ