M�C L�C LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên nghành xây dựng công trình thuỷ với đề tài “Nghiên cứu phương thức phối hợp khai thác các nhà máy thủy điện trong hệ thống bậc thang, áp dụng cho hệ thống bậ[.]
ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Tổng quan về tiềm năng Thủy Điện
Việt Nam, nằm ở trung tâm Đông Nam Á, sở hữu nguồn ẩm phong phú và điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành mạng lưới sông suối dày đặc Mật độ sông suối dao động giữa các vùng, phù hợp với sự phân hóa khí hậu và cấu trúc địa chất Lượng mưa hàng năm tương đối ổn định, nhưng có sự biến đổi lớn giữa các tháng và mùa Trong mùa lũ, dòng chảy chiếm 70-80% tổng lượng dòng chảy cả năm, trong khi mùa khô chỉ chiếm 20-30% Địa hình hẹp và dài của Việt Nam, với dãy núi Trường Sơn và các dãy núi cao như Hoàng Liên Sơn, tạo độ dốc lớn cho các sông suối, mang lại tiềm năng quan trọng cho việc xây dựng các nhà máy thủy điện, đặc biệt là các trạm thủy điện nhỏ với cột nước cao.
Việt Nam sở hữu một mạng lưới sông suối phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho kinh tế nhờ vào nguồn nước dồi dào phục vụ cho sinh hoạt, sản xuất, giao thông và phát điện Trữ năng lý thuyết của thủy điện ước tính đạt khoảng 300 tỷ KWh/năm, tương đương công suất lý thuyết 34.251 MW, dựa trên số liệu của 2.864 sông có chiều dài trên 10km Trữ lượng này được phân bổ chủ yếu tại ba vùng: Miền Bắc 181 tỷ KWh/năm, Miền Trung 89 tỷ KWh/năm và Miền Nam 30 tỷ KWh/năm, với thông tin chi tiết được trình bày trong Bảng 2-1.
4 có 8 hệ thống sông quan trọng nhất trong đó đã tập trung tới trên 85% nguồn trữa lượng thủy năng lý thuyết của đất nước
Tổng kết các nghiên cứu về quy hoạch thủy điện tại Việt Nam cho thấy tổng trữ năng kinh tế của các con sông ước tính khoảng 75 - 80 tỷ KWh/năm, tương đương với công suất từ 18–20 nghìn MW.
11 con sông lớn đã sản xuất hơn 64 tỷ KWh/năm, trong khi trữ năng kinh tế của thủy điện nhỏ và thủy điện kết hợp thủy lợi trên toàn quốc có thể đạt khoảng 30 tỷ KWh/năm Đây là nguồn điện tái tạo quan trọng cần được khai thác để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành kinh tế Việc xây dựng các trạm thủy điện nhỏ có ưu điểm là tác động đến môi trường không đáng kể, đồng thời hỗ trợ phát triển bền vững và cung cấp điện năng cho những vùng chưa được tiếp cận lưới điện quốc gia.
Bảng 2 - 1 Phân bố trữ lượng thủy năng lý thuyết theo khu vực
Khu vực Công suất lý thuyết (MW) Điện lượng (GWh/năm) trọngTỷ (%) Đông Bắc 771,12 6760,5 2,25
Sông Hồng và Sông Thái Bình 90960 79689 26,56
Sông Mã, Sông Cả, Sông Nậm U 2717 23814 7,94
Nhu cầu tiêu thụ điện
Đến nay tổng công suất lắp đặt của các nhà máy thủy điện đã tăng 2100 MW từ 6192 MW năm 2000 đến 11298 MW năm 2005, tăng 1,8 lần, trong đó các nguồn
Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) quản lý 78% nguồn điện, trong khi các nguồn điện độc lập chiếm 22% Cơ cấu nguồn điện bao gồm: thủy điện 36%, nhiệt điện đốt than 11%, nhiệt điện đốt dầu 2%, tuabin khí 27% và các nguồn diesel 2%.
Từ năm 2001 đến 2005, sản lượng điện năng tại Việt Nam đã tăng từ 27,04 tỷ KWh năm 2000 lên 53,462 tỷ KWh năm 2005, với tốc độ tăng trưởng trung bình đạt 14,6% mỗi năm Cơ cấu sản xuất điện cũng đã có sự thay đổi đáng kể, trong đó tỷ lệ thủy điện giảm từ 54,8% vào năm 2000 xuống còn 30,8% vào năm 2005.
Từ năm 2000 đến 2005, tỷ trọng điện sản xuất từ tuabin khí, đặc biệt là tuabin khí chạy bằng khí, đã gia tăng đáng kể, với sản lượng điện từ khí đốt tăng từ 4.356 tỷ KWh lên 16.2 tỷ KWh, tương ứng với tỷ trọng tăng từ 16.4% lên 31% Trong các năm 2004 và 2005, do nhu cầu điện tăng cao, sản lượng điện từ các nhà máy thủy điện giảm do điều kiện thời tiết không thuận lợi Bên cạnh đó, một số nhà máy điện theo hình thức BOT đã đi vào hoạt động, dẫn đến sản lượng điện mua ngoài tăng mạnh từ 1.635 tỷ KWh năm 2000 lên 11.119 tỷ KWh năm 2005.
Trên cơ sở dự báo phát triển của nền kinh tế nước ta trong giai đoạn
Dự báo dân số Việt Nam từ năm 2001 đến 2025 sẽ tăng từ 80 triệu người hiện nay lên 87,77 triệu người vào năm 2010 và 97,85 triệu người vào năm 2020 Mức độ đô thị hóa cũng sẽ có sự thay đổi đáng kể, với tỷ lệ dân số đô thị tăng từ 27% hiện tại lên 32% vào năm 2010, 40% vào năm 2020 và đạt 70,5% vào năm 2025.
2050 trong tổng sơ đổ V hiệu chỉnh đó dự bỏo nhu cẩu điện năng của giai đoạn
Nhu cầu sử dụng điện toàn quốc đã tăng mạnh từ năm 2010 với khoảng 112-117 tỷ kWh, và dự kiến sẽ đạt khoảng 294-306 tỷ kWh vào năm 2020, cũng như 432-447 tỷ kWh vào năm 2025 Tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện bình quân trong giai đoạn 2001-2010 dao động từ 14.7% đến 15.8%.
Quy hoạch phát triển và cơ cầu nguồn điện
Đến cuối năm 2011, tổng công suất lắp đặt của các nguồn điện tại Việt Nam đạt 23.559MW, trong đó thủy điện chiếm 10.120MW Tốc độ phát triển nguồn điện trong những năm gần đây diễn ra nhanh chóng, với mức tăng khoảng 1,86 lần sau mỗi năm.
Bảng 2 - 2 C ông suất lắp đặt của hệ thống qua các năm và dự kiến năm 2015 và
Bảng 2 - 3 Danh mục các thủy điện trên 30MW đã đi vào vận hành tính đến cuối năm 2011
STT Nhà máy Số máy P thiết kế
8 Cửa Đạt 2 97 Cổ phần VINACONEX
32 Nậm Chiến 2 2 32 Cty CPĐT&PT điện Tây Bắc
STT Nhà máy Số máy P thiết kế
33 Bản Cốc 3 18 Cty CPTĐ Quế Phong
36 Bình Điền 2 44 Cty CPTĐ Bình Điền
37 Sông Côn 3 63 Cty CPTĐ Geruco - Sông Côn
40 Za Hưng 2 30 Cty Cổ phần Za Hưng
41 Bắc Bình 2 33 Cty CPPT điện lực Việt Nam
42 Đa Dâng 2 2 34 Cty CPTĐ miền Nam
43 Cần Đơn 2 78 TCty Sông Đà
44 A Lưới 2 85 Cty CP Thuỷ điện Miền Trung
Theo Quy hoạch điện VII, công suất cung cấp điện dự kiến sẽ tăng từ 43.000 MW vào năm 2015 lên 75.000 MW vào năm 2020 và đạt 146.800 MW vào năm 2030 Trong giai đoạn 2011-2015, tổng công suất tăng thêm dự kiến gần 21.450 MW, trong đó thủy điện đóng góp 7.507 MW, chiếm 35% tổng công suất tăng thêm.
Hình 2 - 1 Công suất lắp đặt tăng tăng thêm của toàn nguồn, thủy điện và thủy điện vừa và nhỏ (Theo Quy hoạch điện VII)
Thủy điện Toàn nguồn Thủy điện vừa và nhỏ
Hình 2 - 1 Công suất lắp đặt tăng tăng thêm của toàn nguồn, thủy điện và thủy điện vừa và nhỏ (Theo Quy hoạch điện VII)
Cơ cấu nguồn điện năm 2011 được thể hiện trong Hình 2 - 2 Cơcấu nguồn điện Việt Nam cuối năm 2011
Thủy điện hiện chiếm 41,2% tổng công suất điện, tăng từ 38% vào năm 2010 Sự gia tăng này chủ yếu nhờ vào việc đưa vào hoạt động của một số nhà máy lớn như Sơn La, Bản Vẽ, Sông Tranh, và An Khê – Ka Năk.
Hình 2 - 2 Cơ cấu nguồn điện Việt Nam cuối năm 2011
Dự kiến đến năm 2020, tổng công suất các nhà máy điện đạt khoảng 75.000 MW, trong đó thủy điện chiếm 23,1% với công suất khoảng 17.325 MW Các nguồn năng lượng khác bao gồm thủy điện tích năng 2,4%, nhiệt điện than 48%, nhiệt điện khí đốt 16,5%, năng lượng tái tạo 5,6%, điện hạt nhân 1,3% và nhập khẩu điện 3,1%.
Đến năm 2020, cơ cấu nguồn điện Việt Nam đạt khoảng 330 tỷ kWh, trong đó thủy điện chiếm 19,6%, nhiệt điện than 46,8%, nhiệt điện khí đốt 24%, năng lượng tái tạo 4,5%, điện hạt nhân 2,1% và nhập khẩu điện 3%.
Hình 2 - 3 Cơ cấu nguồn điện Việt Nam đến năm 2020
Theo quy hoạch, đến năm 2020, Việt Nam sẽ khai thác hầu hết các dự án thuỷ điện trên các dòng sông chính Do đó, nghiên cứu nâng cao hiệu quả hoạt động của các nhà máy thuỷ điện trở nên cấp bách để đảm bảo an toàn cung cấp điện và tối ưu hóa lợi ích kinh tế.
