CHƯƠNG III CÁC KHẢ NĂNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA CÁC NMTĐ TRONG HỆ THỐNG BẬC THANG THỦY ĐIỆN CỦA HTĐ
3.2. Mô hình tối ưu cho bài toán huy động nguồn thủy điện
Trong điều kiện vận hành, khi nhu cầu của các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp nguồn nước được bảo đảm thì hiệu quả kinh tế sử dụng nguồn thuỷ năng của các NMTĐ được đánh giá bởi chi phí nhiên liệu tiết kiệm được đối với toàn bộ HTĐ. Cho nên, vấn đề nâng cao hiệu quả kinh tế sử dụng nguồn thuỷ điện trong hệ thống thực chất là việc xác định chế độ làm việc của các hồ chứa NMTĐ theo mô hình tối ưu sau đây:
16
Giả sử HTĐ cần tối ưu có L nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) và K NMTĐ.
3.2.1. Mô hình tối ưu.
Hàm mục tiêu :
∑ ∑
∑= = =
∆
=
= L
j T
to t
ND jt j j L
j nj HT
n C S B N t
C
1 1
)
( => min (3.1) Ở đây:
HT
Cn : chi phí nhiên liệu của toàn HTĐ.
Cnj: chi phí nhiên liệu của NMNĐ thứ j (j = 1÷L).
Sj : giá nhiêu liệu ở NMTĐ thứ j.
) ( NDjt
j N
B : đặc tính tiêu thụ nhiên liệu của NMNĐ thứ j.
Công suất của các NMTĐ ở thời điểm t được xác định từ điều kiện cân bằng công suất.
t K
i TD it HT
t L
j ND
jt P N
N = −∑ +π
∑=1 =1
(3.2) Ở đây:
HT
Pt : phụ tải của toàn hệ thống tại thời điểm t.
TD
Nit : công suất của NMTĐ thứ i tại thời điểm t.
πt: tổn thất trong lưới điện.
Công suất và lưu lượng của NMTĐ thứ i tại thời điểm t xác định theo công thức:
TD
Nit =9,81.ηit.QTDit.Hit (3.3) QTDit = Qtnit ± Qhit - Qttit (3.4) Với QTDit : lưu lượng nước của NMTĐ thứ i tại thời điểm t.
Hit : cột nước của NMTĐ thứ i tại thời điểm t.
ηit : hiệu suất của NMTĐ thứ i tại thời điểm t là hàm của QTDit và Hit. Qtnit , Qhit, Qttit : lưu lượng thiên nhiên, lưu lượng hồ chứa và lưu lượng tổn thất của NMTĐ thứ i tại thời điểm t.
17
Từ (2), (3), (4) hàm mục tiêu sẽ có dạng:
∑ ∑ ∑
= = =
− ± − +
= L
j T
to t
K
i
it ttit hit tnit it HT
t j j HT
n S B P Q Q Q H
C
1 1
).
.(
. 81 ,
9 η π => min (3.5)
* Các phương trình ràng buộc:
- Cân bằng công suất (xem (2)).
- Cân bằng lượng nước
=0
± − ∆
− ∑ ∑ ∑
∑= = = = T
to t
it T
to t
hit T
to t
tnit T
to t
hlit W W W
W (3.6)
Ở đây:
∑= T
to t
Whl : lượng nước chảy về hạ lưu NMTĐ.
Wtn : lượng nước thiên nhiên.
Wh: dung tích hồ.
∆W : lượng nước tổn thất
- Ràng buộc về công suất thuỷ điện và nhiệt điện
TD KDit TD
it TD
bdit N N
N ≤ ≤ (3.7) Ở đây, NbditTD : công suất bảo đảm của NMTĐ thứ i ở thời đoạn t
NKDitTD : công suất khả dụng của NMTĐ thứ i ở thời đoạn t
ND jt ND jt ND
jt N N
N min ≤ ≤ max (3.8) - Ràng buộc về mực nước thượng lưu và hạ lưu
max
min it it
it Z Z
Z ≤ ≤ (3.9) thượng lưu : Zitmin = MNC; Zitmax= MNDBT hoặc MNTL.
- Ràng buộc về lưu lượng chảy về hạ lưu.
max min hlit hlit
hlit Q Q
Q ≤ ≤ (3.10) Qhlitmin, Qhlitmaxđược xác định từ điều kiện lợi dụng tổng hợp.
- Ràng buộc về khả năng truyền tải của đường dây cao thế
max
min ct c
c P P
P ≤ ≤
18
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng nguồn thuỷ điện trong hệ thống.
Nghiên cứu mô hình tối ưu trên đây ta thấy:
- Chế độ làm việc của các NMTĐ phải được xác định từ quan điểm hệ thống. Điều đó có nghĩa là phải phối hợp một cách hợp lý chế độ làm việc của chúng.
- Chỉ trong điều kiện khi các NMNĐ sử dụng cùng một loại nhiên liệu và ở bất kỳ thời gian nào trong năm với 1 Kwh của các NMTĐ đều thay thế được cùng một lượng nhiên liệu ở NMNĐ thì có thể thay thế tiêu chuẩn CnHT=> min bằng tiêu chuẩn sản lượng điện của tất cả các NMTĐ ETD => max. Nhưng giả thiết đó trong thực tế không sảy ra. Từ đây ta thấy, phân bố hợp lý điện năng của các NMTĐ theo thời gian là rất quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế của HTĐ. Tiêu chuẩn ETD => max có thể sử dụng trong điều kiện hệ thống bị thiếu điện nhằm giảm thiếu hụt điện trong khi các NMNĐ đã huy động toàn bộ công suất.
- Dao động cột nước H do chế độ cấp và trữ nước của hồ chứa các NMTĐ ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng nguồn thuỷ năng trong HTĐ. Nhưng mức độ ảnh hưởng thì phụ thuộc vào đặc điểm của từng NMTĐ. Đây là điểm khác biệt giữa thuỷ điện và nhiệt điện.
- Phân bố hợp lý công suất bảo đảm Nbdit trong ràng buộc (3.7) có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao mức độ an toàn cung cấp điện và hiệu quả kinh tế của HTĐ.
- Từ các phương trình (3.2) đến (3.6), ta thấy hiệu quả của việc sử dụng trực tiếp mô hình tối ưu chỉ đạt được khi biết chính xác biểu đồ phụ tải, chế độ thuỷ văn dài hạn trên tất cả các NMTĐ.
3.2.3. Phạm vi sử dụng mô hình tối ưu.
Bài toán xác định chế độ làm việc dài hạn của các NMTĐ theo mô hình tối ưu (3.1) – (3.10) là một bài toán quy hoạch phi tuyến hết sức phức tạp vì có nhiều
19
biến, có nhiều đặc tính phi tuyến, có nhiều ràng buộc và phải đồng thời xét đến cả chế độ ngắn hạn.
Ngoài ra, như đã nói ở trên, mô hình tối ưu chỉ sử dụng được khi thông tin dài hạn về phụ tải, về chế độ thuỷ văn trên các NMTĐ đảm bảo độ tin cậy. Cho nên, mô hình tối ưu thường được sử dụng để lập kế hoạch, để xét ảnh hưởng chế độ làm việc trong quy hoạch phát triển nguồn điện và thiết kế các NMTĐ.
Một trong những đặc điểm của việc khai thác hồ chứa NMTĐ là ảnh hưởng
“hậu tác động”. Điều đó có nghĩa là một quyết định khai thác hồ chứa ở một thời đoạn nào đó sẽ ảnh hưởng đến chỉ tiêu năng lượng không những ở thời đoạn đó mà còn của tất cả các thời đoạn tiếp theo trong chu kỳ điều tiết, hay nói cách khác là ảnh hưởng đến độ an toàn cũng như hiệu quả kinh tế cung cấp điện cả năm của các NMTĐ nói riêng và của toàn bộ hệ thống điện nói chung. Cho nên khi ra một quyết định khai thác hồ chứa ở một thời đoạn nào đó cần phải xét được ảnh hưởng “hậu tác động” của nó. Yêu cầu này hoàn toàn có thể thoả mãn bằng cách sử dụng trực tiếp mô hình tối ưu nếu biết trước phân bố lưu lượng trong năm. Trong thực tế vận hành thì dự báo dài hạn về phụ tải cũng như về chế độ thuỷ văn trên các NMTĐ của nước ta không đảm bảo độ tin cậy. Trong điều kiện đó nếu ta sử dụng mô hình tối ưu để điều khiển chế độ làm việc của các NMTĐ thì không những không đạt được hiệu quả kinh tế mà trong nhiều trường hợp còn gây nên những hậu quả nghiêm trọng. Vì vậy, cần nghiên cứu sử dụng phương pháp điều khiển chế độ làm việc của các NMTĐ không dựa trên dự báo dài hạn mà vẫn cho kết quả gần tốiưu.