Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế và xây dựng bảng giá truyền tải điện

Lời Mở đầu Đ-ờng dây truyền tải điện có vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, việc quyết định đầu t- l-ới điện truyền tải cần phải đ-ợc xem xét cả trên quy hoạch tổng thể và quy mô

-

VŨ THANH BÌNH

LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ VÀ XÂY

DỰNG BẢNG GIÁ TRUYỀN TẢI ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HỆ THỐNG ĐIỆN

PHAN ĐĂNG KHẢI

Hà Nội – 2004

-

VŨ THANH BÌNH

LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ VÀ XÂY

DỰNG BẢNG GIÁ TRUYỀN TẢI ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHAN ĐĂNG KHẢI

Hà Nội - 2005

Lời Mở đầu

Đ-ờng dây truyền tải điện có vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, việc quyết định đầu t- l-ới điện truyền tải cần phải đ-ợc xem xét cả trên quy hoạch tổng thể và quy mô, đặc tr-ng của từng công trình, trong đó vấn đề lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế cần đ-ợc nghiên cứu kỹ tr-ớc khi quyết định Hiện nay, tại Việt Nam đang sử dụng chủ yếu ph-ơng pháp mật

độ dòng kinh tế của Nga để lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế, ph-ơng pháp này đã không phản ánh vấn đề tối -u giữa vốn và tổn thất tại Việt Nam, nguyên nhân chính là do số liệu đầu vào không phù hợp với tình hình của n-ớc ta Về nguyên tắc, khi tính toán kinh tế-kỹ thuật, với các số liệu

đầu vào nh- mô hình quản lý, các chỉ tiêu và thông số kinh tế khác nhau thì sẽ cho các kết quả khác nhau Vì vậy phần một của đề tài này nhằm đ-a ra giải pháp lựa chọn tiết diện kinh tế tối -u của đ-ờng dây truyền tải áp dụng cho Việt Nam thông qua việc phân tích các số liệu phù hợp tình hình hiện nay

Một vấn đề khác cũng rất quan trọng, đó là việc cơ cấu và tổ chức lại ngành điện và xem xét những tác động của nó đến quan điểm đầu t- l-ới điện truyền tải Trong thời gian tới, khi Việt Nam thành lập thị tr-ờng điện theo các cấp độ khác nhau, việc đánh giá đầu t- l-ới điện trên quan điểm hiệu quả kinh tế-kỹ thuật là rất cần thiết Vì vậy phần hai của luận văn này sẽ đề cập đến việc xây dựng bảng giá điện truyền tải sử dụng trong thị tr-ờng điện cạnh tranh dựa trên nguyên tắc bảng giá phải phù hợp, minh bạch, dễ áp dụng để thúc đẩy sự phát triền của thị tr-ờng và tạo sự cạnh tranh lành mạnh trên thị tr-ờng

Tên đề tài: Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế và xây dựng bảng giá truyền tải điện

Bố cục đề tài

Ch-ơng 1: Phân tích các ph-ơng pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo

điều kiện kinh tế

Ch-ơng 2: Giải pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế cho đ-ờng dây truyền tải điện 110, 220kV

Ch-ơng 3: Thị tr-ờng điện và quan điểm đầu t- l-ới truyền tải điện - Xây dựng bảng giá truyền tải điện

Cuối cùng, tác giả xin đ-ợc gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS-TS Phan Đăng Khải, ng-ời đã tận tình h-ớng dẫn tác giả trong suốt thời gian thực hiện đề tài, xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Hệ thống Điện tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội và các bạn cũng nh- các đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tác giả thực hiện đề tài này

ch-ơng I phân tích các ph-ơng pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế

1.1 Tổng quan về l-ới điện truyền tải tại Việt nam, chiến l-ợc và quan điểm đầu t-

1.1.1 Tổng quan về l-ới điện truyền tải Việt Nam hiện nay

Hệ thống truyền tải đ-ợc sử dụng nhằm mục đích tải điện năng đi xa từ các nhà máy điện đến các trạm biến áp cung cấp cho l-ới phân phối, là một phần không thể thiếu đ-ợc của hệ thống điện Hệ thống truyền tải điện bao gồm bao gồm đ-ờng dây cao áp, các trạm biến áp truyền tải và các thiết bị phụ trợ khác Nhiệm vụ chính của l-ới điện truyền tải là đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, ổn định, chất l-ợng cho l-ới điện phân phối cũng nh- các khách hàng sử dụng trực tiếp (cấp điện áp 110kV) Ngoài ra l-ới điện truyền tải còn có nhiệm vụ liên kết hệ thống, khu vực

Hệ thống truyền tải điện Việt nam bao gồm đ-ờng dây và trạm ở 3 cấp

điện áp là 500, 220 và 110 kV Hệ thống 500 kV làm nhiệm vụ liên kết l-ới

điện 3 miền Bắc, Trung và Nam, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, bảo đảm huy động thuận lợi các nguồn điện trong 2 chế độ vận hành khác biệt: mùa khô và mùa n-ớc và truyền tải công suất từ các nhà máy điện lớn đến các trung tâm tiêu thụ điện lớn

Hệ thống 220 kV đ-ợc xây dựng nhằm mục tiêu truyền tải công suất từ các nhà máy điện lớn đến các trung tâm phụ tải

Hệ thống l-ới truyền tải 110kV đ-ợc xây dựng nhằm hình thành mạng l-ới điện khu vực và cung cấp trực tiếp cho phụ tải

Để đáp ứng yêu cầu cung cấp điện cho phát triển kinh tế xã hội của đất n-ớc trong những năm qua, cùng với quá trình tăng tr-ởng nguồn điện, l-ới

điện truyền tải và phân phối đã đ-ợc xây dựng với khối l-ợng đáng kể, đặc biệt là l-ới điện 220-110 kV Hiện nay, l-ới điện 110 kV đã bao phủ toàn bộ các tỉnh thành của cả n-ớc và dần dần mang tính chất của l-ới phân phối khi

đ-ợc đầu t- đến rất gần trung tâm phụ tải, đặc biệt tại các thành phố, khu công nghiệp

Tuy hệ thống truyền tải đã đ-ợc chú trọng đầu t- phát triển nh-ng nhìn chung hệ thống này ch-a đáp ứng đ-ợc yêu cầu đặt ra Nhiều đ-ờng dây ch-a

có độ tin cậy cao, dễ gây ra sự cố gây mất ổn định toàn hệ thống Hệ thống truyền tải ch-a phát triển kịp với tốc độ phát triển các nhà máy và hộ tiêu thụ

điện Trong một số tr-ờng hợp, chính sự chậm trễ trong việc xây dựng hệ thống truyền tải đã làm chậm tiến độ đ-a vào vận hành các nhà máy điện mới hoặc không thể huy động các nguồn điện có giá thành rẻ do hạn chế về công suất truyền tải của đ-ờng dây Việc l-ới điện phát triển ch-a đồng bộ với nguồn điện, ch-a đáp ứng đ-ợc nhu cầu tăng tr-ởng phụ tải có nguyên nhân chủ yếu do hạn chế vốn đầu t-, chậm trễ trong các khâu chuẩn bị đầu t-, đền

bù giải phóng mặt bằng, thi công triển khai nên ở nhiều khu vực l-ới điện bị quá tải làm tăng tổn thất điện năng, giảm chất l-ợng điện năng và hay xẩy ra

sự cố mất điện

Hệ thống truyền tải điện của EVN hiện đang đ-ợc giao cho bốn công ty truyền tải quản lý và do Trung tâm điều độ Quốc gia (A0) điều hành Các công ty truyền tải điện 1, 2, 3 , 4 lần l-ợt quản lý l-ới truyền tải ở các miền Bắc, miền Trung và miền Nam còn nhiệm vụ điều độ hệ thống do A0 thực hiện

Theo số liệu tổng hợp đến 2004, l-ới điện truyền tải Việt Nam có 2192

km đ-ờng dây 500 kV; 4266 km đ-ờng dây 220 kV và 8123 km đ-ờng dây

110 kV Việc quản lý vận hành l-ới truyền tải 110, 220 kV tại n-ớc ta hiện nay do 4 công ty truyền tải điện và 7 công ty điện lực quản lý Nhiệm vụ điều hành hệ thống điện đ-ợc giao cho Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia

1.1.2 Chiến l-ợc đầu t- phát triển l-ới điện truyền tải

Trong những năm qua, mặc dù đã có sự đầu t- rất lớn, l-ới điện truyền tải vẫn còn tồn tại nhiều bất cập và ch-a đáp ứng đ-ợc yêu cầu ngày càng cao trong việc vận hành hệ thống điện nhằm đảm bảo cung cấp điện ổn định và tin cậy cho nền kinh tế quốc dân và đời sống xã hội Vì vậy, ch-ơng trình phát triển l-ới điện cần h-ớng tới những mục tiêu sau đây:

- L-ới điện truyền tải phải đảm bảo 2 tiêu chuẩn quan trọng về tính phù

hợp và an toàn hệ thống điện nh- hầu hết các n-ớc trên thế giới Để đảm tính

phù hợp của hệ thống điện, l-ới điện truyền tải cần đáp ứng các tiêu chuẩn sau:

+ Tính phù hợp: là khả năng đáp ứng đ-ợc nhu cầu phụ tải của hệ thống

điện bất cứ khi nào mà không vi phạm giới hạn định mức của các phần tử và giới hạn điện áp cho phép, có tính đến công tác sửa chữa theo kế hoạch và xem xét một cách hợp lý khả năng sự cố các phần tử của hệ thống Một hệ thống điện đ-ợc coi là không đáp ứng tiêu chuẩn về tính phù hợp nếu vì một

lý do nào đó, ví dụ nh- một tổ hợp khi cần sửa chữa định kỳ, bị h- hỏng hay

do sự cố, kỹ s- vận hành hệ thống điện phải thực hiện sa thải phụ tải

+ An toàn hệ thống điện: là khả năng chịu đựng đ-ợc những sự cố bất th-ờng (ví dụ nh- mất các phần tử) của hệ thống điện mà kỹ s- vận hành không mất kiểm soát với l-ợng phụ tải bị sa thải

- L-ới điện truyền tải phải đáp ứng những tiêu chuẩn kỹ thuật tiên tiến của các n-ớc trong khu vực và thế giới

Phát triển mạng l-ới truyền tải 220-500 kV nhằm nâng cao độ tin cậy trong việc cung cấp điện và giảm tổn thất điện năng trong l-ới truyền tải, bảo

đảm huy động thuận lợi các nguồn điện trong 2 chế độ vận hành khác biệt: mùa khô và mùa n-ớc Phát triển l-ới 110 kV, hoàn thiện mạng l-ới điện khu vực nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu tổn thất điện năng,

tạo điều kiện thuận lợi cho việc cải tạo l-ới trung áp sang điện áp 22 kV và

điện khí hoá nông thôn

Sơ đồ l-ới điện phải có độ dự trữ và tính linh hoạt cao, cung cấp điện an toàn, ổn định, bảo đảm chất l-ợng điện năng (điện áp và tần số) cho phát triển kinh tế xã hội của đất n-ớc

Phát triển l-ới điện 500 kV để truyền tải công suất từ các nhà máy điện lớn (nh- Hoà Bình, Quảng Ninh, Sơn La ở miền Bắc, Yaly ở miền Trung và Phú Mỹ, Ô Môn, Điện nguyên tử ở miền Nam) đến các trung tâm tiêu thụ điện lớn trong từng khu vực, đồng thời tạo lập hệ thống liên kết các nhà máy điện này thành một đối t-ợng đ-ợc điều khiển thống nhất Trên cơ sở đó, kết hợp với xu thế hội nhập quốc tế - buôn bán trao đổi điện năng giữa các n-ớc tiểu vùng Mê Kông (GMS) và các n-ớc ASEAN thông qua l-ới điện liên kết; tiến hành nghiên cứu bổ sung cấp điện áp này vào tiêu chuẩn ngành tạo thành hệ thống l-ới điện cao áp 110-220-500 kV Trong giai đoạn 2011-2020 l-ới điện 500kV đ-ợc phát triển chủ yếu nhằm giải phóng công suất của nhà máy thuỷ

điện Sơn La ở Miền Bắc với 4 mạch 500 kV Sơn La-Hoà Bình, Sơn La-Sóc Sơn (mạch kép) và Sơn La-Nho Quan và của nhà máy điện nguyên tử ở miền Nam đến khu vực Phú Mỹ hoặc Đồng Nai-Biên Hoà, trung tâm phụ tải lớn của miền Trung Ngoài ra l-ới điện 500 kV cũng đ-ợc phát triển mạnh, tạo ra các mạch vòng lớn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các trung tâm tiêu thụ điện lớn ở miền Bắc là tam giác kinh tế Hà Nội-Hải Phòng-Quảng Ninh và miền Nam là khu vực thành phố Hồ Chí Minh-Đồng Nai-Bình D-ơng-Vũng Tàu

Để đáp ứng nhu cầu tăng lên của phụ tải, đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục cho sự phát triển kinh tế xã hội của đất n-ớc, cần đẩy mạnh phát triển hệ thống l-ới điện truyền tải 220 kV đồng bộ với phát triển nguồn

điện và l-ới điện 500 kV L-ới điện 110kV cần phát triển với một tỷ lệ t-ơng xứng theo xu thế dần dần trở thành l-ới điện phân phối ở các khu vực

Theo Tổng sơ đồ V, từ nay đến năm 2010, Việt Nam phải đầu t- xây dựng khoảng 1.755 km đ-ờng dây 500 kV; 2.639 km đ-ờng dây 220 kV và khoảng 4.750 km đ-ờng dây 110 kV

1.1.3 Quan điểm đầu t- l-ới điện truyền tải

Việc đầu t- xây dựng một hệ thống điện truyền tải điện đòi hỏi vốn đầu t- rất lớn, do đó trong chiến l-ợc đầu t- về l-ới điện truyền tải đ-ợc đ-a ra trong quy hoạch phát triển l-ới điện (nằm trong Tổng sơ đồ phát triển điện lực) có xem xét đến các khía cạnh sau:

- Đảm bảo khả năng cung cấp điện cho sự phát triển kinh tế-xã hội chung

- Đảm bảo đáp ứng theo dự báo tăng tr-ởng phụ tải

- Xây dựng đồng bộ với các nguồn điện

- Đảm bảo liên kết ổn định hệ thống khu vực

- Đảm bảo chất l-ợng điện năng

- Phù hợp với nguồn vốn đầu t-

Do trên một vùng địa lý nhất định ng-ời ta chỉ xây dựng một hệ thống

điện duy nhất, nên hệ thống truyền tải có tính chất độc quyền tự nhiên Các công ty truyền tải đ-ợc cấp giấy phép và độc quyền đầu t-, vận hành khai thác

hệ thống điện trên một địa bàn nhất định

Việc đầu t- l-ới điện truyền tải sẽ mang lại cho chủ đầu t- các lợi ích sau:

- Trong mô hình quản lý truyền thống (độc quyền liên kết dọc): đảm bảo

bán đ-ợc điện năng, trong đó giá điện trung bình của hệ thống có tính đến các chi phí cho việc đầu t-, vận hành, bảo d-ỡng l-ới điện truyền tải Nhà đầu t- thu về các chi phí này qua khách hàng (đ-ợc tính vào giá thành điện tại cấp

điện áp 110, 220kV do khách hàng sử dụng cuối cùng trả thông qua chủ sở

hữu l-ới phân phối)

Mức giá điện hiện nay tại thanh cái cấp điện áp 110kV đ-ợc quy định nh- sau:

+ Giờ cao điểm 1325 đ

+ Giờ thấp điểm 425 đ

+ Bình th-ờng 785 đ

Hình 1.1 Mô hình quản lý tài chính hiện tại của EVN

- Trong thị tr-ờng điện cạnh tranh: các nhà đầu t-, quản lý hệ thống

truyền tải đ-ợc h-ởng phí truyền tải, bảo đảm thu hồi vốn đầu t- và có lợi nhuận hợp lý Bảng phí truyền tải do Nhà n-ớc duyệt sẽ tác động đến quan

