Quy hoạch phát triển hệ thống điện sự phát triển của các hệ thống năng lượng

Chào bạn ! QUY HOCH PHT TRIN H THNG IN Biên soạn: PGS.TS Nguyễn Lân Tráng Bài mở đầu Nng l ng l mt thu hỳt s quan tõm ca mi quc gia mi thi i Lớ l vỡ nng l ng l ngun ng lc nht cho mi hot ng ca ngi nc ta phỏt trin nng lng ó c s quan tõm ca nh nc nhng cũn nhiu cha c gii quyt mt cỏch thu ỏo Vic QHPTNL bao gm nhiu lnh vc rng ln m ú QHPTHT l quan trng nht Nói chung nội dung việc QHPTHTĐ giải toán tối u ràng buộc theo ba bớc nh sau : Bướcư1ư: Lựa chọn mục tiêu, tiêu phát triển hạn chế hệ thống Bướcư2 : Xây dựng mô hình toán học HT cần NC Bướcư3 : Chọn phơng pháp toán học thích hợp tìm lời giải Những toán phát triển tối u hệ thống điện chia thành hai nhóm : Nhómư1 : Cho trớc vốn đầu t nguồn lực, cần khai thác sử dụng tối u để đạt kết tốt (ví dụ đạt sản lợng cao ) ưưưưưNhómư2 : Cho yêu cầu sản xuất (ví dụ cho sản lợng cần có ), cần làm cách để đạt đợc yêu cầu với chi phí nhỏ 1.1 Quá trình phát triển hệ thống lợng giới 1.2 Tình hình lợng giới 1.3 Dự báo nhu cầu lợng giới Chơng Sự phát triển hệ thống lợng 1.4 Tình hình lợng Việt Nam 1.5 Giá lợng sách quốc gia 1.6 Quản lí nhu cầu lợng 1.1 Quá trình phát triển hệ thống lợng giới 1.1.1 Lịch sử phát triển việc NI DUNG sử dụng lợng trái đất 1.1.2 Đặc điểm cách mạng khoa học kỹ thuật nửa cuối kỉ 20 mặt lợng 1.1.3 Những đặc điểm đặc trng hệ thống lợng 1.1.1 Lịch sử phát triển việc sử dụng lợng trái đất Hơn triệu năm trớc, loài ngời biết dùng lửa tự nhiên (sét, núi lửa), nhờ có lửa họ chống lại giá rét, chống dã thú ăn thịt, nu chín thức ăn Vào kỷ thứ XIX máy nớc biến nhiệt thành làm tăng thêm sức mạnh ngời sản xuất công nghiệp TBCN phát triển từ Vào năm cuối kỷ XIX động đốt đời dần thay máy nớc So với dạng lợng khác nh cơ, nhiệt, quang tợng điện từ đợc phát chậm Nhng việc khám phá tợng điện từ thúc đẩy mạnh mẽ cách mạng khoa học kĩ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí hoá, tự động hoá 1.1.1 Lịch sử phát triển việc sử dụng l ợng trái đất (tiếp theo) Các tợng có nguồn gốc điện từ đợc biết đến từ thời cổ đại Từ kỉ thứ VI trớc công nguyên ngời ta biết mẩu hổ phách đợc cọ sát hút vật nhỏ nhẹ đá nam châm hút mạt sắt Thuật ngữ điện(electric) có nguồn gốc từ Hylạp electron tức hổ phách Sau hàng loạt phát minh nhà bác học thúc đẩy trình phát triến ngành điện lực Năm 1882 nhà máy điện giới đời, việc tải dòng điện xoay chiều xa lần đợc thực Pháp vào năm 1884 Quan hệ công suất đơn vị phát với các loại nguồn lợng 300 năm qua đợc mô tả hình vẽ 109 108 107 106 10 10 10 102 101 100 10-1 Công suất đơn vị phát 1010 1700 guồng nớc máy nớc tuôcbin nớc tuôcbin nớc tuôcbin khí động đốt động gió sức ngời sức súc vật 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Lịch sử phát triển nguồn lợng t 10 1.1.2 Đặc điểm cách mạng khoa học kỹ thuật nửa cuối kỉ 20 mặt lợng Sự tăng vọt nhu cầu dạng lợng khác đặc biệt xâm nhập rộng rãi điện vào lĩnh vực hoạt động ngơì Sự phát triển mạnh mẽ phơng tiện