Quy hoạch nguồn điện việt nam từ năm 2010 đến 2030 có xét đến yếu tố môi trường bằng phương pháp quy hoạch độn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - MAI THỊ THANH THỦY Đề tài: “Quy hoạch nguồn điện Việt Nam từ năm 2010 đến năm 2030 có xét đến yếu tố mơi trường phương pháp quy hoạch động” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Lân Tráng Mẫu 1c MỞ ĐẦU Việt Nam đà phát triển kinh tế, xã hội, cơng nghiệp hố, đại hố đất nước với tốc độ cao Tốc độ tăng GDP nước ta năm gần (2000 - 2005) đạt trung bình 7,1%/năm Mục tiêu phấn đấu đất nước Đảng Nhà nước ta xác định "từ đến 2020, sức phấn đấu để đưa nước ta trở thành nước công nghiệp” Dự kiến năm tới, GDP Việt Nam tăng đến lần Sự tăng trưởng cao tạo điều kiện cho nước ta nhanh chóng phát triển, hoà nhập với kinh tế giới khu vực Tuy nhiên, đồng hành với tăng trưởng kinh tế nhu cầu lượng đặc biệt lượng điện tăng cao Từ năm 2000 - 2005, tốc độ tăng trưởng bình quân công suất phát 12,7% Theo thống kê Trung tâm điều độ quốc gia, vào cao điểm, hệ thống điện phải sa thải lượng lớn phụ tải (từ 200 MW - 300 MW) Việc phát triển nguồn điện đáp ứng nhu cầu điện cho kinh tế quốc dân có vai trị quan trọng phát triển kinh tế xã hội Chiến lược phát triển lượng quốc gia Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050 nêu rõ "Phấn đấu đảm bảo cung cấp đủ nhiên liệu cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, phát triển nguồn, lưới điện đảm bảo đáp ứng đủ nhu cầu điện cho phát triển kinh tế - xã hội" Tuy nhiên, việc phát triển nguồn điện đồng nghĩa với việc đầu tư xây dựng NMĐ Nhưng NMĐ (chủ yếu nhiệt điện thuỷ điện) vào vận hành gây ô nhiễm cho nguồn nước, khơng khí, đất đai Thực tế, NMNĐ sử dụng nguồn nhiên liệu hoá thạch, hoạt động thải lượng lớn bụi, khí (CO2, SO2, NO2 ) chất thải rắn Hồ chứa NMTĐ sinh khí CH4 CO2 nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính làm nóng trái đất Các chất thải ảnh hưởng đến sức khoẻ người, gây ô nhiễm môi trường dẫn đến thiệt hại kinh tế Phát triển nguồn điện có xét đến yếu tố mơi trường vấn đề cần thiết nhiều quốc gia nghiên cứu Tại Việt Nam, chiến lược phát triển lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050 nêu rõ "Xây dựng mục tiêu, tiêu chuẩn dài hạn môi trường theo hướng thống với tiêu chuẩn -1- môi trường khu vực giới, phù hợp với điều kiện kinh tế đất nước, kiểm sốt giảm nhẹ nhiễm môi trường hoạt động lượng, đến năm 2015 tất cơng trình lượng phải đáp ứng tiêu chuẩn mơi trường" Vì lý trên, với hướng dẫn giúp đỡ thầy giáo PGS.TS Nguyễn Lân Tráng chọn đề tài "Quy hoạch nguồn điện Việt Nam từ năm 2010 đến 2030 có xét đến yếu tố mơi trường phương pháp quy hoạch dộng" Tại Việt Nam, có nhiều đề tài nghiên cứu quy hoạch phát triển nguồn điện theo phương pháp quy hoạch động cách sử dụng chương trình WASP Tổng số đồ điện VI sử dụng chương trình WASP kết hợp với phương pháp chuyên gia để quy hoạch, phát triển nguồn điện đến năm 2025 không xét đến yếu tố môi trường Một số đề tài nghiên cứu đầu tư phát triển HTĐ có xét đến yếu tố mơi trường theo hướng xác định chí phí mơi trường, tối ưu nguồn điện có tính đến chi phí mơi trường Tuy nhiên nghiên cứu cịn sơ sài, nặng định tính chưa có định lượng cụ thể Trong luận văn nghiên cứu phát triển HTĐ có xét đến yếu tố mơi trường Mục tiêu nghiên cứu luận án: - Nghiên cứu ảnh hưởng NMĐ tới môi trường - Xác định hệ số phát thải cho phép NMNĐ - Nghiên cứu biện pháp làm giảm ảnh hưởng NMĐ đến môi trường - Sử dụng WASP IV để tối ưu nguồn điện Việt Nam có xét đến ràng buộc môi trường Về phương pháp nghiên cứu: Luận văn kế thừa kết dự báo phụ tải, sử dụng số liệu đầu vào từ tổng sơ đồ VI thủ tướng phủ phê duyệt Luận văn sử dụng chương trình WASP IV kiểm tra lại tính tối ưu phương án đồng thời đưa thêm ràng buộc phát thải để đánh giá mức độ thay đổi phương án: khơng xét hệ số phát thải có xét hệ số phát thải -2- Chương TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN QUI HOẠCH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Năng lượng vấn đề quan trọng quốc gia Tất hoạt động người cần sử dụng đến lượng Việc sản xuất tiêu dùng lượng ngày phát triển, tác động tới nhiều vấn đề lớn xã hội phát triển kinh tế xã hội, khoa học công nghệ, môi trường sinh thái, chất lượng sống,… Hệ thống lượng ngày phức tạp qui mơ trình độ việc qui hoạch phát triển cách hướng hệ thống lượng nói chung hệ thống điện nói riêng vấn đề thời sự, mối quan tâm hàng đầu quốc gia Qui hoạch phát triển hệ thống lượng nhằm mục đích đảm bảo cách tối ưu nguồn lượng hữu ích cung cấp cho nhu cầu xã hội Xuất phát từ định hướng phát triển kinh tế xã hội đất nước, ngành kinh tế quốc dân xây dựng qui hoạch phát triển ngành Trên sở tính nhu cầu lượng hữu ích Từ nhu cầu lượng hữu ích, có xét đến tổn thất lượng khâu truyền tải, phân phối biến đổi lượng, giải tốn tối ưu để tính nhu cầu lượng cuối dạng điện năng, sản phẩm dầu, sản phẩm khí,…Cấu trúc qui hoạch hệ thống lượng thể hình 1.1 Rõ ràng, qui hoạch phát triển hệ thống điện phận quan trọng qui hoạch lượng Nhiệm vụ qui hoạch phát triển hệ thống điện là: - Dự báo nhu cầu điện đồ thị phụ tải hệ thống cho tương lai có xét đến định hướng phát triển kinh tế xã hội đất nước - Xác định tỉ lệ tối ưu nguồn lượng sơ cấp: thủy năng, nhiên liệu hóa thạch, hạt nhân, dạng lượng tái sinh dung để chuyển hóa thành điện giai đoạn tương lai - Xác định khả xây dựng điều kiện đưa vào hoạt động loại nhà máy điện khác hệ thống điện cho đạt hiệu tối ưu -3- - Xây dựng nguyên tắc phát triển lưới điện truyền tải phân phối: vấn đề liên kết hệ thống, tải điện xa, cấu trúc tối ưu lưới điện, vấn đề sử dụng hợp lý tiết kiệm điện năng, vấn đề giảm ảnh hưởng việc phát triển điện lên môi trường… CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ NHÀ NƯỚC VÀ CHÍNH SÁCH NĂNG LƯỢNG QUY HOẠCH NĂNG LƯỢNG QUI HOẠCH THAN QUI HOẠCH DẦU KHÍ QUI HOẠCH HỆ THỐNG ĐIỆN DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN QUI HOẠCH NGUỒN Ệ QUI HOẠCH NĂNG LƯỢNG MỚI QUI HOẠCH LƯỚI ĐIỆN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Hình 1.1 Cấu trúc qui hoạch hệ thống lượng Qui hoạch phát triển hệ thống điện tiến hành theo hai mảng lớn qui hoạch nguồn điện qui hoạch lưới điện Muốn xây dựng mơ hình tổng hợp để giải đồng thời hai vần đề gặp khó khăn lớn Vì vậy, qui hoạch hệ thống điện người ta phải thực nhiều công đoạn: trước tiên xác định mơ hình qui hoạch nguồn để đưa tập hợp phương án tối ưu gần tối ưu, sau đó, với phương án nguồn chọn ta xem xét phương án phát triển lưới điện hợp lý Các tổ hợp nguồn lưới chọn lại phân tích so sánh với để tìm lời giải tốt cho phương án qui hoạch nguồn lưới điện -4- 1.2 MƠ HÌNH QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN HTĐ Ở nước ta, thời gian vừa qua có số phương pháp phần mềm du nhập vào sử dụng để phục vụ cho công tác qui hoạch phát triển hệ thống lượng nói chung hệ thống điện nói riêng chẳng hạn như: - Chương trình WASP: Nghiên cứu qui hoạch tối ưu phát triển nguồn điện - Chương trình ETB: Nghiên cứu tổng thể hệ thống lượng hệ thống điện hệ thống - Chương trình EFOM - EVN: Nghiên cứu tổng thể hệ thống lượng, hệ thống điện hệ thống - Chương trình MESSAGE: Nghiên cứu tổng thể hệ thống lượng, hệ thống điện hệ thống 1.2.1 Chương trình WASP WASP chương trình qui hoạch tối ưu phát triển nguồn điện quan lượng nguyên tử quốc tế phối hợp số viện nghiên cứu Mỹ xây dựng phát triển Chương trình WASP-I lần đưa áp dụng nghiên cứu tổng quan phát triển lượng hạt nhân nước phát triển vào năm 1972 - 1973 Chương trình WASP liên tục cải tiến phát triển thành phiên WASP-II, WASP-III đến thời điểm WASP-IV WASP chương trình thơng dụng, sử dụng rộng rãi 70 quốc gia tổ chức quốc tế cho mục đích qui hoạch phát triển nguồn điện Mục tiêu chương trình WASP tìm phương án phát triển nguồn điện cho - Đáp ứng nhu cầu điện dự báo trước - Với