Nghiên cứu cơ sở khoa học nâng cao hiệu quả vận hành phát điện các hồ chứa bậc thang trong thị trường điện cạnh tranh, áp dụng cho lưu vực sông chu tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ QUỐC HƢNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH PHÁT ĐIỆN CÁC HỒ CHỨA BẬC THANG TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH, ÁP DỤNG CHO LƢU VỰC SÔNG CHU Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 9580202 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2019 Cơng trình hồn thành Trƣờng Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Phan Kỳ Nam Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS Lê Văn Nghị Phản biện 1: GS TS Hà Văn Khối – Hội Thủy lợi Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Danh Oanh – Viện Năng lượng Phản biện 3: PGS.TS Đỗ Văn Chiêu – Trường Đại học Xây dựng Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp Trường Đại học Thủy lợi, vào lúc 13 30 phút, ngày 11 tháng 03 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc Gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần đây, thủy điện phát triển mạnh mẽ nước ta không ngừng tăng lên năm Ngoài vấn đề phát triển nguồn điện từ gió, than, lượng mặt trời, khí , cần nghiên cứu khai thác hiệu nhà máy thủy điện (NMTĐ) xây dựng để giảm bớt khó khăn cung cấp điện cho sản xuất vấn đề quan trọng đặt Đi kèm việc xây dựng quy trình vận hành tích nước, xả lũ hồ chứa nhằm vận hành tối ưu NMTĐ, đảm bảo hài hòa lợi ích sử dụng nước, vừa tận dụng tối đa nguồn thủy năng, giảm nhẹ lũ hạn hán hạ lưu toán xã hội quan tâm ln mang tính thời Hiện nay, Chính phủ ban hành quy trình vận hành liên hồ cho tất hệ thống hồ chứa (HTHC) lưu vực lớn Việt Nam bao gồm lưu vực sông Mã Tuy nhiên, vận hành HTHC, quy định vận hành an toàn lưu lượng tối thiểu cấp cho hạ lưu mà chưa đề cập đến nâng cao hiệu vận hành việc tham gia thị trường điện cạnh tranh Với các đòi hỏi nêu đề tài “Nghiên cứu sở khoa học nâng cao hiệu vận hành phát điện hồ chứa bậc thang thị trường điện cạnh tranh, áp dụng cho lưu vực sông Chu” cần thiết nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu sở khoa học xây dựng mơ hình tính toán tối ưu doanh thu bán điện cho hệ thống hồ chứa bậc thang điều kiện phát điện cạnh tranh, nhằm đưa dẫn vận hành kết hợp với biểu đồ điều phối (BĐĐP) đảm bảo phát đủ sản lượng hợp đồng hàng năm hướng đến doanh thu lớn Phân tích xây dựng mối quan hệ độ giảm mức độ phân phối giá bán điện giờ, theo lũy tích thời gian tháng với sản lượng điện tháng số giao dịch tháng, để làm sở tính tốn điều tiết năm nhằm nâng cao hiệu phát điện, đem lại doanh thu lớn cho chủ đầu tư Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống hồ chứa bậc thang điều tiết năm kết hợp phát điện lưu vực sông Chu, điều kiện phát điện cạnh tranh Việt Nam Phạm vi nghiên cứu: Nâng cao hiệu vận hành hệ thống hồ chứa điều tiết năm Hủa Na Cửa Đạt, kết hợp phát điện điều kiện phát điện cạnh tranh Việt Nam Luận án chọn thời đoạn tính tốn cho điều tiết năm nhiều năm tháng Phƣơng pháp nghiên cứu (1) Phương pháp kế thừa; (2) Phương pháp mơ tốn học; (3) Phương pháp phân tích tổng hợp Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án (1) Góp phần hoàn thiện luận khoa học vận hành liên hồ chứa đa mục tiêu với doanh thu phát điện lớn Lập chương trình tính tốn BĐĐP vận hành hồ chứa nâng cao hiệu phát điện thị trường điện cạnh tranh Việt Nam (2) Kết tính tốn phương án điều tiết dẫn vận hành phát điện tháng hồ liên hồ chủ hồ tham khảo, áp dụng vận hành hệ thống hồ chứa với ràng buộc phạm vi mực nước phòng lũ, lưu lượng cấp nước mục tiêu tối đa lợi