Nguyên cứu xây dựng phương án vận hành tối ưu nhà máy thủy điện sông tranh 2 trong thị trường điện (tt)

Mặc khác, để nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của Công ty thủy điện Sông Tranh do Tổng Công ty Phát điện 1 giao, trong đó việc xây dựng bộ cơ sở dữ liệu tính toán dùng chung, tối ưu

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Mã số: 8520201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC Ĩ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng- Năm 2020

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐH ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PG T Ngô Văn Dưỡng

Phản biện 1: PGS.TS Đinh Thành Việt

Phản biện 2: TS Lê Hữu Hùng

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 30 tháng 5 năm 2020

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm thông tin học liệu và truyền thông Trường Đại học

Bách khoa

- Thư viện Khoa điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công trình thủy điện Sông Tranh 2 được xây dựng trên Sông Tranh thuộc hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, cách thị trấn huyện Bắc Trà My khoảng 10km về phía Tây, cách thành phố Tam Kỳ 70km về phía Tây Nam Nhiệm vụ chính của công trình là góp phần giảm lũ cho hạ du; tạo nguồn bổ sung nước cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt đáp ứng nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt, công nghiệp và đẩy mặn; cung cấp điện cho hệ thống điện Quốc gia phục vụ phát triển kinh tế xã hội hằng năm khoảng 679,5 tr kWh

Đặc điểm của hồ chứa thủy điện Sông Tranh 2 có dung tích lớn nhất trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (khoảng 729,2 triệu

m3), hằng năm phải đảm bảo cung cấp nước phục vụ sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và đẩy mặn khu vực hạ du tỉnh Quảng Nam (khoảng 1,4 tỷ m3) Tuy nhiên trong những năm gần đây do ảnh hưởng của hiện tượng Elnino và biến đổi khí hậu bất thường nên lưu lượng nước về hồ thấp hơn nhiều so với trung bình nhiều năm Do

đó, việc tính toán vận hành hồ chứa thủy điện Sông Tranh 2 vừa đảm bảo các nhiệm vụ nêu trên là một vấn đề hết sức quan trọng

Mặc khác, để nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của Công

ty thủy điện Sông Tranh do Tổng Công ty Phát điện 1 giao, trong đó việc xây dựng bộ cơ sở dữ liệu tính toán dùng chung, tối ưu hóa nguồn nhân lực, tiết kiệm thời gian tính toán số liệu báo cáo cho các

cơ quan chức năng từ trung ương đến địa phương và nâng cao hiệu quả vận hành nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 trong thi trường điện

là nhiệm vụ hết sức quan trọng Vì vậy, vấn đề “Nguyên cứu xây

dựng phương án vận hành tối ưu nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 trong thị trường điện” cần được giải quyết

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng phương án vận hành tối ưu nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 trong thị trường điện;

- Đảm bảo cấp nước vùng hạ du phục vụ sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt và đẩy mặn khu vực hạ du tỉnh Quảng Nam;

- Nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh của Công ty

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Nhà máy thủy điện Sông Tranh 2

- Phạm vi nghiên cứu: Phương án vận hành tối ưu nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 trong thị trường điện

4 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như sau:

- Nghiên cứu các quy định của thị trường phát điện cạnh tranh;

- Xây dựng các hàm mục tiêu và các ràng buộc;

- Nghiên cứu xây dựng phương án để giải quyết bài toán tối

5.2 Tính thực tiễn:

- Kết quả của đề tài sẽ là tài liệu bổ sung để CBCNV nắm bắt tổng quát về xây dựng phương án vận hành tối ưu NMTĐ Sông Tranh 2

- Vận dụng để tính toán xây dựng chiến lược chào giá ngày tới trong thị trường phát điện cạnh tranh

- Giảm thiểu sai sót, tiết kiệm thời gian, nhân lực trong việc tính toán các thông số vận hành hồ chứa và tổ máy (thủy văn, tần suất, hồ chứa, xả tràn, sản lượng, thời gian vận hành…) phục vụ công tác báo cáo số liệu vận hành cho các cấp theo quy định

- Vận dụng để tham khảo tính toán lập kế hoạch vận hành cho

Chương 2: Cơ sở lý thuyết xây dựng phương án vận hành tối

ưu nhà máy thủy điện Sông Tranh 2

Chương 3: Chương trình tính toán vận hành tối ưu nhà máy thủy điện Sông Tranh 2

Chương 4: p dụng tính toán để xây dựng phương án vận hành tối ưu nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 trong thị trường điện