chi phí nhỏ - Thoả mãn điều kiện ràng buộc đề Riêng chương trình WASP-IV có thêm ràng buộc lượng phát thải khí NMNĐ 1.2.2 Chương trình Energy Toolbox (ETB) ETB ban đầu Nhóm Chính sách Năng lượng thuộc Trung Tâm Cơng nghệ Mơi Trường Đại Học Hồng Gia Ln Đơn xây dựng Sau đó, mơ hình ERM Energy London phát triển -5- ETB bao gồm nhiều Module, cho phép thực dự báo nhu cầu lượng, mơ tối ưu hóa cung, cân cung/cầu, đánh giá tác động môi trường Các cơng cụ mơ hình ETB xếp theo ba mức: mức thứ (A) bao gồm cơng cụ cho dự báo, phân tích cung/ cầu cân lượng; mức thứ hai (B) dành cho việc phân tích nhu cầu cách chi tiết tối ưu hoá cung; mức thứ ba (C) cho mơ hình hố ngành (bao gồm quy hoạch phát triển hệ thống điện) Ở mức C, có mơ đun quy hoạch điện sử dụng mơ hình tuyến tính để tối ưu phát triển nguồn điện 1.2.3 Chương trình EFOM - ENV EFOM-ENV thực chất cải biên từ mơ hình có tên EFOM-12C MARK I, cơng cụ hình thành từ nhóm mơ hình lượng, nghiên cứu phát triển cộng đồng Châu Âu vào cuối thập niên 70 đầu 80 Đây mơ hình tuyến tính, mơ tả quan hệ kinh tế - kỹ thuật - lượng để tính tốn hệ thống lượng theo dòng cung cấp Phương pháp cho phép mô tối ưu yêu cầu lượng sơ cấp, đầu tư cần thiết đáp ứng nhu cầu lượng hữu ích lượng cuối Khi nghiên cứu chiến lược phát triển lượng, vấn đề cần quan tâm ảnh hưởng tới môi trường phát triển lượng phát thải CO2, NOx, SOx, di dân, ngập đất… Mơ hình EFOM- 12C mở rộng thêm module mơi trường nhằm mơ tả tính tốn ảnh hưởng môi trường phương án ảnh hưởng môi trường khác Bởi mơ hình EFOM-12C MARK I mang tên EFOM-ENV Ở Việt Nam, chương trình EFOM-ENV nghiên cứu sử dụng Trung Tâm Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ Quốc gia để tính tốn thử nghiệm cho nghiên cứu quy hoạch lượng Việt Nam Kết cho thấy chương trình sử dụng Việt Nam Và gần đây, EFOM-ENV sử dụng để tính tốn phương án khai thác sử dụng hợp lý nguồn lượng Việt Nam, đưa kết chấp nhận 1.2.4 Chương trình MESSAGE MESSAGE mơ hình Viện quốc tế phân tích hệ thống ứng dụng Áo nghiên cứu, sử dụng để tối ưu phát triển hệ thống lượng (cho hệ thống điện) -6- MESSAGE mơ hình quy hoạch tuyến tính động, dùng để phát triển tối ưu hệ thống lượng tổng thể (có tối ưu nguồn điện) cho thời gian trung hạn tới dài hạn Mục tiêu chương trình MESSAGE tìm đánh giá chiến lược cung cấp lượng tối ưu nhằm: - Đáp ứng nhu cầu lượng cuối nhu cầu điện dự báo trước - Với chi phí nhỏ - Thoả mãn điều kiện ràng buộc người sử dụng chẳng hạn đầu tư mới, khả đáp ứng nhiên liệu, qui định phát thải môi trường ràng buộc khác có liên quan Các chương trình kể sử dụng nước ta để nghiên cứu phát triển tối ưu hố hệ thống lượng nói chung hệ thống điện nói riêng Trong chương trình này, yếu tố mơi trường xét ràng buộc, nghĩa phương án tối ưu có giá trị hàm mục tiêu nhỏ phải thỏa mãn điều kiện ràng buộc 1.3 MƠ HÌNH QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN HTĐ CĨ XÉT ĐẾN YẾU TỐ MƠI TRƯỜNG 1.3.1 Mơ hình qui hoạch phát triển nguồn điện Việt Nam Bài tốn quy hoạch phát triển nguồn nói riêng, nhiều toán tối ưu khác thường giải nhờ phương pháp quy hoạch toán học Ở dạng tổng qt tốn quy hoạch biểu diễn sau: Xác định tập giá trị X = {xj} thoả mãn: f(X) = f(x1, x2,…, xn) → (max) (1-1) Đồng thời thoả mãn ràng buộc sau: Trong đó: hi(X) = hi(x1,x2,…,xj…) = (i = + m) (1-2) gi(X) = g(x1, x2,…,xj…) ≥ ( i = + m) (1-3) f(X) hàm mục tiêu; xj ẩn Đối với toán quy hoạch phát triển tối ưu hệ thống điện, hàm mục tiêu (11) tiêu chuẩn tối ưu, điều kiện cực tiểu chi phí tính tốn điều kiện tối đa lợi nhuận thời gian khảo sát Các ràng buộc (1-2), (1-3) ràng buộc cân cơng suất, hạn chế điều kiện tự nhiên, điều kiện kĩ thuật kinh tế… -7- Tuỳ theo tính chất hàm mục tiêu ràng buộc, tốn giải phương pháp quy hoạch tuyến tính, quy hoạch phi tuyến phương pháp quy hoạch động… Mơ hình quy hoạch tuyến tính (QHTT) Mơ hình quy hoạch tuyến tính áp dụng điều kiện ràng buộc hàm mục tiêu biểu