6. Bố cục luận văn
1.2.3. Cấu trúc thị trường ựiện
Hình 1.1 chỉ ra cấu trúc ựiển hình của thị trường ựiện với các liên kết thông tin và dòng tiền tệ giữa những người tham gia thị trường. Cấu hình chỉ ra trong hình vẽ không phải là phổ biến, mà có sự khác nhau tuỳ thuộc vào mỗi quốc gia và hệ thống lưới ựiện.
Hình 1.1 Cấu trúc thị trường ựiện
đơn vị ựiều hành hệ thống (hoặc ISO) có trách nhiệm ựối với toàn bộ hệ thống và có nhiệm vụ trong việc giữ cân bằng hệ thống, nghĩa là phải ựảm bảo việc sản xuất và nhập khẩu ựiện năng cân xứng với việc tiêu thụ và
Truyền tải và Phân phối Tiêu thụ Phát ựiện ISO đơn vị bán lẻ
xuất khẩu ựiện năng. Tất nhiên, ISO phải có quyền hạn ựộc lập không có sự dắnh lắu trong cạnh tranh thị trường và cũng không sở hữu các nhà máy ựiện với mục ựắch kinh doanh.
Như trong Hình 1.1, khách hàng tiêu thụ thực hiện việc giao dịch của họ thông qua ựơn vị bán lẻ hoặc giao dịch trực tiếp với công ty phát ựiện, phụ thuộc vào mô hình thị trường ựiện. Những ựơn vị bán ựiện khác nhau sẽ phân phối ựiện năng của họ tới khách hàng của họ (qua ựơn vị bán lẻ) trên các ựường dây truyền tải và phân phối ựược ựiều hành bới ISO. Nhà sản xuất, công ty truyền tải và phân phối và ựơn vị bán lẻ liên lạc với ISO. Phần lớn, khách hàng liên lạc với ựơn vị bán lẻ về nhu cầu ựiện năng. đơn vị bán lẻ hợp ựồng với các công ty phát ựiện và mua ựiện năng từ họ và chuyển tải ựiện năng tới khách hàng thông qua ựường dây truyền tải và phân phối. 1.2.4. đấu giá ựiện năng và chào giá cạnh tranh
Trong thị trường ựiện cạnh tranh, nhà cung cấp và nhà tiêu thụ ựưa ra giá chào ựể mua và bán ựiện năng. Sự chào giá, nói chung, theo hình thức bảng dự kê giá và công suất, ựịnh rõ cách thức mà nhà cung cấp hoặc nhà tiêu thụ sẽ mua hoặc bán ựiện năng tại một mức giá. Sau khi bản chào giá ựã sẵn sàng gửi ựến ựơn vị ựiều hành thị trường, nó ổn ựịnh thị trường trên cơ sở vài tiêu chuẩn. Một khi thị trường ựược minh bạch, tất cả những người tham gia bán ựiện sẽ nhận cùng mức giá ựối với lượng công suất ựã bán, nghĩa là giá thị trường từ những người tham gia mua ựiện năng.
Trong trường hợp ựấu giá, ở nơi mà những người chào giá thành công ựược xem xét cùng mức giá không có sự phân biệt ựối xử và không quan tâm giá chào riêng biệt của họ, ựược biết ựến như ựấu giá không phân biệt ựối xử hay ựấu giá thứ cấp. Thông thường, giá chào cao nhất trở thành giá minh bạch thị trường. đấu giá không phân biệt ựối xử khuyến khắch những
người chào giá ựưa ra giá chào với chi phắ thật của họ và tránh việc phỏng ựoán giá chào của những người chào giá khác.
Mặt khác, trong ựấu giá phân biệt ựối xử hay ựấu giá sơ cấp, tất cả những người chào giá không ựược ựưa ra cùng mức giá sau khi thị trường ựã ổn ựịnh. Những người chào giá nhận mức giá mà họ ựã chào thực tế. Sự bất lợi của hệ thống này là có thể nâng cơ hội mưu ựồ, mánh khoé cho những người tham gia, do ựó ựưa ra phạm vi rộng ựối với việc quá chào và ựẩy giá minh bạch thị trường lên cao.
MCP
MW $/MWh
Hình 1.2 đường cung và cầu
Một khi nhà cung cấp và nhà tiêu thụ chào giá số lượng ựiện năng và mức giá, sự trao ựổi công suất thiết lập một ựường cong chào giá cung cấp tổng thể cho các nhà cung cấp và ựường cong chào giá nhu cầu tổng thể cho các nhà tiêu thụ [10][34]. Các ựường cong ựược vẽ trên hệ trục toạ ựộ vuông góc, ựiện năng và giá của việc cung cấp và tiêu thụ như chỉ ra ở Hình 1.2. điểm giao nhau của hai ựường cong xác ựịnh giá minh bạch thị trường (MCP). Tại ựiểm này cung cấp thoã mãn nhu cầu.
