Nghiên cứu quy hoạch hệ thống nguồn điện đáp ứng điều kiện ràng buộc khí phát thải

1 ðại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ……………… LÊ VĨNH TRƯỜNG NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH HỆ THỐNG NGUỒN ðIỆN ðÁP ỨNG ðIỀU KIỆN RÀNG BUỘC KHÍ PHÁT THẢI Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG ðƯỢCtháng HỒN TẠI TP HỒTRÌNH CHÍ MINH, 06THÀNH năm 2009 CƠNG TRÌNH ðƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Trần Trung Tính TS Vũ Phan Tú Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ HỘI ðỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày ……tháng…….năm 2009 TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ðÀO TẠO SðH ðộc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ VĨNH TRƯỜNG Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/02/1978 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy ñiện MSHV: 01807301 I TÊN ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH HỆ THỐNG NGUỒN ðIỆN ðÁP ỨNG ðIỀU KIỆN RÀNG BUỘC KHÍ PHÁT THẢI II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Nghiên cứu quy hoạch hệ thống nguồn ñiện Việt Nam giai ñoạn 2009 – 2029 ñáp ứng ñiều kiện ràng buộc khí phát thải tiêu đánh giá độ tin cậy Nội dung: Tối ưu hóa tốn quy hoạch hệ thống nguồn ñiện với hàm mục tiêu tối thiểu tổng chi phí đầu tư chi phí nhiên liệu với điều kiện ràng buộc hạn chế khí phát thải điều kiện ràng buộc khác quy hoạch nguồn bình thường, đồng thời kiểm tra ñánh giá ñộ tin cậy sau quy hoạch III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/2009 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2009 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN TRUNG TÍNH TS VŨ PHAN TÚ CÁN BỘ HƯỜNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) TS TRẦN TRUNG TÍNH CN BỘ MƠN QL CHUN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trước hết Em xin chân thành cảm ơn q Thầy, Cơ giảng dạy, truyền ñạt tri thức khoa học giúp em trưởng thành suốt trình theo học cao học Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy Vũ Phan Tú thầy Trần Trung Tính, người tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu vơ q giá giúp đỡ em suốt q trình nghiên cứu thực luận văn Con vô biết ơn Ba Mẹ gia đình ni khơn lớn, chỗ dựa vững vật chất lẫn tinh thần, tạo ñiều kiện ñể ñược học tập, trưởng thành ngày hơm Tơi xin chân thành cảm ơn Anh, Chị, bạn bè ñã ñộng viên, giúp ñỡ trình học tập sống Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2009 Lê Vĩnh Trường Tóm tắt: Phương pháp quy hoạch hệ thống phát ñiện dài hạn xác định tối thiểu tổng chi phí đầu tư kết hợp với chi phí nhiên liệu cho loại cơng nghệ nhà máy điện, đáp ứng nhu cầu dự đốn tải năm ñộ tin cậy hệ thống phát điện cách sử dụng thuật tốn Linear Programming Tính đặc trưng phương pháp khơng xác ñịnh tổng chi phí (chi phí ñầu tư xây dựng chi phí nhiên liệu) thấp mà cịn khống chế lượng khí thải carbon dioxide gây nhiễm mơi trường từ hệ thống phát ñiện ðặc biệt, hệ thống phát điện cơng nghệ than thải mơi trường khơng khí 30% carbon dioxide tổng số tồn giới Nhiệt ñiện than thải carbon dioxide cao nhiều so với ñiện hạt nhân, nhiệt ñiện gas ðể giảm nhiễm khơng khí từ nhiên liệu than địi hỏi sử dụng nguồn nhiên liệu khác cho hệ thống phát ñiện hạt nhân, gas, lượng gió, lượng mặt trời, thủy v.v… Tuy nhiên, giá thành ñầu tư cho nhà máy ñiện loại thường cao nhiệt ñiện than Nghiên cứu dùng chuẩn ñịnh mức carbon dioxide ñiều kiện ràng buộc đến quy hoạch hệ thống phát điện tối ưu Hiệu phương pháp ñược chứng minh số liệu gần với chiến lược phát triển hệ thống phát ñiện Việt Nam giai ñoạn 2009 – 2029 bao gồm ñiện hạt nhân, nhiệt ñiện than, nhiệt ñiện gas, nhiệt ñiện dầu, thủy ñiện, thủy ñiện tích nguồn lượng lượng gió, lượng mặt trời, lượng sinh khối, thủy ñiện nhỏ,… Abstract: A new approach considering carbon dioxide air pollution constraint in the longterm best generation mix is proposed under uncertain circumstances Carbon dioxide emission of electricity system industry has over thirty percent of total emission quantity in the world The carbon dioxide emission in coal power plant competitive with nuclear power plant is very severe The air pollution in coal is requiring LNG or new environmental type generation system (wind power, solar power tidal power v.v.) instead of coal power plant, despite the new generation systems ask for very high construction cost A characteristic feature of the presented approach in this paper is what effects give the air pollution constraints in long term best generation mix The Best generation mix problem is formulated by linear programming with fuel and construction cost minimization with load growth, reliability (reserve margin rate) and air pollution constraints The proposed method accommodates the operation of pumped-storage generator It was assumed in this study that the construction planning of the hydro power plants is given separately from the other generation plans The effectiveness of the proposed approach is demonstrated by applying to the best generation mix problem of near side strategy Vietnam-system long-term planning, which contains nuclear, coal, LNG, oil, hydro-power, pumped-storage hydro plant and Renewable Energy in multi-years 2009-2029 MỤC LỤC CHƯƠNG 0: MỞ ðẦU 0.1 ðặt vấn ñề 10 0.2 Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ 11 0.3 ðối tượng nghiên cứu 11 0.4 ý nghĩa thực tiễn 11 0.5 Nhiệm vụ ñề tài 12 CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG PHÁT SINH KHÍ THẢI CỦA CÁC LOẠI NGUỒN PHÁT ðIỆN 1.1 Khái niệm nhiên liệu 13 1.1.1 Nhiên liệu phân loại nhiên liệu 13 1.1.2 Thành phần đặc tính cơng nghệ nhiên liệu 13 1.2 Quá trình cháy nhiên liệu 17 1.2.1 Khái niệm 17 1.2.2 Các phương trình phản ứng cháy 18 1.2.3 Thể tích sản phẩm cháy sinh cháy nhiên liệu 19 1.3 ðánh giá trình độ cơng nghệ tác động mơi trường nhà máy điện có 20 1.3.1 Chất lượng mơi trường khơng khí 20 1.3.2 Hiện trạng khí thải 21 CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG NGUỒN PHÁT ðIỆN VIỆT NAM 2.1 Tổng quan hệ thống ñiện Việt Nam 22 2.1.1 Thực trạng 22 2.1.2 Các dự án phát triển nguồn ngành ñiện Việt Nam 24 2.2 Cấu trúc thị trường ñiện Việt Nam 25 2.2.1 Cấu trúc tổng quát thị trường điện 25 2.2.2 Các ngun tắc hình thành thị trường ñiện Việt Nam 27 2.2.3 Các giai ñoạn hình thành thị trường điện Việt Nam 28 2.3 Dự báo nhu cầu ñiện tương lai 29 CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN TỐI ƯU QUY HOẠCH HỆ THỐNG NGUỒN ðIỆN CHÚ Ý ðIỀU KIỆN RÀNG BUỘC KHÍ PHÁT THẢI 3.1 Bài tốn qui hoạch tuyến tính (Linear Programming) 32 3.1.1 Ngun lý vận hành thủy điện tích 33 3.1.2 Hàm mục tiêu Linear Programming 34 3.1.3 Các ñiều kiện ràng buộc Linear Programming 35 3.2 Các tiêu chuẩn ràng buộc 39 3.2.1 Phạm vi ứng dụng 39 3.2.2 Giá trị giới hạn 39 CHƯƠNG 4: CÔNG SUẤT NGUỒN ðIỆN KHẢ DỤNG, CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC SUẤT CƠ BẢN 4.1 Tổng quan 42 4.2 Mô hình hệ thống nguồn phát 45 4.2.1 ðánh giá tính khơng sẵn sàng tổ máy phát điện 45 4.4.2 Mơ hình nguồn phát 46 4.3 Chỉ tiêu thiếu nguồn 47 4.4 Thiếu ñiện 49 CHƯƠNG 5: ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 5.1 Chiến lược sách phát triển nguồn ñiện Việt Nam 51 5.2 ðối tượng nghiên cứu 51 5.3 Phân tích kết quy hoạch ý đến tiêu chí khí phát thải 56 5.4 Phân tích kết đánh giá độ tin cậy 69 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ ðẠT ðƯỢC 6.1 Kết ñạt ñược 74 6.2 Hạn chế 74 6.3 Hướng phát triển ñề tài 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 77 Phụ lục A Chương trình tính tốn tối ưu hệ thống nguồn phát 77 Phụ lục B Chương trình đánh giá độ tin cậy hệ thống nguồn phát 84 Phụ lục C Lý thuyết ñánh giá ñộ tin cậy hệ thống nguồn phát 89 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 102 10 CHƯƠNG 0: MỞ ðẦU 0.1 ðặt vấn ñề ðiện dạng lượng thiếu xã hội ñại Yêu cầu ñiện ngày tăng số lượng, chất lượng ñộ tin cậy với giá thành thấp Cơ cấu lại thị trường ñiện ñang chuyển từ ñộc quyền nhà nước sang cạnh tranh hệ thống điện (HTð) tách thành lãnh vực chính: phát ñiện (GENCO), truyền tải (TRANSCO) phân phối (DISCO) Nhiệm vụ hệ thống phát ñiện (HTPð) sản xuất ñiện ñáp ứng dự ñoán tải với giá thành hợp lý, mơi trường độ tin cậy cao ðể tăng tính cạnh tranh, tư nhân hóa tồn cầu hóa HTPð địi hỏi khơng quan tâm ñến lợi nhuận kinh tế, an toàn lượng quốc gia mà cịn ý đến yếu tố bảo vệ mơi trường đáp ứng u cầu khí phát thải nghị ñịnh thư Kyoto Quy hoạch chiến lược phát triển hệ thống phát ñiện (HTPð) nhiệm vụ khó khăn có q nhiều yếu tố khơng thể xác định xác ngân sách đầu tư, khó khăn nơi xây dựng, nguồn nhiên liệu cung cấp, dự đốn tải, chuẩn gây nhiễm mơi trường nhà máy ñiện (NMð) Với ñặc ñiểm ln thay đổi trên, nhà hoạch định chiến lược phát triển HTPð dài hạn cấp quốc gia gặp nhiều khó khăn nước phát triển nói chung Việt Nam nói riêng Một việc quan trọng khơng xác định yếu tố kinh tế độ tin cậy mà cịn tn thủ chuẩn nhiễm môi trường từ NMð không chắn dự đốn tải giải tối ưu phối hợp