vận tải thông tin Sự khám phá mỏ dầu khí việc áp dụng ph ơng pháp thăm dò đại bác bỏ quan điểm cũ khả hạn chế mỏ dầu Sự phát triển mạnh mẽ ngành lợng nguyên tử thành tựu to lớn vật lí học ngành kĩ thuật có liên quan 11 Mặc dù có chênh lệch chi phí hệ thống cung cấp, nhng giá bán dầu mazút Đan Mạch cao Đức đến 2,5 lần Ngợc lại tài xế ôtô Đan Mạch phải trả với giá nửa so với Anh, Italia, Bồ Đào Nha để mua gaz Nguồn gốc chênh lệch khác biệt biểu thuế Trong tất kinh tế thị trờng, biểu thuế đánh lên ngành giao thông mặt tỷ lệ thờng cao so với ngành công nghiệp dịch vụ khác Đầu tiên ôtô, ngời ta coi mặt hàng xa xỉ dành riêng cho tầng lớp có đặc quyền xã hội Nhng mà mặt hàng trở nên thông dụng, ngời ta nhanh chóng hiểu mức tiêu thu xăng phụ thuộc vào giá Vì mà giá xăng chịu biểu giá dao động từ 30% Mĩ đến 76% Italia 85 Những sản phẩm lợng sử dụng công nghiệp nói chung không bị đánh thuế, đánh thấp, điều nhằm đảm bảo khả cạnh tranh xí nghiệp Tuy nhiên, việc đánh thuế lên sản phẩm lợng đợc thực khác than đá, khí thiên nhiên, điện (suất thuế nhỏ không) dầu nặng, loại sản phẩm bị đánh thuế cao nớc có ý định thay dầu dạng lợng khác Năng lợng sử dụng khu vực dịch vụ sinh hoạt nằm vị trí trung gian Mức thuế trung bình từ 10% - 20% biểu giá bán, nhng có chênh lệch lớn nớc Dầu mazut nhẹ bị đánh thuế nặng với mục tiêu để ngời tiêu dùng tìm sản phẩm l ợng thay khác Biểu thuế đánh lên điện khí 86 1.6 Quản lí nhu cầu lợng 1.6.1 Khái niệm chung DSM DSM tập hợp giải pháp kĩ thuật, công nghệ, kinh tế-xã hội nhằm quản lí sử dụng điện cách hiệu hợp lí nhất, đồng thời cải thiện biểu đồ phụ tải để đạt hiệu sản xuất lợng tốt Hai chiến lợc mà DSM mang lại việc sản xuất tiêu thụ điện là: + Nâng cao hiệu suất sử dụng điện hộ dùng điện + Điều khiển nhu cầu điện phù hợp với khả cung cấp điện cách kinh tế Các quốc gia phát triển cha phát triển đã87tiến hành chơng trình quốc gia quản lý nhu cầu tiêu thụ 1.6.2 Sự biến thiên đồ thị phụ tải Phụ tải lợng có đặc điểm thờng biến đổi không đồng theo thời gian ngày (giờ cao điểm, thấp điểm), theo ngày (ngày làm việc, ngày nghỉ), theo mùa năm (mùa lạnh, mùa nóng) theo xác suất đóng cắt phụ tải cách ngẫu nhiên Sự phân bố không thờng giấc thói quen sinh hoạt, cách tổ chức sản xuất, làm việc nghỉ ngơi, thay đổi thời tiết Sự chênh lệch phụ tải lớn phụ tải thấp đồ thị phụ tải lớn làm cho việc vận hành hệ thống khó khăn, gây qúa tải cho nguồn 88 Đối với đồ thị phụ tải có thành phần phụ tải sinh hoạt lớn thờng độ chênh lệch phụ tải cao điểm phụ tải thấp điểm lớn Đó điều bất lợi cho hệ thống Ví dụ nớc ta, vào mùa khô, không đủ nớc cho nhà máy thuỷ điện, để "phủ" đợc nhu cầu cao điểm, hệ thống phải huy động loại nguồn có chi phí nhiên liệu lớn nh: diézel, nhà máy chạy dầu kể dầu DO phải cắt bớt tảicòn vào thấp điểm mùa nớc, ngừng hầu hết nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuỷ điện phải dừng bớt số tổ máy xả nớc thừa công suất tổng nhỏ Mặt khác cố ảnh hởng đến toàn hệ thống th ờng xảy