Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN 978 604 82 2548 3 21 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC ĐIỀU KHIỂN HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC TỐI ƯU Hoàng Công Tuấn Khoa Công trình, Trường Đ[.]
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC ĐIỀU KHIỂN HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC TỐI ƯU Hồng Cơng Tuấn Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi, email: Tuan_hc@tlu.edu.vn ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, dịng sơng hầu hết trạm thủy điện (TTĐ) vừa lớn có hồ điều tiết dài hạn xây dựng vào vận hành Sự phát triển nguồn điện, nhiệt điện để đáp ứng nhu cầu lượng cao dẫn đến cấu nguồn thay đổi Theo đó, tỷ trọng thủy điện có xu hướng giảm (từ 38% giảm 25% năm 2020) Phụ tải điện có thay đổi theo hướng bất lợi thủy điện, với nhu cầu phụ tải cao xảy vào tháng mà khả huy động công suất thủy điện bị hạn chế (Hình 1) Mặt khác, với lộ trình phát triển thị trường điện cạnh tranh [1] địi hỏi chế độ tiêu chí vận hành TTĐ cần có thay đổi phù hợp Hình Biểu đồ phụ tải lớn năm hệ thống điện tồn Quốc năm 2017 [2] Từ cho thấy, nghiên cứu lựa chọn phương thức điều khiển hay phương thức vận hành TTĐ điều tiết dài hạn có xét đến đặc điểm phụ tải điện, cấu nguồn, khả dự báo thủy văn thị trường điện nhằm nâng cao hiệu ích phát điện cho TTĐ, đồng thời tăng khả thay thủy điện, từ làm giảm chi phí cho tồn hệ thống cần 21 thiết có ý nghĩa Trong phạm vi báo cáo này, tập trung vào việc lựa chọn phương pháp việc xây dựng công cụ để từ đưa phương thức vận hành hồ chứa thủy điện bối cảnh thị trường điện cạnh tranh PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TTĐ 2.1 Cơ sở chọn phương thức Việc lựa chọn phương thức vận hành cho TTĐ điều tiết dài hạn nhiều nhà khoa học nước nghiên cứu [3, 4] Tùy vào chế độ thủy văn mức độ tin cậy dự báo thủy văn mà giới có hai nhóm phương pháp để điều khiển chế độ làm việc TTĐ: nhóm sử dụng mơ hình tối ưu nhóm dùng điều phối Các mơ hình tối ưu phù hợp chế độ thủy văn tương đối ổn định thông tin dài hạn thủy văn phụ tải đảm bảo độ tin cậy Trường hợp ngược lại nên dùng phương pháp điều phối để giảm thiểu ảnh hưởng hậu tác động Điều có nghĩa định khai thác hồ chứa thời đoạn ảnh hưởng đến công suất điện thời đoạn mà cịn tất thời đoạn chu kỳ điều tiết TTĐ nói riêng tồn hệ thống nói chung Đối với nước ta nhiều nước giới khả dự báo dài hạn thủy văn chưa đảm bảo độ tin cậy Hơn nữa, chế độ thủy văn nước ta lại không ổn định Trong đó, chế độ làm việc TTĐ lại phụ thuộc lớn vào điều kiện thủy văn Do cần đặc biệt lưu tâm lựa chọn phương pháp vận hành hồ chứa thủy điện cho phù hợp Hướng ưu tiên nên lựa chọn phương thức điều khiển chế độ làm việc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 TTĐ không dựa dự báo dài hạn mà cho kết gần tối ưu Đặc điểm phương thức sử dụng biểu đồ điều phối (BĐĐP) cần dựa vào thông tin thời số quy tắc đưa cách thức điều khiển hồ chưa hay việc định công suất mà không sử dụng trực tiếp lưu lượng thiên nhiên Các phương thức vận hành hồ chứa thủy điện xây dựng sở lấy chế độ làm việc năm