CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TẮC NGHẼN TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI ĐẾN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH
1.3. Mua bán tập trung qua lưới truyền tải
1.3.4. Sự tắc nghẽn hệ thống truyền tải
Như trên đã phân tích, khi đường dây liên kết đảm bảo khả năng tải thì tồn tại thị trường chung, và giá điện sẽ là như nhau cho mọi vùng. Tuy nhiên trong thực tế vận hành, để bảo đảm độ tin cậy thì hàng năm các phần tử của hệ thống truyền tải (như đường dây, máy biến áp, thiết bị bù…) cần phải được nghỉ làm việc để bảo dưỡng. Vì thế lưới điện liên kết giữa hai hệ thống vùng 1 và vùng 2 không thể lúc nào cũng có thể tải được dung lượng định mức 1.600MW như đã xét ở trên.
Giả thiết có một khoảng thời gian trong năm lưới liên kết chỉ có thể truyền tải được lượng công suất lớn nhất bằng 800MW, thì tình hình hoạt động của thị trường lúc này sẽ như thế nào? Sau đây sẽ phân tích tình hình hoạt động kinh doanh mua bán điện của các bên khi lưới điện giới hạn truyền tải công suất (Tắc nghẽn).
Khi khả năng truyền tải của lưới liên kết bị giới hạn ở mức 800 MW, thì công suất phát ở nhà máy NMĐ1 phải giảm xuống bằng 1800 MW (1000 MW cung cấp cho phụ tải địa phương và 800 MW bán cho khách hàng ở vùng 2). Khi đó nhà máy ở vùng 2 phải phát công suất bằng 1.200 MW. Dùng công thức (1. 8) và (1. 9) tìm được:
П1 = MC1 = 10 + 0.02 x 1800 = 46 $/MWh (1.18) П2 = MC2 = 15 + 0.03 x 1200 = 51 $/MWh (1.19)
Hình 1.5 minh họa tình trạng này. Ràng buộc về khả năng tải của đường dây truyền tải đã tạo ra chênh lệch giá điện ở vùng 1 và vùng 2 bằng 5$/MWh.
Nếu điện năng là một hàng hoá thông thường, thì người kinh doanh sẽ chớp lấy thời cơ kinh doanh khai thác chênh lệch này. Nếu họ tìm được cách vận chuyển công suất nhiều hơn từ 1 tới 2, họ có thể kiếm được nhiều tiền bằng cách mua năng lượng ở một thị trường này và bán lại nó trên một thị trường khác.Tuy nhiên, cơ hội kinh doanh này không thể thực hiện được, bởi vì cách duy nhất để truyền tải công suất giữa hai vùng là truyền tải thông qua đường dây liên lạc, nhưng rất tiếc là nó đã bị đầy tải.
Do đó chừng nào khả năng tải của lưới truyền tải còn ở dưới mức cần thiết để có thể trao đổi tự do thì khi đó sự chênh lệch giá còn tồn tại. Vì thế giới hạn truyền tải để bảo đảm an toàn cho hệ thống có thể tạo ra sự tắc nghẽn trong lưới điện truyền tải, và nó sẽ phân chia một thị trường chung thành các thị trường riêng biệt. Do tắc nghẽn nên công suất tải tăng thêm ở mỗi vùng phải được cung cấp bằng các nhà máy tại chỗ, dẫn đến chi phí biên sản xuất điện năng ở mỗi vùng sẽ không còn giống nhau nữa. Nếu các thị trường riêng biệt này vẫn còn đủ cạnh tranh, thì giá điện vẫn bằng chi phí biên; và giá này được gọi là giá biên địa phương LMP (locational marginal price) bởi vì chi phí biên phụ thuộc vào địa phương phát hoặc tiêu thụ điện năng. Nếu giá được xác định khác nhau tại mỗi nút (hoặc thanh góp) trong hệ thống, thì giá biên địa phương còn được gọi là giá điểm nút (nodal price). Trong ví dụ ở trên, ta thấy ở những nơi nhập
DUT.LRCC
công suất thì giá biên địa phương cao, còn ở những đia phương bán công suất thì giá địa phương sẽ thấp hơn.
Tổng kết tính toán được trình bày trong Bảng 1.1, với những ký hiệu như sau: R là doanh thu bán điện của các nhà máy điện; E là tiền thanh toán của các khách hàng;
các chữ 1 và 2 lần lượt ký hiệu cho hai hệ thống vùng 1 và vùng 2; F12 là công suất chạy trên lưới liên kết, với qui ước mang dấu dương nếu công suất chạy từ 1 đến 2 và ngược lại.
