Mô hình bài toán qui hoạch phát triển hệ thống năng lượng

Bài tập lớn
MÔ HÌNH BÀI TOÁN QUI HOẠCH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG

GVHD: NGUYỄN THỊ LAN
NHÓM 1

1


MỤC LỤC

2


PHẦN 1 : THU THẬP SỐ LIỆU
1. Hệ số phát thải
1.1.

Định nghĩa

Hệ số phát thải: là tỉ lệ phát thải trung bình của một chất gây ô nhiễm từ một nguồn
nhất định liên quan đến cường độ của một hoạt động cụ thể. Hệ số phát thải của
nhiên liệu được sử dụng để lấy ước tính của các chất gay ô nhiễm không khí hoặc
khí gây hiệu ứng nhà kính dựa trên lượng nhiên liệu đã đốt.
Theo IPCC 2006, cách để xác định hệ số phát thải như sau
Lượng khí thải phát ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu

Lượng phát thải GHG, nhiên liệu = Lượng nhiên liệu đốt cháy . Hệ số
phát thải nhiên liệu tương ứng
Khi đó, tổng lượng khí thải phát ra là

Tổng lượng khí phát thải = Tổng lượng khí phát thải của từng
dạng nhiên liệu
Trong đó: hệ số phát thải - Kg/TJ ( mặc định theo IPCC )
Tuy nhiên mức độ chắc chắc của kết quả tính toán phụ thuộc dáng kể vào loại nguồn
và các chất gây ô nhiễm:
• Carbon dioxide ( CO2 ) phát thải từ quá trình cháy của nhiên liệu có thể được
ước tính với một mức độ chắc chắn cao bất kể nhiên liệu được sử dụng như
thế nào do khí thải này phụ thuộc hoàn toàn vào đặc trưng của nhiên
liệu. Điều này cũng đúng cho sulfur dioxide (SO 2.). Cả hai cacbon và lưu
huỳnh được gần như bị oxy hóa hoàn toàn trong quá trình đốt cháy và tất cả
các nguyên tử cacbon và lưu huỳnh trong nhiên liệu sẽ có mặt trong khí
thải như CO 2 và SO 2 tương ứng.
• Ngược lại, mức độ các chất ô nhiễm không khí khác và không CO 2 phát thải
khí gây hiệu ứng nhà kính từ quá trình đốt cháy phụ thuộc vào công nghệ
chính xác áp dụng khi nhiên liệu được đốt. Những khí thải này được về cơ
3


bản gây ra bởi quá trình đốt cháy không hoàn toàn hoặc một phần nhỏ nhiên
liệu ( carbon monoxide , khí metan , không khí mê-tan hữu cơ dễ bay hơi các
hợp chất ) hoặc bằng hóa chất phức tạp và quá trình vật lý trong quá trình đốt
cháy và trong ngăn xếp khói hoặc ống xả. Ví dụ về các hạt bụi , NO x, hỗn
hợp của oxit nitric , NO, và nitrogen dioxide , NO 2).
• Nitơ oxit (N 2 O) phát thải từ đất nông nghiệp là rất khó để tính toán bởi vì họ
phụ thuộc rất nhiều vào cả hai điều kiện chính xác của đất, ứng dụng
của phân bón và các điều kiện khí tượng.
Ta có bảng hệ số phát thải như sau:

Purpose

Fuel
type

Descripti
on

Stationa
ry
Combus
tion
COKE

GASE
U

Coal

Natural
gas

CO2
emisson

Fuel
Anthracite
Bituminous
Sub-bituminous
Lignite
Electric Power
Sector

Industrial Coking
Other Industrial
Residential/Com
mercial
Pipeline Natural
Gas
HHV of 975 1000 Btu/scf
HHV of 1000 1025 Btu/scf
HHV of 1025 1050 Btu/scf
HHV of 1050 1075 Btu/scf1
HHV of 1075 1100 Btu/scf
Weighted
National Average
(1029 Btu/scf)
4

(Mtons/
PJ)
103.62
93.46
97.09
96.43
95.26
93.98
94.38
95.48

54.01
52.91
53.06

53.46
53.72
53.06

Methan
emisson

Nitrous
Oxide
emission
(thousand
tons/PJ)


KER

Transpo
rtation
Fuels

Flared Natural
Gas
Middle Distillate
Fuels (No. 1, No.
2, No. 4 fuel oil,
diesel, home
heating oil)
Jet Fuel ( Jet A,
JP-8)
Kerosene

Heavy Fuel Oil
Petroleu (No. 5, 6 fuel
2
m Fuel oil), bunker fuel
Ethane
Propane
Isobutane
n-Butane
Unspecified LPG
Refinery (Still)
Gas
Crude Oil
Petroleum Coke
Tires/Tire
Derived Fuel3
Waste Oil
Blended with
Residual Fuel
Oil4
Other
Fuels
Waste Oil
Blended with
Distillate Fuel
Oil4
Municipal Solid
Waste (MSW)6,7
-B100
-B20
Biodiesel -B10

-B5
-B2
Diesel
No. 1 and No. 2
Fuel
5

54.71

73.15
70.88
72.31
78.80
59.58
63.10
65.08
64.97
62.33
64.20
74.43
102.12
85.97

66.53

71.28
41.14
0
59.44
66.35

69.76
71.8
73.15


Ethanol/E
thanol
Blends
Methanol
/Methano
l Blends
Motor
Gasoline
Jet Fuel,
Kerosene
Natural
Gas
Propane
Residual
Fuel (No.
5 and No.
6 Fuel
Oil)

Coal

Stationa
ry Fuel
Combus
tion

Petroleu
m

Natural
Gas
Wood

1.2.

