Bài tập lớn môn kinh tế vận hành hệ thống

Bài tập lớn môn kinh tế vận hành hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝ

──────── * ───────

BÀI TẬP LỚN MÔN

KINH TẾ VẬN HÀNH HỆ THỐNGGiáo viên hướng dẫn: TS Phan Diệu Hương

Nhóm sinh viên thực hiện: NHÓM 5

Bài 1: Một

hệ thốngđiện có 5nhà máynhiệt điện

và 1 nhàmáy thủyđiện Đặctính củacác nhàmáy đượccho ở bảngdưới đây:Nhà máy Dạng nhiên liệu Chi phí vận hành

(104$/MWtháng) Công suất (MW)

Việc phát điện từ nhà máy chạy dầu sẽ có gì thay đổi?

Chi phí của hệ thống sẽ thay đổi như thế nào?

Vẽ đồ thì đường chi phí biên ngắn hạn theo phụ tải hệ thống

Khi nhà máy thủy điện tăng hoặc giảm khả năng phát điện năng 1 MWtháng thì hệ thống

có gì thay đổi?

Giải TH1: Khi nhà máy mới chạy than chưa đưa vào hệ thống

 Phạm vi làm việc kinh tế nhất của nhà máy thủy điện

+ nếu để nhà máy thủy điện chạy ở nền:

Để tận dụng hết công suất của nhà máy thì nhà máy phải sản xuất một lượng điện năng:

Cả hai trường hợp trên đều không tận dụng hết công suất cũng như điện năng.

+ nếu để nhà máy thủy điện chạy ở đỉnh

Gọi thời gian vận hành của nhà máy ở chế độ đỉnh là x

Để tận dụng hết toàn bộ điện năng cho phép với công suất 200 MW thì thời gian vậnhành của nhà máy:

150/(200*0.5) = 1.5 (tháng)

 Không thể chạy ở đỉnh

Để tận dụng hết công suất phát là 200 MW thì lượng điện năng nhà máy sản xuất ra:

0.5*200*x = 100x < 150 MW tháng (do nhà máy chạy ở đỉnh nên x<1)

Có thể thấy trong trường hợp chạy ở đỉnh cũng không tận dụng được hết công suất cũngnhư khả năng phát của nhà máy

Vì vậy, ta nên cho nhà máy thủy điện chạy dưới đỉnh một chút để tận dụng được toàn bộđiện năng cũng như công suất phát của nhà máy

Dựa vào dữ kiện đầu bài ta có đồ thị phụ tải khai triển sau:

Xét 2 tam giác đồng dạng OAB và OCD ta có:

OA/OC = AB/CD x/(x + 200) = AB/CD (1)Với ràng buộc về điện năng phát của nhà máy thủy điện ta có:

(AB + CD)*200/2 = 150

AB + CD = 1.5

AB = 1.5 – CD (2)Thay (2) vào (1) ta có:

x/(x + 200) = (1.5 - CD)/CD (3)Xét 2 tam giác đồng dạng OCD và OEF ta có:

OC/OE = CD/EF (x+200)/450 = CD/1

x + 200 = 450CD (4)Thay (4) vào (3) ta được:

(450CD – 200)/450CD = (1.5 – CD)/CD 450CD – 200 = 450*1.5 – 450CD

900CD = 875

CD = 0.972 450CD = 437.5 (*)

Do đó phạm vi hoạt động của nhà máy thủy điện trong đồ thị phụ tải để tận dụng tối đacông suất và điện năng là từ 312.5 MW – 512.5 MW

Kết hợp các dữ kiện đầu bài cùng với kết quả tính toán ở trên ta có bảng phân phối sau:Khoảng nhu cầu phụ tải

Minh họa bằng hình vẽ như sau

TH2: khi nhà máy mới chạy than được đưa vào hệ thống

Nhà máy mới chạy than có chi phí vận hành là 0.8 cent/Kwh tương đương với 0.576

104$/MW tháng Gọi nhà máy mới được đưa vào là G ta có bảng sau:

Nhà máy Dạng nhiên liệu Chi phí vận hành

Phân phối tương tự như trên ta có bảng sau:

Khoảng nhu cầu phụ tải

Minh họa bằng hình vẽ như sau

- Như đã trình bày ở trên trong trường hợp có nhà máy mới chúng ta không phảiđưa nhà máy B vào vận hành Do đó việc phát điện từ nhà máy chạy dầu thay đổi

đó là chúng ta chỉ phải vận hành 1 nhà máy có chi phí 1.8 104$/MW tháng thay vìphải vận hành cả 2 nhà máy như trước kia Và nhà máy chạy dầu vận hành ởkhoảng công suất 662.5 MW – 750 MW Thay vì 612.5 MW – 750 MW như trướckia

- Dựa vào bảng cũng như đồ thì ta có thể thấy chi phí của hệ thống sẽ giảm đi Ta cóthể tính được lượng chi phí hệ thống giảm xuống như sau: gọi lượng chi phí giảmđược là

= CFVH( C +A + B +D +E)TH1 – CFVH( G + C +D + A +E)TH2

+Tính CFVH( C +A + B +D +E)TH1

Để tính được trường hợp này ta cần tính được thời gian vận hành của nhà máy E

Ta có hình sau

Theo tính toán từ trước ta có z= 0.972; y= 1.5 – 0.972 = 0.528

Theo tỷ số đồng dạng ta có

x/y = 137.5/(137.5 + 100) x/0.528 = 0.58

x = 0.306 (tháng)CFVH( C +A + B +D +E)TH1 = 150*1*0.6 + 150*1*0.7 + 0.5*12.5(1+0.972)*2 +0.5*100*(0.306 + 0.528)*0.9 + 0.5*137.5*0.306*1.8 295.05 ( 104$)+ Tính CFVH( G + C +D + A +E)TH2

Để tính được trường hợp này ta cần tính được thời gian vận hành của nhà máy E

Ta có hình sau

Theo tính toán từ trước ta có z= 0.972; y= 0.528

Theo tỷ số đồng dạng ta có

x/y = 87.5/(87.5 + 150) x/0.528 = 0.368

x = 0.195 (tháng) CFVH( G + C +D + A +E)TH2 = 100*1*0.576 + 150*1*0.6 + [50*1 + 0.5*12.5*(1+ 0.972)]*0.9 + 0.5*150*(0.195+0.528)*0.7 + 0.5*87.5*0.195*1.8 257.01 (104$)

- Khi khả năng phát điện của nhà máy thủy điện tăng giảm 1 MW tháng

Có thể thấy ngay điều này sẽ khiến phạm vi làm việc của nhà máy điện thay đổi

+ TH1: khả năng phát điện của nhà máy thủy điện là 151 MW tháng

Vẫn dựa vào đồ thị

Bằng lập luận tương tự ta có được các phương trình:

x/(x + 200) = AB/CD (1)

AB = 1.51 – CD (2) x/(x + 200) = (1.51 - CD)/CD (3)

x + 200 = 450CD (4)Thay (4) vào (3) ta được:

(450CD – 200)/450CD = (1.51 – CD)/CD 450CD – 200 = 1.51*450 – 450CD

900CD = 879.5 450CD = 439.75 (**)Thay (**) vào (4) ta được:

x + 200 = 439.75

x = 239.75

Khi đó phạm vi hoạt động của nhà máy thủy điện sẽ là từ 310.25 MW – 510.25 MW

Ta có thể thấy khi khả năng phát điện tăng phần phụ tải của nhà máy thủy điện có xuhướng mở rộng xuống phía dưới Điều này sẽ giúp tiết kiệm chi phí cho hệ thống

+ TH1: khả năng phát điện của nhà máy thủy điện là 149 MW tháng

Tương tự ta cũng có các phương trình

x/(x + 200) = AB/CD (1)

AB = 1.49 – CD (2) x/(x + 200) = (1.49 - CD)/CD (3)

x + 200 = 450CD (4)Thay (4) vào (3) ta được:

(450CD – 200)/450CD = (1.49 – CD)/CD 450CD – 200 = 1.49*450 – 450CD

900CD = 870.5 450CD = 435.25 (**)Thay (**) vào (4) ta được:

x + 200 = 435.25

x = 235.25Khi đó phạm vi hoạt động của nhà máy thủy điện sẽ là từ 314.75 MW – 514.75 MW