Chính sách giá điện và thị trường phát điện cạnh tranh
2.4.1 Sự cần thiết phát triển thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam
Tính đến nay, ngành điện Việt Nam vẫn duy trì tình trạng độc quyền, hoạt động theo mô hình liên kết dọc truyền thống Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) chiếm ưu thế khi sở hữu phần lớn nhà máy điện, đồng thời nắm giữ toàn bộ quy trình truyền tải, phân phối và bán lẻ điện Tổng Công ty mua bán điện thuộc EVN là đơn vị duy nhất thực hiện việc mua điện từ tất cả các nhà máy và cung cấp điện cho mọi hộ tiêu thụ trên toàn quốc Cơ chế này tạo ra tình trạng độc quyền cả trong mua lẫn bán, không cho phép sự cạnh tranh diễn ra Do đó, EVN vẫn là tổ chức độc quyền duy nhất trong kinh doanh điện tại Việt Nam, chưa có sự cạnh tranh ở bất kỳ khâu nào trong ngành điện.
Theo Cục Điều tiết Điện lực, đến cuối năm 2010, tổng công suất điện toàn hệ thống đạt 21.542MW Trong đó, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) quản lý 24 nhà máy với tổng công suất 14.233MW, chiếm 65,32% Các nguồn khác bao gồm Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) với 2.278MW (10,57%), Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) 1.046MW (4,86%), nhà đầu tư nước ngoài 2.115MW (9,82%), khu vực tư nhân 50MW (2,32%), nhập khẩu 1.000MW (4,64%) và các loại hình khác 370MW (1,72%).
Trong những năm gần đây, hoạt động của EVN đã gặp nhiều khó khăn, dẫn đến tình trạng thua lỗ và nợ nần, từ đó gây thiếu hụt nguồn vốn cho đầu tư phát triển Việc vay vốn trở nên khó khăn hơn, cùng với sự thiếu minh bạch và lòng tin từ phía khách hàng mỗi khi EVN đề xuất tăng giá điện Nguyên nhân chủ yếu của tình trạng này là do quản lý kém của doanh nghiệp và sự quản lý vĩ mô chưa hiệu quả từ Bộ chủ quản và Nhà nước, cộng với sự phát triển chậm chạp của thị trường điện cạnh tranh, khiến EVN duy trì độc quyền trong lĩnh vực kinh doanh điện quá lâu.
Phát triển thị trường điện cạnh tranh là xu hướng toàn cầu, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh điện và thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội Ngành điện Việt Nam cần phải đối mặt với thực tế và tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để thúc đẩy sự phát triển của thị trường điện cạnh tranh Để đạt được điều này, việc sửa đổi nội dung Luật Điện Lực là yêu cầu cấp thiết.
2.4.2 Về thực hiện thị trường điện lực ở Việt nam
Chính phủ Việt Nam đã nhận thức rằng việc hình thành và phát triển thị trường điện cạnh tranh là chiến lược phát triển dài hạn cho ngành điện Điều này được thể hiện trong Luật Điện lực năm 2004 và cụ thể hóa qua Quyết định 26/2006/QĐ-TTg ngày 26 tháng 01 năm 2006 của Thủ tướng Chính phủ, quy định lộ trình và các điều kiện phát triển các cấp độ thị trường điện lực tại Việt Nam Theo quyết định này, thị trường điện Việt Nam sẽ được hình thành và phát triển theo ba cấp độ.
- Thị trường phát điện cạnh tranh (giai đoạn 2005-2014)
- Thị trường bán buôn cạnh tranh (giai đoạn 2014-2022)
- Thị trường bán lẻ cạnh tranh (giai đoạn sau năm 2022)
Thị trường phát điện cạnh tranh là giai đoạn đầu tiên của thị trường điện cạnh tranh tại Việt Nam, trong đó chỉ có sự cạnh tranh ở khâu phát điện mà chưa có ở khâu bán buôn và bán lẻ Khách hàng chưa có quyền lựa chọn nhà cung cấp điện, và các đơn vị phát điện chỉ cạnh tranh để bán điện cho một đơn vị mua buôn duy nhất là Công ty mua bán điện thuộc EVN Tại đây, điện năng được giao dịch qua thị trường giao ngay và hợp đồng dài hạn Cục Điều tiết Điện lực quy định tỷ lệ sản lượng điện mua bán qua hợp đồng và điện năng giao dịch trên thị trường giao ngay hàng năm.
Thị trường bán buôn điện cạnh tranh đang hình thành các đơn vị bán buôn mới nhằm tăng cường sự cạnh tranh trong giao dịch điện Khách hàng lớn và các công ty phân phối có quyền mua điện trực tiếp từ các đơn vị phát điện qua thị trường hoặc từ các đơn vị bán buôn Các đơn vị bán buôn này mua điện từ các nhà sản xuất và cạnh tranh để cung cấp điện cho các đơn vị phân phối và khách hàng lớn Tuy nhiên, hiện tại chưa có sự cạnh tranh trong lĩnh vực bán lẻ điện, dẫn đến việc khách hàng sử dụng nhỏ chưa có quyền lựa chọn nhà cung cấp điện.
Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh bao gồm ba khâu chính: phát điện, bán buôn và bán lẻ điện Khách hàng trên toàn quốc có quyền lựa chọn đơn vị bán lẻ điện hoặc mua điện trực tiếp từ thị trường Các đơn vị bán lẻ điện cạnh tranh trong việc mua điện từ các nhà bán buôn, nhà phát điện hoặc từ thị trường để cung cấp cho khách hàng sử dụng điện.
Sau một thời gian dài nghiên cứu và xây dựng, Bộ Công Thương cùng Cục Điều tiết Điện lực và các tổ chức liên quan đã hoàn thiện hệ thống văn bản pháp lý và cơ sở hạ tầng thông tin Để hỗ trợ các đơn vị tham gia thị trường, họ cũng đã tiến hành đào tạo và tập huấn Thị trường phát điện cạnh tranh chính thức đi vào hoạt động từ ngày 01 tháng 7 năm 2012.
Theo lộ trình, sau khi hoàn thành cấp độ 1 của thị trường phát điện cạnh tranh vào năm 2014, thị trường sẽ chuyển sang cấp độ 2 là thị trường bán buôn cạnh tranh từ 2015 đến 2022, và dự kiến sẽ triển khai thị trường bán lẻ cạnh tranh sau năm 2022.
2.4 3 Hiện trạng về giá điện
Giá điện ở Việt Nam, từ năm 2009 đến nay đã điều chỉnh tăng 5 lần
(hình 2-4), năm 2011 điều chỉnh 2 lần: ngày 01/ 3/ 2011 tăng 15,28% so với năm
Từ năm 2010 đến nay, giá điện đã tăng liên tục, với mức tăng 5% vào ngày 20/12/2011 và 5% tiếp theo vào ngày 01/7/2012, hiện tại giá điện bình quân đã đạt 1506 đ/kWh (khoảng 7,2 US cent/kWh) Việc điều chỉnh giá điện chỉ mang tính chất tăng mà không có sự giảm giá, mặc dù có thời điểm chi phí đầu vào giảm đáng kể Tăng giá điện vào thời điểm 1/7/2012 là không hợp lý, đặc biệt khi các doanh nghiệp đang gặp khó khăn, vì điều này sẽ làm tăng chi phí sản xuất, gây khó khăn trong việc tăng giá bán sản phẩm Hơn nữa, việc tăng giá điện sẽ tác động trực tiếp đến chỉ số giá tiêu dùng (CPI), khiến người dân phải đối mặt với nhiều khó khăn hơn Thời điểm tăng giá điện trùng với ngày chính thức vận hành thị trường điện cạnh tranh, điều này đòi hỏi Bộ Công thương và EVN cần rút kinh nghiệm trong việc ra quyết định.
Hình 2 - 4 Điều chỉnh giá điện
Giá bán điện chưa có VAT (đ/kWh) 1.242 1.304 1.369
Giá bán điện được điều chỉnh qua các kỳ chưa thuyết phục và mang tính chất hành chính, thiếu cơ sở khoa học và minh bạch Điều này gây khó khăn trong việc đạt được sự đồng thuận từ các nhà khoa học, quản lý, nhà đầu tư và khách hàng sử dụng điện Hệ quả là doanh nghiệp và người dân phải chi trả thêm một khoản tiền không có cơ sở, tạo thêm áp lực trong sản xuất và đời sống.
Các doanh nghiệp sản xuất điện bán cho EVN đang bức xúc vì không được tăng giá bán điện sau mỗi lần điều chỉnh giá Điều này cho thấy Bộ Công thương và EVN có thể chưa nắm vững đầy đủ Điều 30 về căn cứ lập và điều chỉnh giá điện, bao gồm chính sách giá điện, điều kiện phát triển kinh tế - xã hội và thu nhập của người dân trong từng giai đoạn, quan hệ cung cầu về điện, các chi phí sản xuất - kinh doanh điện và lợi nhuận hợp lý của đơn vị điện lực, cũng như cấp độ phát triển của thị trường điện lực.
Theo Quyết định 28/2014/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, có hiệu lực từ 1/6/2014, giá bán lẻ điện cho nhóm khách hàng sử dụng điện sinh hoạt được phân thành 6 bậc với mức giá tăng dần Quy định này nhằm khuyến khích người tiêu dùng sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả hơn.
Tỷ lệ giá bán lẻ điện sinh hoạt so với mức giá bán lẻ điện bình quân được quy định cụ thể: đối với mức tiêu thụ từ 0-50 kWh, tỷ lệ là 92%; từ 51-100 kWh, tỷ lệ là 95%; từ 101-200 kWh, tỷ lệ là 110%, được chia thành hai nấc là từ 101-150 kWh và 151-200 kWh; và từ 201-300 kWh, tỷ lệ là 138%.
CÁC KHẢ NĂNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA CÁC NMTĐ TRONG HỆ THỐNG BẬC THANG THỦY ĐIỆN CỦA HTĐ
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của các NMTĐ trong HTĐ
3 1.1 Phân bố điện năng đảm bảo theo thời gian
Các nhà máy thủy điện đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng công suất hệ thống điện thông qua điện năng đảm bảo (Ebđ) và công suất bảo đảm (Nbđ) hàng tháng Tiêu chuẩn để đánh giá phân bố Ebđ hợp lý tại các nhà máy thủy điện là tối thiểu hóa chi phí quy đổi cho toàn bộ hệ thống điện.