E100
E85
E10 (Gasohol)

0
14.71
65.94

-M85

64.01
70.88
70.88
53.06
63.10

78.80
Residential
Commercial
Industry

Electricity
Generation
Residential
Commercial
Industry
Electricity
Generation
Residential
Commercial
Industry
Electricity
Generation
Residential
Commercial
Industry
Electricity
Generation

Tác hại của khí nhà kính
6

301
10
10

1.5
1.5
1.5

1

10
10
3

1.5
0.6
0.6
0.6

3
5
5
1

0.6
0.1
0.1
0.1

1
253
253
25

0.1
3.2
3.2
3.2

25

3.2


•
•
•
•

Tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu
Tăng nhiệt độ của đại dương
Tăng số lượng mây bao phủ xung quanh trái đất
Nhiệt độ trái đất sẽ làm tan băng và dâng cao mực nước biển . như vậy nhiều vùng
sản xuất lương thực trù phú , các khu đông dân cư ,các đồng bằng lớn , nhiều đảo

thấp sẽ bị chìm dưới mặt nước biển
• Sự nóng lên của trái đất sẽ làm thay đổi điều kiện sống của các sinh vật trên trái
đất .Một số loài thích nghi với điều kiện mới sẽ thuận lợi phắt triển , ngược lại một
số loài sẽ bị tiêu diệt.
• Khí hậu trái đất sẽ bị biến đổi sâu xắc, các đới khí hậu có xu hướng thay đổi .toàn
bộ điều kiện sống của các quốc gia sẽ bị xáo động .hoạt động sản xuất lâm ngư
nghiệp , thuỷ hải sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
• Nhiều loại bệnh tật mới đối với con người xuất hiện
2. Các dạng tài nguyên năng lượng
2.1.

Đánh giá trữ lượng tiềm năng của Việt Nam

Nằm ở khu vực Đông Nam Châu Á, Việt Nam là nước có nguồn tài nguyên khoáng sản
phong phú, đa dạng, là nguồn nguyên liệu, tiềm năng quí của quốc gia.

Qua kết quả điều tra địa chất, thăm dò khoáng sản đã phát hiện gần 5.000 mỏ và điểm
quặng với 60 loại khoáng sản khác nhau.
Công nghiệp khai thác khoáng sản ở Việt Nam mặc dù còn kém phát triển, nhưng cũng đã
đóng góp một phần quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế- xã hội của đất nước, góp
phần đẩy nhanh quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.
2.1.1. Dầu khí

Dầu khí đã được phát hiện ở Việt Nam từ những năm 1970, nhưng chỉ sau năm 1984,
ngành công nghiệp dầu khí mới thực sự có bước đi vững chắc, ngày càng góp nhiều vào
việc tăng trưởng xuất khẩu của cả nước. Dầu khí được tập trung ở các bể trầm tích Sông
Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay, Thổ Chu, Phú Khánh, Tư Chính, Vũng Mây,
Trường Sa. Đến nay, đã có 85hợp đồng hợp tác kinh doanh được ký kết giữa Petro
Vietnam và các đối tác nước ngoài nhằm thăm dò, khai thác dầu khí ở thềm lục địa Việt
7


Nam. Tổng diện tích các lô đã được ký hợp đồng thăm dò vào khoảng 250.000 km2, chiếm
50% tổng diện tích thềm lục địa Việt Nam. Qua kết quả thăm dò cho thấy: Bể Sông Hồng
chủ yếu là khí. Bể Cửu Long chủ yếu phát hiện dầu. Hai bể còn lại là Nam Côn Sơn và
Malay- Thổ Chu phát hiện cả dầu và khí. Bể Phú Khánh và Tư Chính- Vũng Mây mới chỉ
dự báo triển vọng trên cơ sở nghiên cứu cấu trúc địa chất.
Khoáng sản dầu khí đang được thăm dò với cường độ cao. Trữ lượng dầu đã được phát
hiện vào khoảng 1,7 tỷ tấn và khí đốt vào khoảng 835 tỷ m3. Trữ lượng dầu được dự báo
vào khoảng 6 tỷ tấn và trữ lượng khí vào khoảng 4.000 tỷ m3.
Trong những năm gần đây, sản lượng khai thác dầu và khí đều tăng cao, năm 1999 đã khai
thác 15,2 triệu tấn dầu và 1.439 triệu m3 khí. Tính đến cuối năm 1999 đã khai thác được 82
triệu tấn dầu và 3.900 triệu m3 khí. 100% số dầu khai thác được dùng để xuất khẩu.
Tháng 6 năm 2000, Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã thông qua Luật
Dầu khí sửa đổi. Cùng với Luật Đầu tư nước ngoài cũng được thông qua vào thời gian trên
và với những điều kiện địa chất thuận lợi, Việt Nam bắt đầu có vị trí xứng đáng thu hút sự

chú ý của các công ty dầu khí lớn trên thế giới để cùng hợp tác phát triển và mở rộng hoạt
động của mình.
Giai đoạn 2010 – 2025, ngành công nghiệp dầu mỏ có những tiến bộ vượt bậc về công
nghệ , giúp cho việc khai thác trở nên dễ dàng với chi phí rẻ hơn. Ngành công nghiệp hóa
chất sẽ có những bước phát triển mạnh mẽ, khiến cho chi phí để sản xuất xăng ngày càng
rẻ đi. Tuy nhiên, do sự khan hiếm vê nhiên liệu cũng như nhu cầu sử dụng giá xăng dầu
tăng cao khiến chi phí nhiên liệu ngày càng trở nên đắt đỏ. Bởi giá xăng dầu bị ảnh hưởng
bởi 2 yếu tố trên nên việc dự báo giá của nó trong các giai đoạn trở nên vô cùng khó khăn.
Vì vậy để đơn giản, ta giả sử tốc độ giảm giá bị ảnh hưởng bởi yếu tố công nghệ và tốc độ
tăng giá do nhu cầu là bằng nhua. Như vậy, qua các thời kì, tỉ số giữa giá xăng/ giá dầu là
ko đổi.
Năm 2011, kim ngạch xuất khẩu dầu thô Việt Nam là 8,24 triệu tấn, đạt trị giá 7,24 tỷ
USD. Như vậy giá trung bình cho 1 tấn dầu thô là 878,6 USD / tấn dâu. Trong khi đ, kim
ngạch nhập khẩu xăng của chúng ta năm 2011 là 10,7 triệu tấn, đạt trị giá là 9,9 tỷ USD
8


