Xây dựng mô hình bài toán vận hành kinh tế các nhà máy nhiệt điện than có tính đến yếu tố môi trường

i
...

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học Bách khoa hà nội
==================

HOàng thị Minh Nguyệt

Xây dựng mô hình bài toán vận hành
kinh tế Các nhà máy nhiệt điện than

Có tính đến yếu tố môI trường

Chuyên ngành

: Tổ chức và quản lý sản xuất

MÃ số

: 5.02.21

Luận án tiến sĩ kinh tế

Hà néi - 2006


ii

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác

Tác giả luận án

Hoàng Thị Minh Nguyệt


iii

Lời cảm ơn

Trong quá trình nghiên cứu và viết luận án
tại Khoa Kinh tế và Quản lý - trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, với tất cả sự kính trọng và
lòng biết ơn sâu sắc nhất, tác giả xin chân
thành cảm ơn PGS.TS Trần Văn Bình, PGS.TS
Lê Nhật Thăng, PGS.TS Bùi Minh Trí - những
người thầy đà hướng dẫn, tận tình chỉ bảo tác
giả trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn
thành bản luận án này.
Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy
cô giáo khoa Kinh tế và Quản lý, trung tâm
Đào tạo và Bồi dưỡng sau đại học, bộ môn Kỹ
thuật đo lường và Tin học công nghiệp, hội Đo
lường - điều khiển và Kiểm soát môi trường của
trường Đại học Bách khoa Hà Nội đà tận tình
động viên giúp đỡ tác giả trong quá trình thực

hiện luận án.
Xin được bày tỏ lòng biết ơn đến sự giúp đõ
quý báu của thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Hiến,
PGS.TS Đặng Ngäc Dinh, Bé tr­ëng Bé C«ng


iv

nghiệp Hoàng Trung Hải và các đồng nghiệp
trong Bộ Công nghiệp, Tổng Công ty Điện lực
Việt Nam, các nhà máy nhiệt điện Phả Lại,
Ninh Bình, Uông Bí, Cần Thơ, Trung tâm
điều độ Hệ thống điện quốc gia, Viện Năng
lượng đà tạo mọi điều kiện giúp đỡ tác giả thu
thập tài liệu, đóng góp ý kiến trong bản luận
án này.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc tới gia đình, bạn bè gần xa đà động viên
giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu,
thực hiện luận án.

Mục lục
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các biểu bảng

v

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

vi

Các từ viết tắt trong luËn ¸n

vii


v

Mở đầu

1

1. Sự cần thiết đề tài của luận án

1

2. Mục tiêu chính của luận án

5

3. Những đóng góp mới của luận án

6

4. Phạm vi nghiên cứu

7

5. Phương pháp tiến hành nghiên cứu

7

6. Bố cục của luận án

8

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về bài toán vận hành

10

kinh tế các Nhà máy nhiệt điện

1.1 Đặc điểm chung của HTĐ

10

1.2 Vai trò của các NMNĐ trong hệ thống

11

1.3 Những nghiên cứu về PBCS giữa các NMNĐ và môi trường

14

1.4 Bài toán quy hoạch phi tuyến tổng quát và các phương pháp giải

18

1.5 Bài toán PBCS giữa các NMNĐ

25

1.6 Các bài toán về hàm chi phí môi trường

27

1.7 Những hạn chế của các nghiên cứu trước đây và ý tưởng về mô

34

hình vận hành kinh tế các NMNĐ có tính đến yếu tố môi trường

Chương 2: Đề xuất mô hình mới vận hành kinh tế cho

37

các NMNĐ than khi có các ràng buộc về môi trường

2.1 Tác động của các NMNĐ than đến môi trường

37

2.2 Đề xuất mô hình vận hành kinh tế các NMNĐ than khi có thêm
các ràng buộc về môi trường.

