Phân tích hiệu quả kinh tế đối với nhà máy điện gió bạc liêu có xét đến các yếu tố về sự thay đổi giá điện, giảm khí thải CO2

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ ĐỐI VỚI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ BẠC LIÊU CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ VỀ SỰ THAY ĐỔI GIÁ ĐIỆN, GIẢM KHÍ THẢI CO2 ECONOMIC EFFICIENCY ANALYSIS FOR BAC LIEU WIND POWER PLANT, CONSIDERING ELEMENTS OF PRICE ELECTRICITY CHANGES, CO2 EMISSION REDUCTION Phạm Văn Hịa TĨM TẮT Trên sở phương pháp biết tính tốn tiêu kinh tế - kỹ thuật cho cơng trình nguồn điện sử dụng lượng tái tạo, có nguồn điện gió, báo phân tích lượng hóa yếu tố điều kiện thực tế, thay đổi giá điện, giảm khí thải CO2, sách thuế để hiệu chỉnh bổ sung cơng thức tính tốn, đảm bảo tính tiêu sát thực hơn, đánh giá hiệu kinh tế chúng Phương pháp luận áp dụng tính tốn cho Nhà máy Điện gió Bạc Liêu, nhà máy đại bậc sử dụng lượng gió Việt Nam Từ khóa: Phân tích hiệu quả, thay đổi giá điện, giảm thải khí CO2, sách thuế ABSTRACT Based on the known method of economic and technical indicators calculation for a power source project using new and renewable energy, including wind power, this paper has been analyzed and quantified the actual conditions factors, electricity prices changes, CO2 emission reduction, tax policy to adjust and supplement calculation formulas, ensure more realistic targets, and better assess their economic efficiency This methodology is applied to Bac Lieu Wind Power Plant, the most modern wind power plant in Vietnam Keywords: Efficient analysis, price electricity changes, CO2 emissions reduce, tax policy Trường Đại học Điện lực Email: hoapv@epu.edu.vn Ngày nhận bài: 30/10/2018 Ngày nhận sửa sau phản biện: 25/01/2019 Ngày chấp nhận đăng: 25/02/2019 ĐẶT VẤN ĐỀ Một cơng trình sản suất điện sử dụng lượng tái tạo (NLM&TT) lượng gió, lượng mặt trời,… cần phải minh tỏ hiệu chúng tiêu sản lượng điện hàng năm, suất chi phí cho kWh số tiêu kinh tế - kỹ thuật giá trị thời thực (net present value), mức lãi nội (internal raste of return), tỉ số thu lợi chi phí (benefit-cost rate), thời hạn thu hồi vốn ( payback period), 10 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 50.2019 Hiện nguồn NLM&TT chưa cạnh tranh với nguồn điện lưới, tính tốn cở sở thực (hướng tần suất gió tối ưu mà cánh quạt động gió tiếp nhận nhà máy điện gió), đồng thời xét thêm yếu tố vai trị giảm khí thải CO2, xu hướng chi phí xây dựng chúng giảm, cộng với giá bán điện tăng với sách ưu đãi nhà nước sử dụng nguồn điện tạo hội cạnh tranh Bài báo giới thiệu phương pháp tính tốn tiêu cơng trình sản xuất điện sử dụng NLM&TT, có xét đến yếu tố nêu Phương pháp áp dụng cho Nhà máy Điện gió Bạc Liêu, nhà máy có quy mơ tầm cỡ: cơng suất 62 tuabin x 1,6MW = 99,2MW, đặt độ cao 80m so với mặt đất, chiếm diện tích khoảng 500ha dọc bờ biển Bạc Liêu Mỗi máy phát có máy biến áp tăng áp 1,8MVA - 0,69/22kV tạo sơ đồ máy phát - máy biến áp; chúng liên kết góp 22kV sau kết nối qua Trạm biến áp (TBA) tăng áp Trạch Đông x 63MVA - 22/110kV đưa điện lưới điện quốc gia khu vực Cà Mau - Bạc Liêu - Sóc Trăng Hiện khu vực có ba TBA tổng cơng suất 348,8 MVA [3], thêm TBA Trạch