VÀ LƯÓI TRUYỀN TẢI
10. TÍNH TOÁN KINH TẾ LƯỚI ĐIỆN
10.1 TỔNG QUAN
Có hai loại tính toán kinh tế lưới điện : 1- Tính thực hiện lưới điện một cách tối ưu; 2- Tính xem có nên cấp điện cho một khu vực nàođóhay không, trên cơ sở có lãi hay không. Ở đây chi nói về cáchtính thứ nhất.
Tính toán kinh tế lưới điện làcông việc rất quan trọng khi quy hoạch, thiết kế lưới điện. Chỉ có trên cơ sở tính toán kinh tế đúng, mới có thê lựa chọn được phương án phát triển lưới điện và thời gianthực hiện các công trình điện một cách tối ưu.
Phụ tái điện phát triển không ngừng theothời gian và trong không gian, còn các thiết bị lưới điện có tuổi thọ khá dài,cho nênkhi lựa chọn mộtphần tử nào đó của lưới điện phải xét đến hoạt động của nó trong thờigian (lài và trong sự hoạt động tương hỗ với cácphần tửkhác trong lưới điện. Không thê tách riêng một phần tứ nàođó để tính hiệu quả kinh tế và cũngkhông thê đánh giá hiệu quàcua một phần tửchi trong một thời điểm hoặcmột khoảng thời gianngắn (so với tuổi thọ thiết bị) nào đó.
Như vậy mỗi phần tử của lưới điện phải được lựachọn sơbộ trong(/uy hoạch (lài hạn (20-30 năm), được khẳng định trong quy hoạch trung hạn (10-20 năm) và được địnhrõ thời điểm thực hiện trong quy hoạch ngắn hạn (3-10 năm).
Thời (ỉiểm dưa một cóng trình nào đó vào vào vận hành rất quan trọng, đưa sớm quá thì sẽbị giam vốn, đưa muộn quá thì bị thiệt hại do chất lượng vận hành của lưới kém. Mặt khác dù trong quy hoạch dài hạn đã ấn định thời gian đưa vào của thiết bị, nhưng do sự biến động của tình hình so với lúc quy hoạch nên thời diêm này luôn phảichinhlại cho đúng. Tóm lại, trướckhi xây dựng một công trình điện phủi tính toán lại chính xácthời điểmđưa vào vận hành trên cơ sở những thôngtin mới mhất về phụ tải và lưới điện. Thời điểm tính lại phải cách thời điểm cần đưa thiết bị vàovân hành một khoảng thời gian vừa đủ đế thi cóng côngtrình.
10.2 SO SÁNH KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN PHÁT TRIEN LƯÓI điện
10.2.1 Khái niệm về quy hoạch lưới điện
Phụ tải pháttriển liên tụctrong không gianvà thời gian cho nên khả năng tải của cácphần tử của lưới điện: đườngdây, máy biến áp sau một thời gian sẽ không đáp ứngđược yêu cẩu của phụ tải(thiết bị bị quá tảihoặc chất lượngđiện áp không bảo đảm hoặc thiết bị đãlạc hậu hay hết hạn phục vụ). Lúc này phải thực hiện cải tạo lưới điệnđể nâng cao khả năngtải và hiệu quả kinh tế. Có thể cónhiều cách để
tăng khả năng tải của lưới điện: Tăng tiết diện dây dẫn đường dây cũ, làm thêm đường dây mới, tăng công suất trạm biến áp cũ, đặt thêm trạm biến áp mới.... Có thể có những phụ tải mới xuất hiện ở chỗ chưa có đườngdây điện tới, và cũng có nhiều phương án đểcấp điện cho các phụ tải mới này. Một loạt các biện pháp tăng khả năng tải của lưới điện liên tục trong thời gian tạo thành một phương án phát triển lưới điện.
Đê’ có thể phát triển lưới điện một cách tối ưu cần phải lập và so sánh về kinh tế nhiều phương án pháttriển lưới điện chấp nhân được về mặtkỹthuật.
Sựphát triển của lưới điện là vô tận, tuy nhiên chỉ có thể xác định cụ thể sựphát triển trong một khoảng thời gian nhất định.
Các phương án phát triển lưới điện đươc lậpvà so sánh trong các quy hoạch phát triển lưới điện.
Thông thườngngười ta làm 3 loại quy hoạch:
1- Quy hoạch dài hạn dự kiến sựphát triển lưới điên trong khoảng 20-30 năm vê phíatrước.
2- Quyhoạch trung hạn chính xác hoá quy hoạch dài hạn trong khoảng 10-20 năm vềphía trước.