ựường cầu
ựiểm giao nhau
MCP là giá ựiện năng mà nhà tiêu thụ phải thanh toán ở mọi vị trắ. Nhà cung cấp cũng ựược thanh toán với giá bằng MCP. Ta hãy xét ựấu giá trao ựổi công suất. MCP là giá chào bán cao nhất hay giá chào mua thấp nhất ựã chấp thuận trong ựấu giá. Vì vậy, nhà cung cấp tin chắc rằng anh ta sẽ ựược thanh toán không ắt hơn chi phắ sản suất nếu anh ta chào giá với chi phắ biên của mình và có thể ựược thanh toán nhiều hơn. Nếu nhà cung cấp chào giá thấp hơn chi phắ biên của mình, anh ta sẽ mất tiền (bị lỗ vốn) bởi vì giá chào của anh ta có thể thiết lập MCP. Nếu anh ta chào giá cao hơn chi phắ biên của mình, anh ta có thể chào giá nhiều hơn những nhà cung cấp khác và không bán ựược ựiện năng do bị loại khỏi cuộc ựấu giá. Nếu giá chào của người cung cấp thiết lập MCP thì anh ta sẽ trang trải ựược chi phắ sản xuất và nếu MCP cao hơn chi phắ biên của anh ta thì anh ta sẽ có lợi nhuận (thặng dư) hoặc bổ sung vào chi phắ cố ựịnh. Nhà tiêu thụ cũng ựược xét tương tự.
►Vắ dụ minh hoạ: ♣ Vắ dụ 1:
Xét trường hợp ựơn giản về cách thức chào giá và cách xác ựịnh giá ựiện trong thị trường gồm 5 nhà cung cấp. Xét bản chào giá gồm công suất và giá chào tương ứng xảy ra trong một giờ như trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1 Bảng dự kê chào giá
Nhà cung cấp Công suất (MW) Giá chào ($/MWh) A 20 5 B 50 15 C 35 20 D 25 35 E 60 40
để ựạt cực tiểu tổng chi phắ sản xuất, trước tiên ta xét giá chào thầu thấp nhất. Trong vắ dụ này, nhà cung cấp A có giá thấp nhất cung cấp 20
MW với giá 5 $/MWh. Tiếp theo là nhà cung cấp B có giá cao hơn cung cấp 50 MW với giá 15 $/MWh, nhà cung cấp C cung cấp 35 MW với giá 20 $/MWh, nhà cung cấp D cung cấp 25 MW với giá 35 $/MWh và cuối cùng nhà cung cấp E cung cấp 60 MW với giá 40 $/MWh
$/MWh MW 5 20 70 105 15 20 130 190 35 40 A B C D E
Hình 1.3 đường cung cấp từ các nhà thầu
Hình 1.3 chỉ ra ựường cung cấp từ nhà thầu A ựến E. Với giả thiết phụ tải cố ựịnh của hệ thống là 150 MW. Huy ựộng giá tối thiểu cho phụ tải này gồm việc huy ựộng công suất của các nhà thầu A, B, C, D và 20 MW của nhà thầu E ựể ựáp ứng nhu cầu phụ tải.
Giá minh bạch thị trường ựược xác ựịnh bởi ựiểm cân bằng mà tại ựó cung và cầu gặp nhau. Vì vậy, nhà cung cấp sẽ bán một lượng ựiện năng ựã chào thầu với giá bằng hoặc thấp hơn giá này và khách hàng sẽ mua với giá bằng hoặc cao hơn giá này. Tất cả ựiện năng mua và bán ựã ựược ựịnh giá tại giá minh bạch thị trường giống như nhau. Lượng ựiện năng tương ứng giữa bán và mua gọi là lượng ựiện năng minh bạch thị trường. Cách hiểu giá minh bạch thị trường là giá năng lượng biên trong thị trường.
Trong trường hợp này nhà thầu E ựược huy ựộng 20 MW, nhưng công suất chào thầu là 60 MW. Do vậy, lượng công suất ựược huy ựộng tiếp theo
sẽ ựược cung cấp bởi nhà thầu E, bằng việc xác ựịnh giá chào của E là 40 $/MWh. điều này ựược miêu tả ở Hình 1.4.
$/MWh MW 5 20 70 105 15 20 130 190 35 40 A B C D E 150
Hình 1.4 Xác ựịnh giá minh bạch thị trường
Chi phắ là thông tin ựộc quyền và với mỗi tổ máy phát nhà cung cấp có quyền chọn lựa giá chào thầu của nó. Với thực tế này, giá ựiện năng bị tác ựộng bởi chiến lược chào giá của những người tham gia thị trường ựiện. Sau ựây, luận văn sẽ trình bày một vắ dụ cơ bản về hành vi chào giá chiến lược mà có ảnh hưởng ựáng kể ựến giá minh bạch ựiện năng.
