Đề xuất mô hình toán mô phỏng quy luật vận hành cho các nhà máy nhiệt điện việt nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG D ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH TỐN MƠ PHỎNG QUY LUẬT VẬN HÀNH H CHO CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN oc TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM aN D Mã số: B2019-DN-02-56 g an Chủ nhiệm đề tài: TS LÊ HỒNG LÂM Đà Nẵng, 04/2021 g an aN D oc H D DANH SÁCH THAM GIA • Các cá nhân tham gia: o PGS TS Ngô Văn Dưỡng, Đại học Đà Nẵng – Thành viên o TS Phạm Văn Kiên, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng – Thư ký/Thành viên o Th.S Nguyễn Văn Tấn, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng – Thành viên Th.S Trần Anh Tuấn, Khoa Điện, Trường Đại học Bách D o g an aN D oc H khoa, Đại học Đà Nẵng – Thành viên i MỤC LỤC - MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BỐ CỤC ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ THỊ TRƯỜNG HÓA CỦA NGÀNH ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM D CHƯƠNG 2: NHÀ MÁY MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NGÀY TỚI H 2.1 Các ràng buộc nhà máy nhiệt điện oc 2.2 Sự tích hợp nhà máy nhiệt điện toán ngày tới Việt Nam aN D CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN TỐI ƯU VÀ CÁC CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG PHỔ BIẾN 3.1 Bài toán tối ưu thị trường 4.1 Hàm mục tiêu: g an CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 4.2 Ràng buộc hệ thống 4.3 Ràng buộc tỷ lệ chấp nhận đơn hàng mơ hình người mua 4.4 Ràng buộc Nam Công Sơn: 4.5 Điều kiện dốc tải: CHƯƠNG 5: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH 5.1 Hàm mục tiêu ii 5.2 Các ràng buộc 10 5.3 Phương trình cân 11 5.4 Thuật toán loại bỏ nhà máy có điều kiện thu nhập tối thiểu MIC 11 CHƯƠNG 6: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH TỐN MỚI CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, PHÂN TÍCH VÀ KẾT LUẬN CHUNG 13 6.1 Mơ hình tốn 13 6.2 Thử nghiệm kết 13 6.2.1 Thử nghiệm 13 6.2.2 Kết 14 Kết luận kiến nghị 15 g an aN D oc H D iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1: Lộ trình hình thành phát triển thị trường Điện Việt Nam Hình 2.1: Chi phí khởi động phụ thuộc vào thời gian Hình 3.1: Đường cung cầu Hình 3.2: Phúc lợi xã hội thị trường Hình 4.1: Sơ đồ thị trường điện Việt Nam Hình 5.1: Thuật tốn loại bỏ nhà máy có MIC 12 Hình 6.1: Mơ hình tốn đề xuất (NUPP) 13 Hình 6.2: Mơ hình lưới thử nghiệm 14 g an aN D oc H D iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 6.1: So sánh mơ hình thức mơ hình đề xuất 14 Bảng 6.2: Ba cấu hình để kiểm tra 15 Danh mục từ viết tắt SW UPM NUPM MIC g an aN D oc H TTĐ NMNĐ IG DG AR RR SMP D LGC SSC DAM MCP VWAP Phúc lợi xã hội (Social Welfare) Mơ hình giá đồng (Uniform Price Model) Mơ hình giá khơng đồng (Non Uniform Price Model) Điều kiện thu nhập tối thiểu (Minimum Income Condition) Điều kiện tăng giảm (Load Gradient Condition) Điều kiện dừng máy phát (Schedule Stop Conditon) Thị trường ngày tới (Day-Ahead Market) Giá toán thị trường (Market Clearing Price) Giá tốn trung bình theo khối lượng (Volume Weighted Average Price) Thị trường điện Nhà máy nhiệt điện Tăng độ dốc (Increase Gradient) Giảm dộ dốc (Decrease Gradient) Doanh thu có (Acquire Revenue) Doanh thu tối thiểu (Require Revenue) Giá biên hệ thống (System Marginal Price) v Danh mục ký hiệu toán học Thiết lập 𝑡∈𝑇 Thiết lập thời gian gửi ngày 𝑎∈𝐴 Khu vực đấu thầu Tập hợp kiểu chào giá 𝑏∈𝐵 Thiết lập đơn hàng Block nộp vào khu vực 𝑎 𝑝𝑏 ∈ 