điểm đầu t- vào hệ thống truyền tải Đối với các đ-ờng dây có thời gian sử dụng cực đại Tmax nhỏ, địa hình phức tạp, công suất truyền tải thấp, không

đảm bảo thu hồi vốn, Nhà n-ớc cần có các chính sách hỗ trợ cho chủ đầu t-

Ph-ơng án phát triển l-ới điện truyền tải cả về số l-ợng và công suất

đ-ợc hoạch định trong quy hoạch phát triển tổng hợp của hệ thống điện, có mối t-ơng quan chặt chẽ đến sự phát triển của nguồn điện và tăng tr-ởng của phụ tải

Các đ-ờng dây truyền tải điện là các công trình cơ sở hạ tầng kỹ thuật

có chu kỳ sống lâu dài lấy mục tiêu hiệu quả kinh tế - xã hội vĩ mô là chủ yếu

để quyết định đầu t-, hiệu quả tài chính của chủ đầu t- chỉ đ-ợc xem xét đánh

Giá thành SX Giá thành T.tải Giá thành p.phối

Nhà máy điện tự dùng Truyên tải truyền tải Điện lực Phân phối hàng

Giá điện nội bộ Chi phí SX-TT

EVN

Chi phí quản lý

giá lựa chọn giữa các ph-ơng án Hiệu quả dự án mang lại khá đa dạng, nhiều khi hiệu quả gián tiếp và hiệu quả định tính lại lớn hơn hiệu quả trực tiếp, định l-ợng nên việc phân tích hiệu quả tổng hợp của dự án là rất khó khăn

Yếu tố quyết định đầu t- dự án truyền tải điện là sự tăng tr-ởng của phụ tải cả về không gian và thời gian Để phát triển l-ới điện một cách tối -u cần phải lập và so sánh về khía cạnh kinh tế giữa các ph-ơng án phát triển l-ới

điện đã đ-ợc chấp nhận về mặt kỹ thuật

Hiện nay, quan điểm đầu t- l-ới điện truyền tải đ-ợc xem xét nh- sau:

- Quan điểm về lợi ích kinh tế chung (quan điểm nhà n-ớc): đạt đ-ợc

mục tiêu hiệu quả kinh tế - xã hội, đảm bảo khả năng cung cấp điện cho đời sống dân c-, đáp ứng đ-ợc yêu cầu của các ngành kinh doanh khác Quan

điểm này nhằm đánh giá hiệu quả đầu t- của dự án đối với quốc gia, khu vực Mục đích chính là đảm bảo cung cấp điện năng theo dự báo tăng tr-ởng phụ tải của khu vực, phục vụ cho đời sống xã hội và phát triển kinh tế

- Quan điểm doanh nghiệp (quan điểm chủ đầu t-): hiệu quả về tài

chính, lợi ích từ việc tăng sản l-ợng cung cấp điện đem lại Quan điểm này nhằm đánh giá hiệu quả tài chính của dự án mang lại cho chủ đầu t-

Để so sánh hiệu quả về mặt kinh tế các ph-ơng án phát triển l-ới điện cần áp dụng ph-ơng pháp sử dụng vốn giữa các ph-ơng án, không cần xem xét hiệu quả kinh tế - xã hội tuyệt đối của từng ph-ơng án vì lợi ích khai thác của các ph-ơng án là nh- nhau Việc lựa chọn tiết diện dây dẫn của đ-ờng dây truyền tải theo điều kiện kinh tế cũng dựa trên quan điểm này

1.2 Phân tích các ph-ơng pháp tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế

Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế là nhằm mục đích tối

ưu hoá mối quan hệ “Vốn-Tổn thất”, được xét trong sự phát triển của phụ tải

và l-ới điện có tính đến việc huy động nguồn vốn (lãi suất)

Hiện nay tại Việt Nam đang áp dụng ph-ơng pháp Mật độ dòng điện kinh tế (Liên Xô cũ), ngoài ra cũng sử dụng các ph-ơng pháp khác nh-: Ph-ơng pháp khoảng chia kinh tế (Liên Xô cũ) và Mật độ dòng điện kinh tế (Pháp)

Trong mục này sẽ phân tích nội dung của từng ph-ơng pháp và các tồn tại của nó khi áp dụng vào Việt Nam

1.2.1 Ph-ơng pháp mật độ dòng điện kinh tế (Nga)

Mật độ dòng điện kinh tế (Jkt) đ-ợc định nghĩa là số ampe lớn nhất chạy trong một đơn vị tiết diện kinh tế của dây dẫn

Dây dẫn đ-ợc chọn theo Jkt về lý thuyết sẽ đảm bảo l-ới điện vận hành kinh tế nhất, tức là thoả mãn chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất

1.2.1.1 Chi phí tính toán hàng năm

Chi phí tính toán hàng năm bao gồm các khoản sau:

- Khấu hao hàng năm: bao gồm khấu hao thu hồi vốn đầu t- (atc) và khấu hao đại tu (avh) Tỷ lệ khấu hao đ-ợc áp dụng theo quy định của Nhà n-ớc và đ-ợc xác định trên cơ sở khấu hao theo đ-ờng thẳng

- Tổn thất điện năng YA

- Tiền l-ơng và sửa chữa định kỳ

- Các chi phí phụ khác

Do chi phí tiền l-ơng và sửa chữa định kỳ cũng nh- các chi phí phụ khác trong các ph-ơng án đ-ợc coi nh- bằng nhau, do đó không đ-a các chi phí này vào hàm chi phí tính toán hàng năm để so sánh

1.2.1.2 Hàm chi phí tính toán hàng năm

Z(F) = (avh + atc).K + YA (1.1) Trong đó:

K: vốn đầu t- cho đ-ờng dây, đ-ợc biểu diễn bằng một hàm số tuyến tính bậc nhất với tiết diện F

atc: hệ số khấu hao thu hồi vốn đầu t-

avh: hệ số khấu hao hao mòn và đại tu đ-ờng dây

K = (a+b.F).l (1.2) Với:

a: là vốn đầu xây dựng 1 km đ-ờng dây ch-a tính đến chi phí cho dây dẫn, bao gồm các chi phí cho công tác khảo sát, thi công, cột, móng, sứ, phụ kiện… (đ/km)

b: là hệ số biểu diễn mối quan hệ giữa vốn đầu t- xây dựng 1 km

đ-ờng dây với tiết diện dây dẫn F (đ/mm2/km)

l: chiều dài đ-ờng dây (km)

YA là tổn thất điện năng trên đ-ờng dây

YA = CA.A = CA.3I2

max..(l/F)  (1.3) Với:

CA: giá tổn thất điện năng (đ/kWh)

Imax: dòng điện làm việc bình th-ờng lớn nhất của đ-ờng dây (A)

: điện trở suất của dây dẫn (.mm2/km)

: thời gian tổn thất công suất lớn nhất, đ-ợc tính theo thời gian công suất cực đại (giờ):

 = (0,124 + Tmax.10-4).8760 (Nga) (1.4) hoặc  = 0,3Tmax + 0,7T2

max/8760 (Mỹ) (1.5)

Nh- vậy, hàm chi phí tính toán hàng năm là:

Z(F) = (avh + atc)(a + bF)l + CA.3I2

max(l/F) = Z1 + Z2 (1.6) Hàm Z1 = (avh + atc).(a + bF).l: là hàm biến bậc nhất đối với tiết diện F, biểu diễn giữa mối quan hệ giữa tiết diện F và vốn đầu t-

Hàm Z2 = CA.3.I2

max..(l/F). là hàm hypebol nghịch biến, biểu diễn mối quan hệ giữa F và phí tổn điện năng

1.2.1.3 Xác định cực tiểu hàm chi phí tính toán theo tiết diện F

Đạo hàm hàm chi phí theo tiết diện F:

0 3 ).

tc vh



.