Đông 126MVA Nhà máy Điện gió Bạc Liêu khẳng định vai trị cân công suất vùng nhà máy PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CÁC CHỈ TIÊU CĨ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ VỀ SỰ THAY ĐỔI GIÁ ĐIỆN, GIẢM KHÍ THẢI CO2 VÀ CHÍNH SÁCH THUẾ Về phương pháp tính tốn tiêu dưa phương pháp thông dụng quen thuộc số tài liệu [1], trường hợp cụ thể cần có bổ sung hợp lý tương ứng với liệu tiềm gió, thơng số kỹ thuật động gió, đặc biệt xét đến tăng giá điện, giảm thải khí CO2, sách lượng điện (ví dụ thuế), liệu tài 2.1 Tính tốn sản lượng điện sở hướng gió, tiềm gió đặc tính cơng suất động gió Sản lượng điện A (kWh) tuabin gió phát điện khoảng thời gian T tích hợp cơng suất theo vận tốc SCIENCE TECHNOLOGY gió ứng với khoảng thời gian tồn vận tốc gió tương ứng Trong trường hợp vận tốc gió cho dạng tần suất xuất vận tốc gió suốt thời gian quan sát sản lượng điện tính [1]: VC A  T i f (v i )% P(Vi ) 100 (1) Trong đó: vC - vận tốc cắt tuabin gió, m/sec; f(vi)% - tần suất % xuất vận tốc gió vi; P(vi) - cơng suất tuabin gió, lấy từ đặc tính cơng suất, kW Qua cơng thức tính tốn thấy có ba yếu tác động đến sản lượng điện năng: vận tốc/tần suất gió, hướng gió, đặc tính cơng suất Trong ba yếu tố yếu tố đặc tính công suất nhà chế tạo tuabin định, hai yếu tố lại điều kiện tự nhiên gió Sau ta phân tích cụ thể yếu tố khu vực Nhà máy Điện gió Bạc liêu Xét hướng gió Từ [3] số liệu trích lược tần suất hướng gió tiềm gió W/m2 16 hướng gió bảng Hình thể biểu đồ hoa gió hai loại số liệu nêu Căn vào số liệu ta có số nhận xét sau: 1) Tính tổng thời gian năm: lặng gió chiếm 15,6%, có gió 16 hướng chiếm 84,4% Trong hướng có ba hướng có hướng gió chiếm trội (cột tần suất hướng), là: hướng Đơng (E) chiếm 12,6% - vị trí thứ nhất, hướng Tây Nam (SW) chiếm 11,7% - vị trí thứ hai, hướng Đơng Đơng Bắc (ENE) chiếm 10,4% - vị trí thứ ba 2) Xét tiềm gió (W/m2 tương ứng với tốc độ gió m/sec) lấy giá trị trung bình (cột NLTB) có ba hướng chiếm trội cả, là: hướng Đơng (E) đạt 446W/m2 (chiếm 16,3% tổng cơng suất hướng) - vị trí thứ nhất, hướng Đông Đông Bắc (ENE) đạt 394W/m2 (chiếm 14,4% tổng cơng suất hướng) - vị trí thứ 2, hướng Tây Nam (SW) đạt 357W/m2 (chiếm 13,1% tổng công suất hướng) - vị trí thứ 3) Theo kết xếp thứ tự ưu tiên theo tần suất hướng gió cơng suất khẳng định ba hướng gió khai thác tốt là: hướng Đông (E), hướng Đông Đông Bắc (ENE), hướng Tây Nam (SW) Xét đặc tính cơng suất động gió Tại Nhà máy Điện gió Bạc Liêu sử dụng tuabin GE 1.6 82.5 tập đoàn GE Hoa Kỳ sản xuất, có đặc tính kỹ thuật sau: - Rotor: trục ngang, cánh, đường kính 82,5 m, tốc độ quay 9÷18 vịng phút, có điều chỉnh góc nghiêng cho cánh; - Máy phát: loại khơng đồng ba pha, điện áp 690V, tần số 50HZ; - Khối lượng: rotor 35 tấn, hộp máy 52 tấn, cột (tháp ống hình thang) 80 tấn; - Hoạt động ứng với vận tốc gió: khởi động 3,5m/s; định mức 11,5m/s; vận tốc lớn hớn 11,5m/s tua bin gió phát công suất với công suất định mức vận tốc vận hành lớn 19,5m/s (Vcut-out tua bin gió) - tương ứng với đặc tính cơng suất bảng 3, hình [2] Bảng Tần suất hướng tiềm gió 16 hướng bờ biển Bạc Liêu TT Hướng Lặng gió N NNE NE ENE E ESE SE SSE S 10 SSW 11 SW 12 WSW 13 W 14 