𝑏 Thiết lập Profile Block có Block 𝑏 𝑙𝑏 ∈ 𝐿𝐵 Thiết lập Block liên kết 𝑝∈𝑃 Tập hợp nhà máy điện 𝑝 𝑚𝑖𝑐 𝑙𝑔𝑐 g an aN D oc H D 𝑝 ∈ 𝑃𝑎 Tập hợp nhà máy điện 𝑝 có MIC, LGC 𝑒𝑔 ∈ 𝐸𝐺 Tập hợp Exclusive Groups 𝑠∈𝑆 Tập hợp đơn hàng chào giá bậc thang 𝑐𝑝𝑥 ∈ 𝐶𝑃𝑋 Tập hợp đơn hàng phức tạp Biến 𝑥𝑏 Tỉ lệ chấp nhận Khối 𝑡 𝑥𝑠 Tỉ lệ chấp nhận Khối bậc thangthuộc bên chào mua 𝑥𝑑𝑡 Tỉ lệ chấp nhận Khối bậc thang thuộc bên chào bán 𝑅𝑏𝑚𝑖𝑛 Tỉ lệ chấp nhận tối thiểu Khối 𝑡 𝑀𝐶𝑃 Giá toán thị trườngcho khu vực đấu thấu 𝑎 thời gian 𝑡 Biến nhị phân 𝑌𝑏 Biến nhị phân liên kết tới Block Tham số 𝑃𝑏 , 𝑄𝑝𝑏 Giá khối lượng Profile Block Order Block Order ($/MWh, MWh) 𝑃𝑠𝑡 , 𝑄𝑠𝑡 Giá khối lượng đơn hàng bậc thang𝑠trong thời gian 𝑡 ($/MWh, MWh) 𝑃𝑑𝑡 , 𝑄𝑑𝑡 Giá khối lượng đơn hàng bậc thang𝑑trong thời gian 𝑡 ($/MWh, MWh) 𝑡 𝑡 𝑇𝑝𝑏 , 𝑇𝑝𝑏 Thời gian bắt đầu kết thúc Profile Block Block 𝑡 𝑡 𝑈𝑝𝑏 , 𝑈𝑝𝑏 Bước thời gian bắt đầu kết thúc Profile Block Block 𝐼𝑀𝑏𝑙𝑏 Ma trận tỷ lệ liên kết khối vi ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Đơn vị: Trường Đại học Bách Khoa THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU g an aN D oc H D Thông tin chung: - Tên đề tài: Đề xuất mơ hình tốn mơ quy luật vận hành cho nhà máy nhiệt điện thị trường điện Việt Nam - Mã số: B2019-DN-02-56 - Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Hồng Lâm - Tổ chức chủ trì: Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: Từ tháng năm 2019 đến tháng năm 2021 Mục tiêu: Đề xuất mơ hình tốn cho nhà máy nhiệt điện Việt Nam tham gia vào thị trường ngày tới có tham khảo nghiên cứu thực giới Pháp, Tây Ban Nha Italia Mơ hình tốn học đề xuất tham khảo chuyên gia chịu trách nhiệm ban hành luật thị trường điện Việt Nam Tính sáng tạo: Hiện nay, nhà máy nhiệt điện chiếm tỷ trọng lớn tổng công suất phát Việt Nam Theo quy hoạch điện VII tính đến năm 2030, nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên chiếm tỷ trọng 10.5% sản lượng điện; nhiệt điện than chiếm 56,4% sản lượng điện sản xuất Về mặt toán học, nhà máy nhiệt điện yêu cầu phải mô chi phi khởi động, thời gian khởi động nhất, thời gian khởi động nhiều nhất, kèm theo chi phí tối ưu sản xuất Thơng thường, vấn đề dẫn đến yếu tố non-convex (còn gọi phi tuyến) việc giải toán tối ưu Kết yếu tố lồi lõm phức tạp việc giải tìm phương án tối ưu nên nước giới thường đưa tuyến tính để mơ nhà máy nhiệt điện toán tối ưu Sự đơn giản giúp tìm phương án tốt thời gian ngắn Đây cần thiết cho toán thị trường ngày trước mà thời gian phải cung cấp giải pháp thị trường ngắn Theo luật vận hành thị trường điện Việt Nam, thông số nhà máy nhiệt điện chưa biểu cách cụ thể Mục 1Chương thuộc thông tư số 28/2018/TT-BCT Bộ Cơng Thương dẫn đến việc khó khăn cho nhà máy tham gia vào thị trường điện cạnh tranh khả tổn thất kinh tế xảy Do đó, đề tài tập trung phát vii g an aN D oc H D triển mơ hình tốn giải hai yếu tố kinh tế - kỹ thuật tổ máy nhiệt điện tham gia vào thị trường điện cạnh tranh Kết nghiên cứu đề tài cần thiết cho thị trường điện phát triển Việt Nam Tính sáng tạo đề tài thể qua mơ hình tốn đề xuất với quy luật vận hành nhà máy nhiệt điện thị trường điện chế tốn khơng hoàn toàn phụ thuộc vào giá thị trường Kết nghiên cứu: Sau hồn thành đề tài, nhóm tác giả tìm hiểu xây dựng thành cơng mơ hình tốn mơ thị trường điện Việt Nam hạn chế quy luật vận hành nhà máy nhiệt điện mặt kinh tế kỹ thuật Từ đó, nhóm tác giả tìm hiểu thị trường điện nước tiên tiến thành công việc mô lại quy luật vận hành nhà máy nhiệt điện (Block Order, Complex Order) Tây Âu (Pháp, Đức, Tây Ban Nha ) Đóng góp