Thị trường điện : Các khái niệm cơ bản

Thị trường điện : Các khái niệm cơ bản

Trong những năm gần đây, xu hướng phi điều tiết hóa ngành điện (giảm điều tiết hóa - deregulated markets) dién ra manh mé trén toan thé giới từ châu Âu (Anh, Pháp, , châu Mỹ (Mỹ, Canada, ), châu Úc (Australia, New Zealand ) tới châu Á (Singapo, Nhật, ) Với những kết quả mà các quốc gia đi trước đạt được, xu hướng trên ngày càng lan rộng và có ảnh hưởng đến hầu hết các quốc gia khác Ngành điện Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó Qua loạt bài viết này, tác giả mong muốn đưa đến cho người đọc một vài nét sơ lược về thị trường điện mà chủ yếu được nhìn nhận dưới góc độ kỹ thuật, rất mong nhận được sự góp ý của độc giả nhằm hoàn thiện trong các bài viết sau

Thị trường [si ia` các khái niệm cơ bản

NGUYEN TRINH HOANG ANH

Khoa quản lý Năng lượng

(Trường Đại học Điện lực)

Điều tiết và Giảm (phi)

điều tiết trong ngành điện VN

Những định hướng ban đầu về một thị trường

phi điều tiết đã được hình thành và triển khai ở Việt

Nam trong những năm gần đây Điều này được thể

hiện trong việc hình thành Cục điều tiết Điện lực

trực thuộc Bộ Công nghiệp (2005), Ban thị trường

trực thuộc Tổng công ty Điện lực Việt Nam, Luật

Điện lực được ban hành (có hiệu lực từ ngày

01/07/2005 chuẩn bị cho lộ trình hình thành thị

trường điện cạnh tranh), các đề tài về thiết kế mô

hình thị trường điện phi điều tiết được triển khai ở

các cấp, từ Bộ Công nghiệp đến Tổng công ty Điện

lực, các trường, viện và cuối cùng là được thể hiện

trong Qui hoạch phát triển Điện lực Việt Nam giai

đoạn 2005-2015, có xét đến năm 2025 Chính phủ đã

trực tiếp chỉ đạo việc tái cơ cấu lại ngành theo

hướng trên nhằm các mục đích:

Tăng cường đầu tư tư nhân vào lĩnh lực ngành

điện, đặc biệt là ở khâu phát nhằm giảm gánh nặng

cho ngành cũng như cho ngân sách quốc gia trong

việc đáp ứng nhu cầu tăng nhanh của phụ tải (vào

khoảng 15%/năm như các số liệu thống kê từ năm

1995 đến nay)

18 | NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM Số 18 (6/2006)

Tăng cường hiệu quả trong hoạt động kinh doanh của ngành điện

Tăng dần mức độ cạnh tranh trong sản xuất và kinh doanh điện năng, tiến tới xóa bỏ độc quyền trong hoạt động điện lực, tăng quyền lựa chọn cho khách hàng sử dụng điện Nâng cao chất lượng điện

năng: điện áp, tần số, độ tin cậy Đảm bảo cho sự bền vững của ngành điện, nhằm phục vụ một cách

tốt nhất cho sự phát triển của quốc gia Với định hướng đó, Chính phủ chỉ đạo ngành điện đưa ra lộ

trình gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Hình thành và phát triển thị trường

phát cạnh tranh

Giai đoạn 2: Hình thành và phát triển thị trường

bán buôn cạnh tranh

Giai đoạn.3: Hình thành và phát triển thị trường bán lẻ cạnh tranh

Trong mỗi giai đoạn đều có 2 bước là thứ

nghiệm và hiệu chỉnh cơ chế (mô hình) nhằm mục

đích nâng cao hiệu quả hoạt động của thị trường

Do điện năng là một loại hàng hóa đặc biệt, nên để

có được một thị trường điện vận hành theo ý muốn

cần có sự chuẩn bị đây đủ về cả 3 yếu tố chính: Nhân lực, Kinh tế và Kỹ thuật

Trong ngành điện lực, quá trình sản xuất và kinh đoanh điện năng có thể chia thành 3 khâu chính:

