TẠP CHÍ CONG THIfONG THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG VAI TRÒ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIÊN • PHẠM THỊ THU HÀ TÓM TẮT Những dự án kết hợp thủy điện tích năng (TĐTN) với các dự án điện gió, điện mặt trời có ưu điểm lớn[.]
TẠP CHÍ CONG THIfONG THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG: VAI TRỊ VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIÊN • PHẠM THỊ THU HÀ TĨM TẮT: Những dự án kết hợp thủy điện tích (TĐTN) với dự án điện gió, điện mặt trời có ưu điểm lớn hiệu suất vận hành chung tổ hợp TĐTN tận dụng tối đa nguồn lượng có tính thay đổi, khó dự đốn điện gió, điện mặt trời Trong đó, nhà máy điện gió, điện mặt trời lại cung cấp lượng giúp cho TĐTN tích nước nhiều thời điểm ngày Bài viết tập trung nghiên cứu giải pháp thực hiệu mô hình kết hợp điều kiện cụ thể hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam Từ khóa: thủy điện tích năng, lượng tái tạo, điện mặt trời Khái niệm nhà máy thủy điện tích TĐTN ví “bình ắc quy ” hệ thông điện, “sạc đầy” khoảng thời gian nhu cầu điện thấp, (vào ban đêm - nhu cầu phụ tải thấp nhất, hoạc lúc thấp điểm trưa - xạ mặt trời lớn nhất); mang dùng vào thời điểm có nhu cầu điện cao Mơ hình TĐTN gồm hồ chứa nước cao độ khác nhauvà nhà máy thủy điện với tua bin thuận nghịch nằm gần hồ chứa bên dưới, nối với hồ chứa bên đường ống áp lực Hồ cao hồ tự nhiên (ví dụ hồ nước, thung lũng kín tự nhiên), hồ nhân tạo; hồ thường hồ chứa tạo đập không lớn lắm, đắp chắn ngang suôi hay sông nhỏ Cụm máy bơm - tua bin/động - máy phát điện đảo chiều hoạt động máy bơm tua bin Trong cao điểm, TĐTN vận hành nhà 144 SỐ 16-Tháng ỏ/2022 máy thủy điện bình thường cách lấy nước từ hồ chứa bên trên, chảy qua đường ống áp lực, làm quay tua bin để phát điện lên hệ thông, nước xả xuống hồ Vào thấp điểm, TĐTN làm việc trạm bơm, dùng điện bơm nước từ hồ ngược lên hồ Chu trình lặp đi, lặp lại vịng đời Mơ hình hoạt động nhà máy TĐTN nêu Hình Nhà máy TĐTN khơng sản xuất thêm điện năng, mà góp phần điều hòa lượng điện theo thay đổi phụ tảitrong ngày lúc cao điểm lúc thấp điểm.quá trình tích nhờ bơm phát điện trở lại gây tổn thất lượng, hiệu suất thông thường đạt chừng 70% đầu vào Tuy nhiên, theo tính tốn kinh tế, giá điện vào tháp điểm rẻvà giá điện đắt vào cao điểm giải vấn đề hiệu quả, song tác dụng việc điều hịa nguồn điện mang lại lợi ích lớn TĐTN làm nhiệm vụ “phủ đỉnh - điền đáy” làm KINH TÊ Hình Mơ hình hoạt động thủy điện tích connection A san biểu đồ phụ tải, hỗ trợ nhà máy điện khác hoạt động hiệu Hơn nữa, sau chứa đủ nước rồi, lượng nước lên xuống tuần hồn hồ, dịng chảy sơng sau bình thường trước có nhà máy Hợp lý nhát ưu tiên chọn xây dựng TĐTN gần trung tâm tiêu thụ điện lớn, giảm khối lượng xây dựng đường dây truyền tải đến TĐTN để sử dụng điện chúng thời gian ngắn Vai trị thủy điện tích hệ thơng điẹn Việt Nam phát