♣ Vắ dụ 2:
Giả thiết có hai chiến lược chào giá của các nhà cung cấp. Chiến lược 1 và Chiến lược 2 cho ở Bảng 1.2.
Bảng 1.2 Hai Chiến lược chào giá
Chiến lược 1 Chiến lược 2
Nhà cung cấp Công suất (MW) Giá ($/MWh) Nhà cung cấp Công suất (MW) Giá ($/MWh) A 20 5 AỖ 20 5 B 50 15 BỖ 40 15 C 35 20 CỖ 35 20 D 25 35 DỖ 25 35 E 60 40 EỖ 60 40
đường cung cấp chào giá của Chiến lược 1 như Hình 1.5. đầu tiên A cung cấp 20 MW với giá 5 $/MWh, B cung cấp 50 MW với giá 15 $/MWh, C cung cấp 35 MW với giá 20 $/MWh, D cung cấp 25 MW với giá 35 $/MWh và E cung cấp 60 MW với giá 40 $/MWh.
$/MWh MW 5 20 70 105 15 20 130 190 35 40 A B C D E 100
Hình 1.5 Xác ựịnh giá minh bạch ựiện năng cho Chiến lược 1
Với phụ tải hệ thống là 100 MW, nhà cung cấp A, B và C sẽ ựược xem xét ựể huy ựộng công suất. Nhà cung cấp D, E không cần phải huy ựộng công suất. Trong Chiến lược 1, tổng thặng dư của B và D là 250 $/h.
Giả thiết nhà cung cấp B và D cùng một Công ty. B và D có thể phát ựiện từ hai nhà máy khác nhau hoặc từ hai tổ máy khác nhau của một nhà máy. Xét Chiến lược 2 theo hướng tối ựa hoá lợi nhuận của nhà cung cấp, công ty tham gia chào giá chiến lược, ựưa ra bản chào giá mà B chỉ cung cấp 40 MW thay vì 50 MW. Do ựó, cần phải bổ sung thêm 10 MW ựể ựáp ứng nhu cầu phụ tải. để ựạt ựược mục tiêu này, nhà cung cấp D phải ựược huy ựộng công suất. Hình 1.6 chỉ ra tình huống mới và kết quả giá minh bạch ựiện năng.
$/MW MW 5 20 60 95 15 20 120 180 35 40 A' B' C' D' E' 100
Hình 1.6 Xác ựịnh giá minh bạch ựiện năng cho Chiến lược 2
Giá ựiện mới ựược thanh toán cho tất cả các tổ máy ựã huy ựộng công suất là giá chào của MW tiếp theo mà sẽ ựược huy ựộng theo lịch trình, do phụ tải tăng thêm một MW. Vì vậy, nhà cung cấp D xác ựịnh giá minh bạch ựiện năng và giá thay ựổi ựến 35 $/MWh. Trong Chiến lược 2, tổng thặng dư của B và D là 800 $/h.
Hành vi chào giá chiến lược của B và D với việc không tham gia huy ựộng 10 MW ựã làm cho giá ựiện tăng từ 20 $/MWh trong Chiến lược 1 lên ựến 35 $/MWh và làm tăng tổng thặng dư 550 $/MWh cho hai nhà cung cấp B và D. Với việc tham gia cung cấp một lượng công suất nhỏ (5 MW), nhà cung cấp D có thể thiết lập giá thanh toán giống nhau cho tất cả các nhà cung cấp.
1.2.5. Thị trường ựiện tập trung
Hiện nay có hai mô hình thị trường ựiện chủ yếu ựược ưa thắch ở các quốc gia khác nhau trên toàn thế giới. Mô hình Poolco ựược thông qua ựầu tiên ở Vương quốc Anh và mô hình ISO ựược thông qua ở thị trường Bắc Âu và California ở Mỹ. Các quốc gia khác nhau như Úc, New Zealand và Liên minh Châu Âu ựang thực hiện một trong hai mô hình với một số thay ựổi không quan trọng ựể ựáp ứng nhu cầu phụ tải ựặc trưng của họ.