43

Chương 3: áp dụng tính toán cho Việt Nam

76

3.1 Tổng quan về HTĐ Việt Nam và môi trường của các NMNĐ

76

3.2 Đặt bài toán

82

3.3 Xu thế các đường đặc tính năng lượng của các NMNĐ than

88


vi

3.4 Hàm phát thải khí SO x và NO x của các NMNĐ than

100

3.5 Xác định các thông số mùa ở Việt Nam

103

3.6 Xác định khả năng chịu tải môi trường

104

3.7 Giới hạn phát thải

105

3.8 Phát biểu bài toán PBCS cho các NMNĐ than ở Việt Nam

105

3.9 Mô tả quá trình tính toán

107

3.10 Kết quả tính toán và nhận xét

108

3.8 Sơ đồ đo các loại khí thải

117

Kết luận và kiến nghị

120

Danh mục công trình của tác giả

123

Danh mục các bảng biểu
Bảng 3.1 Sản lượng điện năng sản xuất của các loại nguồn điện
từ năm 1995 đến năm 2004
Bảng 3.2 Lượng phát thải các loại khí của các NMNĐ hiện có
năm 2002
Bảng 3.3 Dự báo nhu cầu và cơ cấu tiêu thụ điện năng giai đoạn
2000 - 2020
Bảng 3.4 Các công trình NĐ than trong HTĐ Việt Nam từ 2004
đến 2010

77
80
83
86


vii

Bảng 3.5 Danh mục các NMNĐ than dự kiến 2011-2020

87

Bảng 3.6 Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật của NMNĐ

92

Phả Lại 1
Bảng 3.7 Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật của NMNĐ

94

Uông Bí
Bảng 3.8 Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật của NMNĐ

96

Ninh Bình
Bảng 3.9 Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật của NMNĐ Phả

98

Lại 2
Bảng 3.10 Sản lượng điện phát theo mùa của các NMNĐ than

103

Bảng 3.11 Hệ số chịu tải môi trường của các vùng

105

Bảng 3.12a Kết quả tính toán PBCS cho các NMNĐ than hiện có

110

Bảng 3.12b Kết quả tính toán PBCS cho các NMNĐ than trong

112

HTĐ Việt Nam giai đoạn 2010-2020.

Danh mục Các hình vẽ và đồ thị
Hình 1. Các nguồn tác động tiềm tàng và hậu quả tác động tới môi
trường của một nhà máy điện

4

Hình 1.1 Các đường đặc tính năng lượng của các NMNĐ

14

Hình 1.2 Dạng hàm phạt và đạo hàm

24

Hình 1.3 Sơ đồ phương pháp luận PBCS tối ưu cho các NMNĐ với

27

các ràng buéc truyÒn thèng


viii

Hình 2.1 Quá trình hoạt động sản xuất và phát thải của một nhà máy

37

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán PBCS tối ưu cho các NMNĐ với các ràng

46

buộc về phát thải
Hình 2.3 Mô phỏng phương pháp tính toán khả năng chịu tải

66

Hình 3.1 Tỷ trọng điện năng sản xuất của các loại nguồn trong hệ

77

thống điện Việt Nam năm 2004
Hình 3.2 Cơ cấu công suất các loại nguồn hiện có trong HTĐ

78

Hình 3.3 Các loại khí thải của các NMNĐ than tới năm 2020

81

Hình 3.4 Cơ cấu các loại nguồn trong hệ thống 2005 - 2020

87

Hình 3.5 Đường đặc tính năng lượng của NMNĐ Phả Lại 1

93

Hình 3.6 Đường đặc tính năng lượng của NMNĐ Uông Bí

95

Hình 3.7 Đường đặc tính năng lượng của NMNĐ Ninh Bình

97

Hình 3.8 Đường đặc tính năng lượng của NMNĐ Phả Lại 2

99

Hình3.9 Sơ đồ đo các loại khí thải

119

Các từ viết tắt trong luận án
BOT - Buil - Operate - Transfer. Xây dựng - vËn hµnh - chun giao
CCUJ - Center For Coal Utilization Japan
CDM - Clean Development Mechanism - Cơ chế phát triĨn s¹ch
EPC - Engineering Procurement Construction
EVN - Electricity of VietNam - Tổng công ty Điện lực Việt Nam
FS (BCNCKT) - Feasbility Study - Báo cáo nghiên cứu khả thi
GTGT - Giá trị gia tăng