đề tài điểm bất cập mà quy luật vận hành gặp phải non-convex mà biến định biến mơ hình toán (Giá thành toán thị trường - Market Clearing Price), dẫn đến không công cho nhà máy nhiệt điện tham gia đồng thời làm thời gian tính tốn mơ hình tốn nhiều thời gian Tuy nhiên, quy luật vận hành cần thiết cho nhà máy Nhiệt Điện mà ràng buộc kinh tế - kỹ thuật tổ máy cần phải thể cách rõ ràng mô hình tốn thị trường điện nhằm đảm bảo cơng nhà máy điện khác (thủy điện, gió, mặt trời, địa nhiệt ) Dựa trên, nghiên cứu giới điểm cân Warasian (tất người mua bán cảm thấy thỏa mãn), đề tài đề xuất chế hoàn toàn cho thị trường điện mà giá toán cộng thêm chênh lệch từ người mua nhằm giúp cho nhà máy nhiệt điện thỏa mãn yếu tố kinh tế - kỹ thuật cách dễ dàng Mơ hình tốn đề xuất kiểm tra với liệu thực tế năm từ Châu Âu nhằm đảm bảo ổn định mơ hình tốn đề xuất Đề tài đề xuất hai điểm: − Cần phải đưa quy luật vận hành nhà máy nhiệt điện thị trường điện cụ thể so với quy luật dựa vào cách chào giá bậc than; − Sử dụng chế toán (giá toán thị trường cộng với khoản chênh lệch), dựa giá chung nâng cao công cho nhà máy nhiệt điện Sản phẩm: − 01 báo đăng tạp chí nước ngồi thuộc danh mục SCIE: viii ✓ Mơ hình tốn mơ g an aN D oc H D PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ✓ Đọc tài liệu tham khảo thị trường điện mô thị trường điện giới, từ xây dựng mơ tốn cho thị trường ngày tới Tiếp theo, hiểu rõ ràng buộc nhà máy nhiệt điện mặt kinh tế kỹ thuật nhằm mô ràng buộc phương diện toán học Cuối cùng, đề tài đề xuất phương pháp mô ràng buộc nhà máy nhiệt điện phù hợp với thị trường điện Việt Nam Quá trình nghiên cứu triển khai theo trình tự sau đây: ✓ Nghiên cứu mặt lý thuyết để xây dựng mơ hình tốn học đề ứng dụng thực tế BỐ CỤC ĐỀ TÀI Nội dung đề tài chia làm Chương Chương 1: Tổng quan thị trường hóa ngành điện giới Việt Nam Chương 2: Nhà máy nhiệt điện thị trường điện ngày tới Chương 3: Bài toán tối ưu phần mềm mô phổ biến Chương 4: Mơ hình cho thị trường điện Việt Nam Chương 5: Phát triển mơ hình tốn nhà máy nhiệt điện thị trường điện phân tích Chương 6: Phát triển mơ hình tốn cho thị trường điện mới, phân tích kết luận chung CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ THỊ TRƯỜNG HÓA CỦA NGÀNH ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Trong chương này, lịch sử phát triển thị trường điện giới Việt Nam khái quát cách cụ thể cấu tổ chức, mơ hình hoạt động, bên liên quan hướng tương lai thị trường điện vừa phát triển Việt Nam Phát điện cạ nh tranh Độc quyền - Các đơn vị phâ n phối điện lự a chọn nhà cung cấp qua thị trường giao ngày hợp đồng song phương - Một người mua - Cạnh tranh đơn vị phát điện Bán lẻ điện cạnh tranh Người tiêu dùng lựa chọn nhà cung cấp điện H D - Quả n lí quan nhà nước - Khơng có cạnh tranh Bán bn điện cạnh tranh Hình 1.1: Lộ trình hình thành phát triển thị trường Điện Việt Nam oc g an aN D CHƯƠNG 2: NHÀ MÁY MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NGÀY TỚI 2.1 Các ràng buộc nhà máy nhiệt điện Các tổ máy nhiệt điện thường yêu cầu nhóm để vận hành chúng, đặc biệt bật tắt Một tổ máy trải qua thay đổi nhiệt độ dần dần, điều chuyển thành khoảng thời gian cần thiết để đưa thiết bị lên lưới Do hạn chế hoạt động nhà máy nhiệt điện, nhiều hạn chế khác nảy sinh, là: - Thời gian hoạt động tối thiểu: thiết bị chạy, khơng nên tắt lập tức; - Thời gian chết tối thiểu: thiết bị ngừng hoạt động, có thời gian tối thiểu trước hoạt đơng lại; - Hạn chế nhóm vận hành: nhà máy bao gồm hai nhiều đơn vị, hai khơng thể bật lúc khơng có đủ thành