CHƯ NG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦ ĐIỆN SÔNG TRANH 2

TRONG TH TRƯỜNG ĐIỆN 1.1 Tổng quan về t ng sông Vu Gia - T u Bồn và Nhà máy

t ủy đi n Sông Tranh 2

1.1.1 T ng quan về hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn và hồ chứa thủy điện Sông Tranh 2

1.1.1.1 Tổng quan về hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn

1.1.1.2 Đặc điểm lưu vực hồ chứa th điện Sông Tranh 2

1.1.1.3 Đặc điểm th văn hồ chứa th điện Sông Tranh 2

1.1.2 T ng quan về nhà máy thủy điện Sông Tranh 2

1.3.1 Mục đích phát triển thị trường điện

1.3.2 Lộ trình phát triển thị trường điện tại Việt Nam

1.3.3 Các cấp độ phát triển của thị trường

1.3.3.1 Cấp độ thị trường phát điện cạnh tranh

1.3.3.2 Cấp độ thị trường bán buôn cạnh tranh

1.3.3.3 Cấp độ thị trường bán lẻ cạnh tranh

1.3.4 Thị trường phát điện cạnh tranh tại Việt Nam

1.3.4.1 Gi i thiệu

1.3.4.2 Các đối tượng tham gia thị trường phát điện cạnh tranh

1.3.5 Hệ thống các văn bản pháp luật liên quan đến thị trường điện

1.4 H t ng đi n Vi t Nam và k u vực Miền Trung

1.4.1 T ng quan về hệ thống điện Việt Nam

1.5 Kết Luận

Nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 được xây dựng trên sông Tranh thuộc hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, công suất lắp đặt là 190MW, sản lượng điện hằng năm cung cấp lên HTĐ Quốc gia là 679,5 triệu kWh Ngoài ra, nhà máy c n góp phần giảm lũ, tạo nguồn

bổ sung nước cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt đáp ứng nhu cầu phục

vụ nước sinh hoạt, công nghiệp và đẩy mặn cho khu vực hạ du tỉnh Quảng Nam

Qua tìm hiểu mục đính phát triển thị trường điện cạnh tranh, lộ trình và các cấp độ phát triển thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam, cho thấy vai trò của việc xây dựng kế hoạch vận hành tối ưu các tổ máy phát điện khi đơn vị quản lý vận hành hệ thống điện cho phép nhà máy tham gia thị trường phát điện cạnh tranh Qua hơn 03 năm Nhà máy thủy điện Sông Tranh 2 tham gia trực tiếp thị trường phát điện cạnh tranh, việc tính toán vận hành các tổ máy đảm bảo yêu cầu cấp nước hạ du vào mùa cạn được đặt lên hàng đầu nên nhiều khi gây ảnh hưởng lớn đến doanh thu của nhà máy khi tham gia thị trường phát điện cạnh tranh do phải vận hành vào những thời điểm phụ tải và giá bán điện bình quân trên thị trường thấp Mặc khác, diễn biến hình thái thời tiết trong những năm gần đây ít tuân theo quy luật tự nhiên nên làm ảnh hưởng rất lớn đến việc vận hành tối ưu nhà máy trong thị trường điện

Trong những năm gần đây và những năm tiếp theo nhu cầu phụ tải điện của HTĐ Việt Nam tăng cao (sản lượng hàng năm tăng

từ 8-13%) nên việc xây dựng kế hoạch vận hành tối ưu các tổ máy phát điện đáp ứng yêu cầu huy động công suất của các Trung tâm điều độ và đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật do EVN và EVNGENCO1 giao là nhiệm vụ trọng tâm của Công ty trong thời gian tới

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH 2 2.1 Mô ìn n à máy t ủy đi n

2.2 Cơ sở dữ li u đầu vào xây dựng p ương án vận àn t i ưu

2.2.1 D liệu đ u vào tính toán xây dựng phương án

Từ số liệu nêu trên, luận văn chọn các năm khảo sát điển hình như sau:

- Năm 2016: năm nước trung bình với Qvtb = 128,7 m3/s

- Năm 2017: năm nhiều nước với Qvtb = 158,6 m3/s

- Năm 2018: năm kiệt nước với Qvtb = 64,4 m3/s

2.2.2 Diễn biến vận hành các nhà máy thủy điện trong thị trường điện

2.2.3 hân tích đ c điểm của hồ chứa Sông Tranh 2 trong thị trường điện

2.2.4 Biểu đồ điều phối vận hành nhà máy thủy điện Sông Tranh

- λ t: là giá điện dự báo của thị trường trong tháng t

- P t: là công suất phát của nhà máy điện trong tháng t (MW);

- ∆t (h): số giờ trong 01 chu kỳ khảo sát 01 tháng

- T: là số tháng trong 1 năm (T = 12)

