Nghiên cứu lựa chọn quy trình vận hành hợp lý của các trạm thủy điện trong bậc thang làm việc trong hệ thống điện trong trường hợp dự báo thủy văn không đủ độ tin cậy - ThS. Nguyễn Văn

Nghiên cứu xây dựng biểu đồ điều phối của từng trạm thủy điện nhằm điều khiển chế độ làm việc của các trạm thủy điện trong điều kiện dự báo thủy văn không đủ độ tin cậy. Tham khảo nội dung bài viết Nghiên cứu lựa chọn quy trình vận hành hợp lý của các trạm thủy điện trong bậc thang làm việc trong hệ thống điện trong trường hợp dự báo thủy văn không đủ độ tin cậy để nắm bắt nội dung chi tiết.

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỢP LÝ CỦA CÁC TRẠM THỦY ĐIỆN TRONG BẬC THANG LÀM VIỆC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG TRƯỜNG HỢP DỰ BÁO THỦY VĂN KHÔNG ĐỦ ĐỘ TIN CẬY ThS NguyÔn Văn Nghĩa BM Thủy điện NLTT - Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Nghiên cứu xây dựng BĐĐP TTĐ nhằm điều khiển chế độ làm việc TTĐ điều kiện dự báo thủy văn không đủ độ tin cậy Từ lựa chọn phưng thức phối hợp điều khiển hồ chứa TTĐ làm việc bậc thang sở xem xét đặc tính cấp nước hồ chứa TTĐ Từ lựa chọn phương thức vận hành hợp lý, tốn phức tạp đòi hỏi khối lượng tính tốn nhiều Từ khoá: TTĐ: Trạm thủy điện; HTĐ: hệ thống điện; TTTN: tính tốn thủy năng; BĐĐP: biểu đồ điều phối.; NMNĐ: Nhà máy nhiệt điện; TNĐ: Trạm nhiệt điện I Đặt vấn đề Khi dự báo thủy văn không đủ độ tin cậy biện pháp điều khiển hồ chứa tốt sử dụng BĐĐP Mỗi TTĐ có đặc tính riêng, vận hành theo BĐĐP cho kết tối ưu riêng Mặt khác TTĐ có chế độ vận hành riêng nên có trường hợp khơng đảm bảo cung cấp đủ điện năng, có trường hợp hồ có nước phát công suất yêu cầu cột nước không đảm bảo Tuy nhiên TTĐ làm việc bậc thang trình làm việc TTĐ phụ thuộc vào trình vận hành TTĐ khác bậc thang Chính việc phối hợp chế độ làm việc TTĐ bậc thang nhằm đem lại hiệu lượng cao vấn đề có ý nghĩa Hàm mục tiêu toán đem lại điện bảo đảm MAX, mục tiêu khác coi điều kiện ràng buộc toán II Các tài liệu cần thiết: Để xây dựng quy trình vận hành TTĐ giai đoạn vận hành cần tài liệu sau: Sơ đồ khai thác TTĐ bậc thang; Các thông số thiết kế TTĐ; Các tài liệu quan hệ lòng hồ Z~F~V, quan hệ Qhl~Zhl; Tài liệu thấm, bốc hơi; Tài liệu thủy văn dòng chảy; Các đường đặc tính TTĐ: đường đặc tính cơng tác Q ~ H; N ~ H; khả điều tiết hồ chứa; Phân 142 bố công suất bảo đảm TTĐ tháng vv… Phân bố công suất hay điện bảo đảm TTĐ nghiên cứu phân phối sở chi phí hệ thống nhỏ Trong phạm vi báo tác giả không đề cập đến việc phân phối điện bảo đảm (đã trình bày bài: “Nghiên cứu ảnh hưởng phương thức cấp nước đến hiệu lượng NMTĐ nghiên cứu phân phối điện bảo đảm cho NMTĐ - Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường số 22/2008”) mà đề cập đến việc xây dựng quy trình vận hành hợp lý cho TTĐ làm việc HTĐ III Các bước xây dựng quy trình vận hành Xây dựng