viên vận hành để tham dự hai đơn vị bắt đầu Ngoài ra, nhiệt độ áp suất nên công suất nhà máy nhiệt điện phải di chuyển chậm, lượng lượng định phải sử dụng để đưa thiết bị lên lưới Năng lượng không dẫn đến phát sinh MW từ thiết bị đưa vào vấn đề cam kết đơn vị chi phí khởi động (start-up cost) oc H D Chi phí bắt đầu thay đổi từ giá trị tối đa khởi động lạnh (coldstart) tối đa thành giá trị nhỏ nhiều thiết bị bị tắt gần tương đối gần với nhiệt độ hoạt động Có hai cách tiếp cận để xử lý đơn vị nhiệt giai đoạn xuống Đầu tiên cho phép nồi đơn vị làm mát sau làm nóng trở lại nhiệt độ hoạt động thời gian bật theo lịch trình (được gọi cooling) Thứ hai (gọi banking) đòi hỏi đủ lượng đầu vào lị để trì nhiệt độ hoạt động Chi phí cho hai so sánh để chọn phương pháp tốt (cooling or banking) • Chí phí bắt đầu cooling = Cc (1 − 𝜀-t/α)×F× Cf Trong đó: Cc = chí phí khởi đơng lạnh (MBtu) F = chi phí nhiên liệu Cf = chi phí sửa chữa ($) α = số thời gian t = thời gian (h) • Chi phí bắt đầu banking = Ct × t × F× Cf Trong đó: Ct = chi phí trì nhiệt độ trì nhiệt độ hoạt động (Mbtu/h) Đến số định, chi phí banking thấp chi phí cooling, minh họa Hình 2.1: Chi phí khởi động aN D Cooling Banking Cf g an h Hình 2.1: Chi phí khởi động phụ thuộc vào thời gian Cuối cùng, giới hạn công suất thiệt bị nhiệt điện thay đổi thường xun, bảo trì điện đột xuất thiết bị khác nhà máy Ngồi cịn có buộc khác: • Phải chạy: Một số thiết bị cung cấp trạng thái phải chạy thời điểm định năm lý hỗ trợ điện áp mạng truyền dẫn cho mục đích khác; • Rằng buộc nhiên liệu: Một hệ thống số đơn vị có nhiên liệu hạn chế hệ thống khác có ràng buộc yêu cầu chúng đốt lượng nhiên liệu xác định thời gian định; g an aN D oc H D • Rằng buộc với nhà máy thủy điện: Cam kết đơn vị tách rời hồn tồn với việc lập lịch trình đơn vị thủy điện 2.2 Sự tích hợp nhà máy nhiệt điện toán ngày tới Việt Nam a Xác định giá trần tổ máy nhiệt điện Giá trần chào tổ máy nhiệt điện xác định hàng năm, điều chỉnh hàng tháng tính tốn yếu tố sau: - Suất hao nhiệt tổ máy phát điện; - Hệ số suy giảm hiệu suất theo thời gian vận hành tổ máy phát điện; - Giá nhiên liệu; - Giá biến đổi theo hợp đồng mua bán điện; - Giá sàn chào tổ máy nhiệt điện 01 đồng/kWh b Điều chỉnh giá trần chào giá tổ máy nhiệt điện Giá nhiên liệu (bao gồm thành phần: Giá nhiên liệu chính, phụ, đá vơi, vận chuyển nhiên liệu chính) tháng tới xác định theo thứ tự ưu tiên sau: - Giá nhiên liệu áp dụng cho tháng tới quan có thẩm quyền cơng bố hướng dẫn xác định; - Giá nhiên liệu áp dụng cho tháng tới hợp đồng mua bán nhiên liệu; - Giá nhiên liệu theo hồ sơ toán tiền điện tháng gần trước thời điểm lập kế hoạch tháng tới; - Đối với nhà máy nhiệt điện sử dụng than nhập khẩu, giá nhiên liệu tháng tới giá nhiên liệu theo hồ sơ toán tháng gần trước thời điểm lập kế hoạch tháng tới Giá biến đổi (đã bao gồm giá vận chuyển nhiên liệu chính) tháng tới nhà máy nhiệt điện Đơn vị mua điện có trách nhiệm cập nhật thay đổi giá biến đổi nhà máy nhiệt điện cung cấp cho Đơn vị vận hành hệ thống điện thị trường điện c Bản chào giá - Công suất chào giá công suất đầu cực máy phát điện; - Công suất chào dải chào sau không thấp công suất dải chào liền trước; - Giá chào khoảng từ giá sàn đến giá trần tổ máy không giảm theo chiều tăng công suất chào; - Bản chào tổ máy nhiệt điện trình khởi động dừng máy; - Công suất chào thấp mức công suất phát ổn định thấp nhất; - Giá chào giá sàn chào tổ máy nhiệt điện cho tồn dải cơng suất từ MW đến công suất phát ổn định thấp CHƯƠNG 3: BÀI TỐN TỐI ƯU VÀ CÁC CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG PHỔ BIẾN Giá [$/MWh] Đường cong cung cấp Psi Đường cong nhu cầu Pjd D Giá [$/MWh] 3.1 Bài toán tối ưu thị trường Mạng truyền tải đặc trưng số điểm nghẽn Tắc nghẽn thị trường điện dẫn đến thay đổi: từ điểm cân thị trường đến điểm cân nút khác nhau, doanh thu/thanh toán cho người bán người mua Đường cong cung cầu mơ tả Hình 3.1 Bài tốn tối ưu đặt là: tối ưu hóa phúc lợi xã hội Phúc lợi xã hội: tổng lợi ích người mua trừ cho tổng chi phí người bán Từ đó, ta xét toán tối ưu sau: H CD CS oc QSi QDj MWh (3.1) g an aN D Hình 3.1: Đường cung cầu Lợi ích người bán S: 𝑠 𝑠 𝑠 𝐶 𝑠 = ∑𝑁 𝑖=1 𝑃𝑖 ∗ 𝑄𝑖 Trong đó: 𝐶 𝑠 : tổng lợi ích người bán 𝑠 Q𝑠𝑖 : khối lượng chào giá bậc thứ 𝑖 người bán 𝑠 𝑃𝑖𝑠 : giá chào bậc thứ 𝑖 người bán 𝑠 𝑁 𝑠 : số bậc chào giá người bán 𝑠 Chi phí người mua: 𝑑 d d 𝐶 𝑑 = ∑N j=1 Pj ∗ Pj Trong đó: 𝐶 𝑑 : tổng lợi ích người mua 𝑑 Q𝑑𝑗 : khối lượng chào giá bậc thứ 𝑗 người mua 𝑑 𝑃𝑗𝑑 : giá mua bậc thứ 𝑗 người mua 𝑑 𝑁 𝑑 : số bậc chào giá người mua 𝑑 MWh (3.2) Do đó, phúc lợi xã hội tổng lợi ích người mua trừ cho tổng chi phí người bán $/MWh Phúc lợi xã hội (SW) LMP MWh KLGD g an aN D oc H D Hình 3.2: Phúc lợi xã hội thị trường Tổng phúc lợi xã hội: 𝑑 d d 𝑁𝑠 𝑠 𝑠 SW = C d − 𝐶 𝑠 = ∑N (3.3) j=1 Pj ∗ Q j − ∑𝑖=1 𝑃𝑖 ∗ 𝑄𝑖 Trong đó: SW phúc lợi xã hội (social welfare) Nói cách khác phúc lợi xã hội tổng thặng dư người bán người mua Giả sử rằng, khối lượng chấp nhận giao dịch người bán 𝑄 𝑠 giá trị thặng dư (surplus) người bán 𝑠 hiệu giá tốn nhân với khối lượng chấp nhận trừ cho chi phí người bán S s = GTT ∗ Qs − 𝐶(𝑄 𝑠 ) (3.4) Với: GTT giá toán Tương tự, giả sử khối lượng chấp nhận giao dịch người mua 𝑄 𝑑 giá trị thặng dư người mua: S d = 𝐶(Qd ) − GTT ∗ Qs (3.5) Với: GTT giá tốn Nói cách khác thì, phúc lợi xã hội: W = Ss + 𝑆 𝑑 (3.6) CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Theo tìm hiểu nhóm tác giả nay, mơ hình tốn thị trường điện Việt Nam mô tả văn chưa có cơng trình cụ thể từ nhà nghiên cứu Tức là, mơ hình tốn cịn nhà nghiên cứu học thuật Trong đề tài này, để chứng minh tuyên bố luật thị trường sử dụng Việt Nam Chương nhóm tác giả phát triển độc lập mơ hình thị trường điện ngày tới Việt Nam bao gồm vùng Bắc – Trung – Nam kết nối với hai đường liên kết truyển tải lượng qua lại Bắc – Trung Trung Nam Hình 4.1 Bắc Trung Nam Hình 4.1: Sơ đồ thị trường điện Việt Nam H D 4.1 Hàm mục tiêu: 𝑀𝑖𝑛[∑𝑎∈𝐴 ∑𝑡∈𝑇(∑𝑠∈𝑆𝑎 𝑥𝑠𝑡 ∗ 𝑄𝑠𝑡 ∗ 𝑃𝑠𝑡 ) + ∑𝑙∈𝐵𝑟𝑙 ∑𝑡∈𝑇 𝑐𝑙 (𝑓𝑙𝑡,+ − 𝑓𝑙𝑡,− )] (4.1) Hàm mục tiêu (4.1) trình bày dạng hàm cực tiểu mơ hình cho người mua Do đó, hàm mục tiêu tối thiểu chi phí máy phát tham gia thị trường, người mua khơng thể hàm mục tiêu khơng có thay đổi giá trị mà xác định trước công ty điều độ g an aN D oc 4.2 Ràng buộc hệ thống ∑𝑠∈𝑆𝑎 𝑄𝑠𝑡 ∗ 𝑥𝑠𝑡 − 𝑄𝐷𝑡 − 𝑃𝑎𝑡 = (4.2) 𝑡 𝑃𝑎 + ∑𝑙∈𝐵𝑟𝑓𝑎,𝑎 (𝑓𝑙𝑡,+ ∙ (1 − 𝑙𝑜𝑠𝑠𝑙 ) − 𝑓𝑙𝑡,− ) − ∑𝑙∈𝐵𝑟𝑎,𝑡𝑎(𝑓𝑙𝑡,+ − 𝑓𝑙𝑡,− ∙ (1 − 𝑙𝑜𝑠𝑠𝑙 )) = (4.3) Ràng buộc (4.2) xác định công suất xuất hay nhập khu vực 𝑎 khoảng thời gian 𝑡 Giá trị âm 𝑃𝑎𝑡 có nghĩa khu vực nhập lượng, 𝑃𝑎𝑡 có giá trị dương cho biết khu vực xuất lượng Đặc biệt, giá cận biên LMP cho hệ số nhân Lagrange ràng buộc cân công suất (4.2) Ràng buộc số (4.3) đảm bảo luồng công suất luôn cân khu vực, bao gồm thành phần đáng ý sau: 𝑓𝑙𝑡,+ 𝑣à 𝑓𝑙𝑡,− để thể luồng công suất nhập vào hay xuất ứng với miền, hệ số 𝑙𝑜𝑠𝑠𝑙 hệ số để tính đến lượng tổn thất cơng suất q trình truyền tải để tăng tính xác cho mơ hình tốn 𝑓𝑙𝑡 − 𝑓𝑙𝑡,+ + 𝑓𝑙𝑡,− = ∀𝑙 ∈ 𝐵𝑟𝑙 , 𝑡 ∈ 𝑇 (4.4) 𝑡 𝑡 𝑓𝑙 − 𝐵𝑟𝑙,𝑚𝑖𝑛 ≥ ∀𝑙 ∈ 𝐵𝑟𝑙 , 𝑡 ∈ 𝑇 (4.5) 𝑡 𝑡 𝐵𝑟𝑙,𝑚𝑎𝑥 − 𝑓𝑙 ≥ ∀𝑙 ∈ 𝐵𝑟𝑙 , 𝑡 ∈ 𝑇 (4.6) g an aN D oc H D Ràng