thiết kế (ứng với tần suất bảo đảm tính tốn), vừa đảm bảo cung cấp điện an toàn cho hệ thống điện nâng cao hiệu ích TTĐ, làm chuẩn để khai thác hợp lý nguồn thuỷ điện Do đó, BĐĐP có vùng tương ứng với chế độ Trước đây, thị trường điện độc quyền nên tiêu chí xây dựng vùng chuẩn TTĐ điện bảo đảm công suất bảo đảm tháng Chuyển sang thị trường điện cạnh tranh, cần chọn tiêu chuẩn xây dựng vùng làm việc phù hợp với đặc điểm phụ tải chế giá điện [5] nhằm đảm bảo vừa nâng cao hiệu ích cho thân TTĐ vừa giảm chi phí mua điện nguồn khác, làm giảm chi phí cho hệ thống Để thỏa mãn yếu tố tiêu chuẩn xây dựng vùng làm việc ứng với chế độ năm tính tốn tối đa hiệu ích phát điện, đồng thời đảm bảo an toàn cung cấp điện n B t 1 N t h t gt max (1) (2) N t 9,81.t Q t Ht đó: B hiệu ích tài TTĐ; Nt , t , Qt , Ht công suất, hiệu suất tổ máy, lưu lượng phát điện, cột nước phát điện TTĐ thời đoạn t; ht số thời đoạn; n số thời đoạn chu kỳ tính tốn; gt giá điện thời đoạn t thị trường điện cạnh tranh, gt bao gồm giá điện giá công suất Giá điện thay đổi theo thời gian (theo theo tháng) xét đến phụ tải điện công suất khả dụng - công suất lớn mà trạm phát điện huy động thời điểm 2.2 Xây dựng biểu đồ điều phối Biểu đồ điểu phối bao gồm vùng: vùng đảm bảo an toàn cung cấp điện (vùng A), vùng tăng công suất (vùng B), vùng hạn chế công 22 suất (vùng C) vùng xả nước thừa (vùng D) Xây dựng BĐĐP thực chất xây dựng đường giới hạn vùng, mà chủ yếu hai đường giới hạn vùng A Để tránh sai lầm vận hành nguồn thuỷ điện chế độ thuỷ văn không ổn định gây ra, xây dựng vùng A BĐĐP, cần chọn số năm thuỷ văn có phân bố lưu lượng khác nhau, có lượng nước gần lượng nước năm kiệt thiết kế, sau quy chúng điều kiện năm kiệt thiết kế Hàm mục tiêu (1) có nhiều biến số hàm nhiều biến số khác (như mực nước thượng, hạ lưu; tổn thất cột nước, lưu lượng đến; lưu lượng tích, trữ, đặc tính thiết bị…) thân biến lại phụ lẫn dạng phi tuyết Để thuận lợi cho tính tốn ta chọn mực nước thượng lưu (Ztl ) theo thời đoạn làm biến số độc lập, biết số lại thơng số phụ thuộc Tính tốn thủy cho năm để xác định đường thay đổi mực nước hồ theo thời gian Ztl (t) Kết thu nhóm đường Ztl (t), vẽ đường bao bao nhóm đường vùng A Đối với hồ có yêu cầu lợi dụng tổng hợp vẽ đường bao cần xét đến ràng buộc Việc tính tốn theo (1) sử dụng công cụ Standard Solver phần mềm Microsoft Office Excel Cơng cụ cho phép giải tốn quy hoạch tối ưu dạng tuyến tính phi tuyến tiện lợi đáng tin cậy KẾT QUẢ TÍNH TỐN Ứng dụng phương pháp luận nêu để xây dựng BĐĐP cho hai TTĐ Pleikrong Yaly Đây hai TTĐ điều tiết năm lưu vực sông Sê San, TTĐ Pleikrong bậc thang TTĐ Yaly TTĐ Yaly có cơng suất lắp đặt Nlm = 720 MW, MNDBT = 515 m, MNC = 490 m TTĐ Pleikrong có Nlm = 100 MW, MNDBT = 570 m, MNC = 537 m hai trạm có ảnh hưởng lớn đến vận hành bậc thang có vai trị quan trọng hệ thống điện Các tài liệu dùng tính tốn lấy từ: tài liệu thiết kế hai TTĐ, Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Sê San, Phụ tải điện Thị trường điện cạnh tranh Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Kết xây dựng BĐĐP cho TTĐ Yaly TTĐ Pleikrong thể