3- Quy hoạch ngắn hạn lập ra kếhoạch chính xác xây dựng các công trình điện trong khoảngdưới 10 năm.
Trongquy hoạch dài và trung hạnphải làm các bướcsau:
- Thu thập tình hình về hiện trạng của lướiđiện.
- Dựbáosựphát triểncủa phụtải,ở cácnăm gần thì có thể dự báo khá chính xác cả điện năng, công suất, đồ thị và vị trí của phụ tải,ởcác năm xa hơn thì chi có thể dự báođược điện năng, côngsuất của phụ tải với độchính xáckhông cao.
- Dựbáosự pháttriển của tiến bộ khoahọc - công nghệ tronglĩnh vực thiết bị lưới điện,trong điềukhiển học và tin học, khảnăng áp dụng những tiến bộ đó.
- Dựbáosựbiến đổicủa giá cả thiết bịđiện và các chỉtiêu kinh tếkhác.
- Căn cứ vào quy hoạch hệ thống điện (nguồn điện và các trạm biến áp hệ thống) xác định sự phát triển lưới truyền tải và các trạm trung gian và các trục trung áp liên lạc giữa các trạm trung giantrong quy hoạch dài hạn.
Trongquyhoạch trunghạn lập kế hoạch phát triển lưới trung áp và hạ áp.
Cáchthức tiếnhành như sau : Xuất phát từhiện trạng của lưới điện và độ tăng trưởng củaphụ tải, kiểm tra khả năng tải của lưới điện từng năm một trong tương lai. Kiểm tra theo hai điều kiên chính gọi là điều kiện kỹ thuật : Điều kiện phát nóng cho phép và điều kiện tổn thấtđiện áp cho phép. Nếu trongnăm t nào đó,ớ mộtchỗ nàođó của lưới điên có điều kiện kỹthuật bị vi phạm thì dừnglại xem xét
lựachọn các biện pháp giải quyết. Ví dụ như thay dây dẫn, thay MBA, làm đường dây mới, đặt thêm trạm BA mới... Sau đólại tiếptục làm như vây cho các nămtiếp theo cho đến hết thời gian quy hoạch, sẽ được một sô' phương án phát triển lưới điện thoả mãnđiều kiện kỹthuật.
Các biện pháptăngcường lưới điện phải làm sao cho lưới điện phát triển theo một hình mẫu đã được xác định trước (trong quy hoạch dài hạn) là tối ưu, vídụ chuyển lên điện áp 22kV.
Phải lập cả kế hoạch phát triển hệ thống đo lường,điều khiển,quản lí...
- So sánh các phương ánpháttriển lưới điệnvề mặt kinh tế để lựa chọn ra phương án phát triển tối ưu lưới điện.
10.2.2 So sánh kinh tế các phương án phát triển lưới điện [22][23][27]
Đê’ so sánh kinhtê'các phương án phát triển lưới điên, phải tínhhiệu quả kinh tê' của từng phương án rồi so sánh với nhau.
Hiệu quảkinh tế tuyệt đối của một phương án phát triển lưới điện làhiệu giữa lợi ích thu được khi khai thác phương án phát triển lưới điện được trongthời gian dài và chi phíđể thực hiện phương án bao gồm chi phívốn, chi phí vân hành, chi phí nhiênliệu,tổn thất điện năngvàchi phí dođộ tincậy.
Trongthực tê'HTĐ, đối với các nhà máy điện xác định lợi ích do khai tháckhông phải dễ còn đối với lưới điện lợi ích khai thác của các phương án như nhau, do đó người ta áp dụng phương pháp so sánh chỉphí thực hiện (vốn) trong quy hoạch HTĐ. Đểso sánh cácphươngủn chì' cần xétđến phần hiệu quảkinh tế thể hiện sự khácnhau giữa các phương án trongchiphí chứ không cần xétđến hiệu quả kinh tế tuyệtđôicủa từngphươngán.
Lợi ích thu được gồm có các thànhphần chính khôngthểbỏ qualà:
a) Lợi ích cho HTĐ do giảm được tổn thấtcông suất trong chê' độ max của lưới điện
b) Lợi ích do giảmđượctổn thất điện năng.
c) Lợi ích donâng cao được độ tin cậy, kì vọng thiệt hại kinh tê'do mất điện sẽ giảm và khácnhau giữa các phương án.
Sự khác nhau này cũngphản ảnh sự khác nhau về lợi nhuận sau này, phương án nàocó các lợi ích này cao hơn sẽ có lợi nhuận cao hơn, vì tiền bán điện của các phương án sau này hoàn toàn như nhau.