buộc từ (4.4) kết hợp với phần phạt hàm mục tiêu để đảm bảo công suất phân làm hai phần dương âm Bên cạnh đó, ràng buộc (4.5) (4.6) đảm bảo công suất vượt giới hạn truyền tải thời gian 𝑡 4.3 Ràng buộc tỷ lệ chấp nhận đơn hàng mô hình người mua − 𝑥𝑠𝑡 ≥0 ∀𝑠 ∈ 𝑆𝑎 (4.7) Ràng buộc bất bình đẳng (4.7) mơ hình giới hạn tỷ lệ chấp nhận 𝑥𝑠𝑡 khối chào giá thuộc người bán thời gian 𝑡 4.4 Ràng buộc Nam Cơng Sơn: Nguồn khí Nam Cơn Sơn nguồn khí thiên nhiên lấy từ bể khí Nam Cơn Sơn, cung cấp cho nhà máy điện tuabin khí khu vực Đơng Nam Bộ (Phú Mỹ 1, Phú Mỹ 2.1, Phú Mỹ 2.1 mở rộng, BOT - Phú Mỹ 2.2, BOT - Phú Mỹ 3, Phú Mỹ 4, Nhơn Trạch 1, Nhơn Trạch 2, Bà Rịa) hộ tiêu thụ khác 𝑡 ∑𝑠∈𝑁𝐶𝑆 𝑄𝑠𝑡 ∗ 𝑥𝑠𝑡 − 𝑁𝐶𝑆𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡 ≤0 (4.8) Tổng sản lượng nhà máy điện chạy nguồn khí thiên nhiên từ bể khí Nam Cơn Sơn nhỏ giới hạn Nam Côn Sơn 4.5 Điều kiện dốc tải: Là việc tăng giảm lượng lượng chấp nhận khoảng thời gian bị giới hạn đơn hàng phụ giai đoạn trước Tham số xác định mức tăng (giảm) tối đa cho phép (cùng giá trị cho tất giai đoạn) ∑𝑠∈𝑆𝑎|𝑄𝑠𝑡 | ∗ 𝑥𝑠𝑡 ≤ (∑𝑠∈𝑆𝑎|𝑄𝑠𝑡−1 | ∗ 𝑥𝑠𝑡−1 ) + 𝐼𝐺 𝑡 𝑡 ∈ 𝑇 (4.9) 𝑡 𝑡 𝑡−1 𝑡−1 𝑡 ∑𝑠∈𝑆𝑎 |𝑄𝑠 | ∗ 𝑥𝑠 ≤ (∑𝑠∈𝑆𝑎|𝑄𝑠 | ∗ 𝑥𝑠 ) − 𝐷𝐺 𝑡 ∈ 𝑇 (4.10) Ràng buộc (4.9) thể giới hạn tăng qua thời điểm 𝑡 ngược lại ràng buộc (4.10) giới hạn giảm CHƯƠNG 5: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH TỐN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH 5.1 Hàm mục tiêu t t Min SW = (∑b ∈ Bb Cb + ∑t ∈T ∑cpx ∈CPX Ccpx − ∑t ∈T ∑ss ∈SS Css ) (5.1) Cơng thức (5.1) trình bày hàm mục tiêu cho tốn tối ưu nhằm tối ưu hóa phúc lợi xã hội (Social Welfare - SW) Thông thường, theo luật thị trường hàm mục tiêu tối đa (maximize) phúc lợi xã hội, nhiên phần chúng tơi trình bày hàm mục tiêu theo phương pháp tối thiếu (minimum) nghĩa hiệu nhà cung cấp nhu cầu Trong đó: Hàm lợi ích đơn hàng khối nhà cung cấp Cb = ∑b ∈B [xb ∗ Q b ∗ Pb ∗ (Tbt − ̅̅̅ Tbt + 1)] ∀ b ∈ Ba (5.2) Với: Q b , Pb khối lượng giá khối cung cấp Tbt , ̅̅̅ Tbt thời gian bắt đầu kết thúc khối cung cấp g an aN D oc H D xb tỷ lệ chấp nhận khối Hàm lợi ích đơn hàng phức tạp nhà cung cấp t t t Ccpx = xcpx ∗ Qtcpx ∗ Pcpx ∀cpx ∈ CPX a , t ∈ T (5.3) t t Với: Q cpx , Pcpx khối lượng giá đơn hàng phức tạp t xcpx tỷ lệ chấp nhận đơn hàng Hàm chi phí nhu cầu t t t Css = xss ∗ Qtss ∗ Pss ∀ss ∈ SSa , t ∈ T (5.4) t t Với: Q ss , Pss khối lượng giá nhu cầu t xss tỷ lệ chấp nhận đơn hàng nhu cầu Đối với tốn đơn hàng khối cơng thức tối ưu (5.1), ta xét tham số công thức (5.2) (5.4), cịn tốn đơn hàng phức tạp ta xét tham số công thức (5.3) (5.4) 5.2 Các ràng buộc a Các ràng buộc đơn hàng khối - Đối với đơn hàng khối hồ sơ (profile block order): 𝑌𝑏 ∗ 𝑅𝑏𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑥𝑏 ≤ 𝑌𝑏 ∀𝑏𝜖𝐵𝑎 (5.5) Từ công thức (4.5) thể trạng thái bù trừ đơn hàng khối hồ sơ ln khơng nằm tỉ lệ chấp nhật tối thiếu tỉ lệ chấp nhận tối đa (= 1) Trong trường hợp 𝑅𝑏𝑚𝑖𝑛 = (4.4) suy biến thành điều kiện “fill-or-kill” - Đối với liên kết đơn hàng khối (link block order): 𝑥𝑙𝑏 − ∑𝑏∈𝐵 𝐼𝑀𝑏𝑙𝑏 ∗ 𝑥𝑏 ≤ ∀𝑙𝑏𝜖𝐿𝐵𝑎 (5.6) 𝑎 10 oc H D Công thức (5.6) biểu thị tỉ lệ chấp nhận tối thiểu liên kết đơn hàng khối tỉ lệ chấp nhận khối cha 𝑥𝑏 luôn lớn tỉ lệ chấp nhận khối 𝑥𝑙𝑏 - Đối với nhóm độc quyền (exclusive group): ∑𝑏∈ⅇ𝑔 𝑥𝑏 ≤ ∀𝑒𝑔𝜖𝐸𝐺𝑎 (5.7) Công thức (5.7) thể tổng tỉ lệ chấp nhận đơn hàng khối thuộc nhóm độc quyền phải nhỏ b Các ràng buộc cho đơn hàng phức tạp - Đối với điều kiện thu nhập tối thiểu (Minimum Income Condition – MIC): t RR p = FTp + VTp ∗ (∑t𝜖𝑇 ∑𝑐𝑝𝑥𝜖𝐶𝑃𝑋|Qtcpx + xCPX (5.8) |) t t t ∑ AR