Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là: hiên cứu cơ sở khoa học, để xây dựng mô hình tính toán tối ưu doanh thu bán điện cho hệ thống hồ chứa bậc thang trong điều kiện phát điện cạnh tranh, nhằm đưa ra các chỉ dẫn vận hành kết hợp với BĐĐP đảm bảo phát đủ sản lượng hợp đồng hàng năm và hướng đến doanh thu lớn nhất. Mời các bạn tham khảo!
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
LÊ QUỐC HƯNG
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH PHÁT ĐIỆN CÁC HỒ CHỨA BẬC THANG
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH,
ÁP DỤNG CHO LƯU VỰC SÔNG CHU
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, NĂM 2019
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
LÊ QUỐC HƯNG
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH PHÁT ĐIỆN CÁC HỒ CHỨA BẬC THANG
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH,
ÁP DỤNG CHO LƯU VỰC SÔNG CHU
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 9580202
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1 PGS TS Phan Kỳ Nam
2 PGS TS Lê Văn Nghị
HÀ NỘI, NĂM 2019
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Tác giả luận án
Lê Quốc Hưng
Trang 4LỜI CÁM ƠN
Luận án Tiến sĩ này, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phan
Kỳ Nam và PGS.TS Lê Văn Nghị Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy giáo đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thiện luận án
Tác giả xin cảm ơn các cấp lãnh đạo của Trường Đại học Thủy lợi, Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình, Khoa Năng lượng, lãnh đạo và các thầy cô giáo của Bộ môn Thủy điện và Năng lượng tái tạo đã tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp
ý kiến và chia sẻ kiến thức, tư vấn cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án
Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến TS Phan Trần Hồng Long thuộc Bộ môn Thủy điện và Năng lượng tái tạo đã dành thời gian, công sức hỗ trợ tác giả trong quá trình thực hiện luận án
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân và các đồng nghiệp tại Ban Đầu tư Xây dựng thuộc Tổng công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam đã cung cấp
dữ liệu đầu vào, tạo điều kiện về thời gian công tác và sinh hoạt, là chỗ dựa vững chắc
về tinh thần cho tác giả trong các năm học tập và hoàn thiện luận án này
Tác giả luận án
Lê Quốc Hưng
Trang 5MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ x
1 Danh mục các từ viết tắt x
2 Giải thích các thuật ngữ xiii
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu 3
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4
3.1 Đối tượng nghiên cứu 4
3.2 Phạm vi nghiên cứu 4
4 Nội dung nghiên cứu 4
5 Phương pháp nghiên cứu 5
6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5
6.1 Ý nghĩa khoa học 6
6.2 Ý nghĩa thực tiễn 6
7 Cấu trúc của luận án 7
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH BẬC THANG HỒ CHỨA VÀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 8
1.1 Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa trên thế giới 8
1.1.1 Các bước xây dựng mô hình toán học 8
1.1.2 Các nghiên cứu tối ưu và mô hình hóa hệ thống hồ chứa 9
Trang 61.2 Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa tại Việt Nam 13
1.2.1 Một số nghiên cứu vận hành hồ chứa ở Việt Nam 13
1.2.2 Một số nghiên cứu liên quan đến lưu vực sông Mã và sông Chu 17
1.2.3 Các quy trình vận hành liên hồ chứa trên hệ thống sông Mã 19
1.3 Giới thiệu chung về thị trường phát điện cạnh tranh 21
1.3.1 Tổng quan về thị trường điện cạnh tranh trên thế giới 21
1.3.2 Tổng quan về thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam 22
1.3.3 Tổng quan về giá bán điện trên thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam 25
1.3.4 Quá trình tham gia thị trường điện cạnh tranh của NMTĐ Hủa Na và Cửa Đạt 28
1.3.5 Một số tồn tại và khó khăn của các NMĐ khi tham gia thị trường điện cạnh tranh 30
1.4 Định hướng nghiên cứu của luận án 31
1.5 Kết luận chương 1 32
CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH PHÁT ĐIỆN CÁC HỒ CHỨA BẬC THANG TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 34
2.1 Phương pháp giải bài toán tối ưu trong vận hành liên hồ chứa 34
2.1.1 Phương pháp giải bài toán tối ưu 34
2.1.2 Các dạng bài toán vận hành liên hồ chứa 36
2.2 Phương pháp giải bài toán QHĐ 37
2.2.1 Lựa chọn cách tiếp cận 37
2.2.2 Các đặc trưng của QHĐ 38
2.3 Tính toán điều tiết tối ưu hồ chứa nước của trạm thủy điện bằng QHĐ 40
2.3.1 Mô hình tính toán đơn hồ 40
2.3.2 Mô hình toán hai hồ bậc thang 44
Trang 72.4 Mô hình tối ưu cho các hồ chứa bậc thang 45
2.4.1 Các vấn đề cần giải quyết 45
2.4.2 Hàm mục tiêu 47
2.4.3 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu 50
2.4.4 Các ràng buộc 51
2.5 Phương pháp xây dựng và giải bài toán vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Chu 53
2.5.1 Xây dựng bài toán tối ưu vận hành bậc thang hồ chứa phát điện trong điều kiện tham gia thị trường điện cạnh tranh 53
2.5.2 Lựa chọn thời đoạn tính toán, năm tính toán và giá bán điện 54
2.6 Sơ đồ khối và các hệ phương trình tính toán thủy điện bậc thang 55
2.6.1 Các bước tính toán khi biết mực nước đầu và cuối thời đoạn: 55
2.6.2 Thời đoạn tính toán 60
2.6.3 Giá bán điện 60
2.6.4 Cách chuyển giai đoạn tính cho các thời đoạn kế tiếp 61
2.7 Xây dựng chương trình tính toán 62
2.7.1 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 62
2.7.2 Mô tả các khối tính toán 63
2.7.3 Mô tả khối tính toán chính 64
2.7.4 Mô tả khối tính toán tạo biên mực nước 65
2.8 Kết luận chương 2 68
CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH XU HƯỚNG VẬN HÀNH CHO BẬC THANG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG CHU 69
3.1 Đặc điểm vận hành và các tồn tại trên lưu vực sông Chu 69
3.1.1 Đặc điểm dòng chảy 69
3.1.2 Hệ thống các hồ chứa trên lưu vực 70
Trang 83.1.3 Nhu cầu dùng nước trên lưu vưc sông Chu 72
3.1.4 Các yếu tố tác động đến vận hành hồ chứa trên lưu vưc sông Chu 72
3.2 Xây dựng BĐĐP kết hợp đảm bảo phát sản lượng hợp đồng hai hồ chứa Hủa Na và Cửa Đạt trong thị trường điện cạnh tranh tại Việt Nam 74
3.2.1 Hồ sơ thiết kế và quy trình hiện hành 74
3.2.2 Đề xuất và áp dụng mô hình tính toán liên hồ chứa trong thị trường điện cạnh tranh 78
3.2.3 Xây dựng và sử dụng đường đảm bảo phát Qc để tạo biên mực nước thượng lưu cho tính toán liên hồ chứa 79
3.3 Các kịch bản giá 84
3.3.1 Giá biến đổi theo sản lượng (Kịch Bản 1) 84
3.3.2 Giá biến đổi theo lũy tích số giờ bán điện (Kịch Bản 2) 88
3.4 Kết quả tính toán Kịch bản 1 (giá biến đổi theo sản lượng điện tháng) 93
3.4.1 Đường diễn biến mực nước thượng lưu 94
3.4.2 Các tổ hợp mực nước đầu tháng 99
3.4.3 Sử dụng kết quả để vận hành đơn hồ (trong mùa cạn) 102
3.4.4 Sử dụng kết quả để vận hành đơn hồ (trong mùa lũ) 104
3.4.5 Sử dụng kết quả để vận hành liên hồ (trong mùa cạn) 105
3.4.6 Sử dụng kết quả để vận hành liên hồ (trong mùa lũ) 106
3.4.7 Tổng doanh thu và sản lượng điện khi áp giá biến đổi theo Kịch bản 1 108
3.4.8 So sánh kết quả của hai hàm mục tiêu tổng doanh thu liên hồ và đơn hồ lớn nhất 109
3.5 Kết quả tính toán Kịch bản 2 (giá biến đổi theo lũy tích số giờ bán điện) 110
3.5.1 Diễn biến mực nước một số năm gần đây 110
3.5.2 So sánh kết quả vận hành tối ưu liên hồ chứa với thực tế 112
Trang 93.6 Chọn kịch bản giá điện áp dụng cho bậc thang và chỉ dẫn vận hành khi vận hành
trong thị trường điện cạnh tranh 114
3.6.1 Chọn kịch bản giá điện 114
3.6.2 Chỉ dẫn vận hành 114
3.7 Kết luận chương 3 115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117
1 Những kết quả đạt được của luận án 117