Để dễ hiểu vấn đề, ta hãy xét một phương án phát triển lưới điện thực hiện trong một năm.Có nghĩa là sau một năm lưới điện đã cho lợi ích vàcũng chỉ cho lợi ích trong môt năm.
Ta đặt: AP', AA' làtổn thất công suất và tổn thất điện năng trong năm trước khi thực hiện phươngán.
AP", AA" là tổnthấtcông suất và tổn thất điện năng trong năm sau khi thực hiện phương án.
Am' vàAm" là điện năng mất cho phụtải trước và sau khi thực hiện phương án.
Cp, Ca, Cm làchi phí biên cho tổn thất công suất, tổn thất điện năng và điện năng mất [đ/kW, đ/kWh, đ/kWh].
Lợi ích thu được do giảm được tổnthất công suất là:
ACP = Cp. AP’- Cp. AP" (10.1)
Lợi ích thu được dogiảmđược tổnthất điện năng là:
ACA = ẹ,. AA’ - Ca. AA" (10.2)
Lợi ích thu đượcdonâng cao ĐTC (giảm điện năng mất)là:
ACAm= cm . AAn; - Cm . AA„," (10.3) Chi phí vốn chophương án là: V (đ).
Hàm hiệu quả kinh tế,còn gọi là hàm chỉ tiêu kinh tế của phương ánlà:
C'= ACP+ACA + ACA„, - V > max (10.4) Khi so sánh nhiều phương án với nhau người ta chọn phương án có chỉ tiêu C*Iớn nhất. Thay cácbiểu thức(10.1), (10.2), (10.3) vào (10.4) ta được:
C' = Cp. AP'-Cp. AP”+Ca. AA'-Ca. AA"+Cm.AAm'-Cm.AAm"- V
= Cp.AP'+Ca.AA'+C,n.AAm'-(Cp.AP"+ Ca.AA"+Cm.AAm"+ V)> max (10.5) Trong biểu thức trên các thành phần liên quan đến tình trạng của lưới điện trước khi thực hiện phương án lànhư nhau đối với mọi phương án và không phụ thuộc vào phươngán, đó là các thành phần: Cp.AP', Ca.AA', Cm.AAm’. Nhưvậy muốn cho C'> max chỉ cần saocho
c = Cp. AP"+ ca.AA"+ cm.AA,n"+ V> min (10.6) Hàmchiphí c theo(10.6) làhàmmụctiêu tối giảnđể sosánh các phương án.
Trongthựctế một côngtrình điện có thể xây dựngtrong nhiều năm và cho lợi íchtrong suớtthời gian vận hành, đồngthời có rất nhiều công trình được thựchiện liên tiếp trong thời gian quy hoạch. Do đó người ta phải xét các phương án phát triển lưới điện hay còn gọi làmột chiến lược phát triển lưới điện trong khoảngthời gian Tđủ dài. Hàm chi phíc được tính cho từng phương án trongtừng nămT rồi quy đổi vềnăm gốc 0, sau đó lấy tổng trừđigiá trị còn lại củaphương án saunăm
T ta sẽ được hàm chi phí hiện thời hoá cho từng phương án phát triển lưới điện trong thờigian T:
Ễct c =---
(1 + r)’
GC
(l+r)T (10.7)
c, = c„, AP(t) + Cal.AA(t) + Cml.AAm(t)+V(t) (10.8) trong công thức trên : r là hệ sô' quydẫn, đó chính làlãi suấttrung bình khi đầu tư vốn vàongành điện lực (khoảng 10-12%).
Các chi phí biên cho tổn thất công suất, tổnthất điện năng, điện năng mất Cp„
c„, Cmltăngtheo thời gian và phụthuộc vào loại lưới điện.
GC làgiá trị còn lại của lưới điện saunăm T.
AP(t),AA(t), AAm(t), V(t) tínhcho từng năm quy hoạch.
Ngoài vốn đầu tư V còn có thể phải tính đến chi phí vận hành lưới điện nếu thành phần này khác nhău đáng kể giữa các phương án. Người ta tính c cho từng phương án phát triển lưới điện rồi so sánh chúng. Phương án phát triển lưới điện nào có c min sẽ được cân nhắc đê’ thực hiện.
Đê so sánh phương án phát triển nguồn điện cũng dùng hàm mục tiêu trên, trongđó
c, =Nl(t) + VH(t) + V(t) +Cm.Am(t) (10.9) trong đó : Nl(t) - chi phí nhiên liệu, VH(t) - chi phí vận hành và bảo quản, V(t) - vốn đầu tư, C,„.Ain- chi phí dođộ tincậy
Hàm mục tiêu (10.9) dùng trong chương trình WASP-III. Trong chương trình này không xétđến lưới điện.