biểu đồ điều phối Trên sở phân phối điện bảo đảm NMTĐ theo tháng năm tiến hành TTTN để xây dựng BĐĐP Khi xây dựng biểu đồ điều phối hồ chứa TTĐ phải thể vùng đặc trưng sau đây: - Vùng nhà máy thuỷ điện phát công suất đảm bảo (vùng công suất đảm bảo) - Vùng nhà máy thuỷ điện phát công suất lớn công suất đảm bảo (vùng tăng công suất) - Vùng nhà máy thuỷ điện phát công suất nhỏ công suất đảm bảo (vùng hạn chế công suất) Ba vùng giới hạn đường: + Đường cung cấp công suất đảm bảo đường giới hạn + Đường hạn chế công suất - đường giới hạn Cho nên việc xây dựng biểu đồ điều phối thực chất xây dựng hai đường nói Phương pháp xây dựng biểu đồ điều phối Đối với hồ chứa điều tiết mùa, năm hồ chứa bắt buộc phải trữ đầy vào cuối mùa lũ dung tích hữu ích điều kiện thủy văn P=90% sử dụng hết vào cuối mùa cấp Để thoả mãn điều kiện tính tốn thủy thực theo chiều ngược lại với chiều cấp trữ nước Đồng thời để định giới hạn hợp lý tiến hành tính tốn theo chiều thuận Để giải vấn đề tác giả sử dụng chương trình tính tốn Solver để tính tốn cho số năm thủy văn có tần suất P ≈ PTK Đối với TTĐ điều tiết nhiều năm để lựa chọn đường giới hạn tiến hành tính tốn thủy theo thuật tốn biết cơng suất cho dãy năm thủy văn Sử dụng đường trình mực nước nhóm năm có điện gần với điện bảo đảm để lựa chọn Nhóm năm thủy văn chọn năm phát với công suất năm công suất bảo đảm Tính tốn thuỷ có biểu đồ điều phối Biểu đồ điều phối đồ thị thể phân chia toàn phạm vi làm việc thành vùng tưng ứng với điều kiện nước khác nhau: năm nhiều nước, năm kiệt thiết kế năm nước Biểu đồ điều phối cho phép nhận biết tăng, giảm trì công suất bảo đảm Cho nên để nâng cao hiệu sử dụng biểu đồ điều phối cần nghiên cứu phương thức tăng giảm công suất hợp lý Chúng ta biết phân bố lưu lượng thiên nhiên năm cơng trình thuỷ điện nước ta khơng ổn định Trong tình hình để đảm bảo an toàn, tránh hậu qua nghiêm trọng cần tiến hành so sánh mực nước thực tế hồ với mực nước thời điểm nằm đường biểu đồ điều phối Kết so sánh cho phép người điều độ đưa định quan trọng sau điều chỉnh công suất nhà máy thuỷ điện thời đoạn - Tăng cơng suất trung bình ngày đêm (tăng điện ngày đêm) mực nước thực tế hồ nằm cao đường cung cấp công suất đảm bảo (đường giới hạn - đường hình 1), hay nói cách khác nằm vùng B (hình 1) - Giảm cơng suất trung bình ngày đêm xuống nhỏ Nđb mực nước thực tế hồ nằm thấp mực nước thời điểm nằm đường hạn chế công suất - đường giới hạn - Tiếp tục trì cơng suất đảm bảo mực nước thực tế hồ nằm vùng A (hình 1) Trên sở tiến hành điều chỉnh cơng suất trung bình ngày đêm nhà máy thủy điện theo phương pháp nêu làm việc với cơng suất điều chỉnh thời đoạn Sau tiến hành so sánh mực nước thực tế hồ với mực nước thời điểm đường điều phối q trình điều chỉnh cơng suất nhà máy thuỷ điện lặp lại a Các phương thức tăng công suất mực nước hồ nằm vùng B: - Phương thức 1: lượng nước dư ΔVd sử dụng hết để tăng thêm công suất cho Nhà máy Thuỷ điện thời đoạn Δt sau thời điểm có nước dư Thời đoạn Δt chọn phụ thuộc vào điều kiện cụ thể Đặc điểm phương thức sử dụng lượng nước dư công suất Nhà máy Thuỷ điện tăng nhanh gây khó khăn cho vận hành nhà máy nhiệt điện mực nước hồ giảm nhanh làm giảm hiệu lượng việc sử dụng lượng nước thiên nhiên mùa kiệt, lại hạn chế xả thừa Cho nên phương thức sử dụng lượng nước dư thích hợp Nhà máy Thuỷ điện có chế độ mực nước hồ ảnh hưởng không đáng kể đến tổng sản lượng điện chúng hệ số điều tiết không lớn yêu cầu an toàn cung cấp điện an tồn cơng trình - Phương thức 2: giữ ΔVd lại hồ thời gian dùng để tăng công suất thời đoạn trước mùa lũ (cuối mùa kiệt) 143 Đặc điểm phương thức thứ hai đường trình mực nước hồ suốt thời gian chưa sử dụng lượng nước dư ΔVd cao so với đường cung cấp công suất đảm bảo (đường hình 1) Và lượng nước thiên nhiên mùa cấp sử dụng với cột nước cao làm cho điện lượng toàn Nhà máy Thuỷ điện tăng lên Điều quan trọng Nhà máy Thuỷ điện có lượng nước mùa kiệt tương đối lớn so với dung tích hữu ích độ sâu làm việc hồ hlv (khoảng cách từ MNDBT đến MNC) ảnh hưởng đáng kể đến thay đổi cột nước Nhưng nhược điểm phương thức công suất Nhà máy Thuỷ điện tăng nhanh nhiều thời đoạn ngắn cuối mùa kiệt làm cho việc vận hành Nhà máy Nhiệt điện gặp khó khăn nguồn thuỷ điện chiếm tỷ trọng lớn hạn chế hiệu phối hợp chế độ làm việc Nhà máy Thuỷ điện Thêm vào đó, sử dụng phương thức gây xả nước hồ điều tiết năm khơng hồn tồn hồ có nhiệm vụ phòng lũ Cho nên phương thức thứ hai sử dụng - Phương thức 3: phương thức trung gian phương thức thứ phương thức thứ hai Trong phương thức lượng nước dư ΔVd sử dụng để tăng công suất suốt thời gian từ sau hình thành thời điểm đầu mùa lũ (cuối kiệt) Việc sử dụng lượng nước dư thời gian dài theo phương thức thứ ba vừa làm tăng cột nước trung bình tăng sản lượng điện mùa kiệt Nhà máy Thuỷ điện vừa cho phép linh hoạt điều chỉnh cơng suất cho phù hợp với đòi hỏi hệ thống Phương thức thích hợp Nhà máy Thuỷ điện đóng vai trò quan trọng hệ thống có lượng nước thiên nhiên mùa kiệt tương đối lớn (so với dung tích hữu ích hồ) Nhà máy Thuỷ điện Hồ Bình, Trị An, Sơn La vv… Những phương thức sử dụng nước dư để tăng công suất nêu dùng cho mùa lũ Nhưng mùa này, khơng biết trước thời điểm bắt đầu thời điểm kết thúc lũ, khoảng thời gian hai thời điểm thường ngắn, nên phương 144 thức thường dùng phương thức thứ Chỉ hồ có khả điều tiết nhiều năm khơng khả xuất lũ sử dụng phương thức thứ thứ b Các phương thức giảm công suất mực nước hồ nằm vùng C: - Phương thức 1: Nội dung phương thức giảm công suất thời đoạn Δt sau xuất lượng nước thiếu ΔVth (đường G1 hình 1) Đặc điểm phương thức giảm công suất vừa rút ngắn thời gian làm việc khơng bình thường hệ thống vừa giảm phần điện lượng thiếu nhờ trì mực nước hồ cao Song phương thức nên sử dụng cho trường hợp ΔVth nhỏ cho Nhà máy Thuỷ điện có vai trò khơng thật quan trọng cân Bởi lẽ, trường hợp đó, sử dụng cơng suất dự trữ hệ thống huy động công suất tăng thêm Nhà máy Thuỷ điện khác để bù vào phần công suất bị thiếu, mà không bù hồn tồn phải cắt điện hộ không quan trọng - Phương thức 2: Nội dung phương thức sau phát điện thiếu nước ta tiếp tục cho Nhà máy Thuỷ điện làm việc với Nđb sử dụng hết dung tích hữu ích (đường G2 hình 1) Sau điều chỉnh cơng suất Nhà máy Thuỷ điện cho trì mực nước hồ MNC Trong điều kiện lưu lượng thiên nhiên cuối mùa kiệt nhỏ cơng suất Nhà máy Thuỷ điện giảm đột ngột Phương thức giảm công suất đơn giản rút ngắn đến mức thời gian làm việc khơng bình thường hệ thống Cũng giống phương thức thứ nhất, phương thức thứ hai nên sử dụng cho Nhà máy Thuỷ điện có tỷ trọng nhỏ với điều kiện chế độ mực nước hồ chúng ảnh hưởng không đáng kể đến sản lượng điện - Phương thức 3: Đối với Nhà máy Thuỷ điện đóng vai trò quan trọng cân hệ thống khơng nên sử dụng phương thức để giảm công suất Vì dùng phương thức phần cơng suất bị thiếu lớn, khó bù lại phải cắt điện nhiều kể hộ dùng điện quan trọng Cho nên, Nhà máy Thuỷ điện loại này, điều chủ yếu phải kéo dài thời gian hạn chế lưu lượng để nhằm giảm nhỏ phần công suất thiếu Muốn cần giảm lưu lượng phát điện từ thời điểm xuất nước thiếu hết mùa kiệt (đối với mùa kiệt) hết mùa lũ (đối với mùa lũ) c Phối hợp chế độ làm việc TTĐ nhằm nâng cao hiệu mức độ tin cậy cung cấp điện Tính tốn đồng thời TTĐ theo phương pháp điều phối Khi lựa chọn phương thức điều khiển cho hồ chứa cần xem xét đến chế độ cấp nước TTĐ phía bậc thang Việc lựa chọn phương thức phối hợp có ảnh hưởng lớn đến hiệu lượng hệ thống bậc thang IV Áp dụng cho TTĐ bậc thang thủy điện Sông Đà Trên sở xem xét ảnh hưởng phưng thức cấp nước hồ chứa TTĐ đến hiệu lượng TTĐ cho thấy: với TTĐ Lai Châu, Bản Chát, Huội Qung, Nậm Chiến ảnh hưởng phương thức cấp nước ảnh hưởng không đáng kể đến sản lượng điện Còn TTĐ Sơn La, Hồ Bình cho chúng làm việc đầu mùa cấp với công suất nhỏ để trì cột nước cao vào tháng cuối mùa cấp cho sản lượng điện lớn đồng thời tăng công suất khả dụng tháng cuối mùa cấp Do theo tác giả TTĐ Lai Châu, Bản Chát, Huội Quảng, Nậm Chiến nên chọn phương thức tăng giảm công suất theo phương thức 1, với TTĐ Sơn La sử dụng phương thức làm tăng sản lượng điện Sơn La tồn bậc thang lại khơng cao nên sử dụng phưng thức tăng lưu lượng tháng đầu mùa cấp cho Hồ Bình, Hồ Bình mùa kiệt nên sử dụng phưng thức (Phương thức VH2 - theo bảng 1) Vận hành theo quy trình cho sản lượng điện toàn bậc thang lớn Kết tính tốn so sánh phương thức phối hợp khác thể bảng bảng Qua tính tốn so sánh với phương thức vận hành tối ưu kết nhận chênh lệch không nhiều (mùa kiệt 145 năm nước khơng có sai lệch, mùa lũ năm nhiều nước nhỏ 3% so với kết tối ưu) V