2 Những đóng góp mới của luận án 117
3 Những hạn chế của luận án và định hướng nghiên cứu tiếp theo 118
4 Kiến nghị 118
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO 121
PHỤ LỤC 126
Trang 10DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Công suất lắp máy thủy điện qua các năm [1] 1
Hình 1.2 Kế hoạch phát triển các cấp độ thị trường điện [41] 22
Hình 1.3 Các mốc phát triển thị trường điện cạnh tranh tại Việt Nam 23
Hình 1.4 Công suất đặt và số lượng NMĐ tham gia VCGM 23
Hình 1.5 Thị phần công suất đặt của các NMĐ trên hệ thống 24
Hình 1.6 Thị phần của các tập đoàn, tổng công ty trực tiếp tham gia VCGM 25
Hình 1.7 Giá trần thị trường điện qua các năm từ 2013 đến 2018 26
Hình 1.8 Giá CAN trung bình tháng từ 1/2017 đến 6/2018 27
Hình 1.9 Giá FMP từ 1/2017 đến 6/2018 28
Hình 1.10 Sơ đồ thể hiện các bước nghiên cứu 32
Hình 2.1 Mô hình bài toán QHĐ tổng quát 39
Hình 2.2 Mô tả các hướng đi tìm đường tối ưu trong điều tiết hồ chứa 41
Hình 2.3 Mô hình bậc thang tập hợp hướng đi ví dụ hai hồ 44
Hình 2.4 Mô tả hệ thống cân bằng lưu lượng trên hệ thống Hủa Na – Cửa Đạt 57
Hình 2.5 Các khối tính toán chính để xây dựng mô hình 63
Hình 2.6 Sơ đồ khối tính toán doanh thu max 2 hồ 66
Hình 2.7 Sơ đồ khối tạo biên ràng buộc về mực nước cho đơn hồ 67
Hình 3.1 Sơ đồ khai thác lưu vực sông Chu 71
Hình 3.2 Nhu cầu dung nước hạ lưu của hai hồ 72
Hình 3.3 Hiện trạng vận hành hồ chứa Hủa Na 6 tháng đầu năm 2014 73
Hình 3.4 Sản lượng hợp đồng hai năm gần đây của NMTĐ Hủa Na [50] 79
Hình 3.5 BĐĐP kết hợp đảm bảo phát Qc Hủa Na năm 2016-2017 80
Hình 3.6 BĐĐP kết hợp đảm bảo phát Qc Hủa Na năm 2017-2018 80
Hình 3.7 Sản lượng hợp đồng NMTĐ Cửa Đạt [50] 81
Hình 3.8 Tập hợp đường diễn biến để phát Qc Hủa Na yêu cầu theo năm thủy văn 82
Hình 3.9 Tập hợp đường diễn biến một số năm thủy văn điển hình để phát Qc Hủa Na yêu cầu theo năm thủy văn 83
Hình 3.10 Tập hợp 46 đường mực nước để đảm bảo phát Qc Cửa Đạt năm 2014-2015 83
Hình 3.11 Giá bán điện tháng NMTĐ Hủa Na [51] 85
Trang 11Hình 3.12 Giá bán điện tháng của NMTĐ Cửa Đạt [52] 85
Hình 3.13 Quan hệ giá bán và sản lượng điện các tháng mùa lũ NMTĐ Hủa Na 86
Hình 3.14 Quan hệ giá và sản lượng các tháng trong mùa cạn NMTĐ Hủa Na 86
Hình 3.15 Quan hệ giá bán và sản lượng điện các tháng mùa lũ NMTĐ Cửa Đạt 87
Hình 3.16 Quan hệ giá bán và sản lượng điện các tháng mùa cạn NMTĐ Cửa Đạt 87
Hình 3.17 Lũy tích giá khớp lệnh theo giờ tháng 11/2013 của thị trường điện 89
Hình 3.18 Lũy tích giá bán điện theo giờ, tháng 11/2013 của NMTĐ Hủa Na 89
Hình 3.19 Phân bố giờ bán điện NMTĐ Hủa Na trong tháng 11/2013 90
Hình 3.20 Xác định phạm vi ảnh hưởng của diện tích đường lũy tích đến giá tháng 90
Hình 3.21 Hệ số tương quan R của hàm tuyến tính giá giờ NMTĐ Hủa Na 91
Hình 3.22 Diễn biến mực nước thượng lưu NMTĐ Hủa Na 46 năm 94
Hình 3.23 Diễn biến mực nước thượng lưu NMTĐ Hủa Na nhóm năm ít nước 94
Hình 3.24 Diễn biến mực nước thượng lưu NMTĐ Hủa Na nhóm năm trung bình nước 95
Hình 3.25 Diễn biến mực nước thượng lưu NMTĐ Hủa Na nhóm năm nhiều nước 95
Hình 3.26 Diễn biến mực nước thượng lưu NMTĐ Cửa Đạt 46 năm 95
Hình 3.27 Diễn biến mực nước thượng lưu NMTĐ Cửa Đạt nhóm năm ít nước 96
Hình 3.28 Diễn biến mực nước thượng lưu NMTĐ Cửa Đạt nhóm năm trung bình nước 96
Hình 3.29 Diễn biến mực nước thượng lưu NMTĐ Cửa Đạt nhóm năm nhiều nước 96
Hình 3.30 Phạm vi vận hành 46 năm NMTĐ Hủa Na KB1 97
Hình 3.31 Phạm vi vận hành 46 năm NMTĐ Cửa Đạt KB1 97
Hình 3.32 Phạm vi vận hành tối ưu Hủa Na có xét đến lưu lượng tối thiểu 98
Hình 3.33 Phạm vi vận hành tối ưu Cửa Đạt sau khi Hủa Na tối ưu doanh thu 98
Hình 3.34 Xu hướng vận hành trong mùa cạn khi mực nước nằm dưới phạm vi tối ưu phát điện của BĐĐP hồ Cửa Đạt 102
Hình 3.35 Hướng phối hợp vận hành liên hồ trong mùa cạn 105
Hình 3.36 Hướng phối hợp vận hành liên hồ trong mùa lũ 107
Hình 3.37 Diễn biến mực nước hồ Hủa Na năm thủy văn 2015-2016 sử dụng ước lượng giá năm thủy văn 2014-2015 110
Trang 12Hình 3.38 Diễn biến mực nước hồ Hủa Na năm thủy văn 2016-2017 sử dụng ước lượng giá năm thủy văn 2015-2016 110Hình 3.39 Diễn biến mực nước hồ Hủa Na năm thủy văn 2017-2018 sử dụng ước lượng giá năm thủy văn 2016-2017 111Hình 3.40 Diễn biến vận hành NMTĐ Cửa Đạt 2016-2017 111Hình 3.41 Tổng hợp so sánh doanh thu (tỷ đồng) và điện lượng năm 2014-2015 theo KB2 113Hình 3.42 Tổng hợp so sánh doanh thu và điện lượng năm 2015-2016 theo KB2 113Hình 3.43 Tổng hợp so sánh doanh thu và điện lượng năm 2016-2017 theo KB2 114
Trang 13DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Mực nước thực đo (m) ngày 01/7 các năm vận hành 2012-2018 51
Bảng 2.2 Giá bán điện tháng NMTĐ Hủa Na (đ/kWh) 54
Bảng 2.3 Giá bán điện tháng NMTĐ Cửa Đạt (đ/kWh) 55
Bảng 3.1 Đặc điểm lưu vực 69
Bảng 3.2 Đặc điểm dòng chảy 70
Bảng 3.3 Các thông số chính hai hồ Hủa Na và Cửa Đạt 71
Bảng 3.4 Mực nước thấp nhất nên có trong mùa lũ của NMTĐ Cửa Đạt 75
Bảng 3.5 Lưu lượng tối thiểu khi vận hành bình thường với các mực nước cho phép 78 Bảng 3.6 Giá trị hệ số tương quan R của NMTĐ Hủa Na KB2 91
Bảng 3.7 Tổng hợp dạng đường lũy tích giá FULL khớp lệnh thị trường điện 92
Bảng 3.8 Tổ hợp 12 mực nước thượng lưu Hủa Na và Cửa Đạt (46 năm) 99
Bảng 3.9 Mực nước thượng lưu thực tế hồ Cửa Đạt ngày 01/1 các năm gần đây 103
Bảng 3.10 Tổng hợp doanh thu và sản lượng bình quân hàng năm hai hồ (KB1) 108
Bảng 3.11 So sánh lợi ích khi phối hợp hai hồ 109
Bảng 3.12 Điện lượng thực bán các năm gần đây (triệu kWh) 112
Trang 14DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
1 Danh mục các từ viết tắt
BĐĐP Biểu đồ điều phối
BNE Nhà máy điện mới tốt nhất
CAN Giá công suất thị trường
CfD Hợp đồng mua bán điện dạng sai khác
CGM Thị trường phát điện cạnh tranh (Competitive Generation Market)
CSCB Công suất công bố
CĐTĐL Cục Điều tiết điện lực (Bộ Công thương)
DDP QHĐ vi phân (Differential Dynamic Programming)
DDDP QHĐ sai phân (Discrete Differential Dynamic Programming)
DPSA QHĐ xấp xỉ liên tục (Dynamic Programming Successive
Approximation) EPTC Công ty mua bán điện (Electricity Power Trading Company)
EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam (Vietnam Electricity)
FDP QHĐ gấp khúc (Folded Dynamic Programming)
FMP Giá thị trường toàn phần (Full Market Price)
HBMO Tối ưu hóa phối hợp (Honey-Bees Mating Optimization)
HHC Công ty cổ phần thủy điện Hủa Na (Hua Na Hydropower Company) HTHC Hệ thống hồ chứa
Trang 15IPP Nhà máy điện độc lập (Independent Power Plant)
Pc Giá hợp đồng (Contract Price)
Pmin Công suất phát ổn định thấp nhất
PPA Hợp đồng mua bán điện (Power Purchase Agreement)
PVN Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Petro Vietnam)
PVPower Tổng công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam
Trang 16QHPT Quy hoạch phi tuyến (NonLinear Programming)
QHTT Quy hoạch tuyến tính (Linear Programming)
QHTL Quy hoạch thủy lợi
Qmq Sản lượng điện giao nhận
Qsmp Tổng sản lượng điện giao ngay trên thị trường
QT214 Quy trình liên hồ số 214/QĐ-TTg, ngày 13 tháng 02 năm 2018 SCE Tiến hóa tối ưu (Shuffled Complex Evolution)
SDP QHĐ ngẫu nhiên (Stochastic Dynamic Programming)
SMP Giá điện năng thị trường (Spot Market Price)
SMPcap Giá trần thị trường
TTDT Thuật toán di truyền (Genetic Algorithms)
VCGM Thị trường phát điện cạnh tranh ở Việt Nam (Vietnam Competitive
Generation Market) VCRM Thị trường bán lẻ cạnh tranh (Vietnam Competitive Retail Market) VWEM Thị trường bán buôn cạnh tranh (Vietnam Wholesale Electricity
Market) VHHTHC Vận hành hệ thống hồ chứa
VPLũ Dung tích phòng lũ
Trang 172 Giải thích các thuật ngữ
Công suất công
bố
Mức công suất sẵn sàng lớn nhất của tổ máy phát điện được các đơn