tương đương với 925,2$/tấn ( nguồn tổng cục thống kê ). Như vậy ta có tỷ số giá xăng/ giá
dầu là 1.06. Dựa vào bảng giá dầu dự báo ở trên, ta có giá xăng dự báo cho các năm là:
Giá dầu xăng nhập khẩu
( VND/ PJ )

2010

2015

n/a

349 800

2020
401 700

2025
427 100

2.1.2. Than
Than Việt Nam được hình thành ở 8 thời kỳ khác nhau: Kỷ Devon giữa và muộn; Kỷ
Carbon sớm và giữa; Permi muộn; Trias giữa; Trias muộn; Jura sớm; Neogen và Đệ tứ. Chỉ
có than được hình thành ở Trias muộn và Neogen là có giá trị kinh tế cao nhất. Than có giá
trị kinh tế được tập trung ở Triasic muộn và được tập trung chủ yếu ở bể than Quảng Ninh
thành các vùng như: Cẩm Phả, Dương Huy, Hòn Gai, Uông Bí, Bảo Đài chiếm 90% trữ
lượng, bể than Sông Đà ở miền Bắc và bể than Nông Sơn ở miền Trung Việt Nam. Tổng
trữ lượng ước tính của than Triasic muộn là 6,6 tỷ tấn.
Nguồn tài nguyên than nâu ở vùng châu thổ Bắc Bộ với trữ lượng dự báo gần 200 tỷ tấn,
nhưng rất khó khăn cho thăm dò và khai thác vì ở dưới độ sâu từ 200 đến hơn 4.000m dưới
đồng bằng.
2.1.3. Năng lượng tái tạo
Việt Nam được là nước có tiềm năng rất lớn về năng lượng tái tạo. Trong đó, có khoảng 10
nguồn năng lượng tái tạo có thể khai thác như: Thủy điện nhỏ, phong điện, năng lượng sinh
khối, khí sinh học, năng lượng mặt trời, địa nhiệt…
Nằm trong vùng nhiệt đới, Việt Nam có số giờ nắng trung bình khoảng 2.000- 2.500
giờ/năm, mức độ bức xạ nhiệt vào mùa đông đạt từ 3 - 4,5 kWh/m2/ngày và 4,5 - 6,5
kWh/m2/ngày vào mùa hè. Việt Nam có đường bờ biển trải dài, khiến lưu lượng gió cũng
khá lớn: tại hải đảo là 860 – 1.410 kWh/m2/năm; khu vực duyên hải là 800 - 1.000
kWh/m2/năm; một số khu vực trong nội địa: 500 – 800 kWh/m2/năm.
9


Hiện tại, thủy điện nhỏ được đánh giá là nguồn năng lượng tái tạo khả thi nhất về kinh tế tài chính của Việt Nam, với trên 1.000 địa điểm đã được xác định có tiềm năng phát triển.

Các vị trí này tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, Nam Trung bộ và Tây Nguyên, quy
mô từ 100 kW tới 30 MW, tổng công suất ước tính đạt trên 7.000 MW.
Cùng với đó, là nước nông nghiệp nên Việt Nam có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng
sinh khối. Trong đó, các loại sinh khối chính là gỗ năng lượng, phế thải phụ phẩm từ cây
trồng, chất thải chăn nuôi, rác thải… Đơn cử như, với nguồn trấu thải ra từ hàng nghìn nhà
máy xay xát lúa, gạo, có thể xây dựng các nhà máy điện chạy bằng vỏ trấu với tổng công
suất lên tới 70MW; bã mía do các nhà máy đường thải ra cũng thể cung cấp để sản sinh
điện với tổng công suất khoảng 250MW.
2.2.

Tình hình xuất nhập khẩu các dạng năng lượng.

Việt Nam có tiềm năng khoáng sản năng lượng vô cùng lớn. Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ
năng lượng tăng cao của quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, đạt mục tiêu
cơ bản trở thành nước công nghiệp vào năm 2020, ngành khai khoáng của nước ta đã đạt
được nhiều thành tựu vượt bậc. Năm 2011, lượng dầu thô xuất khẩu đạt 8,24 triệu tấn, tăng
3,3% và trị giá đạt 7,24 tỷ USD, tăng 46,1% so với năm 2010. Đơn giá xuất khẩu bình
quân đạt 879 USD/tấn (khoảng 115 USD/thùng), tăng 41,4% so với năm trước. Lượng
than xuất khẩu của Việt Nam trong năm 2011 là 17,2 triệu tấn, trị giá đạt 1,63 tỷ USD. Tuy
nhiên, mặc dù nhu cầu tiêu thụ nguyên liệu sơ cấp liên tục tăng cao theo các năm, nhưng
do còn hạn chế về công nghệ chế biến, nên chúng ta buộc phải xuất khẩu các sản phẩm thô
và nhập về các sản phẩm dầu hay than chất lượng cao.