Hình 1.9. Tác động của tắc nghẽn đến thị trường điện
Bảng 1.1 cho thấy người có lợi nhất khi liên kết hai hệ thống với nhau là NMĐ ở hệ thống vùng 2 và PT2 tại vùng 1; trong khi khách hàng vùng 2 sẽ phải chịu sự tăng giá điện và NMĐ ở vùng 1 phải bị mất đi một phần thị trường của họ. Nhìn chung, việc liên kết các hệ thống điện sẽ có tác dụng tốt vì nó làm giảm được tổng số tiền mà các hộ tiêu thụ phải trả; đó là do điện năng sản xuất bởi những nhà máy ít hiệu quả được thay thế bằng các nhà máy hiệu quả hơn. Sự tắc nghẽn trên lưới liên kết làm giảm lợi ích chung của lưới. Cũng cần lưu ý rằng sự tắc nghẽn này đã có phần nào tác dụng bảo vệ cho NMĐ ở vùng 2 tránh được sự cạnh tranh từ phía đối thủ 1.
Đến đây chúng ta đã giả thiết là thị trường cạnh tranh hoàn hảo. Nếu sự cạnh tranh ít hoàn hảo hơn, thì tắc nghẽn trên lưới liên kết sẽ cho phép NMĐ ở vùng 2 tăng giá của họ lên trên chi phí biên sản xuất của mình; và như vậy sự cạnh tranh trong thị trường 1 sẽ càng quyết liệt hơn
PT1+PT2=3000MW
PT1=1000MW PT2=2000MW
F12=800MW
P1=1800MW P2=1200MW
51$/MWh
46$/MWh
2=MC2
1=MC1
5$/MWh
DUT.LRCC
Bảng 1.1. Hệ thống liên kết 1-2 trong các trường hợp: hai thị trường riêng biệt, một thị trường chung và một thị trường chung có nghẽn mạch
Thị trường riêng biệt
Thị trường chung
Thị trường chung có nghẽn mạch
PT1 (MW) 1.000 1.900 1800
П1 ($/MWh) 30 48 46
R1 ($/h) = P1. П1 30.000 91.200 82.800
E1 ($/h) = PT1. П1 30.000 48.000 46.000
P2 (MW) 2.000 1.100 1200
П2 ($/MWh) 75 48 51
R2 ($/h) = P2. П2 150.000 52.800 61.200
E2 ($/h) = PT2. П2 150.000 96.000 102.000
F12 (MW) 0 900 800
RTOTAL= R1 + R2 180.000 148.800 144.000
ETOTAL= E1 + E2 180.000 148.800 148.000
Nhận xét: Qua bảng 1.1 ta thấy được với tổng doanh thu các NMĐ1, NMĐ2 thu được và tổng chi phí phụ tải PT1, PT2 phải trả ở cả 02 vùng:
- Trong trường hợp 1: Hai vùng có thị trường riêng biệt thì tổng chi phí các phụ tải phải trả cân bằng với tổng doanh thu cao của các nhà máy điện. Tuy nhiên giá điện ở vùng 2 lớn hơn nhiều so với vùng 1, vì nhà máy điện có chi phí phát rẻ không được phát điện để bán cho phụ tải vùng 2.
- Trong trường hợp 2: Khi hai thị trường hợp nhất và lưới truyền tải không bị nghẽn mạch thì tồn tại giá điện chung cho cả hai vùng. Tổng chi phí các phụ tải phải trả cũng cân bằng với tổng doanh thu của các nhà máy, nhưng có giá trị nhỏ hơn trường hợp 1. Phúc lợi chung xã hội vì vậy cao hơn trường hợp 1.
- Đối với trường hợp 3: Có tắc nghẽn xảy ra trên đường dây Truyền tải thì tổng chi phí phụ tải phải trả cao hơn tổng doanh thu các nhà máy nhận được là ETotal Cong – RTotal Cong = 4.000$/h, đây là thặng dư tắc nghẽn xuất hiện trong thị trường điện khi có tắc nghẽn xảy ra.
Khi xuất hiện tắc nghẽn NMĐ ở vùng 1 đã chịu thiệt hại vì phải giảm phát 100MW/h và doanh thu được trả giảm 8400$/h. Ngược lại NMĐ tại vùng 2 được phát thêm 100MW/h và doanh thu được trả tăng 6000$/h. Sự tắc nghẽn trong hệ thống dẫn đến một sự thay đổi từ thị trường điểm cân bằng đơn đến thị trường tại nút cân bằng khác. Sự tắc nghẽn làm thay đổi biểu đồ lập sẵn đối với yêu cầu cân bằng cung - cầu có thể dẫn đến cắt bớt công suất sản xuất hoặc tiêu thụ. Ngoài ra, sự tắc nghẽn còn tác
DUT.LRCC
động làm tăng thêm chi phí kết nối chậm trễ của các nhà máy mới, làm giảm độ tin cậy của hệ thống và làm ô nhiểm môi trường từ những nhà máy cũ và ít hiệu quả mà phải vận hành chỉ vì mục đích đảm bảo độ tin cậy.
Vì vậy cơ quan vận hành thị trường và vận hành thị trường điện cần phải có những giải pháp để quản lý tắc nghẽn. Sau đây sẽ tìm hiểu về một số phương pháp quản lý tắc nghẽn Truyền tải đã và đang được các nước trên thế giới áp dụng.