vị chào giá hoặc Đơn vị vận hành hệ thống điện và thị trường điện
và Đơn vị phát điện ký hợp đồng cung cấp dịch vụ phụ trợ công bố theo lịch vận hành thị trường điện
Mực nước lũ
kiểm tra
Cao trình mực nước hồ cao nhất khi cắt lũ kiểm tra
Trang 18Bộ Công Thương ban hành NMĐ mới tốt nhất được lựa chọn hàng năm để sử dụng trong tính toán giá công suất thị trường
Sản lượng hợp
đồng giờ
Sản lượng điện năng tại điểm giao nhận điện năng và được phân bổ cho từng chu kỳ giao dịch và được thanh toán theo hợp đồng mua bán điện dạng sai khác
Trang 19MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, thủy điện đã được phát triển mạnh mẽ ở nước ta và không ngừng được tăng lên trong các năm tiếp theo Theo quy hoạch, tổng công suất các nguồn thủy điện bao gồm cả thủy điện vừa và nhỏ, đạt 17.000 MW vào năm 2015; vào năm 2020 tăng lên đến 21.600 MW; vào năm 2025 là 24.600 MW, trong đó thủy điện tích năng 1.200 MW và đến năm 2030 là khoảng 27.800 MW với thủy điện tích năng 2.400 MW Điện năng sản xuất từ nguồn thủy điện chiếm tỷ trọng khoảng 29,5% vào năm 2020, khoảng 20,5% vào năm 2025 và khoảng 15,5% vào năm 2030 [1] Theo thực tế, tính đến năm 2018, cả nước có 818 dự án thủy điện (DATĐ) với tổng công suất lắp đặt 23.182 MW Trong đó, đã đưa vào khai thác sử dụng 385 DATĐ với tổng công suất lắp đặt 18.564 MW, đang xây dựng 143 DATĐ với tổng công suất lắp đặt 1.848 MW và đang nghiên cứu đầu tư 290 DATĐ với tổng công suất lắp đặt 2.770
MW Xét chung trong hệ thống điện quốc gia năm 2017, các DATĐ đang vận hành chiếm tỷ trọng khoảng 40% về công suất lắp đặt và khoảng 42,87% về điện năng, góp phần quan trọng vào việc bảo đảm an ninh năng lượng
Hình 1.1 Công suất lắp máy thủy điện qua các năm [1]
Ngoài vấn đề phát triển các nguồn điện từ gió, than, năng lượng mặt trời, khí , cần nghiên cứu khai thác hiệu quả các nhà máy thủy điện (NMTĐ) đã xây dựng để giảm
Trang 20bớt khó khăn cung cấp điện cho sản xuất là một vấn đề quan trọng được đặt ra Đi kèm
đó là việc xây dựng quy trình vận hành tích nước, xả lũ các hồ chứa nhằm vận hành tối
ưu các NMTĐ, đảm bảo hài hòa các lợi ích sử dụng nước, vừa tận dụng tối đa nguồn thủy năng, giảm nhẹ lũ và hạn hán ở hạ lưu là bài toán đang được xã hội quan tâm và luôn mang tính thời sự
Trước tình trạng thiếu điện kéo dài trong những năm gần đây, chủ yếu xuất phát từ những tồn tại của ngành điện hiện nay, cụ thể là: Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) không có khả năng huy động đủ vốn đầu tư tất cả các công trình điện theo quy hoạch; Giá điện thấp nên không khuyến khích tiết kiệm điện và sử dụng điện hiệu quả, khó khăn trong việc đàm phán ký kết các hợp đồng mua bán điện làm cho việc đầu tư vào ngành điện kém hấp dẫn; Mô hình tích hợp dọc, giá điện được thiết lập không thông qua cơ chế cạnh tranh: Chưa tách bạch được chi phí các khâu, khó thuyết phục xã hội
về tính minh bạch và tiết kiệm chi phí
Trong khi đó, thị trường điện cạnh tranh với những bước đi thích hợp: Thu hút đầu tư vào ngành điện, đặc biệt khâu phát điện nhằm đáp ứng đủ điện cho phát triển kinh tế-
xã hội; Giá điện được thiết lập thông qua cạnh tranh: Minh bạch và hợp lý, đảm bảo lợi ích của khách hàng và nhà đầu tư; Tăng quyền lựa chọn đối tác giao dịch của các đơn vị hoạt động điện lực và khách hàng; Khuyến khích các đơn vị nâng cao hiệu quả hoạt động
Để phù hợp với tình hình thực tế, thị trường phát điện cạnh tranh ở Việt Nam (VCGM)
đã chính thức vận hành từ ngày 01/7/2012, và đang trong giai đoạn đầu áp dụng một phần cơ chế giá trị trường và từng bước phát triển lên thị trường cạnh tranh hoàn toàn Nhìn chung, các NMĐ tham gia VCGM đã tuân thủ theo đúng quy định của thị trường điện, tìm kiếm các cơ hội trên thị trường điện để tối đa hóa lợi nhuận, đồng thời phải đảm bảo tuân thủ các ràng buộc pháp lý khác như đảm bảo nước tưới cho hạ du, phòng
lũ Thị trường điện cạnh tranh, đã tạo cơ hội cho các NMTĐ có tính tự chủ trong vận hành điều tiết để nhắm tới hiệu quả cao nhất về doanh thu bán điện, nhưng vẫn phải đảm bảo các mục tiêu thiết kế của hồ chứa như phòng lũ, cấp nước Bên cạnh đó thị trường điện của Việt Nam mang những đặc điểm riêng biệt, của nền kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa, mà không có trên thế giới
Trang 21Mặc dù được tham gia thị trường điện cạnh tranh và chủ động điều tiết, các hồ chứa khi đưa vào vận hành lại bị ràng buộc bởi các quy trình vận hành hoặc với hệ thống liên hồ chứa thì có quy trình vận hành liên hồ chứa Nhưng đây, là khung quy định tổng quát cho việc vận hành hệ thống hồ đảm bảo đa mục tiêu, nên với các chủ hồ phát điện cần bổ sung thêm một vài quy trình hay phương thức vận hành mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, để phù hợp các quy định về mục tiêu của hồ chứa Đặc biệt trong điều kiện thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam thì chưa có quy trình vận hành nào đề cập tới
Đối với các hồ chứa trên lưu vực sông Mã nói chung và sông Chu nói riêng, hiện đã có quy trình vận hành liên hồ chứa được ban hành kèm theo Quyết định số 214 QĐ/TTg ngày 13-02-2018 của Thủ tướng Chính phủ “Về việc ban hành Quy trình vận hành liên
hồ chứa trên lưu vực sông Mã” Tuy quy trình này đã quy định chi tiết về mực nước tối thiểu trong mùa kiệt của hai hồ Cửa Đạt, Hủa Na; và yêu cầu đảm bảo lượng nước cấp cho hạ lưu sông Chu của từng hồ với từng thời đoạn khác nhau nhưng chưa đưa ra các nguyên tắc vận hành phối hợp trong phát điện [2]
Mặc dù các kết quả nghiên cứu về vận hành hồ chứa đã có lý thuyết chung, nhưng những kết quả đạt được lại không cho phép áp dụng cho nhau, vì những đặc điểm riêng của từng hồ Bên cạnh đó, các nghiên cứu về vận hành nâng cao hiệu quả phát
điện thường hướng tới sản lượng, mà không hướng tới doanh thu lớn nhất trong khi
giá bán điện biến đổi theo thị trường Đặc biệt, khi thị trường điện cạnh tranh tại Việt Nam đang tiếp tục hoàn thiện và ngày càng có thêm nhiều sự tham gia của các NMĐ khác thì việc tính toán, vận hành điều tiết cần có cơ sở dựa trên giá bán biến động theo thị trường
Do vậy, đề tài luận án “Nghiên cứu cơ sở khoa học nâng cao hiệu quả vận hành phát
điện các hồ chứa bậc thang trong thị trường điện cạnh tranh, áp dụng cho lưu vực sông Chu” có tính cấp thiết và mang tính thời sự
2 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở khoa học, để xây dựng mô hình tính toán tối ưu doanh thu bán điện cho hệ thống hồ chứa bậc thang trong điều kiện phát điện cạnh tranh, nhằm đưa ra các
Trang 22chỉ dẫn vận hành kết hợp với BĐĐP đảm bảo phát đủ sản lượng hợp đồng hàng năm
và hướng đến doanh thu lớn nhất
Phân tích xây dựng mối quan hệ giữa độ giảm và mức độ phân phối của giá bán điện giờ, theo lũy tích thời gian trong từng tháng với sản lượng điện tháng và số giờ giao dịch tháng, để làm cơ sở tính toán điều tiết năm nhằm nâng cao hiệu quả phát điện, đem lại doanh thu lớn nhất cho các chủ đầu tư
Áp dụng phương pháp QHĐ, để giải bài toán tối ưu xác định chế độ vận hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa nói chung và hệ thống hồ chứa điều tiết năm nói riêng, trên lưu vực sông Chu trong điều kiện phát điện cạnh tranh ở Việt Nam
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống hồ chứa bậc thang điều tiết năm kết hợp phát điện trên lưu vực sông Chu, trong điều kiện phát điện cạnh tranh ở Việt Nam
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu ứng dụng là nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống hồ chứa điều tiết năm Hủa Na và Cửa Đạt, kết hợp phát điện trong điều kiện phát điện cạnh tranh ở Việt Nam Thời đoạn tính toán của luận án là tháng