2.3.3 Các điều kiện ràng buộc

2.3.3.1 Gi i hạn Mực nư c hồ (dung tích hồ chứa)

- Tháng 3, 4, 5, 6: Vận hành với sản lượng điện phát cao do các tháng này giá điện bình quân của thị trường cao, yêu cầu phụ tải của hệ thống cao và các nguồn điện (đặc biệt là các hồ thủy điện có công suất lớn ở Miền Bắc) ở giai đoạn cuối mùa khô nên có hệ số khả dung thấp

- Tháng 7, 8: Vận hành với sản lượng điện phát thấp nhưng đảm bảo lưu lượng cấp nước hạ du theo quy định để đưa MNH về cao trình MNC (cao trình 140m)

- Tháng 9: Vận hành phát điện theo sản lượng điện giao (Qc)

- Tháng 10, 11: Vận hành với sản lượng điện phát tối đa, tránh

xả tràn nhưng đảm bảo MNH giới hạn theo quy định

- Tháng 12: Vận hành phát điện theo sản lượng điện giao (Qc) đảm bảo đưa MNH về MNDBT (cao trình 175m)

2.4 Xây dựng P ƣơng án vận àn t i ƣu t áng c u k tín toán

2.4.3 Các điều kiện ràng buộc

2.4.3.1 Gi i hạn mực nư c hồ (dung tích hồ chứa)

- Vận hành với sản lượng điện phát thấp nhưng tránh xả tràn

và đảm bảo lưu lượng cấp nước hạ du theo quy định, đặc biệt là các ngày cuối tuần (thứ 7, chủ nhật) do yêu cầu phụ tải của hệ thống

thường thấp hơn các ngày trong tuần

2.5 Xây dựng c ƣơng trìn vận àn t i ƣu ngày c u k tín toán

2.5.3 Các điều kiện ràng buộc

2.5.3.1 Ràng buộc về lưu lượng chạy máy tối thiểu ng

- Thông số sản lượng và doanh thu ngày: sản lượng phát điện ngày, sản lượng Qc ngày, sản lượng điện phát trong tháng, giá bán điện bình quân ngày

Phương án ngày được dùng cho tính toán sơ bộ để Công ty phát điện xây dựng bản chào giá ngày tới (ngày D+1) và được gửi

để phân tích lựa chọn các năm khảo sát điển hình làm cơ sở tính toán Mặc khác, luận văn cũng đã đưa ra phân tích diễn biến của thị trường về dự báo phụ tải và khả năng huy động nguồn các nhà máy điện trên hệ thống điện Quốc gia; phân tích các điều kiện giới hạn ràng buộc như: giới hạn dung tích hồ chứa, giới hạn lưu lượng qua turbine của tổ máy, ràng buộc về giới hạn công suất phát của tổ máy, quan hệ giữa công suất và lưu lượng chạy máy, ràng buộc về lưu lượng chạy máy tối thiểu theo Quy trình vận hành liên hồ chứa để xây dựng Phương án vận hành tối ưu

Với mục tiêu chính của các Công ty phát điện là phát điện và bán điện ra thị trường điện với doanh thu cực đại, Phương án vận hành tối ưu của nhà máy thủy điện được xây dựng gồm: Phương án vận hành tối ưu dài hạn nhằm mục đích xác định dung tích nước tối

ưu sẽ tích trữ trong hồ chứa và lưu lượng nước phát điện tối ưu trong từng tháng của chu kỳ tính toán năm Phương án vận hành tối ưu trung hạn nhằm mục đích xác định dung tích nước tối ưu sẽ tích trữ trong hồ chứa và lưu lượng nước phát điện tối ưu trong từng ngày của chu kỳ tính toán tháng Phương án vận hành tối ưu ngắn hạn nhằm mục đích xác định sản lượng điện năng hàng giờ và diễn biến của hồ chứa phù hợp với những biến đổi của giá thị trường trong ngày và dòng chảy tự nhiên dự báo, làm cơ sở để Công ty phát điện xây dựng bản chào giá ngày tới (ngày D+1) trong thị trường điện cạnh tranh với mục tiêu vận hành với sản lượng điện phát cao những giờ cao điểm có dự báo phụ tải yêu cầu của hệ thống cao để tăng doanh thu, hạn chế phát giờ thấp điểm

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

SÔNG TRANH 2 3.1 Các p ương p áp tín toán để xây dựng c ương trìn

3.1.1 hương pháp nội suy tuyến tính

3.1.2 hương pháp tính toán t n suất nư c về hồ

3.1.3 hương pháp tính toán số liệu vận hành hồ chứa

3.1.4 hương pháp tính toán sản lư ng điện kế hoạch

3.1.5 hương pháp tính toán số liệu điều tiết xả tràn hồ chứa 3.1.6 hân tích lựa chọn phương pháp tính toán