ích doanh thu Những đóng góp luận án (1) Luận án xây dựng tốn chương trình tính tốn phối hợp liên hồ nhằm đạt doanh thu lớn nhất, nâng cao hiệu phát điện tham gia thị trường điện cạnh tranh (2) Áp dụng chương trình tính tốn cho bậc thang Hủa Na – Cửa Đạt lưu vực sông Chu Đề xuất biểu đồ điều phối phát điện với ràng buộc quy trình vận hành đa mục tiêu đáp ứng yêu cầu điều độ hệ thống điện Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu Kết luận, kết nghiên cứu luận án trình bày ba chương sau: Chương Tổng quan nghiên cứu vận hành bậc thang hồ chứa thị trường điện cạnh tranh Chương Xây dựng sở khoa học thực tiễn nâng cao hiệu vận hành phát điện hồ chứa bậc thang thị trường điện cạnh tranh Chương Áp dụng tính tốn phân tích kết quả, xác định xu hướng vận hành cho bậc thang hồ chứa lưu vực sông Chu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH BẬC THANG HỒ CHỨA VÀ THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 1.1 Các nghiên cứu vận hành hồ chứa giới Afzali nnk., (2008) nghiên cứu vận hành phối hợp hệ thống hồ thủy điện Khersan, Iran việc kết hợp mơ hình mơ thuật tốn tối ưu với hàm mục tiêu tổng sản lượng điện hệ thống hồ Các tác giả áp dụng quy hoạch tuyến tính cho riêng hồ cho hồ để so sánh Kết đạt cho thấy phối hợp vận hành hệ thống hồ chứa theo hàm mục tiêu đề cho sản lượng điện cao khoảng 7,9% so với tổng sản lượng điện hồ vận hành riêng rẽ Daniel De Ladurantaye nnk., (2009) nghiên cứu Tối ưu hóa lợi nhuận từ vận hành thủy điện Nghiên cứu trình bày mơ hình tốn học kết hợp xác định ngẫu nhiên để tối đa hóa lợi nhuận thu cách bán sản lượng điện thông qua đập hồ chứa bậc thang thị trường giao (trả tiền ngay) Mơ hình dựa giá điện xác định mơ hình khác tích hợp ngẫu nhiên thơng qua việc quản lý kịch giá tiềm Những kết số dựa liệu lịch sử chứng minh tính ưu việt mơ hình ngẫu nhiên mơ hình xác định Nó cho thấy biến động giá ảnh hưởng đến lợi nhuận thu từ mơ hình ngẫu nhiên 1.2 Các nghiên cứu vận hành hồ chứa Việt Nam Hồ Ngọc Dung (2017) nghiên cứu tính tốn chế độ vận hành theo lợi ích lớn cho hai hồ Sơn La Hịa Bình mùa cạn, xác định tập hợp đường vận hành tối ưu, sử dụng kết hợp biểu đồ điều phối để tập trung vào nghiên cứu sở khoa học, xây dựng thuật tốn mơ hình tốn tối ưu điều tiết hồ chứa bậc thang thủy điện Kết phục vụ việc xây dựng quy trình vận hành hợp lý bền vững hệ thống liên hồ chứa đảm bảo tối ưu khai thác lượng, cấp nước hạ lưu ổn định bền vững mùa cạn Tuy nhiên, hệ thống hồ chứa chia lưới với mực nước thượng lưu Sơn La 0,5m Hịa Bình 0,2m khó phù hợp với hồ chứa kết hợp phát điện có dung tích cơng suất nhỏ Nghiên cứu dừng lại nghiên cứu chế độ vận hành tối ưu cho hai hồ chứa Sơn La Hòa Bình, cịn hai hồ chứa điều tiết năm phía thượng lưu Sơn La thủy điện Bản Chát thủy điện Lai Châu chưa đưa vào tham gia tối ưu hệ thống mà sử dụng kết tính tốn chúng giai đoạn thiết kế điều kiện biên để xét ảnh hưởng Lê Ngọc Sơn (2017) nghiên cứu xác lập sở khoa học kết hợp mô hình mơ – tối ưu – trí tuệ nhân tạo, xây dựng chương trình mơ hình tối ưu quy hoạch động (QHĐ) để đề xuất phương án vận hành cận tối ưu cho hệ thống hồ chứa có kể đến biến đổi thực tế nguồn nước nhu cầu sử dụng nước nhằm nâng cao hiệu phát điện, đáp ứng yêu cầu cấp nước hạ lưu cho lưu vực sơng Ba Kết tính tốn mô kiểm chứng với kết vận hành thực trạm thủy điện Sông Hinh cho thấy mô hình mà tác giả đề xuất mang lại hiệu cao Tuy nhiên, thời đoạn tính tốn mơ hình khơng chia nhỏ thời đoạn tháng khó phù hợp với chu kỳ dự báo thủy văn ngắn hạn 10 ngày Nghiên cứu chưa xem xét tính ngẫu nhiên nhu cầu dùng nước hệ thống điện mà đưa vào ràng