4 Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về nghiên cứu vận hành hồ chứa và hệ thống hồ chứa trên thế giới, ở Việt Nam và tại lưu vực sông Chu Từ đó đánh giá những thành tựu, tồn tại và chỉ ra vấn đề
mà luận án cần tập trung giải quyết
- Nghiên cứu đặc điểm vận hành của hệ thống hồ chứa kết hợp phát điện trên lưu vực sông Chu, quá trình tham gia CGM và các yếu tố ảnh hưởng đến vận hành của hai hồ điều tiết năm Hủa Na – Cửa Đạt
- Xác định và xây dựng cơ sở khoa học, để vận hành hệ thống hồ chứa bậc thang kết hợp phát điện nhằm nâng cao hiệu quả bán điện tạo doanh thu tốt nhất, khi tham gia thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam và đảm bảo các mục tiêu đã có của hồ chứa
Trang 23- Xây dựng các kịch bản giá bán điện theo giá lịch sử và độ giảm lịch sử để phục vụ tính doanh thu phát điện lớn nhất
- Xây dựng và áp dụng mô hình phối hợp phát điện, vào hệ thống bậc thang hồ chứa trên lưu vực sông Chu, nhằm mục đích tăng hiệu quả phát điện, tăng doanh thu cho Chủ đầu tư và đảm bảo các yêu cầu phòng lũ và cấp nước cho hạ du theo quy trình vận hành 214 QĐ/TTg ngày 13 tháng 2 năm 2018
5 Phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu của luận án, các phương pháp sau đây được sử dụng:
- Phương pháp kế thừa: Nghiên cứu tổng quan, các công trình đã có để đánh giá các
ưu điểm, hạn chế, nhằm kế thừa các thành tựu và đề xuất hướng nghiên cứu của luận
án, giúp luận án rút ngắn thời gian nghiên cứu và thu được kết quả tốt hơn Luận án kế
thừa phương pháp QHĐ, trong giải quyết bài toán điều tiết hồ chứa/ hệ thống hồ chứa,
từ đó phát triển để giải bài toán mà luận án đặt ra là doanh thu bán điện lớn nhất trong thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam, cũng như kế thừa các số liệu đầu vào và quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Chu
- Phương pháp mô phỏng toán học: Mô hình hệ thống hồ chứa, được mô hình hóa và
giải bằng phương pháp QHĐ; được biểu diễn bởi phương trình hàm mục tiêu doanh
thu bán điện với các ràng buộc là yêu cầu cắt giảm lũ, cấp nước cho hạ du Mô hình
xác định các đặc trưng của hệ thống hồ chứa, doanh thu bán điện theo các thời đoạn Kết quả tính toán là các biểu đồ vận hành kết hợp hàng năm, đường dẫn tối ưu cho diễn biến mực nước thượng lưu, chiến lược vận hành và chào giá tốt nhất cho từng tháng phát điện trong thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: Phương pháp này được sử dụng để xử lý, phân
tích tổng hợp các số liệu đầu vào, đầu ra để đi đến các kết luận và kết quả chính của luận án
6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Hiện nay, hầu hết các trạm thủy điện lớn đều được xây dựng và đưa vào khai thác vận hành, các hệ thống bậc thang hiện nay đều đã có quy trình vận hành liên hồ chứa, tuy
Trang 24nhiên các quy trình này mới đề cập đến điều kiện ràng buộc về lưu lượng, mực nước ở
hạ du, vận hành an toàn công trình Do vậy, việc vận hành các hồ chứa để nâng cao hiệu quả đầu tư là có ý nghĩa học thuật, kinh tế và thực tế, mang tính thời sự
6.1 Ý nghĩa khoa học
Kết quả thu được của luận án, đã góp phần hoàn thiện các luận cứ khoa học vận hành liên hồ chứa đa mục tiêu với doanh thu phát điện lớn nhất Lập được chương trình tính toán và BĐĐP vận hành hồ chứa nâng cao hiệu quả phát điện trong thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam
Luận án đã cải tiến được một số mô hình vận hành tối ưu theo những mục tiêu vận hành phối hợp hoặc riêng rẽ từng hồ, với hàm mục tiêu là doanh thu lớn nhất cho hồ chứa kết hợp phát điện, trong điều kiện thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam
Phương pháp tính toán tối ưu, được xây dựng dựa trên thuật toán QHĐ với sự trợ giúp của máy tính điện tử, đã xác định được phương án vận hành hồ chứa nhằm nâng cao hiệu quả phát điện (doanh thu lớn nhất) trong thị trường điện cạnh tranh, cho hồ chứa/
hệ thống hồ chứa điều tiết năm trên lưu vực sông Chu; là cơ sở, để phát triển tiếp công
cụ tính toán vận hành hồ/ liên hồ trong các giai đoạn phát triển hoàn thiện hơn của thị trường điện ở Việt Nam
6.2 Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả tính toán phương án điều tiết và chỉ dẫn vận hành phát điện từng tháng của từng hồ và liên hồ được các chủ hồ tham khảo, áp dụng trong vận hành hệ thống hồ chứa với các ràng buộc là phạm vi mực nước phòng lũ, lưu lượng cấp nước và mục tiêu là tối đa lợi ích doanh thu
Luận án cũng đưa ra, các biểu đồ điều phối (BĐĐP) kết hợp mục tiêu đảm bảo phát đủ sản lượng điện theo hợp đồng hàng năm được giao; nhằm mục đích đảm bảo các yêu cầu của điều động hệ thống điện
Kết quả luận án là tài liệu tham khảo tốt cho thực tế vận hành, sản xuất của hai NMTĐ Hủa Na và Cửa Đạt về cách phối hợp vận hành để đưa đến tổng doanh thu lớn nhất cho đơn hoặc liên hồ
Trang 257 Cấu trúc của luận án
Nội dung luận án được trình bày gồm phần mở đầu, kết luận - kiến nghị và 03 chương
cụ thể như sau:
Chương 1 Tổng quan về nghiên cứu vận hành bậc thang hồ chứa và thị trường điện cạnh tranh: Chương này giới thiệu về hồ chứa và bậc thang hồ chứa phát điện nói chung và thông tin cơ bản về bậc thang hồ chứa trên lưu vực sông Chu Giới thiệu về quá trình phát triển của thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam và các dự báo phát triển tiếp theo Tổng quan các nghiên cứu lý thuyết, cũng như thực tế về vận hành hồ chứa
và một số nghiên cứu khác với đối tượng là lưu vực sông Chu
Chương 2 Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nâng cao hiệu quả vận hành phát điện các hồ chứa bậc thang trong thị trường điện cạnh tranh: Chương này đề xuất hàm mục tiêu, trình bày cách xây dựng mô hình toán, các phương pháp giải, các sơ đồ khối tạo biên và cách tính toán hướng đến doanh thu lớn nhất Các số liệu đầu vào, các ràng buộc và một số mục tiêu đặt ra của luận án, có xét đến thực tiễn tham gia thị trường điện cạnh tranh của hai hồ chứa
Chương 3 Áp dụng tính toán và phân tích kết quả, xác định xu hướng vận hành cho bậc thang hồ chứa trên lưu vực sông Chu: Chương này áp dụng mô hình toán, đã xây dựng trong chương 2 để vận hành liên hồ chứa cho hai công trình Hủa Na và Cửa Đạt Kết quả tính toán, theo mô hình trên được so sánh với kết quả vận hành thực tế vài năm gần đây cũng như kết quả thu được khi tính toán tối ưu theo điện năng lớn nhất Dựa vào kết quả đầu ra để đánh giá, phân tích cách điều tiết phát điện, cách phối hợp vận hành, đề ra được chiến lược chào giá tốt nhất cho các thời điểm khác nhau trong năm
Trang 26CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH BẬC THANG HỒ CHỨA VÀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH
1.1 Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa trên thế giới
Hồ chứa phát điện đóng một vai trò quan trọng trong an ninh năng lượng và đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục, không bị gián đoạn trong hệ thống điện của các quốc gia Việc khai thác vận hành hồ chứa và bậc thang hồ chứa phát điện luôn là vấn đề phức tạp trong kỹ thuật điều tiết vận hành phối hợp các hồ chứa trong cùng một hệ thống
Hệ thống hồ chứa có thể bao gồm hai hoặc nhiều hơn hai hồ chứa, có thể là dạng bậc thang nối tiếp hoặc cũng có thể là dạng bậc thang song song kết hợp nối tiếp nhiều hồ Nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa đã được các nhà khoa học, các cơ quan quản lý khai thác lưu vực sông trên thế giới đầu tư nghiên cứu từ giữa thế kỷ XX Tuy quá trình nghiên cứu lâu dài và được đầu tư khá công phu, nhưng cho đến nay vẫn chưa có công cụ và phương pháp chung cho các hệ thống Mỗi hệ thống sông, lưu vực có đặc điểm vận hành khác nhau, nên phải sử dụng một phương pháp và công cụ riêng khi mục tiêu vận hành hoặc điều kiện vận hành thay đổi Sau đây điểm lại một số phương pháp và kết quả nổi bật