triển mạnh điện mặt trời Biểu đồ phụ tải ngày đêm HTĐ có đặc điểm mấp mơ Lây ví dụ biểu đồ phụ tải HTĐ quốc gia ngày 30/12/2020(Hình 1) - năm mà việc lắp đặt điện mặt trời đạt mốc kỷ lục Tính đến cuối năm 2020, cơng suất điện mặt trời nước đạt khoảng 19.400 MWp, tương ứng khoảng 16.500 MWac - chiếm gần 24% tổng công suất nguồn điện Toàn sản lượng điện phát từ điện mặt trời toàn quốc năm 2020 10,6 tỷ kWh, chiếm khoảng 4,3% tổng sản lượng điện tồn quốc Tính ra, Tmax khoảng 700 h/năm, tức khoảng 2h ngày Từ biểu đồ phụ tải nhận thấy: xảy tượng thừa công suất vào thấp điểm trưa khoảng từ lOh - 14h lúc phụ tải xuống thấp, xạ mặt trời lại tốt ngày Mặt khác, vào cao điểm (khoảng từ 17h30 18h30) thời điểm mà nhu cầu tiêu thụ điện cao ngày, khả đáp ứng hàng chục nghìn MW điện mặt trời khơng cịn Điều khẳng định rõ công suất đặt chiếm tới 24% tổng công suất nguồn điện, sản lượng điện chiếm có 4.3% tổng sản lượng điện tồn quốc Bên cạnh đó, nhu cầu phụ tải ngày làm việc ngày nghỉ có chênh lệch lớn Việc san biểu đồ phụ tải thực tác động kinh tế người tiêu thụ, nhờ sử dụng phận tích trữ lượng Vì vậy, HTĐ ln cần phải trì sẵn sàng số tổ máy phát điện truyền thống có khả linh hoạt mang tải cao, để sẵn sàng đáp ứng có nhu cầu phủ đỉnh.Hiện có phận tích trữ lượng thuộc kiểu khác Tuy nhiên, vào đặc điểm kinh tế - kỹ thuật HTĐ để làm phận tích trữ SƠ'16-Tháng 6/2022 145 TẠP CHÍ CƠNG THIÍÍNG Hình Biểu đồ phụ tải hệ thống điện quốc gia ngày 30/12/2020 BIÉU ĐÒ PHỤ TÀI NGÀY 30/12/2020 (MW) 30000 25000 20000 15000 GIỜ thấp điểm ĩnra: 10000 Phụ tái thếp điện mạt trời lại phát cao 50» Nhu càu tiéu thụ điện tâng cao diện mạt trời phát rát tháp 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Nguồn: EVN Hình Minh họa khoảng thời gian phát điện bơm nước tích TĐTN biểu đồ phụtải hàng ngày Minh họa hoạt động thủy điện tích (MW) 35090 30000 25000 GiỢ cao điẽ J 20000 15000 Nhu cảu tíèu thụ điện tâng cao điên mạt ười phát đừực rát tháp GIỜ thấp điểm trưa: Khi bơm 10000 điện mặt trờt lật phát cao 50» 14Ó SỐ 16-Tháng 6/2022 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 (h) KINH TẾ lượng lớn, người ta thường xây dựng, sử dụng nguồn nước từ hồ Sông Cái, thuộc hệ thống thủy lợi nhà máy thủy điện nhà máy TĐTN Các nhà máy có độ sẵn sàng phủ đỉnh cao cịn có Tuabin khí (TBK) TĐTN cung cấp lượng cân bằng, ổn định, dung lượng lưu trữ dịch vụ lưới điện phụ trợ Ớ chế độ phát điện, tua bin - máy Tân Mỹ làm hồ Nước bơm lên hồ tích nước để phát điện thơng qua đường ống song phát điện phản ứng nhanh với độ lệch tần toàn dự án hoàn thành vào năm 2028 TĐTN Bác Ái có vai trị quan trọng hệ số, giống máy phát điện thủy điện thông thường, làm tăng thêm cân ổn định tổng thể lưới điện Ớ chế độ tua bin máy bơm, kích từ máy phát - động thay đổi để góp phần vào tải công suât phản kháng ổn định điện áp Với TĐTN, hồ chứa cần tích nước đủ cho việc sử dụng 5-7 