buộc phải thỏa mãn Các ràng buộc vận hành nhu cầu dùng nước hệ thống điện thị trường điện cạnh tranh cần tiếp tục nghiên cứu để đưa mơ hình thích ứng tốt mà nhu cầu nước cho kinh tế - xã hội yếu tố thị trường thay đổi 1.3 Giới thiệu chung thị trƣờng điện cạnh tranh Thị trường điện cạnh tranh hình thành hoạt động hiệu số nước thuộc châu Âu, châu Mỹ châu Úc Theo kế hoạch thị trường điện Việt Nam phát triển qua ba cấp độ tiếp tục hoàn thiện sau lần thử nghiệm Khi tham gia thị trường điện cạnh tranh, NMTĐ có hồ điều tiết dài hạn có ưu đưa giá chào linh hoạt vận hành để nhằm bán điện vào khung giá cao Đây lợi tốn phức tạp địi hỏi chủ cơng trình cần tính đến lập kế hoạch phát điện điều tiết hồ chứa phát điện, nhằm mang lại hiệu cao điều kiện chế độ thủy văn biến đổi 1.4 Định hƣớng nghiên cứu luận án Qua nghiên cứu vận hành hồ chứa Việt Nam giới cho thấy, tác giả tập trung vào giải toán tối ưu phát điện, cấp nước phịng lũ áp dụng phương pháp tính tối ưu khác Một số tác giả xem xét vị trí làm việc NMTĐ hệ thống điện quốc gia Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu xem xét đến việc tham gia thị trường điện cạnh tranh tìm phương án vận hành tối ưu cho hồ chứa phát điện Qua phần tổng quan nghiên cứu hệ thống lưu vực sông Chu, chưa có nghiên cứu cụ thể phối hợp hệ thống bậc thang Hủa Na - Cửa Đạt, trình vận hành phát điện Đây khoảng trống, cần nghiên cứu hệ thống có đặc thù riêng, khơng có mơ hình tổng qt áp dụng Về phương pháp nghiên cứu, tổng quan cho thấy phương pháp QHĐ cải tiến QHĐ thường sử dụng nhiều nghiên cứu vận hành hồ chứa tỏ có hiệu việc tìm nghiệm tối ưu tồn cục Trong phạm vi tính tốn tối ưu doanh thu cho hồ chứa bậc thang, luận án lựa chọn sử dụng phương pháp đệ quy (QHĐ top-down) để tạo biên tính tốn, áp dụng phương pháp QHĐ bottom-up xây dựng mơ hình tính tốn phù hợp với khả xử lý ngơn ngữ lập trình Từ phân tích thị trường điện cạnh tranh, luận án lựa chọn mơ hình tối ưu doanh thu lớn cho hồ chứa bậc thang tham gia thị trường điện Hình 1.10 Sơ đồ thể bước nghiên cứu 1.5 Kết luận chƣơng Hiện nay, lưu vực sơng Mã nói riêng lưu vực sơng lớn Việt Nam nói chung, Chính phủ ban hành quy trình vận hành liên hồ đưa quy tắc vận hành Tuy nhiên, chủ hồ quyền chủ động vận hành phối hợp vận hành phạm vi ràng buộc cho phép Việc vận hành, theo quy trình dừng lại việc đưa ràng buộc mực nước lưu lượng, nhằm đảm bảo an tồn cơng trình cấp nước tối thiểu, mà chưa đến tối ưu Hơn nữa, cách vận hành trạng thái “tương đương với trình thiết kế xây dựng quy trình” tức đường dẫn vận hành biểu đồ điều phối tương đối cố định từ trước, có hồ cịn chưa cập nhật số liệu vận hành theo thời gian để điều chỉnh Mặt khác, hàng năm nhà máy tham gia thị trường điện cạnh tranh giao sản lượng khác nhau, phân phối tháng năm thay đổi năm Do đó, cần phải có phương thức vận hành thích hợp cho hệ thống bậc thang hồ chứa, để nâng cao hiệu phát điện kết hợp phòng lũ, cấp nước khắc phục tồn khác vận hành hệ thống bậc thang thủy điện Phân tích mặt chưa giải nghiên cứu trước Chương sở cho nội dung tính toán hướng giải toán vận hành bậc thang hồ chứa phát điện luận án Do phương pháp giải cách tiếp cận toán phối hợp vận hành tối ưu phát điện thị trường điện canh tranh bậc thang hồ chứa giải hai chương cần thiết CHƢƠNG XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH PHÁT ĐIỆN CÁC HỒ CHỨA BẬC THANG TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 2.1 Phƣơng pháp giải toán tối ƣu vận hành liên hồ chứa Luận án tính toán vận hành liên hồ chứa phương pháp QHĐ, tìm cách tối ưu hóa mục tiêu sở dòng chảy lịch sử liệu mua bán điện có Từ xác