thức tuyến tính Lúc tốn có dạng: Xác định tập giá trị X = {x1, x2, …., xn} cho hàm mục tiêu: n f(X) = ∑c j =1 j x j → min(max) (1-4) Thoả mãn điều kiện: g j ( X ) = ∑ a¹i x j (≤, ≥, =)bi với i = ÷ m (1-5) Trong đó: xj ẩn; cj, aij, bi hệ số tự Một số ưu nhược điểm quy hoạch tuyến tính: Ưu điểm: Dùng mơ hình tuyến tính để giải tốn chọn cấu trúc tối ưu quy hoạch phát triển nguồn điện có ưu điểm tính đơn giản mơ hình tốn học, tính chắn lời giải, tính phổ biến thuật tốn Đưa tốn mơ hình quy hoạch tuyến tính lời giải dễ dàng tìm có thuật tốn chương trình chuẩn máy tính với kích cỡ đủ lớn thuận tiện Lời giải nhận thường cho phép dễ dàng kiểm tra tính hợp lý thiếu xót mơ hình xuất phát Nhược điểm: Nhược điểm mơ hình QHTT giải tốn quy hoạch phát triển nguồn điện không cho độ xác cao 2.Mơ hình quy hoạch phi tuyến (QHPT) Nếu mơ hình QHTT khơng cho độ xác mơ tả tốn mơ hình QHPT ngun tắc lại cho phép mơ tốn quy hoạch phát triển nguồn điện xác Nhưng theo mơ hình vấn đề tìm phương pháp tốn học để giải khó khăn Vì mơ tả đắn thực tốn quy hoạch phải vượt lên giả thuyết đơn giản hố chi phí khơng tuyến tính theo cơng suất, hàm tổn thất hàm phi tuyến… mơ hình tốn học phức tạp khơng có hiệu lực để nhận lời giải -8- Mơ hình quy hoạch động Phương pháp quy hoạch động phương pháp toán học kinh điển để xác định lời giải tối ưu theo nhiều bước Mỗi bước cần có định định bước trước có ảnh hưởng trực tiếp tới bước sau Cách giải toán quy hoạch động tạo dãy định kịch cho trình Kịch thoả mãn tất mục tiêu ràng buộc gọi kịch tối ưu Bài toán quy hoạch thường lấy mục tiêu tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên (tiền, thiết bị, nhân cơng, nhiên liệu,…) cho q trình nhiều giai đoạn để đạt hiệu sử dụng lớn Tinh thần phương pháp quy hoạch động việc tối ưu hoá thực dần cho bước, phải đảm bảo nhận lời giải tối ưu cho n bước Có nhiều trường hợp phương án đem lại lợi nhuận cực đại riêng cho bước lại dẫn đến hậu tai hại cho bước sau Như nguyên lí tối ưu quy hoạch động phát biểu sau: "Một phận sách lược tối ưu sách lược tối ưu" Tức là, bước phải chọn định cho dãy định lại phải tạo thành sách lược tối ưu trừ bước cuối Như vậy, có n bước định bước thứ n khơng ảnh hưởng đến bước trình giải phương pháp quy hoạch động tiến hành theo trình tự từ bước cuối lên bước Tuy nhiên để đưa định bước cuối ta phải biết kết bước trước Vì cách làm quy hoạch động tìm lời giải tối ưu bước ứng với phương án kết thúc khác bước (n-1) Đó lời giải tối ưu có điều kiện bước thứ n Sau xác định lời giải tối ưu có điều kiện bước thứ (n-1) ứng với phương án kết thúc có bước (n-2) cho hàm mục tiêu đạt giá trị cực trị bước cuối n (n-1) Cứ làm bước Đó trình tự ngược để xác định lời giải tối ưu có điều kiện bước Sau tiến hành xong trình tự ngược ta vào trạng thái ban đầu cho tốn để tiến hành trình tự thuận từ bước đến bước n xác định dãy định tối ưu Theo mơ hình tốn học khối lượng tính tốn lớn Để giảm bớt khối lượng tính toán thực tế người ta thường phải bớt bước ban đầu số -9- Bảng 4.3 Các loại nhà máy nhiệt điện dự định phát triển N/m C/s, MW NĐT1 NĐT2 NĐT3 NĐT4 NĐT5 NCC1 NCC2 NCC3 NHKH PWR1 KHMT C500 300 500 600 600 500 330 360 720 250 1000 360 1000 Bảng 4.4 Các loại nhiên liệu sử dụng cho nhà máy nhiệt điện Kiểu nhiên liệu Tên Mơ tả GAS Khí miền Nam MINE Than miền Bắc FO Dầu DO Dầu điêzen COAL Than nhập GAST Khí Tây Nam NUCL Điện hạt nhân CADU Điện hạt nhân GEOT Địa nhiệt GASB Khí Miền Bắc Số liệu cụ thể phụ tải nhà máy điện thể rõ phụ lục 4.4.2 Kết tính tốn phương án nghiên cứu: Trường hợp 1: Không xét hệ số phát thải Bảng 4.5 Kết tính tốn cho trường hợp không xét hệ số phát thải Năng lượng khơng phục vụ, Tổng chi phí, GWh Năm LOLP, % 1000$ GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 2010 2.698.275 0 0 2011 2.869.434 0 0 2012 3.306.815 0,0006 0,3 0,4 0,3 0,3 2013 3.703.762 0,0003 0,1 0,1 0,1 0,1 2014 4.130.387 0,0002 0,1 0,1 0,1 0,1 2015 4.655.619 