ix

HTĐ - Hệ thống điện
IEA - International Energy Agency- Cơ quan Năng lượng quốc tế.
IPP - Independent Power Plant - nhà máy điện độc lập
NEDO- New Energy and Industrial Technology Development Organization.
NMĐ - Nhà máy điện
NMCN - Nhà máy công nghiệp
NMNĐ - Nhà máy nhiệt điện
NMTĐ - Nhà máy thủy điện
PBCS - Phân bổ công suất
PFS (BCTKT)- PreFeasibility Study- Báo cáo nghiên cứu tiền khả thi
R&D Research and Development Nghiên cứu triển khai
TKKT - Thiết kế kỹ thuật
TSĐ - Tổng sơ đồ
TTĐĐ - Trung tâm điều độ
TTS - Total solid Spray - Chất thải rắn lơ lửng
VHKT - Vận hành kinh tế
VOC - Volatile Organic Compounds - Hợp chÊt dƠ bay h¬i.


1

Phần mở đầu
1. Sự cần thiết đề tài của luận án

Môi trường rất cần thiết cho sự sống của con người, của các loài sinh vật
và sự phát triển kinh tế - xà hội. Trong giai đoạn hiện nay, vấn đề bảo vệ môi
trường, môi sinh là một vấn đề có tính chất toàn cầu, liên quan trực tiếp đến sự
sống còn của cả nhân loại. Các nhà khoa học ®· ­íc tÝnh r»ng trong thÕ kû

XX, nhiƯt ®é trung bình toàn cầu tăng 0,60C và trước cuối thế kỷ sau, nếu
chúng ta không làm tốt các biện pháp bảo vệ môi trường thì nhiệt độ trái đất
có thể sẽ tăng thêm 1 - 20C. Hậu quả của sự biến đổi môi trường này sẽ cho
khí hậu ấm lên, làm tan các khối băng ở các cực, nước biển có thể sẽ dâng cao
hơn so với hiện nay từ 33cm đến 90cm [45], gây tác hại làm ngập lụt các vùng
thấp ven biển, các vùng đồng bằng trù phú nơi tập trung đông dân cư, kinh tế
phát triển và làm thay đổi khí hậu nhiều vùng sinh thái. Bởi vậy, Bảo vệ môi
trường là vấn đề sống còn của mỗi quốc gia và trở thành sự nghiệp chung của
cộng đồng xà hội loài người, bảo vệ môi trường luôn gắn bó khăng khít với
quá trình phát triển kinh tế của toàn cầu. Mốc đánh dấu quan trọng cho sự
quan tâm của toàn Nhân loại đến môi trường là Nghị định Kyoto có hiệu lực
từ ngày 16/2/2005 với sự đồng tình của 140 quốc gia, trong đó các quốc gia
thuộc Liên minh châu Âu (EU) cam kết sẽ giảm bớt xuống 8% mức phát thải
của năm 1990, còn Nhật Bản là 6%. Mặc dù, một số nước như Mỹ và
Australia vÃn chưa phê chuẩn Nghị định thư, những việc Nghị định thư có
hiệu lực là một bước đi tất yếu cả thế giới. Dù thế nào các nước này cũng
không thể đi ngược dòng lịch sử được.
Nhận thức được vai trò quan trọng của vấn đề Bảo vệ môi trường, Đảng
và Nhµ n­íc Céng hoµ x· héi chđ nghÜa ViƯt Nam đà có những chủ trương,
biện pháp giải quyết các vấn đề môi trường như: ban hành luật Bảo vệ môi
trường từ năm 1993 [14], các tiêu chuẩn về môi trường Việt Nam [22, TCN
5937 và TCVN 5939] và Nghị định của Chính phủ về hướng dẫn thi hành luật
Bảo vệ môi trường [15]. Năm 1998, Bộ Chính trị đà ban hành Chỉ thị số