phát điện loại NMð tồn HTPð (best generation mix - BGM) Nhiệm vụ best generation mix trả lời câu hỏi “tổng ngân sách ñầu tư thấp giai ñoạn quy hoạch bao nhiêu?”, “ có cơng suất phát loại NMð xây dựng mới?” Nhiều giải pháp kỹ thuật giải best generation mix ñiều kiện ñã ñược phát triển ứng dụng thời gian qua ðiện dạng lượng an tồn cho mơi trường sản xuất ñiện lại nguyên nhân tác ñộng ñến môi 88 d – Ngừng cung cấp ñiện Sự ñiện cho nhiều hộ tiêu thụ hay khu vực khác hậu cắt hay nhiều phần tử, phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống - Ngừng cung cấp ñiện cưỡng bức: ñiện bắt buộc - Ngừng cung cấp ñiện theo ñịnh kỳ: ñiện theo lịch trình - Ngừng cung cấp ñiện giây lát: khoảng thời gian giới hạn địi hỏi phải phục hồi cấp ñiện tự ñộng hay ñược ñiều khiển có giám sát đóng cắt tay (các thao tác đóng cắt thường thực vài phút) - Ngừng cung cấp ñiện tạm thời: khoảng thời gian giới hạn địi hỏi phải phục hồi cấp điện tay (các thao tác thường thực khoảng 1-2 giờ) - Ngừng cung cấp ñiện kéo dài liên tục: ngừng cung cấp điện khơng mơ tả ngừng cung cấp ñiện giây lát cắt ñiện tạm thời Quan hệ phần tử, hệ thống khách hàng lĩnh vực ñánh giá ñộ tin cậy mơ tả sơ đồ khối hình PlC.2 [5] Tốt Cắt cưỡng Ngừng cung cấp ñiện cưỡng Mất khách hàng hỏng hóc Mất khách hàng Người vận hành Cắt theo lịch Người vận hành Cắt phần Ngừng cung cấp ñiện cưỡng Mất khách hàng Phần tử k Ngừng cung cấp ñiện cưỡng Trạng thái hệ thống Hình PlC.2 Sơ đồ khối ñánh giá ñộ tin cậy Mất khách hàng n Trạng thái khách hàng 89 PlC.1.1.3 Các tiêu ñộ tin cậy a – Chỉ tiêu tần suất ngừng cung cấp ñiện hệ thống: số lần ngừng cung cấp ñiện trung bình khách hàng ñược cấp ñiện đơn vị thời gian (được ước tính cách chia số khách hàng bị cắt điện tích lũy năm cho số khách hàng ñược cấp ñiện) b – Chỉ tiêu tần suất ngừng cung cấp ñiện khách hàng: số lần ngừng cung cấp ñiện trung bình khách hàng bị ảnh hưởng đơn vị thời gian (được ước tính cách chia số lần ngừng cung cấp ñiện khách hàng năm cho số khách hàng bị ảnh hưởng ñiện) c – Chỉ tiêu cắt tải: lượng kVA trung bình tải nối vào hệ thống bị ngừng cung cấp ñơn vị thời gian ñơn vị tải nối vào hệ thống ñược cấp ñiện (ñược tính cách chia lượng tải bị cắt năm cho lượng tải nối vào) d – Chỉ tiêu cắt xén khách hàng: lượng kVA trung bình tải nối vào hệ thống bị ngừng cung cấp khách hàng bị ảnh hưởng năm (ñây tỷ số lượng bị cắt xén hàng năm số khách hàng bị ảnh hưởng ñiện năm) e – Chỉ tiêu thời gian ngừng cung cấp khách hàng: khoảng thời gian ngưng cung cấp ñiện khách hàng khoảng thời gian xác ñịnh (ñược xác ñịnh cách chia tổng thời gian khách hàng bị cắt ñiện kéo dài suốt khoảng thời gian ñó cho số lần cắt ñiện khách hàng kéo dài khoảng thời gian đó) [5] PlC.2 Tổng quan tính tốn độ tin cậy Các hệ thống điện thường ñược chia thành ba khâu chức năng, với ñặc ñiểm khác thiết kế, vận hành sau: - Nguồn phát - Truyền tải - Phân phối [5] 90 PlC.2.1 ðộ tin cậy nguồn phát ðể tính tốn độ tin cậy cấp nguồn phát, vài khái niệm tiêu