Quy hoạch nguồn điện khi có xét đến ảnh hưởng của thủy điện tích năng và yếu tố môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Trần Đức Hùng

QUY HOẠCH NGUỒN ĐIỆN KHI CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG
CỦA THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG VÀ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật điện

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. PGS. TS Nguyễn Lân Tráng

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ một học vị nào khác.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội , ngày 24 tháng 3 năm 2014
Tác giả luận văn

Trần Đức Hùng

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được
sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn. Với lòng
kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới:
Phó giáo sư- Tiến sĩ Nguyễn Lân Tráng, người thầy kính mến đã hết lòng
giúp đỡ, hướng dẫn phương pháp nghiên cứu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành các thầy cô giáo ở bộ môn Hệ thống điện, Viện điện, Viện
đào tạo sau đại học trường ĐH Bách Khoa Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi
học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi thu thập số liệu phục vụ
cho nghiên cứu, và tôi xin cảm ơn các anh chị tại Viện năng lượng đã giúp tôi sử
dụng thành công chương trình WASP-IV.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho tôi
những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này.
Lời cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi, những người luôn bên
cạnh chăm sóc, chia sẻ và động viên tôi những lúc khó khăn , giúp tôi hoàn thành
luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội , ngày 24 tháng 3 năm 2014
Tác giả luận văn

Trần Đức Hùng


DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

Trang

Bảng 1.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống quy hoạch năng lượng

5

Bảng 2.1 . Tốc độ tăng trưởng kinh tế từ năm 2002 đến năm 2012

14

Bảng 2.2. Tốc độ tăng trưởng GDP

16

Bảng 2.3.Sản lượng phụ tải qua các năm (GWh)

17

Bảng 2.4.Tỷ lệ tăng trưởng sản lượng qua các năm

17

Bảng 2.5. Công suất đỉnh của hệ thống điện qua các năm (MW)

18

Bảng 2.6.Tỷ lệ tăng trưởng công suất đỉnh qua các năm

18

Bảng 2.7. Số liệu dự báo phụ tải giai đoạn 2011-2030

20

Bảng 2.8. Sản lượng điên qua các năm 2002-2012 tỷ kWh

22

Bảng 3.1. Lượng phát thải của của một số nhà máy nhiệt điện Việt Nam

30

Bảng 4.1. Các loại nhiên liệu sử dụng cho nhà máy nhiệt điện

82

Bảng 4.2. Các thông số cố định của nhà máy thủy điện

83

Bảng 4.3. Các thông số công suất đặt của các năm trong thời gian

83

nghiên cứu
Bảng 4.4. Kết quả tính toán của phương án nghiên cứu

84

Bảng 4.5. Bảng so sánh chi phí vận hành và xác suất thiếu tải của trường

85

hợp không có ảnh hưởng thủy điện tích năng và trường hợp có
ảnh hưởng của thủy điện tích năng


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình vẽ

Trang

Hình 1.1. Tốc độ tăng trưởng kinh tế

5

Hình 2.1. Biều đồ tăng trưởng phụ tải

18

Hình 2.2. Biểu đồ tăng trưởng công suất đỉnh

19

Hình 3.1. Biểu đồ tăng trưởng công suất đỉnh

19

Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc hoạt động của chương trình WASP

45

Hình 4.2. Giao diện đầu vào

67

Hình 4.3. Lựa chọn phương án

68

Hình 4.4. Các modul của WASP

69

Hình 4.5. Các số liệu chung

70

Hình 4.6. Giao diện đầu vào của modul LOADSYS

71

Hình 4.7. Thông số phụ tải trong modul Loadsys

71

Hình 4.8. Giao diện đầu vào của modul FIXSYS

72

Hình 4. 9. Giao diện đầu vào của modul VARSYS

73

Hình 4. 10. Thông số nhà máy thủy điện trong modul FIXSYS

74

Hình 4. 11.Thông số nhà máy thủy điện trong modul VARSYS

75

Hình 4. 12. Thông số nhà máy thủy điện tích năng trong VARSYS

76

Hình 4. 13. Các nhà máy dự định đưa vào trong tương lai

77

Hình 4. 14. Giao diện đầu vào của modul Emissions

78

Hình 4. 15. Giao diện đầu vào của modul Group Limists

79

Hình 4. 16. Lựa chọn kế hoạch mở rộng và cố định

80

Hình 4. 17. Giao diện đầu vào của modul CONGEN

81


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chữ đầy đủ

STT

Số thứ tự

NM

Nhà máy

NMĐ

Nhà máy điện

NMNĐ

Nhà máy nhiệt điện

NMNT

Nhà máy điện nguyên tử

NMTĐ

Nhà máy thủy điện

VN

Việt Nam


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị

LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 3
Chương I .................................................................................................................... 4
TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN ................................ 4
HỆ THỐNG ĐIỆN .................................................................................................... 4

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG ..................................................................... 4
1.2 MÔ HÌNH QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN.................. 5
1.2.1 Chương trình WASP .......................................................................... 6
1.2.2 Chương trình Energy Toolbox ( ETB) ............................................... 6
1.2.3 Mô tả bài toán quy hoạch phát triển nguồn điện có xét đến yếu tố môi
trường và thuỷ điện tích năng ................................................................... 10
Chương 2 ................................................................................................................. 14