2

36/CT-TW ngày 25/6/1998 về tăng cường công tác Bảo vệ môi trường trong
thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước. Chỉ thị đà nêu rõ Bảo vệ
môi trường là sự nghiệp của toàn Đảng, toàn dân và toàn quân. Bảo vệ môi

trường là một nội dung cơ bản không thể tách rời đường lối, chủ trương và kế
hoạch phát triển kinh tế xà hội của tất cả các cấp, các ngành, là cơ sở quan
trọng bảo đảm phát triển bền vững, thực hiện thắng lợi sự nghiệp công nghiệp
hoá, hiện đại hoá đất nước. Một báo cáo công bố tại Diễn đàn kinh tế thế
giới, diễn ra hồi tháng 1/2005 tại Davos, Thuỵ Sĩ cho thấy:
Xét về độ an toàn của môi trường, Việt Nam đứng cuối bảng,
sau nước bạn láng giềng Lào (52,4 điểm) và Campuchia (50,1 điểm)
và xếp thứ 98 trên tổng số 117 nước. Nếu tính cả 29 quốc gia phát
triển thuộc Tổ chức phát triển và hợp tác kinh tế (OECF), thì thứ
hạng này của Việt Nam còn thấp hơn nữa.
Nguồn: Vn Express 31/1/2005)
Đánh giá về hiện trạng môi trường nước ta hiƯn nay, NghÞ qut cđa Bé
ChÝnh trÞ sè 41/11/2004 cịng đà nêu rõ: chưa đảm bảo sự hài hoà giữa phát
triển kinh tế với Bảo vệ môi trường, thường chỉ chú trọng đến tăng trưởng kinh
tế mà ít quan tâm đến bảo vệ môi trường; nguồn lực đầu tư cho Bảo vệ môi
trường của Nhà nước, của các doanh nghiệp và cộng đồng dân cư rất hạn chế.
Để thực hiện Nghị quyết số 41/NQ-TW ngày 15/11/2004 của Bộ Chính
trị về Bảo vệ môi trường, Thủ tướng Chính phủ đà có Quyết định số
34/2005/QĐ-TTg ngày 22/2/2005 ban hành Chương trình hành động của
Chính phủ nhằm Thể chế hoá yêu cầu Bảo vệ môi trường trong việc lập, thẩm
định, phê duyệt và tổ chức thực hiện chiến lược, quy hoạch, kế hoạch, chương
trình, dự án, phát triển kinh tế xà hội và Kiểm soát ô nhiễm và quản lý
chất thải. Sắp tới đây sẽ có luật thuế Bảo vệ môi trường. Cùng với việc hoàn
thiện các luật thuế là các biện pháp tích cực bảo vệ môi trường cho con người,
đó là các quyết định di chuyển các nhà máy công nghiệp hoặc các cơ sở sản
xuất gây ô nhiễm ra khỏi những khu dân cư tập trung.