Mộtcôngtrìnhđiện riêng biệt chí có thể được luận chứngkinh tế trong quy hoạch (lài hạn chungcủa toàn lưới điện, nó phải là một phẩn tửtrongphương án tốiưu.
Nếu trong hàm mục tiêu không xéttới yếu tốđộ tincậy thì lưới điên tối ưu là lưới điện hình tia, tức là lưới điện cóthời gian ngừng điện sự cốhàng giờ (cho 1 sự cố). Nếu xét đến yếu tô'độ tin cậy sẽ dần đến lưới điện K/H, mức độ trang bị của lưới này phụ thuộc giá tiền kWh mấtđiện.
Nếu khổng làm quy hoạch trung hạn và dài hạn mà chỉ làm quy hoạch ngắn hạn chỉ có thể thuđược lưới điệnchắp vá bởi các công trình vụn vặt, và đến 1 lúc nào đó sẽ phải tổng cải tạo với chi phí không thể đáp ứng được. Ngược lại, nếu không làm quy hoạchngắn hạn thì sẽ gây thiệt hại kinh tê'do các công trình được đưavàokhôngđúng thời gian.
10.3 XÁC ĐỊNH THÒI DIÊM đưacòngtrình điện vàovận hành Trong quy hoạch dài và trung hạn, thời gian đưa các công trình vàovận hành đã được xác định. Tuy nhiên cùng với thời gian các điều kiện tính toán ban đầu cũng thay đối. Do đó mà trước khi xây dựng một công trình điện nào cũng phái kiểm tra lại chính xác thờigian công trình đó phải đưa vào vận hành. Từ thời điểm cần đưa công trình vào vận hành sẽ quyết định thời điểm bắt đầu thiết kê' và thi công công trình.
Vấn đềphái giải đáp ở đâylà nén đưa công trình vào vân hành năm t hay làlùi lại đến năm t+1 tức làchậm lại 1 năm.
Để đưa công trình vào vận hành ở nămt cần vốn đầu tư là V, nếu lùi lại 1 nãm thì chi cần vốn là V/( 1+r). Do đónếu đưa công trình vàonăm t thì sẽ bị thiệt về vốn so với lùi lại 1 năm là:
AV = V-Ạ- = Vị-!—] (10.10)
1 + r r+ 1
Nhưngnếu đưacôngtrình vào nămt thì sẽ được lợi về giảm tổn thất so với lùi lại 1 năm:
ACP = CP,+I-CP, ACA = CAI+| - CA, AC Am = CAmW| - CAm,
Dođó điều kiện để đưa công trình vào vận hành năm t là : tổng lợi ích về vận hành lớn hơn thiệt hại về vốn, tức là:
ACP + ACA + ACAm > V,—!— r+ 1 Đặt
ACP + ACA +ACAm
1 = ---
V—!—
l+ r
i đượcgọi làsuất sinh lợi ban đầu. Nếu i >1 thì nên đưa công trình vào năm tcòn nếu i < 1 thì nên lùi lại một năm.
Chú ý là i không cho biết hiệu quả chung của công trình, vấn đề này giải quyết trong quy hoạch, i chỉ cho biết trong năm vận hành đầu tiên công trìnhcó sinh lợi hay không.
Trong trườnghợp có nhiều công trình nên đưavào vận hành trong 1 nãm mà vốn có hạn thì công trình nào có hệ số sinh lợi ban đầu i lớn hơn sẽ được ưu tiên thực hiệntrước.
Ớ một số nước, ngoài các thành phần lợi ích trên, tổnthất điện áp cũng được quyđổi thành tiền để tính như một lợi ích và còn có thể tính thêm một sô'lợi ích khác như: lợi ích vềmôi trường, vềantoàn điện,nguy cơ hoá hoạn,...
Vídụ ở Australia : Nếu độ lệch điên áp ở phụ tải vượt quá 12% thì cần phải cắtbớt phụ tải để đưađộ lệch điện áp về dưới 12%, lượngđiện năng bị cắt này xem như điện năng mất với giá thiệt hại là l$/kWh cho phụ tải sinh hoạt, 5$/kWh cho phụ tải kinhdoanh. Còn nếu cắt tiếp phụ tảiđể đưa độ lệchđiện áp xuống dưới 6% thì chỉ tính giá 0,2 $/kWh cho mọi loại phụ tải.
Một công trình được đưa vào để tăng khả năng tải của lưới điện, nếu không đưa vào công trình thì phần tử nào đó của lưới điện sẽ bị quá tải phát nóng,thì bắt buộc phải thực hiện vôđiều kiện. Còn lại để giảm AU thì vẫn áp dụng hệ số sinh lợi ban đầu được.