Hình Hình D KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN B C BĐĐP xây dựng theo tiêu chuẩn phù hợp với thị trường điện cạnh tranh sở đảm bảo nhu cầu lợi dụng tổng hợp Hình dáng BĐĐP phù hợp với nhu cầu dùng nước Khi điều kiện phụ C A tải, chế giá điện ràng buộc nhu cầu sử dụng nước thay đổi BĐĐP cần thay đổi cho phù hợp Cần sử dụng quan điểm hệ thống trạng thái động tính tốn chọn phương thức vận hành Hình Biểu đồ điều phối TTĐ Pleikrong Trong bối cảnh chế độ thủy văn không ổn định dự báo thuỷ văn dài hạn chưa bảo đảm độ tin cậy khơng nên sử dụng mơ hình tối ưu để điều khiển chế độ vận hành TTĐ Từ kết xây dựng BĐĐP nghiên cứu cách thức điều khiển hồ chứa cho phù hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện mang lại hiệu cao D B C Các đường giới hạn BĐĐP thỏa mãn nhu cầu lợi dụng tổng hợp, có yêu cầu phịng lũ theo Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Sê San A C TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Biểu đồ điều phối TTĐ Yaly Hình dáng BĐĐP ảnh hưởng phân bố lưu lượng thiên nhiên, đặc điểm TTĐ, yêu cầu phụ tải điện, chế giá điện tiêu chuẩn tính tốn Kết BĐĐP hai TTĐ cho thấy rõ ảnh hưởng yếu tố Trong đó, đường giới hạn cuối mùa kiệt đầu mùa lũ hai TTĐ cao mực nước chết Điều do: - TTĐ Pleikrong có cột nước trung bình thấp, tỷ lệ hct /Hmax = 0,57 lại cao Dẫn đến dao động mực nước hồ có ảnh hưởng lớn đến cột nước phát điện, để tăng cơng suất địi hỏi mực nước hồ trì mức cao - TTĐ Yaly chế độ mực nước hồ ảnh hưởng đến cột nước (hct /Hmax = 0,12 nhỏ) Nhưng cột nước tính tốn Htt lại lớn tương quan với cột nước khác Để tăng cơng suất địi hỏi mực nước hồ cao - Do nhu cầu phụ tải điện cao chuyển mùa theo chế giá điện giá cơng suất cao tháng nên để tăng hiệu ích phát điện cơng suất phát phải lớn 23 [1] Thủ tướng phủ (2013) Quy định lộ trình, điều kiện cấu ngành điện để hình thành phát triển cấp độ thị trường điện lực VN QĐ 63/2013 [2] Cục điều tiết điện lực (2017) Số liệu giám sát vận hành hệ thống điện, http://www.erav.vn/c2/Trang-he-thongdien/He-thong-dien-8.aspx [3] Pan Liu, Jingfei Zhao, Liping Li, Yan Shen (2012) Optimal Reservoir Operation Using Stochastic Dynamic Programming Journal of Water Resource and Protection [4] Phoukhong Sengvilay (2009) Nghiên cứu nâng cao hiệu quản lý vận hành nhà máy thủy điện hệ thống điện miền Trung I nước CHDCND Lào, LA Tiến sĩ, Trường Đại học Thủy lợi [6] Cục trưởng Cục điều tiết điện lực (2016) Kế hoạch vận hành thị trường phát điện cạnh tranh năm 2017 QĐ 86/2016 ... thiên nhiên Các phương thức vận hành hồ chứa thủy điện xây dựng sở lấy chế độ làm việc năm thiết kế (ứng với tần suất bảo đảm tính tốn), vừa đảm bảo cung cấp điện an toàn cho hệ thống điện nâng cao... gần tối ưu Đặc điểm phương thức sử dụng biểu đồ điều phối (BĐĐP) cần dựa vào thông tin thời số quy tắc đưa cách thức điều khiển hồ chưa hay việc định công suất mà không sử dụng trực tiếp lưu lượng... Hình Biểu đồ điều phối TTĐ Pleikrong Trong bối cảnh chế độ thủy văn không ổn định dự báo thuỷ văn dài hạn chưa bảo đảm độ tin cậy khơng nên sử dụng mơ hình tối ưu để điều khiển chế độ vận hành