1.1.1 Các bước xây dựng mô hình toán học
Do tính chất ngẫu nhiên của dòng chảy, sự đa dạng và phức tạp của địa hình lòng hồ
và phải thỏa mãn tốt nhất nhiều mục tiêu đồng thời, nên công cụ được sử dụng có hiệu quả nhất để tính toán tối ưu cho hồ chứa là mô hình toán
Mô hình toán học được xây dựng qua các bước sau:
- Xây dựng mô hình định tính cho vấn đề thực tế, tức là xác định các yếu tố có ý nghĩa quan trọng nhất và xác lập các quy luật mà chúng phải tuân theo Hay nói một cách khác là phát biểu mô hình bằng lời và bằng biểu đồ với các điều kiện về kinh tế - kỹ thuật, tự nhiên, xã hội và các mục tiêu cần đạt được
Trang 27- Xây dựng mô hình toán cho vấn đề đang xét, tức là diễn tả lại dưới dạng ngôn ngữ toán học cho mô hình định tính Mô hình toán học thiết lập mối liên hệ giữa các biến
số và các hệ số điều khiển hiện tượng
- Sử dụng các công cụ toán học để khảo sát và giải quyết bài toán, căn cứ vào mô hình
đã xây dựng cần phải chọn hoặc xây dựng phương pháp giải cho phù hợp Sau đó cụ thể hóa bằng các thuật toán tối ưu
- Phân tích và kiểm định lại các kết quả đạt được
1.1.2 Các nghiên cứu tối ưu và mô hình hóa hệ thống hồ chứa
Đối với các hệ thống hồ chứa lớn, phức tạp, hầu như không thể mô phỏng bằng mô hình vật lý với các kích thước thực Mô hình toán học với các đối tượng có đầy đủ đặc điểm như một hồ chứa phát điện thường được lựa chọn Các mô hình toán có thể cung cấp chi tiết các diễn biến vận hành và các yêu cầu tính toán từ đơn giản đến phức tạp Miguel A Mariño và Behzad Mohammadi (1984) [3] dựa trên cơ sở mô hình vận hành hàng tháng của Becker và Yeh là tối đa hóa công suất phát từ hệ thống liên hồ chứa, sau đó tiếp tục mở rộng ra cho phép tối đa hóa lượng nước cung cấp cho công nghiệp, sinh hoạt và sản xuất điện năng trong hệ thống Mô hình được tổ hợp giữa quy hoạch tuyến tính (QHTT) và quy hoạch động (QHĐ) sử dụng để tối ưu trên toàn miền Áp dụng mô hình tính cho hồ chứa Shasta ở California Central Valley Project Hiệu quả của thuật toán là giảm thời gian tính toán và các yêu cầu lưu trữ, cho phép sử dụng máy tính nhỏ để tính toán
Chaweng Changchit và M P Terrell (1993) [4] đã nghiên cứu mô hình vận hành hồ chứa đa mục tiêu với dòng chảy đến ngẫu nhiên Bài toán bao gồm tìm kiếm lượng xả thích hợp từ sự thay đổi của các hồ chứa trong hệ thống nhằm thỏa mãn nhiều mục tiêu khác nhau Các mục tiêu này bao gồm cấp nước cho thành phố và khu công nghiệp, cấp nước hạ lưu, phòng lũ, phát điện, giải trí và các mục tiêu khác Tác giả đã trình bày mô hình toán, phản ảnh ba đặc trưng quan trọng của vấn đề là: đa mục tiêu, dòng chảy ngẫu nhiên và hệ thống quy mô lớn Mô hình ứng dụng quy hoạch mục tiêu để giải và đã ứng dụng mô hình này cho hệ thống ba hồ chứa ở Oklahoma, Hoa Kỳ
Trang 28Dai T và Labadie J.W (2001) [5] nghiên cứu mô hình dòng chảy mạng lưới sông MODSIM được mở rộng để trực tiếp kết hợp các ràng buộc về nồng độ các thành phần chất lượng nước Mô hình mở rộng MODSIMQ được liên kết với mô hình chất lượng nước dòng chảy QUAL2E của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ và một mô hình đánh giá chất lượng của dòng chảy sau tưới (irrigation return flows) Một hàm lặp lại dựa trên thuật toán lập trình phi tuyến Frank-Wolfe liên kết MODSIMQ và các mô hình chất lượng nước để đảm bảo hội tụ với các thỏa mãn ưu tiên về nước, trong khi cố gắng duy trì các yêu cầu chất lượng nước tối thiểu Dòng chảy sau tưới, kênh thấm, thấm qua hồ chứa, thấm sâu, và sông do bơm nước ngầm được mô hình hóa bằng cách
sử dụng các yếu tố suy giảm dòng từ Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ Áp dụng MODSIMQ vào lưu vực sông Arkansas ở Colorado, mô hình được đánh giá cao khi thỏa mãn các vấn đề pháp lý và hành chính theo luật nước Colorado và sông nhỏ Arkansas, bao gồm nhiều cơ chế quản lý trao đổi việc sử dụng các hồ chứa điều hòa (off-stream reservoirs) trong lưu vực Các hiệu chuẩn mô hình được tiến hành cho khu vực nghiên cứu trường hợp xác nhận rằng MODSIMQ tái tạo hợp lý cả lưu lượng lịch sử và độ mặn trong giai đoạn hiệu chuẩn Kết quả từ các kịch bản quản lý khác nhau cho thấy việc sử dụng kết hợp thích hợp của bề mặt và nước ngầm có thể đồng thời đáp ứng nhu cầu nước cho người dùng trong khi tăng cường kiểm soát sự xâm nhập mặn
Huang và nnk, (2002) [6] trình bày mô hình QHĐ ngẫu nhiên dựa trên giải thuật gen
để giải quyết vấn đề khối lượng tính toán lớn cho HTHC Trường hợp nghiên cứu là vận hành dài hạn kết hợp của hai hồ chứa song song ở Đài Loan Nghiên cứu kết luận rằng giải thuật gen khá hữu dụng hỗ trợ tối ưu hóa, và mô hình QHĐ ngẫu nhiên dựa trên giải thuật gen có thể khắc phục được khối lượng tính toán lớn trong việc tìm kiếm lời giải
B Haddad và nnk, (2006) [7] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp tối ưu HBMO (Honey Bee Mating Optimization – tối ưu kết hợp kiểu đàn ong) trong xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa thuỷ điện Thuật toán HBMO là một sơ đồ thực tế giữa quá trình tích hợp và các công thức toán học Khả năng áp dụng và hiệu quả của thuật toán HBMO trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý tài nguyên nước đã được thử nghiệm trong tối ưu hoá hoạt động của các hồ chứa đơn hay hệ thống hồ chứa Kết quả
Trang 29nghiên cứu chỉ ra rằng phương pháp HBMO cho kết quả khả thi và đáng tin cậy, hiện vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong việc tối ưu hoá hoạt động của hồ chứa thuỷ điện
Kumar (2007) [8] đã sử dụng thuật toán tối ưu SWARM vào nghiên cứu vận hành hệ thống liên hồ chứa gồm 4 hồ mà trước đây Larson đã sử dụng QHĐ để giải quyết Hai nhà thủy văn học Kumar và Singh cũng đã áp dụng các thuật toán GA - giải thuật gen Tiếp đó Giáo sư Kumar lại thử nghiệm áp dụng cho hệ thống hồ chứa Bhadra của Ấn
Độ Kết quả cho thấy thuật toán tối ưu SWARM có khả năng áp dụng rất tốt vào giải quyết bài toán vận hành liên hồ chứa
Chaves, P và Chang F J (2008) [9] đã nghiên cứu áp dụng mạng trí tuệ nhận tạo tiến hóa (ENNIS) vào vận hành hồ chứa Shihmen ở Đài Loan với 5 biến ra quyết định Kết quả đạt được cho thấy mạng ENNIS sử dụng cho việc vận hành hồ chứa Shihmen này
có nhiều thuận lợi hơn nhiều vì có ít thông số, dễ dàng xử lý các biến điều khiển, dễ kết hợp giữa mô hình vận hành với các mô hình dự báo dòng chảy đến Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng mạng ENNIS hoàn toàn có khả năng kiểm soát nhiều biến để đưa
ra các quyết định hợp lý khi vận hành hồ chứa đa mục tiêu
Afzali và nnk, (2008) [10] đã nghiên cứu vận hành phối hợp hệ thống hồ thủy điện Khersan, Iran bằng việc kết hợp mô hình mô phỏng và thuật toán tối ưu với hàm mục tiêu là tổng sản lượng điện của hệ thống 4 hồ Các tác giả đã áp dụng QHTT cho riêng từng hồ và cho cả 4 hồ để so sánh Kết quả đạt được cho thấy nếu phối hợp vận hành
hệ thống 4 hồ chứa theo hàm mục tiêu đề ra sẽ cho sản lượng điện cao hơn khoảng 7,9% so với tổng sản lượng điện của 4 hồ khi vận hành riêng rẽ
Daniel De Ladurantaye và nnk (2009) [11] đã nghiên cứu về Tối ưu hóa lợi nhuận từ
vận hành thủy điện Nghiên cứu đã trình bày một mô hình toán học kết hợp xác định
và ngẫu nhiên để tối đa hóa lợi nhuận thu được bằng cách bán sản lượng điện thông qua các đập và hồ chứa bậc thang tại một thị trường giao ngay (trả tiền ngay) Mô hình đầu tiên dựa trên giá điện xác định trong khi mô hình khác tích hợp ngẫu nhiên thông
qua việc quản lý một cây các kịch bản giá tiềm năng Những kết quả bằng số dựa