Mô hình thị trường ựiện tập trung dựa trên một sự dàn xếp tập trung ựể thu ựược hiệu quả kinh tế tối ưu của thị trường. đặc trưng chắnh của thị trường ựiện tập trung là công suất ựược bán thông qua thị trường chứ không mua bán trực tiếp giữa nhà sản xuất và khách hàng tiêu thụ. Thị trường ựược ựiều hành hoặc bởi ựơn vị ựiều hành giao dịch hoặc một cách trực tiếp bởi ISO. Nhiệm vụ của người ựiều hành thị trường là ựưa thị trường ựiện tập trung ựến sự tối ưu kinh tế. để ựạt ựược mục tiêu này, người ựiều hành thị trường chọn lựa giá chào thầu ựiện năng từ nhà cung cấp cũng như từ khách hàng tiêu thụ. Giá chào thầu có liên quan ựến khoảng thời gian nào ựó, thường là nửa giờ hoặc một giờ, chúng ựược ựưa ra ựể ISO xem xét trước một ngày. Do ựó mô hình thị trường ựiện tập trung cũng ựược biết ựến như thị trường sớm một ngày. Khi giá chào thầu ựược ựưa ra, người ựiều hành thị trường chạy chương trình OPF có xem xét các ràng buộc của lưới ựiện. Mục tiêu của chương trình OPF là cực tiểu tổng chi phắ hay cực ựại phúc lợi xã hội. OPF tắnh toán giá giao ngay tại mỗi nút của lưới ựiện cũng như số lượng công suất mà mỗi thành phần tham gia thị trường ựã cung cấp hoặc ựã mua. Khách hàng và nhà cung cấp ựược làm hoá ựơn giá giao ngay của nút tương ứng với lượng công suất giao dịch.
1.2.6. Hoạt ựộng chào giá ở Việt nam trong giai ựoạn ựầu của thị trường ựiện trường ựiện
Thị trường ựiện nước ta thực hiện việc chào giá ựiện cạnh tranh cho từng tổ máy theo từng giờ trong ngày, theo ựó chi phắ sản xuất, giá thành ựiện năng trở nên hợp lý hơn [6]. Trước 10 giờ sáng hàng ngày, các nhà máy ựiện ựồng loạt gửi bản công bố công suất và chào giá về A0. Các bản chào gồm công suất và giá tương ứng cho từng tổ máy ứng với từng giờ (từ 0 giờ ựến 24 giờ) của ngày hôm sau. đến 14 giờ, căn cứ vào bản chào của các nhà máy và dự báo nhu cầu phụ tải, A0 lập phương thức và gửi các nhà
máy lịch huy ựộng ngày hôm sau (bao gồm công suất phát dự kiến của từng tổ máy cho từng giờ và tổng chi phắ ựiện năng của toàn hệ thống). Căn cứ vào bản chào theo nguyên tắc nhà máy có giá rẻ ựược huy ựộng trước, giá cao ựược huy ựộng sau, cho ựến khi ựáp ứng ựược yêu cầu dự báo và công bố giá mua ựiện vào 15 giờ cùng ngày. Việc chào công suất sẵn sàng của các nhà máy ựược ựảm bảo và chuẩn bị trước qua việc bảo dưỡng, ựại tu thiết bị, chuẩn bị nhiên liệu, nhân lực, phân công ca kắp... Các nhà máy thủy ựiện chào chi phắ ựiện năng (ự/kWh) giao tại các xuất tuyến của nhà máy (không phân biệt mức công suất phát); các nhà máy nhiệt ựiện chào chi phắ ựiện năng ứng với 5 dải công suất của từng tổ máy giao tại các xuất tuyến và phân theo dạng nhiên liệu sử dụng. EVN ựã tắnh toán các ựịnh mức chi phắ và phê duyệt một mức giá trần ứng với từng dạng nhiên liệu, các nhà máy ựiện chỉ ựược phép cạnh tranh trong khung giá, không ựược vượt trần.
1.3. Bài toán OPF trong hệ thống ựiện
1.3.1. đặt vấn ựề
Yêu cầu cơ bản của bất kỳ xã hội hiện ựại nào cũng là vận hành kinh tế và an toàn hệ thống ựiện. Vận hành an toàn hệ thống ựiện có thể ựược xem như là khả năng chịu ựựng chắc chắn các sự kiện bất thường xảy ra. Vận hành kinh tế trong luận văn này hiểu theo nghĩa lưới ựiện vận hành với chi phắ phát ựiện thấp nhất hoặc với tổn thất công suất tác dụng cực tiểu [2][5]. để xác ựịnh trạng thái chi phắ vận hành thấp nhất thoã mãn các ựiều kiện ràng buộc, những người hoạch ựịnh và vận hành hệ thống ựiện phải quan tâm lưới ựiện vận hành an toàn và tối ưu có ràng buộc. Bài toán OPF dùng ựể miêu tả các vấn ựề tối ưu trong hệ thống ựiện. Việc phân tắch tối ưu và an toàn là nhiệm vụ khó khăn và phức tạp, các nỗ lực tắnh toán có khuynh hướng ựáp ứng nhanh cùng với sự phát triển của khoa học-kỹ thuật [8].
Chương trình tắnh toán OPF là công cụ có ắch ựối với các ngành dịch vụ và nền công nghiệp năng lượng. Kết quả phân tắch bài toán OPF là