giờ/ngày, nên cần diện tích lưu vực nhỏ (trên km2) chọn nơi có địa hình thích hợp, mức chênh lệch độ cao hồ lớn (ví dụ Hmax=500-1.000m) dung tích hồ chứa khơng cần lớn, giảm thiểu tác động đến môi trường tự nhiên sinh thái xây dựng nhà máy Bảng Thời gian điều chỉnh điện áp nguồn điện Nguổn phát điện Thòi gian điều chỉnh điện áp Thủy điện Khoảng - phút Tuabin khí (chu trình đơn) Khoảng Tuabin khíhơh hợp Khoảng Nhiệt điện dầu, khí Khoảng Nhiệt điện than Khoảng Điện nguyên tử Khoảng Bảng cho thấy, TBK - loại hình nhà máy có tính linh hoạt mang tải cao, thời gian điều chỉnh gấp 7-8 lần thủy điện Hiệu nhà máy thủy điện tích Chúng ta phân tích điều qua ví dụ cụ thể Nhà máy TĐTN Bác Ái, tỉnh Ninh Thuận Nhà máy TĐTN Bác Ái, tỉnh Ninh Thuận cơng trình TĐTN Việt Nam khởi công xây dựng đầu năm 2020, với tổng mức đầu tưkhoảng 21.100 tỷ đồng Dự án gồm tổ máy, với công suất 1.200 MW Cơng trình sử dụng song có đường kính thay đổi từ 5,5 - 7,5m, dài 2,7 km Nhà máy trang bị bơm - tua binđảo chiều động - máy phát đảo chiều đại Dự kiến, thống điện quốc gia, có nhiệm vụ phát điện phủ đỉnh - điền đáy biểu đồ phụ tải hàng ngày, dự phịng cơng suất phát, giúp ổn định hệ thống, điều chỉnh tần số, công cụ giúp điều độ hệ thống điện quốc gia vận hành ổn định, an toàn tin cậy bối cảnh hệ thống công suất lắp đặt nhà máy điện mặt trời tăng cao Với thông số có Thủy điện Bác Ái, thấy dự án có hiệu phương án sở, với NPV cua dự án 2726,64 tỷ VNĐ; IRR 13,59% Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu vận hành nhà máy thủy điện tích Chúng ta xem xét yếu tố ảnh hưởng đến hiệu vận hành nhà máy TĐTN Đó yếu tố cụ thể sau: - Điều kiện tự nhiên (chênh lệch độ cao hồ hồ dưới, điều kiện xây dựng hồ trên, hồ dưới; chí tận dụng biển, đại dương làm hồ chứa bên Đây xu hướng có tiềm vơ tận, % bề mặt Trái đất biển đại dương - Gần phụ tải điện (giảm thiểu chi phí truyền tải) - Chênh lệch giá mua điện lúc tháp điểm cao điểm? Đây câu hỏi lớn, khơng cho ngành Điện, mà cịn câu hỏi cho nhà quản lý, lập sách Bởi nguyên tắc nhà máy TĐTN mua điện giá rẻ hệ thông thừa điện bán điện giá cao phủ đỉnh hoạt động hiệu quả, giá FIT điện mặt trời mà EVN mua 7,09 ƯS(Zí/kWh (với điện mặt trời mặt đất); 7,69 US0/kWh (đối với điện mặt trời nổi) 8,38 USq/kWh (với điện mặt trời mái nhà) theo Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ Phân tích cho thấy: + Nếu giá bán điện cho khách hàng 10 cent/kWh, giá mua điện lúc thấp điểm đêm 3.5 cent/kWh Điều liệu nhà đầu SỐ 16 - Tháng Ó/2022 147 TẠP I CHÍ CƠNG THIÍŨNG tư nhà máy điện mặt trời có chấp nhận người tiêu dùng (Chi tiết xem biểu giá không? Nếu giá mua điện lúc thấp điểm điện hành) - Nếu giá bán điện cao điểm từ nhà máy cent/kWh, với tỷ lệ 35,42% giá bán điện cho khách hàng dùng điện 20.6 cent/kWh, tức khoảng 4.545 VNĐ/kWh Khách hàng dùng điện phản ứng với giá này? + Chênh lệch giá mua điện lúc thấp điểm để