[r]
(1)GIẢI PHÁP
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI LINH HOẠT Nguyễn Mạnh Cường
Viện Năng lượng, Bộ Công thương
Tóm tắt: Quy mơ Hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam có phát triển ấn tượng
hai thập kỷ vừa qua Nếu năm 2000, sản lượng tiêu thụđiện Việt Nam 22 tỷ
kWh, đứng thứ 58 giới, đến năm 2016 đạt 159 tỷ kWh, vượt 23 bậc lên xếp
thứ 25/196 quốc gia Xét quy mô châu Á Việt Nam đứng thứ 10/40 nước
về sản lượng tiêu thụ điện Đểđáp ứng nhu cầu phụ tải, HTĐ truyền tải 500-220 kV
Việt Nam có phát triển ngoạn mục So với năm 2000, công suất Trạm biến áp
(TBA) truyền tải tăng lần, chiều dài đường dây truyền tải tăng lần Tuy
nhiên, gia tăng nhanh chóng quy mơ làm cho lưới truyền tải Việt Nam
phải đối mặt với nhiều vấn đề nan giải như: dòng điện ngắn mạch tăng dần theo
năm vượt mức dòng cắt cho phép thiết bị; tiêu chí N-1 lưới điện chưa
đạt (hiện chỉđáp ứng khoảng 80%) [1]; điện áp cao điện áp thấp
ngưỡng cho phép xuất thường xuyên; vấn đề ổn định dao động đe
dọa thường trực tới vận hành HTĐ,
Bài viết tập trung vào giải pháp nâng cao độ an toàn, tin cậy ổn định vận
hành hệ thống điện dựa quan điểm cần xây dựng hệ thống điện truyền tải có tính
linh hoạt cao Tính linh hoạt HTĐ cần phải thể rõ nét khâu: (i) Quy
hoạch phát triển Hệ thống điện; (ii) Thiết kế Trạm biến áp Đường dây tải điện; (iii)
Xây dựng hệ thống điện truyền tải thông minh; (iv) Sử dụng thiết bị truyền tải điện
linh hoạt FACTS
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Kể từ sau Đổi (1986), kinh tế phát triển, mức sống người dân cải thiện kéo theo nhu cầu tiêu thụđiện tăng liên tục (biểu đồ hình 1) Nếu năm 1990, tổng sản lượng điện thương phẩm nước chỉđạt tỷ kWh năm 2000 lên đến 22 tỷ kWh năm 2016 158 tỷ kWh [2], [3], [4] Tương ứng, công suất cực đại Pmax
cũng tăng từ 2.533 MW năm 1990 lên 4.983 MW năm 2000 đạt 28.302 MW năm
2016 [5]
Nếu xét phạm vi toàn giới tiêu thụđiện, Hệ thống điện Việt Nam phát triển quy mô lớn, xếp thứ 25/196 quốc gia Cịn xét phạm vi châu Á HTĐ Việt Nam đứng thứ 10/40 nước (hình 2,3) [6], [7]
(2)từ vị trí thứ 19 (năm 2000) lên đứng thứ 10 châu Á năm 2015 Trong 15 năm, Việt Nam vượt qua nhiều nước sản lượng điện tiêu thụ như: Singapore, Kuwait,
Iraq, Triều Tiên, Isarel, Hồng Kông (TQ), Philippine, Malaysia, Pakistan Các
khủng hoảng tiền tệ châu Á (1997 - 2000), khủng khoảng tài giới (2008 - 2009) suy thoái kinh tế tồn cầu (2010 - 2012) khơng ảnh hưởng nhiều đến tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm Việt Nam Tăng trưởng điện thương phẩm có dạng tuyến tính chưa có dấu hiệu bão hịa
Hình 1: Cơng suất đặt phụ tải đỉnh (Pmax) tồn quốc giai đoạn 1990 - 2016
Hình 2: Tương quan sản lượng tiêu thụđiện (2015) nước giới [7]
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
MW
Imported power Renewable energy Pump Storage PP Oil fired PPs
Combicycle Gas Turbine PP Coal fired PPs