vào cao điểm cháy máy biến áp, tụt lèo, đứt dây 89 Về mặt vận hành với đồ thị phụ tải biến động lớn, thành phần thay đổi, trình khởi động dừng máy diễn thờng xuyên ảnh hởng đến tuổi thọ tiêu kinh tế kỹ thuật thiết bị toàn hệ thống, tổn thất công suất điện nh tiêu chất lợng điện khác biến động giới hạn rộng Vận hành nh không kinh tế Vì vấn đề áp dụng kĩ thuật điều khiển quản lý điện DSM đợc nhiều nớc phát triển nghiên cứu áp dụng từ nhiều năm nhiều quốc gia xem DSM nh phần quan trọng chơng trình lợng 90 1.6.3 Mục tiêu chiến lợc DSM Hai mục tiêu đồng thời hai chiến lợc quan trọng DSM nâng cao hiệu sử dụng điện hộ dùng điện điều khiển nhu cầu sử dụng điện cho phù hợp với khả cấp điện hệ thống 1.6.3.1 Nâng cao hiệu sử dụng điện hộ dùng điện Mục tiêu chiến lợc nhằm giảm nhu cầu điện phụ tải điện nhờ việc sử dụng thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, giảm tổn thất điện hạn chế sử dụng lợng cách vô ích Các giải pháp để thực chiến l ợc nh sau : 91 a- Sử dụng thiết bị dùng điện có hiệu suất cao Do áp dụng tiến khoa học công nghệ nên xuất thị trờng thiết bị tiêu thụ điện có hiệu suất cao Vì tiết kiệm lợng điện lớn lĩnh vực sản xuất đời sống nh sử dụng thiết bị chiếu sáng tiết kiệm điện, sử dụng động điện thiết bị sử dụng động điện có hiệu suất cao, thay thiết bị điện thiết bị vi điện tử có chức nhng tiêu thụ lợng nhiều(ví dụ thay rơle điện rơ le kĩ thuật số ) 92 b- Hạn chế tối đa việc sử dụng điện vô ích Sử dụng điện vô ích việcsử dụng điện lãng phí, mục đích, để thất thoát nhiều nhiệt thiết bị nhiệt có dùng điện, thất thoát điện lĩnh vực công nghiệp sinh hoạt thiết kế công trình kiến trúc xây dựng qui trình sản xuất không hợp lí câu móc điện trớc công tơ Để hạn chế tối đa việc sử dụng điện vô ích cần sử dụng hệ thống tự động đóng cắt nguồn điện, điều chỉnh công suất tiêu thụ cho phù hợp với yêu cầu, cải tiến lớp cách nhiệt thiết bị nhiệt có sử dụng điện năng, thiết kế kiến trúc hợp lí nhà theo hớng sử dụng hiệu lợng để giảm nhu cầu dùng điện, tối u hoá qui trình sử dụng thiết bị dùng điện công nghiệp, quản lí chặt chẽ đờng dây cung cấp điện thiết bị đo đếm điện 93 1.6.3.2 Điều khiển nhu cầu sử dụng điện phù hợp với khả cung cấp điện Việc điều khiển nhu cầu sử dụng điện cho phù hợp với khả cung cấp điện đợc thực nhà sản xuất phân phối điện Các giải pháp để thực chiến lợc bao gồm: a Thay đổi đồ thị phụ tải nhằm giảm độ chênh phụ tải đỉnh phụ tải thấp Các biện pháp để thay đổi đồ thị phụ tải là: - Cắt giảm đỉnh Đây biện pháp nhằm giảm nhu cầu điện cao điểm hệ thống điện Có thể cắt giảm đỉnh cách cỡng thiết bị đóng cắt tự động cắt giảm đỉnh cách tự giác thông qua việc đa vào sử dụng công tơ hai giá 94 - Lấp thấp điểm Có thể lấp thấp điểm cách tạo thêm phụ tải lúc thấp điểm dùng biện pháp tự giác việc sử dụng công tơ hai giá Vào cao điểm công tơ chạy nhanh hơn, nh làm cho ngời sử dụng điện tự giác cắt bớt thiết bị không cần thiết sử dụng - Chuyển dịch phụ tải Chuyển sử dụng điện lúc cao điểm