3

Tình hình phát triển kinh tế của Việt Nam trong những năm qua đà đạt
những thành tựu đáng kể. Dự kiến trong những năm tới, tốc độ phát triển vẫn
duy trì ở mức độ tương đối khá so với các nước trong khu vực (7-7,5%/năm).
Điều đó đồng nghĩa với sự phát triển mạnh mẽ nhu cầu sử dụng điện của cả
nước. Cùng với các nhà máy công nghiệp, sự xuất hiện các nhà máy điện sẽ kéo
theo một loạt các vấn đề tác động tới môi trường: hao tổn tài nguyên thiên nhiên,
chiếm diện tích đất đai, gây ra ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước mặt,
nước ngầm, ô nhiễm đất cũng như ảnh hưởng đến các vấn đề kinh tế xà hội. Rõ
ràng các nhà máy điện, đặc biệt là các NMNĐ sử dụng nhiên liệu than, dầu, khí
là một trong những thủ phạm chính gây ô nhiễm môi trường, mặc dù chúng ta
đều biết rằng điện năng là một sản phẩm đặc biệt quan trọng đối với sự phát
triển kinh tế, đời sống dân sinh và môi trường nên ngành Điện được coi là
ngành hạ tầng cơ sở, được phân biệt với các sản phẩm hàng hoá khác nhờ khả
năng đáp ứng nhanh chóng những biến đổi của nhu cầu tại mọi thời điểm và
tính hầu như không thể dự trữ được, do đó tất cả các dây chuyền sản xuất,
truyền tải và phân phối phải luôn luôn ở trong tình trạng sẵn sàng đáp ứng nhu
cầu phụ tải và có thể nói tất cả các khâu sản xuất truyền tải điện năng cũng là
các khâu chính gây ra ô nhiễm môi trường từ giai đoạn chuẩn bị đầu tư cho
đến khi công trình ngừng hoạt động nh­ h×nh 1 :


4

Hình 1: Các nguồn tác động tiềm tàng và hậu quả tác động tới môi trường của một nhà máy điện

Giai
đoạn
Chuẩn

Thay đổi sử dụng đất

Mất đất
Mất ao hồ và các loại
đất khác

Di chuyển nhà cửa

Mất nhà cửa

bị

Ô nhiễm nước, thay đổi
địa hình đáy sông
Xây
dựng
nhà
máy
điện

Thay đổi điều kiện sống, khó khăn với các gia
đình bị tác động

ảnh hưởng đến đời sống động vật nước,
thực vật
Khó khăn với các hộ di chuyển ảnh hưởng
đến đời sống

Suy giảm hệ sinh thái nước, động
vật đáy

Ô nhiễm k.khí và tiếng ồn

Giai

Ô nhiễm đất, nước

đoạn
xây

Kém vệ sinh môi trường

dựng

Các vấn đề sức khoẻ, ảnh hưởng
cây trồng
Lây lan bệnh truyền nhiễm

Ô nhiễm không khí
Ô nhiễm nước
Giai

Hoạt động nhà máy

đoạn
hoạt
động

Các phát triển khác nhờ
dự án

Ô nhiễm đất

ảnh hưởng sức khoẻ cộng đồng,
tài nguyên sinh vật

Gia tăng sự cố
Các vấn đề kinh tế xà hội

Thúc đẩy phát triển kinh tÕ - x·
héi chung


5

§èi víi HT§ ViƯt Nam hiƯn nay (2004), viƯc tham gia sản xuất điện
ngoài các nhà máy điện của EVN còn có 3 nhà máy điện BOT (Phú Mỹ 3,
Formosa và Cần Đơn), và các nhà máy điện IPP (Na Dương, Cao Ngạn).
Như vậy lĩnh vực sản xuất điện không còn là độc quyền của EVN nữa, việc
quyết định khởi ®éng thÞ tr­êng ®iƯn néi bé tõ 1/7/2004 cđa EVN là một minh
chứng cho điều này. Do tính chất đặc biệt không thể dự trữ được, việc sản xuất
điện đồng hành với việc gây ô nhiễm của các NMNĐ làm cho ngành công
nghiệp điện lực Việt Nam sẽ phải đối mặt với các quy định ngày càng khắt
khe hơn về môi trường. Các quy định hiện có và khả năng có thêm các quy
định mới sẽ ảnh hưởng chủ yếu đến các NMNĐ sử dụng nhiên liệu hoá thạch
(than, dầu, khí) và theo đánh giá của các chuyên gia rất có thể các quy định
mới về môi trường sẽ dẫn tới việc phải thanh lý các tổ máy cũ mà trong tương
lai vẫn rất cần để hỗ trợ cho lưới điện các khu vực [1]. Do đó vấn đề ô nhiễm
không khí do các NMNĐ gây ra đà đến lúc cần phải có sự quản lý thống nhất
của cấp Nhà nước.
Rõ ràng rằng việc đưa ra bài toán vận hành kinh tế các NMNĐ có tính