WNW 15 NW 16 NNW Tổng Tần suất Thứ Tổng Thứ Ghichú NLTB hướng; tự ưu NL 12 tự ưu % CS W/m2 tiên tháng % tiên 15,6 3,9 1217 101 3,7 12 2,4 13 764 64 2,3 13 7,0 2742 229 8,4 10,4 4732 394 14,4 12,6 5356 446 16,3 3,1 12 1272 106 3,9 10 3,4 11 1262 105 3,8 11 1,6 16 600 50 1,8 15 5,1 2018 168 6,2 6,0 2261 188 6,9 11,7 4283 357 13,1 3,8 10 1294 108 3,9 5,8 2280 190 6,9 1,8 14 633 53 1,9 14 4,1 1598 133 4,9 1,7 15 493 41 1,5 16 100,0 32805 2734 Xét tần suất xuất % vận tốc gió Hàm phân bố Weibull tần suất Như phân tích tần suất tiềm gió nêu trên, tuabin gió Nhà máy Điện gió Bạc Liêu đặt bề mặt qt cánh quạt vng góc hướng Đơng Đông Bắc (ENE) hướng Đông (E) Do để đảm bảo xác việc tính sản lượng điện theo công thức (1) xét tần suất % xuất vận tốc gió theo hướng nêu Trên bảng thể tần suất xuất % vận tốc gió bên phải hàm phân bố Weibull tần suất [4] a) Số 50.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 11 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ b) 10 4,5 200 30 14,5 1600 11 5,0 280 31 15,0 1600 12 5,5 380 32 15,5 1600 13 6,0 480 33 16,0 1600 14 6,5 590 34 16,5 1600 15 7,0 700 35 17,0 1600 16 7,5 910 36 17,5 1600 17 8,0 920 37 18,0 1600 18 8,5 1030 38 18,5 1600 19 9,0 1160 39 19,0 1600 20 9,5 1300 Hình Hoa gió theo tần suất % hướng gió (a) theo tiềm gió W/m (b) Bảng Tần suất xuất % vận tốc gió hàm phân bố Weibull v, m/s f, % v, m/s f, % 2,45 11 3,80 5,80 12 2,20 9,15 13 1,35 11,78 14 0,70 13,18 15 0,25 13,20 16 0,20 12,12 17 0,10 10,12 18 0,00 10 7,90 5,70 19 20 0,00 0,00 ∑ 100 Tính tốn tổng thu lợi tổng chi phí quy thời thực Các tiêu kinh tế - kỹ thuật cơng trình nói chung phụ thuộc vào tổng thu lợi tổng chi phí suốt q trình xem xét quy thời thực Tổng thu lợi N năm khai thác quy thực tính theo công thức sau [1]: i 1 V, m/s P, kW TT V, m/s P, kW 0,0 21 10,0 1440 0,5 22 10,5 1500 1,0 23 11,0 1560 1,5 24 11,5 1600 2,0 25 12,0 1600 2,5 26 12,5 1600 3,0 40 27 13,0 1600 3,5 80 28 13,5 1600 4,0 140 29 14,0 1600 12 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 50.2019 1600 1600 2.2 Tính tốn tiêu kinh tế - kỹ thuật, có xét yêu tố giảm phát thải CO2 thay đổi giá điện N TT 19,5 20,0 Hình Đường đặc tính cơng suất Tuabin gió GE 1.6 – 82.5 PV  b Bảng Đặc tính cơng suất tuabin gió GE 1.6 – 82.5 40 41 (1 r )i (2) đó: b - giá trị thu lợi hàng năm; r - hệ số chiết khấu Nếu tính tổng thu xét bán điện theo giá cố định (2) là: N g.A.k sd  t t 1 (1 r ) L (3) Trong đó: A - sản lượng điện hàng năm, kWh ksd - hệ số sử dụng điện (tỷ số lượng sử dụng thực sản lượng); η - hiệu suất tích SCIENCE TECHNOLOGY Từ công thức (2) triển khai công thức tính tổng thu lợi xét thêm yếu tố như: thay đổi giá điện, từ ưu đãi thuế VAT, giảm chi phí xử lý hạn chế khí thải CO2, tạo công ăn việc làm,… - Thực vậy, giá bán điện tăng theo năm Giá bán g, sau năm tăng tương đối α so với giá g giá năm thứ t là: g(t) = (1 + α)t.g; - Tỷ lệ thuế VAT chịu thuế k1 từ doanh thu - Tổng thu lợi giảm thải CO2 tính tiết kiệm chi phí xử lý khí thải CO2 Theo [3], hệ số phác thải khí CO2 α1 = 0,615 kg CO2/kWh, giá xử lý g2 = 50 cent USD/ CO2 Khi tổng thu lợi giảm chi phí xử lý CO2 là: g.