Qua 2 đồ thị trên, ta có thể thấy được sự mất cân bằng trong nguồn cung và nhu cầu
và tiêu thụ ở Việt Nam, từ đó có thể hiểu thêm về tình trạng xuất nhập khẩu các
dạng năng lượng qua các năm qua. ( Xem bảng phụ lục đi kèm )

10

11


PHẦN 2: MÔ HÌNH HÓA BÀI TOÁN QUY HOẠCH NĂNG LƯỢNG
1. Các giả thiết
•
•
•

•

•
•

Giả thiết nguồn năng lượng chỉ có 2 nguồn sơ cấp: Than đá và dầu mỏ. Nguồn
than đá cũng chỉ có một trữ lượng hạn chế.
Nhập khẩu năng lượng được tiến hành với 2 loại năng lượng là than và dầu. Xu
hướng biến động về giá than và dầu mỏ diễn ra rất khác nhau.
Chỉ có một loại dầu thô được xem xét. Công đoạn lọc dầu được tổng hợp dưới
dạng một nhà máy lọc dầu với 2 loại sản phẩm đầu ra là xăng và dầu nặng. Nhà
máy lọc dầu gồm 2 bộ phận: Chưng cất và Cracking.
Đối với điện chúng ta chỉ xem xét đến nhu cầu về điện năng mà bỏ qua nhu cầu
về công suất. Điều đó có nghĩa là chúng ta không xem xét đến những biến động
của biểu đồ phụ tải. Có hai dạng nhà máy sản xuất được xem xét : Nhiệt điện
than và thủy điện.
Về phía nhu cầu chúng ta gộp tất cả các hộ tiêu thụ ( công nghiệp, giao thông
vận tải, dân dụng, thương mại dịch vụ) thành một nhóm duy nhất.
Coi nhu cầu tiêu dùng năng lượng thành 2 loại: Nhu cầu chuyên dùng về than,
điện, dầu.

2. Điều kiện ràng buộc về chính sách năng lượng.
2.1. Ràng buộc về dầu mỏ
Dầu mỏ là một ngành công nghiệp quan trọng của nước đóng góp từ 20 – 25% GDP của cả
nước. Tuy nhiên, trong tình hình mà sản lượng dầu thô khai thác liên tục sụt giảm, nhu cầu
sử dụng xăng dầu tăng cao, nhà nước buộc phải hạn ngạnh khả năng xuất nhập khẩu dầu
thô dưới dạng hệ số độc lập năng lượng.
Theo dự đoán của APEC, nhu cầu dầu thô của Việt Nam, từ 2010 đến 2025 là

Ta thấy từ năm giai đoạn 2005 – 2020, nhu cầu tiêu thụ dầu thô tăng tuyến tính khoảng 6
MTOE sau mỗi 5 năm. Vì vậy có thể dự đoán rằng nhu cầu tiêu thụ dầu thô năm 2025 là
vào khoảng 37 Mtoe. Do đặc điểm của ngành công nghiệp dầu khí là vốn đầu tư lớn, thời
gian thăm dò, xây dựng, khai thác cũng như thay đổi quy trình công nghệ tương đối lớn,
cần có những định hướng xây dựng mang tính chiến lược nên thông thường khả năng khai
thác dầu thô sẽ tăng theo dạng bậc thang qua mỗi giai đoạn. Dựa vào biểu đồ trên, ta thấy,
giai đoạn, 2005 – 2010 và 2015 đến 2020, sản lượng dầu thô khai thác tăng khoảng 6,2
Mtoe, trong khi đó giai đoạn 2010 – 2015, khả năng khai thác lại thay đổi ko đáng kể. Như
12


vậy, ta có thể kết luận rằng năm giai đoạn 2020 – 2025, sẽ là giai đoạn chuẩn bị, để có
những bước nhảy vọt về cả công nghệ lẫn quy mô khai thác dầu thô cho giai đoạn sau.
Chính vì vậy, giai đoạn này, sản lượng khai thác dầu thô sẽ ko có nhiều thay đổi và sẽ được
giữ ở mức 31 Mtoe.
Do dầu thô là loại nhiên liệu có vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống và sản xuất. Mọi
sự thay đổi của nó đều có ảnh hưởng to lớn đến toàn bộ nền kinh tế. Chính vì thế, để đảm
bảo nhu cầu tiêu thụ trong nước, cũng như an ninh năng lượng, ta giả thiết rằng toàn bộ
lượng dầu khai thác được đều phục vụ nhu cầu tiêu thụ trong nước, và lượng dầu thô dư
thừa mới được đem xuất khẩu. Như vậy, hệ số độc lập năng lượng của dầu thô là
Nghìn
thùng/ng

ày
2015
2020
2025

sản
xuất

tiêu thụ

Hệ số độc
lập

25.5
30.5
31

23.7
32.2
37

0.98
0.95
0.84

2.2. Ràng buộc về than
Với Việt Nam, than là một nguồn nhiên liệu sơ cấp quan trọng. Việt Nam có nguồn trữ
lượng than vô cùng dồi dào, đảm bảo đáp ứng đủ cho khai thác phục vụ tiêu dùng trong
nước và xuất khẩu trong vòng ít nhất là 200 năm tới. Theo Tập đoàn Công nghiệp Than
Khoáng sản Việt Nam – VINACOMIN, trữ lượng than Việt Nam rất lớn: Quảng Ninh

khoảng 10,5 tỷ tấn trong đó đã tìm kiếm thăm dò 3,5 tỉ tấn, chủ yếu là than antraxit. Đồng
bằng sông Hồng dự báo tổng trữ lượng 210 tỉ tấn than Ábitum, các mỏ than ở các tỉnh khác
khoảng 400 triệu tấn và riêng than bùn phân bố hầu hết ở 3 miền khoảng 7 tỉ m3, chủ yếu
tập trung ở miền Nam Việt Nam. Vì vậy, điều kiện ràng buộc khai thác than nội địa sẽ phụ
thuộc vào tổng nhu cầu và điều kiện công nghệ có được. Theo như tổng quy hoạch 6 về
ngành than, dự báo khả năng khai thác than cự đại đến năm 2015 là 56 – 58 triệu tấn, đến
năm 2020 là 60 – 65 triệu tấn và dự đoán đến năm 2025 là 68 – 70 triệu tấn. Như vậy, giới
hạn khả năng khai thác than đến năm 2015 là 58 triệu tấn, năm 2020 là 65 triệu tấn và đến
năm 2025 là 70 triệu tấn.
3. Số liệu về than.