Nghiên cứu thiết kế các NMTĐ cho thấy phân bố Ebđ thường không gắn với biểu đồ phụ tải và thiếu sự phối hợp giữa các nhà máy điện, dẫn đến tình trạng khi hệ thống cần nhiều điện thì NMTĐ phát ít và ngược lại, làm tăng chi phí Để phân bố hợp lý Ebđ, cần xác định theo quan điểm hệ thống, phối hợp giữa các NMTĐ và NMNĐ nhằm cân bằng công suất và điện năng Việc phân bổ này phụ thuộc vào trạng thái của hệ thống điện, bao gồm biểu đồ phụ tải, tương quan giữa nguồn và phụ tải, cơ cấu nguồn, phát triển thủy điện và đặc điểm các nhà máy điện Phân bố hợp lý Ebđ không chỉ có ý nghĩa kinh tế lớn mà còn là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi thời gian và sự phối hợp nghiên cứu.
3.1.2 Chế độ thủy văn lệch pha của các NMTĐ
Nbđ của các NMTĐ được xác định dựa trên tần suất công suất hoặc tần suất lượng nước riêng biệt của từng nhà máy, coi chúng hoạt động độc lập Việc sử dụng các Nbđ này để cân bằng công suất và điện lượng cho toàn bộ hệ thống điện hoàn chỉnh thực chất là xem xét một trường hợp cực kỳ đặc biệt.
Nghiên cứu cho thấy rằng 15 đoạn của các NMTĐ không đồng thời có cùng điều kiện thủy văn với tần suất thiết kế khác nhau, ngay cả trong cùng một hệ thống bậc thang, ngoại trừ các NMTĐ trên dòng chính Hơn nữa, tần suất dòng chảy năm và dòng chảy mùa kiệt của cùng một NMTĐ cũng không xảy ra đồng thời trong cùng một năm Do đó, việc phối hợp hoạt động giữa các NMTĐ trong hệ thống điện quốc gia sẽ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện an toàn.
3.1.3 Phương pháp tính toán thủy năng
Các phương pháp tính toán thủy năng trong thiết kế NMTĐ dựa vào phân bố lưu lượng thiên nhiên, nhưng thực tế dòng chảy trên các sông ở Việt Nam rất không ổn định và khả năng dự báo dài hạn chưa đáng tin cậy Điều này dẫn đến việc không thể dự đoán chính xác phân bố lưu lượng trong một năm Để đánh giá sản lượng điện hàng năm của các NMTĐ điều tiết năm, mùa, thiết kế thường sử dụng phương thức cấp trữ nước và sử dụng hết dung tích hữu ích vào cuối mùa kiệt, làm giảm hiệu quả năng lực của NMTĐ Do đó, cần áp dụng một phương pháp tính thủy năng phù hợp để cải thiện tình hình.
Mô hình tối ưu cho bài toán huy động nguồn thủy điện
Trong điều kiện vận hành, hiệu quả kinh tế của nguồn thuỷ năng tại các nhà máy thủy điện (NMTĐ) được đánh giá qua chi phí nhiên liệu tiết kiệm cho toàn bộ hệ thống điện Do đó, nâng cao hiệu quả kinh tế sử dụng nguồn thuỷ điện thực chất là xác định chế độ làm việc tối ưu cho các hồ chứa của NMTĐ.
Giả sử HTĐ cần tối ưu có L nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) và K NMTĐ
C n : chi phí nhiên liệu của toàn HTĐ
C nj : chi phí nhiên liệu của NMNĐ thứ j (j = 1÷L)
S j : giá nhiêu liệu ở NMTĐ thứ j
B : đặc tính tiêu thụ nhiên liệu của NMNĐ thứ j
Công suất của các NMTĐ ở thời điểm t được xác định từ điều kiện cân bằng công suất. t
P t : phụ tải của toàn hệ thống tại thời điểm t.
N it : công suất của NMTĐ thứ i tại thời điểm t π t : tổn thất trong lưới điện.
Công suất và lưu lượng của NMTĐ thứ i tại thời điểm t xác định theo công thức:
Q TDit = Q tnit ± Q hit - Q ttit (3.4) Với QTDit : lưu lượng nước của NMTĐ thứ i tại thời điểm t
Hit : cột nước của NMTĐ thứ i tại thời điểm t ηit : hiệu suất của NMTĐ thứ i tại thời điểm t là hàm của QTDit và Hit
Q tnit , Q hit , Q ttit : lưu lượng thiên nhiên, lưu lượng hồ chứa và lưu lượng tổn thất của NMTĐ thứ i tại thời điểm t
Từ (2), (3), (4) hàm mục tiêu sẽ có dạng:
K i it ttit hit tnit it
* Các phương trình ràng buộc:
- Cân bằng công suất (xem (2)).
W hl : lượng nước chảy về hạ lưu NMTĐ
W tn : lượng nước thiên nhiên
- Ràng buộc về công suất thuỷ điện và nhiệt điện
N ≤ ≤ (3.7) Ở đây, N bdit TD : công suất bảo đảm của NMTĐ thứ i ở thời đoạn t
N KDit TD : công suất khả dụng của NMTĐ thứ i ở thời đoạn t
- Ràng buộc về mực nước thượng lưu và hạ lưu max min it it it Z Z
Z ≤ ≤ (3.9) thượng lưu : Zitmin = MNC; Z itmax = MNDBT hoặc MNTL.
- Ràng buộc về lưu lượng chảy về hạ lưu max min hlit hlit hlit Q Q
Q hlitmin , Q hlitmax được xác định từ điều kiện lợi dụng tổng hợp.
- Ràng buộc về khả năng truyền tải của đường dây cao thế max min ct c c P P
3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng nguồn thuỷ điện trong hệ thống
Nghiên cứu mô hình tối ưu trên đây ta thấy:
Chế độ làm việc của các NMTĐ cần được xác định từ góc độ hệ thống, yêu cầu sự phối hợp hợp lý giữa các chế độ làm việc của chúng để đảm bảo hiệu quả tối ưu.
Để nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống điện, việc phân bố hợp lý điện năng của các nhà máy thủy điện (NMTĐ) theo thời gian là rất quan trọng Chỉ khi các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) sử dụng cùng loại nhiên liệu và có khả năng thay thế 1 Kwh của NMTĐ bằng cùng một lượng nhiên liệu ở NMNĐ, tiêu chuẩn C trong hệ thống mới có thể đạt tối thiểu bằng tiêu chuẩn sản lượng điện của tất cả các NMTĐ (ETD) ở mức tối đa Tuy nhiên, giả thiết này thường không xảy ra trong thực tế Tiêu chuẩn ETD ở mức tối đa có thể được áp dụng trong điều kiện hệ thống thiếu điện, nhằm giảm thiểu tình trạng thiếu hụt điện khi các NMNĐ đã huy động toàn bộ công suất.
Dao động cột nước H trong hồ chứa của các nhà máy thủy điện (NMTĐ) ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng nguồn thuỷ năng trong hệ thống điện Mức độ ảnh hưởng này phụ thuộc vào đặc điểm riêng của từng NMTĐ, điều này tạo ra sự khác biệt rõ rệt giữa thủy điện và nhiệt điện.
Phân bố hợp lý công suất bảo đảm Nbdit theo ràng buộc (3.7) đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao an toàn cung cấp điện và cải thiện hiệu quả kinh tế của hệ thống điện.
Việc sử dụng mô hình tối ưu trực tiếp chỉ mang lại hiệu quả cao khi có đầy đủ thông tin về biểu đồ phụ tải và chế độ thuỷ văn dài hạn của tất cả các NMTĐ, như được thể hiện trong các phương trình (3.2) đến (3.6).
3.2.3 Phạm vi sử dụng mô hình tối ưu
Bài toán xác định chế độ làm việc dài hạn của các NMTĐ theo mô hình tối ưu là một thách thức phức tạp trong quy hoạch phi tuyến, do sự đa dạng và tính chất khó lường của các yếu tố liên quan.
19 biến, có nhiều đặc tính phi tuyến, có nhiều ràng buộc và phải đồng thời xét đến cả chế độ ngắn hạn
Mô hình tối ưu chỉ hiệu quả khi có thông tin dài hạn đáng tin cậy về phụ tải và chế độ thuỷ văn của các NMTĐ Do đó, nó thường được áp dụng trong lập kế hoạch và đánh giá tác động của chế độ làm việc trong quy hoạch phát triển nguồn điện cũng như thiết kế các NMTĐ.
Một trong những đặc điểm của việc khai thác hồ chứa NMTĐ là ảnh hưởng
"Hậu tác động" đề cập đến việc quyết định khai thác hồ chứa không chỉ ảnh hưởng đến năng lượng trong thời gian hiện tại mà còn tác động đến tất cả các giai đoạn tiếp theo trong chu kỳ điều tiết, ảnh hưởng đến độ an toàn và hiệu quả kinh tế cung cấp điện trong suốt cả năm Do đó, việc xem xét ảnh hưởng "hậu tác động" là cần thiết khi đưa ra quyết định khai thác Mô hình tối ưu có thể được sử dụng nếu biết trước phân bố lưu lượng trong năm, nhưng dự báo dài hạn về phụ tải và chế độ thuỷ văn ở Việt Nam thường không đáng tin cậy Việc áp dụng mô hình tối ưu trong điều khiển các NMTĐ mà không có dự báo chính xác có thể dẫn đến hiệu quả kinh tế kém và hậu quả nghiêm trọng Vì vậy, cần nghiên cứu phương pháp điều khiển không dựa trên dự báo dài hạn nhưng vẫn đạt được kết quả gần tối ưu.
Một số phương pháp điều khiển các NMTĐ trong hệ thống
Tùy thuộc vào độ chính xác của dự báo dài hạn về phụ tải và thủy văn, trên thế giới có hai nhóm phương pháp chính được sử dụng để điều khiển chế độ hoạt động của các nhà máy thủy điện trong hệ thống.
Nhóm phương pháp đầu tiên sử dụng mô hình tối ưu để tối ưu hóa liên tục chế độ làm việc của NMTĐ, dựa trên tài liệu dự báo ngày càng chính xác Những phương pháp này chỉ áp dụng cho các NMTĐ có chế độ thủy văn ổn định, với dự báo dài hạn đạt độ chính xác cho phép.
