Nghiên cứu ảnh hưởng của thủy điện đến giá biên nút trong thị trường điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Định NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỦY ĐIỆN ĐẾN GIÁ BIÊN NÚT TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện- Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN- HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN BÁCH Hà Nội - Năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân tôi, tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu, số liệu khác có nguồn gốc rõ ràng Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực, cá nhân Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Hà Nội, ngày 24 tháng 06 năm 2015 NGUYỄN HỮU ĐỊNH Khóa: CH 2014A LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tơi hồn thành chương trình cao học thực luận văn này, đặc biệt thầy cô trực tiếp giảng dạy hướng dẫn đề tài Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy PGS-TS.Trần Bách dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực Tuy nhiên hạn hẹp thời gian khả nên viết tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quý báu quý thầy cô bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG, CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI CẢM ƠN Trang MỞ ĐẦU CHƢƠNG I LÝ THUYẾT CHUNG VỀ THỊ TRƢỜNG ĐIỆN I Xu hƣớng phát triển thị trƣờng điện giới: 1.1 Tổng quan phát triển thị trƣờng điện giới: 1.1.1 Mơ hình ngành điện truyền thống 1.1.2 Các yếu tố thúc đẩy cạnh tranh ngành điện 1.1.3 Những ý kiến trái chiều 1.2 Quá trình hình thành phát triển thị trƣờng điện số nƣớc tiêu biểu 1.2.1 Các nước công nghiệp phát triển 1.2.2 Các nước Đông Âu 1.2.3 Các nước phát triển khác 1.2.4 Các nước khu vực Châu Á 11 1.3 Một số mơ hình thị trƣờng điện cạnh tranh điển hình 12 1.3.1 Mơ hình có tham gia bên thứ ba 12 1.3.2 Mơ hình người mua 13 1.3.3 Mơ hình thị trường bán bn cạnh tranh 15 1.3.4 Mơ hình thị trường bán lẻ điện cạnh tranh 17 1.4 Đánh giá phát triển thị trƣờng điện nƣớc vấn đề cần lƣu ý áp dụng vào điều kiện Việt Nam 1.5 Thị trƣờng phát điện cạnh tranh Việt Nam 1.5.1 Giai đoạn thị trường nội EVN 18 20 20 1.5.2 Giai đoạn thị trường phát điện cạnh tranh hồn chỉnh 22 1.5.3 Thị trường bán bn điện cạnh tranh Việt Nam 23 1.5.4 Giai đoạn thị trường bán bn điện cạnh tranh hồn chỉnh 1.5.5 Thị trƣờng bán lẻ điện cạnh tranh Việt Nam 23 1.5.6 Giai đoạn thị trường bán lẻ điện cạnh tranh hoàn chỉnh 1.6 Tổ chức hoạt động thị trƣờng điện 1.6.1 Các loại hàng mua bán chợ giao dịch (thị trường con) tương ứng 1.6.2 Tổ chức thị trường điện 25 25 25 26 28 1.7 Lưới điện thị trường điện 33 1.7.1 Nhiệm vụ lưới truyền tải điện 34 1.7.2 Các dịch vụ cấp cho khách hàng 36 1.7.3 Các nhiệm vụ SO 38 1.7.4 Các thành phần phí truyền tải 39 CHƢƠNG II CÁC NGUYÊN TẮC VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH GIÁ BIÊN NÚT TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN Sự cần thiết phải tính giá biên nút thị trƣờng điện: 1.1.1 Thiếu vốn đầu tƣ: 41 41 41 2.1.2 Chƣa có chế khuyến khích đơn vị thành viên nâng cao suất, giảm giá thành: 42 1.1.3 Cơ chế giá điện không phù hợp với hoạt động kinh doanh đơn vị hoạt động điện lực chế thị 43 trƣờng: Các nguyên tắc phƣơng pháp tính giá biên nút 2.2.1 Cơ sở phƣơng pháp luận chung cho thiết lập giá truyền tải điện 2.2.2 Nguyên tắc tính giá truyền tải điện 44 44 45 2.2.3 Các loại chi phí dịch vụ truyền tải 