Xây dựng mô hình bài toán vận hành kinh tế các nhà máy nhiệt điện than có tính đến yếu tố môi trường

Mở đầu 1 kinh tế các Nhà máy nhiệt điện 10 1.4 Bài toán quy hoạch phi tuyến tổng quát và các phương pháp giải 18 1.7 Những hạn chế của các nghiên cứu trước đây và ý tưởng về mô hình vận

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học Bách khoa hà nội

==================

HOàng thị Minh Nguyệt

Xây dựng mô hình bài toán vận hành kinh tế Các nhà máy nhiệt điện than

Có tính đến yếu tố môI trường

Chuyên ngành : Tổ chức và quản lý sản xuất Mã số : 5.02.21

Luận án tiến sĩ kinh tế

Hà nội - 2006

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ tr×nh bµy trong luËn ¸n lµ trung thùc vµ ch­a tõng ®­îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

Lời cảm ơn

Trong quá trình nghiên cứu và viết luận án tại Khoa Kinh tế và Quản lý - tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội, với tất cả sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Văn Bình, PGS.TS

Lê Nhật Thăng, PGS.TS Bùi Minh Trí - những ng-ời thầy đã h-ớng dẫn, tận tình chỉ bảo tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành bản luận án này

Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo khoa Kinh tế và Quản lý, trung tâm

Đào tạo và Bồi d-ỡng sau đại học, bộ môn Kỹ thuật đo l-ờng và Tin học công nghiệp, hội Đo l-ờng - điều khiển và Kiểm soát môi tr-ờng của tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình

động viên giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án

Xin đ-ợc bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đõ quý báu của thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Hiến, PGS.TS Đặng Ngọc Dinh, Bộ tr-ởng Bộ Công

nghiệp Hoàng Trung Hải và các đồng nghiệp trong Bộ Công nghiệp, Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, các nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Ninh Bình, Uông Bí, Cần Thơ, Trung tâm

điều độ Hệ thống điện quốc gia, Viện Năng l-ợng đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tác giả thu thập tài liệu, đóng góp ý kiến trong bản luận

án này

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè gần xa đã động viên giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu,

thực hiện luận án.

Mở đầu 1

kinh tế các Nhà máy nhiệt điện

10

1.4 Bài toán quy hoạch phi tuyến tổng quát và các phương pháp giải 18

1.7 Những hạn chế của các nghiên cứu trước đây và ý tưởng về mô

hình vận hành kinh tế các NMNĐ có tính đến yếu tố môi trường

34

các NMNĐ than khi có các ràng buộc về môi trường

37

2.2 Đề xuất mô hình vận hành kinh tế các NMNĐ than khi có thêm

các ràng buộc về môi trường

43

3.4 Hàm phát thải khí SOx và NOx của các NMNĐ than 100

Danh mục các bảng biểu

Bảng 3.1 Sản lượng điện năng sản xuất của các loại nguồn điện

đến 2010

86

Bảng 3.5 Danh mục các NMNĐ than dự kiến 2011-2020 87 Bảng 3.6 Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật của NMNĐ

Bảng 3.12a Kết quả tính toán PBCS cho các NMNĐ than hiện có 110 Bảng 3.12b Kết quả tính toán PBCS cho các NMNĐ than trong

HTĐ Việt Nam giai đoạn 2010-2020

112

Danh mục Các hình vẽ và đồ thị

Hình 1 Các nguồn tác động tiềm tàng và hậu quả tác động tới môi

Hình 2.1 Quá trình hoạt động sản xuất và phát thải của một nhà máy 37 Hình 2.2 Sơ đồ tính toán PBCS tối ưu cho các NMNĐ với các ràng

buộc về phát thải

46

Hình 3.1 Tỷ trọng điện năng sản xuất của các loại nguồn trong hệ

thống điện Việt Nam năm 2004

77

Các từ viết tắt trong luận án

BOT - Buil - Operate - Transfer Xây dựng - vận hành - chuyển giao

CCUJ - Center For Coal Utilization Japan

CDM - Clean Development Mechanism - Cơ chế phát triển sạch

EPC - Engineering Procurement Construction

EVN - Electricity of VietNam - Tổng công ty Điện lực Việt Nam

FS (BCNCKT) - Feasbility Study - Báo cáo nghiên cứu khả thi

GTGT - Giá trị gia tăng

HTĐ - Hệ thống điện

IEA - International Energy Agency- Cơ quan Năng lượng quốc tế

IPP - Independent Power Plant - nhà máy điện độc lập

NEDO- New Energy and Industrial Technology Development Organization NMĐ - Nhà máy điện

NMCN - Nhà máy công nghiệp

NMNĐ - Nhà máy nhiệt điện

NMTĐ - Nhà máy thủy điện

PBCS - Phân bổ công suất

PFS (BCTKT)- PreFeasibility Study- Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi

R&D – Research and Development – Nghiên cứu triển khai

Phần mở đầu

Môi trường rất cần thiết cho sự sống của con người, của các loài sinh vật

và sự phát triển kinh tế - xã hội Trong giai đoạn hiện nay, vấn đề bảo vệ môi trường, môi sinh là một vấn đề có tính chất toàn cầu, liên quan trực tiếp đến sự sống còn của cả nhân loại Các nhà khoa học đã ước tính rằng trong thế kỷ

XX, nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng 0,60C và trước cuối thế kỷ sau, nếu chúng ta không làm tốt các biện pháp bảo vệ môi trường thì nhiệt độ trái đất

có thể sẽ tăng thêm 1 - 20C Hậu quả của sự biến đổi môi trường này sẽ cho khí hậu ấm lên, làm tan các khối băng ở các cực, nước biển có thể sẽ dâng cao hơn so với hiện nay từ 33cm đến 90cm [45], gây tác hại làm ngập lụt các vùng thấp ven biển, các vùng đồng bằng trù phú nơi tập trung đông dân cư, kinh tế phát triển và làm thay đổi khí hậu nhiều vùng sinh thái Bởi vậy, Bảo vệ môi trường là vấn đề sống còn của mỗi quốc gia và trở thành sự nghiệp chung của cộng đồng xã hội loài người, bảo vệ môi trường luôn gắn bó khăng khít với quá trình phát triển kinh tế của toàn cầu Mốc đánh dấu quan trọng cho sự quan tâm của toàn Nhân loại đến môi trường là Nghị định Kyoto có hiệu lực

từ ngày 16/2/2005 với sự đồng tình của 140 quốc gia, trong đó các quốc gia thuộc Liên minh châu Âu (EU) cam kết sẽ giảm bớt xuống 8% mức phát thải của năm 1990, còn Nhật Bản là 6% Mặc dù, một số nước như Mỹ và Australia vãn chưa phê chuẩn Nghị định thư, những việc Nghị định thư có hiệu lực là một bước đi tất yếu cả thế giới Dù thế nào các nước này cũng không thể đi ngược dòng lịch sử được

Nhận thức được vai trò quan trọng của vấn đề Bảo vệ môi trường, Đảng

và Nhà nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã có những chủ trương, biện pháp giải quyết các vấn đề môi trường như: ban hành luật Bảo vệ môi trường từ năm 1993 [14], các tiêu chuẩn về môi trường Việt Nam [22, TCN