2010
13

2015

2020

2025


Khả năng khai thác cực đại:
- PJ/năm
Chi phí khai thác( VND/ PJ)
Giá than nhập khẩu( VND/ PJ)
Giá than xuất khẩu ( VND/
PJ)

0.98

1276

1430

1540

68 000
90 000
98 000

68 000
90 000
98 000

68 000
90 000
98 000

68 000
90 000
98 000

Lấy nhiệt trị của than là 5500kcal/kg.
Chi phí khai thác than năm 2010 của công ty TNHH khai thác khoáng sản MTV là 1,5 triệu
đồng/tấn than, tương đương là 68 tỷ đồng/PJ. Do nguồn cung than chủ yếu ở nước ta hiện
nay chủ yếu tập trung ở Quảng Ninh, với hình thức khác thác lộ thiên là chính, nên do đó
chi phí khai thác than cơ bản sẽ không đổi và giữ nguyên ở mức 68 000 x 106/PJ cho đến
năm 2025
Dự báo giá của các loại nhiên liệu là một công việc vô cùng khó khăn, cùng với đó là dự đa
dạng của các nguồn nguyên liệu than ( than đá, than cốc, than bùn, than lignit … ) và chi

phái khai thác, sản xuất, giá xuất nhập khẩu là khác nhau. Vì thế, để đơn giản hóa mô hình,
nên chúng em xin chọn giá than nhập khẩu là 100$/tấn than tương đương với 90 000 x 106
VND/ PJ cho giai đoạn từ năm 2010 đến 2015
4. Số liệu về dầu thô
4.1. Quá trình lọc dầu và chưng cất.
Năm 2011, dự án nhà máy lọc dầu dung quất với tổng vốn đầu tư lên tới hơn 3 tỷ USD
được chính thức đưa vào hoạt động, với công suất dự kiến 6,5 triệu tấn dầu thô/năm tương
đương 260PJ/năm, và đến năm 2015 sẽ được nâng cấp lên 10 triệu tấn / năm. Cùng với đó,
theo tập đoàn dầu khí Việt Nam, thì đến năm 2013, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn với công
suất thiết kế là 8.4 triệu tấn dầu trong một năm. Như vậy đến năm 2015, nước ta sẽ có khả
năng lọc 18,4 triệu tấn dầu /năm. Năm 2020, dự án Nghi Sơn đã bước vào giai đoạn 2,
công suất nhà máy được nâng cấp lên thành 10 triệu tấn dầu/ năm. Đến năm 2025, nước ta
ko có thêm bất kì dự án lọc dầu bổ sung nào. Như vậy giai đoạn 2020 – 2025, khả năng lọc
dầu của nước ta sẽ là 20 triệu tấn dầu thô / năm.
Dự báo giá dầu của một số tổ chức trên thế giới:

14


Dự báo dài hạn của giá dầu thế giới
Tài liệu tham
khảo

2015 2020 2025 2030
$
144,72

$
$
$

Kịch bản cao
185,51 196,51 203,90
2010 U.S. EIA AEO –
$
$
$
$
Tài liệu tham khảo
108,28 115,09 123,50
94,52
Kịch bản thấp
$
$
$
$
51,90 52,02 51,90
51,48
$
$
116,98
Kịch bản cao
121,16
NEB – Tài liệu tham
$
$
N/A N/A
khảo
89,60
85,30
Kịch bản thấp

$
$
61,16
56,98
Deutsche Bank - tham
$
$
$
$
khảo
93,18 105,81 114,65 121,16
INFORUM - tham
$
$
$
$
khảo
92,50 107,98 109,74 116,81
$
$
$
$
IEA - tham khảo
86,67 100.00 107,50 115,00
$
$
$
$
IEA 450 Kịch bản
86,67 90.00 90.00 90.00

IHS Global Insight $
$
$
$
Tham khảo
85,07 81,93 74,86 77,27
Phân tích năng lượng
$
$
$
$
liên doanh - tham
80,35 84,45 90,98 100,45
khảo
Energy SEER - tham
$
$
$
$
khảo
79,20 74,31 69,73 65,43
Ẻnergy SEER - Multi$
$
$
$
Dimensional
99,03 101,52 105,81 113,19
Tham khảo trường
$
$

$
$
hợp trung bình
87,27 94,10 96,57 101,20
Nguồn: Thông tin Năng lượng Mỹ và Tài nguyên
15