(3)Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng điện cho phát triển kinh tế chưa cao Từ đồ thị so sánh tương quan tăng trưởng GDP tăng trưởng điện thương phẩm, 10 năm gần đây, để GDP tăng 1% điện tiêu thụ phải tăng ~ 2% Đối với nước khác khu vực Thái Lan, Malaysia, tỷ lệ ~ Nhiều nước giới (ví dụ: Nhật Bản), GDP tăng nhu cầu tiêu thụđiện lại có xu hướng giảm (do tiết kiệm lượng dịch chuyển sản xuất nước ngồi), hệ số đàn hồi Điện/GDP có giá trị âm Việc nhu cầu điện tăng cao gấp lần tốc độ tăng trưởng kinh tế dẫn tới hệ đầu tư cho nguồn điện mạng lưới truyền tải 220-500 kV quốc gia phải tăng cao tương ứng với nhu cầu điện
Hình 3: Xếp hạng quy mô HTĐ Việt Nam so với giới châu Á
Những số liệu gia tăng phụ tải giai đoạn 27 năm qua phản ánh phần thay đổi “lượng” HTĐ Đứng sau sốấn tượng nỗ lực
,0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000
Singapore Uzbekistan Kuwait Israel Bồ RomaniaĐào Nha Chi Lê Hy L Iraqạp Thụy Sĩ
Philippines Áo Pakistan Cộng Hòa Séc Phần Lan Bỉ
Venezuela United Arab Emirates Kazakhstan Argentina Malaysia Hà Lan Na uy Ai Cập ThViụệy t namĐiển Ba Lan Thái Lan Th Ukraineổ Nhĩ Kỳ
Saudi Arabia Indonesia Úc Iran Mexico Nam PhiĐài Loan Tây Ban Nha Ý Anh Pháp Hàn Qu Brazilốc CanadaĐức
Ấn Độ
Nhật B Ngaản Mỹ
Trung Quốc
Điện thương phẩm nước giới (TWh)(2015)
,0 2,000 4,000 6,000 Mongolia
Yemen Burma Sri Lanka Bahrain Jordan Lebanon Oman Triều Tiên Qatar Libya Syria Bangladesh Hồng Kông Singapore Kuwait Israel Iraq Philippines Pakistan United Arab Emirates Malaysia Việt nam Thái Lan Saudi Arabia Indonesia Iran
Đài Loan Hàn Quốc
Ấn Độ
Nhật Bản Trung Quốc
Điện thương phẩm nước châu Á (TWh)2015
Xếp thứ 25 giới
Xếp thứ 10 châu Á
N
(4)lớn tồn bộ máy trị ngành điện nhằm cung cấp đủ nguồn điện, xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối rộng khắp để đưa dịng điện cách an tồn tin cậy tới gia đình, quan, nhà máy xí nghiệp Bài viết quan tâm đến lĩnh vực truyền tải điện, tính linh hoạt lưới truyền tải, sâu tìm hiểu phân tích hệ thống truyền tải Hệ thống nguồn điện, lưới phân phối trung hạ áp, cấu phụ tải sẽđược bàn luận viết khác
Hệ thống truyền tải điện 500-220 kV đóng vai trị huyết mạch, mang dịng điện tới miền Tổ quốc Theo lý thuyết, công suất lớn, khoảng cách truyền tải xa điện áp truyền tải phải cao để giảm tổn thất điện năng, giảm tổn thất điện áp nâng cao ổn định hệ thống điện Đểđáp ứng nhu cầu truyền tải gia tăng từ 2.796 MW
(Pmax năm 1995) lên 28.302 MW (Pmax năm 2016), hệ thống truyền tải cao áp
(220 kV) siêu cao áp (500 kV) đời không ngừng phát triển (hình 4) Năm 1995 đánh dấu thời điểm lịch sử lĩnh vực truyền tải đưa vào vận hành thành công đường dây 500 kV đầu tiên, chiều dài 1500 km, nối liền thủy điện Hịa Bình với trạm Phú Lâm (TP Hồ Chí Minh), đáp ứng kịp thời nhu cầu điện gia tăng
nhanh chóng miền Nam [7]
Hình 4: Quy mơ TBA đường dây truyền tải 220-500 kV Việt Nam giai đoạn 1994 - 2015
Tổng công suất TBA truyền tải 500/220 kV, 220/110 kVnăm 2016 đạt 71.640
MVA, tổng số km đường dây 220 kV & 500 kV 23.935 km [5] So với năm 1995,