0,0003 0,1 0,1 0,1 0,1 2016 5.064.984 0,8885 0,2 63,1 0,2 0,2 2017 5.436.710 0,7201 0,3 51,2 0,3 0,3 2018 6.066.217 0,0002 0,3 0,3 0,2 0,2 2019 6.874.308 0,0001 0,2 0,2 0,2 0,2 - 76 - 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 5.951.205 8.203.294 9.005.799 9.997.974 10.909.532 12.116.518 13.148.732 13.619.287 14.959.698 16.560.351 16.560.351 0,0004 0,0002 0,0004 0,0002 1,9172 1,3822 0,0001 1,7622 1,7622 0,3 0,9 0,7 0,7 0,6 0,1 0,1 0 0,3 0,9 0,7 283,3 205,7 0,1 0,2 380,8 380,8 0,4 0,8 0,7 0,8 0,6 0,1 0,1 0 0,3 0,8 0,6 49,8 0,6 0,1 0,1 0 Trường hợp 2: Xét hệ số phát thải Ta chọn nhóm ràng buộc cho nhà máy nhóm (2) nhóm (3) Nhóm ràng buộc (2) ràng buộc phát thải khí S02 Nhóm ràng buộc (3) ràng buộc phát thải khí NOx Giá trị giới hạn S02 (cho nhà máy) : 25 tấn/năm Giá trị giới hạn N0x (cho nhà máy) : 20 tấn/năm Do phát thải S02 N0x nhà máy nhiệt điện than lớn nên ta chọn 11 nhà máy nhiệt điện than FIXSYS loại nhà máy nhiệt điện than VARSYS tham gia đồng thời vào nhóm ràng buộc trên, gồm nhà máy: FLA1, U-BI, N-BI, FL-2, UBIM, NBIM, HAPH, QNI1, CAPH, NDUO, CANG NĐT1, NĐT2, NĐT3 Năm 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Bảng 4.6 Kết tính tốn cho trường hợp xét hệ số phát thải Năng lượng không phục vụ, Tổng chi phí, GWh LOLP, % 1000$ GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 3.709.241 0 0 3.946.997 0 0 4.295.293 0,0006 0,3 0,4 0,3 0,3 4.637.349 0,0003 0,1 0,1 0,1 0,1 5.311.216 10,0831 1135 3063,1 2202,0 3685,5 6.221.783 17,2927 2675,6 4910,4 5962,7 8351,4 6.866.830 37,1506 7791,2 11606 13296 17034 7.643.892 46,1302 13799 18999 21764 24721 8.985.745 39,3586 11421 15827 16800 20213 10.824.251 55,3394 24205 30210 32545 35633 11.418.386 17,7595 5892 9429,4 8391,5 10756 16.761.436 33,8245 14459 19335 20545 23458 21.266.444 26,9949 11564 16386 17072 20532 - 77 - 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 28.643.398 34.097.016 49.103.356 65.506.512 70.328.640 82.253.944 92.304.656 92.304.656 36,9770 34,8905 28,7305 20,5167 13,4785 32,0117 36,4936 36,4936 22924 22994 18216 17062 8295 29626 32948 32948 - 78 - 25054 27579 23286 20111 12827 33991 39941 39941 26736 29425 24494 19492 12298 35306 40607 40607 30951 32758 28344 23014 14176 41365 43715 43715 BẢNG 4.7 - 79 - BẢNG 4.8 - 80 - Từ kết tính tốn ta có số nhận xét sau: Trường hợp không xét hệ số phát thải - Từ kế hoạch đưa nhà máy vào vận hành (bảng 4.7) ta nhận thấy: Từ năm 2010 đến năm 2014 khả hệ thống đáp ứng nhu cầu tải Trong năm ta không cần đưa nhiều tổ máy vào làm việc Nhưng từ năm 2015 đặc biệt từ năm 2020, nhu cầu phụ tải tăng nên cần đưa loại nhà máy vào vận hành, đến năm 2020 đưa tổ máy nhà máy điện hạt nhân vào làm việc - Từ bảng kết tính tốn (bảng 4.5) ta có số nhận xét sau: Với cấu hình xác định (bảng 4.7), từ năm 2010 đến năm 2015 hệ thống đáp ứng đủ nhu cầu tải, xác suất thiếu điện xấp xỉ 0, lượng điện không phục vụ giai đoạn năm nhỏ (dưới GWh) Một số năm (2024, 2025, 2029, 2030) có xác suất thiếu điện lớn (trên 1%), chương trình thực sa thải phụ tải giai đoạn năm Ta nhận thấy, chương trình sa thải phần lớn phụ tải giai đoạn 2, giai đoạn tới hạn mà ta chọn tính tốn Ở giai đoạn này, độ chênh lệch công suất đặt hệ thống tải đỉnh nhỏ Ta cần có kế hoạch huy động nguồn cho giai đoạn Trường hợp xét hệ số phát thải Ta giữ nguyên cấu hình phát triển nguồn trường hợp Khi đưa ràng buộc phát thải vào ta thấy kết tính tốn thay đổi nhiều - Xác suất thiếu tải tăng đáng kể Trong năm đầu giai đoạn quy hoạch, xác suất thiếu tải 1% năm này, trữ hệ thống lớn Từ năm 2014 trở xác suất thiếu tải lớn (đều 10%), chí có năm (2019) xác suất thiếu tải lên đến 55% chương trình thực sa thải phụ tải tất giai đoạn Nguyên nhân dẫn đến tình trạng ta đưa ràng buộc phát thải vào số nhà máy trình bày Chương trình tính tốn để đảm bảo cấu hình thoả mãn ràng buộc đặt Với nhà máy không thoả mãn ràng buộc, chương trình thực cắt giảm