Canada

Trên đây là giá của dự báo dầu thế giới của các tổ chức dầu thô trên thế giới được quy về
năm 2008. Do dầu thô là mặt hàng mang tính quốc tế, nên có thể lấy giá dầu thô quốc tế
làm giá nhập khẩu cho Việt Nam. Như vậy, ta sẽ lấy giá dầu thô dự báo của tổ chức quốc tế
EIA AIO cho mô hình. Ta có năm 2015, giá dầu là 94,52$/thùng, tương đương khoảng
330 000 x 106/PJ .
Nhà máy lọc dầu Dung Quất có công suất thiết kế 6.5 triệu tấn dầu/ năm, mỗi ngày có thể
sản xuất ra 5500 – 7800 tấn xăng trên ngày, đã bao gồm cả A90 và A92/95 ( nguồn
Wikipedia ) trong đó phân xưởng chưng cất chiếm 65 - 75% sản phẩm xăng toàn nhà máy.
Đặt giả thiết, rằng năng lực cracking bằng 70% năng lực lọc dầu của nhà máy. Do nhà máy
Nghi Sơn có công suất tương đương với nhà máy Dung Quất, nên ta có thể coi 2 nhà máy
lọc dầu có công nghệ và khả năng tương đương nhau.
Giá dầu mỏ nhập khẩu
( VND/ PJ )
Năng lực lọc dầu năm 2010
còn làm việc tại năm t (CDIt):
 PJ/năm
Năng lực Cracking năm 2010
còn làm việc tại năm t
(CCRt):
 PJ/năm

2010

2015

2020

2025

n/a

330 000

379 000

403 000

260

736

182

514.2

800

800

560

560

4.2. Quá trình khai thác
Giả sử giá dầu nhập khẩu bao gồm 2 thành phần giá dầu khia thác và chi phí vận chuyển.
Theo Wikipedia, giá vận chuyển trung bình là 3 cent cho một gallon dầu. Như vậy chi phí
để vẩn chuyển cho tấn dầu vào khoản 9$/tấn dầu tương đương với 4500x106VND/PJ. Giả
sử chi phí vận chuyển trong giai đoạn 2010 – 2025 là không đổi.

16


Công nghệ dầu mỏ là một ngành có tính độc quyền tự nhiên có tỉ suất lợi nhuận cao. Giả sử
tỉ suất lợi nhuận mong muốn của ngành dầu mỏ là 20%, ta có giá chi phí khai thác x120%
= giá dầu xuất khẩu
Như phần 2.1 đã trình bày về năng lực khai thác dầu mỏ, ta có bảng sau:
Khả năng khai thác cực đại:
- PJ/năm

2010
n/a

Giá dầu xuất khẩu ( VND/ PJ)
Chi phí khai thác

2015
255

2020
305

2025
310

325 500
271 000

374 500
312 000

398 500
332 000

4.3. Hiệu suất biến đổi
Công suất của nhà máy lọc dầu Dung Quất là: các sản phẩm khí hóa lỏng (gas) LPG (9001.000 tấn/ngày) xăng A90 (2.900-5.100 tấn/ngày) và A92-95 (2.600-2.700 tấn/ngày), dầu
Diesel (7.000-9.000 tấn/ngày), LPG và các sản phẩm khác như Propylene (320-460
tấn/ngày), xăng máy bay Jet-A1 và nhiên liệu cho động cơ phản lực (650-1.250 tấn/ngày)
và dầu đốt lò F.O (1.000-1.100 tấn/ngày). Như vậy tỷ lệ các sản phẩm nhiên liệu lỏng tổng
sản phẩm có thể sản xuất là 0.95. Coi tỷ lệ Cracking và tỷ lệ chưng cất là tương đương
nhau.
Hệ số sử dụng là tỷ số của tổng khối lượng đầu ra trên cho tổng khối lượng đầu vào. Theo
thiết kế, tổng sản phẩm đầu ra cho một ngày của nhà máy khi hoạt động 100% công suất là
20 196 tấn / ngày, trong khi tổng lượng dầu đầu vào là khoảng 18 000 tấn / ngày. Như vậy
hệ số sử dụng là 1.12
Tỷ lệ chưng cất
Tỷ lệ Cracking

Nhiên liệu lỏng
0.95
0.95

Các sản phẩm khác
0.05
0.05

Hệ số sử dụng
1.12
1.12

4.4. Chi phí đầu tư.
Nhà máy lọc dầu Dung Quất có vốn đầu tư 3 tỷ USD cho công suất 6.5 triệu tấn/ năm. Coi
nhà mày lọc dầu gồm 2 thành phần chính là phân xưởng cracking và phân xưởng chứng
cất, và vốn đầu tư tương ứng tỉ lệ với công suất thiết kế. Như vậy chi phí đầu tư cho hệ
thống chưng cất và cracking là 9 x 106 VND/ tấn.năm
Chi phi đầu tư
(bao gồm cả chi phí khai thác cố định)
17

Chưng cất

Cracking


VND/ PJ/năm

225 000

225 000

4.5. Tuổi thọ thiết bị

Tuổi thọ trung bình của một nhà máy lọc dầu vào khoảng 30 năm . ( tham khảo ý kiến giáo
viên )
5. Số liệu về điện.
5.1. Công suất phát của hệ thống điện
Theo Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến năm 2025,
ta có phát triển nguồn được cho theo bảng sau:

2010
Năng lực các nhà máy
NĐ than của năm 2010
còn lại tại năm t tính
bằng MW(CTCt)
Năng lực các nhà máy
thủy điện của năm 2010
còn lại tại năm t tính
bằng MW(CTUt)

2015
3160

25860
(0.00002586P
J/s)

7913

9200
(0.0000092
PJ/s)

2020
2025
Tuổi thọ
36000 106000
30

17400

30

5.2. Các số liệu kinh tế.
Giả sử, để giảm thiểu chi phí vận hành toàn bộ hệ thống, ta cho toàn bộ nhà máy nhiệt điện
than vận hành ở phần nền của phụ tải, còn nhà máy thủy điện hoạt động ở phần đỉnh của
đồ thị. Do đó hệ số phụ tải của nhà máy nhiệt điện là 1. Còn hệ số phụ tải của nhà máy
thủy điện giả thiết là 0.6. Ta có
Chi phí
đầu tư (*)
VND/ /PJ
Thủy điện

18 600 000

Nhiệt điện than

12 400 000

Chi phí
vận hành
VND/
/PJ/s

400 000
000
1,6x109
18

Hệ số phụ
tải
0.6
1


Theo quy hoạch điện 7, hệ số tổn thất trong truyền tải và phân phối điện năm 2010 là …
9.5.% và giảm xuống còn 7.5% năm 2020
6. Dự báo nhu cầu.
Dự báo nhu cầu than chuyên dùng được lấy từ số liệu dự báo của APEC.

