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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ 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 TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH, ÁP DỤNG CHO LƢU VỰC SÔNG CHU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ 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 TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH, ÁP DỤNG CHO LƢU VỰC SƠNG CHU Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 9580202 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Phan Kỳ Nam PGS TS Lê Văn Nghị HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn dƣới hình thức Việc tham khảo, nguồn tài liệu đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận án Lê Quốc Hƣng năm 2019 LỜI CÁM ƠN Luận án Tiến sĩ này, đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Phan Kỳ Nam PGS.TS Lê Văn Nghị Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo trực tiếp hƣớng dẫn, bảo tận tình giúp đỡ tác giả suốt trình thực hoàn thiện luận án Tác giả xin cảm ơn cấp lãnh đạo Trƣờng Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, Khoa Cơng trình, Khoa Năng lƣợng, lãnh đạo thầy cô giáo Bộ môn Thủy điện Năng lƣợng tái tạo tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp ý kiến chia sẻ kiến thức, tƣ vấn cho tác giả suốt trình học tập thực luận án Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Phan Trần Hồng Long thuộc Bộ môn Thủy điện Năng lƣợng tái tạo dành thời gian, công sức hỗ trợ tác giả trình thực luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, ngƣời thân đồng nghiệp Ban Đầu tƣ Xây dựng thuộc Tổng công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam cung cấp liệu đầu vào, tạo điều kiện thời gian công tác sinh hoạt, chỗ dựa vững tinh thần cho tác giả năm học tập hoàn thiện luận án Tác giả luận án Lê Quốc Hƣng MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ x Danh mục từ viết tắt x Giải thích thuật ngữ xiii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu 4 Nội dung nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 6.1 Ý nghĩa khoa học 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH BẬC THANG HỒ CHỨA VÀ THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH .8 1.1 Các nghiên cứu vận hành hồ chứa giới .8 1.1.1 Các bƣớc xây dựng mơ hình tốn học 1.1.2 Các nghiên cứu tối ƣu mơ hình hóa hệ thống hồ chứa i 1.2 Các nghiên cứu vận hành hồ chứa Việt Nam 13 1.2.1 Một số nghiên cứu vận hành hồ chứa Việt Nam .13 1.2.2 Một số nghiên cứu liên quan đến lƣu vực sông Mã sông Chu 17 1.2.3 Các quy trình vận hành liên hồ chứa hệ thống sông Mã .19 1.3 Giới thiệu chung thị trƣờng phát điện cạnh tranh 21 1.3.1 Tổng quan thị trƣờng điện cạnh tranh giới 21 1.3.2 Tổng quan thị trƣờng điện cạnh tranh Việt Nam 22 1.3.3 Tổng quan giá bán điện thị trƣờng điện cạnh tranh Việt Nam 25 1.3.4 Quá trình tham gia thị trƣờng