6. Kết cấu của đề tài
3.3.2 Phân tích chi tiết với chi phí đầu tư cho hệ thống HVDC
3.3.2.1 Lựa chọn điện áp DC
Trong hệ thống HDVC, điện áp truyền tải có thể lựa chọn một cách tự do để có được giá trị tối ưu về kinh tế của hệ thống. Đối với một lượng công suất định mức đã chọn, điện áp đường dây tối ưu phải được tính toán dựa trên các quan hệ với chi phí cho trạm biến đổi, chi phí đường dây, chi phí tổn thất công suất tổng cộng.
Cách tính toán tương tự như cho đường dây AC, nhưng giới hạn đặt ra bởi hiệu ứng vầng quang cho đường dây AC, còn giảm xuống đáng kể khi tính cho đường dây DC.
Trên thực tế sự phân tích các mối quan hệ kinh tế giữa chi phí cho đường dây DC và trạm biến đổi tách biệt nhau. Một sự tối ưu toàn cục nên quan tâm đến khoảng cách truyền tải và những yếu tố quan trọng khác nhau chẳng hạn như yêu cầu về môi trường.
3.3.2.2 Chi phí của đường dây DC
Hình 3.8 So sánh giữa cột điện và đường dây AC - DC
Chi phí cho đường dây DC thay đổi theo hình 3.9, trong đó mỗi mức điện áp tương ứng với một khoảng cách đánh thủng riêng nên cấu trúc các thiết bị đỡ cáp, chi phí cách điện khác nhau.
Đối với các mức điện áp một chiều dưới 400kV, thì mức điện áp chỉ có ảnh hưởng âm lên chi phí.
Những đường cong chi phí đường dây theo mức điện áp đối với các tải xác định, có thể cả chi phí cho tổn thất thiết bị cho trên hình vẽ 3.10. Đường thấp trên hình biểu thị cho chi phí tổn thất về vay vốn được xem như giống nhau với tất cả các đường cong. Đường cong điện áp tối ưu chỉ ra mức điện áp cao nhất mà tất cả các đường cong cần lưu ý. Trong thực tế thì các giá trị nằm trong khoảng từ 75% đến 80% của giá trị điện áp tối ưu là hợp lý hơn cả khi xem xét trong một số điều kiện như: chiều dài dây, chi phí phụ thuộc điện áp của trạm biến đổi, hê thống sử dụng của đường dây ..v.v.
Hình 3.10 Quan hệ công suất truyền tải trên km ở mỗi mức điện áp theo chi phí Có thể nhận thấy được rằng chi phí tổn thất của đường dây chiếm một phần đáng kể (30 - 35%) của tổng chi phí của đường dây và luôn luôn phải được xét đến. Giả sử rằng một đường dây AC có thể được thiết kế một cách tối ưu kể cả chi phí đầu tư và chi phí tổn thất, ta có thể nói rằng đối với cùng công suất định mức thì tỉ số chi phí giữa đường dây DC và AC là gần bằng 2:3. Quan hệ này có giá trị cho cả vốn đầu tư lẫn chi phí tổn thất. Tuy nhiên trên thực tế nhiều khi không thể thiết kế tối ưu đường dây AC một cách rõ ràng về kinh tế được vì bị giới hạn bởi các yêu
cầu ổn định, hiệu ứng vầng quang…Do đó phải thêm vào một số phụ phí nữa cho vấn đề bù, thay đổi cấu trúc đường dây…v.v. Trong những trường hợp như vậy thì tỉ số chi phí giữa DC và AC có thể lại giảm xuống hơn nữa và có thể đến 1:2 hay thấp hơn.
3.3.2.3 Chi phí cho cáp
Chi phí cho cáp DC thấp hơn cáp AC một cách rõ rệt khi cùng khả năng tải. Kết quả là tỉ số chi phí vào khoảng 1:3 giữa các phương án dùng DC và dùng AC.
Hình 3.11 Các chi phí đặc trưng đối với cáp cách điện rắn
Điều này có thể nhận thấy rõ khi phân tích kỹ thuật trong tuyền tải bằng cáp. Cáp AC do dòng dung nạp vào đường dây nên khoảng cách truyền tải bị giới hạn rất nhiều. Muốn truyền tải bằng cáp AC thì phải thiết lập những trạm bù trung gian tại những khoảng cách định sẵn trên tuyến dây. Đặc biệt khi truyền tải xuyên biển thì dùng cáp AC không thể thực hiện được. Như vậy nếu xét về cả kinh tế lẫn kỹ thuật thì truyền tải điện áp bằng cáp dùng DC là tốt nhất.