hiện quy mô lưới truyền tải Việt Nam tăng 11,5 lần khối lượng trạm biến áp, tăng 6,7 lần quy mơ đường dây tải điện (hình 4) Sự gia tăng nhanh chóng quy mơ lưới truyền tải đáp ứng tốt nhu cầu truyền tải điện ngày cao Từ năm 2008 đến 2015 (kể từ thành lập Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia EVNNPT), lưới điện 500-220 kV cung cấp cho tổng công ty phân phối với sản lượng lũy kế 790 tỷ kWh, chiếm 96,8% tổng điện thương phẩm (hình 5) [7]
Tuy nhiên, với gia tăng quy mơ vấn đề kỹ thuật nan giải hệ thống điện lớn dần bộc lộđối với lưới truyền tải Việt Nam Có thể kể vấn đề như: (i) Hệ thống truyền tải vận hành nặng nề tải, chưa đáp ứng tiêu chí N-1 [1]; (ii) Dịng ngắn mạch ngày có xu hướng gia tăng, vượt khả
5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000
MV
A
Tổng công suất TBA truyền tải qua năm
TBA 500kV
TBA 220kV
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
km
Chiều dài ĐZ truyền tải qua năm
ĐZ 500 kV
(5)chịu đựng thiết bị; (iii) Sựđa chủng loại thiết bị dẫn tới khó khăn cho công tác vận hành sửa chữa bảo dưỡng; (iv) Khả kết nối thông tin SCADA/EMS, bảo vệ, điều khiển tựđộng cịn nhiều hạn chế Ngồi ra, nhiều vấn đề khác lưới truyền tải quan tâm cải thiện như: độ tin cậy lưới truyền tải chưa cao; điện áp cao điện áp thấp ngưỡng cho phép xuất thường xuyên; tổn thất cao truyền tải xa (nguồn miền Bắc phải truyền tải vào Nam ngược lại); suất cố lưới cao (nhất cố giơng sét); vấn đề suất lao động cịn thấp; trạm biến áp khơng người trực chưa nhiều; khó khăn đầu tư xây LTT thủ tục đền bù đất công tác chuẩn bị đầu tư kéo dài; phối hợp vận hành đầu tư lưới truyền tải, lưới phân phối 110 kV nhà máy điện chưa đồng bộ,
Hình 5: Sản lượng điện truyền tải năm 2008 - 2015
Qua tìm hiểu tài liệu kỹ thuật, báo cáo vấn chuyên gia hàng đầu ngành điện [7], tìm nhiều nguyên nhân dẫn tới tình trạng kể lưới truyền tải Tuy nhiên, nguyên nhân bao trùm Tính linh hoạt lưới truyền tải cịn thấp Tính linh hoạt lưới truyền tải gần cấp quản lý quan tâm nhắc đến định 428/QĐ-TTg phê duyệt Điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia [8], [9]: “Xây dựng hệ thống lưới điện vận hành linh hoạt, khả tựđộng hóa cao từ khâu truyền tải đến khâu phân phối”
Đối với lưới truyền tải điện, tính linh hoạt khả LTT có thể đáp ứng
được thay đổi phương thức vận hành đối phó với không
chắn nguồn điện – phụ tải mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật với mức chi
phí hợp lý, khung thời gian khác [10], [11]
Hệ thống điện truyền tải Việt Nam “cứng” Cơ quan điều độ HTĐ (A0) khơng có nhiều lựa chọn lập phương thức vận hành khác để thực công tác sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, cắt điện thi công, khắc phục cố - khôi phục cấp điện, huy động tối ưu nguồn, tách lưới giảm dòng ngắn mạch, Ở thời điểm
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
Sản lượng tr.tải (GWh)
0% 20% 40% 60% 80% 100%
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
(6)nắng nóng, phụ tải tăng đột biến khó để san tải trạm biến áp Do đó, cải thiện tính linh hoạt lưới truyền tải nhu cầu cấp thiết