sang lúc thấp điểm đồ thị phụ tải làm giảm đáng kể chi phí sản xuất điện lúc cao điểm nhà cung cấp, giảm chi phí mua điện cho khách hàng sách giá điện mà không làm thay đổi tổng điện tiêu thụ hệ thống điện Ngoài ngời ta sản xuất sử dụng hàng loạt ô tô điện, xây dựng dây chuyền công nghệ tự động làm việc vào thấp điểm nhằm lấp đầy vùng lõm đồ thị phụ tải điện 95 b Tích trữ lợng Giải pháp cho phép dịch chuyển nhu cầu sử dụng điện từ thời gian cao điểm đến thời gian thấp điểm Kết giảm chi phí sử dụng điện cho hộ tiêu thụ nhà cung cấp điện đạt đợc mục tiêu san đồ thị phụ tải, tiết kiệm vốn phát triển nguồn lới điện Một biện pháp hữu hiệu để tích trữ lợng xây dựng nhà máy thuỷ điện tích Điện đợc phát vào cao điểm đợc tiêu thụ vào thấp điểm Hiện nớc ta dự án nhà máy thuỷ điện tích giai đoạn nghiên cứu 96 c Sử dụng nguồn lợng Đây giải pháp áp dụng công nghệ sử dụng lợng để bổ sung thay dạng lợng cũ Giải pháp làm tăng khả đáp ứng hệ thống điện mang lại nhiều lợi ích khác tận dụng đợc dạng lợng bị bỏ phí nh lợng mặt trời, lợng gió, lợng địa nhiệt, lợng sóng biển Mặt khác sử dụng lợng lại làm giảm thiểu phát thải chất khí độc hại ảnh hởng đến môi trờng 97 d Chính sách giá điện Việc áp dụng biểu giá điện hợp lí tạo động lực làm thay đổi đặc điểm tiêu dùng điện san đồ thị phụ tải hệ thống điện Có ba loại biểu giá sau : - Giá thời gian dùng điện : mục tiêu biểu giá kích thích hộ tiêu thụ thay đổi thời gian dùng điện cho phù hợp với khả cấp điện - Giá cho phép cắt điện cần thiết : biểu giá đợc áp dụng để khuyến khích khách hàng cho phép cắt điện trờng hợp cần thiết, phù hợp với khả cung cấp điện kinh tế ngành điện - Giá điện giành cho mục tiêu đặc biệt: Biểu giá đặc biệt nhằm khuyến khích khách hàng áp dụng DSM thực mục tiêu phát triển kinh tế nhà nớc 98 hết chơng 99 [...]... đặc trng của hệ thống năng lợng 1 Tính liên tục về thời gian của các quá trình chủ yếu của sản xuất và tiêu thụ năng lợng 2 Tính có thể thay thế lẫn nhau của các sản phẩm và sản phẩm của một hệ thống này là đầu vào của một hệ thống khác 3 Sự tập trung ngày càng cao trong sản xuất và phân phối các nguồn năng lợng và điện năng 4 Năng lợng chiếm một tỉ lệ quan trọng trong nền kinh tế quốc dân: - Năng lợng... hình các nguồn năng lợng không tái tạo đợc trên thế giới Năng lợng điện - Trong hệ thống năng lợng, điện đợc xem là năng lợng sơ cấp nếu sản xuất từ thuỷ năng, nguyên tử, địa nhiệt, quang điện, gió, thuỷ triều Nhng, nó cũng là năng lợng thứ cấp nếu sản xuất ở các nhà máy nhiệt điện dùng than, dầu hoặc khí thiên nhiên - Năm 2001 toàn thế giới đã sản xuất một lợng điện năng là 14.851 TWh (trong đó các. .. 