3

) (

.

max

A

tc vh kt

C

a a b I

) (

max

A

tc vh kt

kt

C

a a b F

I

(1.9)

Hiện nay tại Việt Nam vẫn đang sử dụng bảng giá trị Jkt của Liên Xô

cũ, trong đó giá trị Jkt phụ thuộc vào loại dây dẫn (b, ) và thời gian tổn thất công suất lớn nhất  (Tmax) trong tính toán lựa chọn tiết diện kinh tế đ-ờng dây tải điện

Hình 1.2 Đ-ờng cong biểu diễn mối quan hệ Z = f(F)

Bảng 1.1 Giá trị Jkt của Nga Loại dây

J

I

F  m ax (1.10)

- Lựa chọn tiết diện F thực tế gần nhất với tiết diện Fkt

1.2.1.6 Phân tích ph-ơng pháp mật độ dòng điện kinh tế (Nga)

Công thức tính toán 1.10 cho thấy giá trị mật độ dòng điện kinh tế phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố tùy thuộc vào từng n-ớc, từng khu vực, trong đó cần xem xét đến sự phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Đặc tr-ng của phụ tải  (Tmax);

- Chính sách Nhà n-ớc về đầu t- và cơ cấu nguồn vốn (avh + atc); về giá

điện (CA);

- Sự thay đổi của giá thành thiết bị, vật t-, vật liệu, nhân công (b)

- Tốc độ tăng tr-ởng của nền kinh tế liên quan đến tăng tr-ởng phụ tải

điện Imax

- Sự thay đổi điện trở của dây dẫn theo nhiệt độ, xác định theo nhiệt độ trung bình năm

Do đó mỗi quốc gia khi xây dựng bảng giá trị Jkt cần phải căn cứ vào tình hình của n-ớc mình cũng nh- phải điều chỉnh cho phù hợp với sự thay đổi trong thực tế

1.2.1.7 Các tồn tại của ph-ơng pháp

- Giá trị mật độ dòng điện kinh tế phụ thuộc khá nhiều vào các chính sách của Nhà n-ớc (hệ số avh, atc) nên ch-a phản ảnh thật khách quan giá trị của nó

- Khi xác định giá trị cực tiểu của hàm chi phí tính toán đã mặc nhiên coi sự thay đổi của tiết diện F là liên tục nên dẫn đến sai lệch trong lựa chọn theo công thức (1.10) vì trong thực tế, các loại dây dẫn đ-ợc sản xuất theo các cấp tiết diện tiêu chuẩn

- Với việc coi vốn đầu t- K = (a +b.F).l trong đó chi phí phản ánh qua

hệ số a (bao gồm chi phí cho cột, móng…) coi nh- không phụ thuộc vào tiết diện F là không chính xác vì khi thay đổi tiết diện thì chi phí liên quan đến cột, phụ kiện cũng thay đổi Nếu việc lựa chọn tiết diện dây dẫn mà dẫn đến

sự thay đổi về loại cột thì sẽ dẫn đến sai số do vốn đầu t- đã thay đổi

- Dòng điện Imax trong tính toán không thay đổi sẽ dẫn đến sai số về giá trị tổn thất điện năng khi có sự tăng tr-ởng của phụ tải, ch-a phân tích các ảnh h-ởng của việc đầu t- mới các đ-ờng dây trong t-ơng lai

- Ch-a xem xét đến chi phí cho tổn thất công suất trên đ-ờng dây, chi phí này đ-ợc coi nh- chi phí đầu t- thêm tr-ớc hạn vào nguồn điện một l-ợng công suất bằng số kW tổn thất tăng lên

- Việc phân bổ vốn đầu t- d-ới dạng khấu hao bằng nhau hàng năm trong hàm chi phí tính toán là ch-a xét đến tỷ lệ lãi suất chiết khấu cũng nh- lạm phát Ngoài ra ph-ơng pháp này mới chỉ xét trong thời gian khấu hao của

dự án (khoảng 12 năm) trong khi đó thời gian vận hành của dự án dài hơn rất nhiều (20 - 30 năm hoặc hơn nữa)

1.2.2 Ph-ơng pháp khoảng chia kinh tế (Nga)

Trong ph-ơng pháp này, hàm chi phí tính toán đ-ợc xác định với các tiết diện dây tiêu chuẩn cụ thể, còn biến số lại là giá trị dòng điện cực đại Nguyên tắc của ph-ơng pháp là xác định các giá trị dòng điện cực đại mà tại

đó hàm chi phí tính toán của hai tiết diện bằng nhau để từ đó xác định tiết diện tối -u theo dòng điện tính toán

1.2.2.1 Hàm chi phí tính toán hàng năm

Theo công thức (1.6), hàm chi phí tính toán hàng năm là:

Z(F) = (avh + atc)K + CA.3I2

max.R. = Z1 + Z2 (1.11) Hàm Z1: là vốn đầu t- đã đ-ợc xác định theo từng cỡ dây tiêu chuẩn Hàm Z2: là một hypebol, thể hiện mối quan hệ giữa phí tổn điện năng

YA với bình ph-ơng của dòng điện I2

Qua việc xây dựng các đ-ờng cong theo hình 1.2, đối với các dòng điện cực đại ta sẽ chọn đ-ợc hàm chi phí tính toán nhỏ nhất ứng với tiết diện Fi nào

đó Giả thiết nếu dòng điện Imax < Imax1 nh- hình 1.3 thì tiết diện F1 sẽ đ-ợc chọn (giá trị dòng điện từ 0 đến Imax1 đ-ợc gọi là khoảng chia kinh tế của tiết diện F1), nếu Imax1 < Imax < Imax2 thì tiết diện F2 sẽ đ-ợc chọn, nếu Imax > Imax2 thì tiết diện F3 sẽ đ-ợc chọn

Nh- vậy để lựa chọn đ-ợc tiết diện dây dẫn, cần phải xác định đ-ợc các giao điểm giữa các đ-ờng cong Z (Imax1, Imax2, Imax3 …), ứng với giá trị dòng

điện Imax tính toán thực thuộc vào khoảng nào thì sẽ chọn tiết diện ứng với khoảng đó Việc xác định các giao điểm đ-ợc thực hiện nh- sau:

Gọi Ii,i+1 là giao điểm của đ-ờng cong Z(Fi) và Z(Fi+1), trong đó Fi < Fi+1

(avh + atc).Ki + CA.3.I2

i,i+1.Ri. = (avh + atc).Ki+1 + CA.3.I2

i,i+1.R.i+1. (1.12) suy ra:

) (

3

) )(

(

1

1 1

i i tc vh i

R R C

K K a a I

Trong đó:

Ki, Ki+1: chi phí đầu t- cho một đơn vị chiều dài đ-ờng dây có tiết diện

Fi, Fi+1

Ri, Ri+1: là điện trở một đơn vị chiều dài đ-ờng dây có tiết diện Fi, Fi+1

Khi sử dụng phạm vi kinh tế của dòng điện, cần phải hiểu rõ khái niệm

về dòng điện lớn nhất trên đ-ờng dây Tiết diện dây dẫn cần đ-ợc lựa chọn theo dòng điện phụ tải tính toán của đ-ờng dây Itt và đ-ợc xác định theo biểu thức sau:

Itt = Imax.i.T (1.14) Trong đó:

Imax: là dòng điện trên đ-ờng dây vào năm thứ 5 vận hành trong chế độ bình th-ờng khi phụ tải hệ thống là cực đại

i: là hệ số xét đến sự biến đổi của phụ tải trong năm

T: là hệ số xét đến thời gian sử dụng công suất lớn nhất và xét đến hệ

số đồng thời với cực đại của hệ thống

1.2.2.3 Phân tích ph-ơng pháp khoảng chia kinh tế

Ph-ơng pháp phạm vi kinh tế trong lựa chọn tiết diện dây dẫn đã khắc phục đ-ợc một số tồn tại của ph-ơng pháp mật độ dòng điện kinh tế (Nga) là:

- Việc so sánh hàm chi phí tính toán đ-ợc thực hiện với các cấp tiết diện thực, do đó sẽ chính xác hơn khi tính toán với tiết diện thay đổi liên tục (nh-ng phải xác định đ-ợc suất đầu t- của đ-ờng dây truyền tải theo tiết diện dây dẫn) Tuy nhiên việc xác định suất đầu t- là khá khó khăn vì chi phí đầu t- giữa các đ-ờng dây là rất khác nhau