định vị trí tối ưu vận hành đưa đến kết hướng vận hành thực tế thời điểm thấp/cao hơn, bám theo mực nước hồ thời điểm vận hành cho chủ hồ, hồ vận hành đơn lẻ kết hợp để tăng doanh thu tổng cho hệ thống bậc thang 2.2 2.2.1 Phƣơng pháp giải toán QHĐ Lựa chọn cách tiếp cận QHĐ thường dùng hai cách tiếp cận:  top-down (từ xuống): Bài toán chia thành toán Các toán giải lời giải ghi nhớ để phòng trường hợp cần dùng lại Đây đệ quy lưu trữ kết hợp với  bottom-up (từ lên): Tất toán cần đến giải trước, sau dùng để xây dựng lời giải cho toán lớn Cách tiếp cận tốt không gian nhớ dùng cho ngăn xếp số lệnh gọi hàm Để tránh việc phải giải giải lại nhiều toán lặp (QHĐ top-down), luận án sử dụng phương pháp QHĐ bottom-up để tính toán xác định hàm mục tiêu doanh thu lớn nhất; Để xây dựng biên mực nước đảm bảo yếu tố an ninh lượng, luận án sử dụng phương pháp đệ quy (QHĐ top-down) với tổ hợp điểm xuất phát quay ngược từ tổ hợp MNC cuối mùa kiệt hồ 2.2.2 Các đặc trưng QHĐ Hàm mục tiêu mục tiêu tối đa tối thiểu cần đạt Đây thước đo hiệu quả, việc định thời đoạn Hàm phụ thuộc vào biên trạng thái, trạng thái đầu trạng thái cuối hệ thống liên hồ Hàm mục tiêu, lợi ích lớn cần đạt điện lượng mùa kiệt, điện lượng năm hay nhiều năm, chi phí thiệt hại thiếu hụt nước nhỏ Trong luận án, với đối tượng hồ chứa thuộc chủ hồ tư nhân, hàm mục tiêu lựa chọn doanh thu liên hồ hồ lớn cho năm vận hành Quá trình chuyển thời đoạn (tính cho thời đoạn kế tiếp) cần phải ghi lại giá trị đường tạo hàm mục tiêu tất mắt lưới (thuộc thời đoạn tính) tốt Tại cặp mắt lưới chia (trường hợp hồ), cần phải xác định đường phù hợp từ điểm xuất phát (cặp mắt lưới đầu tiên) đến cặp mắt lưới xét 2.3.2 Mơ hình tính tốn hai hồ bậc thang Tại bước tính tốn (thời đoạn tính tốn nằm hai thời điểm tính tốn liên tiếp), ví dụ có hai hồ bậc thang, chương trình coi cặp số mực nước thượng lưu hồ hồ (Ztl_trên, Ztl_dưới) điểm đến từ nhiều điểm (cặp mực nước thượng lưu) từ thời điểm trước, xét tất hướng đến điểm xét Sơ đồ minh họa Hình 2.3 Ztl_trên Ztl_trên thời gian Ztl_trên Ztl_dưới Ztl_dưới Ztl_dưới Hình 2.3 Mơ hình bậc thang tập hợp hướng ví dụ hai hồ Kiểm tra lựa chọn giá trị gán vào điểm mảng thời điểm j+1 xét độ_gia_tăng riêng biệt hướng khác đến từ thời điểm j Ví dụ số gán cho hồ chương trình tính: i số năm; j số thời đoạn năm; k1 số mực nước hồ đầu thời đoạn; k2 số mực nước hồ cuối thời đoạn; l số mực nước hồ đầu thời đoạn; l2 số mực nước hồ cuối thời đoạn 2.4 Mơ hình tối ƣu cho hồ chứa bậc thang Hàm mục tiêu thể sau: 𝐷𝑜𝑎𝑛ℎ 𝑡ℎ𝑢 = 𝑆ả𝑛 𝑙ượ𝑛𝑔 đ𝑖ệ𝑛 × 𝐺𝑖á 𝑏á𝑛 đ𝑖ệ𝑛 → 𝑚𝑎𝑥 𝑁 𝑀 (2-11) 𝐿 𝐸𝑖,𝑗,𝑙 × 𝑏𝑖,𝑗,𝑘 → 𝑚𝑎𝑥 (2-12) 𝑖=1 𝑗=1 𝑘=1 Trong đó: i số năm; i = ÷ N với N số năm tính tốn; j số thời đoạn năm; j = ÷ M với M tổng số thời đoạn năm; 12 k số hồ bậc thang; k = ÷ L với L tổng số hồ bậc thang; bi,j,k giá bán điện bình quân thay đổi theo sản lượng điện phát Ei,j,k hồ k thời đoạn j năm thứ i 2.5 Phƣơng pháp xây dựng giải toán vận hành liên hồ chứa lƣu vực sông Chu Trường hợp lấy biên mực nước làm biên cứng, ràng buộc ưu tiên Biên cấp nước hạ lưu biên ưu tiên thứ hai Nếu biên cấp nước hạ lưu không đảm bảo mà mực nước hạ đến mức thấp lấy giá trị có cấp nước hạ du để tính tiếp Trường hợp ưu tiên biên cấp nước trước, mực nước chưa chạm giá trị MNC tiếp tục cấp nước đảm bảo yêu cầu Nếu mực nước chạm MNC, lưu lượng hạ lưu lưu lượng tới hồ Luận án xét hai trường hợp ưu tiên biên lưu lượng mực nước chọn trường hợp ưu tiên mực nước để xem xét tính tốn giá trị cung cấp nước tính tốn phối hợp phát điện hai hồ chứa bậc thang theo mục tiêu khác nhau: doanh thu lớn nhất, điện lượng lớn để so sánh kiểm định