Các phương pháp điều phối, sử dụng biểu đồ và hàm điều khiển, được xây dựng dựa trên phân tích chế độ làm việc của các hồ chứa trong hệ thống thủy điện (HTĐ) theo tình hình thuỷ văn đã quan trắc Phương pháp này cho phép người điều độ đưa ra quyết định hợp lý về việc điều chỉnh công suất mà không cần thông tin chính xác về phụ tải và thuỷ văn Ưu điểm nổi bật của phương pháp điều phối là tính linh hoạt và khả năng điều chỉnh theo tình huống thực tế, giúp hạn chế sai sót nghiêm trọng trong hệ thống Nghiên cứu quốc tế cho thấy điều khiển theo biểu đồ điều phối đạt hiệu quả gần tối ưu hơn so với các phương pháp khác.
Chế độ dòng chảy trên các sông ở Việt Nam không ổn định và khả năng dự báo dài hạn chưa đáng tin cậy, điều này cũng phổ biến ở nhiều quốc gia khác Trong bối cảnh này, phương pháp điều phối hồ chứa, được áp dụng rộng rãi trên thế giới, là giải pháp tối ưu Do đó, tôi đã chọn phương pháp này để điều khiển các nhà máy thủy điện (NMTĐ) trong hệ thống điện quốc gia Để nâng cao hiệu quả ứng dụng phương pháp này, cần nghiên cứu thêm các vấn đề liên quan đến việc điều khiển chế độ làm việc của các NMTĐ trong hệ thống.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cấp và trữ nước đối với sản lượng điện trong mùa, trong năm của từng NMTĐ
- Nghiên cứu phương pháp phân bố hợp lý điện năng bảo đảm của các NMTĐ theo quan điểm hệ thống có xét đặc điểm từng trạm
Xây dựng biểu đồ điều phối dựa trên công suất bảo đảm được phân bố hợp lý, đồng thời xem xét yếu tố không ổn định của chế độ thuỷ văn và các yêu cầu lợi dụng tổng hợp khác.
- Nghiên cứu lựa chọn phương thức tăng, giảm công suất (so với Nbd ) cho từng NMTĐ trong HTĐ
- Nghiên cứu lựa chọn phương thức phối hợp chế độ làm việc của các NMTĐ trong mọi tình huống có thể xảy ra trong vận hành hệ thống.
XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC PHỐI HỢP KHAI THÁC CÁC NMTĐ TRONG HỆ THỐNG BẬC THANG THỦY ĐIỆN
Mục đích, ý nghĩa và phương pháp phân bố điện năng bảo đảm
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của việc khai thác hợp lý các nhà máy thủy điện (NMTĐ) là xác định chế độ dài hạn các hồ chứa để đảm bảo an toàn cung cấp điện cho toàn hệ thống Các phương pháp điều khiển hồ chứa NMTĐ dựa trên chế độ làm việc trong năm kiệt tính toán, với mục tiêu cung cấp điện an toàn Đặc trưng chế độ làm việc này là điện năng bảo đảm hoặc công suất bảo đảm theo từng tháng Trong giai đoạn thiết kế, phân bố công suất bảo đảm thường được xác định theo nguyên tắc riêng, dẫn đến tình trạng không tối ưu giữa nhu cầu và sản lượng phát điện Do đó, việc phân bố hợp lý công suất bảo đảm cần phải được thực hiện theo quan điểm hệ thống, phối hợp giữa các NMTĐ và các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) để cân bằng công suất và điện năng Điều này phụ thuộc vào trạng thái động của hệ thống điện, bao gồm biểu đồ phụ tải, tương quan giữa nguồn và phụ tải, cơ cấu nguồn và khả năng truyền tải Do đó, xác định phân bố công suất bảo đảm của NMTĐ phải được thực hiện một cách linh hoạt và hợp lý để đáp ứng nhu cầu của hệ thống điện quốc gia.
23 nghĩa quan trọng đối với vấn đề nâng cao hiệu quả khai thác các hồ chứa thuỷ điện trong HTĐ
4.1.2.Phương pháp phân điện năng bảo đảm của các NMTĐ
Mục tiêu của việc phân điện năng bảo đảm cho các NMTĐ là:
1 Bảo đảm cho hệ thống vận hành an toàn, tin cậy
2 Sử dụng một cách hợp lý công suất khả dụng của các NMTĐ nhằm giảm thiểu căng thẳng cân bằng công suất
3 Tận dụng nguồn thuỷ điện để giảm chi phí nhiên liệu cho hệ thống
4 Nâng cao hiệu quả khai thác hồ chứa và thoả mãn các yêu cầu lợi dụng tổng hợp của các hồ chứa
Việc xác định phân điện năng bảo đảm cho các nhà máy thủy điện (NMTĐ) là một bài toán phức tạp, đòi hỏi áp dụng phương pháp điều chỉnh dần để giải quyết hiệu quả Bài viết này sẽ trình bày các bước cơ bản của phương pháp này.
Bước đầu tiên trong việc phân bố công suất cho từng NMTĐ là xác định một phương án ban đầu dựa trên kết quả tính toán thủy năng cho năm kiệt với P% Phương án này cung cấp thông tin về công suất bảo đảm và công suất khả dụng theo cột nước hàng tháng của từng NMTĐ Trong những tháng có kế hoạch sửa chữa, cần xem xét công suất sửa chữa để điều chỉnh công suất khả dụng của các NMTĐ, trong khi công suất khả dụng của các NMNĐ được xác định theo kế hoạch sửa chữa đã đề ra.
Bước 2: Phủ biểu đồ phụ tải ngày đêm điển hình cho từng tháng bằng số liệu từ bước 1 Mục tiêu của bước này là xác định vị trí làm việc của các nhà máy điện trong biểu đồ phụ tải của hệ thống điện toàn quốc, chia thành 3 miền: miền Bắc, miền Trung và miền Nam Ưu tiên là tận dụng tối đa điện năng bảo đảm và sử dụng công suất khả dụng của các nhà máy thủy điện, đồng thời giảm thiểu việc sử dụng công suất phát từ các nguồn điện khác.
24 tự ưu tiên phủ biểu đồ phụ tải của các NMTĐ được sắp xếp theo tỷ số Ntb/Nkd Phần phủ tải còn lại được thực hiện bằng các NMNĐ, ưu tiên theo chi phí nhiên liệu Trong quá trình phủ biểu đồ phụ tải ngày đêm, cần đảm bảo các ràng buộc về công suất kỹ thuật tối thiểu của các nguồn điện khác và khả năng truyền tải của đường dây.
Bước 3: Thiết lập cân bằng công suất và điện năng dựa trên kết quả từ bước 2 Kết quả này sẽ chỉ ra hiệu quả của việc phân bố công suất đảm bảo, đồng thời hướng dẫn các điều chỉnh cần thiết để giảm tải cho hệ thống điện, tối ưu hóa việc sử dụng công suất của các nhà máy nhiệt điện trong suốt cả năm.
Bước 4: Điều chỉnh phân bố công suất bảo đảm nhằm tối ưu hóa hiệu suất của các NMTĐ Việc điều chỉnh này cần xem xét đặc điểm riêng của từng hồ để giảm áp lực cân bằng công suất và điện năng Mục tiêu là duy trì sự ổn định cho công suất làm việc lớn nhất của các nguồn nhiệt điện trong suốt các tháng trong năm.
Bước 5: Kiểm tra các ràng buộc của hồ chứa bằng cách tính toán thuỷ năng dựa trên công suất trung bình hàng tháng đã xác định ở bước 4 Nếu các ràng buộc không được thoả mãn, cần điều chỉnh lại phân bố công suất bảo đảm Quá trình điều chỉnh có thể ảnh hưởng đến điện năng bảo đảm ban đầu do thay đổi chế độ cấp trữ Đồng thời, bước này cũng giúp xác định công suất khả dụng của các NMTĐ trong từng tháng Sau đó, quá trình điều chỉnh sẽ tiếp tục lặp lại từ bước 2.
Quá trình điều chỉnh diễn ra liên tục cho đến khi đạt được sự cân bằng ở bước 3, cho thấy rằng công suất làm việc tối đa của nguồn nhiệt điện chỉ thay đổi rất ít giữa các tháng hoặc không thể điều chỉnh thêm.
Xây dựng Biểu đồ điều phối cho các NMTĐ
4.2.1.Mục đích xây dựng BĐĐP
Phục vụ cho việc điều khiển chế độ làm việc của các NMTĐ
Nghiên cứu lựa chọn phương thức phối hợp điều khiển chế độ làm việc của các NMTĐ (phương thức huy động nguồn TĐ trong HTĐ)
4.2.2 Phương pháp xây dưng BĐĐP
Để đảm bảo an toàn trong cung cấp điện và nâng cao hiệu quả kinh tế từ nguồn thủy điện, biểu đồ điều phối hồ chứa của từng nhà máy thủy điện cần phản ánh rõ các vùng đặc trưng sau đây.
1 Vùng NMTĐ phát Nbd (vùng Nbd)
2 Vùng NMTĐphát N > Nbd (vùng tăng công suất).
3 Vùng NMTĐ phát N < Nbd (vùng hạn chế công suất)
4 Vùng xả (hạn chế) nước thừa
Các vùng trên được giới hạn bởi các đường:
+ Đường cung cấp Nbd - đường giới hạn trên
+ Đường hạn chế công suất - đường giới hạn dưới.
+ Đường phòng ngừa nước thừa
Xây dựng biểu đồ điều phối bao gồm việc thiết lập các đường cung cấp Nbd và đường hạn chế công suất, với trọng tâm chính là hai đường này.
Việc phân vùng biểu đồ điều phối là tương đối và phụ thuộc vào đặc điểm cũng như nhiệm vụ của từng hồ Mỗi biểu đồ sẽ có những vùng đặc trưng riêng, chẳng hạn như đối với các hồ lợi dụng tổng hợp, cần phải bổ sung vùng cung cấp nước để đảm bảo cho các ngành sử dụng nước và phòng chống lũ cho khu vực hạ du.
Đường cung cấp Nbd là giới hạn tối đa cho vùng phát Nbd, xác định điều kiện để tăng công suất của NMTĐ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện trong các giai đoạn tiếp theo.