Ta có thể thấy phần phụ tải của nhà máy thủy điện trong trường hợp này có xu hướngtiến lên phần đỉnh Điều này đồng nghĩa việc hệ thống phải tốn thêm chi phí khi lượngđiện năng giảm do nhà máy thủy điện được bù đắp bởi các nhà máy nhiệt điện trong

hệ thống

Bài 2: Trong một hệ thống điện bao gồm cả nhà máy thủy điện và nhà máy nhiệt điện.

nhu cầu điện năng và dữ liệu về dòng nước qua nhà máy thủy điện trong năm được dựbáo như sau:

ở bất kỳ thời gian nào không được thấp hơn 100MWtháng

Trong hệ thống còn có 2 nhà máy nhiệt điện cùng phát điện với nhà máy thủy điện Côngsuất và chi phí vận hành tương ứng như sau:

Tính tổng chi phí nhỏ nhất để phát điện đáp ứng nhu cầu phụ tải và dự trữ nước tối ưutrong năm biết rằng dự trữ nước ban đầu và cuối cùng là 300MWtháng

Vẽ đường dự trữ nước tối ưu trong năm?

Tính chi phí biên ngắn hạn ở mỗi thời kỳ?

Xác định lượng điện phát ra từ nhà máy nhiệt điện ở mỗi thời kỳ?

Nếu mức dự trữ tối thiểu của nhà máy thủy điện trong hệ thống tăng thêm 1MWtháng thì

có gì thay đổi? Chứng minh bằng tính toán

Nếu mức dự trữ ở giai đoạn cuối là 400MWtháng thì có gì thay đổi trong các tính toán.Chứng minh bằng tính toán

Giả thiết rằng các nhà máy nhiệt điện được phân phối theo phương pháp xếp hạng

Giải

Nhà máy Công suất (MW) Chi phí (104$/100MW

Bảng 1 Chi phí vận hành của hệ thống điện

fij(n) = Cij(n) + f*i(n-1)

Trong đó:

fij(n) : Tổng chi phí của hệ thống ở trạng thái j của bước n qua trạng thái i của

bước n-1;

Cij(n) : Chi phí chuyển từ trạng thái i của bước n-1 sang trạng thái j bước n;

f*i(n-1) : Chi phí nhỏ nhất của hệ thống để đạt được trạng thái i bước n-1

Đặt :

Sn : Trạng thái n;

Sn-1 : Trạng thái ngay trước trạng thái n;

It : Dòng nước chảy vào nhá máy trong kỳ hiện tại (TWh) (dòng nước vào);

Ht : Tổng lượng nước chảy qua trong kỳ hiện tại

Ht = St + It –Sj

ht : Tổng điện năng được sản xuất bởi nhà máy thủy điện trong kỳ hiện tại;

θt : Tổng điện năng sản xuất trong kỳ hiện tại bởi các nhà máy nhiệt điện

Tính toán cụ thể cho mỗi giai đoạn được thể hiện:

Chỉ có một phương án thỏa mãn yêu cầu bài toán

Phương án Mức dự trữ ở cuối mỗi thời kỳ (MW tháng)

- Lượng điện năng phát từ nhà máy nhiệt điện theo phương án tối ưu

Phương án Điện phát từ nhà máy nhiệt điện trong thời kỳ (MW tháng)

7.92 7.92 7.92 7.92

- Mức dự trữ tối thiểu của nhà máy thủy điện tăng 1 MW tháng

Điều này có thể khiến chi phí tăng thêm khi nhà máy nhiệt điện phải vận hành để

bù vào phần công suất thiếu hụt do nhà máy thủy điện tăng dự trữ

Với các giả định tương tự như trên ta có

101 101 100 100 100 0 500 48.24 48.3192

101 200 100 199 199 0 401 36.1224

44.0424

101 300

100 299 299 0 301

23.8824

39.7224

- Nếu mức dự trữ ở giai đoạn cuối là 400MWtháng thì có gì thay đổi

Có thể thấy do chỉ thay đổi ở giai đoạn cuối nên sự thay đổi chỉ diễn ra tại bảng thứ 4