Đê tính hàmchi phí quy dẫncũng như hệ số sinh lợi banđầu phải sử dụng các mô hình tính toán phức tạpvà máy tínhđiện tử.
Phụ lục 1. MÁY BIÊN ÁP
MBA 3phavà 1 pha2cuộn dây 500 kVkhông có ĐCĐA
Loại MBA
\lni
MVA
Thông số sản xuất Thông sô' tính toán
ưdn, của cuộn dây, kV ƯN(%) APN, kW
AP0, kVAr
lo. % rb,
Q
XB, Q Q
AQo.
c H kVAr TU - 200000/500
THU - 20000/500
200 525 15,75; 20 12,5 700 175 0,35 4,50 167 700
TU - 40000/500 TOU -40000/500
400 525 15,75; 20 12,5 940 370 0,35 1,60 86 1400
TU -630000/500 630 525 15,75 20 13 1350 550 0,30 0,93 59 1890
orau -133000/500 133 525/Vã 13,80 13 513 430 3,00 2,60 92,5 12000
OAU - 21000/500 OAU - 210000/500
210 525/Vĩ 15,75; 20 13,2 630 372 2,00 1,30 57,8 12600
oau - 333000/500 333 525/Vi 15,75; 20 13,2 950 200 0,45’ 0,8 34,6 4485
ou - 417000/500 417 525/Vã 15,75; 20 12,5 1180 255 0,40 0,62 28,7 5004
ou - 533000/550 533 525/Vĩ 24 13,5 1400 300 0,35 0,45 23,2 5565
MBA tự ngẫu 3 phavà 1 pha 500 kV Loại MBA s<lm
MVA
Thông số sản xuất
ĐCĐA ' ưdm của cuộn dây, kV s, % cuộn dây
c T H c T H
AT/ỊựTH 125000/500/110 125 ±8x 1,50 500 121 6,3; 10,5; 38,5 100 100 50
ATflUTH 25000/500/110 250 ±8x1,50 500 121 10,5; 38,5 100 100 40
AH'I'UTH 320000/500/220 320 +8x1,38 -8x1,47
500 230 10,5; 15,8; 38,5 100 100 37,5
AOữUTH 167000/500/220 167 ±6x2,0 500 V3
2 30
■ỰT
10,5; 38,5; 13,8; 15,8; 18; 20 100 100 30;
40;
50 AOflUTH 67000/500/330 167 ±6x2,0 500
V3
3 30 vr
10,5; 38,5 100 100 15
AOflUTH 267000/500/220 267 ±8x1,50 500 5/3
230 VT
10,5; 38,5; 13,8; 15,8; 18;
20
100 100 25;
31;
45 AOựTH 267000/500/330 267 ±8x 1,50 500
V3
330 10,5; 38,5 100 100 15
AOựTH 417000/500/220 417 ±8x1,50 500 4Ĩ
230 10,5; 15,8; 38,5 100 100 29
AOLỊTH 533000/500/220 533 ±8x1,40 500 y/ĩ
23 0 vr
10,5; 13,8; 38,5; 15,5; 18,1 100 100 25;
31
MBAtự ngẫu 3 phavà 1 pha 500kV (tiếp theo)
Loại MBA
Thông số sản xuất Thông số tính toán 3 pha
UN % cuộn dây AP nc-t
kW
AP0 kW
In % Rb [Q] cuộn dây XB [fì| cuộn dây AQo,
C-T C-H -H c T H c T H kVAr
Attiuth 125000/500/220 10,5 24 13 330 150 0,50 2,90 2,90 5,80 231 0 280 625
Atuth 250000/500/110 10,5 24 13 550 230 0,45 1,21 1,21 3,03 118 0 146 1125
Atuuth 32000/500/220 10,5 27,5 17 550 220 0,45 0,74 0,74 1,98 90,4 0 146 1440
Aojiuth 167000/500/220 9,5 29 17,5 325 125 0,40 0,53 0,53 1,77;
1,32;
1,06
58 0 101,5 2010
Aoauth 167000/500/330 9,8 67 61 320 70 0,30 0,53 0,53 3,54 44 0 325 1500
Aoauth 267000/500/220 8,5 24 12,5 435 160 0,35 0,29 0,29 1,16;
0,94;
0,64
34 0 48 2803
Aouth 267000/500/330 - - - -
Aoiỉth 417000/500/220 - - - -
Aoutii 533000/500/220 8,5 24 12,5 760 250 0,25 0,12 0,12 0,48;
0,39
17,2 0 24 3990