(1  a )t (1 k )A.k sd  N a1.g2 A.k sd  (1  r )t (1 r )t t 1 t 1 N L (4) So sánh công thức (3) (4), thấy tổng thu L hiệu chỉnh yếu tố thay đổi giá điện (hệ số α), sách thuế (tỷ lệ thuế k1) bổ sung phần thu lợi tiết kiệm chi chí xử lý khí thải CO2 (thành phần thứ hai công thức (4)) Sự hiệu chỉnh đảm bảo tính tiêu kinh tế - kỹ thuật cho cơng trình Tổng chi phí gồm hai thành phần vốn đầu tư ban đầu K chi phí vận hành hàng năm Chi phí vận hành hàng năm bao gồm gồm khấu hao thiết bị, bảo dưỡng nhiên liệu,… thường tỉ lệ b theo vốn K Khi tổng chi phí cho suốt N năm quy tính theo cơng thức sau: N   C  K 1  b. t  t 1 (1  r )   (5) Suất chi phí cho 1kWh Suất chi phí g để sản xuất cho kWh xác định sở cân tổng thu L tổng chi phí C Từ cơng thức (4) (5), cân L C, sau vài biến đổi ta cơng thức tính suất chi phí để sản xuất cho kWh sau:  V (1  b.Hr )  g  a1.g2 H ;  (1  k1 ).Hra  A.k sd   (1 r )N  (1  )N  r a Hr  ; Hra  ;  N N  (1   ) r.(1  r ) 1 a (6) N đây: H   gọi hệ số hóa; t t 1 (1 r ) L(r*) = C(r*) Nếu giá trị chiết khấu hàng năm r < r* dự án đem lại hiệu kinh tế L Khi C λ > 1, dự án có hiệu λ lớn hiệu cao - Thời hạn thu hồi vốn ( payback period): Thời hạn thu hồi vốn N* thời gian để tổng thu lợi hồn trả hết chi phí bỏ L(N*) = C(N*) Thời hạn thu hồi vốn ngắn tốt - Tỉ số thu lợi chi phí (benefit-cost rate):   KẾT QUẢ TÍNH TỐN CÁC CHỈ TIÊU CHO NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ BẠC LIÊU Sản lượng điện Theo công thức (1) với số liệu tần suất xuất (bảng 2) đặc tính cơng suất bảng (hình 2) tính sản lượng điện tuabin gió sản sinh tồn năm (T = 8760 giờ) 529420kWh Nếu sản lượng tuabin sản lượng năm 62 x 5295420kWh = 328,316GWh Tính tốn sản lượng điện cho tồn 62 tuabin gió thực Chương trình phần mềm Wasp 10.0/Winpro 2.8 nhà cung cấp thiết bị tuabin gió (Tập đồn GE Hoa kỳ) cung cấp Số liệu vào chương trình cung cấp đĩa CD, bao gồm đặc tính cơng suất gió, vận tốc gió điểm lắp đặt, tọa độ bố trí tuabin Kết tính tốn thể bảng Sản lượng điện hàng hóa (Net energy) hàng năm 326,543GWh, trừ hao hụt vận hành nội bộ, lưới tương tác tuabin (2,80%) Bảng Sản lượng điện tuabin điện gió nhà máy điện gió Bạc Liêu Tuabin Net Energy; MWh/year Tuabin Net Energy; MWh/year 5340 32 5293 5238 33 5246 5359 34 5218 5324 35 5266 5263 36 5259 5260 37 5235 5274 38 5226 5369 39 5278 5224 40 5276 10 5197 41 5222 gọi hệ số khấu hao thiết bị H 11 5250 42 5208 12 5350 43 5260 Các tiêu khác - Giá trị thời thực (net present value): Giá trị thời thực thể chênh lệch tổng thu lợi tổng chi phí suốt q trình xem xét PV = L – C Giá trị thời thực lớn dự án tốt; giá trị âm dự án khơng nên đầu tư - Mức lãi nội (internal raste of return): Với mức lãi nội r* đảm bảo tổng lợi qui tổng chi qui 13 5214 44 5255 14 5247 45 5194 15 5214 46 5226 16 5361 47 5244 17 5180 48 5327 18 5252 49 5403 19 5202 50 5329 a Số 50.