đến các ràng buộc về môi trường là hết sức cần thiết không chỉ đối với các nhà
máy của EVN mà còn đối với bất kỳ một NMNĐ nào muốn tham gia vào quá
trình kinh doanh bán điện ở nước ta và góp phần thực hiện luật thuế bảo vệ
môi trường khi các nhà máy này hoạt động.
2. Mục tiêu chính của luận án

Luận án nhằm mục đích đưa ra phương pháp luận về đánh giá hiệu quả
kinh tế khi vận hành các NMNĐ trong điều kiện bị ràng buộc về phát thải khí
gây ô nhiễm môi trường. Nội dung cụ thể như sau:
a) Đưa ra cơ sở lý thuyết và phương pháp luận đánh giá hiệu quả kinh tế
khi vận hành các NMNĐ có thêm các điều kiện ràng buộc về môi trường bên
cạnh các ràng buộc về vận hành kinh tế kỹ thuËt truyÒn thèng.


6

b) Xây dựng mô hình vận hành kinh tế các NMNĐ khi có thêm các ràng
buộc về phát thải cho các NMNĐ than hiện có ở Việt Nam. Trên cơ sở lý
thuyết mới đà xây dựng cho các NMNĐ than, luận án sẽ áp dụng tính toán
PBCS cho các NMNĐ than của HTĐ Việt Nam trong những năm tới. Kết quả
tính toán giúp ích các nhà nghiên cứu, các nhà hoạt động thực tiễn và lÃnh đạo
các doanh nghiệp trong lĩnh vực Điện lực.
3. Những đóng góp mới của luận án

Luận án đà đưa ra được cơ sở lý thuyết và phương pháp luận xây dựng
bài toán kinh tế vận hành các NMNĐ có tính đến phát thải khí CO x , SO x và
NO x của các nhà máy nhiệt điện than.
Luận án cũng đưa ra phương pháp thực nghiệm xây dựng các đường
cong (hàm) phát thải các loại khí độc hại của các NMNĐ than, áp dụng vào
mô hình kinh tế vận hành các NMNĐ, tính toán tối ưu trong điều kiện khí

hậu thay đổi, thông qua các hệ số đặc trưng cho chế độ khí hậu (mùa khô,
mùa nước), hệ số chịu tải môi trường (vùng có ít nhà máy, vùng có nhiều nhà
máy) những tác nhân ảnh hưởng rất lớn về phát tán khí độc gây ô nhiễm
môi trường. Đây là đóng góp mới của luận án vì đà tổng hợp và tổng quát
hoá phần lý thuyết rời rạc trong các nghiên cứu từ trước đến nay.
Luận án đà tính toán phân tích các mô hình về đánh giá chi phí môi
trường của các NMNĐ, trên cơ sở đó xác định chi phí phát thải phù hợp công
suất phát của các NMNĐ than ở Việt Nam. Đây là những vấn đề có ý nghĩa
về lý thuyết và thực tiễn, đóng góp vào thực hiện luật thuế bảo vệ môi trường
sắp ban hành..
Từ cơ sở lý thuyết đà xây dựng và kết quả tính toán kiểm chứng đối với
các NMNĐ than hiện có, áp dụng tính toán chế độ phân phối công suất tối ưu
giữa các NMNĐ than ở Việt Nam giai đoạn đến năm 2020 có tính đến yếu tố
mùa (yếu tố đặc trưng của khí hËu ViƯt Nam) vµ u tè vïng.