- Có xét đến sự tăng tr-ởng của phụ tải

Tuy nhiên trong ph-ơng pháp này vẫn ch-a xét đến tổn thất công suất, ngoài ra vẫn dựa trên các hệ số khấu hao (avh, atc) của Nhà n-ớc

1.2.3 Ph-ơng pháp mật độ dòng điện kinh tế (Pháp)

Nguyên tắc của ph-ơng pháp này là xây dựng hàm tổng vốn đầu t- và tổn thất (điện năng, công suất) và so sánh trong cả dòng đời của dự án chứ không tính toán theo chi phí hàng năm Việc so sánh tìm giá trị cực tiểu giữa tổng vốn đầu t- và tổn thất đ-ợc thực hiện trong suốt thời gian vận hành của

dự án

1.2.3.1 Chi phí cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng

Tổn thất công suất, điện năng trong l-ới điện gây ra 2 loại chi phí:

- Chi phí đầu t- tr-ớc hạn cho l-ợng công suất thêm của nguồn điện để

bù vào tổn thất công suất trong giờ cao điểm

- Chi phí cho tổn thất điện năng

Với giả thiết là chế độ max của đ-ờng dây trùng với chế độ max của hệ thống, chi phí cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng là:

Y = CP.Pmax + CA.A = CP.Pmax + CA.Pmax. (1.15)

Y = Pmax.(CP + CA ) (1.16)

Trong đó:

Pmax: công suất tổn thất cực đại (kW)

CP: giá thành tổn thất công suất (đ/kW)

CA: giá thành tổn thất điện năng (đ/kWh)

: thời gian tổn thất công suất cực đại (giờ)

Đặt  = (CP + CA ): gọi là hệ số chi phí tổn thất công suất và điện năng, chi phí cho tổn thất là:

Y = Pmax. (1.17) Nh- vậy, hàng năm đều có một chi phí là Yi cho đến cuối thời kỳ của

dự án, nh- vậy tổng chi phí trong cả dòng đời của dự án này cần quy đổi về giá trị hiện tại, trong đó xét đến suất tăng tr-ởng công suất và lãi suất chiết khấu:

H F

l I r

i P

) ) 1 (

) 1 (

1

t n

t

t

r i

1.2.3 2 Chi phí cho vốn đầu t- xây dựng

Đối với đ-ờng dây đã lựa chọn đ-ợc cấp điện áp, vốn đầu t- cho xây dựng đ-ờng dây là:

V = K + K’.l + K’’.l.F (1.19) Trong đó:

V: vốn đầu t- đ-ờng dây (đ)

K: là hệ số không phụ thuộc

K’: là hệ số phụ thuộc vào độ dài đường dây l

K’’: là hệ số phụ thuộc tiết diện F và độ dài đường dây l

F: tiết diện dây dẫn (mm2)

1.2.3.3 Hàm tổng vốn đầu t- và tổn thất công suất

Theo công thức 1.18 và 1.19, hàm tổng vốn đầu t- và tổn thất công suất

đ-ợc xác định nh- sau:

VT = K + K’.l + K’’.l.F + 3..I2

max.(l/F).H (1.20) Theo quy tắc Kelvin “khi dây dẫn có tiết diện tối ưu, phần giá cả phụ thuộc tiết diện dây dẫn bằng chi phí hiện thời hóa do tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong đời sống của đường dây”

Theo điều kiện tối -u Kelvin, lấy đạo hàm VT theo F ta đ-ợc:

2

2 max

3 '.

'

F

H l I l K F



(1.21) Tiết diện kinh tế:

''

3

max

K

H I

''



Ta thấy Jkt chỉ phụ thuộc K’’, , H Trong đó H lại phụ thuộc vào Tmax

Do đó các biểu thức Fkt, Jkt đ-ợc biểu thị qua Tmax, P khi U, , tg là hằng số nh- sau:

B T A P

.

Bảng 1.2 Giá trị Fkt, Jkt của Pháp dùng cho l-ới điện trung, hạ áp

L-ới TA thành

phố Cáp AL

L-ới TA nông thôn AMELEC

L-ới HA thành phố Cáp AL

L-ới HA nông thôn cáp vặn soắn AL

F kt mm 2

889

74 Tm ax2 

P P 165 Tm ax2  413 0 , 54 2 1 , 48

m ax 

T P

1

36 , 0

m ax 

T P

J kt

A/ mm 2 74 889

08 , 32

2 max 

08 , 32

2 max 

69 , 1

2 max 

69 , 1

2 max 

T

1.2.3.5 Phân tích ph-ơng pháp mật độ dòng điện kinh tế (Pháp)

Ph-ơng pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn nêu tại mục này đã khắc phục

đ-ợc một số tồn tại của ph-ơng pháp mật độ dòng điện kinh tế (Nga) là:

- Có xem xét đến chi phí cho tổn thất công suất

- Việc xét hàm tổng vốn-tổn thất cho cả dòng đời dự án phản ánh chính xác hiệu quả thực tế mà các ph-ơng án mang lại để có sự lựa chọn tối -u về kinh tế

- Khắc phục đ-ợc sự phụ thuộc vào chính sách của Nhà n-ớc do các hệ

số khấu hao Phản ánh khách quan giá trị Jkt theo mối quan hệ vốn-tổn thất

Tuy nhiên ph-ơng pháp này vẫn có một số tồn tại nh- đã phân tích ở trên, đó là: coi tiết thay đổi liên tục; hệ số K’’ chỉ phụ thuộc tiết diện kim loại (khối l-ợng kim loại làm dây dẫn); việc xác định các hệ số trong công thức (1.25) tính Jkt là khá khó khăn

Qua việc phân tích ba ph-ơng pháp lựa chọn dây dẫn theo điều kiện kinh tế nêu trên, ta thấy có hai vấn đề cần đề cập đến:

- Việc tính toán theo các tiết diện thực tế sẽ chính xác hơn Tuy nhiên hàm vốn đầu t- sẽ biến thiên rời rạc, tăng lên khi tiết diện tăng lên

- Xem xét tổn thất công suất trong chi phí tổn thất sẽ phản ánh chính xác giá trị tổn thất trên đ-ờng dây

Các vấn đề trên sẽ đ-ợc đề cập sâu hơn khi đ-a ra giải pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế nêu tại ch-ơng II

Ch-ơng II Giải pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện

kinh tế cho đ-ờng dây truyền tải 110, 220kV

2.1 Nguyên tắc chung

Các yêu cầu về xây dựng đ-ờng dây truyền tải đã đ-ợc đề cập đến trong ch-ơng I, trong đó các lợi ích về kinh tế-xã hội do đ-ờng dây mang lại đ-ợc coi là nh- nhau, nh- vậy việc xác định tiết diện theo điều kiện kinh tế là việc xác định giá trị nhỏ nhất của tổng vốn đầu t- đ-ờng dây, các chi phí vận hành

và các tổn thất trong cả thời gian vận hành của đ-ờng dây Tiết diện kinh tế phải đ-ợc kiểm tra theo các hạn chế về kỹ thuật nh- phát nóng, tổn thất điện

áp, vầng quang điện, độ bền cơ Trong phần d-ới đây sẽ đề cập đến cách tiếp cận và nội dung của giải pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế cho đ-ờng dây truyền tải điện 110, 220kV

2.1.1 Phân tích cách tiếp cận

Cách tiếp cận của giải pháp này dựa theo ph-ơng pháp khoảng chia kinh tế của Nga và ph-ơng pháp mật độ dòng điện kinh tế của Pháp Cụ thể trong ph-ơng pháp này xét đến các vấn đề sau:

1 So sánh ph-ơng án đầu t- cho từng cấp tiết diện cụ thể đối với đ-ờng dây có điện áp 110kV, 220kV

2 Việc so sánh suất vốn đầu t- cho 1 km đ-ờng dây truyền tải của các ph-ơng án có các tiết diện khác nhau đ-ợc tính toán dựa trên ph-ơng pháp thống kê, trong đó sự khác nhau về vốn đầu t- đ-ờng dây truyền tải trong tính toán chỉ xem xét hai thành phần chi phí chính sau:

- Chi phí cho khối l-ợng kim loại làm dây dẫn khi tiết diện khác nhau

- Chi phí đầu t- cho móng, cột do tiết diện dây dẫn thay đổi (có xét cho từng vùng áp lực gió)

Các chi phí cho sứ, dây chống sét, phụ kiện… coi nh- không khác nhau giữa các ph-ơng án

3 Xem xét đến chi phí cho cả tổn thất điện năng và tổn thất công suất

4 Việc so sánh các ph-ơng án tính trong cả dòng đời dự án (không sử dụng các hệ số khấu hao do quy định chủ quan của Nhà n-ớc ấn định), việc so sánh này thông qua việc tính toán chi phí tổn thất của cả đời vận hành đ-ờng dây và đ-ợc quy về thời điểm hiện tại theo hệ số lãi suất chiết khấu để so sánh (do thời gian xây dựng ngắn nên coi thời điểm bỏ vốn đầu t- trùng với thời điểm xây dựng xong đ-ờng dây và đ-a vào vận hành)

5 Xét đến tăng tr-ởng công suất truyền tải, nghĩa là có sự thay đổi về chi phí cho tổn thất

6 Không xét đến các chi phí vận hành, bảo d-ỡng đ-ờng dây

2.1.2 Nội dung giải pháp

Giải pháp lựa chọn tiết diện kinh tế đ-ợc thực hiện theo trình tự sau:

1 Xác định dải tiết diện dây dẫn áp dụng cho cấp điện áp 110 và 220kV Dải tiết diện dẫy dẫn thực sử dụng cho đ-ờng dây truyền tải điện đ-ợc tính toán dựa trên các hạn chế về kỹ thuật, mối t-ơng quan giữa công suất và chiều dài truyền tải với điện áp sử dụng, quy hoạch phát triển trong t-ơng lai

có tính đến tính phù hợp và an toàn hệ thống

2 Tính toán tổng chi phí tổn thất trên 1 km đ-ờng dây trong cả dòng

đời dự án quy về hiện tại:

Trong chi phí tổn thất cần xem xét đến:

- Tăng tr-ởng công suất truyền tải

- Quan hệ giữa thời gian tổn thất công suất lớn nhất  và thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax

- Đặc tr-ng của đ-ờng dây truyền tải điện và ảnh h-ởng của nó đến các thông số khác

Sau khi tính toán đ-ợc tổng tổn thất, tiến hành xây dựng các bảng tính hoặc các đ-ờng đặc tuyến giá trị tổn thất của đ-ờng dây truyền tải có các cấp tiết diện khác nhau

3 Tính toán chi phí đầu t- trung bình của dây dẫn, móng, cột cho 1 km

đ-ờng dây truyền tải điện 110kV, 220kV có các cấp tiết diện khác nhau, có xét đến các vùng gió khác nhau

4 Lựa chọn tiết diện dây dẫn bảo đảm chi phí tính toán nhỏ nhất giữa tổn thất và vốn đầu t- cho dây dẫn, móng, cột của đ-ờng dây truyền tải

2.2 Xác định dải tiết diện lựa chọn cho cấp điện áp

110 và 220kV

2.2.1 Theo điều kiện tổn thất vầng quang

Để đảm bảo tổn thất vầng quang, tiết diện tối thiểu của đ-ờng dây truyền tải 110kV và 220kV đ-ợc quy định d-ới đây:

- Điện áp 110kV, tiết diện tối thiểu 70mm2

- Điện áp 220kV, tiết diện tối thiểu 240mm2

2.2.2 Theo mối quan hệ giữa điện áp, công suất và chiều dài truyền tải

Theo tiêu chuẩn lựa chọn điện áp tối -u theo công suất và chiều dài truyền tải, tại các n-ớc ng-ời ta th-ờng xây dựng các bảng tra, các đ-ờng cong biểu diễn hoặc các công thức kinh nghiệm D-ới đây đề cập hai công thức kinh nghiệm của Nga và Mỹ:

- Nga:

P L

U

2500 500

Công thức này áp dụng cho tr-ờng hợp chiều dài đ-ờng dây không v-ợt quá 250 km và công suất truyền tải không lớn hơn 60MW

Trong đó:

L: chiều dài đ-ờng dây truyền tải (km)

P: công suất truyền tải (MW)

U: điện áp lựa chọn (kV)

Từ các công thức kinh nghiệm, ta xây dựng đ-ờng đặc tuyến tối -u giữa

điện áp và công suất, chiều dài truyền tải

Dac tinh quan he P va L

Hình 2.1 Quan hệ giữa công suất truyền tải và chiều dài truyền tải

Nhận xét: đối với chiều dài truyền tải lớn (>100km) đ-ờng đặc tuyến công suất dần tiệm cận về giá trị công suất tự nhiên

- Theo đ-ờng cong của Nga và Mỹ, với dải công suất truyền tải từ 10MW – 90MW, thì sử dụng cấp điện áp 110kV Khi đó dòng điện tải

 cos

- Với công suất truyền tải lên đến 100MW đến 250MW thì sử dụng cấp

điện áp 220kV Khi đó dòng điện tải khoảng

 cos

3 U

P

I  nằm trong khoảng

từ 328A đến 830A (với cos = 0,8), nh- vậy khi sử dụng dây nhôm lõi thép

AC cho đ-ờng dây 220kV thì tiết diện sẽ không quá 500 mm2

Theo kinh nghiệm thiết kế, ng-ời ta đ-a ra bảng có liệt kê các cỡ dây

đ-ợc sử dụng nhiều và chiều dài trung bình thực tế của các đ-ờng dây trên không nh- sau:

Bảng 2.1 Khả năng tải và khoảng cách truyền tải

suất tự nhiên

ứng với mật

độ dòng 1,1A/mm2

Khoảng cách tới hạn khi hiệu suất bằng 0,9

Trị số trung bình giữa 2 TBA gần nhau

2.2.3 Dải tiết diện lựa chọn tính toán

Cấp điện áp 110kV: 70-240mm2 (Với các dây dẫn thông dụng đ-ợc sản xuất tại Việt Nam hiện nay, dải tiết diện này gồm các cấp sau: 70; 95; 120;

150; 185; 240)

Cấp điện áp 220kV: 240-500mm2 (Với các dây dẫn thông dụng đ-ợc sản xuất tại Việt Nam hiện nay, dải tiết diện này gồm các cấp sau: 240; 300;

400; 500)

Tuy nhiên theo quy hoạch phát triển điện lực, với xu thế xây dựng các

đ-ờng dây truyền tải điện tính đến phát triển phụ tải cho nhiều năm cũng nh- tạo các mạch vòng liên thông và đáp ứng đ-ợc yêu cầu về tính phù hợp và an toàn hệ thống, dải tiết diện đ-ợc lựa chọn tính toán kinh tế cho đ-ờng dây truyền tải là:

CP = 3I2

max(1/Fi)cP.10-3 (2.3)Trong đó:

CP: chi phí tổn thất công suất trên 1 km của đ-ờng dây (đ/km)

cP: giá tổn thất một đơn vị công suất (đ/kW)

Imax: giá trị dòng điện tải trên đ-ờng dây cực đại tính toán của năm đầu tiên (A)

: điện trở suất dây dẫn (mm2/km)

Fi: tiết diện dây dẫn (mm2)

2.3.2 Tổn thất điện năng

Chi phí tổn thất điện năng là chi phí nhiên liệu thêm vào để sản xuất

điện bù vào sản l-ợng điện năng bị tổn thất trên đ-ờng dây Chi phí tổn thất

điện năng trong năm đầu tiên đ-ợc xác định theo công thức nh- sau:

CA,1 = 3I2

max(1/Fi).cA..10-3

(2.4) Trong đó:

CA,1: chi phí tổn thất điện năng trên 1 km đ-ờng dây năm đầu tiên vận hành (đ/km)

cA: giá tổn thất một đơn vị điện năng (đ/kWh)