bơm nước giá bán điện lúc cao điểm Chênh lệch lớn có ảnh hưởng tích cực đến phát triển TĐTN Điều phụ thuộc nhiều vào sách trợ giá lượng tái tạo (NLTT) Chính phủ - sách phải xuất phát từ lợi ích chung hệ thống - Công nghệ thiết kế tuabin thuận nghịch Cơng nghệ chế tạo ngày hồn thiện Tuy nhiên, cịn khơng thách thức, đơn cử tua bin/máy bơm cần phải chê tạo loại thép khơng gỉ đặc biệt, chống chọi lâu dài với tác động nước biển - Để phát triển nguồn lượng tái tạo sản lượng biến động rât lớn theo trong năm không trùng với biến động nhu cầu cần phải có nguồn dự trữ lượng phù hợp - Hiệu suất trình dùng điện để bơm nước biến đổi nước thành điện hiệu suất lớn có ảnh hưởng tích cực đến phát triển TĐTN - Yêu cầu ngày cao môi trường sinh thái tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển TĐTN Trong phần tiếp theo, nghiên cứu xem xét Vấn đề hiệu TĐTN góc độ tiếp cận khác Cách tiếp cận thứ nhát: hiệu dự ánTĐTN - Trước hết quan trọng chênh lệch giá điện mua vào để chạy bơm nước từ hồ lên hồ giá điện bán cho khách hàng phương án sở 30% Tỷ lệ không vượt qua 35,42% - Nếu giá mua điện từ nhà máy điện mặt trời, lúc thấp điểm cent/kWh Giá bán điện từ nhà máy TĐTN cho khách hàng lúc cao điểm không 16.34 cent/kWh, hay khoảng 3.765 VNĐ/kWh Nhưng giá lại giá khó chấp nhận với 148 SỐ 16-Tháng Ó/2022 TĐTN cho khách hàng giới hạn 13.5 cent/kWh giá mua điện từ nhà máy điện mặt trời, lúc thâp điểm không vượt cent/KWh Lợi ích nhà đầu tư nhà máy điện mặt trời bị ảnh hưởng nào? Liệu có chấp nhận không? Số phát điện từ TĐTN lớn hiệu quả, nhiên, ngưỡng chặn không nhỏ 1.729 - Nhà máy TĐTN thường có hiệu suất khoảng 70%, nước luân chuyển hồ Hiệu suất lớn hiệu quả, nhiên, ngưỡng chặn không nhỏ 57,49% - Suất đầu tư lớn, tổng mức đầu tư lớn, dự án hiệu Ớ phương án sở, suất đầu tư 17,5 tỷ VND/MW Ngưỡng chặn không lớn 20,24 tỷ VND/MW Cách tiếp cận thứ hai: Chúng ta giả định để đảm bảo tích trữ điện năng, dùng TBK - nhà máy có tính linh hoạt mang tải cao Ta tiến hành so sánh phương án đảm bảo dự trữ Phương án 1: Thủy điện tích có suất đầu tư 17,5 tỷ đồng/MW thông số khác tương ứng Phương án so sánh TBK, có suất đầu tư 32,67 tỷ đồng/MW thông số khác tương đương Khi so sánh, phương án TĐTN chiếm ưu Ưu thể rõ giá nhiên liệu có xu hướng tăng thời gian gần (Bảng 2) Giải pháp cho phát triển thủy điện tích 4.1 Phát triển thủy điện tích Việt Nam Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) với tư vấn chuyên gia Nhật Bản (JICA) hoàn thành nghiên cứu dự án TĐTN tiềm Bộ Công nghiệp (trước đây) phê duyệt Quyết định so 3837/QĐ-BCN ngày 22/11/2005 (nghiên cứu 38 địa điểm kiến nghị 10 dự án có tính khả thi, với tổng cơng suất lắp máy khoảng 10.000 MW,bao gồm Sơn La: dự án, Hịa Bình: dự án, Ninh Thuận: dự án, Bình Thuận: dự án) Hiện nay, công suất thủy điện hệ thông KINH TÊ Bảng So sánh hiệu phương án TĐTN TBK Phương án IRR(sosánh) Cơ sở 1.87%