Trên cơ sở thông số cơ bản thiết kế kỹ thuật của công trình (gồm: mực nước hồ, thể tích hồ, suất tiêu hao, độ mở cửa van và lưu lượng xả điều tiết qua tràn) nhưng với khoản chia lớn, luận văn áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính để chia nh giá trị tính toán Kết quả số liệu tính toán chi tiết như phụ lục 1, phụ lục 2 phụ lục 3, đính kèm p dụng các hàm toán học cơ bản, lý thuyết tính toán thủy văn và tính toán chế độ vận hành các tổ máy được nêu từ mục 3.1.1 đến mục 3.1.4 để tính toán các thông số hồ chứa theo Phương án vận hành tối ưu

3.2 Ngôn ngữ kỹ t uật tín toán

3.2.1 Hàm toán học tính toán sử dụng trong Excel

3.2.2 Gi i thiệu về Visual Basics Application trong Excel

3.3 T uật toán c ương trình tính toán

Giải bài toán bằng các hàm trong Excel như: hàm INDEX và hàm MATCH, hàm VLOOKUP, hàm IF, …

Tính toán lưu lượng nước chạy máy qua tuabin dự kiến theo QTVH LHC 1537

- Lưu lượng nước về hồ dự báo;

- Lưu lượng xả tràn dự kiến;

- Lưu lượng chạy máy qua tuabin dự kiến;

- Chu kỳ tính toán (tháng/ ngày)

MNH, V, Qmáy, Qxả tràn, P, A

BẮT ĐẦU

KẾT THÚC

3.4 C ƣơng trìn tín toán

3.4.1 Giao diện gi i thiệu chương trình

Hình 3.2: Giao diện giới thiệu chương trình

3.4.2 Các chức năng chính của Chương trình tính toán

Chức năng chính của chương trình có 02 module là module tính toán sản lượng và module tính toán thủy văn Trong mudule tính toán sản lượng có 05 module con gồm: tra lưu lượng tháng theo tần suất dự

báo; tra tần suất tháng theo lưu lượng nước về hồ tính toán; tính sản lượng và mực nước hồ theo lưu lượng về hồ dự báo, lưu lượng chạy máy dự kiến, lưu lượng xả tràn dự kiến; tính mực nước hồ và lưu lượng chạy máy theo sản lượng kế hoạch, lưu lượng về hồ dự báo, lưu lượng xả tràn dự kiến; tính sản lượng và lưu lượng chạy máy dự kiến theo mực nước hồ dự kiến, lưu lượng về hồ dự báo, lưu lượng xả tràn

dự kiến Trong module tính toán thủy văn có 04 mudule con, gồm: module tính toán mực nước và thời gian; module tính toán dung tích

hồ chứa; Module tính toán vận hành điều tiết và hạ mực nước hồ đón lũ; module tính toán vận hành giảm lũ cho hạ du

Chương trình tính toán giúp cho người sử dụng dễ dàng thực hiện các thao tác để cập nhật dữ liệu, thực hiện các module tính toán

để làm cơ sở xây dựng phương án vận hành tối ưu nhà máy điện Sông Tranh 2 trong thị trường điện nhằm đạt cực đại về doanh thu

CHƯƠNG 4

ÁP DỤNG TÍNH TOÁN ĐỂ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH 2 4.1 Xây dựng P ương án vận àn t i ưu n m c u k tính toán là

4.1.2 Đánh giá kết quả xây dựng hương án vận hành tối ưu năm

4.1.2.1 Đánh giá ết quả vận h nh theo các điều iện r ng buộc 4.1.2.2 Đánh giá ết quả về sản lượng phát điện và doanh thu

Kết quả xây dựng Phương án năm của luận văn so với thực tế vận hành qua các năm điển hình như sau:

vận hành

Phương

án năm

Chênh lệch

2016 Sản lượng phát (triệu kWh) 656,28 656,99 0,71 Doanh thu (tỷ đồng) 628,47 639,16 10,69

2017 Sản lượng phát (triệu kWh) 829,61 844,86 15,25 Doanh thu (tỷ đồng) 732,00 755,84 23,85

2018 Sản lượng phát (triệu kWh) 456,90 457,55 0,65 Doanh thu (tỷ đồng) 505,55 511,43 5,88

4.2.1.1 ết quả â dựng hư ng án tháng điển h nh năm 2016

Hình 4.13: Biểu đồ sản lượng điện, doanh thu tối ưu từng ngày của

tháng 1 năm 2016

4.2.1.2 ết quả â dựng hư ng án tháng điển h nh năm

Hình 4.15: Biểu đồ sản lượng điện, doanh thu tối ưu từng ngày của

tháng 1 năm 2017