Imax: giá trị dòng điện tải trên đ-ờng dây cực đại tính toán của năm đầu tiên (A)

: thời gian tổn thất công suất lớn nhất (giờ)

: điện trở suất dây dẫn (mm2/km)

Fi: tiết diện dây dẫn (mm2)

2.3.2.1 Tổn thất điện năng xét đến sự tăng tr-ởng của công suất truyền tải trong các năm tiếp theo

Trong phần tính toán này, chỉ xem xét đến sự tăng tr-ởng phụ tải trong thời gian 5 năm, do trong những năm tiếp theo th-ờng có các đ-ờng dây khác

đ-a vào vận hành gây ra sự san tải hoặc phân bố lại phụ tải giữa các đ-ờng dây Với suất tăng tr-ởng công suất (r%) xét trong 5 năm, chi phí tổn thất điện năng đ-ợc tính nh- sau:

1 5

1 1 , 5 , A ( 1 ) t

C    (2.5) Trong đó:

CA,1: chi phí tổn thất điện năng trên đ-ờng dây trong năm đầu (đ/km)

CA,5: chi phí tổn thất điện năng trên đ-ờng dây trong 5 năm xét đến tăng tr-ởng phụ tải (đ/km)

r: suất tăng tr-ởng công suất (%)

2.3.2.2 Tổng chi phí tổn thất điện năng trong suốt thời gian hoạt

động n năm của đ-ờng dây đ-ợc quy đổi về năm đầu, xét đến hệ số lãi suất chiết khấu i%

) ) 1 ( 1 (

6 2

2 5

1 1

1 ,

t

n t

t t

t A

Đặt        



 5

1

2 10

1 1

) 1 ( ) 1 ( ) ) 1 (

) 1 ((

t

n t

t t

t

i r

2.3.3 Đặc tr-ng của đ-ờng dây truyền tải và các vấn đề liên quan

đến suất tăng tr-ởng công suất truyền tải và thời gian tổn thất công suất cực đại trong tính toán tổn thất điện năng

2.3.3.1 Đ-ờng dây cung cấp điện cho phụ tải là các trạm biến áp trung gian cung cấp cho l-ới phân phối

1 Suất tăng tr-ởng công suất truyền tải

Trong tr-ờng hợp phụ tải là các trạm biến áp trung gian cung cấp cho l-ới phân phối thì cần xét đến tăng tr-ởng công suất truyền tải r% trong 5 năm

nh- đã phân tích ở trên

2 Thời gian tổn thất công suất cực đại

Trong tr-ờng hợp này phụ tải trên đ-ờng dây có đồ thị trùng với đồ thị phụ tải, do đó  đ-ợc đánh giá thống kê nh- một hàm số của thời gian sử dụng công suất lớn nhất và đ-ợc xây dựng thành công thức kinh nghiệm hoặc đồ thị lập từ số liệu thống kê về quy luật hoạt động của phụ tải Hiện nay có 2 công thức kinh nghiệm hiện đang đ-ợc áp dụng rộng rãi là công thức (1.4) và (1.5) Giá trị  theo Tmax đ-ợc cho trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Bảng giá trị (Tmax)

1 Suất tăng tr-ởng công suất truyền tải

Việc thiết kế đ-ờng dây này căn cứ theo công suất của nhà máy, do nhà máy thiết kế có công suất cố định, vì vậy trong tr-ờng hợp này không xét

đến tăng tr-ởng công suất truyền tải, suất tăng tr-ởng công suất r = 0

2 Thời gian tổn thất công suất cực đại

Đối với các đ-ờng dây này, việc xác định thời gian tổn thất công suất lớn nhất phải phụ thuộc vào chế độ làm việc của nhà máy điện Trong thiết kế nhà máy điện cũng nh- tính toán tối -u hệ thống, số liệu thu đ-ợc là thời gian

sử dụng công suất cực đại và dạng biểu đồ phát của nhà máy

Theo đặc tr-ng phát điện trong tính toán tối -u, có thể phân thành 3 dạng biểu đồ công suất phát của các nhà máy nh- sau:

- Biểu đồ của nhà máy cùng dạng với biểu đồ phụ tải: áp dụng cho các nhà máy thủy điện Tr-ờng hợp này cũng sử dụng các công thức kinh nghiệm

và giá trị tính toán nh- bảng 2.2, tùy vào Tmax mỗi nhà máy điện

- Biểu đồ công suất phát bằng phẳng: cho các nhà máy có chế độ phát

đáy nh- các nhà máy nhiệt điện than, tuabin khí, hạt nhân Trong tr-ờng hợp

này thì thời gian tổn thất công suất lớn nhất chính bằng thời gian sử dụng công suất cực đại:  = Tmax

- Biểu đồ công suất phát phủ đỉnh: các nhà máy điện này chỉ tham gia phát công suất vào giờ cao điểm và th-ờng là các nhà máy có giá thành sản xuất điện năng cao, chỉ đ-ợc huy động vào cao điểm nh- nhiệt điện dầu, tuabin khí chạy dầu Một dạng nhà máy khác cũng phát phủ đỉnh vào hệ thống

là các nhà máy điện độc lập, chủ yếu phát điện cho sử dụng trong nội bộ (nhà máy chế tạo, khu công nghiệp…), việc phát điện lên hệ thống chỉ trong những giờ cao điểm Đối với các nhà máy này thì việc lựa chọn tiết diện dây dẫn chỉ tính toán theo yêu cầu về kỹ thuật, không xác định theo tính kinh tế-kỹ thuật,

do đó không đề cập đến trong phạm vi đề tài này

2.3.3.3 Các đ-ờng dây cung cấp cho các phụ tải trực tiếp, ổn định

Các đ-ờng dây cung cấp điện cho các phụ tải ổn định nh- nhà máy công nghiệp, khu công nghiệp… không xét đến tăng tr-ởng công suất truyền tải, suất tăng tr-ởng công suất r = 0 Việc xác định thời gian tổn thất công suất lớn nhất phụ thuộc vào chế độ làm việc của phụ tải và đ-ợc tính theo bảng 2.2

2.3.3.4 Các đ-ờng dây liên kết đ-ợc đóng cắt theo ngày đêm

Các đ-ờng dây liên kết đ-ợc đóng cắt theo ngày đêm để giảm tổn thất

điện năng, tăng độ tin cậy cung cấp điện Đối với các đ-ờng dây này thì việc lựa chọn tiết diện dây dẫn chỉ tính toán theo yêu cầu về kỹ thuật, không đề cập

đến trong phạm vi đề tài này

2.4 Xác định giá trị các thông số dùng trong tính toán tổn thất công suất và điện năng

Theo công thức (2.3); (2.4) và (2.8), tổng chi phí tổn thất là:

C = 3I2

max(1/Fi)cP.10-3 + 3I2

max(1/Fi).cA..10-3. (2.10)

Sau đây sẽ xác định các thông số dùng cho tính toán tổn thất nh-: giá tổn thất điện năng, giá tổn thất công suất, ảnh h-ởng của nhiệt độ đến điện trở dây dẫn, hệ số tổn thất

2.4.1 Xác định giá tổn thất điện năng đơn vị c A , giá tổn thất công suất đơn vị c P

Giá tổn thất điện năng chính là chi phí nhiên liệu cho sản xuất thêm một l-ợng điện năng bị tổn thất, đ-ợc coi là chi phí biên cho sản xuất điện năng Chi phí biên điện năng đ-ợc định nghĩa là chi phí biến đổi liên quan đến việc đáp ứng nhu cầu điện năng tăng thêm

Giá tổn thất công suất đơn vị đ-ợc coi là chi phí biên công suất, là chi phí cố định tăng thêm để đáp ứng nhu cầu về gia tăng công suất

Một số nguyên tắc trong việc định giá theo chi phí biên đ-ợc đ-a ra nh- sau:

- Nguyên tắc 1: Thỏa mãn nhu cầu Nguyên tắc này yêu cầu tại mọi

thời điểm, nhu cầu của ng-ời tiêu thụ phải đ-ợc đáp ứng, kể cả nhu cầu có tính chất ngẫu nhiên