5937 và TCVN 5939] và Nghị định của Chính phủ về hướng dẫn thi hành luật Bảo vệ môi trường [15] Năm 1998, Bộ Chính trị đã ban hành Chỉ thị số

36/CT-TW ngày 25/6/1998 về tăng cường công tác Bảo vệ môi trường trong thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước Chỉ thị đã nêu rõ “Bảo vệ môi trường là sự nghiệp của toàn Đảng, toàn dân và toàn quân Bảo vệ môi trường là một nội dung cơ bản không thể tách rời đường lối, chủ trương và kế hoạch phát triển kinh tế – xã hội của tất cả các cấp, các ngành, là cơ sở quan trọng bảo đảm phát triển bền vững, thực hiện thắng lợi sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước” Một báo cáo công bố tại Diễn đàn kinh tế thế giới, diễn ra hồi tháng 1/2005 tại Davos, Thuỵ Sĩ cho thấy:

Xét về độ an toàn của môi trường, Việt Nam đứng cuối bảng, sau nước bạn láng giềng Lào (52,4 điểm) và Campuchia (50,1 điểm)

và xếp thứ 98 trên tổng số 117 nước Nếu tính cả 29 quốc gia phát triển thuộc Tổ chức phát triển và hợp tác kinh tế (OECF), thì thứ hạng này của Việt Nam còn thấp hơn nữa

Nguồn: Vn Express –31/1/2005)

Đánh giá về hiện trạng môi trường nước ta hiện nay, Nghị quyết của Bộ Chính trị số 41/11/2004 cũng đã nêu rõ: “chưa đảm bảo sự hài hoà giữa phát triển kinh tế với Bảo vệ môi trường, thường chỉ chú trọng đến tăng trưởng kinh

tế mà ít quan tâm đến bảo vệ môi trường; nguồn lực đầu tư cho Bảo vệ môi trường của Nhà nước, của các doanh nghiệp và cộng đồng dân cư rất hạn chế”

Để thực hiện Nghị quyết số 41/NQ-TW ngày 15/11/2004 của Bộ Chính trị về Bảo vệ môi trường, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 34/2005/QĐ-TTg ngày 22/2/2005 ban hành Chương trình hành động của Chính phủ nhằm “Thể chế hoá yêu cầu Bảo vệ môi trường trong việc lập, thẩm

định, phê duyệt và tổ chức thực hiện chiến lược, quy hoạch, kế hoạch, chương trình, dự án, phát triển kinh tế – xã hội” và “Kiểm soát ô nhiễm và quản lý chất thải” Sắp tới đây sẽ có luật thuế Bảo vệ môi trường Cùng với việc hoàn thiện các luật thuế là các biện pháp tích cực bảo vệ môi trường cho con người,

đó là các quyết định di chuyển các nhà máy công nghiệp hoặc các cơ sở sản xuất gây ô nhiễm ra khỏi những khu dân cư tập trung

Tình hình phát triển kinh tế của Việt Nam trong những năm qua đã đạt những thành tựu đáng kể Dự kiến trong những năm tới, tốc độ phát triển vẫn duy trì ở mức độ tương đối khá so với các nước trong khu vực (7-7,5%/năm)

Điều đó đồng nghĩa với sự phát triển mạnh mẽ nhu cầu sử dụng điện của cả nước Cùng với các nhà máy công nghiệp, sự xuất hiện các nhà máy điện sẽ kéo theo một loạt các vấn đề tác động tới môi trường: hao tổn tài nguyên thiên nhiên, chiếm diện tích đất đai, gây ra ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ô nhiễm đất cũng như ảnh hưởng đến các vấn đề kinh tế xã hội Rõ ràng các nhà máy điện, đặc biệt là các NMNĐ sử dụng nhiên liệu than, dầu, khí

là một trong những thủ phạm chính gây ô nhiễm môi trường, mặc dù chúng ta

đều biết rằng điện năng là một sản phẩm đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển kinh tế, đời sống dân sinh và môi trường nên ngành Điện được coi là ngành hạ tầng cơ sở, được phân biệt với các sản phẩm hàng hoá khác nhờ khả năng đáp ứng nhanh chóng những biến đổi của nhu cầu tại mọi thời điểm và tính hầu như không thể dự trữ được, do đó tất cả các dây chuyền sản xuất, truyền tải và phân phối phải luôn luôn ở trong tình trạng sẵn sàng đáp ứng nhu cầu phụ tải và có thể nói tất cả các khâu sản xuất truyền tải điện năng cũng là các khâu chính gây ra ô nhiễm môi trường từ giai đoạn chuẩn bị đầu tư cho

đến khi công trình ngừng hoạt động như hình 1 :

Hình 1: Các nguồn tác động tiềm tàng và hậu quả tác động tới môi trường của một nhà máy điện

Giai

đoạn Chuẩn

bị

Giai

đoạn xây dựng

Giai

đoạn hoạt

Ô nhiễm đất

Thay đổi sử dụng đất Thay đổi điều kiện sống, khó khăn với các gia đìnhbị tác động

ảnh hưởng đến đời sống động vật nước, thực vật

Thúc đẩy phát triển kinh tế - xã

Lây lan bệnh truyền nhiễm

Gia tăng sự cố

Đối với HTĐ Việt Nam hiện nay (2004), việc tham gia sản xuất điện ngoài các nhà máy điện của EVN còn có 3 nhà máy điện BOT (Phú Mỹ 3, Formosa và Cần Đơn), và các nhà máy điện IPP (Na Dương, Cao Ngạn…) Như vậy lĩnh vực sản xuất điện không còn là độc quyền của EVN nữa, việc quyết định khởi động thị trường điện nội bộ từ 1/7/2004 của EVN là một minh chứng cho điều này Do tính chất đặc biệt không thể dự trữ được, việc sản xuất

điện đồng hành với việc gây ô nhiễm của các NMNĐ làm cho ngành công nghiệp điện lực Việt Nam sẽ phải đối mặt với các quy định ngày càng khắt khe hơn về môi trường Các quy định hiện có và khả năng có thêm các quy

định mới sẽ ảnh hưởng chủ yếu đến các NMNĐ sử dụng nhiên liệu hoá thạch (than, dầu, khí) và theo đánh giá của các chuyên gia rất có thể các quy định mới về môi trường sẽ dẫn tới việc phải thanh lý các tổ máy cũ mà trong tương lai vẫn rất cần để hỗ trợ cho lưới điện các khu vực [1] Do đó vấn đề ô nhiễm không khí do các NMNĐ gây ra đã đến lúc cần phải có sự quản lý thống nhất của cấp Nhà nước

Rõ ràng rằng việc đưa ra bài toán vận hành kinh tế các NMNĐ có tính

đến các ràng buộc về môi trường là hết sức cần thiết không chỉ đối với các nhà máy của EVN mà còn đối với bất kỳ một NMNĐ nào muốn tham gia vào quá trình kinh doanh bán điện ở nước ta và góp phần thực hiện luật thuế bảo vệ môi trường khi các nhà máy này hoạt động