2.2.3.1 Phân loại chi phí theo phương pháp định giá truyền tải lý tưởng: 2.2.3.2 Phân loại chi phí theo phương pháp định giá truyền tải thực tế 46 46 47 Những vấn đề liên quan đến giá biên nút thị trƣờng điện 3.2.1 Mua bán sàn-Giá toán chung 48 3.2.2 Hiện tượng quyền lực thị trường-market power 50 3.3.2 Phí truyền tải 50 3.2.4 Giá biên nút-LMP áp dụng toán 52 3.2.4.1 Khái niệm chung giá biên nút 52 3.2.4.2 Định nghĩa giá biên nút: 55 3.2.4.3 Tính chất LMP 56 3.2.5 Quy trình tính LMP cho thị trường điện ngày tới 3.2.6 Quy trình tính LMP cho thị trường điện tức thời-real time market 3.2.7 Thanh toán thị trường điện giá biên nút 60 61 66 CHƢƠNG III PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA THỦY ĐIỆN ĐẾN GIÁ BIÊN NÚT TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN 3.1 Ảnh hƣởng TĐ đến giá biên nút 69 69 Nguyên lý vận hành thủy điện 69 Ví dụ áp dụng 69 3.2 Phƣơng pháp chung tính giá biên nút 70 3.2.1 Tính theo định nghĩa Layman 71 3.2.2 Tính theo giá bóng: 72 3.2.3 Mơ hình tốn DCOPF đầy đủ 73 3.2.4 Mơ hình tốn DC- mơ hình quy hoạch tuyến tính 74 3.3 Áp dụng tính giá biên nút LMP cho lƣới điện Miền Bắc: 74 3.3.1 Mô tả lƣới điện Miền Bắc phƣơng pháp tính tốn: 76 Sơ đồ lƣới điện miền Bắc 77 Phụ lục 1: Thông số lƣới điện miền Bắc 77 Phụ lục 1.2: Thông số máy biến Áp 500/220 kV 77 Phụ lục 1.3: Thông số đƣờng dây 79 3.3.2 Kịch tính tốn: 80 3.3.3 Kết tính toán giá biên nút cho kịch 90 3.3.4 Nhận xét đánh giá: 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết Giải thích tắt AC Alternating Current: Dòng điện xoay chiều ALMP Average Locational Marginal Price: Giá biên nút trung bình ACOPF Mơ hình dịng xoay chiều dịng cơng suất tối ưu BOT Build - Operate - Tranfer: Xây dựng - Hoạt động - Chuyển giao CP Clear Price : Giá tốn DCOPF Mơ hình dịng chiều dịng cơng suất tối ưu DC Direct Current: Dòng điện chiều DAM Day adhead market: Thị trường điện ngày tới DISCO Distribution Company: Công ty phân phối điện 10 AC Alternating Current: Dòng điện xoay chiều 11 ACOPF Mơ hình dịng xoay chiều dịng công suất tối ưu 12 BOO Build – Own – Operate: Xây dựng – quản lý - vận hành 13 BOT Build - Operate - Tranfer: Xây dựng - Hoạt động - Chuyển giao 14 BT Xây dựng - chuyển giao: Build – Transfer 15 BL Bán lẻ 16 CP Clear Price: Giá toán 17 CPI Consumer Price Index: Chỉ số giá tiêu dùng 18 DCOPF Mơ hình dịng chiều dịng cơng suất tối ưu 19 DC Direct Current: Dòng điện chiều 20 DSM Quản lý nhu cầu điện 21 D/R Distributor/Retailer : Phân phối/Bán lẻ 22 DT Doanh thu 23 ERAV Electricity Regulatory Authority of Vietnam: Cục Điều tiết Điện lực 24 EPTC Electric Power Trade Company: Công ty mua bán điện 25 EVN Vietnam Electricity: Tập đoàn điện lực Việt Nam 26 FACTS 27 FTR Firm Transmission Right: Quyền truyền tải chắn 28 GENCO Generation Company: Các công ty sản xuất điện 29 HTĐ Hệ thống điện 30 IEA International Energy Agency: Cơ quan lượng quốc tế 31 IEEE 32 IPP Independent Power Producer: Nhà máy phát điện độc lập 33 ISO Independent System Operator: Đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập 34 IPP Đơn vị sản xuất điện độc lập: Independent Power Producer 35 GENCO Tổng công ty phát điện: Generator Corporation 36 KH Khách hàng 37 LC Khách hàng lớn: Large Customer 38 LDC Local Distribution Company: Công ty phân phối địa phương 39 LMP Locational Marginal Price: Giá biên nút 40 LPR Locational Price Risk: Rủi ro giá