Bài viết đề xuất giải pháp để cải thiện tính linh hoạt lưới truyền tải điện Việt Nam thời gian tới, là: (i) tính linh hoạt LTT cần quan tâm từ khâu quy hoạch; (i) tính linh hoạt phải thể thiết kếđường dây trạm biến áp truyền tải; (iii) xây dựng hệ thống điện thông minh; (iv) sử dụng thiết bị truyền tải linh hoạt FACTS Phần trình bày tiếp sau làm rõ bốn luận điểm
2 TÍNH LINH HOẠT CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN CẦN ĐƯỢC QUAN TÂM NGAY
TỪ KHÂU QUY HOẠCH
Theo Luật Điện lực, dự án ĐZ TBA truyền tải phải đầu tư theo quy hoạch phát triển điện lực (QH PTĐL) duyệt [12] Các quy hoạch PTĐL thường phải dự báo phụ tải, chương trình phát triển nguồn điện chương trình phát triển lưới điện (bao gồm đường dây tải điện TBA) khoảng thời gian từ 10 đến 20 năm tới Do đó, cấu trúc lưới điện truyền tải thường định hình từ khâu quy hoạch
Khảo sát diễn biến phụ tải thực tế HTĐ Việt Nam giai đoạn 2000 - 2016 so sánh với dự báo phụ tải QHĐ quốc gia (còn gọi Tổng sơđồđiện - TSĐ) giai đoạn 5,6,7, thể hình vẽ
Hình 6: Phụ tải (điện thương phẩm) thực tế dự báo QHĐ5,6,7,7ĐC
Từ hình 6, nhận thấy dự báo phụ tải QHĐ quốc gia tương đối sát với thực tế (trừ QHĐ5 dự báo tương đối thấp nên năm 2002 Chính phủ phải lập TSĐ5 hiệu chỉnh) Dự báo tương đối xác phụ tải đầu vào thuận lợi để xây dựng chuơng trình phát triển nguồn lưới điện
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
20
19
20
20
GW
h
(7)Tương ứng với gia tăng phụ tải, nguồn điện cần liên tục xây đểđảm bảo độ tin cậy ổn định vận hành HTĐ Điểm yếu lớn triển khai thực QHĐ quốc gia phát triển nguồn thực tế bị cân đối miền, triết lý chung QHĐ nguồn điện phát triển chỗ, cung cấp chủ yếu cho phụ tải địa phương, tránh truyền tải xa Sự cân đối đầu tư nguồn điện miền Bắc – Trung – Nam thể biểu đồ hình
Hình 7: Cơng suất nguồn điện xây miền giai đoạn 2000 - 2016
Trong giai đoạn 17 năm (2000 - 2016), nguồn điện miền Bắc gia tăng 18,9 GW, miền Trung tăng 6,2 GW miền Nam tăng 8,8 GW Trong đó, phụ tải ba
miền Bắc, Trung, Nam tăng tương ứng 10,9 GW, 2,6 GW 11,2 GW Như vậy, có
sự cân đối nghiêm trọng việc đầu tư nguồn miền, dẫn tới vận hành nặng nề lưới truyền tải liên kết 500 kV Bắc – Nam Với tình trạng mang tải căng thẳng lưới điện khó có linh hoạt vận hành, tiến hành công tác sửa chữa bảo dưỡng, cắt điện thi công Đồng thời, hệ thống điện miền Nam có độ dư thấp, dễ bị điện diện rộng xảy cố ĐZ liên kết miền (sự cố mạch 500 kV Di Linh – Tân Định ngày 22/5/2013 ví dụ điển hình, gây điện 22 tỉnh miền Nam phần lớn thủđô Phnôm Pênh Cambodia)
Sự chậm trễ triển khai xây dựng nguồn điện miền Nam mổ xẻ ln tìm ngun nhân hợp lý, chủ quan khách quan như: thủ tục chuẩn bị đầu tư kéo dài, vấn đề môi trường, nguồn nước, cảng biển, vốn, Nhưng đứng quan điểm chủđầu tư rõ ràng, theo quy định hành, chủđầu tư khơng nhìn thấy khác biệt lợi ích đầu tư nguồn miền Bắc miền Nam Do đó, nguồn nhiệt điện miền Bắc với điều kiện địa chất cảng nước sâu thuận lợi hấp dẫn nhà đầu tư nhiều so với vị trí miền Tây Nam Bộ Đây nguyên nhân chiến lược gây chậm trễ nguồn điện miền Nam
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
MW
Công suất nguồn tăng thêm miền
Miền Bắc
Miền Trung