Luận án nhằm mục đích đưa ra phương pháp luận về đánh giá hiệu quả kinh tế khi vận hành các NMNĐ trong điều kiện bị ràng buộc về phát thải khí gây ô nhiễm môi trường Nội dung cụ thể như sau:

a) Đưa ra cơ sở lý thuyết và phương pháp luận đánh giá hiệu quả kinh tế khi vận hành các NMNĐ có thêm các điều kiện ràng buộc về môi trường bên cạnh các ràng buộc về vận hành kinh tế – kỹ thuật truyền thống

b) Xây dựng mô hình vận hành kinh tế các NMNĐ khi có thêm các ràng buộc về phát thải cho các NMNĐ than hiện có ở Việt Nam Trên cơ sở lý thuyết mới đã xây dựng cho các NMNĐ than, luận án sẽ áp dụng tính toán PBCS cho các NMNĐ than của HTĐ Việt Nam trong những năm tới Kết quả tính toán giúp ích các nhà nghiên cứu, các nhà hoạt động thực tiễn và lãnh đạo các doanh nghiệp trong lĩnh vực Điện lực

Luận án đã đưa ra được cơ sở lý thuyết và phương pháp luận xây dựng bài toán kinh tế vận hành các NMNĐ có tính đến phát thải khí COx, SOx và

NOx của các nhà máy nhiệt điện than

Luận án cũng đưa ra phương pháp thực nghiệm xây dựng các đường cong (hàm) phát thải các loại khí độc hại của các NMNĐ than, áp dụng vào mô hình kinh tế vận hành các NMNĐ, tính toán tối ưu trong điều kiện khí hậu thay đổi, thông qua các hệ số đặc trưng cho chế độ khí hậu (mùa khô, mùa nước), hệ số chịu tải môi trường (vùng có ít nhà máy, vùng có nhiều nhà máy…) những tác nhân ảnh hưởng rất lớn về phát tán khí độc gây ô nhiễm môi trường Đây là đóng góp mới của luận án vì đã tổng hợp và tổng quát hoá phần lý thuyết rời rạc trong các nghiên cứu từ trước đến nay

Luận án đã tính toán phân tích các mô hình về đánh giá chi phí môi trường của các NMNĐ, trên cơ sở đó xác định chi phí phát thải phù hợp công suất phát của các NMNĐ than ở Việt Nam Đây là những vấn đề có ý nghĩa

về lý thuyết và thực tiễn, đóng góp vào thực hiện luật thuế bảo vệ môi trường sắp ban hành

Từ cơ sở lý thuyết đã xây dựng và kết quả tính toán kiểm chứng đối với các NMNĐ than hiện có, áp dụng tính toán chế độ phân phối công suất tối ưu giữa các NMNĐ than ở Việt Nam giai đoạn đến năm 2020 có tính đến yếu tố mùa (yếu tố đặc trưng của khí hậu Việt Nam) và yếu tố vùng

Luận án thiết kế sơ đồ đo các loại khí thải cho các NMNĐ để các nhà máy chủ động trong việc điều khiển phát thải và kiến nghị các đường truyền các thông số đo một cách kinh tế

a) Luận án chỉ đi sâu nghiên cứu phương pháp luận tính toán phân

bổ tối ưu công suất cho các NMNĐ than, việc PBCS được tính toán sau khi

đã xác định cơ cấu nguồn tối ưu

b) Các NMNĐ than khi sản xuất sẽ thải ra các loại khí độc hại như:

SOx, NOx, COx Do đó khi tính toán PBCS cho các NMNĐ than trong hệ thống, bên cạnh các ràng buộc kinh tế – kỹ thuật truyền thống, luận án đưa

ra thêm các ràng buộc về phát thải các loại khí độc hại có tải lượng lớn và gây

ra tác hại lớn (mưa axit…) cho nông nghiệp và sức khoẻ của con người

c) Khi áp dụng phương pháp luận đã xây dựng để tính toán PBCS tối ưu cho các NMNĐ than ở Việt Nam, luận án đã xét trong giai đoạn 2010-2020 Trong khi tính toán PBCS, luận án xét đến các loại khí thải có số liệu thống kê tin cậy và xét thêm yếu tố điển hình của khí hậu Việt Nam là hệ số mùa, được tính cho hay mùa đặc trưng ở Việt Nam là mùa nước và mùa khô và hệ số thể hiện khả năng chịu tải môi trường của các vùng

Kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn ở Việt Nam

Về mặt lý thuyết: áp dụng giải bài toán PBCS bằng các phương pháp lý

thuyết hiện nay, thêm các điều kiện ràng buộc về phát thải các loại khí thải

độc hại

Về mặt thực tế: thông qua phần số liệu thống kê vận hành các NMNĐ

đã thu thập được, tiến hành xây dựng các đường đặc tính năng lượng, các hàm

phát thải các loại khí SOx và NOx cho các NMNĐ than ở Việt Nam để đưa vào mô hình tính toán

Luận án được bố cục thành 3 chương, phần mở đầu, phần kết luận và 18 phụ lục để giải thích cho kết quả tính toán trong luận án

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về bài toán vận hành kinh tế các NMNĐ

Nội dung chính của chương này là xem xét rất kỹ lưỡng các nguyên tắc

và cơ sở lý thuyết tính toán PBCS tối ưu cho các NMNĐ để từ đó luận án tổng hợp cơ sở lý thuyết và phương pháp luận PBCS tối ưu cho các NMNĐ với các ràng buộc truyền thống đã được áp dụng nhiều trên thế giới và ở Việt Nam, các hàm chi phí phát thải của các nhà máy công nghiệp, trong đó có các

mới về nghiên cứu phương pháp phân bổ công suất tối ưu cho các NMNĐ (than)

Chương 2: Đề xuất mô hình vận hành kinh tế cho các NMNĐ than khi có các ràng buộc về môi trường

Trong chương này, luận án đã đưa ra cơ sở phương pháp luận xây dựng bài toán vận hành kinh tế các NMNĐ than với cách tiếp cận mới một cách tổng thể Việc PBCS được thực hiện hai bước: bước thứ nhất kế thừa kết quả tính toán quy hoạch phát triển nguồn điện và bước thứ hai là tính toán PBCS tối ưu cho các NMNĐ (than) trong hệ thống

Đặc thù của HTĐ là sản xuất, truyền tải và phân phối tiến hành đồng thời, điều này cũng có nghĩa là các NMNĐ vừa sản xuất điện vừa thải các loại khí thải vào môi trường Do đó, đối với các NMNĐ than, luận án đã đề xuất phương pháp PBCS tối ưu mới cho các NMNĐ than Trên cơ sở đó, sẽ đánh giá được thủ phạm gây ô nhiễm môi trường và buộc các thủ phạm này phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về bảo vệ môi trường

Đóng góp khoa học và thực tiễn của chương 2:

Gắn kết hai bài toán rời rạc về PBCS cho các NMNĐ than và hàm chi phí về môi trường thành bài toán xây dựng mô hình vận hành kinh tế các NMNĐ than với các ràng buộc về phát thải các loại khí SO x , CO x và NO x

theo các giờ trong mùa và theo từng vùng

Chương 3: áp dụng tính toán cho Việt Nam

Chương này lấy kết quả tính toán từ đề án hiệu chỉnh TSĐ phát triển

điện lực giai đoạn 2003 – 2010 có xét tới 2020 (TSĐV – Hiệu chỉnh) để phân tích kết quả dự báo nhu cầu điện năng, kết quả phủ biểu đồ, danh sách các NMNĐ (than) sẽ xây dựng trong giai đoạn 2010-2020 [20] và áp dụng phương pháp xây dựng bài toán kinh tế PBCS đã đưa ra trong chương 2 để tính toán

Nội dung chủ yếu và kết quả khoa học thực tiễn của chương 3:

Thông qua số liệu thống kê và các kết quả của luận án đo được tại địa

điểm của các NMNĐ than hiện có, xây dựng hàm phát thải khí SO x và NO x cho các NMNĐ than ở Việt Nam và tiến hành PBCS cho các NMNĐ than theo các giờ trong mùa

Chương 1

cơ sở lý thuyết về bài toán vận hành kinh tế

các Nhà máy nhiệt điện

1.1 Đặc điểm chung của HTĐ

Trong HTĐ, các nhà máy điện có chức năng chuyển hoá nguồn năng lượng sơ cấp như dầu, than, thuỷ năng, uranium, năng lượng mới, v.v, thành

điện năng Tuỳ điều kiện của từng nước mà có cấu trúc HTĐ khác nhau, tuy nhiên tất cả các HTĐ đều có các đặc điểm chung như sau:

a) HTĐ là hệ thống động, luôn luôn xẩy ra quá trình cân bằng của việc cung cấp và tiêu thụ điện Quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng luôn xảy ra đồng thời, nó thay đổi theo thời gian từ tức thời (giây, phút)

đến thời gian ngắn như giờ trong ngày, ngày trong tuần và thời gian dài như các tháng trong năm và các năm

b) Độ tin cậy của hệ thống yêu cầu rất cao

c) Điện năng có thể được sản xuất từ nhiều nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau Hai loại nhà máy điện được sử dụng nhiều nhất hiện nay là các nhà máy thuỷ điện và nhiệt điện Trong đó các NMNĐ có thể sử dụng nhiều dạng năng lượng như than, dầu, khí, năng lượng nguyên tử

d) Nhiều nhà máy trong HTĐ cùng một lúc tham gia vào việc phát điện Các nhà máy này khác nhau về các đặc điểm kinh tế và kỹ thuật như công suất lắp đặt, công suất vận hành tối thiểu, loại nhiên liệu sử dụng, chi phí vận hành,

do đó sẽ đảm nhận những vai trò khác nhau trong hệ thống

Giảm đến nhỏ nhất chi phí sản xuất điện năng là mục tiêu của các chế

độ xác lập của HTĐ, gồm có:

1- Giảm chi phí do nhiên liệu

2- Giảm tổn thất điện năng

Việc lập kế hoạch vận hành HTĐ là điều cần thiết và có hai bài toán cơ

sở phải được sử dụng thường xuyên là: PBCS tối ưu giữa các NMNĐ và PBCS tối ưu giữa thuỷ điện và nhiệt điện

Tính đa dạng của các loại nguồn trong HTĐ là đặc điểm lớn nhất của mọi HTĐ Mỗi loại nguồn đều có những đặc điểm riêng trong việc sản xuất

điện và có những vai trò nhất định trong HTĐ Trong phạm vi luận án này, chỉ xét tới đặc điểm và vai trò của các NMNĐ trong HTĐ

1.2.1 Đặc điểm của các NMNĐ

Ưu điểm lớn nhất của các NMNĐ trong hệ thống là chủ động đảm bảo năng lượng của hệ thống, không bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết như các nhà máy thuỷ điện Tuỳ theo vị trí của NMNĐ trong biểu đồ phụ tải của HTĐ,

để chia thành hai loại:

Loại thứ nhất: các nhà máy nhiệt điện chạy đáy (phần dưới cùng của đồ thị phụ tải) có tính kinh tế cao, nhưng cũng có những nhược điểm nhất định như công suất tối thiểu (Pmin) lớn, tốc độ nhận tải chậm

Loại thứ hai: các nhà máy nhiệt điện chạy lưng (phần giữa đồ thị phụ tải) có tính kinh tế kém hơn, nhưng có độ linh hoạt cao hơn so với các nhà máy nhiệt điện thuộc loại thứ nhất

Dù ở vị trí nào trong biểu đồ phụ tải, thì với đặc điểm không bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, các NMNĐ luôn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng, đáp ứng yêu cầu dùng điện của các hộ phụ tải và bài toán tối ưu các NMNĐ phụ thuộc chủ yếu vào các đường đặc tính năng lượng của nhà máy

1.2.2 Các đường đặc tính năng lượng của NMNĐ

Việc nghiên cứu xây dựng các đường đặc tính năng lượng của các thiết

bị trong NMNĐ là điều cần thiết Thông qua các đường đặc tính năng lượng của các thiết bị, có thể đánh giá tình trạng của các thiết bị, để có kế hoạch vận hành hay sửa chữa thiết bị một cách thích hợp Theo định nghĩa chung: các

đường đặc tính năng lượng của các thiết bị là một hàm số biểu thị mối quan

hệ giữa năng lượng đầu vào (có thể là nhiệt năng, có thể là nhiên liệu…) và sản phẩm sản xuất ra của thiết bị (có thể là điện năng, có thể là nhiệt năng)

Đối với các NMNĐ, quan trọng nhất là các đường đặc tính năng lượng của các thiết bị tua bin và lò hơi

1 Đường đặc tính năng lượng của tua bin:

Là hàm số biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt lượng tiêu hao (Q) cho tua bin (năng lượng đầu vào) với phụ tải điện (N) và nhiệt tương ứng (Qcn), tức là biểu diễn mối quan hệ giữa năng lượng đầu vào và các sản phẩm sản xuất:

Q = f(N) - Đối với tua bin ngưng hơi (kcal/kWh)

Hoặc Q = f(N, Qcn) - Đối với tua bin cung nhiệt (kcal/kWh)

Đường đặc tính năng lượng của tua bin phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố: + Loại tua bin: tua bin ngưng hơi…

+ Loại van điều chỉnh: van nhánh, van tiết lưu…

2 Đường đặc tính năng lượng của lò hơi

Là hàm số biểu thị mối quan hệ giữa nhiên liệu tiêu hao và nhiệt lượng

mà lò sản xuất:

B = f(Q1) (ttc/h)

Trong đó:

B – Lượng nhiên liệu tiêu hao cho lò hơi trong 1 giờ (ttc/h)

Q1 – Nhiệt lượng lò hơi sản xuất được trong 1 giờ (Gcal/h)

Ngoài ra, lò hơi còn có các đường đặc tính như sau:

3 Đường đặc tính năng lượng của toàn nhà máy:

Là hàm số biểu diễn mối quan hệ gữa lượng nhiên liệu tiêu hao và công suất điện phát ra hoặc biểu diễn mối quan hệ giữa chi phí nhiên liệu và lượng nhiên liệu tiêu hao cho sản xuất điện của toàn nhà máy

Trong đó:

B – Lượng nhiên liệu tiêu hao (T)

P – Công suất phát của nhà máy (MW)

g- Giá tiền một đơn vị nhiên liệu (đ/T)

F- Chi phí nhiên liệu cho sản xuất điện (đ)

Có thể biểu diễn các đường đặc tính trên trục toạ độ như hình vẽ 1.1

Hình 1.1: Các đường đặc tính năng lượng của NMNĐ

Vùng I: Vùng phụ tải thấp

Vùng II: Vùng phụ tải kinh tế

Vùng III: Vùng phụ tải cao

Qua các tài liệu nghiên cứu [3,6] và thực tế số liệu cho thấy, các đường

đặc tính năng lượng của các NMNĐ là các đường cong bậc hai (hoặc bậc ba), các hàm chi phí của các nhà máy sẽ là các hàm bậc hai (hoặc bậc ba) nghĩa là các bài toán về PBCS cho các NMNĐ là các bài toán quy hoạch phi tuyến

1.3 Những nghiên cứu PBCS giữa các NMNĐ và môi trường

1.3.1 Bài toán về PBCS trong HTĐ

Việc tính toán PBCS giữa các NMĐ đều phải thực hiện qua bước quy hoạch phát triển hệ thống Tiêu chuẩn tính toán phát triển nguồn điện được đề

ra như sau:

Hiệu quả: việc phát triển nguồn điện phải được xác định trên cơ sở cực

tiểu đầu tư phát triển và chi phí vận hành

Linh hoạt: trên cơ sở tối ưu hoá phát triển các nhà máy điện để đáp ứng

phụ tải, cần xem xét quyết định phát triển hệ thống sao cho có thể thích ứng với các điều kiện thay đổi nhu cầu trong tương lai thấp hơn hoặc cao hơn phương án phụ tải mà làm cơ sở để phát triển nguồn

Bền vững: việc phát triển nguồn điện phải bảo đảm sự phát triển lâu dài

về điện lực, khai thác nguồn năng lượng phải tương ứng với năng lực phát triển của nền kinh tế Tiêu chuẩn này đòi hỏi tận dụng tối đa nguồn năng lượng sẵn có của đất nước (như than, khí, dầu) nhằm đảm bảo cho việc phát

điện để đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế trên cơ sở khả năng kinh tế và khoa học kỹ thuật của đất nước và thế giới trong từng thời kỳ Hạn chế sự phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu

Khả thi về tài chính: việc phát triển cơ cấu nguồn điện phải tính đến khả

năng đáp ứng nhu cầu về vốn trên cơ sở các chỉ tiêu tài chính cho phép để phát triển điện lực lành mạnh Đứng về quan điểm tổng thể thì cần xem xét nhu cầu

đầu tư phát triển điện lực theo tỷ lệ GDP của đất nước

ít tác động tới môi trường: giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường

khi mà nhu cầu điện của đất nước càng ngày càng tăng Trong tính toán phát triển nguồn cần giới hạn việc ảnh hưởng đến môi trường như phát thải, di dân tái định cư, v.v, của từng dự án và khi xét trong phạm vi tổng thể cần xem xét

ưu tiên những công trình có hiệu quả kinh tế ngang nhau nhưng ít tác động

đến môi trường hơn

1.3.2 Những nghiên cứu đã thực hiện

Chủ đề nghiên cứu huy động các nguồn điện trong một hệ thống hỗn hợp thủy điện và nhiệt điện là một trong các bài toán phức tạp và có tầm quan trọng lớn đối với bất kỳ một HTĐ nào Vấn đề vận hành tối ưu không những chỉ quan trọng về khía cạnh kinh tế đối với ngành điện nói riêng mà còn có vai trò quan trọng trên phương diện quốc gia về mặt đảm bảo cung cấp điện

phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, phát triển kinh tế – văn hóa – xã hội

Rất nhiều nghiên cứu về PBCS tối ưu đã được thực hiện Tuy nhiên, trong phần này, luận án chỉ đưa những nghiên cứu điển hình về đầu tư nói chung và đặc biệt là các nghiên cứu về điện lực và thấy rằng tất cả các nghiên cứu đều dựa trên nguyên tắc “ phối hợp các nhà máy trong HTĐ sao cho chi

phí vận hành là nhỏ nhất” Điển hình của các nghiên cứu ngoài nước như

sau:

Nghiên cứu của tác giả B.G Gorenstin và các cộng sự [41] về “PBCS

tối ưu giữa các nhà máy nhịêt điện và thủy điện với các ràng buộc kinh tế –

kỹ thuật truyền thống–, đã mô tả phương pháp luận áp dụng cho huy động

các nguồn thủy điện và nhiệt điện có tính đến các đặc tính hồ chứa thủy điện, tính ngẫu nhiên của dòng chảy và hệ thống truyền tải được mô phỏng bằng trào lưu công suất tuyến tính Thuật toán giải được áp dụng trên quy hoạch

động hai chiều ngẫu nhiên (stochastic dual dynamic programming) trong đó chia bài toán phức tạp có nhiều yếu tố ngẫu nhiên thành các bài toán con Mỗi bài toán con có xét đến các ràng buộc về hồ chứa và xấp xỉ tuyến tính từng khúc các hàm chi phí dự kiến

Nghiên cứu của tác giả N.Nabona và các cộng sự [52] về “Tối ưu hóa

các nhà máy thủy nhiệt điện với ràng buộc hạn chế về nhiên liệu” giới thiệu

một phương pháp mới về hệ thống hỗn hợp thủy điện – nhiệt điện có tính ràng buộc về giới hạn nhiên liệu và điện năng không đáp ứng cho một giai

đoạn dài mà tối ưu cho từng giai đoạn Các ràng buộc cần thỏa mãn bao gồm cân bằng nhiên liệu có thể mua và tiêu thụ, cân bằng lưu lượng đến và lưu lượng xả, đường cong duy trì công suất cho từng giai đoạn

Các nghiên cứu này đã chỉ ra được phương pháp PBCS giữa các nhà máy

điện trong hệ thống một cách tối ưu trên cơ sở quy hoạch phát triển các loại

nguồn điện với các ràng buộc truyền thống và trong điều kiện bị hạn chế về khai thác tài nguyên sẽ bị cạn kiệt trong tương lai Tuy nhiên những nghiên cứu này vẫn chưa tính đến việc phát thải của các NMNĐ, thủ phạm chính gây

ra ô nhiễm môi trường

Nghiên cứu của hai tác giả William Y.Spens và Fred N.Lee [49] về “ Nghiên

cứu ảnh hưởng của các ràng buộc về phát thải đối với các NMNĐ” đã đưa ra

mô hình cực tiểu hóa hàm chi phí vận hành có tính đến ràng buộc về phát thải hai loại khí SOx và NOx, bài toán được giải quyết bằng ràng buộc về giá phát thải các loại khí Tuy nhiên nó cũng còn vướng mắc một số vấn đề sau:

Toàn bộ vấn đề được giải quyết chỉ dựa vào cách điều độ giá phát thải, tức là bài toán được giải quyết trên cơ sở ổn định về khí hậu và phát thải không chịu ảnh hưởng của các nhân tố khác ngoài yếu tố nhiên liệu

Chưa đề cập tới khả năng chịu tải môi trường của từng vùng cũng như mức độ gây ô nhiễm của từng nhà máy Việc bài toán dựa trên giả thiết giá phát thải loại khí này cao thì giá phát thải của loại khí kia phải thấp và thỏa mãn điều kiện này là phát thải của hai loại khí sẽ bằng không Đây là một

điều rất khó đạt trên thực tế

Một nghiên cứu về vấn đề vận hành kinh tế có tính đến yếu tố môi trường của tác giả Badrul H.Chowdhury [38], đó là “ Lựa chọn biện pháp

điều khiển phát thải cho các NMNĐ”, coi rằng chi phí ô nhiễm do phát thải

(Cp) từ các nguồn nhiệt điện dựa vào các dạng phát thải Ô nhiễm do phát thải

SO2 tỷ lệ với tổng nhiên liệu tiêu thụ của từng nguồn nhiệt điện và chi phí do phát thải SO2 có thể xây dựng thành một biểu thức như một hàm chi phí về kinh tế Chi phí ô nhiễm do phát thải NOx là đường phi tuyến bậc cao với công suất phát (P) Cũng như nghiên cứu của các tác giả William Y.Spens và Fred N.Lee cho rằng phát thải không phụ thuộc vào điều kiện khí quyển của vùng bị ô nhiễm (yếu tố mùa, yếu tố vùng…)

Tài liệu của Office of Air quality Planning and Standards [54] về các

hệ số tính toán phát thải ô nhiễm không khí có quy các loại phát thải ô nhiễm

không khí theo các hệ số phát thải nhằm mục đích tính toán tải lượng phát thải các loại khí độc hại vào môi trường một cách ổn định theo dạng nhiên liệu sử dụng

Bài viết của Catherina Erlich [40] về giảm phát thải và các loại thuế cho thấy tính cần thiết trong việc phải tính phí môi trường cho các nhà máy công nghiệp khi các loại nhà máy này đã và đang gây ra hậu quả nặng nề cho môi trường Bài viết kết luận:

Chỉ có cách tính thêm phí môi trường cho các nhà máy công nghiệp thì mới có sự ràng buộc giữa mục đích kinh doanh của các nhà máy với việc bảo vệ môi trường sống của loài người

Còn ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu nào cho việc PBCS tối ưu cho các NMNĐ nói riêng và càng chưa có một nghiên cứu nào về vận hành kinh tế các NMNĐ có tính đến yếu tố môi trường, mà chỉ là các nghiên cứu rời rạc như đã trình bày ở trên: hoặc là phân bổ công suất hợp lý giữa các nhà máy

điện Việt Nam [19], [21], hoặc là đánh giá tác động môi trường của các nhà máy nhiệt điện [16], [17], [32] và các biện pháp kỹ thuật giảm thiểu ô nhiễm, chứ chưa hề có nghiên cứu tổng hợp vận hành và phát thải

(Tóm tắt kết quả nghiên cứu của các công trình trong và ngoài nước xem trong phụ lục số 7 của luận án này)

1.4 Bài toán quy hoạch phi tuyến tổng quát và các phương pháp giải

Trong những năm gần đây lĩnh vực áp dụng các phương pháp của quy hoạch phi tuyến phát triển rất nhanh Công cụ của quy hoạch phi tuyến tỏ ra vô cùng hữu ích trong điều chỉnh tự động, trong các lĩnh vực lập Quy hoạch,

đặc biệt là các Quy hoạch Điện lực, trong cơ học xây dựng và trong nhiều lĩnh vực hoạt động khác của con người

1.4.1 Phát biểu bài toán

Bài toán quy hoạch phi tuyến tổng quát được phát biểu như sau:

1.4.2 Các phương pháp giải

Cho đến nay ngoài bài toán quy hoạch tuyến tính, quy hoạch lồi, quy hoạch toàn phương có phương pháp giải tương đối hiệu quả Đối với bài toán quy hoạch phi tuyến tổng quát chưa có phương pháp nào cho phép giải trực tiếp, chủ yếu dựa vào các thuật toán lặp, dần đúng đi đến lời giải Nhiều khi người ta biến đổi bài toán có ràng buộc về bài toán không có ràng buộc bằng cách dùng một hàm bổ trợ Hàm bổ trợ này biểu diễn qua các hàm số của bài toán [25, tr.177] và bản thân nó trở thành hàm mục tiêu có các cực tiểu không

điều kiện trong một miền nào đấy Người ta thay đổi dần các thông số và chính bằng cách đó làm tăng ảnh hưởng của các ràng buộc lên hàm bổ trợ và như vậy, ta dựng xây dựng được một dãy bài toán không có ràng buộc mà nghiệm của chúng hội tụ đến nghiệm của bài toán xuất phát Để tìm phương

pháp giải cho bài toán, ta khảo sát một số cách giải các bài toán quy hoạch phi tuyến hiện nay

1.4.2.1 Phương pháp Lagrange

Tinh thần của phương pháp Lagrange được thể hiện trong các tài liệu [4], [25], [26] như sau:

Xét bài toán cần xác định các biến x1, x2, ….xn sao cho:

Phương pháp Lagrange đòi hỏi các ràng buộc chỉ có ở dạng phương trình Bản chất của phương pháp Lagrange là đưa các ràng buộc vào hàm mục tiêu qua các hệ số không xác định [25, tr.178] Lúc này hàm (1.3) sẽ có hai thành phần:

) , , ( )

,

( ) , ,

1 1

m i i i n

n F x x g x x x

Hàm (1.5) được gọi là hàm Lagrange, với các hệ số λi được gọi là nhân

tử Lagrange Do các hàm gi(x1,…,xn) = 0 (i=1,2, ,m) nên hàm Lagrange đạt cực trị ở các giá trị như hàm F(x) Để xác định giá trị là cực đại hay cực tiểu phải khảo sát giá trị đạo hàm bậc hai của L(x) hoặc F(x)

Từ nội dung cơ bản của phương pháp Lagrange, cho ta thấy phương pháp này chỉ áp dụng được cho bài toán tối ưu với các ràng buộc có dạng đẳng

thức, trong trường hợp có dạng bất đẳng thức thì áp dụng phương pháp Lagrange cần phải có những cải tiến, mở rộng

1.4.2.2 Phương pháp giảm nhanh nhất

Đây là phương pháp của nhà toán học Pháp Kosi, thường được sử dụng

để giải bài toán quy hoạch phi tuyến không có ràng buộc Thực chất của phương pháp này là: biết rằng gradien của hàm mục tiêu f(x) tại phương án bất kỳ là một véc tơ nằm trong hướng tăng cục bộ của f(x) Vậy phải chuyển