khả phát nhà máy đồng thời tăng khả phát nhà máy khác (thể bảng 4.8) Trong trường hợp có nhiều nhà máy bị cắt giảm việc tăng khả phát nhà máy khác bị hạn chế dẫn đến thiếu tải - 81 - Để khắc phục tình trạng ta cần có kế hoạch huy động nguồn phù hợp, huy động nguồn điện phân tán: thuỷ điện nhỏ, nhà máy sử dụng lượng mặt trời, gió… - Giá trị hàm mục tiêu tăng nhiều Trong năm đầu, không thiếu tải (LOLP ≈ 0) giá trị hàm mục tiêu tăng chương trình cắt giảm khả phát nhà máy chịu ràng buộc (là NMNĐ chạy than, có chi phí vận hành nhỏ) tăng khả phát NMNĐ có chi phí vận hành lớn Từ năm 2014 giá trị hàm mục tiêu tăng lên nhiều Đến năm 2019 giá trị hàm mục tiêu tăng 40%, đến năm 2030 giá trị hàm mục tiêu tăng tới 400% so với thời kỳ trường hợp Nguyên nhân chương trình huy động phần lớn nhà máy có chi phí vận hành cao vào hoạt động, đồng thời, hàm mục tiêu có thêm thành phần hàm phạt hệ thống cung cấp thiếu lượng Để giảm xác suất thiếu tải, tăng độ tin cậy hệ thống ta làm sau: - Thứ tăng giá trị giới hạn cho phát thải Biện pháp có ưu điểm làm giảm giá trị hàm mục tiêu giảm bớt giá trị phạt, nhiên yếu tố mơi trường không đảm bảo - Thứ hai, tăng công suất đặt cho hệ thống tức ta phải đưa thêm NMĐ phát thải vào vận hành Biện pháp làm giảm giá trị hàm phạt lại làm tăng chi phí khác, đồng thời chương trình giới hạn công suất đặt không vượt (công suất tải đỉnh + x công suất tải đáy) - Thứ ba, ta thay đổi tính chất nhiên liệu đầu vào cách sử dụng than (có nồng độ chất gây ô nhiễm thấp) Bảng 4.9 thể kết tính tốn chương trình giảm nồng độ SO2, NOx nhiên liệu xuống 10 lần Từ kết ta thấy xác suất thiếu tải hệ thống toàn giai đoạn giảm nhiều chấp nhận nhiên giá trị hàm mục tiêu tăng tăng chi phí nhiên liệu đầu vào - 82 - Bảng 4.9 Kết tính tốn giảm nồng độ SO2 NO2 nhiên liệu đầu vào Năm Tổng chi phí, 1000$ LOLP, % 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 3.709.241 3.946.997 4.295.293 4.637.349 4.547.111 5.275.597 5.917.484 5.917.268 8.008.353 10.317202 9.549.516 14.734.249 17.788.846 22.628.746 29.859.986 40.172.428 55.908.760 58.250.888 75.097.736 84.131.176 84.131.176 0 0,0006 0,0003 0,0002 0,0003 0,8885 0,4667 0,0002 1,6947 0,0004 0,0002 0,9248 0,8656 1,2443 0.6103 1,1652 1,1541 1,1557 1,9562 1,9562 Năng lượng không phục vụ, GWh GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 0 0 0 0,3 0,4 0,3 0,3 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 63,1 0,2 0,2 0,3 36,2 0,6 0,3 0,2 0,3 0,3 0,3 0,6 215,5 0,6 0,8 0 0 0,3 0,3 0,4 0,3 0,9 111,5 0,8 22,5 0,7 98,7 1,3 7,8 2,8 190,1 3,5 34,6 0,9 104,0 3,6 8,0 0,8 182,4 25,4 11,5 0,6 134,5 40,9 66,4 6,8 120,3 74,4 12,1 8,4 668,7 56,3 18,4 8,4 668,7 56,3 18,4 Ngoài phát thải NOx SO2, NMNĐ thải lượng lớn khí CO2 bụi PM10, hai nguyên nhân ảnh hưởng lớn đến môi trường Ta giải tốn với ràng buộc khí CO2 bụi PM10 Cách tính tốn chương trình tương tự Nếu ta đặt giá trị ràng buộc nhỏ hệ thống bị sa thải lượng lớn phụ tải, xác suất thiếu tải hệ thống lớn Muốn giảm LOLP hệ thống, ta cần phải sử dụng số biện pháp như: bổ sung tổ máy, sử dụng nhiên liệu hay tăng giá trị ràng buộc… Sử dụng cấu hình nguồn trình bày kèm theo ràng buộc phát thải bụi PM10 70 nghìn /năm ta có kết bảng 4.10 - 83 - Bảng 4.10 Kết tính tốn chọn ràng buộc bụi PM10 Năm Tổng chi phí, 1000$ LOLP, % 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2.608.275 2.869.438 3.306.815 3.703.762 4.230.185 4.913.468 5.472.123 6.535.487 7.608.365 10.384.762 9.364.738 14.026.992 17.059.212 23.050.582 29.399.082 39.162.712 52.099.200 54.304.316 75.045.600 85.338920 85.338920 0 0,0006 0,0003 0,0002 0,0003 0,8885 0,0003 0,0002 4,4137 0,0004 0,0003 1,2171 9,6229 3,2443 3,7371 1,9307 0,0962 4,3721 5,8050 5,8050 Năng lượng không phục vụ, GWh GĐ1 GĐ2 GĐ3 GĐ4 0 0 0 0,3 0,4 0,3 0,3 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 63,1 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,3 1519,3 2955,8 2939 4443,7 