3.3.2.4 Chi phí trạm biến đổi HVDC
Bản thân bộ biến đổi là sự hợp thành từ rất nhiều thiết bị, vì vậy chi phí của trạm phụ thuộc nhiều vào kích thước của nó. Sự biến đổi của chi phí theo lượng công suất định mức truyền tải. Nếu mức điện áp cao hơn được chọn (theo sự tối ưu hóa chi phí truyền tải tổng), thì chi phí đơn vị cho mỗi thiết bị cũng tăng lên một
cách bình thường. Chi phí của một trạm nào đó có cấu trúc truyền tải đơn cực với cùng công suất định mức sẽ cao hơn một tí. Điện áp AC ảnh hưởng lên chi phí của trạm HVDC được cho như trên bảng 3.2.
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của điện áp AC lên chi phí trạm HVDC Điện áp AC (kV) Chi phí theo phần trăm (%)
130 98 130 100 345 101 500 103.5 765 107
Khi trạm HVDC đặt tại nhà máy phát điện, kết nối trực tiếp giữa các bộ biến đổi với các máy phát riêng lẻ cần được xem xét. Trong trường hợp này thì việc sử dụng trạm HVDC có những lợi ích sau:
- Máy biến áp cho bộ biến đổi không cần có bộ đổi nấc bởi vì các bộ điều chỉnh của máy phát có thể điều khiển điện áp rất tốt.
- Hơn thế nữa với những bộ biến đổi được nối như là tải duy nhất của máy phát, các bộ lọc họa tần cũng không cần thiết do các máy phát được thiết kế chịu được các họa tần.
Như vậy chi phí cho trạm HVDC nối trực tiếp với các nhà máy phát điện sẽ có lợi ích kinh tế còn cao hơn so với các trạm HVDC thông thường khác. Đặc biệt đối với các trạm HVDC Back–to–Back thì chi phí cho trạm chỉ bằng 2/3 chi phí cho trạm HVAC truyền tải đi xa.
Tỉ lệ chi phí của các thành phần của trạm HVDC tiêu biểu được cho trên bảng 3.3. Như vậy xem bảng dưới ta có nhận thấy rằng hầu như các thiết bị chính như máy biến áp, van thyristor chiếm một tỉ lệ chủ yếu trong tổng chi phí cho trạm và thay đổi ít. Còn chi phí thành phần khác như bộ lọc, nguồn công suất phản kháng, thiết bị thông tin và bảo vệ…lại có dải biến động khá lớn. Như vậy các trạm HVDC sẽ có chi phí thay đổi phụ thuộc chủ yếu vào sự biến đổi về giá cả của các thành
phần có độ biến động về giá cao, và cũng có quan hệ với đặc điểm riêng của mỗi hệ thống AC được kết nối.
Bảng 3.3 Chi phí các thành phần hệ thống HVDC như là phần trăm của chi phí toàn bộ (Chi phí này được qui về giá năm 1996)[6] STT Thành phần +/-205kW 500MW +/-350kW 1000MW +/-500kW 3000MW
1 Máy biến áp bộ biến đổi 21.3% 21.7% 22.0% 2 Hệ thống van 21.0% 21.3% 21.7%
3 Bộ lọc và nguồn công suất phản kháng
15.7% 15.3% 15.3%
4 Các chi phi phụ (thông tin, cuộn
kháng DC, chống sét, relay…) 8% 8% 7.7% 5 Kỹ thuật (thiết kế kỹ thuật, quản lý
dự án)
18% 17.3% 17.3%
6 Xây dựng và lắp đặt tại công trường
16% 16% 16%
Tổng chi phí (Triệu USD) 145.0 213.7 451.7
chi phí $/kW/Trạm 145 107 75
Trạm chuyển đổi có công suất càng lớn thì suất đầu tư càng nhỏ, với qui mô công suất từ 1000 - 3000MW/trạm, kiến nghị lấy suất đầu tư 100USD/kW/trạm đưa vào tính toán.