1 Sản xuất điện năng (generation): hay còn gọi

là khâu phát, đây là khâu đầu tiên và cũng là khâu quan trọng nhất trong cả quá trình Khâu

này làm tốt sẽ là tiền đề cho các khâu còn lại Các

nhà máy sản xuất điện (thủy điện, nhiệt điện

than, nhiệt điện khí, nhiệt điện hỗn hợp, điện

nguyên tử, ) là những thành phần tham gia vào

2 Truyền tải dién nang (transmission): hay còn

gọi là khâu truyền tải Do đặc điểm của ngành điện,

các nguồn phát thường ở xa nơi tiêu thụ nên cần có

một hệ thống các đường dây truyền tải điện đi từ

nơi phát đến các nơi tiêu thụ điện

3 Phan phéi dién nang (distribution): hay con

goi la khau phan phéi - bán lẻ điện năng Khi nhận

được điện năng từ các nguồn phát thông qua mạng

lưới truyền tải, các công ty phân phối điện năng sẽ

có một mạng lưới phân phối điện nhằm đưa điện

đến từng hộ tiêu dùng (end-users)

Ở các thị trường điện được điều tiết của Nhà

nước (regulated power markets), cdc nha may,

công ty của cả 3 khâu trong quá trình sản xuất và

kinh doanh điện năng ở trên sẽ thuộc quyền sở hữu

và quản lý của Nhà nước Ở giai đoạn đầu của sự

hình thành và hoạt động, mô hình này đã đem lại

những thành công nhất định và hầu hết các công ty

năng lượng nói chung đều áp dụng mô hình quản

lý tất cả các khâu như trên Trong quá trình phát

triển, các công ty năng lượng trong đó có các công

ty điện đã bộc lộ nhiều nhược điểm đặc biệt là sự

kém hiệu quả trong hoạt động, bên cạnh đó, những

sức ép về môi trường, giá cả, vốn đầu tư đã khiến

cho việc cải tổ ngành điện phải dién ra như một

điều tất yếu (Cải tổ - reform là quá trình củng cố,

tổ chức lại vai trò của các bên tham gia thị trường

và ban hành hay xác định lại các luật chơi (không

nhất thiết là phải thực hiện trên toàn bộ các khâu

của thị trường) Trong quá trình cải tổ, Nhà nước

dần tự do hóa “trong việc đầu tư hoạt động kinh

doanh ngành điện năng mà đầu tiên là ở khâu

phát, từ đó dẫn tới việc giảm điều tiết” ở các khâu

trong ngành điện lực Thực chất đây là quá trình

giảm sự can thiệp của Chính phủ vào các hoạt

động thị trường và trong tương lai, khi thị trường

đã vận hành ổn định có thể có hoặc không có sự

điều tiết, tuy nhiên cũng cần chú ý rằng một thị

trường thực hiện tốt về cạnh tranh vẫn cần có một

cơ quan điều tiết (regulator) hoặc ít ra cũng được

kiểm tra qua người trung gian Ví dụ như nước

Đức, nước đã xây dựng thành công thị trường điện

không có cơ quan điều tiết nhưng có một cơ quan

trung gian kiểm soát hành vi của những người

tham gia thị trường

Trong quá trình hình thành thị trường phát

cạnh tranh ở VN, các nhà máy điện lân lượt được

phát cổ phần hóa và đi vào làm ăn có hiệu quả

(như thủy điện Vĩnh Sơn là một ví dụ điển hình)

Bên cạnh đó, các nhà máy phát điện độc lập

(Independent Power Plant_IPP) cũng, lân lượt ra đời ở phía Nam với sự khuyến khích của Nhà nước

và của ngành điện nhằm giảm sức ép về vốn đầu

tư phát triển nguồn lên ngân sách trong việc đáp

ứng đú nhu cầu tăng trưởng của phụ tải Hiện nay, Tổng công ty Điện lực Việt Nam (Electricity of

Vietnam EVN) đang cùng Bộ Công nghiệp xây dựng lộ trình va co cau thi trường điện sao cho phù hợp nhất với điều kiện cụ thể ở Việt Nam mà trong đó, nhiều khả năng trong tương lai, Nhà

nước sẽ chỉ còn sở hữu khâu truyền tải Để có thể

xây dựng và áp dụng thành công một mô hình thị

trường nào đó khi tiến hành cải tổ ngành điện

(trên thế giới có rất nhiều mô hình đang được áp dụng đem lại nhiều hiệu quả như mô hình thị trường ở Úc, Anh, Singapo ) chúng ta cần xem xét

một số vấn đề dưới đây:

- Cấu trúc hiện tại của ngành điện và các vấn đề

pháp lý liên quan

~ Mô hình tổ chức của thị trường điện cạnh tranh

sẽ được thiết lập

- Điều tiết và định giá các địch vụ truyền tải,

- Ảnh hưởng của việc tách sản xuất ra khỏi truyền tải và phân phối tới hiệu quả của ngành