động theo hướng ngược với hướng của gradien của f(x), nghĩa là phải theo hướng giảm nhanh nhất Trên hướng đó ta cứ đi, chừng nào hàm mục tiêu chưa tăng Sau khi tìm được điểm mới ta lại tìm hướng mới [25, tr.187]

1.4.2.3 Phương pháp hướng chấp nhận được

Thực chất của phương pháp này là đối với mỗi điểm x thuộc miền ràng buộc có thể tồn tại một tập hợp hướng chấp nhận được Chọn một trong các hướng chấp nhận được mà theo đó hàm mục tiêu giảm và không bao giờ đi ra khỏi miền ràng buộc [25,tr 187]

1.4.2.4 Phương pháp quy hoạch động

Phương pháp quy hoạch động được sử dụng để lập đặc tính đẳng trị của các nhà máy có đặc tính chi phí sản xuất hoặc chi phí nhiên liệu cho dưới dạng rời rạc

Mô hình bài toán có dạng:

Fn(Ppt)=min[Bn(Pn)+fn-1(Ppt-Pn)]; (1.6)

0≤ Pn ≤Pmax

0 ≤ Ppt ≤ P1max+P2max+P3max+…+Pnmax

Ta nhận thấy phương pháp quy hoạch động đưa bài toán n biến (PBCS tối ưu cho n nhà máy) về dạng nối tiếp của của n bài toán có 1 biến Trong mỗi bài toán bước sau đều sử dụng đặc tính chi phí tối ưu của bước trước, như

vậy là tuân theo nguyên lý tối ưu của quy hoạch động: một bộ phận nào đó của sách lược tối ưu cũng là một sách lược con tối ưu

Để giải bài toán theo phương pháp quy hoạch động cần tiến hành theo trình tự sau:

- Xây dựng đường đặc tính chi phí nhiên liệu tối ưu cho từng nhà máy

- PBCS tối ưu cho từng tổ máy Trên cơ sở đó lập bảng chi phí tối ưu cho toàn nhà máy

- Từ bảng chi phí tối ưu cho toàn nhà máy ta có công suất phát của từng

tổ máy tương ứng cho các mức phụ tải

Z

; ;

0 x

Z

; 0 x

Z

n 2

k 1

(1.9)

Nội dung của phương pháp Gradient là: Cho một tập tùy ý giá trị ban

đầu của các biến độc lập xk+1, xk+2,…,xn Theo (1.8) tính ra các biến phụ thuộc

và tính các đạo hàm riêng theo các biến độc lập (1.9) Nếu các đạo hàm riêng

này bằng không với sai số cho phép thì tập nghiệm đã chọn là đúng Nếu không thì phải hiệu chỉnh các biến độc lập ban đầu theo hướng tiến gần tới nghiệm tức là theo hướng ngược với gradent của hàm Z

j

i i

x Z

h x Z x

∆xi được tính theo (1.12) cho giá trị của xj ở bước m

Sau khi hiệu chỉnh kiểm tra lại điều kiện (1.9) Nếu chưa đạt lại hiệu chỉnh tiếp cho đến khi đạt yêu cầu

∂Z/∂xi là đạo hàm riêng toàn phần ứng với sự không đổi của tất cả các biến độc lập khác và được tính như sau:

i

j ' k 1

' i

x ) x

Z ( ) x

Z ( x

Ngoài ra biểu thức (1.12) có tính đến khi thay đổi biến độc lập xi thì các biến phụ thuộc xj cũng thay đổi

1.4.2.6 Phương pháp hàm phạt

Đặc tính của hàm phạt là có giá trị không khi biến mà nó liên hệ nằm trong miền cho phép và có giá trị rất lớn khi biến có giá trị nằm ngoài miền cho phép Thực chất của phương pháp này là biến đổi bài toán phi tuyến với các ràng buộc thành một bài toán hay một dãy bài toán không có ràng buộc

Cụ thể là thay hàm f(x) bởi hàm ~f(x)bằng cách thêm vào những hàm trọng số (toàn bộ phần thêm gọi là hàm phạt) sao cho tại những điểm x mà trong chừng mực nào đó còn thảo mãn các điều kiện ràng buộc thì giá trị của hàm phạt khá

bé và sao cho ~f(x) → f(x*) khi x->x* Khi dùng hàm phạt do giữ vững các mối

điều hoà giữa các ràng buộc và các hàm phạt trọng số mà ta có thể đạt được hiệu quả tối ưu nhất [25, tr.188]

Từ đặc tính này cho thấy, hàm phạt không phải là phương pháp độc lập,

nó là cách thức xử lý các hạn chế dạng bất đẳng thức để sử dụng các phương pháp khác để giải như Lagrange hay Có nhiều cách thành lập hàm phạt Ta xét một ví dụ cụ thế: nếu biến xi bị hạn chế xmin ≤ xi ≤ xmax, hàm phạt có thể là:

Sxi = (k1/2)(xi-ximin)2 khi xi < ximin

Sxi = (k2/2)(xi-ximax)2 khi xi > ximax

Đạo hàm của hàm phạt là

Sxi’ = k1(xi – ximin) khi xi < ximin

Sxi’ = k2(xi – xmax) khi xi > ximax

Dạng của hàm phạt và đạo hàm của nó được biểu diễn trên hình vẽ 1.2

1.5 Bài toán cơ bản PBCS giữa các NMNĐ

Bài toán PBCS tối ưu giữa các NMNĐ có các dạng sau:

- PBCS giữa các tổ máy trong một nhà máy

- PBCS giữa các NMNĐ trong HTĐ

Sự khác nhau giữa hai bài toán này chỗ trong bài toán sau phải kể đến

sự biến đổi của tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện theo công suất phát (Pf) của các NMNĐ Nói chung cần lập các đường đặc tính năng lượng của từng nhà máy trước sau đó giải bài toán PBCS giữa các nhà máy trong hệ thống Trong HTĐ tập trung sự biến đổi tổn thất công suất tác dụng theo công suất các NMĐ có thể không đáng kể, trong trường hợp này 2 bài toán trở nên giống nhau và có thể giải một lần

Trong bài toán này giả thiết rằng tất cả các nhà máy đều tham gia vận hành trong từng giờ đã được xác định, trong các giờ khác nhau, số nhà máy làm việc có thể không giống nhau, một số tổ máy có thể phải nghỉ do điều kiện kỹ thụât hoặc do điều kiện kinh tế

Đặc điểm của các NMNĐ là không bị hạn chế về điện năng phát, có nghĩa là nó có thể phát đến công suất định mức trong mọi thời điểm cần thiết

Do đó công suất phát của các NMNĐ trong từng giờ vận hành không phụ thuộc lẫn nhau và bài toán PBCS tối ưu giữa các NMNĐ chỉ cần giải cho từng giờ vận hành, đó là bài toán cơ bản Để tìm chế độ vận hành cho 1 ngày đêm, chỉ cần giải 24 bài toán cơ bản cho 24 giờ