THỰC TRẠNG VỀ NHU CẦU VÀ KHẢ NĂNG CẤP ĐIỆN ............................. 14

2.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHUNG .................................................... 14
2.1.1 Xu hướng phát triển kinh tế - xã hội ................................................ 14
2.1.2 Tốc độ phát triển dân số ................................................................... 16
2.1.3 Tốc độ tăng trưởng phụ tải ............................................................... 16
2.2 TÌNH HÌNH CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG Ở VIỆT NAM ................. 21
2.2.1 Nguồn thủy năng ............................................................................. 21
2.2.2 Nguồn than đá ................................................................................. 21
2.2.3 Nguồn dầu khí ................................................................................. 21
2.2.4 Nguồn năng lượng gió ..................................................................... 22
2.3 KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG NHU CẦU CÔNG SUẤT CỦA CÁC NHÀ
MÁY PHÁT ĐIỆN ....................................................................................... 22


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

Chương 3. VẦN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRONG PHÁT TRIỂN NGUỒN ĐIỆN
VIỆT NAM .............................................................................................................. 25

3.1 TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG Ô NHIỀM NGUỒN NƯỚC CỦA VIỆT
NAM ............................................................................................................ 25
3.1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường nước ở Việt Nam ............................ 25
3.1.2 Các tác hại của ô nhiễm môi trường nước ........................................ 27
3.2 TÁC ĐỘNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG CỦA CÁC NGUỒN ĐIỆN
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM ..................................................... 29
3.2.1 Tác động đến môi trường của nhà máy nhiệt điện ............................ 29
3.2.2 Tác động đến môi trường của nhà máy thủy điện ............................. 31
3.3 MỘT SỐ BIỆN PHÁP LÀM GIẢM TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA
NHÀ MÁY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM ....................... 32

3.3.1 Nhà máy nhiệt điện .......................................................................... 32
3.3.2 Nhà máy thủy điện ........................................................................... 35
Chương 4. ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH WASP-IV ĐỐI VỚI BÀI TOÁN
QUY HOẠCH NGUỒN ĐIỆN VIỆT NAM KHI XÉT ĐẾN YẾU TỐ MÔI
TRƯỜNG VÀ THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG ............................................................ 37

4.1 TỔNG QUAN VỂ CHƯƠNG TRÌNH WASP ........................................ 37
4.2 HÀM MỤC TIÊU.................................................................................. 39
4.2.1 Tính toán các chi phí........................................................................ 39
4.2.2 Những ràng buộc của WASP-IV ...................................................... 42
4.3 CÁC MÔ ĐUN CỦA WASP .................................................................. 44
4.3.1 LOADSY - Load System Description .............................................. 47
4.3.2 FIXSYS - Fixed System Description ............................................... 49
4.3.3 VARSYS - Variable System Description ......................................... 54
4.3.4 CONGEN - Configuration Generator ............................................... 54
4.3.5 MERSIM - Merge and Simulate ...................................................... 60
4.3.6 DYNPRO - Dynamic Progamming Optimization ............................ 62

Học viên :Trần Đức Hùng

1

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

4.3.7 REMERSIM .................................................................................... 64
4.3.8 REPROBAT - Report Writer of WASP in a Batched Environment . 64
4.4 ỨNG DỤNG WASP IV CHO BÀI TOÁN QUY HOẠCH NGUỒN VIỆT

NAM CÓ XÉT ĐẾN YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG VÀ THỦY ĐIỆN TÍCH
NĂNG .......................................................................................................... 65
4.4.1 Các thông số đầu vào ....................................................................... 65
4.4.2 Kết quả tính toán ............................................................................. 81
KÊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………….84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

Học viên :Trần Đức Hùng

2

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Khi các nguồn năng lượng trên Trái đất ngày một cạn kiệt thì các vấn đề về
năng lượng luôn là vấn đề nóng bỏng của quốc gia. Do đó công tác quy hoạch phát
triển hệ thống năng lượng luôn được các quốc gia đặt lên hàng đầu. Trong bài toán quy
hoạch năng lượng hiện nay, bài toán quy hoạch hệ thống điện là bộ phận quan trọng
nhất và giữ vai trò trung tâm.
Bài toán quy hoạch hệ thống điện là bài toán rất phức tạp, đặc biệt là công tác
quy hoạch nguồn điện, yêu cầu rất nhiều ràng buộc về mặt kinh tế và kỹ thuật. Kết quả
của bài toán có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Từ yêu
cầu đó, các tổ chức và quốc gia trên thế giới đã và đang nỗ lực cải tiến áp dụng các
phương pháp và mô hình tính toán mới để đưa ra lời giải tối ưu cho bài toán.
Cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Lân Tráng tôi đã
mạnh dạn chọn đề tài nghiên cứu “: Quy hoạch nguồn điện khi có xét đến ảnh hưởng

của thủy điện tích năng và yếu tố môi trường’’. Nội dung chính của đồ án là nghiên
cứu phương pháp giải bài toán quy hoạch nguồn điện Việt Nam bằng chương trình
WAPS-IV khi có xét đến các ràng buộc về hệ số phát thải và thủy điện tích năng.
Quá trình thực hiện đồ án trong thời gian ngắn chắc chắn không thể tránh khỏi
những sai sót, em mong các thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện hơn. Em xin
chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Lân Tráng cùng toàn thể các thầy cô
giáo trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Học viên thực hiện