nút 41 LIXH Lợi ích xã hội 42 MCP Market clearing price : Giá giao dịch thị trường 43 MO Market Operator: Đơn vị điều hành thị trường điện 44 MBA Máy biến áp 45 MBB Mua bán buôn 46 NMĐ Nhà máy điện 47 MTĐ Nhà máy thủy điện 48 NMNĐ Nhà máy nhiệt điện Flexible AC Transmission System:Hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt Institute of Electrical and Electronics Engineers: Viện kỹ sư điện điện tử National Load Dispatch Centre: Trung tâm điều độ hệ thống 49 NLDC 50 NPT 51 OPF Optimal power flows: Dịng cơng suất tối ưu 52 PX Power exchange: Sang giao dịch 53 PPA Power Purchase Agreement: Hợp đồng mua bán điện 54 PC Power Company: Công ty điện lực 55 PP Phân phối 56 POOLCO Thị trường có người mua 57 SCADA 58 SB Single Buyer: Một người mua 59 SO System Operator: Đơn vị vận hành hệ thống 60 TTĐ Truyền tải điện 61 TPA Third Party Access: Mơ hình có tham gia bên thứ ba 62 RT Real time: Thị trường điện tức thời 63 ZMP Zonal marginal price: Giá biên miền điện National Power Transmission Corporation: Tổng công ty Truyền tải điện Supervisory Control And Data Acquisition: Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu - Bài toán chiều - DCOPF: Phương pháp dùng mơ hình chiều lưới điện, tính đến công suất tác dụng, không xét đến công suất phản kháng, xem tốn địa phương, giả thiết điện áp nút hệ đơn vị tương đối Mơ hình ACOPF đầy đủ mơ hình tốn học đầy đủ cho tốn phân bố tối ưu cơng suất kết tính xác coi liệu chuẩn Tuy nhiên ACOPF toán quy hoạch phi tuyến đòi hỏi điểm xuất phát tốt để kết hội tụ Nhiều tốn khơng có lời giải hội tụ với hệ thống lớn, phức tạp Vì thực tế mơ hình DCOPF sử dụng phổ biến hơn, với kiểm chứng ACOPF, DCOPF mơ hình tuyến tính hóa, ln hội tụ có tốc độ tính nhanh so với ACOPF Mơ hình DCOPF cịn dùng quy hoạch có yêu cầu cao tốc độ, tính độ hội tụ Nhược điểm DCOPF xác hệ thống mang tải nặng, vấn đề công suất phản kháng, vấn đề lưới truyền tải với tỷ lệ r/x cao 3.3.2 Kịch tính tốn: Hàm bán cho dạng: aP2 + bP + c, với a, b c hệ số chi phí máy phát điện phụ thuộc vào loại nhà máy Nhiệt điện: a = 0,0005, b=8, c=0; thủy điện: a=0,0005, b=2, c=0 Giá Việt Nam, nhiên không ảnh hưởng đến mục đích tính tốn Hàm mua cho theo điều kiện tất phụ tải cấp điện Tính tốn với kịch bản: Kịch A: Mùa khô, nhà máy thủy điện phát 50% công suất; 80% công suất Kịch B: Mùa mưa, nhà máy thủy điện phát hết công suất; 3.3.3 Kết tính tốn giá biên nút cho kịch bản: * Kịch mùa khô nhà máy thủy điện phát 50% công suất: Sử dụng MATLAB 7.12.0 (R 2011a) chương trình MATPOWER 4.05b để tính giá nút lưới điện truyền tải -Lambda ($/MVA-hr) 80 81 82 83 * Kịch mùa khô nhà máy thủy điện phát 80% công suất: 84 85 86 * Kịch mùa mưa nhà máy thủy điện phát 100% công suất: 87 88 89 Bảng 3.1: Kết tính tốn giá nút theo mơ hình chiều Nút 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Giá nút (USD/MWh) Mùa Mƣa Mùa Khô Mùa Khô (TĐ phát (TĐ phát (TĐ phát 100% Công 80% Công 50% Công suất) suất) suất) 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 Nút 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 Giá nút (USD/MWh) Mùa Mƣa Mùa khô Mùa khô (TĐ phát (TĐ phát (TĐ phát 100% Công 80% Công 50% Công suất) suất) suất) 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,204 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,434 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 8,964 3.3.4 Nhận xét đánh giá: Từ việc