- Tài liệu cần thiết tính toán thuỷ năng, xây dựng đường cung cấp Nbđ:
-Phân bố Nbđ của các NMTĐ
Để đảm bảo việc huy động nguồn thuỷ điện hiệu quả, cần phân tích lưu lượng thiên nhiên trong năm kiệt P = Ptk Việc lựa chọn một số năm thuỷ văn với phân bố lưu lượng khác nhau là cần thiết để tránh những sai lầm do chế độ thuỷ văn không ổn định gây ra.
Trong nghiên cứu về điều kiện năm kiệt P = Ptk, 26 quy chúng đã được xác định để thu thập một nhóm năm thủy văn tương đương về lượng nước Tuy nhiên, phân bố lưu lượng giữa các năm này lại hoàn toàn khác nhau Đối với các nhà máy thủy điện trên bậc thang, việc lựa chọn nhóm năm thủy văn cần phải xem xét sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các trạm thủy điện.
Phương pháp xây dựng hồ chứa điều tiết mùa và năm yêu cầu hồ chứa phải đầy vào cuối mùa lũ, với dung tích hữu ích được sử dụng hết vào cuối mùa cấp Tính toán thuỷ năng được thực hiện ngược chiều so với trữ nước và cấp nước, giúp đảm bảo an toàn cung cấp điện trong các tháng chuyển tiếp từ kiệt sang lũ Để xác định giới hạn mực nước, cần tính toán thuỷ năng theo chiều thuận, dựa vào phân bố lưu lượng hàng năm trong nhóm năm thuỷ văn đã chọn Mục tiêu là xác định đường thay đổi mực nước thượng lưu theo thời gian, có thể áp dụng phương pháp tính thuỷ năng khi biết công suất.
Sơ đồ thuật toán tính toán thủy năng theo phương pháp N = h/s
Kết quả tính toán thuỷ năng theo chiều nghịch và thuận cho nhóm năm thuỷ văn cho phép vẽ nhóm đường thay đổi mực nước hồ theo thời gian Việc vẽ đường bao trên của nhóm đường này sẽ tạo ra đường cung cấp Nbđ (đường I, hình 4-1) Đối với các hồ có yêu cầu lợi dụng tổng hợp, cần xem xét các ràng buộc liên quan khi vẽ đường bao trên.
4.2.2.2 Xây dựng đường hạn chế công suất Đường hạn chế công suất cho biết trong trạng thái nào của hồ thì NMTĐ không thể phát được Nbđ Nhóm đường Ztl(t) đã vẽ được trên đây đều thoả mãn điều kiện cung cấp điện an toàn nên vùng chúng chiếm trên biểu đồ chính là vùng NMTĐ phát Nbđ Đường bao dưới của vùng đó chính là đường hạn chế công suất, hay còn gọi là đường giới hạn dưới (đường II, hình 4-1)
Hình 4 - 1 Minh họa các bước xây dựng BĐĐP
Phương pháp sử dụng Biểu đồ điều phối để điều khiển các NMTĐ
4.3.1 Nguyên tắc chung sử dụng BĐĐP
Biểu đồ điều phối là công cụ quan trọng giúp người điều độ đưa ra quyết định chính xác về việc điều chỉnh công suất của NMTĐ trong bối cảnh thông tin về phân bố lưu lượng thiên nhiên không ổn định Tuy nhiên, biểu đồ này không cung cấp thông tin cụ thể về mức độ tăng hoặc giảm công suất cần thiết.
Lưu lượng thiên nhiên tại các công trình thủy điện ở nước ta rất không ổn định trong suốt năm Để đảm bảo an toàn và tránh hậu quả nghiêm trọng, trong giai đoạn đầu của mùa kiệt và mùa lũ, cần vận hành các nhà máy thủy điện với công suất bảo đảm Sau đó, việc so sánh mực nước thực tế trong hồ với mực nước theo biểu đồ điều phối tại cùng thời điểm là cần thiết Kết quả so sánh này sẽ giúp người điều độ đưa ra quyết định quan trọng về việc điều chỉnh công suất của nhà máy thủy điện trong thời gian tiếp theo.
Để tăng công suất trung bình ngày đêm, cần đảm bảo rằng mực nước thực tế cao hơn đường cung cấp công suất đảm bảo, tức là nằm trong vùng B như thể hiện trong Hình 4-2.
Giảm công suất trung bình ngày đêm xuống dưới Nđb khi mực nước thực tế của hồ thấp hơn mực nước tương ứng trên đường hạn chế công suất, tức là đường giới hạn dưới.
- Tiếp tục duy trì công suất đảm bảo nếu mực nước thực tế của hồ vẫn nằm trong vùng A (Hình 4-2)
Để tối ưu hóa hoạt động của nhà máy thủy điện, cần điều chỉnh công suất trung bình theo chu kỳ ngày đêm và duy trì công suất mới trong giai đoạn tiếp theo Sau đó, so sánh mực nước thực tế của hồ với mực nước ở cùng thời điểm trên các đường điều phối, từ đó lặp lại quy trình điều chỉnh công suất của nhà máy.
Biểu đồ điều phối chỉ cung cấp thông tin về thời điểm cần tăng hoặc giảm công suất của NMTĐ so với công suất đảm bảo, mà không chỉ ra các yếu tố khác liên quan.
Để điều chỉnh công suất (sản lượng điện) của nhà máy thủy điện (NMTĐ), cần xác định chính xác công suất trong từng vùng của biểu đồ điều phối Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và đảm bảo cung cấp điện ổn định.
Hiệu quả của phương thức tăng, giảm công suất của từng NMTĐ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
- Vai trò của nhà máy thuỷ điện trong hệ thống
- Tương quan giữa lượng nước thiên nhiên với dung tích hữu ích của hồ
- Ảnh hưởng độ sâu làm việc của hồ đến cột nước của nhà máy
- Yêu cầu lợi dụng tổng hợp
4.3.2 Phương pháp tăng, giảm công suất NMTĐ - phương thức sử dụng nước thừa, thiếu
Xác định công suất trung bình ngày đêm N nđ của NMTĐ trong vùng tăng công suất
Vào ngày 1 tháng 3, mực nước thực tế của hồ ZTl1/III cao hơn mực nước của đường cung cấp Nbđ Ztr1/III một đoạn ∆Z Từ mối quan hệ Ztl = Z tl (V), ta có thể xác định lượng nước dư ∆V d so với lượng nước cần thiết để phát Nđb Lượng nước dư này có thể được sử dụng để tăng công suất NMTĐ thông qua nhiều phương thức khác nhau.
Trong phương thức này lượng nước dư ∆Vd được sử dụng hết để tăng công suất cho
NMTĐ diễn ra ngay sau thời gian ∆t khi có nước dư, và thời gian ∆t được chọn tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể Trong ví dụ này, giả sử sử dụng hết ∆Vd trong tháng 3 (đường T1 trên Hình 4-2) Để xác định Nnđ trong khoảng thời gian ∆t, cần thực hiện các phép tính cụ thể.
Hình 4 - 2 Minh họa các phương thức tính toán theo BĐĐP
-Xác định lưu lượng sử dụng thêm để tăng công suất: ∆Q d = V du t
∆t tính bằng giây (ví dụ số giây trong tháng 3)
-Xác định lưu lượng phát điện: QTĐ = Q đbtr + ∆Qd
Trong đó: Qđbtr : Lưu lượng cần thiết để phát Nđb ứng với đường giới hạn trên của thời đoạn tương ứng.
-Xác định mực nước hạ lưu: Zhl = Z hl (Q TĐ )
-Xác định dung tích bình quân thời đoạn: V 2 d c
Trong đó: V đ : Dung tích đầu thời đoạn ứng với mực nước thực tế đầu thời đoạn Ztt đ
(trong thí dụ trên Ztt đ
V đb c : Dung tích đảm bảo cuối thời đoạn – Dung tích hồ ứng với mực nước hồ cuối thời đoạn nằm trên đường giới hạn trên Ztr c
Xác định mức nước thượng lưu trung bình thời đoạn Z tl :
Z tl được xác định trên đường đặc tính dung tích hồ ứng với V
Để xác định cột nước trung bình trong thời đoạn, công thức H = Z tl − Z hl − h w được sử dụng, trong đó h w là tổn thất cột nước từ đường tổn thất cột nước ứng với QTĐ Đồng thời, công suất trung bình ngày đêm N nd có thể được xác định thông qua nhiều phương pháp khác nhau.
Sử dụng đường đặc tính lưu lượng tổ máy Trong cách này trước hết cần xác định:
Q tm : Lưu lượng của 1 tổ máy, Qtm = Q TD
Z: Số tổ máy đang làm việc.
Với H , Q tm và từ đường đặc tính lưu lượng tổ máy sẽ xác định được công suất trung bình ngày đêm của 1 tổ máy Nnđ tm
Công suất trung bình ngày đêm của NMTĐ bằng: N nd = Z N nd tm
Trong trường hợp có đường đặc tính lưu lượng của toàn bộ NMTĐ thì ta tìm ngay được N nd của NMTĐ tương ứng với H và Q TĐ
Sử dụng đường đặc tính lưu lượng tổ máy khi Ztl = Const giúp xác định công suất trung bình ngày đêm, thuận lợi cho người điều độ và đánh giá tổn thất cột nước Phương pháp này không yêu cầu tính H mà chỉ cần tính Ztl Hình 4-4 minh họa sơ đồ xác định Nnd tm, từ đó có thể tính được Nnd = Z.Nnd tm.
Việc xây dựng đặc tính lưu lượng tổ máy khi Ztl = const cho các NMTĐ rất phức tạp và tốn thời gian Phương pháp này chỉ hiệu quả trong mùa kiệt, do đó lần này, việc xác định Nnđ chỉ áp dụng cách trên.
Khi xác định được N nd và kiểm tra điều kiện N nd < N KD, chúng ta cho NMTĐ hoạt động với công suất N nd Điều này sẽ tiếp tục cho đến khi mực nước thực tế đạt đến mức quy định trong khoảng thời gian ∆t.