Kết luận kiến nghị - Nên sử dụng phương pháp điều phối để điều khiển chế độ làm việc TTĐ điều kiện tình hình dự báo thủy văn dài hạn có độ tin cậy không cao - Đối với TTĐ điều tiết mùa điều tiết năm mà chế độ cấp nước ảnh hưởng không nhiều đến hiệu lượng nên để TTĐ tập trung phát vào đầu mùa cấp, phần công suất cuối mùa cấp TTĐ khác đảm nhận Điều cần phải nghiên cứu cách kỹ lưỡng cho tất TTĐ làm việc hệ thống điện - Đối với TTĐ điều tiết mùa điều tiết năm năm vận hành cuối mùa lũ tích đầy hồ, cuối mùa kiệt không thiết năm đưa mực nước thượng lưu mực nước chết - Đối với TTĐ điều tiết nhiều năm, có hồ chứa lớn nên phân phối lại phần dòng chảy thiên nhiên năm hay phân phối lại công suất điện lượng năm TTĐ điều tiết nhiều năm sử dụng phần điện năm nhiều nước để bù cho năm nước Mặt khác có hồ chứa lớn nên TTĐ điều tiết nhiều năm phân phối lại điện năm, điều cho phép tăng cơng suất vào cuối mùa cấp để tho mãn yêu cầu phụ tải cao - Đối với TTĐ có hct/Hmax lớn Vhi lớn chế độ cấp nước ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu lượng TTĐ Với loại đầu mùa cấp cho TTĐ làm việc với công suất nhỏ để trì cột nước cao vào cuối mùa cấp Phần công suất đầu mùa cấp nhỏ TTĐ có hct/Hmax nhỏ Vhi nhỏ khác bậc thang đảm nhận đảm nhận (vì TTĐ đầu mùa cấp thường lưu lượng thiên nhiên đến lớn mà mực nước hồ MNDBT nên làm việc với lưu lượng thiên nhiên phát với lưu lượng không đổi đầu mùa lớn công suất lớn) - Nên nghiên cứu phối hợp trình làm việc TTĐ làm việc hệ thống nhằm nâng cao hiệu cung cấp điện Bảng 1: Bảng tổng hợp kết tính tốn thủy phối hợp Mùa kiệt Sơn La sử dụng PT1 Hồ Bình Mùa kiệt Sơn La sử dụng PT3 Hồ Bình sử dụng PT1 (Phương thức VH1) sử dụng PT1 (Phương thức VH2) Emk(Gwh) En(Gwh) Emk (Gwh) En (Gwh) Thông số Thông số Độc lập Phối hợp Độc lập Phối hợp Độc lập Phối hợp Độc lập Phối hợp Ptk 10434,89 23750,40 Ptk 10458,02 23795,25 90% 10954,24 11237,57 24537,56 25275,39 90% 10979,93 11297,62 24580,06 25340,09 95% 10408,51 10834,26 23622,77 24553,75 95% 10431,64 10902,00 23667,61 24607,46 50% 12480,63 12470,41 28504,00 28458,89 50% 12468,94 12453,87 28529,07 28520,76 5% 14583,53 14408,57 32078,12 31367,07 5% 14642,54 14467,58 32101,55 31291,05 Nbđ 2041,254 Nbđ 2045,78 Nbđ (95%) 2036,093 2119,378 Nbđ (95%) 2040,62 2132,63 Mùa kiệt Sơn La sử dụng PT1 Hồ Bình Mùa kiệt Sơn La sử dụng PT3 Hồ Bình sử dụng PT3 (Phương thức VH3) sử dụng PT3 (Phương thức VH4) Emk(Gwh) En(Gwh) Emk(Gwh) En(Gwh) Thông số Thông số Độc lập Phối hợp Độc lập Phối hợp Độc lập Phối hợp Độc lập Phối hợp Ptk 10405,95 23774,81 Ptk 10405,92 23795,43 90% 10985,38 11163,46 24594,40 25288,62 90% 11010,51 11225,78 24641,37 25353,92 95% 10379,56 10825,62 23647,18 24548,12 95% 10379,54 10894,25 23667,79 24602,42 50% 12436,59 12435,43 28528,30 28477,97 50% 12405,80 12391,54 28511,54 28553,61 5% 14595,97 14424,61 32131,10 31256,99 