điện

- Vấn đề thu hồi chi phí đầu tư nhà máy điện

trước đó

- Các tác động đến môi trường, sử dụng các

nguồn năng lượng tái tạo và bảo tồn thiên nhiên,

Tuy nhiên cũng cân phải thấy rằng bên cạnh

những lợi ích đem lại, quá trình phí (giảm) điều tiết hóa ngành năng lượng nói chung và ngành điện nói

riêng cũng có những mặt trái như sau:

- Giá cả có thể dao động mạnh gây khó chịu cho người tiêu dùng

- Các nhà sản xuất hay cung cấp sẽ khó khăn hơn

khi quản lý, đặc biệt là vấn đề rủi ro (những vấn đề

trên có thé thấy trong thị trường điện California, giá

điện đã tăng lên sau khi chuyển từ thị trường điện điều tiết sang thị trường điện phi điều tiết do các công ty không lường trước và quản lý được rủi ro khi chuyển đổi cơ chế hoạt động)

- Có thể gây lãng phí các nguồn lực (ví dụ như có nhiều công ty không thể thu hồi được vốn cố định

nếu bán theo giá chi phí biên ngắn hạn) hoặc đầu tư chồng chéo giữa các công ty nhằm chiếm lĩnh thị phân

- Có thể gây tác động xấu tới môi trường (đo nhu cầu giảm chỉ phí, các công nghệ sạch đắt tiền không được các nhà đâu tư quan tâm đến )

Xác định được những yếu tố trên sẽ giúp chúng

ta có những chuẩn bị đầy ‹ đủ hơn cho một thị trường vận hành như mong muốn

Số 18 (6/2006) NĂNG LƯỢNG VIỆT NAH | 19

Khai niém co ban về địch vụ phụ trợ

trong thị trường điện

(Ancillary services)

Các dịch vụ phụ trợ trong thị trường điện phi

điều tiết chính là các dịch vụ kỹ thuật được cung

cấp nhằm đảm bảo sự vận hành an toàn và tin cậy

cho hệ thống điện từ các nguồn phat (generators)

đến các khách hàng sử dụng điện cuối cùng (end-

users) Ở Việt Nam, ngành điện hoàn toàn được

điều tiết bởi Nhà nước, những vấn đề kỹ thuật

nhằm đảm bảo tin cậy và ổn định cho hệ thống điện ;

quốc gia được thực hiện bởi Trung tâm điều độ Hệ

thống điện Quốc gia (A0) và các Trung tâm điều độ

miền (A1 - miền Bắc, A2 - miền Nam và A3- miền

Trung) Đối với các quốc gia đã hình thành thị

trường điện, tùy theo cấu trúc thị trường lựa chọn,

các dịch vụ kỹ thuật phụ trợ đó có thể được cung

cấp bằng nhiều cách khác nhau Ta cùng xem xét sự

cung cấp dịch vụ phụ trợ của thị trường điện ở Úc

để có một vài khái niệm về dịch vụ này

Công ty quản lý thị trường điện Quốc gia

(NEMMCO) được thành lập và hoạt động theo các

điều luật của Bộ luật Điện lực Quốc gia Công ty

này có chức năng cung cấp các dịch vụ kỹ thuật

nhằm đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và ổn

định Có thể chia các loại hình dịch vụ mà công ty

này cung cấp thành 3 nhóm chính như sau:

1 Dịch vụ điều khiển tan số (Frequency Control ,

Ancillary Services_FCAS)

2 Dịch vụ điều khiển ludi (Network Control

Ancillary Services_NCAS)

3 Dịch vụ khởi động (phục hồi) lại hệ thống

(System Restart Ancillary Services _SRAS)

Đối với dịch vụ FCAS, cong ty nay cần đảm bảo

rằng tần số của hệ thống điện luôn nằm trong giới

hạn cho phép (50Hz + sai số cho phép) được qui

định trong Luật Điện lực tại mọi thời điểm Với dịch

vụNCA$, công ty cần thực hiện 2 nhiệm vụ chính:

a Điều khiến điện áp tại tất cả các điểm trong

mạng điện phải nằm trong giới hạn cho phép (đã

được qui định trước trong Luật Điện lực) - điện áp

đanh định + sai số cho phép

b Điều khiển các luồng công suất trên đường

dây sao cho không vượt quá giới hạn vật lý (thường

là về phát nóng) của các đường dây đó

Trong dịch vụ này, vấn đề xử lý nghẽn mạch

(congestion) cũng được xem xét và xử lý (hiện

tượng nghẽn mạch là hiện tượng thường xẩy ra

trong thị trường điện phi điều tiết bởi khi đó, đo có

sự cạnh tranh về giá phát và truyền tải nên có thể có

một số đường dây nào đó bị vượt quá năng lực

truyền tải, dẫn đến phải có một cơ chế thích hợp

trong quản lý truyền tải để tránh trường hợp này)