Trần Đức Hùng

Học viên :Trần Đức Hùng

3

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

Chương I
TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN
HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
Trong thời đại ngày nay, năng lượng là vấn đề cấp thiết của tất cả các quốc gia
trên thế giới. Năng lượng là một trong những yếu tố cần thiết cho sự tồn tại và phát
triển xã hội, đồng thời cũng là yếu tố duy trì sự sống trên trái đất. Trong tương lai nếu
chúng ta không sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng có sẵng trong tự nhiên chúng sẽ
bị cạn kiệt. Vì thế chúng ta nên nghiên cứu tìm hiểu về hệ thống năng lượng ngày càng
phức tạp và quy mô để có việc quy hoạch phát triển đúng hướng hệ thống năng lượng

nói chung và hệ thống điện nói riêng, sử dụng chúng một cách có hiệu quả để góp
phần bảo vệ các nguồn năng lượng đó là vấn để thời sự , là mối quan tâm của mỗi
quốc gia.
Quy hoạch phát triển hệ thống điện (HTĐ) là một bộ phận quan trọng nhất
trong quy hoạch năng lượng. Dựa vào chiến lược và chính sách năng lượng quốc gia,
mỗi ngành (điện, than, dầu khí) xây dựng định hướng phát triển cho từng ngành trong
tương lai 20 - 30 năm tới. Nhiệm vụ của quy hoạch phát triển hệ thống điện là:
- Dự báo nhu cầu điện năng của hệ thống cho tương lai có xét đến định hướng phát
triển kinh tế - xã hội của đất nước.
- Xác định tỉ lệ tối ưu giữa các loại nguồn năng lượng sơ cấp thuỷ năng, nhiên liệu hoá
thạch (than, dầu, khí thiên nhiên), hạt nhân, các dạng năng lượng mới và tái sinh dùng
để chuyển hoá thành điện năng trong từng giai đoạn tương lai.
- Xác định khả năng xây dựng và điều khiển đưa vào hoạt động của các loại nhà máy
điện khác nhau trong hệ thống điện sao cho đạt được hiệu quả tối ưu.
- Xây dựng những nguyên tắc cơ bản về phát triển hệ thống lưới điện truyền tải và
phân phối. Vấn đề liên kết hệ thống, tải điện đi xa, cấu trúc tối ưu của lưới điện, vấn đề
sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng, vấn đề giảm thiểu ảnh hưởng của vịêc phát triển
điện năng lên môi trường.
- Ước tính mức độ đầu tư cho các công trình và hoạt động điện lực, khả năng huy động
vốn cho đầu tư điện lực.

Học viên :Trần Đức Hùng

4

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ NHÀ NƯỚC
VÀ CHÍNH SÁCH NĂNG LƯỢNG

QUY HOẠCH NĂNG LƯỢNG

QUY

QUY HOẠCH

HOẠCH

HỆ THỐNG ĐIỆN

THAN

DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN

QUY

QUY HOẠCH NGUỒN ĐIỆN

HOẠCH
DẦU KHÍ

QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN

QUY
HOẠCH
NĂNG
LƯỢNG

MỚI

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của quy hoạch hệ thống năng lượng.
1.2 MÔ HÌNH QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN
Quy hoạch phát triển nguồn điện (các nhà máy điện) là một trong hai bài toán
quan trọng nhất, là một phần không thể tách rời của bài toán tổng hợp về sự phát triển
tối ưu hệ thống điện. Tuy nhiên, trong một chừng mực nhất định bài toán quy hoạch
phát triển nguồn có thể xem xét độc lập với các nội dung khác (dự báo nhu cầu điện
năng, quy hoạch phát triển lưới điện, cân bằng năng lượng - nhiên liệu…).
Bài toán quy hoạch phát triển nguồn dựa trên giả thiết các nguồn điện tập trung
có thể phát biểu như sau:
Xuất phát từ đồ thị phụ tải tổng của hệ thống được dự báo (gồm các đồ thị phụ
tải một số ngày điển hình và đồ thị phụ tải năm), căn cứ vào các nguồn điện hiện hữu
Học viên :Trần Đức Hùng

5

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

và nguồn điện có kế hoạch phát triển chắc chắn, đặc tính kinh tế kĩ thuật của các
nguồn có thể phát triển trong tương lai, các khả năng về các nguồn năng lượng thiên
nhiên, nguồn vốn… Từ đó ta phải xác định: loại nhà máy điện, công suất và trình tự
đưa vào xây dựng, mở rộng cũng như đưa vào vận hành các loại nhà máy đó để đạt
điều kiện chi phí tính toán nhỏ nhất, trên cơ sở đảm bảo các ràng buộc về kinh tế, kĩ
thuật.
Để đảm bảo cùng mặt bằng về chỉ tiêu kinh tế phải sử dụng các chỉ tiêu đánh

giá chi phí và hiệu quả được hiện tại hoá về một mốc thời gian như nhau. Trong phần
chi phí của từng phương án phải kể đến sự khác nhau của hệ thống tải điện tương ứng
với từng phương án nguồn xem xét và thành phần nhiên liệu cho từng loại nhà máy
điện cũng như chi phí để vận chuyển nhiên liệu đến nơi sử dụng.
1.2.1 Chương trình WASP
WASP là một chương trình quy hoạch tối ưu phát triển nguồn điện do cơ quan
năng lượng nguyên tử quốc tế phối hợp cùng một số viện nghiên cứu của Mỹ xây dựng
và phát triển.
Chương trình WASP-I lần đầu tiên được đưa ra áp dụng trong nghiên cứu tổng
quan phát triển năng lượng hạt nhân ở các nước đang phát triển vào năm 1972-1973.
Chương trình WASP liên tục được cải thiện và phát triển thành các phiên bản mới hơn
như WASP-II, WASP-III và đến thời điểm này là WASP-IV. WASP là một chương
trình thông dụng được sử dụng rộng rãi trên 70 quốc gia và tổ chức quốc tế cho mục
đích quy hoạch phát triển nguồn điện.
Mục tiêu cơ bản của chương trình WASP là tìm phương án phát triển nguồn
điện sao cho:
- Đáp ứng nhu cầu điện đã được dự báo trước
- Với chi phí nhỏ nhất
- Thỏa mãn các điều kiện ràng buộc đề ra
1.2.2 Chương trình Energy Toolbox ( ETB)
ETB ban đầu do Nhóm chính sách Năng lượng thuộc trung tâm về công nghệ
môi trường ở Đại học Hoàng Gia London xây dựng. Sau đó mô hình này được ERM
Energy London phát triển.