Nhu cầu than chuyên dùng (PJ)
Nhu cầu dầu chuyên dùng (PJ)
Nhu cầu điện chuyên dùng
- PJ
Nhu cầu xăng chuyên dùng (PJ)

Tên
biến
SPCHt
SPCAt
SPELt

2010

2015

2020

2025

120
672
176

144
940
252

172
1276
356

1576
446

92.44

249.12

349.41

490.06

Biểu đồ 1: Nhu cầu than, dầu, điện chuyên dùng

Biểu đồ 2: Biểu đồ nhu cầu xăng chuyên dùng.

Xét nhu cầu tiêu thụ than. Dựa vào biểu đồ ta thấy hàm nhu cầu dầu chuyên dùng có dạng
gần như là đường thẳng tuyến tính. Sử dụng phương pháp dự báo chuyên gia, ta thấy rằng
cứ sau mỗi 5 năm, nhu cầu dầu chuyên dùng tăng khoảng 300 PJ. Như vậy, nhu cầu dầu
chuyên dùng năm 2025 sẽ là 1576 PJ
Sử dụng phương pháp dự báo như trên, tương tự, ta sẽ có nhu cầu điện và than chuyên
dùng là 446 PJ và 198 PJ
7. Các thiết bị tiêu thụ năng lượng
Giả sử toàn bộ năng lượng chuyên dùng chỉ phục vụ cho việc sinh hoạt dân dụng bao gồm
các thiết bị cơ bản sau: bếp than, xe máy, bóng đèn, bình nóng lạnh.
Theo khảo sát thực tế quanh khu vực dân cư lân cận với quy mô là 30 hộ gia đình tương
đương khoảng 135 người. Trong 30 hộ đã khảo sát có 15 hộ trong diện khá giả, 8 hộ trong
diện giàu và 7 hộ diện khó khăn thu được kết quả như sau :

19


Thiết bị
Bếp than ( CUCt)
Xe máy ( CUFt )
Bình nước nóng
( CUEt )
Bóng đèn ( CUEt )

Khá giả
( 8 hộ )
0
21

Trung bình
( 15 hộ )
8
19

Khó khăn
( 7 hộ )
7
4

16
105

15
150

5
45

Trên đây là kết quả khảo sát về các thiết bị sử dụng than, dầu và điện trong khu vực dân
dụng. Ta có một số lập luận sau :
-

-

-

-

Với bếp than một ngày trung bình sử dụng 3 viên than tổ ong có trọng lượng 0.8 kg
có nhiệt trị 5500klcal/kg. Như vậy 30 hộ gia đình 1 năm tiêu tốn 1 nhiệt lượng là :
3x10-4 PJ
Với xe máy giả sự có bình xăng trung bình là 3.5l ( xe wave Honda ), một tháng
trung bình mỗi xe đổ xăng 3 lần. Tức là trong 1 năm 30 hộ gia đình tiêu thụ một
lượng nhiệt lượng là : 1,74x10-4PJ với nhiệt trị của xăng A92 là 42000kJ/kg
Với bình nước nóng giả sử chỉ sử dụng vào thời tiết lạnh ( bắt đầu từ tháng 10 đến
tháng 4) là 7 tháng với thời gian sử dụng trung bình là 2h/ngày. Như vậy trong 1
năm 30 hộ gia đình tiêu thụ 1 nhiệt lượng là : 5.2x10-6 với bình nước nóng hiệu
ferroli dòng aquastore dung tích từ 10l đến 30l có công suất là 2kW/h.
Với bóng đèn sử dụng trong mỗi hộ gia đình thường là loại 30W/h với số giờ chiếu
sáng là 5h/ngày thì 1 năm 30 hộ tiêu thụ 1 nhiệt lượng là : 5.6x10-5PJ

Vậy nước ta với dân số là 88 000 000 dân sẽ tiêu tốn nhiệt lượng cho sinh hoạt dân
dụng trong 1 năm cho :
-

CUC là 195.55PJ
CUF là 113.422PJ
CUE là 7.04PJ

Giả sử nhu cầu năng lượng chuyên dùng tăng theo quy mô dân số. Ta có, tỉ lệ gia tăng dân
số trung bình của Việt Nam là 1.12%, như vậy, nhu cầu năng lượng chuyên dùng theo các
năm sẽ có trong bảng sau:
Năng lực thiết bị
(-năm)
Thiết bị than(CUCt)

2010
195.55

2015 2020 2025
206.7 218.6
231
20

Hiệu
suất

Chi phí đầu tư
VND/ PJ

0.15

8


Thiết bị dầu (CUFt)
Thiết bị điện (CUEt)

113.422
7.04

119.9 126.7
7.4
7.8

134
8.2

0.8

PHẦN 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH BÀI TOÁN CHO NĂM 2015
1. Sơ đồ Res cho bài toán :
Năng
Nănglượng
lượng sơ
sơ cấp
cấp

Các công nghệ
biến đổi

Công nghệ sử
dụng cuối cùng

Năng lượng cuối cùng

Khai thác :
+Than
+Dầu thô
Nhập khẩu :
+Than
+Dầu thô
Xuất khẩu :
+Than

Năng lượng hữu ích

Quá trình biến

đổi nhiên liệu :

Giao thông
vận tải :

+Chưng cất

+Xe máy
dùng xăng

+Cracking

Dân dụng :