0 0 0,3 0,3 0,4 0,3 129 929,3 303,3 1107,5 4702 6326 7160 8047 3148,8 3059,6 3587,5 4395,3 2.821 3.900,2 3.931,1 4590,0 1545,4 2649,4 2078,7 2629,0 0,6 103,3 756,9 360,0 4288,3 6794,4 6413,3 7951,0 10649,5 9929,9 10.240 10.090 10649,5 9929,9 10.240 10.090 Như vậy, với cầu hình nguồn tối ưu, việc thoả mãn đồng thời tiêu chuẩn môi trường tiêu chuẩn kinh tế, kỹ thuật khó khăn Tuỳ thuộc thời điểm phát triển, điều kiện kinh tế xã hội mà ta lựa chọn ưu tiên tiêu chuẩn phù hợp, hài hoà tiêu chuẩn Trong tương lai, để việc phát triển nguồn điện không ảnh hưởng đến môi trường ta cần nghiên cứu, tăng cường loại nhà máy điện phát thải nhà máy nhiệt điện chạy khí, nhà máy điện hạt nhân nhà máy điện sử dụng lượng tái tạo Ngồi ra, phương thức tính tốn để thoả mãn ràng buộc chương trình cịn có số điểm hạn chế Thứ nhất, giá trị giới hạn phát thải hàng năm nhà máy chịu ràng buộc Lượng phát thải nhà máy phụ thuộc vào loại nhiên liệu mà sử dụng, công suất đặt nhà máy lượng điện mà phát hàng năm - 84 - Nếu áp đặt giới hạn phát thải nhà máy dẫn đến tình trạng nhà máy có cơng suất nhỏ, lượng điện phát hàng năm không nhiều- đảm bảo ràng buộc đặt thực tế khơng đảm bảo tiêu chuẩn môi trường theo quy định Và ngược lại, để thoả mãn ràng buộc nhà máy có cơng suất lớn bị hạn chế nhiều khả phát điện Để khắc phục hạn chế này, ta nên lựa chọn đưa nhà máy có thơng số kỹ thuật tương tự vào nhóm ràng buộc Tuy nhiên, ta cần quan tâm đến giới hạn phát thải theo khu vực khơng có phân biệt phát thải khu vực cách làm chấp nhận Hạn chế thứ hai, chương trình cho phép xét loại khí thải Vậy muốn xét đồng thời bốn loại khí thải (NOx, SO2, CO2 bụi PM10) khó khăn, ta phải giải nhiều toán riêng lẻ Hạn chế thứ ba, chương trình tính tốn, xếp thứ tự vận hành kinh tế cho nhà máy phân phối kế hoạch sản xuất điện năm cho nhà máy để giá trị hàm mục tiêu tối ưu Tuy nhiên chương trình coi tồn hệ thống khối, khơng xét đến ảnh hưởng đường dây liên kết khả trao đổi vùng miền Ở bảng 4.4 thể rõ, cắt giảm lượng nhà máy nhiệt điện chạy than chương trình huy động nhà máy nhiệt điện chạy khí Nếu áp dụng cho hệ thống điện Việt Nam NMNĐ chạy than thường tập trung miền Bắc, cịn NMNĐ chạy khí lại tập trung miền Trung miền Nam, lượng chảy từ Nam Bắc Để hoàn thiện lời giải ta cần sử dụng số biện pháp khác biện pháp chuyên gia hay chương trình hỗ trợ Trên giới, nhiều nước sử dụng chương trình PDPAT-II để hồn thiện lời giải cho chương trình WASP - 85 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bảo vệ môi trường nội dung tách rời chủ trương kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội ngành, ngành lượng chiếm vị trí quan trọng Việc đưa yếu tố mơi trường vào toán quy hoạch phát triển hệ thống điện yêu cầu cấp thiết Cho đến Việt Nam, vấn đề chưa quan tâm mức Chính luận án đặt vấn đề bổ sung yếu tố môi trường vào toán phát triển hệ thống điện Việc xây dựng, vận hành nhà máy điện ảnh hưởng đến môi trường xung quanh đặc biệt nhà máy nhiệt điện Luận văn xác định hệ số phát thải cho phép NMNĐ vào QCVN 22:2009/BTNMT Trong xây dựng vận hành nhà máy điện cần áp dụng biện pháp làm giảm mức độ ô nhiễm, thoả mãn tiêu chuẩn quy định Luận văn nghiên cứu đề số biện pháp làm giảm ô nhiễm NMĐ Ngồi biện pháp đó, từ lập quy hoạch nguồn điện cần đưa vấn đề mơi trường vào tốn quy hoạch Luận văn sử dụng chương trình WASP-IV để tính tốn, so sánh phương án quy hoạch Từ kết tính tốn tối ưu phát triển nguồn điện Việt Nam trường hợp cho thấy: - Khi xét hệ số phát thải giá trị hàm mục tiêu tăng nhiều đồng thời khả phát hệ thống bị hạn chế chương trình cắt giảm khả phát nhà máy chịu ràng buộc, dẫn đến lượng không phục vụ tăng, thành phần chi phí phạt thiếu lượng tăng - Thay đổi tiêu chuẩn môi trường, thông số nhiên liệu vào cải thiện tình trạng thiếu lượng hệ thống Để hoàn thiện lời giải WASP cần sử dụng số phương pháp phối hợp khác để áp dụng kết tính tốn vào thực tế Cần đảm