Bài toán cơ bản PBCS tối ưu giữa các NMNĐ là: Có n nhà máy nhiệt

điện hoặc NMNĐ với đặc tính chi phí sản xuất giờ của mỗi NMNĐ là T i (P i ), giới hạn công suất là P min và P max Biết công suất yêu cầu của phụ tải là:

Trong đó:

Ppt là công suất phụ tải và ∆P là tổn thất trong lưới điện

Giả thiết rằng phụ tải là hằng số trong 1 giờ và tất cả các nhà máy đều tham gia vận hành

Cần xác định công suất phát của mỗi nhà máy sao cho tổng chi phí sản xuất trong 1 giờ vận hành của các NMNĐ là nhỏ nhất

Mô hình bài toán như sau:

đã trình bày chi tiết về các phương pháp giải bài toán, đồng thời cũng đã đưa

ra các phương pháp tiếp cận và các chỉ tiêu cần lưu ý trong khi giải bài toán

Thông thường các bước tiến hành PBCS tối ưu cho các NMNĐ với các ràng buộc truyền thống được tiến hành theo hình vẽ 1.3:

Hình 1.3: Sơ đồ phương pháp luận PBCS tối ưu cho các NMNĐ

với các ràng buộc truyền thống

1.6 Các bài toán về hàm chi phí môi trường

Mục tiêu của xã hội là làm mọi cách để giảm nhẹ mức ô nhiễm Từ thực

tế cũng như lý thuyết cho thấy có thể sử dụng một trong hai biện pháp sau đây

được áp dụng tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm mong muốn:

+ Biện pháp thứ nhất: là đầu tư để lắp đặt các trang thiết bị chống ô nhiễm để giảm thiểu phát thải Rõ ràng, nếu đầu tư tăng lên (do trang bị các

Kết quả tính toán tối ưu phát triển nguồn điện

Danh sách các NMNĐ

Các đường đặc tính năng

lượng của các NMNĐ

Các ràng buộc KT -KT truyền thống

PBCS tối ưu cho các NMNĐ

thiết bị làm giảm ô nhiễm: lắp thiết bị lọc, thay đổi dây chuyền công nghệ sản xuất sử dụng loại nhiên liệu có hàm lượng sulfur…) thì mức độ gây ô nhiễm của các nhà máy sẽ giảm đi

+ Biện pháp thứ hai: Giảm mức sản xuất cũng sẽ làm giảm mức độ gây ô nhiễm Tuy nhiên biện pháp này sẽ làm giảm doanh thu của nhà máy và ảnh hưởng đến các hoạt động của nền kinh tế

Vì vậy, việc lựa chọn biện pháp nào cần phải có những nghiên cứu cụ thể Tuy nhiên, trong hoàn cảnh nước ta, khi các NMNĐ vẫn giữ vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện, thì chúng ta nên xem xét và sử dụng biện pháp thứ nhất và song song với đó, chúng ta cũng rất cần phải nghiên cứu các biện pháp quản lý phát thải: đánh phí môi trường, hoặc đánh thuế môi trường

Việc đánh giá giữa lợi ích và chi phí của tác động môi trường là xác

định mối quan hệ hàm số giữa dự án và tác động môi trường Mặt khác, theo

điều 34, Nghị định 175/CP của Chính phủ ngày 18/10/1994 hướng dẫn thi hành Luật bảo vệ môi trường quy định “Các tổ chức, cá nhân sản xuất kinh doanh thuộc các lĩnh vực hoặc các đối tượng sau đây phải nộp phí bảo vệ môi trường:

+ Khai thác dầu mỏ, khí đốt và các khoáng sản khác

+ Sân bay, bến cảng, bến xe, nhà ga

+ Phương tiện giao thông cơ giới

+ Các lĩnh vực kinh doanh khác gây ô nhiễm môi trường

Theo Nghị định này, đóng góp tài chính cho bảo vệ môi trường được gọi

là phí bảo vệ môi trường (gọi tắt là phí môi trường) và cũng theo điều khoản này thì các NMNĐ thuộc đối tượng thứ tư phải nộp phí môi trường

Theo các sách đã dẫn về kinh tế môi trường [51, tr.50], [11, tr.199] : Phí môi trường được tính theo nguyên tắc: đánh phí môi trường theo từng đơn vị sản phẩm gây ô nhiễm sao cho không còn có sự chênh lệch giữa chi phí của 1

đơn vị sản xuất (MC) và chi phí biên của xã hội (MSC) Gọi t là mức phí đánh vào một đơn vị chất thải ta có:

Theo nguyên tắc trên, có thể tính phí môi trường theo các cách sau:

1.6.1 Mức phí dựa vào khối lượng tiêu thụ nhiên liệu đầu vào

Có thể đánh phí dựa vào lượng và loại nhiên liệu mà các nhà máy điện

sẽ sử dụng trong qúa trình sản xuất và gây ô nhiễm môi trường (khi đốt than

sẽ sinh ra khí CO, NOx…) Theo cách đánh phí này sẽ làm cho chi phí sản suất tăng lên và như vậy sẽ khuyến khích giảm tiêu thụ chúng, kết quả cuối cùng là giảm khối lượng chất thải gây ô nhiễm Để xác định mức phí theo phương pháp này, theo kinh nghiệm quốc tế có thể tính theo:

a- Tính dựa vào tổng nhiên liệu đầu vào thực tế sử dụng

Phương pháp này chủ yếu dựa vào lượng nhiên liệu mà các nhà máy phải tiêu hao trong thời gian t (có thể tính theo đơn vị thời gian tháng, mùa, năm…), tùy theo thời gian quy định của cơ quan quản lý và thu phí

Gọi phí đối với chất thải khí của nhà máy j là Tj

Tổng khối lượng nhiên liệu của nhà máy j trong chu kỳ là Bj

Suất phí với một đơn vị nhiên liệu đầu vào tham gia thải khí độc hại loại i của nhà máy j là Cji

bj- suất tiêu hao nhiên liệu của nhà máy j

Aj- Lượng sản phẩm sản xuất của nhà máy j

Mức phí phải trả của các nhà máy gây ô nhiễm sẽ là:

1

(1.24)

Ngoài ra cũng nên xem xét tới tuổi thọ của công nghệ đang áp dụng, trong đó bao gồm máy móc thiết bị và quy trình công nghệ, thiết bị xử lý chất thải

Phương pháp này đơn giản, dễ dàng tính được khi có số liệu về sản lượng điện mà các nhà máy sản xuất ra trong kỳ kế hoạch Tuy nhiên phương pháp này cũng còn có một số hạn chế như việc xác định mức phí phải trả cho mỗi loại khí gây ô nhiễm và mối tương quan giữa chúng là rất khó xác định

b Tính phí ngay vào giá thành nhiên liệu

Đây là cách tính phí tương đối đơn giản Tuy nhiên, xác định mức phí chiếm bao nhiêu % của giá thành khai thác nhiên liệu lại không phải dễ dàng Trong điều kiện cạnh tranh của cơ chế thị trường, khi giá nhiên liệu tăng (giảm) thì mức tăng (giảm) cho loại phí này là bao nhiêu?