nghiên cứu phương pháp giá biên nút dựa mơ hình tốn OPF, phương pháp mơ hình dịng điện chiều, kết tính tốn giá nút -Lambda ($/MVA-hr) cho kịch mùa khô mùa mưa cho thấy: 90 - Giá biên nút mơ hình chiều, kịch A: Trong trường hợp bỏ qua tổn thất, không nghẽn mạch giá tất nút đó: + Trường hợp nhà máy thủy điện phát với công suất 50%, giá 8,964 USD/MWh; + Trường hợp nhà máy thủy điện phát với công suất 80%, giá 8,434 USD/MWh + Trường hợp nhà máy thủy điện phát với công suất 100%, giá 8,204 USD/MWh Qua tính tốn ta đánh giá tầm ảnh hưởng Nhà máy thủy điện đến giá biên nút hệ thống số lượng nhà máy thủy điện công suất tham gia phát điện nhiều giá biên nút giảm Ngồi nhà máy thủy điện cịn có lợi chế độ làm việc (như khởi động, ngừng máy dự phòng, thay đổi công suất, dải công suất hoạt động) linh hoạt nhà máy nhiệt điện cho ta thấy nhà máy thủy điện có khả kiếm lời thị trường điện ảnh hưởng lớn Nhà máy thủy điện đến giá biên nút định giá thị trường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn nghiên cứu hướng phát triển chung thị trường điện giới, tổng quan thị trường điện nước phát triển, tính ưu việt hạn chế thị trường điện nước tái cấu Ở tất nước, trước đưa thị trường điện cạnh tranh vào hoạt động phải tiến hành tái cấu ngành điện, chuyển đổi mơ hình liên kết dọc độc quyền sang mơ hình phù hợp cho việc cạnh tranh bình đẳng thị trường điện Nghiên cứu phân tích tình hình phát triển hệ thống điện Việt Nam sâu vào nghiên cứu tổng quan cấu trúc, vai trò thực trạng lưới điện truyền tải điều kiện tham gia thị trường điện cạnh tranh Hiện mơ hình độc quyền liên kết dọc, mơ hình phát điện cạnh tranh người mua đến mô hình cạnh tranh bán bn bán lẻ điện Để có thị trường điện cạnh tranh thực đạt hiệu việc tái cấu lại ngành điện vấn đề có tính then chốt Ở tất nước, trước đưa thị trường điện cạnh tranh vào hoạt động phải tiến hành tái cấu ngành điện, chuyển đổi mơ hình cho phù hợp việc cạnh 91 tranh bình đẳng thị trường điện Đây vấn đề khó, nhiên điều cần phải làm với lộ trình chi tiết, minh bạch Đề tài nghiên cứu cứu ảnh hưởng thủy điện đến giá biên nút thị trường điện dựa tốn tối ưu phương pháp dịng cơng suất OPF dùng dịng chiều ứng dụng với lưới điện Miền Bắc để tính tốn, qua cho ta thấy tầm ảnh hưởng thủy điện đến giá biên nút lớn Để xây dựng thị trường canh tranh lành mạnh công cho bên mua bên bán lưới điện Việt Nam việc nghiên cứu ứng dụng cần thiết Những đóng góp luận văn: Luận văn trình bày cách tổng quát, đầy đủ cấu trúc hoạt động thị trường điện Phân tích làm rõ khác biệt quản lý lưới điện truyền tải hoạt động điện lực độc quyền thị trường điện cạnh tranh Đề xuất nghiên cứu tính ảnh hưởng thủy điện đến giá biên nút dựa tốn tối ưu dịng cơng suất OPF dùng dịng chiều, áp dụng cho tính tốn lưới điện thị trường Việt Nam cụ thể nghiên cứu ứng dụng cho lưới tuyền tải điện miền Bắc, từ có kết luận phục vụ vận hành xác định giá giao dịch phản ánh cung cầu thông qua hệ thống (đảm bảo tính cung cấp điện liên tục, ổn định giá điện nói chung, đảm bảo tính minh bạch hoạt động điện lực vận hành hệ thống điện, xây dựng quy định giá khâu hoạt động thị trường phát điện ) Từ kết nghiên cứu mở rộng nghiên cứu đề tài theo hướng: Tính tốn giá trị nước hồ thủy điện; Quản lý nghẽn mạch biện pháp tài - FTR; Quyền truyền tải chắn đấu thầu FTR 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1]-Trần Bách: Bài giảng thị trường điện-2014 [2]-Trần Bách : lưới điện & hệ thống điện-NXB-KH-KT-2010 [3]-Trần Đình Long-Bài giảng thị trường điện-2014 [1] Bộ Công nghiệp (2005), Đề án “Lộ trình hình thành phát triển Thị trường điện Việt Nam” [2] GS VS TSKH Trần Đình Long (2011), Bài giảng “Thị trường điện”, Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Lê Quang Hải (2013), “ Nghiên cứu quản lý lưới điện truyền tải thị trường điện Việt Nam”, Đại học Bách khoa Hà Nội [4] Lê Văn Hồi (2012) “Tính tốn chi phí đấu nối vào lưới điện truyền tải thị trường điện” Đại học Bách khoa Hà Nội [5] Nguyễn Anh Tuấn (2009), Nghiên cứu phương pháp xác định giá truyền tải điện phương pháp chống tắc nghẽn phù hợp điều kiện thị trường điện Việt Nam [6] Nguyễn Danh Sơn (2005), Một số biện pháp xây dựng thị trường điện lực Việt Nam [7] Nguyễn Hồng Thắng (2006), Định giá truyền tải điện thị trường điện cạnh tranh [8] Nguyễn Lê Định (2006), Nghiên cứu áp dụng toán OPF thị trường điện [9] Phùng Văn Cường (2005), Nghiên cứu mơ hình thị trường điện phương pháp tính phí truyền tải thị trường điện cạnh tranh [10] PGS TS Trần Bách (2013), Bài giảng “Thị trường điện”, Đại học Bách khoa Hà Nội [11] Trần Bách, Lê Quang Hải (2011), “Phân tích giá b i ê n nút lưới điện 220-500 kV miền Bắc Việt Nam 1 ” , Tạp chí Điện & Đời sống, Hà Nội 93 Tiếng Anh [12] Barie M (1998), Electricity markets, investment, performance and analysis, John Wiley and sons [13] Central electricity regulatory commission (2009), Formulating pricing methodology for inter-state transmission in India [14] Constantin B., Gheorghe V., Stefan K., Petru A., Dan J (2008), Transmission Cost Allocation Methods Case study for the South- West side of the Romanian Power System, 8th WSEAS International Conference on POWER SYSTEMS(PS2008), Santander, Cantabria, Spain [15] Constantin B., Gheorghe V., Stefan K (2008), Evalution Of Transmission Cost Allocation Methods using a Specially Designed Software Application, ISSN: 1790-5060 3(7) [16] Fred I D, David E D (2002), Power system operation and electricity markets, CRC press [17] Georgios S (2003), Power transmission cost calculation in deregulated electricity market, German Academic Exchange Service [18] Gerd S., Ivar W., Hanne S., J0rgen B., Kjetil U., Tproun R., Frode A (2007), Transit in the European Power Market, SINTEF Energy Research [19] Georgios C Stamtsis, Joern Christiansen, Isván Erlich, Evaluation of Power Systems Congestions Using Nodal Price Analysis [20] S B Warkad, Dr M K Khedkar, Dr G M Dhole, Optimal Electricity Nodal Pricing in a Restructured Electricity Market, Volume 91, June 2010 [21] Ilic M., Galiana F., and Fink L (1998), Power systems restructuring: engineering and economics, Norwell, MA: Kluwer 94 ... cho thị trường điện tức thời-real time market 3.2.7 Thanh toán thị trường điện giá biên nút 60 61 66 CHƢƠNG III PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA THỦY ĐIỆN ĐẾN GIÁ BIÊN NÚT TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN 3.1 Ảnh. .. điện đến giá biên nút thị trường điện, vấn đề nêu đề tài sau: - Chương 1: Lý thuyết chung thị trường điện; - Chương 2: Các nguyên tắc phương pháp tính giá biên nút; - Chương 3: Phân tích ảnh hưởng. .. bên mua bán toán với theo giá biên nút, so vận hành thị trường điện ,thu bên mua trả cho bên bán (Có thị trường điện dùng giá biên vùng:NORD POOL) Trong thị trường điện độc quyền thì, tốn OPF