kết Đối với trạm thủy điện điều tiết năm, cần chọn thời điểm xuất phát để tính tốn Thời điểm nên có mực nước thượng lưu biến động thời điểm phân chia đầu mùa lũ đầu mùa kiệt Trong phạm vi luận án, chọn thời đoạn tính tốn tháng thời điểm 01/7 thời điểm bắt đầu mùa lũ để tính tốn Luận án sử dụng phương pháp QHĐ top-down từ thời điểm 30/6 năm sau đến ngày 01/7 năm trước, để xem xét xây dựng phạm vi biên cho đường vận hành tối ưu biểu đồ điều phối ứng với trường hợp sản lượng điện hợp đồng giao năm khác 13 2.6 Sơ đồ khối hệ phƣơng trình tính tốn thủy điện bậc thang Q trình tính tốn bao gồm q trình tính xi để tìm giá trị kết cuối (nhằm mục đích so sánh) q trình truy hồi quay ngược để lấy liệu tạo kết cuối Q trình tính xi: biết mực nước đầu cuối thời đoạn hồ chứa bậc thang hồ chứa, thông số lưu lượng phát điện, cột nước phát điện, công suất, điện lượng doanh thu bán điện tính Tại trình quan hệ phương trình cân nước cho hệ thống cần tính tốn nhằm tạo đầu vào lưu lượng cho bậc thang hồ chứa phía Các ràng buộc bất đẳng thức nhằm kiểm tra đảm bảo thỏa mãn ràng buộc công suất, mực nước, lưu lượng để lưu lại trình đảm bảo kết tối ưu so sánh với cực trị xác định Trong trường hợp ràng buộc lưu lượng tối thiểu giai đoạn khơng thỏa mãn, mực nước đầu cuối thời đoạn mực nước tối thiểu, chương trình tiếp tục tính tốn để đảm bảo tính liên tục thời đoạn Quá trình truy hồi, nhằm tìm lại đường lưu để doanh thu lũy tích cuối đạt kết tối ưu Nếu điều tiết năm cần truy hồi theo năm Tính từ cuối năm điểm kết thúc truy hồi điểm đầu năm Nếu điều tiết nhiều năm phải cần truy hồi từ năm cuối ngược đến năm 2.7 Xây dựng chƣơng trình tính tốn Sơ đồ khối tính tốn thể Hình 2.6 có 05 vịng lặp (01 vịng lặp thời đoạn tháng năm/liệt năm tính tốn, 04 vịng lặp trạng thái mực nước hồ bao gồm vòng lặp mực nước đầu thời đoạn 02 vịng lặp mực nước cuối thời đoạn) để tìm giá trị hàm mục tiêu cuối lớn Khi bắt đầu so sánh, doanh thu mắt lưới cuối thời đoạn nhỏ phần độ gia tăng doanh thu hai mắt lưới cộng với doanh thu mắt lưới đầu thời đoạn doanh thu gán vào vị trí mắt lưới cuối thời đoạn 14 Hình 2.6 Sơ đồ khối tính tốn doanh thu max hồ 15 Hình 2.7 Sơ đồ khối tạo biên ràng buộc mực nước cho đơn hồ 16 2.8 Kết luận chƣơng Xây dựng sở khoa học cho mơ hình tính tốn tối ưu hệ thống bậc thang hồ chứa áp dụng cụ thể cho hai hồ bậc thang, thể qua tổ hợp mực nước mốc thời gian xác định, tính tốn giá trị cơng suất, điện lượng, giá bán điện bình quân thời đoạn để thu kết hàm mục tiêu doanh thu lớn Ở đây, điều kiện ràng buộc cấp nước, mực nước, công suất…v.v xét đến tuân thủ quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Mã-Chu Thủ tướng Chính phủ ban hành Một vấn đề bật luận án đưa vào toán vận hành tối ưu liên hồ chứa yếu tố giá điện Luận án lập trình ngơn ngữ Visual Basic 2010 hệ điều hành Windows nhằm xử lý số liệu, đánh giá kết quả, liên kết số liệu vào nhằm đưa đường vận hành tổng hợp, phối hợp phát điện liên hồ chứa lưu vực sơng Chu CHƢƠNG ÁP DỤNG TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH XU HƢỚNG VẬN HÀNH CHO BẬC THANG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG CHU 3.1 Đặc điểm vận hành tồn lƣu vực sơng Chu Hiện Sơng Chu có hai hồ chứa có khả điều tiết năm hồ Hủa Na hồ Cửa Đạt Đoạn sông Chu từ hạ du hồ Hủa Na đến hồ Cửa Đạt dài khoảng 40km địa hình dốc, chưa có cơng trình khai thác, sử dụng nước trực tiếp dịng sông Chu đoạn 3.2 Xây dựng biểu đồ điều phối kết hợp đảm bảo phát sản lƣợng hợp đồng hai hồ chứa Hủa Na Cửa Đạt thị trƣờng điện cạnh tranh Việt Nam Luận án áp dụng phương pháp QHĐ, điều tiết liên hồ chứa nhằm thu kết đường