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 13 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 20 5361 51 5286 21 5187 52 5277 22 5229 53 5205 23 5269 54 5206 24 5338 55 5242 25 5238 56 5231 26 5236 57 5237 27 5343 58 5373 28 5345 59 5235 29 5262 60 5243 30 5242 61 5256 31 5325 62 5294 ∑ 326 543 Tính tốn tiêu * Số liệu - Tổng sản lượng điện (Net energy) 62 tuabin điện gió là: 326,563GWh/năm; - Tổng vốn đầu tư [3]: 5200 tỷ VNĐ, bao gồm: chi phí xây dựng, chi phí thiết bị, chi phí bồi hồn giải phóng mặt bằng, chi phí quản lý dự án, chi phí tư vấn đầu tư xây dựng, chi phí khác, chi phí dự phòng; - Chiết khấu (lãi suất) r = 6,6%; - Thuế VAT: 10% doanh thu chịu thuế; - Thời gian khấu hao 25 năm; - Tỷ số chi phí vận hành b = 5% so với vốn; - Tạm tính 22800VND/USD - Với giá mua điện gốc [3]: 9,89 USD cent/kWh , tương ứng 2254,92 đ/kWh Giá bán điện theo thống kê, tăng hàng năm α = 5%; - Hệ số phác thải khí CO2 0,615kg CO2/kWh (α1), giá xử lý 50cent USD/tấn CO2, tương đương 11,4 đ/kgCO2 (g2) * Tính tốn tiêu - Tổng thu lợi quy tại, công thức (4): L = 11,976.109 VNĐ - Tổng chi phí quy tại, công thức (5): C = 9,698.109 VNĐ - Suất chi phí cho kWh, cơng thức (6): g = 1703 VNĐ/kWh Giá chấp nhận - Giá trị thời thực (net present value): PV = L – C = 2,278.109 VND > - dự án có lãi - Tỉ số thu lợi chi phí (benefit-cost rate): λ = 1,349 > - dự án có hiệu - Thời hạn thu hồi vốn (payback period): N* = 19 Từ năm thứ 20 trở bắt đầu thu lãi đến hết 25 năm 14 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 50.2019 KẾT LUẬN 1) Để tính tốn xác sản lượng điện nhà máy điện gió phát điện cần phân tích hướng qt vng góc với mặt qt cánh quạt động gió, tiềm gió hướng gió xác định đặc tính cơng suất động gió 2) Phân tích tính tốn tiêu kinh tế - kỹ thuật cơng trình điện từ NLM&TT nói chung, nhà máy điện gió nói riêng phải xét đến yếu tố: chiều hướng tăng giá điện giảm phát thải khí CO2, xu hướng giảm vốn đầu từ, sách lượng nhà nước (giảm VAT, hỗ trợ vốn, ) Có tạo hội cạnh tranh với nguồn điện lưới 3) Nhà máy điện gió Bạc Liêu cơng trình vĩ đại nguồn lượng tái tạo Việt Nam, đạt tiêu khả quan: suất chi phí kWh 1703 đ/kWh, giá cạnh tranh với điện lưới; thời hạn thu hội vốn (payback period) 19 năm, tuổi thọ công trình (25 năm) Nhà máy Điện gió Bạc Liêu khơng cạnh tranh với điện lưới mà đóng vai trị lớn cho phát triển vùng Đồng Sông Cửu Long cân công suất điện, bảo vệ môi trường sinh thái, tạo công ăn việc làm cho nhân dân TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Hịa, 2005 “Tính tốn Kinh tế - Kỹ thuật việc sử dụng nguồn lượng tái tạo” Giáo trình dùng cho học viên cao học ngành Hệ thống điện; Lưu hành nội Đại học Bách khoa Hà Nội [2] RISO “Measurement Summary No.Riso-I-3191, June 2011- Win Turbine V100-2.0MW VCS”, Power Curve Measurement, Carried out in accordance to IEC 61400-12-1 [3] Công ty TNHH Xây dựng -Thương mại - Du lịch Cônglý, “Dự án đầu tư xây dựng cơng trình Nhà máy điện gió tỉnh Bạc Liêu giai đoạn 2”, Cà Mau-2012 [4] The World Bank ... hướng tăng giá điện giảm phát thải khí CO2, xu hướng giảm vốn đầu từ, sách lượng nhà nước (giảm VAT, hỗ trợ vốn, ) Có tạo hội cạnh tranh với nguồn điện lưới 3) Nhà máy điện gió Bạc Liêu cơng trình... gió, tiềm gió hướng gió xác định đặc tính cơng suất động gió 2) Phân tích tính tốn tiêu kinh tế - kỹ thuật cơng trình điện từ NLM&TT nói chung, nhà máy điện gió nói riêng phải xét đến yếu tố: chiều... năng: vận tốc/tần suất gió, hướng gió, đặc tính cơng suất Trong ba yếu tố yếu tố đặc tính cơng suất nhà chế tạo tuabin định, hai yếu tố lại điều kiện tự nhiên gió Sau ta phân tích cụ thể yếu tố khu