5% 14571,72 14377,69 32108,78 31188,22 Nbđ 2035,592 Nbđ 2035,59 Nbđ (95%) 2030,431 2117,687 Nbđ (95%) 2030,43 2131,11 146 Bảng 2: Bảng tổng hợp so sánh kết phương án Thông số 90% 95% 50% 5% Nbđ (95%)-MW Thông số 90% 95% 50% 5% Nbđ (95%)-MW Chênh lệch VH2-VH1 (%) Mùa kiệt Năm 0,53% 0,26% 0,63% 0,22% -0,13% 0,22% 0,41% -0,24% 0,63% Chênh lệch VH2-VH1 (Gwh) Mùa kiệt Năm 60,05 64,70 67,74 53,71 -16,54 61,87 59,01 -76,02 13,25 Chênh lệch VH2-VH3 (%) Mùa kiệt Năm 1,20% 0,20% 0,71% 0,24% 0,15% 0,15% 0,30% 0,11% 0,71% Chênh lệch VH2-VH3 (Gwh) Mùa kiệt Năm 134,16 51,47 76,38 59,34 18,44 42,79 42,97 34,06 14,94 Chênh lệch VH2-VH4 (%) Mùa kiệt Năm 0,64% -0,05% 0,07% 0,02% 0,50% -0,12% 0,63% 0,33% 0,07% Chênh lệch VH2-VH4(Gwh) Mùa kiệt Năm 71,84 -13,83 7,75 5,04 62,33 -32,85 89,89 102,83 1,52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ môn Thuỷ điện Trường Đại học Thuỷ lợi (1974), Giáo trình thuỷ năng, Nhà xuất nông thôn, Hà Nội Nguyễn Duy Liêu, Nghiên cứu chế độ làm việc hợp lý nguồn điện hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 1996-1997 Nguyễn Duy Liêu (2003), Phủ biểu đồ hệ thống điện Việt Nam năm 2004 phân bố công suất bảo đảm nhà máy thuỷ điện hệ thống điện Việt Nam, Hà Nội Bộ môn Hệ thống điện - ĐHBK Đà Nẵng, Giáo trình Vận hành hệ thống điện Nguyễn Văn Nghĩa, Nghiên cứu ảnh hưởng phương thức cấp nước đến hiệu lượng NMTĐ nghiên cứu phân phối điện bảo đảm cho NMTĐ - Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trường số 22/2008 Summary: Research select reasonable operating rule of hydro - electric post in stairs to work in degree of confidence inadequate hydrologic forecast electrical system in case Studying to construct the load diagram of each hydropower station in order to control the working regime of hydropower stations in hydrographic forecast conditions is not enough reliability Since then, we can choose the combined methods to control the reservoir of hydropower station working in coordinated hydroelectric system, base on considering the feature of water supply of each reservoir of hydropower station And then, we can choose the suitable operation methods, this is a very complex problem requiring the great calculations 147 ... Thuỷ điện Trường Đại học Thuỷ lợi (1974), Giáo trình thuỷ năng, Nhà xuất nông thôn, Hà Nội Nguyễn Duy Liêu, Nghiên cứu chế độ làm việc hợp lý nguồn điện hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 199 6-1 997... nên làm việc với lưu lượng thiên nhiên phát với lưu lượng không đổi đầu mùa lớn công suất lớn) - Nên nghiên cứu phối hợp trình làm việc TTĐ làm việc hệ thống nhằm nâng cao hiệu cung cấp điện. .. trình Vận hành hệ thống điện Nguyễn Văn Nghĩa, Nghiên cứu ảnh hưởng phương thức cấp nước đến hiệu lượng NMTĐ nghiên cứu phân phối điện bảo đảm cho NMTĐ - Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trường