20 | NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM Số 18 (6/2006)

Với dịch vụ cuối cùng, SRAS, NEMMCO cần dam bảo rằng hệ thống có khả năng phục hồi lại trạng thái hoạt động bình thường khi có sự cố ngẫu nhiên dẫn đến hệ thống bị mất điện một phần hoặc toàn

bộ

Trên đây chỉ là những nét chính về các loại hình

dịch vụ phụ trợ trong thị trường điện Ching ta sẽ quay trở lại phân tích sâu hơn về vấn đề này vào các bài viết sau đăng trên Tạp chí Năng lượng Việt Nam

c Một số mô hình tính toán trong quá trình giảm điều tiết ngành điện lực:

1 Tính toán chỉ phí biên sản xuất công suất tác dụng và công suất phản kháng trong ngắn hạn (chi phí biên ngắn hạn: short-run marginal cost : SRMC) Trong thị trường điện cạnh tranh, việc định giá các loại công suất phan khang (reactive power) va

công suất tác đụng (active power) là một khâu vô

cùng quan trọng, quyết định tới sự thành công hay thất bại của các bên tham gia Với môi trường “truy cập hệ thống truyền tải mở” (Open Transmission Access OTA), việc định giá của công suất tác dụng

và công suất phan khang khong chi quan tam dén các yếu tố kinh tế mà những vấn để về kỹ thuật cũng được đặt ra để cạnh tranh với các “đối thủ” khác trong hệ thống điện Có rất nhiều yếu tố kinh

tế kỹ thuật ảnh hưởng tới giá cả của công suất, do vậy, ta chỉ xét tới chỉ phí biên nhằm đưa ra các yếu

tố kỹ thuật để xem xét một cách tốt nhất Dưới đây

là những mô hình tính toán mà các công ty cung cấp năng lượng có thể áp dụng với chi phí đưa ra có tính

“thời thực” và linh động khá cao

Một số thuật ngữ:

- Chi phí biên (của một sản phẩm) tại thời điểm

nào đó là chi phí đầu tư để sản xuất thêm một đơn

vị sản phẩm đó tại thời điểm đã cho

- Chi phí trong ngắn hạn: xét tới sự thay đổi chỉ phí khi chỉ có một yếu tố đầu vào thay đổi, các yếu

tố khác không đổi (cũng thường là trong khoảng thời gian ngắn)

- Chỉ phí trong dài hạn: xét tới sự thay đổi chỉ phí khi có hai hay nhiều các yếu tố đầu vào thay đổi (cũng thường là trong khoảng thời gian dài)

a Công suất tác dụng: Trong vấn đề này, chúng

ta cần tối ưu hóa chí phí sản xuất công suất tác dụng trong khi các điều kiện về giới hạn truyền tải và

năng lực máy phát cần được xem xét

Hàm mục tiêu:

- Cực tiểu hàm số

- Các hàm ràng buộc:

+ Cân bằng công suất trên lưới

+ Giới hạn công suất phát

+ Giới hạn công suất truyền tải trên các đường dây

Trong đó, chi phí sản xuất công suất tác dụng ở

mit ¡; Công suất phát tại nút ¡; Công suất phát giới

hạn tại nút ¡ (lớn nhất, nhỏ nhất) Công suất tải (tiêu

thụ) tại nút k

Công suất truyền tải và công suất truyền tải giới

hạn của đường dây Ì

Tổn thất công suất trên mạng lưới: n - tổng số

nút trong hệ thống; m - tổng số nút phát trong hệ

thống Giải bằng phương pháp Lagrange, ta lập

hàm Lagrange cho bài toán như sau:

Với các hệ số Lagrange, ứng với cân bằng cung

cầu năng lượng của lưới, đây cũng được xem như là

hệ số lamda của lưới

Ứng với giới hạn giá trị công suất phát nhỏ nhất

(lớn nhất) tại nút ¡

Ứng với giá trị công suất truyền tải giới hạn trên

đường dây l

Tổng số đường dây truyền tải bị giới hạn công

suất truyền

Theo lý thuyết về chi phi bién (marginal cost the-

ory), ta có được giá biên ngắn hạn cho công suất

phần tác dụng tại nút ¡ là:

Từ công thức (6) ta có thể thấy SRMC đối với

công suất tác dụng tại mỗi nút bao gồm 3 thành

phần: một là suất tăng chỉ phí của hệ thống Thành

phần thứ 2 của công thức tương ứng với suất tăng

chí phí của hệ thống nhân với suất tăng tổn thất

công suất gây ra do thay đổi công suất tác dụng tại

nút đang xét Thành phân thứ 3 của công thức liên

quan tới giới hạn về công suất truyền tải trên các

đường day Thanh phan nay phan anh sy thay đổi

chỉ phí sản xuất theo sự cung cấp công suất tác

dụng tới một đang xét thông qua mạng lưới

b Công suất phản kháng: Trong phần này, mục

tiêu của bài toán là cực tiểu tổn thất của mạng lưới

với sự xem xét giới hạn vật lý (giới hạn điều chỉnh

điện á ap ở máy phát và giới hạn các điều phân áp ở

các máy biến áp điều áp dưới tải) và giới hạn trong

hoạt động (giới hạn phát công suất phản kháng của

các tổ máy và giới hạn điện áp tại các nút) Cực tiểu

hóa tổn thất công suất trên lưới có thể tương đương

với việc cực tiểu hóa chỉ phí sản xuất tại nút cân

bằng (xem [1]) Do vậy, với mục đích định giá cho

công suất phản kháng, ta dùng hàm chi phi san

xuất để biểu điễn hàm mục tiêu nhằm đơn giản hóa

trong tính toán

Hàm mục tiêu:

Cực tiểu hàm số

Các ràng buộc:

+ Giới hạn điện áp tại các nút

+ Giới hạn (năng lực) phát công suất phan khang

tại các nút phát

+ Giới hạn điều chỉnh các đầu phân áp ở các máy

biến áp điều áp đưới tải

Trong đó, giới hạn điện áp (nhỏ nhất, lớn nhất) tại các nút, giới hạn phát công suất phản kháng các

nút , giới hạn các đầu phân áp của các máy biến áp

trong lưới, thiết lập hàm LaGrange của bài toán Trong đó, các hệ số LaGrange tương ứng như sau: :ứng với giới hạn điện áp tại nút phát (tải) thứ i, ứng

với giới hạn phát công suất phản kháng tại nut i, ứng với giới hạn các đầu điều áp của các máy biến

áp Số lượng máy biến áp có các đầu phân áp giới hạn

Tương tự phân trên ta cũng có được chỉ phí biên

ngắn hạn đối với công suất phản kháng tại nut i

như sau:

Chỉ phí biên ngắn hạn của công suất phản kháng tại nút ¡ chứa 3 thành phần, phân ánh đầy đủ các

yếu tố ảnh hưởng đến chỉ phí biên ngắn hạn của công suất phần kháng và công suất tác dụng trong

lưới Với các mô hình này, ta có thé dé dang tinh

toán bằng các chương trình giải toán phi tuyến

thông dụng (ví dụ như GAMS, Solve trong Excel, )

(còn tiếp)

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1]; N.Dandachi, M.Rawlins, O.Alsac, M.Paris,

B.Stott, “OPF for reactive pricing studies on the NGC

system”, IEE PICA Conference,, pp 11-17, Salt Lake City, May 1995

[2]; P.L.Joskaw, “Electricity Agenda Items for the New FERC”, The Electricity Journal, Vol.6, No.5, June

1993

[3]; W.W.Hogan,”Electric Transmission: A New

Model for Old Principles”, The Electricity Journal,

Vol.6, No.2, Mar 1993

[4]: R.D Tabor, F.C Scheppe and M.C Caramanis,

“Utility Experience with Real time rate’, IEEE Trans

On Power App & Syst., Vol 167, No.9, Sept 1982 [5]: National Electricity Markets Management

:Company (NEMMCO), “Guide to Ancillary Services in

the NEM”, Aug 2001

[6]: Đàm Xuân Hiệp, “Bài giảng Thị trường điện”, 5/2005

[7]: Electric Utility Rate Design Study, EPRI, 1979 [8]: M Munasinghe, “Principles of Modern

Electricity Pricing”, Proc Of the IEEE, Vol.69, No.3,

Mar 1981 {9}: H.W Dommel and W.F Tinney, “Optimal Power Flow Solution”, IEEE Trans on Power App &

Syst., Vol.87, No.10, Oct.1968, pp 1866-1876

[10]: A.A El-Keib and X.Ma, “Application of Pricing Information of Transmission Services In An Open

Access Environment”, Proc Of the 27th Southeast Symposium on System Theory, Mississippi State,

Mississippi, Mar.12-14, 1995, pp.41-44

Số 18 (6/2006) NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM | 24