dẫn vận hành năm, phạm vi làm việc tối ưu mực nước biến động Để đạt doanh thu thị trường điện cạnh tranh, việc chủ 17 động phát điện, nhà máy cần xây dựng kịch tăng, giảm giá bán điện bình quân theo sản lượng điện số giở bán điện hàng tháng Để hạn chế khối lượng tính tốn, luận án xây dựng sử dụng biểu đồ điều phối kết hợp đường đảm bảo phát sản lượng hợp đồng để tạo biên mực nước thượng lưu cho tính tốn liên hồ chứa Luận án đề xuất hai kịch giá, áp dụng vào tính toán nhằm thu kết khác nhau, từ phân tích đánh giá lựa chọn kịch phù hợp với Mực nƣớc thƣợng lƣu (m) trường hợp vận hành áp dụng 245 240 235 230 225 220 215 210 III II II IV I 01-07 01-08 01-09 01-10 01-11 01-12 01-01 01-02 01-03 01-04 01-05 01-06 01-07 Quá trình thời gian năm 2016-2017 (tháng) Mực nƣớc thƣợng lƣu (m) Hình 3.5 BĐĐP kết hợp đảm bảo phát Qc năm 2016-2017 245 240 235 230 225 220 215 210 III II I IV 01-07 01-08 01-09 01-10 01-11 01-12 01-01 01-02 01-03 01-04 01-05 01-06 01-07 Quá trình thời gian năm 2017-2018 (tháng) Hình 3.6 BĐĐP kết hợp đảm bảo phát Qc năm 2017-2018 18 Phạm vi BĐĐP hai năm 2016-2017 2017-2018 Hủa Na thể khác Qc yêu cầu năm khác 3.3 Các kịch giá Các liệu giá thu thập thông qua bán điện, tổng hợp ngày bán điện, tổng hợp tháng bán điện tổng hợp năm bán điện Dựa vào liệu này, phân chia thành giá bình quân mùa lũ, giá bình quân mùa kiệt, giá theo tháng, phân chia theo khả tin cậy công suất phát điện, phân chia theo biến đổi sản lượng Ở phạm vi luận án, có hai kịch biến đổi giá xét đến giá biến đổi theo sản lượng tháng mùa năm (KB1-tương quan thấp), xây dựng sử dụng đường trì giá bán điện theo lượng phát tháng (KB2-tương quan cao) Hủa Na Mùa lũ 1400 1200 1000 800 600 400 200 1400 1200 1000 800 600 400 200 y = -2.881x + 1101 R² = 0.390 Cửa Đạt Mùa cạn 50 100 150 y = 2.709x + 946.3 R² = 0.184 1000 1200 800 1000 20 40 60 80 800 600 600 400 400 y = -2.253x + 757.2 R² = 0.157 200 y = 4.174x + 628.0 R² = 0.274 200 0 20 40 60 80 20 40 60 Hình 3.13 đến 3.16: tương quan giá tháng (đ/kWh trục tung) với điện lượng tháng (triệu kWh trục hoành) mùa lũ mùa cạn hai NMTĐ Hủa Na Cửa Đạt 19 Kết tính tốn Kịch (giá biến đổi theo sản lƣợng điện phát ra) 3.4 Do có tương quan giá tăng với điện lượng tăng tháng mùa kiệt, nên thực tế có tháng mùa kiệt dồn phát điện cao tháng lại, hay xu hướng điều tiết dồn điện lượng cao xen kẽ tháng Mực nƣớc thƣợng lƣu (m) điện lượng thấp 245 240 235 230 225 220 215 210 01-07 01-08 01-09 01-10 01-11 01-12 01-01 01-02 01-03 01-04 01-05 01-06 01-07 Quá trình thời gian (tháng) Mực nƣớc thƣợng lƣu (m) Hình 3.32 Phạm vi vận hành tối ưu Hủa Na có xét đến lưu lượng tối thiểu 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 01-07 01-08 01-09 01-10 01-11 01-12 01-01 01-02 01-03 01-04 01-05 01-06 01-07 Quá trình thời gian (tháng) Hình 3.33 Phạm vi vận hành tối ưu Cửa Đạt sau Hủa Na tối ưu doanh thu 20 3.5 Kết tính tốn Kịch (giá biến đổi theo lũy tích số bán điện) Các hình vẽ cho thấy, đa số đường mực nước vận hành thực tế thấp so với đường biến đổi mực nước thượng lưu tính tốn tối ưu Như vậy, phương án Cao trình mực nƣớc thƣợng lƣu (m) vận hành thực tế có năm có khoảng cách xa so với vận hành tối ưu 245 240 235 230 225 Thực tế vận hành Tổng doanh thu hồ max Doanh thu Hủa Na max Điện lượng Hủa Na max Điện lượng hồ max 220 215 210 1/7 1/8 1/9 1/10 1/11 1/12 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 Quá trình thời gian (tháng) Cao trình mực nƣớc thƣợng lƣu (m) Hình 3.37 Diễn biến mực nước hồ Hủa Na năm thủy văn 2015-2016 sử dụng ước lượng giá năm thủy văn 2014-2015 245 240 235 230 Tổng doanh thu hồ max 225 Doanh