Quá trình sản
xuất điện :

+Bếp than

+Các nhà máy
điện truyền
thống ( than,
thuỷ điện )

+Bình nước
nóng
Thương mại
dịch vụ :

+Dầu thô

+Bóng đèn
tuýp

Nhu cầu
dịch vụ
năng
lượng

Giao
thông vận
tải :
+Di
chuyển cá
nhân
Dân dụng
+Nhiệt
đun nấu
+Nước
nóng để
tắm
Thương
mại dịch
vụ :
+Chiếu
sáng

21

2. Ràng buộc giới hạn khả năng khai thác:
TKT: lượng than khai thác (PJ)
TNK: lượng than nhập khẩu
TXK : lượng than xuất khẩu
TKT <= 1276
DKT: lượng dầu khai thác được
DNK: lượng dầu nhập khẩu
DXK: lượng dầu xuất khẩu
DKT <= 255
DKT / ( DKT + DNK – DXK ) <1  DXK-DNK<0
DKT >= DXK (lượng dầu xuất khẩu phải nhỏ hơn lượng dầu khai thác được)
3. Ràng buộc tại nhà máy lọc dầu
CCI: lượng dầu đầu vào nhà máy lọc dầu
CCO: lượng dầu đầu ra của quá trình chưng cất của nhà má lọc dầu
CRI: lượng dầu đầu vào của quá trình cracking
CRO: lượng dầu đầu ra của quá trình cracking
XCRO: lượng xăng cho đầu ra của phân xưởng cracking
Coi toàn bộ lượng dầu trên thị trường sẽ được đưa vào nhà máy lọc dầu để sản xuất ra xăng
phục vụ nhu cầu dầu chuyên dùng .
Cân bằng của các quá trình trong nhà máy lọc dầu
CCO – 1.12 * CCI = 0 (đầu ra bằng đầu vào chia hệ số biến đổi)
CRI – 0.95 * 1.12 * CCO = 0
CRO – 1.12 * CRI = 0
22


XCRO - 0.95 * CRO = 0
XCRO+XNK >= 249.12
4. Ràng buộc về hệ thống cung cấp điện
NĐT: lượng điện do nhà máy nhiệt điện than sản xuất ra

TĐ : lượng điện cho nhà máy thủy điện sản xuất ra
NĐT < 0.00002586 * 86400 * 365*1 = 815.520960
TĐ < 0.0000092 * 86400 * 365 * 0.6 = 174.078720
5. Ràng buộc về nhu cầu
Coi nhu cầu dầu chuyên dùng dùng toàn bộ bởi hệ thống giao thông vận tải. Như vậy sản
phẩm chủ yếu sẽ là xăng được đi ra từ nhà máy lọc dầu.
XCRO - 0.95CRO = 0
Nhu cầu xăng chuyên dùng :
XCRO+XNK>= 249.12
Nhu cầu điện chuyên dùng
0.905TD+0.905NDT >= 252
Nhu cầu dầu chuyên dùng:
DKT + DNK - DXK - CCI >=940
Nhu cầu than chuyên dùng:
TKT+TNK-TXK-NDT/.3>=144

6. Ràng buộc về chi phí
Y: lượng thiếu hụt công suất của phân xưởng chưng cất .
Y=
23


X: lượng thiếu hụt công suất của phân xưởng xracking.
X=
K: lượng thiếu hụt công suất ở nhà máy thủy điện.
Z: lượng thiếu hụt công suất ở nhà máy nhiệt điện than.
Nhu cầu của quốc gia ngày càng lớn. Sẽ có thời điểm công suất các nhà máy sẽ không đáp
ứng đủ nhu cầu của quốc gia. Do đó, nhà máy phải đầu tư thêm để bù vào lượng thiếu hụt.
Chi phí đầu tư thêm được tính như sau:
+ Chi phí đầu tư thêm cho 1 đơn vị chưng cất và cracking là 225000 (triệu đồng). Tổng chi

phí đầu tư thêm là:
225000(X+Y)= 102192153.3 - 410212.5615XCRO = T
+Chi phí đầu tư thêm cho nhà máy thủy điện là : 12400000K
+Chi phí đầu tư thêm cho nhà máy nhiệt điện là: 18600000Z

+Chi phí cho nhập khẩu than là : 90000TNK
+Chi phí cho nhập khẩu dầu là: 330000DNK

+Chi phí cho khai thác than là : 68000TKT
+Chi phí khai thác dầu là : 325500DKT
Chi phí vận hành:
+Nhà máy thủy điện : 400000000TD
+Nhà máy nhiệt điện than: 1600000000NDT
Hàm mục tiêu: Hàm mục tiêu là tổng tất cả các chi phí của phần ràng buộc chi phí. Yêu
cầu của hàm mục tiêu là tổng chi phí đạt giá trị nhỏ nhất.
325500DKT+90000TNK+330000DNK+68000TKT+12400000Z+18600000K+T+
400000000TD+1600000000NDT  MIN
Các ràng buộc thể hiện trên LINDO:
24


ST
TKT <= 1276
DKT <= 255
DXK-DNK<=0
DKT-DXK>=0
TKT-TXK>=0
! Rang buoc tai nha may loc dau
DKT + DNK - DXK - CCI >= 940
CCO - 1.12CCI = 0

CRI - 1.064 CCI = 0
CRO - 1.12CRI = 0
XCRO - 0.95CRO = 0
XCRO+XNK>=249.12
! Rang buoc ve dien
0.905TD+0.905NDT>=252
NDT <= 815.520960
TD <= 174.078720
Z+0.905NDT+K+0.905TD=252
TKT + TNK - TXK - NDT/0.3>=144
T+410212.5615XCRO=102192153.3
END

7. Kết quả:
25