Học viên :Trần Đức Hùng

6

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN

Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

ETB bao gồm nhiều Module, cho phép thực hiện dự báo nhu cầu năng lượng,
mô phỏng và tối ưu hóa về cung, cân bằng cung/cầu, đánh giá các tác động môi
trường. Các công cụ của mô hình ETB được sắp xếp theo ba mức: mức thứ nhất (A)
bao gồm các công cụ cho dự báo, phân tích cung cầu và cân bằng năng lượng, mức thứ
hai (B) dành cho việc phân tích nhu cầu một cách chi tiết hơn và tối ưu hóa về cung và
mức thứ 3 ( C) cho mô hình hóa ngành ( bao gồm cả quy hoạch phát triển hệ thống
điện ). Ở mức C có module quy hoạch điện sử dụng mô hình tuyến tính để tối ưu phát
triển các nguồn điện.
Bài toán quy hoạch phát triển nguồn nói riêng, cũng như nhiều bài toán tối ưu
khác thường được giải nhờ những phương pháp quy hoạch toán học.
Ở dạng tổng quát các bài toán quy hoạch có thể được biểu diễn như sau:
Xác định tập giá trị X = { xj } thoả mãn:
f(X) = f(x1, x2,..., xn)  min (max)

(1-1)

Đồng thời thoả mãn các ràng buộc sau:
hi(X) = hi(x1, x2,..., xj,…) = 0 (i = 1  m)

(1-2)

gi(X) = g(x1, x2,..., xj,…)  0 (i=1  m’)

(1-3)

Trong đó : f(X) là hàm mục tiêu. xj là các ẩn.
Đối với bài toán quy hoạch phát triển tối ưu hệ thống điện, hàm mục tiêu (1-2)

chính là tiêu chuẩn tối ưu, có thể là điều kiện cực tiểu chi phí tính toán hoặc có thể là
điều kiện tối đa lợi nhuận trong thời gian khảo sát. Các ràng buộc (1-2) chính là các
ràng buộc về cân bằng công suất, hạn chế về điều kiện tự nhiên, điều kiện kĩ thuật và
kinh tế...
Tuỳ theo tính chất của hàm mục tiêu và các ràng buộc, bài toán có thể được giải
bằng phương pháp quy hoạch tuyến tính, quy hoạch phi tuyến hoặc bằng phương pháp
quy hoạch động…
1. Mô hình quy hoạch tuyến tính
Mô hình quy hoạch tuyến tính có thể áp dụng nếu các điều kiện ràng buộc và
hàm mục tiêu là những biểu thức tuyến tính. Lúc đó bài toán có dạng:
Xác định tập giá trị X = { x1, x2,..., xn} sao cho hàm mục tiêu:

Học viên :Trần Đức Hùng

7

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

n

f ( X )   c j x j  min(max)

(1-4)

j 1

Thoả mãn các điều kiện :

n

gi  X    aij x j (, , ) bi

với i = 1 ÷ m

(1-5)

i 1

Trong đó:xj là các ẩn. cj, aij, bi là các hệ số tự do.
Một số ưu nhược điểm của quy hoạch tuyến tính :
Ưu điểm: Dùng mô hình tuyến tính để giải bài toán chọn cấu trúc tối ưu trong
quy hoạch và phát triển nguồn điện có những ưu điểm cơ bản như tính đơn giản của
mô hình toán học, tính chắc chắn của lời giải, tính phổ biến của thuật toán. Đưa được
bài toán về mô hình quy hoạch tuyến tính thì lời giải sẽ dễ dàng tìm được và hiện nay
đã có những thuật toán và các chương trình chuẩn trên máy tính điện tử cho phép giải
triệt để bài toán tối ưu bằng phương pháp quy hoạch tuyến tính với kích cỡ đủ lớn rất
thuận tiện. Lời giải nhận được thường cho phép dễ dàng kiểm tra tính hợp lý cũng như
thiếu sót của mô hình xuất phát.
Nhược điểm: Nhược điểm chính của mô hình QHTT khi giải quyết bài toán quy
hoạch phát triển nguồn điện là không cho độ chính xác cao. Chẳng hạn để đưa hàm
mục tiêu về dạng Z(x1, x2,..., xn) =>min (max), khi xét các biến công suất x1, x2,...,
xn là công suất nguồn cần phải chấp nhận vốn đầu tư và chi phí vận hành tỉ lệ với
công suất đặt, suất chi phí sản xuất điện năng không phụ thuộc vào công suất nguồn...
2. Mô hình quy hoạch phi tuyến
Nếu như mô hình QHTT không cho độ chính xác khi mô tả bài toán thì mô hình
QHPT về nguyên tắc lại cho phép mô phỏng bài toán quy hoạch phát triển nguồn điện
chính xác hơn. Nhưng theo mô hình này vấn đề tìm ra một phương pháp toán học để
giải là một khó khăn.Vì khi mô tả đúng đắn hiện thực bài toán quy hoạch thì phải vượt

lên những giả thuyết đơn giản hoá như chi phí sẽ không tuyến tính theo công suất, hàm
tổn thất cũng là hàm phi tuyến … và khi đó mô hình toán học sẽ phức tạp và không có
hiệu lực để nhận được lời giải
3. Mô hình quy hoạch động
Phương pháp quy hoạch động là một phương pháp toán học kinh điển để xác

Học viên :Trần Đức Hùng

8

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

định lời giải tối ưu theo nhiều bước. Mỗi bước cần có một quyết định và quyết định
của bước trước sẽ có ảnh hưởng trực tiếp tới bước sau. Cách giải bài toán quy hoạch
động là tạo ra một dãy các quyết định hoặc một kịch bản cho cả quá trình. Kịch bản
thỏa mãn tất cả các mục tiêu và các ràng buộc được gọi là kịch bản tối ưu. Thường bài
toán quy hoạch thường lấy mục tiêu là tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên (tiền, thiết
bị, nhân công, nhiên liệu,...) cho cả quá trình nhiều giai đoạn để đạt được hiệu quả sử
dụng lớn nhất.
Tinh thần của phương pháp quy hoạch động là việc tối ưu hóa được thực hiện
dần cho từng bước, nhưng phải đảm bảo nhận được lời giải tối ưu cho cả n bước. Có
nhiều trường hợp một phương án đem lại lợi nhuận cực đại riêng rẽ cho bước này
nhưng lại dẫn đến hậu quả tai hại cho cho các bước sau. Như vậy nguyên lí tối ưu của
quy hoạch động có thể phát biểu như sau: “Một bộ phận của sách lược tối ưu cũng là
một sách lược tối ưu”. Tức là, ở mỗi bước đều phải chọn quyết định sao cho dãy quyết
định còn lại phải tạo thành một sách lược tối ưu trừ bước cuối cùng. Thật vậy, nếu có n
bước thì quyết định ở bước thứ n sẽ không ảnh hưởng đến bất kỳ bước nào và chính vì

vậy quá trình giải bằng phương pháp quy hoạch động được tiến hành theo trình tự từ
bước cuối cùng lên bước đầu tiên.
Tuy nhiên để đưa ra được quyết định ở bước cuối cùng thì ta phải biết được kết
quả của những bước trước đó. Vì thế cách làm của quy hoạch động là tìm lời giải tối
ưu ở bước ứng với những phương án kết thúc khác nhau ở bước (n-1). Đó là lời giải tối
ưu có điều kiện ở bước thứ n. Sau đó xác định lời giải tối ưu có điều kiện ở bước thứ
(n-1) ứng với mọi phương án kết thúc có thể có ở bước (n-2) sao cho hàm mục tiêu
đạt giá trị cực trị trong cả 2 bước cuối n và (n-1). Cứ làm như vậy cho đến bước đầu
tiên. Đó là trình tự ngược để xác định lời giải tối ưu có điều kiện ở mỗi bước.
Sau khi tiến hành xong trình tự ngược ta căn cứ vào trạng thái ban đầu đã cho
của bài toán để tiến hành trình tự thuận từ bước 1 đến bước n và xác định dãy quyết
định tối ưu.
Theo mô hình toán học này thì khối lượng tính toán khá lớn, để giảm bớt khối
lượng tính toán thực tế thường phải bớt đi ở bước ban đầu một số phương án cho phép.
Khi đó hạn chế nhiều tính tối ưu của lời giải. Ngoài ra giải bài toán quy hoạch theo mô

Học viên :Trần Đức Hùng

9

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

hình quy hoạch động đòi hỏi những thuật toán phức tạp, công cụ tính toán hiện đại,
đặc biệt là cần đưa vào một khối lượng lớn số liệu đầu vào.
1.2.3 Mô tả bài toán quy hoạch phát triển nguồn điện có xét đến yếu tố môi
trường và thuỷ điện tích năng
Bài toán quy hoạch nguồn điện tổng quát gồm một hàm mục tiêu và các điều

kiện ràng buộc đều là tuyến tính.
1. Hàm mục tiêu
Bài toán đặt ra cần cực tiểu hóa tổng chi phí gồm chi phí đầu tư, chi phí nhiên
liệu F, chi phí vận hành và chi phí bảo dưỡng M, chi phí môi trường E được quy dẫn
về thời điểm ban đầu của thời kỳ quy hoạch. Hàm mục tiêu có dạng tổng quát sau:
T

n

p


t 1 i 1 f 1

c jft  X jft Min

Trong đó: i chỉ số ký hiệu các nhà máy điện i = 1÷ n
f chỉ số ký hiệu loại nhiên liệu/năng lượng sử dụng cho các nhà máy điện
f = 1÷ p ( than , dầu, khí...)
t thời gian nghiên cứu ( năm) t = 1÷ T ( T là thời gian quy hoạch)
c hệ số hàm mục tiêu
X là biến của mô hình, mô hình sử dụng 2 loại biến:
+ Biến năng lượng: Lượng nhiên liệu đầu vào của nhà máy điện i sử dụng nhiên liệu/
năng lượng f tại năm t ( MW )
+ Biến công suất: Công suất được lắp đặt hàng năm của Nhà máy điện i sử dụng nhiên
liệu / năng lượng f tại năm t ( MW)
*Mô tả cách xác định các thành phần chi phí của hàm mục tiêu:
Các thành phần chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành và bảo dưỡng, chi phí môi
trường được tính toán quy dẫn từ thời điểm giữa năm về năm đầu của thời gian quy
hoạch, chi phí đầu tư được quy dẫn từ thời điểm đầu năm về năm đầu của thời gian

quy hoạch (T) . Các thành phần chi phí này được tính toán ở phần dưới đây:
+ Chi phí đầu tư: Tổng chi phí đầu tư C của nhà máy điện trong hệ thống ở năm t
được xác điện theo công thức:

Học viên :Trần Đức Hùng

10

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

C = (1+d)-t ́

n

 (a
i 1

ift

 Yift )

Trong đó: aift : Suất vốn đầu tư nhà máy điện i sử dụng nhiên liệu f tại năm t
[USD/kW]

Yift : Công suất mới được lắp đặt tại năm t của nhà máy điện i sử dụng nhiên
liệu f, [MW]
d : hệ số chiết khấu

t' = t – 1
+ Chi phí nhiên liệu:Tổng chi phí nhiên liệu F của các nhà máy nhiệt điện tại năm t
được xác định theo công thức

Ft = (1+d)-t'-0,5

n

p

i 1

f 1

 (g

fit

 X ift )

Trong đó:

g fit : giá trị nhiên liệu f tại năm t sử dụng ở nhà máy i, [USD/kW năm]
X ift : lượng tiêu thụ nhiên liệu f của nhà máy điện i tại năm t [MW năm]
+ Chi phí vận hành và bảo dưỡng: Tổng chi phí vận hành và bảo dưỡng M của
năm t của các nhà máy điện được xác định theo công thức:

M t = (1+d)-t'-0,5

n

p

i 1

f 1

  (VAR

fit

 ( X ift ift )  FIX ift  Yift )

Trong đó:

VAR fit : chi phí vận hành và bảo dưỡng thay đổi của nhà máy i sử dụng nhiên
liệu f tại năm t, [USD/kW năm]

( X ift ift ) : điện năng sản xuất của nhà máy i sử dụng nhiên liệu f ở năm t
[MW năm]

FIX fit : chi phí vận hành và bảo dưỡng cố định của nhà máy i sử dụng nhiên
liệu f tại năm t, [USD/kW/ năm]

Y fit : Công suất mới được lắp đặt ở năm t của nhà máy i sử dụng nhiên liệu f
[MW]

Học viên :Trần Đức Hùng

11

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

+ Chi phí môi trường: Thành phần chi phí môi trường này là thành phần thứ tư
trong hàm mục tiêu. Hệ số chi phí này được xác định trước cho từng nhà máy điện cụ
thể, giống như đối với các hệ số chi phí đầu tư và vận hành bảo dưỡng. Tổng chi phí
môi tường E của các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu f tại năm t được xác định theo
công thức sau đây:

Et = (1+d)-t'-0,5

n

p

i 1

f 1

  e

fit

 ( X fit ift 

Trong đó:

e fit : chi phí môi trường cho một đơn vị điện năng sản xuất ra của nhà máy i sử
dụng nhiên liệu f tại năm t, [USD/kW năm]

( X ift ift ) : điện năng sản xuất của nhà máy i sử dụng nhiên liệu f ở năm t
[MW năm]
Tha số e được tính cho từng nhà máy điện đang được xem xét lựa chọn đưa vào vận
hành trong hệ thống.
2. Các ràng buộc
- Ràng buộc về nhu cầu điện năng:
n

p

i 1

f 1

 

( X fit ift )  DE .t

Trong đó:

DE .t : nhu cầu điện năng của hệ thống điện tại năm t, [MW năm]
- Ràng buộc công suất:
T

X fit ift   Y fit   ift    Yo   o
i 1

Trong đó:

Yo : Công suất của nhà máy i được lắp đặt trong thời gian nghiên cứu và đăng được vận
hành ở năm đầu tiên của chu kỳ t, MW

Y fit : Công suất mới được lắp đặt tại năm t của nhà máy i dùng nhiên liệu f,MW

 o   ift : hệ số sử dụng công suất của nhà máy i sử dụng nhiên liệu f ở năm 0,t  : độ
dài mỗi chu ký ( 1 năm)
Học viên :Trần Đức Hùng

12

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

DE .t : nhu cầu điện năng của hệ thống điện tại năm t, [MW năm]
- Ràng buộc về nhiên liệu:Tổng nhiên liệu loại f sử dụng không vượt quá giới hạn
cho phép được biểu thị như sau:
T

n

i 1

i 1

 

X fit  L ft

Trong đó:

X ift : lượng nhiên liệu loại f sử dụng cho nhà mày i tại năm t, [MW năm]
Lft : lượng nhiên liệu loại f tối đa được sử dụng tại năm t, [MW năm]
- Ràng buộc phát thải môi trường:Tổng phát thải loại m của nhà máy i sử dụng
nhiên liệu f tại năm t được biểu diễn như sau:
T


i 1

EFmif ( X ift nft )  Bmift

Trong đó:

EFmif : hệ số phát thải ô nhiễm m của nhà máy i dùng nhiên liệu f, [tần/MW năm]
Bmift : lượng phát thải của loại ô nhiềm gồm bụi, SO 2 và NOX
Phương án tính toán được chọn là phương án có giá trị hàm mục tiêu j,nhỏ nhất
và phải thỏa mãn các điều kiện ràng buộc trên.
Như vây, theo mô hình trên, trong hàm mục tiêu có xét đến chi phí môi trường.
Tuy nhiên, trong các chương trình đã giới thiệu ở mục trên thì chi phí môi trường chưa
được xét đến. Trong các mô hình đó , yếu tố môi trường được xét ở các ràng buộc phát
thải môi trường.