trên dữ liệu lịch sử chứng minh tính ưu việt của mô hình ngẫu nhiên trên mô hình xác
Trang 30định Nó cũng cho thấy rằng biến động giá ảnh hưởng đến lợi nhuận thu được từ mô hình ngẫu nhiên
D N Kumar và nnk, (2010) [12] đã nghiên cứu sử dụng phương pháp QHĐ gấp khúc (FDP) trong xây dựng quy trình vận hành chống lũ cho công trình hồ chứa Hirakud,
Ấn Độ với số liệu dòng chảy được thu thập trong 37 năm (1958 ÷ 1995) Nghiên cứu
đã chỉ ra rằng phương pháp FDP không chỉ có thể áp dụng cho đơn hồ mà còn có thể
áp dụng cho hệ thống hồ chứa chống lũ và đã xây dựng quỹ đạo vận hành tối ưu cho
hồ chứa Hirakud
Raje và Mujumdar (2010) [13] đã nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu trong việc đưa ra các chính sách vận hành tối ưu bằng cách sử dụng SDP (thuật toán QHĐ ngẫu nhiên) cho hồ chứa Hirakud ở Ấn Độ với mục tiêu tối đa hóa độ tin cậy với nhiều mục tiêu, gồm: thủy điện, thủy lợi và kiểm soát dòng chảy Họ đề xuất rằng các quy tắc vận hành hồ chứa liên quan đến hoạt động kiểm soát dòng chảy sẽ được xem xét lại khi dự báo khí hậu trong tương lai chỉ ra sự gia tăng các điều kiện hạn hán trong khu vực nghiên cứu
Vehbi Karaeren (2014) [14] nghiên cứu về tối đa hóa phát điện của hệ thống thủy điện
bậc thang cho thấy kịch bản MATLAB® phát triển có thể hội tụ thành một giải pháp
tối ưu đáp ứng các ràng buộc Nghiên cứu so sánh được thực hiện với hoạt động đơn lẻ của từng NMTĐ, cho thấy rằng sản lượng điện cao hơn 5% đã đạt được với các hệ thống bậc thang Nhược điểm là thời gian tính toán nhiều hơn (tuy vẫn nằm trong giới hạn có thể so sánh), có thể được cải tiến hơn nữa bằng cách thực hiện các thuật toán hiệu quả hơn
Juho Saari (2016) [15] nghiên cứu phân tích lợi nhuận gia tăng của thủy điện bậc thang bằng mô hình tối ưu Nghiên cứu sử dụng một phương pháp mới đã được phát triển bằng cách sử dụng phần mềm lập kế hoạch và tối ưu hóa thủy điện trong thời đoạn ngắn để chính xác hóa các phân tích lợi nhuận gia tăng công suất Ở phương pháp tăng thu nhập được tính toán theo tháng, trong khi lưu lượng trung bình thay đổi
và giá điện biến động Thu nhập hàng tháng được sử dụng để xây dựng các kịch bản năm và từ các kịch bản khác nhau của năm, có thể thực hiện phân tích lợi nhuận lâu
Trang 31dài Phát triển giá trung bình đang được sử dụng ở cấp số nhân Phương pháp này được
áp dụng cho các NMTĐ Oulujoki và đã chỉ ra rằng việc tăng công suất trong trường hợp này không tăng thêm doanh thu Tuy nhiên, phương pháp luận khá linh hoạt và hữu ích Kết quả cho thấy trong thời đoạn ngắn của giá cao điểm đóng vai trò quan trọng với khả năng sinh lời khi tăng công suất Việc tăng thêm lưu lượng phát điện (discharge capacity) cho các NMTĐ đường dẫn thường chỉ ra những cải tiến tốt nhất
cả về doanh thu và độ linh hoạt khi phát điện
Aida Tayebiyan (2016) [16] đã tối ưu hóa hoạt động của hệ thống thủy điện bậc thang
bằng thuật toán di truyền để tối đa hóa sản lượng điện Nghiên cứu này phát triển mô
hình tối ưu hóa mô phỏng phản ánh chính sách bảo hiểm rủi ro rời rạc để quản lý và vận hành hệ thống hồ chứa thủy điện và phân tích trong cả hệ thống đơn và đa cấp Theo đó, ba mô hình hoạt động (2 hệ thống hồ chứa đơn và 1 hệ thống nhiều hồ chứa) được xây dựng và tối ưu hóa bằng thuật toán di truyền Tối đa hóa tổng công suất phát điện theo thời gian tăng dần được chọn làm chức năng khách quan nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất của NMTĐ, xem xét đến các giới hạn vận hành và các điều kiện biên Các mô hình xây dựng, đó là một hệ thống hồ chứa thủy điện bậc thang đã được thử nghiệm và đánh giá ở Cameron Highland và Batang Padang ở Malaysia
1.2 Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa tại Việt Nam
1.2.1 Một số nghiên cứu vận hành hồ chứa ở Việt Nam
Có nhiều thuật toán đã được áp dụng như kể trên, trong đó có nhiều thuật toán được chứng minh và kiểm chứng là tìm được nghiệm tối ưu, tuy nhiên việc tối ưu toàn cục hay cục bộ vẫn đang là vấn đề cần xem xét trên nhiều khía cạnh và phụ thuộc vào đặc điểm riêng của từng hệ thống khác nhau Nhiều nghiên cứu mang tính lý thuyết khi áp dụng vào thực tế tương đối khó khăn Một số nghiên cứu tiêu biểu tại Việt Nam được
kể ra dưới đây:
Nguyễn Viết Thanh (1971) [17] nghiên cứu một số vấn đề tối ưu hóa chế độ làm việc ngày của trạm thủy điện trong hệ thống điện Tác giả sử dụng mô hình toán kết hợp phương pháp tối ưu QHĐ với biến trạng thái là thời đoạn ngày khi xét trạm thủy điện trong hệ thống
Trang 32Đặng Trọng Khánh (1980) [18] sử dụng mô hình QHĐ nhằm lựa chọn các thông số tối
ưu cho hệ thống hồ chứa nước lợi dụng tổng hợp Mô hình đã biến đổi bài toán tối ưu hàm nhiều biến thành các bài toán tối ưu hàm một biến có quan hệ nối tiếp nhau Hoàng Đình Dũng (1985) [19] nghiên cứu vấn đề sử dụng hợp lý dung tích của hồ chứa để phục vụ chống lũ và phát điện ứng dụng cho các hồ chứa thuộc hệ thống sông Hồng Nghiên cứu đã coi dòng chảy đến hồ mang tính ngẫu nhiên và sử dụng phương pháp Monte Carlo để tính toán dòng chảy lũ đến Tác giả đã thiết lập mô hình QHĐ kết hợp với phân tích nội suy và thống kê để tìm dung tích kết hợp (dung tích kết hợp hai nhiệm vụ phòng lũ và phát điện) hợp lý, phục vụ nhiệm vụ phòng lũ và phát điện trong các tháng mùa lũ là khác nhau
Nguyễn Thượng Bằng và Phạm Hồng Nhật (1997) [20] áp dụng mô hình QHTT xác định dung tích nhỏ nhất của hồ nhằm thỏa mãn được các nhiệm vụ đặt ra như phòng
lũ, phát điện, cấp nước hạ du Mô hình được kiểm tra với hồ chứa Sơn La tại thời điểm nghiên cứu khả thi Hàm mục tiêu của mô hình là tối thiểu hóa tổng chi phí xây dựng
hồ, thỏa mãn các ràng buộc về nhiệm vụ khai thác tổng hợp, phương trình cân bằng nước, dung tích hồ khống chế, khả năng thoát nước của sông hạ lưu
Nguyễn Thượng Bằng (2002) [21] thành lập mô hình tổng quát cho bài toán tối ưu hệ thống thủy lợi, khai thác tổng hợp nguồn nước Nghiên cứu đề xuất cách lượng hóa mối quan hệ giữa hệ thống thủy lợi với phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường Nghiên cứu đã xác lập bài toán tối ưu và hàm hóa các mục tiêu là điện năng mùa cấp dựa trên các phương trình tương quan mực nước thượng lưu ~ dung tích;, mực nước thượng lưu ~ diện tích; mực nước hạ lưu ~ lưu lượng xả Luận án áp dụng
mô hình cho hệ thống gồm 08 hồ thủy điện (01 hồ đã xây dựng, còn lại là đang quy hoạch) trên lưu vực Lô – Gâm - Chảy với hai mục tiêu: (1) điện năng mùa kiệt lớn nhất; (2) diện tích mặt hồ tối thiểu Thuật giải sử dụng Excel và lập trình Pascal có tham khảo chương trình mẫu Kết quả cho ra dung tích hợp lý của các hồ chứa, sử dụng cho giai đoạn quy hoạch HTHC
Ringler và Huy (2004) [22] nghiên cứu cân bằng nước tối ưu hệ thống sông Đồng Nai ứng dụng phần mềm GAMS nhằm giải quyết các mâu thuẫn giữa các ngành trong sử
Trang 33dụng và khai thác tài nguyên nước trên lưu vực Các tác giả đã tiến hành mô hình hóa bài toán phân phối chia sẻ nguồn nước có kể đến sự điều tiết của các hồ chứa với hàm mục tiêu là lợi nhuận kinh tế mang lại toàn cục lớn nhất Bài toán sử dụng thuật giải GAMS để tính toán và cho kết quả lượng nước dùng với từng ngành Tuy nhiên, GAMS thích hợp cho bài toán phân bổ nguồn nước theo thủy văn – kinh tế, nhưng không phù hợp với bài toán VHHTHC
Ngô Lê Long và nnk, (2007) [23] đã tiếp cận kết hợp mô hình mô phỏng với các kỹ thuật tối ưu trong nghiên cứu vận hành hồ chứa đa mục tiêu là hồ Hòa Bình Nghiên cứu nhằm giải quyết vấn đề giữa điều tiết lũ, phát điện, và cấp nước của hồ chứa Do vậy bài toán tối ưu đa mục tiêu trong trường hợp này sẽ không chỉ có một giải pháp duy nhất mà sẽ tồn tại một tập các giải pháp ngang bằng nhau (Pareto) Theo đó, nếu