1/3 ngân sách đầu t của nhà nớc - Hơn 15% ngời lao động hoạt động ở khu vực này 5 Năng lợng tham gia vào hầu hết các quá trình công nghệ 12 1.2 Tình hình năng lợng trên thế giới 1.2.1 Tình hình các nguồn năng lợng không tái tạo đợc trên thế giới 1.2.2 Các nguồn năng lợng mới và tái tạo đợc 1.2.3 Qui mô và cơ cấu sản xuất năng lợng trên thế giới 1.2.4 Sự phát triển không đồng đều về năng lợng trên thế... nhiệt điện chiếm 64%, nhà máy thuỷ điện (17,3%), nhà máy điện nguyên tử (17%), và còn lại từ địa nhiệt, điện mặt trời, phong điện và rác rởi) 21 Nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu cổ điển chiếm vị trí hàng đầu trong sản xuất điện năng ở nhiều nớc 22 Năng lợng thuỷ lực trên trái đất là 2,26 10 6 MW, tơng đơng với 540 triệu tấn than một năm Các nhà máy thuỷ điện sản xuất 54% điện sơ cấp Tỷ lệ sản xuất điện. .. thiệu một số hệ thống năng lợng các nớc 13 1.2.1 Tình hình các nguồn năng lợng không tái tạo đợc trên thế giới Dầu và các sản phẩm dầu mỏ - Dầu có u điểm nhiệt lợng cao, dễ chuyên chở, có trữ lợng khá đợc xem là nguồn năng lợng số một của thế giới với 3 GToe trữ lợng( 30% tiêu thụ ở dạng sơ cấp) Dầu đợc khai thác chủ yếu dới lòng đất - Công nghệ khai thác dầu mỏ đợc hình thành và phát triển nhanh chóng... máy điện nguyên tử rất khác so với nhà máy thuỷ điện: 32,7% tập trung ở Tây Âu ( đặc biệt là Pháp chiếm 78% năng lợng điện toàn quốc), 26,6% tập trung ở Bắc Mĩ, 15,2% ở Nga và Trung Âu, 22,6% ở châu á (xem bảng PL-9) Cho đến nay năng lợng nguyên tử sản xuất còn rất ít ở các nớc đang phát triển, ở Việt Nam dự kiến đến năm 2017 sẽ xây dựng nhà máy điện nguyên tử đầu tiên Trong các quốc gia phát triển. .. thì rẻ Các nhà máy thuỷ điện lớn nhất thế giới là: Tam Hiệp- (Trung Quốc) 18200MW; Itaipu (Braxin + Paraguay) 12600MW; Grand Coulee (Mĩ) 10830; Guri (Vênêzuêla) - 10200MW; Sayano Chuchenskaya (Nga) 6400MW 23 24 25 Các nhà máy điện nguyên tử chiếm vị trí thứ ba: khoảng trên 439 lò phản ứng đang vận hành trên thế giới Các nhà máy này sản xuất 46% điện năng sơ cấp trên toàn thế giới Sự phân bố các. .. nghệ nguyên tử đã tốt và ít có d luận chống đối của quần chúng (ví dụ CH Pháp), chi phí sản xuất 1kWh điện nguyên tử ít hơn so với nhà máy nhiệt điện chạy than làm việc ở chế độ phát nền ( 4000h/năm) 26 27 28 Các nhà máy điện nguyên tử hiện nay dùng phản ứng phân hạch urani và plutoni Trữ lợng của chúng rất lớn nh ng cũng chỉ có hạn Nếu sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân Đơteri thì sẽ thu đợc năng. .. sử dụng loại năng lợng này 29 1.2.2 Các nguồn năng lợng mới và tái tạo đợc Năng lợng mặt trời - Mặt Trời là một khối khí hình cầu, có đờng kính khoảng 1,39.109 m Mặt Trời ở cách xa Trái Đất (1,5 1,7).1011m, khối lợng Mặt Trời bằng 1991.1030 kg lớn hơn khối lợng trái đất 333.000 lần Tuy là một khối khí nhng nó tự xoay quanh trục của nó - Năng lợng Mặt trời (NLMT) phát ra dới dạng sóng điện từ truyền... Tuy nhiên Trái đất của chúng ta chỉ nhận đợc một phần rất nhỏ cỡ khoảng 104 tấn than đá/1 giây mà thôi Năng l ợng Mặt trời (NLMT) phát ra dới dạng sóng điện từ truyền trong chân không và bị suy giảm khi qua lớp khí quy n xung quanh Trái đất 32 Nh mỏy in s dng nng lng mt tri 33 Nh mỏy in s dng nng lng mt tri 34 1.2.2 Các nguồn năng lợng mới và tái tạo đợc Nguồn năng lợng địa nhiệt Năng lợng địa nhiệt