p = t𝜖𝑇(MCPa ∗ (∑t𝜖𝑇|Q cpx + xCPX |) (5.9) t ∑𝑡𝜖𝑇 ∑𝑐𝑝𝑥𝜖𝐶𝑃𝑋 xcpx > => RR p ≤ AR p (5.10) t ∑t𝜖𝑇 ∑𝑐𝑝𝑥𝜖𝐶𝑃𝑋 xcpx = => RR p > AR p (5.11) D - Đối với điều kiện độ dốc tải (Load Gradient Condition – LGC): t t−1 ∑𝑐𝑝𝑥𝜖𝐶𝑃𝑋|Qt𝑐𝑝𝑥 | ∗ x𝑐𝑝𝑥 ≤ (∑𝑐𝑝𝑥𝜖𝐶𝑃𝑋|Qt−1 ∀p ∈ 𝑐𝑝𝑥 | ∗ x𝑐𝑝𝑥 ) + IGp aN t ∑𝑐𝑝𝑥𝜖𝐶𝑃𝑋|Qt𝑐𝑝𝑥 | ∗ x𝑐𝑝𝑥 lgc Pa , t ∈ T t−1 ≤ (∑𝑐𝑝𝑥𝜖𝐶𝑃𝑋|Qt−1 ∗ x | 𝑐𝑝𝑥 𝑐𝑝𝑥 ) − DGp (5.12) ∀p ∈ lgc Pa , t ∈ T g an (5.13) 5.3 Phương trình cân t t ∑ss∈SSa xss ∗ Qtss − ∑b∈𝐵 ∑b∈B xb ∗ Q b ∗ (Ubt − Ubt ) − ∑cpx∈CPXa xcpx ∗ Qtcpx =  t  T (5.14) Công thức (5.14) mô tả điều kiện cân nhà cung cấp người mua khu vực giai đoạn t(h) Nghĩa Khối lượng [MWh] bán khối lượng người mua 5.4 Thuật toán loại bỏ nhà máy có điều kiện thu nhập tối thiểu MIC Đối với cách chào giá nhà máy nhiệt điện Tây Ban Nha, điều kiện thu nhập tối thiểu điều kiện bắt buộc nhà máy nhiệt điện, điều kiện kiểm tra nhà máy có bị thua lỗ tham gia vào thị trường điện hay không Để rõ ta đề xuất thuật toán sau: 11 Dữ liệu đầu vào i= Tính RR,AR S Chấp nhận = AR–RR Đ D Chấp nhận =1 i= i + H i> n Đ End D oc S g an aN Hình 5.1: Thuật tốn loại bỏ nhà máy có MIC Trong đó: n số nhà máy nhiệt điện có điều kiện MIC i biến chạy AR doanh thu có ($) RR doanh thu tối thiểu ($) Thuật tốn trình bày cách loại bỏ nhà máy có điều kiện MIC mà bị xung đột tức không thõa mãn yêu cầu nhà máy Các bước thuật toán thực sau: - Bước 1: Xử lý liệu vào nhập vào Excel bao gồm nhà máy tham gia, khối lượng, giá khối, thời gian, chi phí cố định (FT), chi phí biến động (VT) Nhập liệu từ Excel vào chương trình GAMS; - Bước 2: Xác định giá trị doanh thu có (AR) doanh thu tối thiểu (RR) nhà máy 𝑖; - Bước 3: Tính hiệu AR – RR; 12 - Bước 4: Xét hiệu AR RR lớn nhà máy phát cơng suất (chấp nhận) tham gia vào thị trường ngược lại bé khơng bị từ chối; Bước 4: Xét nhà máy thứ 𝑖 + 1, quay lại bước tiếp tục thực tất nhà máy thực thi kết thúc trình CHƯƠNG 6: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH TỐN MỚI CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, PHÂN TÍCH VÀ KẾT LUẬN CHUNG Dữ liệu aN D Kết oc H D 6.1 Mơ hình tốn Mơ hình đề xuất (NUPM) trình bày Hình 6.3 bao gồm hai vấn đề tương ứng SWMP, Khối giá không đồng (NUPP) Trước tiên, liệu đầu vào xác minh, nhằm đảm bảo tất hồ sơ dự thầu đủ điều kiện tham gia Sau đó, SWMP tìm giải pháp thị trường túy Cuối cùng, NUPP dựa "phương pháp tiếp cận mức tăng tối thiểu" để đạt trạng thái cân Walrasian NUPP Kiểm tra SWMP an Hình 6.1: Mơ hình tốn đề xuất (NUPP) g 6.2 Thử nghiệm kết 6.2.1 Thử nghiệm Đề tài sử dụng liệu thử nghiệm bao gồm 53 khu vực đấu thầu 67 đường dây truyền tải trình bày Hình 6.1 Dữ liệu sử dụng đảm bảo mơ hình tốn đề xuất vận hành tốt tất trường hợp Cần ý rằng, mơ hình sử dụng Việt Nam mô hình người mua với ba khu vực mua bán Tuy nhiên, chương này, mơ hình tốn đề xuất phát triển với nhiều người mua nhằm đón bắt xu hướng đến thị trường bán lẽ điện cạnh tranh 13 aN D oc H D kiểm tra với nhiều khu vực đấu thầu Hơn nữa, ràng buộc hệ thống giới hạn tăng giảm qua giờ, tổn thất thể B52 B50 B51 B53 B54 B46 B47 B49 B48 B45 B41 B43 B42 B44 B38 B39 B40 B36 B35 B37 B34 B28 B29 B30 B31 B32 B33 B27 B26 B24 B23 B25 B22 B20 B21 B19 B18 B17 B15 B16 B14 B13 B12 B11 B7 B9 B10 B1 B2 B3 B4 Hình 6.2: Mơ hình lưới thử nghiệm 6.2.2 Kết g an Tiêu chí tồn cầu Nghiên cứu điển hình thực hai mơ hình so sánh Bảng 6.1 từ ba tiêu chí: (i) phúc lợi xã hội, (ii) tổng khối lượng chấp nhận (cung cầu), (iii) thời gian tính tốn Hơn nữa, hai cột cuối trình bày tổng thặng dư khơng âm (NNS) tất giá thầu tiền chuyển sang giảm nhẹ PAB