đi dọc theo dải Pareto, bất cứ sự thay đổi theo chiều hướng “tốt” lên của một mục tiêu nào đó đều phải trả giá bởi sự “kém” đi của mục tiêu khác và giải pháp cho bài toán tối
ưu đa mục tiêu có thể quyết định khi người ra quyết định lựa chọn giải pháp ưa thích phù hợp nhất Nghiên cứu đã kết hợp mô hình mô phỏng và mô hình tối ưu để vận hành hồ Hòa Bình trong giải quyết xung đột chính giữa phòng lũ và phát điện ở giai đoạn cuối mùa lũ và đầu mùa kiệt khi mực nước cần dâng lên cao chuẩn bị tích đầy cho mùa cạn sắp tới Tác giả đã sử dụng phần mềm MIKE 11 để mô phỏng hệ thống sông và hồ chứa kết hợp với các thuật toán tối ưu SCE (shuffled complex evolution)
để tìm ra quỹ đạo tối ưu (pareto) khi xem xét cả hai ưu tiên giữa phòng lũ và phát điện Kết quả đạt được cho thấy hoàn toàn có thể dùng mô hình mô phỏng để giải quyết vấn
đề phòng lũ cho công trình và cho hạ du mà vẫn có thể duy trì mực nước cao ở cuối mùa lũ để đảm bảo hiệu ích cao trong phát điện ở mùa kiệt kế tiếp Đồng thời nghiên cứu cũng cho thấy thuật toán tối ưu SCE là một công cụ hữu hiệu trong giải quyết các bài toán hệ thống phức tạp
Lê Hùng (2012) [24] nghiên cứu áp dụng phương pháp QHĐ và thuật toán di truyền cho bài toán tối ưu vận hành điều tiết hồ chứa đơn và đa mục đích, xây dựng thuật toán
và chương trình tính cho cả hai phương pháp này Nghiên cứu bước đầu áp dụng cho một số hồ chứa có nhiệm vụ phát điện kết hợp cấp nước, xây dựng BĐĐP ngẫu nhiên cho hồ chứa đơn có nhiệm vụ phát điện là chính Nghiên cứu cũng đưa ra các trường
Trang 34hợp tính toán với mục tiêu và thuật toán khác nhau Luận án đã sử dụng các trọng số cho tối ưu tưới và phát điện để gộp lại thành hàm mục tiêu chung Kết quả cho thấy phương pháp DP truyền thống có ưu điểm hơn và có nghiệm tối ưu toàn cục, thích hợp với bài toán vận hành hồ chứa hơn là thuật toán di truyền Nghiên cứu khuyến nghị cần nghiên cứu vận hành theo thời gian thực
Hoàng Thanh Tùng và nnk, (2013) [25] ứng dụng phần mềm Crystal Ball xác định chế
độ vận hành tối ưu phát điện cho hồ chứa Thác Bà, Tuyên Quang và bậc thang hồ chứa Sơn La, Hòa Bình có tính đến nhu cầu cấp nước hạ du Mô hình vận hành kết hợp giữa
mô phỏng (mô phỏng dòng chảy ngẫu nhiên đến hồ theo Monte Carlo, mô phỏngvận hành hồ và bậc thang hồ chứa) và mô hình tối ưu(tối ưu phi tuyến) Mô hình bước đầu cho phép phân tích độ tin cậy và đưa ra chế độ vận hành tối ưu với các mức đảm bảo khác nhau nhằm hỗ trợ ra quyết định vận hành hồ chứa
Nguyễn Thị Thu Nga (2017) [26] áp dụng mô hình GAMS cho lưu vực sông Ba, với các thông số đầu vào, giá cả đã được đánh giá và nhập vào cho mô hình, từ đó tìm ra phân bổ nước cho các ngành nhằm trợ giúp cho quản lý lưu vực Nghiên cứu cũng đưa
ra các bối cảnh để xem xét Tuy nhiên việc biến động của các thông số ngẫu nhiên như giá trị nước cho phát điện, cho tưới, các quan hệ của HTHC, sẽ là các khó khăn khi áp dụng kết quả mô hình vào vận hành thực của HTHC Mô hình còn có một số đặc điểm hạn chế của một mô hình tối ưu như nhiều quan hệ vật lý trong mô hình được giản lược bằng các hàm số đơn giản, thời đoạn tính toán cho mô hình là một năm với bước thời gian một tháng Điều này làm hạn chế khả năng của mô hình trong việc đánh giá các mâu thuẫn xảy ra trong thời đoạn ngắn như giữa thủy điện và tưới, giữa thượng lưu
Trang 35thượng lưu của Sơn La là 0,5m và Hòa Bình là 0,2m sẽ khó phù hợp với các hồ chứa kết hợp phát điện có dung tích và công suất nhỏ hơn Nghiên cứu cũng mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu chế độ vận hành tối ưu cho hai hồ chứa Sơn La và Hòa Bình, còn hai
hồ chứa điều tiết năm phía thượng lưu Sơn La là thủy điện Bản Chát và thủy điện Lai Châu chưa đưa vào tham gia tối ưu hệ thống mà sử dụng kết quả tính toán của chúng trong giai đoạn thiết kế như một điều kiện biên để xét ảnh hưởng
Lê Ngọc Sơn (2017) [28] nghiên cứu xác lập cơ sở khoa học kết hợp mô hình mô phỏng – tối ưu – trí tuệ nhân tạo, xây dựng được chương trình mô hình tối ưu QHĐ để
đề xuất phương án vận hành cận tối ưu cho hệ thống hồ chứa có kể đến biến đổi thực
tế của nguồn nước và nhu cầu sử dụng nước nhằm nâng cao hiệu quả phát điện, đáp ứng các yêu cầu cấp nước hạ lưu cho lưu vực sông Ba Kết quả tính toán mô phỏng được kiểm chứng với kết quả vận hành thực của trạm thủy điện Sông Hinh cho thấy
mô hình mà tác giả đề xuất mang lại hiệu quả cao hơn Tuy nhiên, thời đoạn tính toán trong mô hình không chia nhỏ hơn thời đoạn tháng khó phù hợp với chu kỳ dự báo thủy văn ngắn hạn trong 10 ngày Nghiên cứu cũng chưa xem xét được tính ngẫu nhiên của các nhu cầu dùng nước và hệ thống điện mà chỉ đưa vào các ràng buộc phải thỏa mãn Các ràng buộc vận hành về nhu cầu dùng nước và hệ thống điện trong thị trường điện cạnh tranh cần tiếp tục nghiên cứu để đưa mô hình có thể thích ứng tốt hơn nữa khi mà nhu cầu nước cho kinh tế - xã hội và các yếu tố thị trường thay đổi
1.2.2 Một số nghiên cứu liên quan đến lưu vực sông Mã và sông Chu
Hiện nay, các hồ chứa và nhà máy đã xây dựng và đang đi vào vận hành, nên vấn đề đặt ra là nghiên cứu về các quá trình vận hành, các cách phối hợp phòng chống, cắt giảm chậm lũ cần được kiểm chứng và nghiên cứu thêm Các hồ ở phía thượng lưu cần phối hợp để mực nước ở hạ lưu không quá thấp hoặc quá cao trong quá trình vận hành bình thường
Đa số các nghiên cứu liên quan đến vấn đề thủy văn, thủy lực, phân bố dòng chảy mặt
Số lượng nghiên cứu về thủy điện còn ít Một số nghiên cứu phục vụ cho quy trình vận hành liên hồ chứa thường thiên về đảm bảo an toàn cung cấp nước và an toàn phòng chống lũ ở hạ du
Trang 36Nguyễn Quang Trung và Nguyễn Xuân Lâm (2014) [29] nghiên cứu đánh giá tác động điều tiết hồ chứa đến chế độ dòng chảy kiệt hạ du lưu vực sông Mã Các tác giả sử dụng mô hình MIKE 11 làm công cụ và đưa ra một số kết quả đánh giá tác động của vận hành hồ chứa đến dòng chảy kiệt Các kịch bản dòng chảy kiệt với các tần suất thiết kế 75%; 85% và 90% được tính toán Kết quả của nghiên cứu là cơ sở đề xuất những giải pháp phù hợp với từng vùng nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế xã hội vùng hạ du và khai thác bền vững nguồn nước lưu vực sông Mã
L T Bình (2010) [30] đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước trên lưu vực sông Chu hiện trạng (năm 2005) và dự báo xu thế biến đổi của chúng giai đoạn từ
2010 – 2020 Trên cơ sở tính toán được nhu cầu nước hiện tại và dự báo nhu cầu nước giai đoạn 2010 – 2020, tác giả đã thiết lập sơ đồ tính toán cân bằng nước trên lưu vực bằng mô hình Mike Basin để tiến hành đánh giá và đề xuất các biện pháp quản lý tổng hợp tài nguyên nước, các nguyên tắc xây dựng mô hình quản lý và tổ chức quản lý lưu vực sông cho phù hợp với yêu cầu thực tế
Vũ Ngọc Dương (2017) [31] đã nghiên cứu dự báo và tính toán vận hành hồ chứa Cửa Đạt bằng cách tạo ra chuỗi số liệu dòng chảy đến từ mô hình thống kê, sau đó tính toán đưa ra các đường tham chiếu vận hành với các tần suất khác nhau cho đơn hồ Tuy nhiên, người vận hành sẽ phải liên tục chọn đường tham chiếu vận hành khi mà dòng chảy đến trong năm là biến động và tần suất có thể khác nhiều với tần suất của đường tham chiếu Nghiên cứu mới chỉ tính toán cho hồ đơn chứ chưa phải là HTHC trên toàn bộ lưu vực sông Chu hoặc hệ thống sông Mã Nghiên cứu cũng chưa tính đến việc vận hành thích nghi hồ chứa Cửa Đạt trong mùa lũ
Lương Ngọc Chung (2016) [32] mô tả diễn biến xâm nhập mặn trong mùa kiệt vùng
hạ du sông Mã và sông Cả ứng với các tần suất thiết kế (75%, 85%, 90%) giai đoạn hiện tại và năm 2020 Tác giả cũng đánh giá tác động xâm nhập mặn đến khả năng khai thác nguồn nước các công trình thủy lợi khu vực hạ du trong mùa kiệt