thu Hủa Na max 220 Điện lượng Hủa Na max 215 Thực tế vận hành Điện lượng hồ max 210 1/7 1/8 1/9 1/10 1/11 1/12 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 Quá trình thời gian (tháng) Hình 3.38 Diễn biến mực nước hồ Hủa Na năm thủy văn 2016-2017 sử dụng ước lượng giá năm thủy văn 2015-2016 21 Cao trình mực nƣớc thƣợng lƣu (m) 245 240 235 230 Tổng doanh thu hồ max Doanh thu Hủa Na max Điện lượng Hủa Na max Điện lượng hồ max Thực tế vận hành 225 220 215 210 1/7 1/8 1/9 1/10 1/11 1/12 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 Quá trình thời gian (tháng) Hình 3.39 Diễn biến mực nước hồ Hủa Na năm thủy văn 2017-2018 sử dụng ước lượng giá năm thủy văn 2016-2017 Kết tính tốn theo kịch với năm thủy văn thu cho thấy, việc phối hợp vận hành liên hồ mang lại hiệu cao vận hành đơn hồ kết thực tế vận hành xảy 3.6 Chọn kịch giá điện áp dụng cho bậc thang dẫn vận hành vận hành thị trƣờng điện cạnh tranh Trên sơ cở việc phân tích xây dựng hàm giá theo kịch bản, tác giả nhận thấy: - Kịch 1: phù hợp với giá thị trường phù hợp thu thập liệu theo tháng; mùa kiệt, số tháng hệ thống thiếu điện nên giá bán điện tăng Do vậy, trạm huy động nhiều đồng thời hệ số tương quan giá bán điện điện phát thấp đơi giá cao lên NMTĐ lại khơng có đủ nước để phát - Kịch xét đến yếu tố thị trường xây dựng tương quan giá bán điện với lũy tích số phát điện cho tháng, đồng thời phản ánh quy luật thị trường so với KB1 Do đó, kiến nghị chọn phương án giá bán bán điện theo kịch để áp dụng cho bậc thang thủy điện sông Chu 22 3.7 Kết luận Chƣơng Chương sử dụng chương trình thuật tốn tối ưu xây dựng chương để tính tốn mơ phối hợp vận hành cho hai NMTĐ Hủa Na Cửa Đạt Khi lựa chọn mục tiêu tối ưu khác cách tính: KB1 (doanh thu phát điện biến đổi theo sản lượng điện), hay KB2 (biến đổi theo số bán điện) đưa kết mơ hình phối hợp vận hành có khác Việc ứng dụng phụ thuộc vào việc thu thập giá theo tháng hay giá theo Việc phối hợp vận hành liên hồ chứa làm tăng đáng kể doanh thu hồ phía dưới, phối hợp vận hành hồ phía hạ lưu nên phân chia phần doanh thu tăng thêm cho hồ phía thượng lưu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt đƣợc luận án Luận án xây dựng trình bày sở khoa học tính tốn cho hàm mục tiêu khác nhau, xây dựng giá bán điện dựa liệu mua bán điện hàng tháng có lịch sử vận hành Dựa vào đặc tính hồ điều tiết năm, khả thiết bị điện có sẵn giá mua điện thời điểm cao ngày, xây dựng hàm giá có tính đến khả phát điện tùy thuộc vào nhiệm vụ hồ Luận án ứng dụng, tính tốn, áp dụng cách tính tốn cho hai hồ chứa hệ thống Sơng Chu, phạm vi vận hành tối ưu, tính tốn xác định điều tiết dài hạn tạo lợi cho nhà máy việc chào giá với thị trường điện cạnh tranh Việt Nam Xây dựng biểu đồ điều phối làm sở để vận hành vừa đảm bảo cung cấp điện theo hợp đồng vừa đảm bảo mang lại doanh thu cao tham gia chào giá cạnh tranh 23 Luận án xây dựng chương trình áp dụng để tính tốn vận hành tối ưu cho kịch giá điện khác nhau, kết cho thấy việc phối hợp vận hành liên hồ mang lại hiệu cao doanh thu dù điện chưa phải tối ưu Những đóng góp luận án (Đã nêu phần Mở đầu) Những tồn kiến nghị nghiên cứu luận án Luận án giới hạn xây dựng xác định giá bán điện tháng vận hành thực tế theo ngày tuần, phụ thuộc thêm vào nhiều yếu tố khác dự báo thời tiết, biểu đồ phụ tải yếu tố vùng miền tiêu thụ Do thị trường điện cạnh tranh Việt Nam, bắt đầu nên tài liệu thu thập hạn chế (dùng tài liệu thu thập 05 năm gần đây) Luận án tính giá điện tháng năm theo lượng bán được, để xem xét xu giá bán điện tháng năm Hướng nghiên cứu tiếp theo, xem xét xu giá bán điện với thời đoạn nhỏ ngày xét ảnh hưởng hồ điều tiết ngày đêm bậc thang sông Chu Kiến nghị Các kết chế vận hành phối hợp hệ thống bậc thang hồ chứa Hủa Na Cửa Đạt phương án điều tiết, phối hợp vận hành luận án cần phải kiểm chứng thực tiễn thời gian Cơ sở khoa học nêu luận án hướng nghiên cứu phát triển tốt để giải toán điều tiết bậc thang hồ chứa lợi dụng tổng hợp thị trường điện cạnh tranh Kết đề xuất vận hành theo xu hướng tối ưu doanh thu nhằm tăng hiệu điều tiết phát điện cần thiết cho chủ đầu tư tham khảo 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Lê Quốc Hƣng, Lê Văn Nghị, Phan Trần Hồng Long, “Kết nghiên cứu điều tiết nhiều năm liên hồ chứa Hủa Na Cửa Đạt cho mục đích cấp nước phát điện”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy lợi, số 48 (10-2018), p 61-65, ISSN 18594255 Phan Trần Hồng Long, Hồ Sỹ Mão, Lê Quốc Hƣng, “Mơ hình vận hành liên hồ chứa phát điện lưu vực sông Đà”, Hội nghị Khoa học thường niên Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2018, p.506-508, ISBN 978-604-82-2538-3 Phan Tran Hong Long, Le Quoc Hung, “Model of cascade reservoirs operation and relationship of annual energy production with price in Vietnam competitive generation market”, International Conference of Fluid Machinery and Automation Systems - ICFMAS2018, Đại học Bách Khoa Hà Nội, tháng 10 năm 2018, p 180184, ISBN 978-604-95-0609-3 Lê Quốc Hƣng, Phan Trần Hồng Long, “Xây dựng quan hệ giá bán điện bình quân lượng điện phát NMTĐ tham gia vào thị trường điện cạnh tranh”, Hội nghị khoa học thường niên Đại học Thủy lợi, Hà Nội, tháng 11 năm 2017, p 511-513, ISBN 978-604-82-2274-1 Lê Quốc Hƣng, Phan Kỳ Nam, “Nghiên cứu ảnh hưởng xả thừa đến số thông số thủy mở rộng NMTĐ”, Hội nghị khoa học thường niên Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2017, p 484-486, ISBN 978-604-82-2274-1 Phan Trần Hồng Long, Lê Quốc Hƣng, “Mơ hình đánh giá phối hợp phát điện trạm thủy điện hệ thống bậc thang áp dụng cho lưu vực sông Chu”, Hội nghị khoa học thường niên Đại học Thủy lợi, Hà Nội, tháng 11 năm 2016, p 410412, ISBN 978-604-82-1980-2 Phan T H Long, L Q Hung, Phan Dao, “Optimum revenue calculation method to generate competitive hydroelectric power on Hua Na hydropower”, the Applied Mathematics in Engineering and Reliability: Proceedings of the st International Conference on Applied Mathematics in Engineering and Reliability (Ho Chi Minh City, Vietnam, 4-6 May 2016) (p 67-70) CRC Press, ISBN 978-1-138-02928-6 Lê Quốc Hƣng, Phan Trần Hồng Long, “Tối ưu doanh thu với thị trường điện cạnh tranh xét cho trường hợp thủy điện Hủa Na”, Hội nghị khoa học thường niên Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2015, p 235-237, ISBN 978-604-82-1710-5 CƠNG TRÌNH ĐÃ CHẤP NHẬN ĐĂNG Lê Quốc Hƣng, Lê Văn Nghị, Phan Trần Hồng Long, “Một số vấn đề điều tiết hệ thống hồ chứa thủy điện bậc thang điều kiện thị trường điện cạnh tranh”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi, (đã chấp nhận) ... điện cạnh tranh Với các đòi hỏi nêu đề tài “Nghiên cứu sở khoa học nâng cao hiệu vận hành phát điện hồ chứa bậc thang thị trường điện cạnh tranh, áp dụng cho lưu vực sông Chu? ?? cần thiết nhằm... tạo biên ràng buộc mực nước cho đơn hồ 16 2.8 Kết luận chƣơng Xây dựng sở khoa học cho mơ hình tính tốn tối ưu hệ thống bậc thang hồ chứa áp dụng cụ thể cho hai hồ bậc thang, thể qua tổ hợp mực... lưu vực sông Chu CHƢƠNG ÁP DỤNG TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH XU HƢỚNG VẬN HÀNH CHO BẬC THANG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG CHU 3.1 Đặc điểm vận hành tồn lƣu vực sông Chu Hiện Sông Chu có hai hồ