33 hồ vẫn còn cao hơn mực nước cùng thời điểm trên đường giới hạn trên Khi mực nước thực tế nằm trong vùng A NMTĐ lại làm việc với Nđb
Hình 4 - 3 Sơ đồ xác định Nnd
Hình 4 - 4 Sơ đồ xác định Nnd
Trong điều kiện bình thường, việc điều chỉnh công suất NMTĐ chỉ thực hiện cho một thời đoạn, thời gian này có thể dài hay ngắn tùy thuộc vào chế độ thuỷ văn lũ kiệt Tuy nhiên, trong trường hợp xảy ra sự cố, cần phải tiến hành điều chỉnh ngay lập tức để khôi phục hoạt động bình thường của hệ thống điện.
Phương thức sử dụng ngay lượng nước dư có 34 đặc điểm quan trọng, giúp tăng nhanh công suất của các nhà máy thủy điện (NMTĐ), nhưng cũng gây khó khăn trong vận hành các nhà máy nhiệt điện do mực nước hồ giảm nhanh Điều này làm giảm hiệu quả năng lượng trong mùa kiệt, tuy nhiên, phương thức này lại hạn chế được tình trạng xả thừa nước Do đó, nó thích hợp cho những NMTĐ mà chế độ mực nước hồ không ảnh hưởng đáng kể đến tổng sản lượng điện, đặc biệt khi hệ số điều tiết không lớn và yêu cầu an toàn cung cấp điện cũng như an toàn công trình được đảm bảo.
Giữ ∆Vd lại trong hồ một thời gian và chỉ dùng nó để tăng công suất trong thời đoạn trước mùa lũ (cuối mùa kiệt)
Các phương thức phối hợp khai thác các NMTĐ trên cùng hệ thống bậc thang
Xác định phương thức xử lý nước thừa và thiếu của các NMTĐ trong hệ thống bậc thang là rất quan trọng cho việc xây dựng nguyên tắc vận hành các NMTĐ tại Việt Nam Việc vận hành cần được thực hiện một cách thống nhất, mang lại lợi ích cho toàn hệ thống điện Sự thống nhất trong điều khiển các NMTĐ đòi hỏi sự phối hợp hợp lý trong khai thác các hồ chứa và chế độ hoạt động của nhà máy nhiệt điện, dựa trên phân tích đặc điểm và khả năng điều tiết của từng hồ Đồng thời, cần tận dụng độ lệch pha và khả năng không đồng thời của dòng chảy trên các sông để tối ưu hóa hiệu suất.
Mục đích của việc phối hợp khai thác các hồ chứa NMTĐ trong các năm thủy văn khác nhau là nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nguồn thủy năng Điều này có thể đạt được thông qua việc phối hợp xử lý nước thừa và thiếu tại các nhà máy thủy điện, cụ thể là điều chỉnh công suất tăng hoặc giảm so với công suất đảm bảo.
4.4.2 Phương thức phối hợp khai thác các NMTĐ trên cùng hệ thống bậc thang
Các trạm thủy điện (TTĐ) có sự khác biệt về tỷ lệ tham gia vào cân bằng hệ thống, cũng như khả năng điều tiết và điều kiện làm việc của hồ chứa Hơn nữa, dòng chảy trên các sông không xuất hiện với tần suất giống nhau trong mỗi năm thủy văn.
Trong bối cảnh hiện nay, việc phối hợp khai thác hợp lý các hồ chứa nước của nhà máy thủy điện (NMTĐ) sẽ nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đồng thời tăng cường hiệu quả sử dụng nguồn nước bằng cách hạn chế xả nước và nâng cao hệ số sử dụng.
Trong quá trình khai thác hồ chứa thủy điện, nếu mực nước ở tất cả các hồ đều nằm trong vùng A của biểu đồ, các thủy điện sẽ hoạt động theo nhu cầu bảo đảm.
40 mà không cần xử lý gì thêm Việc phối hợp điều chỉnh chế độ làm việc của các TTĐ chỉ phải tiến hành khi gặp các tình huống sau:
1 Tình huống thứ nhất: khi mực nước của các hồ đều năm trong vùng B của biểu đồ điều phối, tức là khi tất cả các TTĐ đều có khả năng sử dụng nước dư để tăng công suất
2 Tình huống thứ 2: khi mực nước của các hồ đều năm trong vùng C của biểu đồ điều phối, tức là khi tất cả các TTĐ đều thiếu nước
3 Tình huống thứ 3: khi các hồ không có cùng trạng thái làm việc (vùng làm việc khác nhau)
4.4.2.1 Phối hợp chế độ làm việc khi các TTĐ đều có nước dư
Trong tình huống này, việc phối hợp chế độ làm việc nhằm:
- Tận dụng lượng nước dư ở tất cả các TTĐ
- Sử dụng lượng dư đó với cột nước cao
Việc điều khiển toàn bộ hệ thống sẽ trở nên thuận lợi hơn khi chọn phương thức sử dụng nước dư phù hợp cho từng trạm thủy điện (TTĐ) Sau đó, cần xác định phương thức phối hợp chế độ làm việc giữa các TTĐ để tối ưu hóa hiệu quả vận hành.
* Chọn phương thức sử dụng nước dư cho từng TTĐ
Trong mùa kiệt, việc lựa chọn phương thức sử dụng nước dư chủ yếu nhằm nâng cao hiệu quả và thuận lợi cho việc điều hành hệ thống, đồng thời cần đảm bảo sử dụng hết dung tích hữu ích vào cuối mùa (trừ Hòa Bình) Các đặc trưng sau đây có thể được sử dụng làm căn cứ để đưa ra quyết định.
Hct/Hmax là chỉ số thể hiện mức độ ảnh hưởng của chế độ mực nước hồ đến H Khi giá trị hct/Hmax càng lớn, tức là chế độ mực nước hồ có ảnh hưởng mạnh mẽ hơn, thì mực nước hồ cần được duy trì ở mức cao hơn để đảm bảo hiệu quả.
Đại lượng này thể hiện vai trò quan trọng của lượng nước thiên nhiên hoặc Vhi trong việc duy trì mực nước hồ của TTĐ Sự lớn của đại lượng này góp phần quyết định đến Emk của hệ thống.
41 cao, ngược lại thì không nên tập trung sử dụng nước dư vào cuối mùa kiệt để tránh tình trạng dung tích hồ không dung hết
Tỷ trọng của thủy điện (TTĐ) đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng hệ thống năng lượng Đối với thủy điện có tỷ trọng nhỏ, có thể tận dụng lượng nước dư để tăng công suất mà không ảnh hưởng đến hoạt động của tổ máy Ngược lại, đối với thủy điện có tỷ trọng lớn, cần sử dụng nước dư một cách dần dần để tăng công suất hiệu quả.
Trong mùa lũ, các trạm thủy điện điều tiết mùa như Hòa Bình và Trị An thường xuyên phải xả nước thừa để phòng ngừa lũ lụt Do không thể dự đoán chính xác thời điểm bắt đầu và kết thúc của lũ, phương pháp thường được áp dụng là sử dụng ngay lượng nước dư Nếu không có khả năng xảy ra lũ, nước có thể được sử dụng dần dần Đối với các trạm thủy điện điều tiết nhiều năm như Thác Bà và Thác Mơ, việc sử dụng lượng nước dư nên được thực hiện từ từ, vì không lo về tình trạng xả thừa.
* Phương thức phối hợp sử dụng nước dư giữa các TTĐ
Trong mùa kiệt, các trạm thủy điện (TTĐ) có tỷ trọng nhỏ sẽ chủ động sử dụng nguồn nước dư theo phương thức riêng Quyết định tăng công suất sẽ được đưa ra bởi người điều độ, tùy thuộc vào nhu cầu của hệ thống và các TTĐ có tỷ trọng lớn hơn sẽ được ưu tiên.
Mùa lũ là thời điểm các trạm thủy điện (TTĐ) phải xả nước để điều tiết, vì vậy cần tận dụng lượng nước dư ngay lập tức để tránh xả thừa Quyết định sử dụng nước dư sẽ phụ thuộc vào khả năng tiếp nhận công suất tăng thêm của hệ thống và khả năng truyền tải của đường dây Người điều độ sẽ xác định thời điểm và cách sử dụng nguồn nước dư từ các TTĐ điều tiết nhiều năm.
4.4.2.2 Phối hợp chế độ làm việc khi các TTĐ đều thiếu nước
Trong tình huống này, việc phối hợp chế độ làm việc nhằm:
- Giảm công suất thiếu hụt
- Giảm nhỏ điện năng thiếu do thiếu nước, tránh căng thẳng cho hệ thống
* Chọn phương thức giảm công suất cho từng TTĐ Để lựa chọn phương thức giảm công suất cần căn cứ vào:
- mức độ ảnh hưởng của chế độ mực nước hồ đến sản lượng điện (hiệu quả cấp nước)
Các thủy điện lớn như Hòa Bình, Trị An, Sơn La và Yaly đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, và việc thiếu nước tại các nhà máy này có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng Do đó, nên áp dụng phương thức thứ 3 để giảm công suất, hạn chế thiếu điện và giảm thiểu tình trạng thiếu nước cho hạ du Phương thức này cũng cho phép tăng lưu lượng nước, từ đó nâng cao sản lượng điện Đối với các thủy điện nhỏ như Thác Bà, nếu điều kiện cho phép, nên sử dụng phương thức 1 để giảm công suất, và trong trường hợp bắt buộc, áp dụng phương thức 2 Còn với các thủy điện như Đa Nhim và Thác Mơ, có sản lượng điện ít phụ thuộc vào mực nước, nên ưu tiên phương thức 2 để giảm công suất, nhưng nếu có điều kiện thuận lợi, phương thức 1 sẽ được sử dụng.
* Phương thức phối hợp giảm công suất giữa các TTĐ
ÁP DỤNG NGHIÊN CỨU CHO CÁC NMTĐ TRONG HỆ THỐNG BẬC THANG TRÊN SÔNG SÊ SAN GIAI ĐOẠN 20 15-2020
Tổng quan về các NMTĐ của hệ thống bậc thang
Sông Sê San, một trong những nhánh lớn của lưu vực hạ du sông Mê Kông, được biết đến với trữ năng thuỷ điện lớn thứ ba tại Việt Nam, chỉ sau sông Đà và sông Đồng Nai Chảy qua hai tỉnh Gia Lai và Kon Tum, sông Sê San có tổng chiều dài 237 km và diện tích lưu vực lên tới 11.450 km², bao gồm hai nhánh chính: Krông Pôkô ở phía hữu ngạn và Đăk Bla ở phía tả ngạn.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào các trạm thủy điện trên nhánh KrôngPôkô phía hữu ngạn, bao gồm 5 trạm: 3 trạm điều tiết năm (Pleikrong, Yaly, Sê san 4) và 2 trạm điều tiết ngày (Sê san 3, Sê san 3A) Việc xây dựng và sử dụng BĐĐP để điều khiển chế độ làm việc của các trạm thủy điện được thực hiện chủ yếu cho các trạm điều tiết dài hạn, đặc biệt khi dòng chảy không ổn định và dự báo dài hạn không đáng tin cậy Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ tính toán cho 3 trạm: Pleikrong, Yaly và Sê san 4.