điện cạnh tranh NMTĐ Hủa Na Cửa Đạt 28 1.3.5 Một số tồn khó khăn NMĐ tham gia thị trƣờng điện cạnh tranh .30 1.4 Định hƣớng nghiên cứu luận án 31 1.5 Kết luận chƣơng 33 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 .34 2.1 Phƣơng pháp giải toán tối ƣu vận hành liên hồ chứa 34 2.1.1 Phƣơng pháp giải toán tối ƣu 34 2.1.2 Các dạng toán vận hành liên hồ chứa .36 2.2 Phƣơng pháp giải toán QHĐ 37 2.2.1 Lựa chọn cách tiếp cận 37 2.2.2 Các đặc trƣng QHĐ .38 2.3 Tính toán điều tiết tối ƣu hồ chứa nƣớc trạm thủy điện QHĐ .40 2.3.1 Mơ hình tính toán đơn hồ .40 2.3.2 Mơ hình tốn hai hồ bậc thang .44 ii 2.4 Mơ hình tối ƣu cho hồ chứa bậc thang 45 2.4.1 Các vấn đề cần giải .45 2.4.2 Hàm mục tiêu 47 2.4.3 Điều kiện biên điều kiện ban đầu 50 2.4.4 Các ràng buộc 51 2.5 Phƣơng pháp xây dựng giải toán vận hành liên hồ chứa lƣu vực sông Chu 53 2.5.1 Xây dựng toán tối ƣu vận hành bậc thang hồ chứa phát điện điều kiện tham gia thị trƣờng điện cạnh tranh 53 2.5.2 Lựa chọn thời đoạn tính tốn, năm tính tốn giá bán điện 54 2.6 Sơ đồ khối hệ phƣơng trình tính tốn thủy điện bậc thang 55 2.6.1 Các bƣớc tính tốn biết mực nƣớc đầu cuối thời đoạn: 55 2.6.2 Thời đoạn tính tốn .60 2.6.3 Giá bán điện 60 2.6.4 Cách chuyển giai đoạn tính cho thời đoạn 61 2.7 Xây dựng chƣơng trình tính tốn .62 2.7.1 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 62 2.7.2 Mơ tả khối tính tốn .63 2.7.3 Mơ tả khối tính tốn 64 2.7.4 Mô tả khối tính tốn tạo biên mực nƣớc 65 2.8 Kết luận chƣơng 68 CHƢƠNG ÁP DỤNG TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH XU HƢỚNG VẬN HÀNH CHO BẬC THANG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG CHU .69 3.1 Đặc điểm vận hành tồn lƣu vực sông Chu 69 3.1.1 Đặc điểm dòng chảy .69 3.1.2 Hệ thống hồ chứa lƣu vực 70 iii 3.1.3 Nhu cầu dùng nƣớc lƣu vƣc sông Chu 72 3.1.4 Các yếu tố tác động đến vận hành hồ chứa lƣu vƣc sông Chu .72 3.2 Xây dựng BĐĐP kết hợp đảm bảo phát sản lƣợng hợp đồng hai hồ chứa Hủa Na Cửa Đạt thị trƣờng điện cạnh tranh Việt Nam .74 3.2.1 Hồ sơ thiết kế quy trình hành 74 3.2.2 Đề xuất áp dụng mơ hình tính tốn liên hồ chứa thị trƣờng điện cạnh tranh 78 3.2.3 Xây dựng sử dụng đƣờng đảm bảo phát Qc để tạo biên mực nƣớc thƣợng lƣu cho tính tốn liên hồ chứa .79 3.3 Các kịch giá 84 3.3.1 Giá biến đổi theo sản lƣợng (Kịch Bản 1) 84 3.3.2 Giá biến đổi theo lũy tích số bán điện (Kịch Bản 2) 88 3.4 Kết tính tốn Kịch (giá biến đổi theo sản lƣợng điện tháng) 93 3.4.1 Đƣờng diễn biến mực nƣớc thƣợng lƣu .94 3.4.2 Các tổ hợp mực nƣớc đầu tháng 99 3.4.3 Sử dụng kết để vận hành đơn hồ (trong mùa cạn) .102 3.4.4 Sử dụng kết để vận hành đơn hồ (trong mùa lũ) 104 3.4.5 Sử dụng kết để vận hành liên hồ (trong mùa cạn) .105 3.4.6 Sử dụng kết để vận hành liên hồ (trong mùa lũ) 106 3.4.7 Tổng doanh thu sản lƣợng điện áp giá biến đổi theo Kịch 108 3.4.8 So sánh kết hai hàm mục tiêu tổng doanh thu liên hồ đơn