Học viên :Trần Đức Hùng

13

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

Chương 2
THỰC TRẠNG VỀ NHU CẦU VÀ KHẢ NĂNG CẤP ĐIỆN
2.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHUNG
Nhu cầu điện năng và đồ thị phụ tải là những số liệu đầu vào rất quan trọng,
quyết định rất lớn chất lượng của việc quy hoạch hệ thống điện, đặc biệt là bài toán
quy hoạch nguồn. Đối với ngành năng lượng, tác dụng của dự báo càng có ý nghĩa
quan trọng, vì điện năng liên quan đến tất cả các nghành kinh tế quốc dân, cũng như
mọi sinh hoạt đời thường của người dân. Do đó nếu như chúng ta dự báo không chính
xác, sai lệch nhiều về khả năng cung cấp, về nhu cầu điện năng thì sẽ dẫn đến hậu quả
xấu cho nền kinh tế, đặc biệt trong công tác huy động nguồn. Chẳng hạn, nếu chúng ta
dự báo phụ tải thừa so với nhu cầu sử dụng dẫn đến hậu quả là huy động nguồn quá
lớn, làm tăng vốn đầu tư, có thể làm tổn thất năng lượng tăng lên. Ngược lại, nếu
chúng ta dự báo phụ tải quá thấp so với nhu cầu thì sẽ không đủ điện năng cung cấp
cho các hộ tiêu thụ và tất nhiên sẽ phải dẫn đến việc phải cắt bỏ một số phụ tải không
có kế hoạch gây thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân.
Tuy nhiên đồ án này không đặt vấn đề nghiên cứu về phụ tải hay là các nghiên
cứu mới về phụ tải mà chỉ cập nhật một số phân tích ảnh hưởng đến dự báo phụ tải
như:
Xu hướng phát triển kinh tế xã hội.
Tốc độ phát triển dân số.
Tốc độ tăng trưởng của phụ tải
2.1.1 Xu hướng phát triển kinh tế - xã hội
Muốn đáp ứng đủ nhu cầu điện năng trong giai đoạn nghiên cứu ta cần đánh giá
được tốc độ phát triển kinh tế xã hội:

Có thể nói trong những năm gần đây nền kinh tế của Việt Nam phát triển tương
đối ổn định.
Bảng 2.1 . Tốc độ tăng trưởng kinh tế từ năm 2002 đến năm 2012
Năm

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

GDP

7,08

7,34

7,79

8,44

8,17

8,44

6,23

5,32

6,78

5,89

5,03

NLTS

4,17

3,62

4,36

4,02

3,3

3,0

3,79

1,83

2,78

4,01

2,72

CNXD

7,68

10,07

10,39

9,48

10,48

10,22

10,69

10,37

7,70

5,53

4,52

DV

6,54

6,45

7,26

8,48

8,29

8,5

7,2

6,63

7,52

6,99

6,42

Học viên :Trần Đức Hùng

14

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

Từ năm 2007 đến năm 2009 nền kinh tế thế giới rơi vào tình trạng khủng
hoảng, qua bảng 2.1 ta thấy tốc độ tăng trưởng kinh tế của Việt Nam vẫn ổn định và
phát triển bền vững.
Khi dự báo người ta xem xét 3 kịch bản kinh tế khác nhau: kịch bản cơ sở , kịch
bản cao và kịch bản thấp. Tương ứng với từng kịch bản phát triển kinh tế là các kịch
bản phát triển phụ tải. Căn cứ vào tình hình phát triển của Việt Nam trong những năm
gần đây, luận văn chọn kịch bản cơ sở để khảo sát đánh giá, kịch bản có:
- Môi trường quốc tế ổn định và thuận lợi.
- Việt Nam chủ động hội nhập quốc tế thành công, vượt qua đuợc thách thức toàn cầu
hóa và hội nhập kinh tế thế giới...
- Các yếu tố trong nước được huy động ở mức: các cải cách về thể chế, chính sách, cải
cách hành chính được thực hiện tốt.
- Các chính sách được hướng tới thúc đẩy phát triển nhanh các ngành công nghiệp tạo
giá trị gia tăng cao, hướng về xuất khẩu, bài toán lao động được giải quyết thỏa đáng
trên cơ sở phát triển cơ sở dịch vụ và các ngành công nghiệp sử dụng nhiều lao động,
hệ thống hạ tầng kỹ thuật được hình thành cơ bản, đồng thời phát triển mạnh các
ngành công nhgiệp cơ bản tạo đầu vào cho nền kinh tế vào khoảng năm 2020, tạo sự
phát triển vững chắc ở mức cao cho các giai đoạn tiếp theo.