Nguyễn Văn Tài và Vũ Minh Cường (2017) [33] đã ứng dụng mô hình toán dòng chảy một chiều (phần mềm MIKE 11) để tính toán thuỷ lực hệ thống sông Chu - Mã chảy qua địa phận tỉnh Thanh Hóa Nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả cắt lũ của các hồ chứa
Trang 37thượng nguồn và đề xuất các giải pháp tổng thể nhằm phòng chống lũ, đảm bảo an toàn cho vùng hạ lưu hệ thống sông trong tỉnh Thanh Hóa
1.2.3 Các quy trình vận hành liên hồ chứa trên hệ thống sông Mã
Trong những năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu và khai thác tài nguyên quá mức, thiên tai xảy ra nhiều hơn, mức độ thiệt hại ngày càng lớn hơn Ngoài các nguyên nhân khách quan còn có những nguyên nhân chủ quan như khả năng dự báo mưa lũ, sự phối hợp quản lý, vận hành các hồ chứa hiện có trên lưu vực chưa hợp lý Trước thực trạng nguy cấp đó, Chính phủ và các Bộ ngành liên quan đã ban hành quy trình vận hành liên quan cho các lưu vực sông chính trên toàn quốc, trong đó có lưu vực sông Mã, cụ thể như sau:
- Năm 2008, Bộ Công thương đã có quyết định số 5482/QĐ-BCT, ngày 10 tháng 10 năm 2008, về việc ban hành Quy trình vận hành hồ chứa Hủa Na Tuy nhiên, đây là quy trình được ban hành trong giai đoạn thiết kế với các yêu cầu chính là phòng lũ
100 triệu m3 và cách vận hành cửa van xả lũ đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình với các trận lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 1.000 năm [34]
- Năm 2014, Thủ tướng Chính phủ đã có quyết định số 1341/QĐ-TTg, ngày 12 tháng 8 năm 2014, về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Mã trong mùa lũ hàng năm Quy trình mới, đã cập nhật lại các thông số của hai hồ chứa Hủa Na và Cửa Đạt, đảm bảo các yêu cầu cấp thiết về phối hợp phòng
lũ và tích nước cuối mùa lũ cho hai hồ (được phép tích nước đầy hồ từ 15/10) [35]
- Cũng trong năm 2014, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã ban hành quyết định số 3944/QĐ-BNN-TCTL, ngày 16 tháng 9 năm 2014, về việc Quy trình vận hành hồ chứa Cửa Đạt Đây là quy trình quy định cụ thể nhiệm vụ vận hành hồ Cửa Đạt trong cả mùa lũ, mùa kiệt, và vận hành trong trường hợp khẩn cấp Quy trình đưa ra BĐĐP quy định giới hạn trên và giới hạn dưới của mực nước hồ theo thời đoạn tháng [36]
- Năm 2015, Thủ tướng Chính phủ đã có quyết định số 1911/QĐ-TTg, ngày 05 tháng 11 năm 2015, về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Mã Đây là quy trình quy định vận hành liên hồ theo cả năm thủy văn, đưa ra
Trang 38những quy định vận hành phối hợp giữa hồ Hủa Na và hồ Cửa Đạt trong cả mùa lũ
và mùa kiệt trong đó mùa lũ có quy định phối hợp vận hành giữa 2 hồ để phòng chống lũ, mùa kiệt chỉ quy định chế độ vận hành của hồ Cửa Đạt theo 5 thời kỳ từ 01/12 đến 30/6 và theo thời đoạn 10 ngày Trong đó hai hồ được phép tích nước đầy hồ từ 15/10 Quy trình cũng bổ sung mực nước tối thiểu của các hồ Hủa Na và Cửa Đạt trong mùa cạn [37]
- Năm 2018, Thủ tướng Chính phủ đã có quyết định số 214/QĐ-TTg, ngày 13 tháng
02 năm 2018, về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông
Mã có các mục tiêu ứng phó với tình hướng lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn trong
đó bổ sung thêm các thủy điện mới xây như Trung Sơn, Thành Sơn, Xuân Minh Đây là một trong những quy định quan trọng liên quan đến việc vận hành liên hồ chứa trên sông Mã – sông Chu trong đó có hai hồ chứa điều tiết năm trên lưu vực sông Chu là Hủa Na và Cửa Đạt Quy trình cũng thay đổi về lưu lượng tối thiểu của Hủa Na, đa số các tháng giảm từ 45 m3/s xuống 25 m3/s Hai hồ Hủa Na và Cửa Đạt cũng được được phép tích nước sớm hơn: đối với Hủa Na là từ 235m ngày 1/10 đến 237m ngày 15/10 và từ 15/10 đến 30/11 thì được phép tích đầy hồ lên mực nước sau lũ là 240m cho Hủa Na và 112m cho Cửa Đạt Ngoài mực nước tối thiểu của các hồ Hủa Na và Cửa Đạt còn bổ sung thêm mực nước tối thiểu hồ Trung Sơn trong mùa cạn [2]
Về cơ bản, quy trình mới nhất (năm 2018) đã đưa ra nguyên tắc vận hành liên hồ chứa trong mùa lũ và mùa cạn của các hồ chứa: Hủa Na, Đồng Văn, Cửa Đạt, Xuân Minh, Trung Sơn, Thành Sơn Hồi Xuân, Bá Thước 1, Bá Thước 2, Cẩm Thủy 1, Đập Bái Thượng trên toàn bộ lưu vực sông Mã Tuy nhiên, vận hành theo quy trình mới là đảm bảo các mực nước tối thiểu trong mùa cạn, đảm bảo vận hành an toàn, chống lũ và dòng chảy nhỏ nhất, chưa làm rõ việc vận hành phối hợp, hoặc chủ động phát điện của các hồ chứa nhằm thu được doanh thu lớn nhất trong thị trường điện cạnh tranh
Trang 391.3 Giới thiệu chung về thị trường phát điện cạnh tranh
1.3.1 Tổng quan về thị trường điện cạnh tranh trên thế giới
Thị trường điện cạnh tranh đã được hình thành và đang hoạt động hiệu quả ở một số nước thuộc châu Âu, châu Mỹ và châu Úc
Ngay từ thập kỷ 70 của thế kỷ XX, một làn sóng cải cách thị trường hoá ngành điện lực đã hình thành tại các nước châu Mỹ và châu Âu như Mỹ, Chi Lê, Argentina, Anh, New Zealand, sau đó lan rộng sang các quốc gia khác như: Úc, Thụy Ðiển, Na Uy, Ðức, Tây Ban Nha vào những năm 80-90, và trở thành xu huớng phát triển chung của toàn thế giới Những áp lực kinh tế - xã hội đã bắt buộc ngành điện phải cải cách nhằm các mục đích: (1) có giải pháp cung cấp năng lượng bền vững, vừa thoả mãn nhu cầu
xã hội, đồng thời đảm bảo lợi ích về mặt kinh tế và môi truờng; (2) thu hút đầu tư tư nhân vào các hoạt động đầu tư ngành điện; (3) đưa cạnh tranh vào trong hoạt động điện lực, phát triển thị trường điện tạo môi truờng cạnh tranh một cách thực sự bình đẳng, nâng cao hiệu quả sản xuất - kinh doanh của ngành điện [38], [39]
Ngay trong khu vực Ðông Nam Á, một số quốc gia cũng đã áp dụng thành công mô hình thị trường điện
Singapore đã xây dựng thị trường điện cạnh tranh từ 2001, cơ chế thị trường cạnh tranh đã phát triển, mở rộng đến tận khâu bán lẻ Từ sau 01/11/2018, tất cả khách hàng tiêu thụ điện được quyền tự do lựa chọn đơn vị cung cấp điện cho mình
Philippines cũng đang áp dụng thị trường bán buôn điện cạnh tranh với sự tham gia của các đơn vị phát điện (bên bán) và các đơn vị phân phối/bán lẻ điện (bên mua) Philippines có chính sách từng bước mở rộng đối tượng tham gia thị truờng điện là các khách hàng lớn nhằm tiệm cận dần đến khâu bán lẻ điện cạnh tranh trong những năm sắp tới
Tại Thái Lan, từ năm 2003, cơ chế đấu thầu cạnh tranh đã được áp dụng để thu hút vốn đầu tư phát triển các nguồn điện mới Theo kinh nghiệm từ các quốc gia trên thế giới,
áp dụng mô hình thị trường điện cạnh tranh đã và đang mang lại nhiều lợi ích: hiệu quả trong sản xuất kinh doanh điện tăng lên; đầu tư vào nguồn lưới điện được tối ưu
Trang 40hơn; giá điện phản ánh chi phí sản xuất thực tế của các đơn vị phát điện, chất lượng các dịch vụ về điện tăng lên rõ rệt; các nguồn năng lượng cho phát điện được sử dụng tối ưu hơn theo hướng có lợi cho khách hàng và môi trường [40]
1.3.2 Tổng quan về thị trường điện cạnh tranh ở Việt Nam
a) Lộ trình phát triển thị trường điện ở Việt Nam
Mục đích phát triển của thị trường điện: Từng bước phát triển thị trường điện lực cạnh
tranh; Thu hút vốn đầu tư từ mọi thành phần kinh tế trong và ngoài nước tham gia hoạt động điện lực; Tăng cường hiệu quả hoạt động sản xuất kinh doanh của ngành điện, giảm áp lực tăng giá điện; Đảm bảo cung cấp điện ổn định, tin cậy và chất lượng ngày càng cao; Đảm bảo phát triển ngành điện bền vững
Các cấp độ phát triển: Theo kế hoạch thị trường điện ở Việt Nam sẽ phát triển qua ba
cấp độ và tiếp tục được hoàn thiện sau mỗi lần thử nghiệm
Hình 1.2 Kế hoạch phát triển các cấp độ thị trường điện [41]