PAMIC NNS khác biệt số tiền nhận số tiền cần thiết để cung cấp, ngược lại nhu cầu Bảng 6.1: So sánh mơ hình thức mơ hình đề xuất Mơ hình Phúc lợi Khối Thời Tổng thặng dự không xã hội lượng gian âm (Mđ) (MWh) (phút) Cung cấp Nhu cầu UPM 6821.42 6935.97 90 _ _ NUPM 6822.36 6968.58 152.81 4070.02 14 No Yes Yes +0.02 -0.03 -0.03 0.0014 0.001 0.0009 0.225 0.2 0.0224 0.0223 0.0197 an aN D oc H D Từ Bảng 6.1, rõ ràng NUPM có lợi UPM thời gian để hội tụ, SW khối lượng chấp nhận tăng Do đó, phần tập trung vào tác động giá mơ hình đề xuất Các khía cạnh kinh tế: Tất PAB PAMIC giải pháp thị trường túy giảm thiểu khoản tốn "nâng cao" NUPP tính "các tiếp cận mức tăng tối thiểu", có nghĩa họ khơng cịn mâu thuẫn với quy luật thi trường Để tìm điểm cân Walsarian cân tài đảm bảo, mơ hình đề xuất cần tìm khoản tốn phụ tính theo khối lượng chấp nhận từ SWMP nhân khoản toán "nâng cao" từ NUPP để giúp thu hồi khoản lỗ Bảng 6.2: Ba cấu hình để kiểm tra Cấu hình TSO Max_Pr Δ𝑁𝑁𝑆𝑠 Δ𝑁𝑁𝑆𝑑 𝜆 (%) (đ/kWh) (%) (%) g Bảng 6.2 trình bày kết cho cấu hình, dựa ba tiêu chí: (i) độ lệch NNS cung cầu (%), biểu thị 𝑁𝑁𝑆𝑑 , (ii) độ lệch tuyệt đối lớn giá điện (tính %) trước sau NUPP, (iii) khoản toán "nâng cao" tối đa (𝜆) Ở đây, giá trị dương NNS cho thấy khoản toán tăng lên, giá trị âm thể giảm toán ngược lại cho 𝑁𝑁𝑆𝑑 Kết luận kiến nghị Đề tài tập trung vào nội dung thu hút nhiều quan tâm không giới nghiên cứu mà nhà hoạch định sách thị trường điện cạnh tranh Kể từ năm 2011 nay, thị trường điện Việt Nam vào hoạt động thị trường bán buôn bước 15 g an aN D oc H D triển khai thị trường bán lẻ Tuy nhiên, từ quan sát kinh nghiệm chủ nhiệm đề tài luật thị trường dành cho nhiệt điện chưa đầy đủ mà chi phí khởi động lớn nay, quy tắc gửi giá chào thầu theo dạng bậc thang sử dụng Mơ hình chung, việc giới hạn linh hoạt yếu tố cạnh tranh nhà máy nhiệt điện tham gia vào thị trường điện ngày tới Chính vậy, đề tài sâu phân tích quy luật thị trường nhà máy nhiệt điện Châu Âu, đặc biệt Tây Âu Tây Ban Nha Từ đó, tồn cần phải giải quy luật chào giá Hơn nữa, đề tài cịn đề xuất phương pháp tốn hồn tồn mới, tạm gọi giá khơng đồng (non-uniform price), dựa cách tiếp cận “mức tăng tối thiểu” kiểm tra cẩn thận với ví dụ gồm nhiều khối chào giá Kết rằng, mơ hình tốn đề xuất vận hành cách tin cậy với yếu tố xem xét tổng phúc lợi xã hội, khối lượng chấp nhận, thời gian tính tốn, số lượng khối chấp nhận loại bỏ cách nghịch lý Từ kết khả quan phương pháp đề xuất, đề tài tài liệu tham khảo tốt cho nhà nghiên cứu hoạch định sách cho phát triển thị trường điện Việt Nam Đề tài đưa hai kiến nghị sau: Áp dụng quy luật thị trường cho tổ máy nhiệt điện để tham gia vào thị trường điện, khối chào giá block Tây Âu đơn hàng phức tạp với ràng buộc MIC, LGC, SSC Chuyển đổi chế toán từ giá đồng (uniform price) sang giá không đồng (non-uniform price) để giúp giảm nhẹ tính phi tuyến cács qui luật thị trường dành cho tổ máy nhiệt điện 16 ... D CHƯƠNG 2: NHÀ MÁY MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NGÀY TỚI H 2.1 Các ràng buộc nhà máy nhiệt điện oc 2.2 Sự tích hợp nhà máy nhiệt điện toán ngày tới Việt Nam ... tranh Kết nghiên cứu đề tài cần thiết cho thị trường điện phát triển Việt Nam Tính sáng tạo đề tài thể qua mơ hình tốn đề xuất với quy luật vận hành nhà máy nhiệt điện thị trường điện chế tốn khơng... oc H D Thông tin chung: - Tên đề tài: Đề xuất mơ hình tốn mơ quy luật vận hành cho nhà máy nhiệt điện thị trường điện Việt Nam - Mã số: B2019-DN-02-56 - Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Hồng Lâm - Tổ chức