- Nguyên tắc 2: Cực tiểu hóa chi phí sản xuất, truyền tải, phân phối

Đây chính là bài toán tối -u quản lý một hệ thống điện để tiết kiệm chi phí và

đảm bảo các ràng buộc (kỹ thuật; kinh tế-tài chính; môi tr-ờng…)

- Nguyên tắc 3: Bình đẳng về đối xử Trong thực tế, khách hàng th-ờng

có thời gian tiêu thụ điện năng không giống nhau, do đó chi phí mà họ gây ra cho hệ thống cũng khác nhau Nguyên tắc này đòi hỏi giá bán kWh điện năng theo một giá duy nhất, nh-ng nếu một giá tại mọi thời điểm thì lại gây ra bất bình đẳng Trong tr-ờng hợp nh- vậy, các nhà định giá phải tính toán đ-ợc các tình huống khác nhau để có thể đ-a ra đ-ợc một biểu giá thể hiện sự bình

đẳng

- Nguyên tắc 4: Tính chất ổn định của cấu trúc biểu giá Biểu giá ổn

định sẽ giúp cho khách hàng lựa chọn đ-ợc thiết bị điện hợp lý, giảm đ-ợc tổng chi phí đầu t- và vận hành

Hiện nay có hai cách tiếp cận đ-ợc sử dụng rộng rãi trên thế giới để tính toán chi phí biên dài hạn, đó là ph-ơng pháp phát triển mở rộng hệ thống

và ph-ơng pháp gia tăng phụ tải

2.4.1.1 Ph-ơng pháp phát triển mở rộng hệ thống

Hình 2.2 d-ới đây biểu diễn cân bằng phụ tải khi mở rộng phát triển hệ

thống Theo ph-ơng pháp này, chi phí biên dài hạn đ-ợc xác định trên cơ sở chi phí tăng thêm để đáp ứng nhu cầu phụ tải dự báo tăng lên hàng năm Phụ tải và chi phí tăng thêm có thể đ-ợc tính toán bằng chênh lệch so với năm cơ

sở hoặc so với năm tr-ớc đó Theo hình 2.2, công suất hiện có dần dần giảm đi theo thời gian và cần có một tập hợp công suất mới để đáp ứng phụ tải dự báo ngày càng tăng của hệ thống Tr-ờng hợp này thể hiện sự tăng công suất dự tính để đáp ứng phụ tải dự báo

Hình 2.2 Phụ tải dự kiến - Mở rộng hệ thống điện dự kiến

Chi phÝ biªn dµi h¹n b»ng chªnh lÖch cña tæng chi phÝ b×nh qu©n hiÖn t¹i ho¸ chia cho phÇn chªnh lÖch cña nhu cÇu t¨ng thªm b×nh qu©n

C«ng thøc tÝnh to¸n chi phÝ biªn dµi h¹n theo c¸ch tiÕp cËn nµy nh- sau:

n t

t t

i E i

C LRMC

Et = Et - E0 : chªnh lÖch ®iÖn n¨ng n¨m t so víi n¨m c¬ së , hoÆc:

Et = Et – Et-1 : chªnh lÖch ®iÖn n¨ng n¨m t so víi n¨m t-1

i : hÖ sè chiÕt khÊu (%)

n : thêi ®o¹n tÝnh to¸n (n¨m)

2.4.1.1.1 Chi phÝ biªn dµi h¹n c«ng suÊt

Chi phÝ biªn dµi h¹n vÒ c«ng suÊt: Lµ gi¸ trÞ hiÖn t¹i ho¸ cña nh÷ng chi phÝ vÒ c«ng suÊt chia cho gi¸ trÞ hiÖn t¹i ho¸ cña phô t¶i t¨ng thªm hµng n¨m

n t m j

t jt jt

P

i P i

CFVHCD G

LRMCP : chi phÝ biªn dµi h¹n c«ng suÊt ($/kW)

Gjt; Gj0 : chi phÝ ®Çu t- thu håi nhµ m¸y j n¨m t vµ n¨m c¬ së

CFVHCDjt; CFVHCDj0 : chi phí vận hành cố định nhà máy j năm t và năm cơ sở

Pt : chênh lệch công suất năm t

P0; Pt : công suất yêu cầu năm cơ sở và năm t

Pt = Pt - P0: chênh lệch công suất năm t và năm cơ sở

Pt = Pt - Pt-1 : chênh lệch công suất năm t và năm t-1

2.4.1.1.2 Chi phí biên dài hạn điện năng

Chi phí biên dài hạn về điện năng: Là giá trị hiện tại của chi phí điện năng chia cho giá trị hiện tại của nhu cầu tăng thêm về điện năng hàng năm

n t m j

t

jt jt

E

i E i

CFVHBD CFNL

LRMCE : chi phí biên dài hạn điện năng ($/kWh)

CFNLjt; CFNLj0: chi phí nhiên liệu nhà máy j năm t và năm cơ sở

CFVHBDjt; CFVHBDj0: chi phí vận hành biến đổi nhà máy j năm t và năm cơ sở

2.4.1.2 Ph-ơng pháp gia tăng phụ tải

Theo ph-ơng pháp này, chi phí biên dài hạn đ-ợc xác định trên cơ sở chi phí tăng thêm để đáp ứng nhu cầu phụ tải dự báo tăng lên hàng năm Phụ tải và chi phí tăng thêm có thể đ-ợc tính toán bằng chênh lệch so với năm cơ

sở hoặc so với năm tr-ớc đó Hình 2.3 biểu cách tiếp cận cân bằng phụ tải

theo ph-ơng pháp gia tăng phụ tải

Trong tr-ờng hợp này, công suất hiện có cũng dần dần giảm đi và cũng cần có một tập hợp công suất mới để đáp ứng phụ tải dự báo gia tăng Phụ tải

dự báo gia tăng đ-ợc xác định bằng cách thêm vào phụ tải dự báo mỗi năm

một l-ợng phụ tải có giá trị nh- nhau Do đó cân bằng công suất mới trong tr-ờng hợp này sẽ lớn hơn cân bằng công suất ở tr-ờng hợp trên

Hình 2.3 Phụ tải gia tăng

Công thức tính toán chi phí biên dài hạn theo ph-ơng pháp nh- sau:

n t t n

t

A t B t

n t

A t B t

E

C E

E

C C LRMC

0 0

0

0

) (

) (

Et : điện năng năm t

Et : chênh lệch điện năng giữa tr-ờng hợp B và A

2.4.1.2.1 Chi phí biên dài hạn công suất

n t m j

t jt jt

P

i P i

CFVHCD G

CFVHCDA

jt; CFVHCDB

jt : chi phí vận hành cố định nhà máy j năm t tr-ờng hợp A và B

Pt : chênh lệch công suất năm t của tr-ờng hợp B và A

Pt = PB

t - PA

t: Chênh lệch công suất năm t tr-ờng hợp B và A 2.4.1.2.2 Chi phí biên dài hạn điện năng

n t m j

t

jt jt

E

i E i

CFVHBD CFNL

Hai ph-ơng pháp tính toán chi phí biên này cho ra kết quả khác nhau Tuy nhiên, do mục tiêu của đề tài, việc lựa chọn giá trị kết quả của ph-ơng pháp giá tăng phụ tải để áp dụng trong tính toán do ph-ơng pháp này có các -u điểm sau:

- Chỉ xét đến các công trình tăng thêm, loại bỏ đ-ợc các yếu tố không xác định của quá khứ

- ít phụ thuộc vào giá cả tại thời điểm tính toán

- Độ gia tăng có thể chọn với giá trị nhỏ vừa phải để không làm thay đổi

đặc tính phát triển hệ thống, đồng thời cũng phải đủ lớn để cho phép xác định

đ-ợc chênh lệch về chi phí nên không phụ thuộc vào tốc độ tăng phụ tải dự báo

Kết quả tính toán chi phí biên dài hạn hệ thống điện Việt Nam giai

đoạn 1998-2020 đ-ợc thực hiện bằng cách sử dụng mô hình WASP III theo

ph-ơng pháp phụ tải gia tăng cho trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Chi phí biên dài hạn công suất và điện năng