hồ lớn 109 3.5 Kết tính tốn Kịch (giá biến đổi theo lũy tích số bán điện) 110 3.5.1 Diễn biến mực nƣớc số năm gần 110 3.5.2 So sánh kết vận hành tối ƣu liên hồ chứa với thực tế 112 iv 3.6 Chọn kịch giá điện áp dụng cho bậc thang dẫn vận hành vận hành thị trƣờng điện cạnh tranh 114 3.6.1 Chọn kịch giá điện .114 3.6.2 Chỉ dẫn vận hành 114 3.7 Kết luận chƣơng .115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .117 Những kết đạt đƣợc luận án 117 Những đóng góp luận án .118 Những hạn chế luận án định hƣớng nghiên cứu .118 Kiến nghị .118 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 PHỤ LỤC 126 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cơng suất lắp máy thủy điện qua năm [1] Hình 1.2 Kế hoạch phát triển cấp độ thị trƣờng điện [41] 22 Hình 1.3 Các mốc phát triển thị trƣờng điện cạnh tranh Việt Nam 23 Hình 1.4 Cơng suất đặt số lƣợng NMĐ tham gia VCGM 23 Hình 1.5 Thị phần công suất đặt NMĐ hệ thống 24 Hình 1.6 Thị phần tập đồn, tổng cơng ty trực tiếp tham gia VCGM 25 Hình 1.7 Giá trần thị trƣờng điện qua năm từ 2013 đến 2018 26 Hình 1.8 Giá CAN trung bình tháng từ 1/2017 đến 6/2018 27 Hình 1.9 Giá FMP từ 1/2017 đến 6/2018 28 Hình 1.10 Sơ đồ thể bƣớc nghiên cứu 32 Hình 2.1 Mơ hình tốn QHĐ tổng qt 39 Hình 2.2 Mơ tả hƣớng tìm đƣờng tối ƣu điều tiết hồ chứa 41 Hình 2.3 Mơ hình bậc thang tập hợp hƣớng ví dụ hai hồ 44 Hình 2.4 Mơ tả hệ thống cân lƣu lƣợng hệ thống Hủa Na – Cửa Đạt 57 Hình 2.5 Các khối tính tốn để xây dựng mơ hình 63 Hình 2.6 Sơ đồ khối tính tốn doanh thu max hồ .66 Hình 2.7 Sơ đồ khối tạo biên ràng buộc mực nƣớc cho đơn hồ 67 Hình 3.1 Sơ đồ khai thác lƣu vực sơng Chu 71 Hình 3.2 Nhu cầu dung nƣớc hạ lƣu hai hồ 72 Hình 3.3 Hiện trạng vận hành hồ chứa Hủa Na tháng đầu năm 2014 73 Hình 3.4 Sản lƣợng hợp đồng hai năm gần NMTĐ Hủa Na [50] 79 Hình 3.5 BĐĐP năm thủy văn kết hợp đảm bảo phát Qc Hủa Na năm 2016-2017 80 Hình 3.6 BĐĐP năm thủy văn kết hợp đảm bảo phát Qc Hủa Na năm 2017-2018 80 Hình 3.7 Sản lƣợng hợp đồng NMTĐ Cửa Đạt [50] 81 Hình 3.8 Tập hợp đƣờng diễn biến để phát Qc Hủa Na yêu cầu theo năm thủy văn 82 Hình 3.9 Tập hợp đƣờng diễn biến số năm thủy văn điển hình để phát Qc Hủa Na yêu cầu theo năm thủy văn 83 Hình 3.10 Tập hợp 46 đƣờng mực nƣớc để đảm bảo phát Qc Cửa Đạt năm 2014-2015 .83 Hình 3.11 Giá bán điện tháng NMTĐ Hủa Na [51] 85 vi ... 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 TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH, ÁP DỤNG CHO LƢU VỰC SÔNG CHU Chun ngành:... quan nghiên cứu vận hành bậc thang hồ chứa thị trƣờng điện cạnh tranh: Chƣơng giới thiệu hồ chứa bậc thang hồ chứa phát điện nói chung thông tin bậc thang hồ chứa lƣu vực sông Chu Giới thiệu... tốn, vận hành điều tiết cần có sở dựa giá bán biến động theo thị trƣờng Do vậy, đề tài luận án ? ?Nghiên cứu sở khoa học nâng cao hiệu vận hành phát điện hồ chứa bậc thang thị trường điện cạnh tranh,