thường dùng để tính tốn là: a – xác xuất thiếu nguồn (LOLP), tiêu thiếu nguồn (LOLE) LOLP xác suất hệ thống cơng suất khả dụng nguồn phát khơng đáp ứng nhu cầu phụ tải LOLP = P (X > R) đó: X – cơng suất nguồn bị cắt hệ thống R = C – L: công suất dự trữ hệ thống C – công suất khả dụng nguồn phát L – công suất tải lớn phát Trong thực tế thường người ta sử dụng tiêu thiếu nguồn LOLE LOLE số ngày kỳ vọng xảy hay số khoảng thời gian khảo sát phụ tải lớn vượt công suất khả dụng: LOLE = LOLP.T Nếu mơ hình tải ñường cong ñỉnh tải liên tục năm T 365 ngày ñơn vị LOLE ngày/năm Nếu mơ hình tải đường cong tải ngày T 8760 ñơn vị LOLE giờ/năm [5] b – Thiếu hụt ñiện (EENS) EENS tổn thất lượng khách hàng công suất hệ thống khơng đủ cung cấp (thiếu nguồn): EENS = ∑ ( X − R) p( R).t [MWh] R − X >0 Nếu mơ hình tải tính theo giờ, đó: p(R) = 1/8760, t = 8760 Phí tổn ngừng cung cấp điện tính ñược từ EENS [5] 91 c – Tần suất ñộ dài (F&D) Việc ngừng cung cấp ñiện thường xảy khoảng thời gian gây tổn thất cho khách hàng, chẳng hạn ngành cơng nghiệp hóa chất hay cơng nhgiệp luyện kim Do cần phải xét tiêu tần suất khoảng thời gian ngừng cung cấp ñiện Tần suất ngừng cung cấp ñiện tích lũy hệ thống ñược tính: F = F(X>R) [số lần/năm] Thời gian ngừng cung cấp ñiện trung bình: D= P( X > R) [giờ] [5] F ( X > R) d – Chỉ số SM SM số thiếu hụt ñiện ngừng cung cấp điện thiếu nguồn cơng suất tải lớn hàng năm SM = với: EENS LP [phút] LP – cơng suất tải lớn hàng năm Việc đánh giá yêu cầu tiêu cao hay thấp phụ thuộc vào điều kiện quốc gia Ví dụ, u cầu tiêu LOLE Mỹ 0,1 ngày/năm, Châu Âu Nhật Bản 0,3 ngày/năm, SM Canada 25 phút Khi tính tiêu LOLE thường xác ñịnh tổ máy có hai trạng thái “sẵn sàng” (làm việc với cơng suất định mức) khơng sẵn sàng (khơng làm việc với cơng suất định mức) ðiều khơng xác, đặc biệt tổ máy lớn Thường lý mà máy phát vận hành “chế độ giảm” có nghĩa phát phần khả phát tối ña [5] 92 e – Dự trữ vận hành Nghiên cứu ñộ tin cậy ñể phục vụ cho việc lập kế hoạch phát triển nguồn Những câu hỏi thường đặt :”cơng suất nguồn phát 10 năm tới” Mục đích nghiên cứu dự trữ vận hành khác Việc tính tốn để đáp ứng tổ máy huy động, tổ máy dự trữ nguội, dự trữ nóng [5] PlC.3 Các thông số ñể ñánh giá ñộ tin cậy hệ thống ñiện Các phần tử hệ thống ñiện máy phát, máy biến áp, ñường dây truyền tải…ñều phần tử có phục hồi sau thời gian sửa chữa Chúng có trạng thái khác nhau: hoạt động, sửa chữa hỏng hóc, bảo trì định kỳ, bảo trì ñột xuất…những trạng thái ảnh hưởng trực tiếp ñến ñộ tin cậy hệ thống ñiện Sau ñây giới thiệu hỏng hóc sửa chữa phần tử [5] PlC.3.1 Các đặc tính hỏng hóc phần tử hệ thống ñiện a – Thời gian làm việc liên tục phần tử phân bố Có nhiều ngun nhân khác dẫn đến hư hỏng ñột ngột phải cắt phần tử cưỡng Vì vậy, thời gian làm việc liên tục T phần tử biến ngẫu nhiên Hàm phân bố xác suất T (theo t) xác suất mà phần tử bị hỏng hóc trước đến thời gian t F(t) = P(Tt) t≥0 R(t) ñược gọi hàm tin cậy phần tử hay ñộ tin cậy Ta có: R(t) + F(t) = dR (t ) − dF (t ) = = − f (t ) dt dt f(t) hàm mật độ xác suất hỏng hóc xác định phương trình: 93 P( X = xi ) P(x) =  0 x=xi x≠xi Hàm phân bố ñược ñịnh nghĩa: F ( x) = ∑ P( x) [5] xi < x b – Hàm cường độ hỏng hóc λ(t) cường ñộ hỏng hóc λ Hàm cường ñộ hỏng hóc phần tử λ(t) xác suất có điều kiện mà phần tử làm việc trước thời ñiểm t phát triển thành cố ñơn vị thời gian ∆t sau thời ñiểm t: λ (t ) = lim ∆t →0 P (t < T ≤ t + ∆t | T > t ) ∆t λ(t) ñược gọi hàm cường độ hỏng hóc phần tử Từ phương trình: λ ( x) = f ( x) = λ = const R ( x) ta có λ ( x) = − dR (t ) R (t ) dt Lấy tích phân, ta được: t R (t ) = e ∫ − λ ( t ).dt t F (t ) = − e ∫ − λ ( t ).dt t f (t ) = λ (t ).e ∫ − λ ( t ).dt 94 λ(t) Giai ñoạn xuất xưởng Giai ñoạn ổn định Giai đoạn lão hóa Thời gian Hình PlC.3 Hàm cường độ hỏng hóc Hàm cường độ hỏng hóc λ(t) có dạng hình PlC.3, gồm giai đoạn: giai ñoạn xuất xưởng, giai ñoạn làm việc ổn ñịnh giai ñoạn lão hóa Trong thời gian làm việc phần tử hệ thống ñiện giai đoạn ổn định nên ta có: λ(t) = λ = const Do thời gian làm việc liên tục phần tử phân bố theo hàm mũ [5]: t R (t ) = e ∫ − λ ( t ).dt = e − λ t F (t ) = − e − λ t f (t ) = λ e − λ t c – Thời gian trung bình lần hỏng hóc (thời gian trung bình vận hành an toàn) (MTBF, m) ðây giá trị trung bình biến ngẫu nhiên T tiêu để tính độ tin cậy phần tử Nếu hàm mật độ hỏng hóc f(t) biết trước từ phương trình: E( X ) = ∞ ∫ xf ( x)dx −∞ 95 ta ñược ∞ ∞ 0 MTBF = E (t ) = ∫ tf (t )dt = ∫ R(t )dt Nếu phân bố theo quy luật hàm mũ [5]: m = MTBF = λ PlC.3.2 ðặc tính sửa chữa (phục hồi) phần tử a – Hàm cường độ sửa chữa µ(t) cường độ sửa chữa µ Khi có cố xảy ra, trình sửa chữa phục hồi phần tử phức tạp Thời gian sửa chữa TD biến ngẫu nhiên Cường ñộ sửa chữa phần tử ñược ñịnh nghĩa tương tự cường ñộ hỏng hóc: µ (t ) = lim ∆t →0 P (t < TD ≤ t + ∆t | TD > t ) ∆t Thông thường ta dùng phân bố thời gian sửa chữa theo luật hàm mũ µ số, [5]: FD (t ) = P (TD ≤ t ) = − e − µt f d (t ) = dFD (t ) = µ e − µt dt b – Thời gian trung bình sửa chữa (MTTR, r) Thời gian sửa chữa trung bình phần tử xác định: ∞ MTTR = E (t D ) = ∫ ∞ dFD (t ) dt = ∫ tdFD (t ) dt Dùng phân bố hàm mũ, ta ñược [5]: r = MTTR = µ c – Thời gian trung bình chu kỳ hỏng hóc (MTBF) [5] T=m+r 96 PlC.3.3 Tính sẳn sàng phần tử a – Hệ số sẳn sàng tức thời A(t) (ðộ sẵn sàng) Xác suất PU(t) mà phần tử trạng thái làm việc ñược gọi hệ số sẵn sàng, ñược xác ñịnh biểu thức trạng thái: F(x,y)=P(X≤x,Y≤y) Hình PlC.4 biểu diễn giản đồ trạng thái phần tử có hai trạng thái: U trạng thái làm việc D trạng thái sửa chữa λ∆t - µ∆t 1- λ∆t D U µ∆t Hình PlC.4 Giản đồ chuyển trạng thái Ma trận chuyển trạng thái A q trình ñược viết theo giản ñồ chuyển trạng thái: − λ A= µ λ  − µ  Thay A vào phương trình dùng phương pháp biến đổi Laplace, tìm được: PU (t ) = PD (t ) = µ µ +λ λ µ +λ + − λ µ +λ µ µ +λ e −( λ + µ )t e −( λ + µ )t Chúng ta thấy hệ số sẵn sàng tức thời có hai thành phần: thành phần thành phần giảm theo thời gian Khi t = 0, giá trị ban đầu có trị số A(t ) = PD (t ) hệ số khơng sẵn sàng có giá trị ban ñầu [5] 97 b – Hệ số sẵn sàng trạng thái xác lập [5] A = PU (∞) = µ λ+µ c – Hệ số khơng sẵn sàng trạng thái xác lập A hay cường ñộ cắt phần tử cưỡng (FOR) q = A = PD (∞) = FOR = λ λ+µ Nếu ta biết MTBF, MTTR phần tử hệ số sẵn sàng khơng sẵn sàng tính theo: A= MTBF m m µ = = = MTBF + MTTR λ + µ m + r T FOR = U = A = MTTR r r λ = = = MTBF + MTTR λ + µ m + r T Cơng thức xác định λ cơng thức tốn học Phương pháp thực tế ñể xác ñịnh cường ñộ hỏng hóc thơng qua số liệu số lần hỏng hóc phần tử làm việc Khảo sát N phần tử giống (ví dụ máy biến áp…) chu kỳ n, số liệu cho biết có k phần tử hỏng hóc Cường độ hỏng hóc xác định từ [5]: λ= k nN PlC.4 Mơ hình tin cậy phần tử hệ thống điện Sự tính tốn độ tin cậy hệ thống điện bắt đầu cách xây dựng mơ hình tốn hệ thống hay hệ thống sau tiến hành giải pháp số tính tốn dịng phân bố, dịng ñiện ngắn mạch,…Quá trình thực theo bước sau: – Xác ñịnh ranh giới hệ thống phần tử có hệ thống – Thu thập ñầy ñủ số liệu cường ñộ hỏng hóc, cường độ sửa chữa, thời gian sửa chữa, thời gian bảo trì,…của phần tử – Thành lập mơ hình tin cậy cho phần tử 98 – Xác định dạng hỏng hóc hệ thống tiêu chuẩn hệ thống bình thường cố – Thành lập mơ hình tốn cho ñộ tin cậy hệ thống giả ñịnh – Chọn thuật tốn để tính tốn số tin cậy hệ thống Trong đó, bước ñược ý cả, việc tạo mơ hình độ tin cậy cho phần tử để chuẩn bị thành lập mơ hình độ tin cậy cho tồn hệ thống [5] PlC.5 Mơ hình nguồn phát PlC.5.1 Các thơng số tin cậy tổ máy phát điện Trong phân tích độ tin cậy hệ thống ñiện, turbine nước máy phát thường ñược xem phần tử ñược gọi tổ máy phát ñiện Các liệu ñộ tin cậy bao gồm [5]: C – công suất khả dụng tổ phát ñiện λ - cường ñộ hỏng hóc tổ phát điện µ = 1/r – cường ñộ sửa chữa tổ phát ñiện r – thời gian sửa chữa trung bình (MTTR) T = 1/λ + 1/µ - thời gian trung bình hỏng hóc (MTBF) f = 1/T – tần suất q = f/µ - hệ số khơng sẵn sàng cường độ cắt tổ máy cưỡng (FOR) PlC.5.2 Mơ hình tổ phát điện ñộc lập Hệ thống khả phát ñiện C với xác suất tổ phát điện bị cắt cưỡng hỏng hóc ngẫu nhiên Do đó, cơng suất bị cắt xem biến ngẫu nhiên tn theo luật phân bố mũ Mơ hình tổ máy phát bảng xác suất tần suất trạng thái cơng suất phát bị cắt Mơ hình thường ñược dùng tổ phát ñiện có hai trạng thái: vận hành hỏng hóc Hình PlC.4 giản đồ chuyển trạng thái Theo đó, xác suất trạng thái riêng phần là: 99 1 − q P( X = xi ) =  q xi = C xi = Xác suất trạng thái tích lũy (hay hàm phân bố) là: xi < 0  P( X ≤ xi ) = q 1  ≤ xi < C xi ≥ C Mở rộng cho mơ hình đa trạng thái tổ phát ñiện bị vận hành cưỡng cơng suất thấp cơng suất bình thường (cơng suất vận hành giảm) Gọi cường độ hỏng hóc cưỡng khả ci lúc xác suất trạng thái riêng phần [5]: P(X = xi) = p(xi), I = 0, 1, 2,… Xác suất trạng thái tích lũy là: P ( x k ) = P ( X ≥ x k ) = ∑ p ( xi ) i≥k hay p(xk) = P(xk) – P(xk+1) Bảng PlC.1 Mơ hình xác suất tổ máy phát ñiện ñộc lập Công suất làm việc Công suất bị cắt Xác suất riêng phần Xác suất tích lũy (MW) (MW) (pi) (P) C 1-q C q q PlC.5.3 Mơ hình độ tin cậy hai tổ máy phát Giả sử có hai tổ máy phát vận hành song song Mỗi máy có hai trạng thái với cơng suất vận hành C1, C2 tương ứng cường ñộ hỏng hóc λ1, λ2; cường độ sửa chữa µ1, µ2 Từ đó, ta tính thơng số: p1 = µ1 λ1 + µ1 100 p2 = q1 = q2 = µ2 λ2 + µ λ1 λ1 + µ1 λ2 λ2 + µ Hệ thống có 22 = trạng thái với công suất vận hành C1 + C2, C1, C2 Xác suất riêng phần cho trạng thái tính cách sử dụng phương pháp nhân xác suất, với giả thiết trạng thái ñộc lập với nhau: p11 = P(C1 + C2) = p1.p2 p01 = P(C2) = q1.p2 p10 = P(C1) = p1.q2 p00 = P(0) = q1.q2 Xác suất trạng thái tích lũy tính: P1 = p00 P2 = p00 + p01 P3 = p00 + p01 + p10 P4 = Mơ hình độ tin cậy hai tổ máy phát trình bày bảng PlC.2 [5] Bảng PlC.2 Bảng xác suất mơ hình hai tổ máy phát Công suất làm việc Công suất bị cắt Xác suất riêng phần Xác suất tích lũy (MW) (MW) (pi) (P) C1 + C2 p1.p2 C1 C2 p1.q2 P3 C2 C1 q1.p2 P2 C1 + C2 q1.q2 P1 101 Số trạng thái làm việc tăng theo hàm mũ có nhiều tổ máy phát làm việc hệ thống lượng tính tốn q lớn ñể tính bảng xác suất trạng thái làm việc [5] PlC.5.4 Thuật tốn tính nhanh tổ máy có độ tin cậy giống Một hệ thống ñiện thường gồm nhiều phần tử với số ñộ tin cậy khả phát điện giống nhau; ví dụ có tổ máy 12 MW, tổ 20 MW, tổ 50 MW Số lượng tính tốn giảm bớt việc chọn bước dễ dàng dùng phân bố nhị thức Giả sử có n đơn vị phát điện giống với cơng suất khả dụng C, cường độ cắt điện q, cường độ sửa chữa µ Theo cơng thức tính cho phân bố nhị thức, xác suất riêng phần ñơn vị phát ñiện i bị cắt ñiện hỏng hóc [5]: n p ( X i ) =  q i (1 − q ) n −i i  Xác suất tích lũy là: P( X k ) = ∑ p( X i ) i≥k 102 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Vĩnh Trường Ngày, tháng, năm sinh: 19 - 02 -1978 Nơi sinh: Tiền Giang ðịa liên lạc: Khoa Công Nghệ - ðại Học Cần Thơ Khu 2, ðường 3/2, Phường Xuân Khánh, Quận Ninh Kiều, TP Cần Thơ QUÁ TRÌNH ðÀO TẠO Từ năm 1997 – 2002: học trường ðại Học Bách Khoa TP HCM Hệ đào tạo: Chính quy Chun ngành: Kỹ Thuật ðiện Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ năm 2002 – 2003: công tác Công ty TNHH Nidec Tosok Việt Nam, trụ sở khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7, TP HCM Từ năm 2003 ñến nay: công tác Khoa Công Nghệ - ðại Học Cần Thơ Khu 2, ðường 3/2, Phường Xuân Khánh, Quận Ninh Kiều, TP Cần Thơ ... 01807301 I TÊN ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH HỆ THỐNG NGUỒN ðIỆN ðÁP ỨNG ðIỀU KIỆN RÀNG BUỘC KHÍ PHÁT THẢI II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: Nghiên cứu quy hoạch hệ thống nguồn ñiện Việt Nam giai... “NGHIÊN CỨU QUY HOẠCH HỆ THỐNG NGUỒN ðIỆN ðÁP ỨNG ðIỀU KIỆN RÀNG BUỘC KHÍ PHÁT THẢI” nhằm hạn chế lượng khí thải hoạt ñộng sản xuất ñiện gây ra, góp phần làm bầu khí tồn cầu qua hạn chế biến đổi khí. .. thạc sĩ Nghiên cứu quy hoạch hệ thống nguồn ñiện Việt Nam giai đoạn 2009 – 2029 có ý đến ràng buộc hạn chế khí phát thải CO2, SOX NOX ðồng thời kiểm tra ñánh giá ñộ tin cậy hệ thống nguồn phát sau