Theo định hướng phát triển 3 kịch bản trên, ta có một số kết quả nghiên cứu dự
báo tăng trưởng kinh tế theo các kịch bản cao, thấp và cơ sở trong giai đoạn nghiên
cứu như sau:

Học viên :Trần Đức Hùng

15

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

Bảng 2.2. Tốc độ tăng trưởng GDP
Đơn vị: %
Giai đoạn

2011-2015

2015-2025

2025-2030

GDP

8,0

8,0

7,5

- NN

3,3

3,5

3,5

-CN&XD

10,82

8,98

10,5

-Dịch vụ

8,5

7,1

7,5

GDP

7,2

7,09

7,0

- NN

3,2

3,0

3,3

-CN&XD

8,8

8,5

8,2

-Dịch vụ

7,6

6,66

6,8

GDP

6,5

6,28

6,3

- NN

3,2

3,5

3,4

-CN&XD

7,1

7,27

7,6

-Dịch vụ

6,5

6,26

6,4

1. Kịch bản cao

2. Kịch bản cơ sở

3. Kịch bản thấp

2.1.2 Tốc độ phát triển dân số
Dân số nước ta năm 2013 ước đạt 90 triệu người, trong 10 năm gần đây mỗi
năm dân số tăng gần 1 triệu người tỷ lệ bình quân giữa hai cuộc điều tra dân số và nhà
ở là 1,06%/năm. Tuy nhiên mức sống của người dân ngày càng tăng, mức tiêu thụ điện
năng cho 1 người cũng tăng ( mức tiêu thụ điện năng trong năm 2002 là 288kW/người,
năm 2005 là 540kW/người và đến năm 2013 là 1278kW/người)
2.1.3 Tốc độ tăng trưởng phụ tải
Để đánh giá được mức độ phát triển của phụ tải qua các năm, ta cần phải so
sánh về sản lượng và công suất qua chuỗi năm 2002-2012, chi tiết được thể hiện qua
các bảng dưới đây:
1.Tổng hợp phụ tải
Học viên :Trần Đức Hùng

16

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

Trong những năm vừa qua, hệ thống điện Việt Nam đạt tốc độ tăng trưởng phụ
tải ổn định ( tốc độ tăng trưởng trung bình từ năm 2002 – 2012 là 14,0%) thể hiện cụ
thể ở bảng:
Bảng 2.3 Sản lượng phụ tải từ năm 2002 -2012 ( GWh )
HTĐ

QG
Bắc
Trung
Nam

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

36410

41275

46790

53647

60623

69071

79376

91203

103416

110452

123715

13913
3500
18692

15811
3977
21261

17603
4435
24407

20074
4979
27946

22528
5665
31716

25570
6410
36053

28884
7244
43248

32633
8201
50363

36712
9291
57413

41668
10592
58192

46672

12060
64983

* Ghi chú: Sản lượng HT đã bao gồm cả sản lượng điện hạn chế
Bảng 2.4.Tỷ lệ tăng trưởng sản lượng qua các năm
P03
HTĐ
QG
Bắc
Trung
Nam

-

P04

-

P05

-

P06

–

P07

-

P08

-

P09

-

P10

-

P11

-

P12

02

03

04

05

06

07

08

09

10

11

13.36

13.36

14.65

11.89

15.07

14.92

14.90

13.94

14.04

12.94

13.64
13.63

13.74

11.33
11.52
14.80

14.04
12.27
14.50

12.22
13.78
13.49

13.50
13.16
13.67

12.96
13.01
13.50

13.00
13.30
14.01

12.50
13.10
14.67

13.50
14.01
13.57

12.01
13.86
11.67

Học viên :Trần Đức Hùng

17

-

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN


Đại học Bách Khoa Hà Nội – Luận văn tốt nghiệp

GWh
Đánh giá hiệu quả kinh tế sự phát triển thủy điện tích năng kết hợp với nhà máy điện
nguyên tử
Trong thí dụ cụ thể là Hệ thống điện liên hợp vùng Trung tâm (Liên bang Nga) tiến hành phân tích biểu đồ phụ tải ngàyđêm về mùa đông theo báo cáo và dự báo cho giai đoạn đến năm 2020.

năm
năm

Hình 2.1 Biểu đồ tăng trưởng phụ tải
2.Tăng trưởng công suất đỉnh
Công suất đỉnh của hệ thống cũng tăng trưởng ổn định qua các năm được thể hiện qua

bảng 2.5 và 2.6:
Bảng 2.5. Công suất đỉnh của hệ thống điện qua các năm (MW)
Quốc gia
Miền Bắc
Miền
Trung
Miền Nam

2002
6552
2880

2003
7408
3221

2004
8283
3494

2005
9255
3886

2006
10187
4233

2007
11286

4480

2008
14488
6299

2009
16357
7112

2010
18653
7894

2011
20781
8846

2012
23846
10157

684

773

853

979

1056

1167

1463

1652

1879

2140

2365

3112

3529

4073

4539

5007

5794

6961

7858

8880

9795

11324

Bảng 2.6.Tỷ lệ tăng trưởng công suất đỉnh qua các năm

HTĐ
QG
Bắc
Trung
Nam

P03 - 02

P04 - 03

P05 - 04

P06 – 05

P07 – 06

P08 - 07

P09 - 08

P10 - 09

P11 – 10

P12 – 11

13.06

11.81

11.74

19.82

15.41

13.81

12.80

12.82

11.41

14.79

11.84
13.01
13.40

8.48
10.35

15.42

11.22
14.77
11.44

19.83
19.82
15.72

19.52
10.40
16.90

13.48
13.35
15.42

12.48
12.85
12.48

11.00
13.77
13.01

12.94
13.87
10.31

14.83
10.56
15.62

Học viên :Trần Đức Hùng

18

Lớp HTĐKTĐ/2011 - ĐHBKHN