Hình 5 - 1 Sơ đồ hệ thống bậc thang các nhà máy thủy điện trên sông Sê san
Thủy điện Pleikrông, tọa lạc tại tỉnh Kon Tum, được xây dựng trên sông Krông Pôkô, một nhánh lớn của thượng lưu sông Sê San Toàn bộ các hạng mục của công trình nằm trong địa phận xã Sa Bình, huyện Sa Thầy và xã Kroong, thị xã Kon Tum.
Hồ chứa có thông số chính là MNDBT = 570m và MNC = 537m, với nhiệm vụ chính là phát điện Công suất lắp máy đạt 100MW, sản lượng điện bình quân hàng năm đạt 417,2 triệu kWh Công trình này cũng góp phần gia tăng sản lượng cho các dự án thủy điện ở hạ lưu, với tổng sản lượng bổ sung là 289,8 triệu kWh.
Thủy điện Ialy tọa lạc tại huyện Chư Păh, tỉnh Gia Lai và huyện Sa Thầy, TP Kon Tum, tỉnh Kon Tum Tổng diện tích của thủy điện này lên tới 7.226,55 ha, trong đó huyện Chư Păh chiếm 2.248,5 ha, bao gồm hồ chứa nước 2.000 ha, khu phụ trợ bờ trái và đập 246 ha, cùng với đường dây 500KV và đường vận hành 2,5 ha.
Nhà máy thủy điện Ialy được khởi công năm 1993 và hoàn thành vào năm
2003, Thông số chính hồ chứa: MNDBT = 515m, MNC = 490m., nhà máy có công suất lắp máy là 720MW, với 4 tổ máy, điện lượng trung bình hằng năm là 2,68 tỷ KWh
Công trình thủy điện Sê San 4 được khởi công xây dựng vào tháng 12/2004 tại xã IaO, huyện IaGrai, tỉnh Gia Lai và xã Mo Ray, huyện Sa Thầy, tỉnh Kon Tum Hồ chứa nước của công trình này được tích vào tháng 7/2009, và đến tháng 3/2010, cả ba tổ máy đã chính thức phát điện.
Công trình thủy điện Sê San 4 có tổng diện tích lên tới 6.403,17 ha, bao gồm hồ chứa rộng 5.841 ha, trong đó có 562,17 ha đất sản xuất nông nghiệp Ngoài ra, diện tích đất tái định cư là 69,01 ha và đất tái định canh chiếm 493,16 ha.
Thông số chính hồ chứa: MNDBT = 215m, MNC = 210m Nhà máy có công suất lắp máy là 360 MW, với 3 tổ máy, điện lượng trung bình hàng năm là 1.494, triệu kWh.
Các số liệu sử dụng trong tính toán
Tài liệu thủy văn liệt Qtb tháng từ năm (1960-1961) đến năm (2000-2001) Xem phụ lục bảng I-1:
Tiến hành thu phóng một nhóm năm thuỷ văn tương đương với năm kiệt P = 90% về lượng nước, nhưng có sự phân bố lưu lượng khác nhau Kết quả được trình bày trong bảng 5-1.
Bảng 5 - 1 Các năm thủy văn chọn được khi đã tiến hành thu phóng
Tháng Năm 1 Năm 2 Năm 3 Năm 4 Năm 5
Bảng 5 - 2 Số liệu về phân bố công suất bảo đảm
Bảng 5 - 3 Số liệu về đặc tính thiết bị quan hệ Nkd -H-Q và H-K
-Số liệu các quan hệ lòng hồ, quan hệ hạ lưu, quan hệ tổn thất xem phụ lục bảng I-2, I-3, I-4, I-5, I-6
-Tài liệu thủy văn liệt Qtb tháng từ năm (1960-1961) đến năm (2000-2001) Xem phụ lục bảng I-7
Tiến hành thu phóng một nhóm năm thuỷ văn có lượng nước tương đương với năm kiệt P = 90%, nhưng với sự phân bố lưu lượng khác nhau Kết quả được trình bày trong bảng 5-4.
Bảng 5 - 4 Các năm thủy văn chọn được khi đã tiến hành thu phóng
Tháng năm 1 năm 2 năm 3 năm 4 năm 5
Bảng 5 - 5 Số liệu về phân bố công suất bảo đảm:
Bảng 5 - 6 Số liệu về đặc tính thiết bị quan hệ Nkd -H-Q và H-K:
-Số liệu các quan hệ lòng hồ, quan hệ hạ lưu, quan hệ tổn thất xem phụ lục
-Tài liệu thủy văn liệt Qtb tháng từ năm (1960-1961) đến năm (2000-2001) Xem phụ lục bảng I-13
Tiến hành thu phóng một nhóm năm thuỷ văn tương đương với năm kiệt P = 90% về lượng nước, mặc dù có sự phân bố lưu lượng hoàn toàn khác nhau Kết quả được trình bày trong bảng 5-7.
Bảng 5 - 7 Các năm thủy văn chọn được khi đã tiến hành thu phóng
Tháng năm 1 năm 2 năm 3 năm 4 năm 5
Bảng 5 - 8 Số liệu về phân bố công suất bảo đảm:
-Số liệu các quan hệ lòng hồ, quan hệ hạ lưu, quan hệ tổn thất xem phụ lục
Bảng 5 - 9 Số liệu về đặc tính thiết bị quan hệ Nkd -H-Q và H-K
Kết quả phân phối điện năng bảo đảm cho các NMTĐ trong hệ thống bậc thang
Phân bố công suất bảo đảm của các NMTĐ được xác định dựa trên cân bằng công suất của hệ thống cho phụ tải năm 2015 và các giới hạn mực nước theo quy định của EVN Quy trình xác định này rất phức tạp, yêu cầu tài liệu đầy đủ về hệ thống điện, dự báo nhu cầu tiêu thụ, và đặc điểm của các NMTĐ Trong luận văn này, tôi sử dụng số liệu phân bố công suất bảo đảm từ Viện Năng lượng Việt Nam.
Kết quả xây dựng Biểu đồ điều phối cho các NMTĐ trong hệ thống bậc thang
Phân bố công suất bảo đảm của các NMTĐ được xác định dựa trên cân bằng công suất của hệ thống cho phụ tải năm 2015 và các quy định về mực nước của EVN Việc xác định phân bố công suất bảo đảm rất phức tạp, yêu cầu tài liệu đầy đủ về hệ thống điện, dự báo nhu cầu tiêu thụ, và đặc điểm của các NMTĐ Trong luận văn này, tôi sử dụng số liệu phân bố công suất bảo đảm từ Viện Năng lượng Việt Nam.
5.4 Kết quả xây dựng Biểu đồ điều phối cho các NMTĐ trong hệ thống bậc thang
5.4.1 Bảng tính xây dựng BĐĐP
Để xây dựng biểu đồ theo phương pháp đã trình bày, bạn cần sử dụng phần mềm Excel trên máy tính với các hàm tối ưu Quy trình thực hiện sẽ theo phương pháp lập bảng.
Tháng Qtn Ztld Ztlc ∆Z Vd Vc ∆V Vtb Ztb Ftb
Qth hbh Qbh Qfd Zhl hw H N Nbd e ecf k
Cột 1: Các tháng thủy văn sắp xếp từ đầu mùa kiệt đến cuối mùa lũ
Cột 2: Lưu lượng thiên nhiên của năm thủy văn được chọn đã thu phóng
Cột 3: Mực nước thượng lưu đầu thời đoạn tính toán
Cột 4: Mực nước thượng lưu cuối thời đoạn tính toán
Cột 5: Chênh lệch mực nước thượng lưu đầu và cuối thời đoạn tính toán
Cột 6: Dung tích hồ chứa đầu thời doạn tính toán tra quan hệ Z-V ứng với Ztld Cột 7: Dung tích hồ chứa cuối thời doạn tính toán tra quan hệ Z-V ứng với Ztlc Cột 8: Chênh lệch dung tích hồ đầu và cuối thời đoạn tính toán
Cột 9: Dung tích hồ chứa trung bình Vtb 2 d c
Cột 10: Mực nước trung bình của hồ chứa tra quan hệ Z-V ứng với Vtb
Cột 11: Diện tích trung bình của hồ chứa tra quan hệ F-V ứng với Vtb
Cột 12: Lưu lương thấm Q th = Vtb t α
∆ ∆ t = 2.628.10 6 (s) Cột 13: Cột nước bay hơi ứng với từngthời đoạn tính toán
Cột 14: Lưu lượng bay hơi của hồ chứa Q bh = h Ftb bh
Cột 15: Lưu lượng phát điện của TTĐ Qfd = Q tn + V t
∆ - Q bh - Q th Cột 16: Mực nước hạ lưu nhà máy tra quan hệ Q-Zhl ứng với Qfd
Cột 17: Cột nước tổn thất tra quan hệ Q-Hw ứng với Qfd
Cột 18: Cột nước phát điện của TTĐ H = Ztb- Zhl- Hw
Cột 19: Công suất phát của TTĐ N = K.Qfd.H
Cột 20: Công suất bảo đảm của TTĐ
Cột 21: Sai số giữa công suất phát và công suất bảo đảm của TTĐ e = N- Nbd
Cột 22: Sai số cho phép
Cột 23: Hệ số công suất K tra quan hệ H-K ứng với H
5.4.2 Kết quả xây dựng BĐĐP
Kết quả tính toán đã giúp xây dựng BĐĐP cho các TTĐ, chi tiết có trong phụ lục bảng tính phần II.