bảo kế hoạch đưa tổ máy vào vận hành, khơng xảy tình trạng thiếu lượng Việc đưa vào giới hạn ràng buộc cần - 86 - xem xét, lựa chọn kỹ để đảm bảo phối hợp hài hoà tiêu chuẩn môi trường tiêu chuẩn kinh tế, kỹ thuật Để đảm bảo nhu cầu điện cải thiện tiêu chuẩn môi trường ta cần quan tâm mức tới nguồn lượng tái tạo Do nguồn lượng có chi phí cao nên nhà nước cần có sách hỗ trợ - 87 - Bảng 4.7 Kế hoạch đưa tổ máy vào vận hành Năm Tải đỉnh 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 19553 21834 35977 39868 29341 32196 35104 38130 41429 44927 48642 52677 56992 61649 66434 71461 76770 82527 88715 95367 95367 N/c lượng, GWh 111538 125176 137775 154615 170822 188338 206354 223362 245896 272310 216043 315242 341048 368905 397553 427681 459407 492843 530858 570667 570667 Pđ, MW 31512 36354 38143 41480 45990 47805 50085 57226 62026 66006 65564 75126 80256 85356 90426 96096 102626 110146 115546 121846 121846 Kế hoạch đưa tổ máy vào vận hành NĐT1 0 0 2 4 6 8 8 12 12 12 NĐT2 0 1 3 6 8 8 12 12 12 NĐT3 1 6 7 8 8 8 9 9 12 12 NĐT4 0 0 0 1 4 6 10 10 10 10 12 14 14 NĐT5 0 0 0 0 3 8 10 14 15 15 NCC1 0 0 1 1 6 11 14 14 14 14 14 7988 - NCC2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 NCC3 0 1 1 1 5 10 10 10 10 NHKH 0 0 8 8 8 8 8 8 PWR1 0 0 0 6 10 15 15 15 15 KHMT 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C500 0 0 0 0 0 8 8 HYD1 10 11 12 14 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 HYD2 0 0 0 2 10 14 18 21 23 24 24 24 24 Bảng 4.8 So sánh công suất phát số nhà máy hai trường hợp Năm 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 Trường hợp 2 2 2 2 2 Năng lượng phát nhà máy điện, GWh FLA1 2353 917 2348 759 2372 1273 2373 1874 2308 1330 2373 2467 2373 2564 2373 2112 2373 2803 2773 2612 UBI 758 305 755 185 771 242 770 244 700 196 772 263 772 400 772 216 772 448 772 605 N-BI 476 187 474 201 481 152 481 188 437 246 481 219 81 244 481 150 481 291 481 355 FL-2 4769 1835 4753 2097 4775 3269 4775 4348 4607 3352 4775 3613 4775 4751 4775 3618 4775 3920 4775 4836 UBIM 3177 1223 3165 1375 3183 1674 3183 2683 3071 1715 3183 1860 3183 2852 3183 1810 3183 2361 3183 2694 P21S 4869 6122 5089 6515 6615 6971 6660 9216 5430 8340 6888 9264 6903 1013 6972 8465 6953 7741 6984 8506 P21E 1588 2126 1920 2744 2316 3200 2073 4320 985 3922 1519 4734 1781 3492 1842 3418 1757 4439 1800 4667 PMY1 3484 7341 3817 6549 4170 7301 4004 8242 2302 8177 3519 12434 3421 12057 3670 11894 3681 9994 3416 11301 8089 - NHTR 10192 16687 10243 17182 10466 26317 10463 28872 9378 21776 10490 27438 10490 28845 10490 27279 10490 31472 10490 31472 FOMS 889 895 888 899 899 899 898 899 839 841 9234 899 899 899 899 899 899 899 899 899 NĐT1 0 0 2302 71 4831 168 5706 385 20657 296 11704 1634 12267 1154 21324 2769 21714 5768 NĐT2 1926 730 5864 1559 6705 1818 11304 8144 13292 10531 27538 20979 21056 47434 21315 31478 27407 101619 36952 13284 NĐT3 2881 1107 17538 6030 18876 2557 22023 2766 21872 231 15120 1302 30397 5278 34901 6291 34998 5154 47093 765 NĐT4 0 0 2774 3693 10937 14734 7936 42060 8962 89485 24793 242658 25370 263094 29444 329735 32321 418853 NĐT5 0 0 0 3489 5553 4127 12023 3776 35657 16887 104239 19356 166418 27712 359056 36065 502850 NCC1 0 0 1540 2485 1026 2438 1366 8141 43070 5865 37870 12282 205667 11582 181625 10886 148068 - 90 - ... nguồn điện Việt Nam từ năm 2010 đến 2030 có xét đến yếu tố môi trường phương pháp quy hoạch dộng" Tại Việt Nam, có nhiều đề tài nghiên cứu quy hoạch phát triển nguồn điện theo phương pháp quy hoạch. .. hình qui hoạch phát triển nguồn điện Việt Nam Bài tốn quy hoạch phát triển nguồn nói riêng, nhiều toán tối ưu khác thường giải nhờ phương pháp quy hoạch toán học Ở dạng tổng qt tốn quy hoạch biểu... ứng dụng rộng rãi nhiều quốc gia 1.3.2 Mơ tả tốn học tốn qui hoạch phát triển nguồn điện có xét đến yếu tố mơi trường Bài tốn quy hoạch nguồn điện có dạng tổng quát gồm hàm mục tiêu điều kiện