Hình 5 - 2 Kết quả nhóm các đường Ztl(t), đường bao trên và đường bao dưới
Hình 5 - 4 Kết quả nhóm các đường Ztl(t), đường bao trên và đường bao dưới
Hình 5 - 6 Kết quả nhóm các đường Ztl(t), đường bao trên và đường bao dưới
- Các BĐĐP đều đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện trong điều kiện phân phối lưu lượng thiên nhiên rất không ổn định
Mực nước thượng lưu vào cuối mùa kiệt đạt mức cao hơn đường giới hạn trên của MNC, cho phép tăng sản lượng điện và công suất khả dụng của nhà máy thủy điện trong điều kiện nước dồi dào.
Phân bố Nbđ và lưu lượng thiên nhiên có tác động đến đường giới hạn trên và giới hạn dưới, tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng này phụ thuộc vào đặc tính của từng NMTĐ.
BĐĐP được thiết lập dựa trên phân bố suất đảm bảo phù hợp với yêu cầu phụ tải năm 2015 và các quy định về mực nước thượng hạ lưu cho từng hồ Khi có sự thay đổi trong các điều kiện này, BĐĐP cần được điều chỉnh để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả.
5.5 Chọn phương thức khai thác từng NMTĐ và phương thức phối hợp khai thác các NMTĐ trong hệ thống bậc thang
5.5.1 Bảng tính sử dụng BĐĐP để khai thác hồ chứa các NMTĐ
Sau khi hoàn thành BĐĐP cho các trạm thủy điện (TTĐ), chúng tôi sẽ sử dụng BĐĐP để mô phỏng quá trình hoạt động của các TTĐ dựa trên các phương thức sử dụng nước đã đề cập Cụ thể, trong mùa kiệt, chúng tôi áp dụng phương thức 1 và 3 để điều chỉnh công suất, trong khi mùa lũ chỉ sử dụng phương thức 1 do tính không chắc chắn về thời gian bắt đầu và kết thúc lũ Thời gian giữa hai thời điểm này thường rất ngắn, vì vậy phương thức 1 là lựa chọn chính Chỉ những hồ có khả năng điều tiết nhiều năm hoặc không còn khả năng xảy ra lũ mới có thể áp dụng phương thức 2 hoặc 3.
Quá trình tính toán được thực hiện trên máy tính bằng phần mềm Excel với các hàm tối ưu Tính toán được thực hiện cho ba năm điển hình, tương ứng với các tần suất 10%, 50% và 90% Trình tự thực hiện theo phương pháp lập bảng tính.
5.5.1.1.Tính lưu lượng bảo đảm ứng với đường giời hạn trên và dưới (Qbđ) Để tính lưu lượng phát điện (Qfđ) cho từng phương thức, đầu tiên cần tính Qbđ ứng với các đường giớihạn Sau đó, việc xác định Qfđ từng thời đoạn sẽ dựa trên lượng nước thừa, thiếu và cách xác định phần lưu lượng tăng, giảm theo từng phương thức
Tháng Q Ztld Ztlc Vtld Vtlc Vtb Ftb Qth Hbh
Qbh Qfd Ztb Zhl Hw H Kn N Nbd
Cột 1: Các tháng thủy văn sắp xếp từ đầu mùa kiệt đến cuối mùa lũ
Cột 2: Lưu lượng bảo đảm
Cột 3: Mực nước thượng lưu đầu thời đoạn tính toán
Cột 4: Mực nước thượng lưu cuối thời đoạn tính toán
Cột 5: Dung tích hồ chứa đầu thời doạn tính toán tra quan hệ Z-V ứng với Ztld Cột 6: Dung tích hồ chứa cuối thời doạn tính toán tra quan hệ Z-V ứng với Ztlc
Cột 7: Dung tích trung bình hồ chứa, Vtb 2
Cột 8: Diện tích trung bình của hồ chứa tra quan hệ F-V ứng với Vtb
Cột 9: Lưu lương thấm Q th = Vtb t α
∆ ∆ t = 2.628.10 6 (s) Cột 10: Cột nước bay hơi ứng với từng thời đoạn tính toán
Cột 11: Lưu lượng bay hơi của hồ chứa Q bh = h Ftb bh
∆ t ∆ t = 2.628.10 6 (s) Cột 12: Lưu lượng phát điện của TTĐ Qfd = Qtn - Qbh- Qth
Cột 13: Mực nước trung bình của hồ chứa tra quan hệ Z-V ứng với Vtb
Cột 14: Mực nước hạ lưu nhà máy tra quan hệ Q-Zhl ứng với Qfd
Cột 15: Cột nước tổn thất tra quan hệ Q-Hw ứng với Qfd
Cột 16: Cột nước phát điện của TTĐ H = Ztb- Zhl- Hw
Cột 17: Hệ số công suất K tra quan hệ H-K ứng với H
Cột 18: Công suất phát của TTĐ N = K.Qfd.H
Cột 19: Công suất bảo đảm của TTĐ
5.5.1.2 Bảng tính công suất và điện lượng theo BĐĐP
Tháng Ztr Zd Ztl Vtl Qtn ∆Q1 ∆Q2 ∆Q Qfd Nbd Ht ∆N Nt Et
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) Qxa Ztlc dQ dV Vc Vtr Vd Qbdtr Qbdd hw Zhl Kn Vtb Ztb Nkdh
Cột 1: Các tháng sắp xếp theo năm lịch
Cột 2: Mực nước ứng với đường cung cấp Nbd đầu thời đoạn tính toán
Cột 3: Mực nước ứng với đường hạn chế công suất đầu thời đoạn tính toán
Cột 4: Mực nước thượng lưu thực tế của hồ chứa đầu thời đoạn tính toán
Cột 5: Dung tích hồ chứa đầu thời đoạn tính toán tra quan hệ Z-V ứng với Ztl
Cột 6: Lưu lượng thiên nhiên đến hồ chứa
Cột 7: Lưu lượng sử dụng thêm để tăng công suất : ∆Q1 = V du t
∑ : Tổng số giây thời đoạn sử dụng nước dư từ thời điểm điều chỉnh
Cột 8: Lưu lượng sử dụng thêm để giảm công suất : ∆Q2 = V du t
∑ : Tổng số giây thời đoạn sử dụng nước dư từ thời điểm điều chỉnh
Cột 9: Lưu lượng sử dụng thêm để tăng hoặc giảm công suất
Cột 10: Lưu lượng phát điện của TTĐ Qfd = , ( )
Qbdtr Q Ztl Zd Qbdd Q Ztl Zd
Cột 11: Công suất bảo đảm của TTĐ
Cột 12: Cột nước tính toán, Ht = Ztb -Zhl -hw
Cột 13: Tổn thất công suất, ∆N = Kn.Qfd.hw
Cột 14: Công suất tính toán của TTĐ Nt = Kn.Qfd.Ht
Cột 15: Điện lượng tính toán của TTĐ Et = Nt.T , T = 730 (h)
Cột 16: Lưu lượng xả thừa
Cột 17: Mực nước thực tế của hồ chứa cuối thời đoạn, tra quan hệ Z-V, với Vc Cột 18: Cột nước phát điện của TTĐ H = Ztb- Zhl- Hw
Cột 19: Chênh lệch lưu lượng giữa Qfd và Qtn
Cột 20: Dung tích thừa hoặc thiếu ứng với dQ, dV = dQ.t , t = 2,628.10 6 (s)
Cột 21: Dung tích thực tế cuối thời đoạn, Vc = Vtl -dV
Cột 22: Dung tích hồ chứa ứng với Ztr, tra quan hệ Z-V
Cột 23: Dung tích hồ chứa ứng với Zd, tra quan hệ Z-V
Cột 24: Lưu lượng bảo đảm ứng với Ztr
Cột 25: Lưu lượng bảo đảm ứng với Zd
Cột 26: Tổn thất cột nước, tra quan hệ Q-hw
Cột 27: Mực nước há lưu, tra quan hệ Q-Zhl
Côt 28: Hệ số công suất Kn, tra quan hệ H-Kn
Cột 29: Dung tích trung bình của hồ chứa
Cột 30: Mực nước trung bình hồ chứa, tra quan hệ V-Z, với Vtb
Cột 31: Công suất khả dụ ứng với cột nước phát điện, tra quan hệ H-Nkdh
5.5.2 Tổng hợp kết quả khai thác hồ chứa của các NMTĐ
Kết quả tính toán đã giúp xác định phương thức khai thác cho các trạm thủy điện (TTĐ), chi tiết có thể xem trong các bảng tính ở phụ lục phần III.
Bảng 5 - 10 Kết quả Qbd TTĐ Pleikrong:
Bảng 5 - 11 Kết quả sản lượng điện lượng mùa kiệt TTĐ Pleikrong theo các phương thức
Năm Phương thức 3 Phương thức 1
Bảng 5 - 12 Kết quả sản lượng điện lượng năm TTĐ Pleikrong theo các phương thức
Sử dụng phương thức 3 cho phép tăng sản lượng điện mùa kiệt so với phương thức 1, dẫn đến tăng điện lượng năm Cụ thể, điện năng bảo đảm mùa kiệt tăng thêm 1460,10^3 kWh và điện lượng bình quân năm tăng thêm 870,10^3 kWh Điều này có thể giải thích bởi tỷ lệ max h ct của TTĐ Pleikrong.
Chế độ mực nước thượng lưu có ảnh hưởng lớn đến cột nước phát điện và sản lượng điện Việc áp dụng phương thức khai thác thứ ba sẽ giúp duy trì mực nước hồ ở mức cao hơn so với phương thức đầu tiên, từ đó tăng cột nước phát điện và sản lượng điện Phương thức này cũng cho phép điều chỉnh công suất linh hoạt, giúp vận hành hệ thống dễ dàng hơn Do đó, trong mùa kiệt, nên lựa chọn phương thức 3 để khai thác hồ chứa tại TTĐ Pleikrong, trong khi mùa lũ có thể xem xét sử dụng phương thức 1 hoặc 3 tùy theo tình hình.
Bảng 5 - 13 Kết quả Qbd TTĐ Yali:
Bảng 5 - 14 Kết quả sản lượng điện lượng mùa kiệt TTĐ Yali theo các phương thức
Bảng 5 - 15 Kết quả sản lượng điện lượng năm TTĐ Yali theo các phương thức
Sử dụng phương thức 3 có thể tăng sản lượng điện trong mùa kiệt so với phương thức 1, nhưng lại dẫn đến giảm sản lượng điện hàng năm Mặc dù vậy, tỷ lệ tối đa h ct vẫn cần được xem xét để đánh giá hiệu quả tổng thể.