7

Luận án thiết kế sơ đồ đo các loại khí thải cho các NMNĐ để các nhà
máy chủ động trong việc điều khiển phát thải và kiến nghị các đường truyền
các thông số đo một cách kinh tế.
4. Phạm vi nghiên cứu

a) Luận án chỉ đi sâu nghiên cứu phương pháp luận tính toán phân
bổ tối ưu công suất cho các NMNĐ than, việc PBCS được tính toán sau khi
đà xác định cơ cấu nguồn tối ưu .
b) Các NMNĐ than khi sản xuất sẽ thải ra các loại khí ®éc h¹i nh­:
SO x , NO x , CO x . Do đó khi tính toán PBCS cho các NMNĐ than trong hệ
thống, bên cạnh các ràng buộc kinh tế kỹ thuật truyền thống, luận án đưa
ra thêm các ràng buộc về phát thải các loại khí độc hại có tải lượng lớn và gây

ra tác hại lớn (mưa axit) cho nông nghiệp và sức khoẻ của con người.
c) Khi áp dụng phương pháp luận đà xây dựng để tính toán PBCS tối ưu
cho các NMNĐ than ở Việt Nam, luận án đà xét trong giai đoạn 2010-2020.
Trong khi tính toán PBCS, luận án xét đến các loại khí thải có số liệu thống kê
tin cậy và xét thêm yếu tố điển hình của khí hậu Việt Nam là hệ số mùa, được
tính cho hay mùa đặc trưng ở Việt Nam là mùa nước và mùa khô và hệ số thể
hiện khả năng chịu tải môi trường của các vùng.
5. Phương pháp tiến hành nghiên cứu

Kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn ở Việt Nam
Về mặt lý thuyết: áp dụng giải bài toán PBCS bằng các phương pháp lý
thuyết hiện nay, thêm các điều kiện ràng buộc về phát thải các loại khí thải
độc hại.
Về mặt thực tế: thông qua phần số liệu thống kê vận hành các NMNĐ
đà thu thập được, tiến hành xây dựng các đường đặc tính năng lượng, các hàm


8

phát thải các loại khí SO x và NO x cho các NMNĐ than ở Việt Nam để đưa
vào mô hình tính toán.
6. Bố cục của luận án

Luận án được bố cục thành 3 chương, phần mở đầu, phần kết luận và 18
phụ lục để giải thích cho kết quả tính toán trong luận án.
Chương 1:

Cơ sở lý thuyết về bài toán vận hành kinh tế các NMNĐ

Nội dung chính của chương này là xem xét rất kỹ lưỡng các nguyên tắc

và cơ sở lý thuyết tính toán PBCS tối ưu cho các NMNĐ để từ đó luận án tổng
hợp cơ sở lý thuyết và phương pháp luận PBCS tối ưu cho các NMNĐ với các
ràng buộc truyền thống đà được áp dụng nhiều trên thế giới và ở Việt Nam,
các hàm chi phí phát thải của các nhà máy công nghiệp, trong đó có các
NMNĐ. Trên cơ sở tổng hợp các nghiên cứu này, luận án trình bầy ý tưởng
mới về nghiên cứu phương pháp phân bổ công suất tối ưu cho các NMNĐ (than).
Chương 2: Đề xuất mô hình vận hành kinh tế cho các NMNĐ than khi có
các ràng buộc về môi trường.

Trong chương này, luận án đà đưa ra cơ sở phương pháp luận xây dựng
bài toán vận hành kinh tế các NMNĐ than với cách tiếp cận mới một cách
tổng thể. Việc PBCS được thực hiƯn hai b­íc: b­íc thø nhÊt kÕ thõa kÕt qu¶
tÝnh toán quy hoạch phát triển nguồn điện và bước thứ hai là tính toán PBCS
tối ưu cho các NMNĐ (than) trong hệ thống.
Đặc thù của HTĐ là sản xuất, truyền tải và phân phối tiến hành đồng
thời, điều này cũng có nghĩa là các NMNĐ vừa sản xuất điện vừa thải các loại
khí thải vào môi trường. Do đó, đối với các NMNĐ than, luận án đà đề xuất
phương pháp PBCS tối ưu mới cho các NMNĐ than. Trên cơ sở đó, sẽ đánh
giá được thủ phạm gây ô nhiễm môi trường và buộc các thủ phạm này phải
tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về bảo vệ môi trường.
Đóng góp khoa học và thực tiễn của chương 2:


9

Gắn kết hai bài toán rời rạc về PBCS cho các NMNĐ than và hàm chi
phí về môi trường thành bài toán xây dựng mô hình vận hành kinh tế các
NMNĐ than với các ràng buộc về phát thải các loại khí SO x , CO x và NO x
theo các giờ trong mùa và theo từng vùng.
Chương 3: áp dụng tính toán cho Việt Nam

Chương này lấy kết quả tính toán từ đề án hiệu chỉnh TSĐ phát triển
điện lực giai đoạn 2003 2010 có xét tới 2020 (TSĐV Hiệu chỉnh) để
phân tích kết quả dự báo nhu cầu điện năng, kết quả phủ biểu đồ, danh sách
các NMNĐ (than) sẽ xây dựng trong giai đoạn 2010-2020 [20] và áp dụng
phương pháp xây dựng bài toán kinh tế PBCS đà đưa ra trong chương 2 để tính
toán.
Nội dung chủ yếu và kết quả khoa học thực tiễn của chương 3:
Thông qua số liệu thống kê và các kết quả của luận án đo được tại địa
điểm của các NMNĐ than hiện có, xây dựng hàm phát thải khí SO x và NO x
cho các NMNĐ than ở Việt Nam và tiến hành PBCS cho các NMNĐ than
theo c¸c giê trong mïa.


10

Chương 1

cơ sở lý thuyết về bài toán vận hành kinh tế
các Nhà máy nhiệt điện
1.1 Đặc điểm chung của HTĐ
Trong HTĐ, các nhà máy điện có chức năng chuyển hoá nguồn năng
lượng sơ cấp như dầu, than, thuỷ năng, uranium, năng lượng mới, v.v, thành
điện năng. Tuỳ điều kiện của từng nước mà có cấu trúc HTĐ khác nhau, tuy
nhiên tất cả các HTĐ đều có các đặc điểm chung như sau:
a) HTĐ là hệ thống động, luôn luôn xẩy ra quá trình cân bằng của việc
cung cấp và tiêu thụ điện. Quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện
năng luôn xảy ra đồng thời, nó thay ®ỉi theo thêi gian tõ tøc thêi (gi©y, phót)
®Õn thêi gian ngắn như giờ trong ngày, ngày trong tuần và thời gian dài như
các tháng trong năm và các năm.

b) Độ tin cậy của hệ thống yêu cầu rất cao.
c) Điện năng có thể được sản xuất từ nhiều nguồn năng lượng sơ cấp
khác nhau. Hai loại nhà máy điện được sử dụng nhiều nhất hiện nay là các
nhà máy thuỷ điện và nhiệt điện. Trong đó các NMNĐ có thể sử dụng nhiều
dạng năng lượng như than, dầu, khí, năng lượng nguyên tử.
d) Nhiều nhà máy trong HTĐ cùng một lúc tham gia vào việc phát điện.
Các nhà máy này khác nhau về các đặc điểm kinh tế và kỹ thuật như công suất
lắp đặt, công suất vận hành tối thiểu, loại nhiên liệu sử dụng, chi phí vận hành,
do đó sẽ đảm nhận những vai trò khác nhau trong hệ thống.
Giảm đến nhỏ nhất chi phí sản xuất điện năng là mục tiêu của các chế
độ xác lập của HTĐ, gồm có:
1- Giảm chi phí do nhiên liệu.


11

2- Giảm tổn thất điện năng.
Mục đích trên được thực hiện bằng cách:
- Quy hoạch thiết kế HTĐ với các chế độ kinh tế nhất và có đủ trang
thiết bị cần thiết điều khiển chế độ vận hành.
- Trong vận hành: lập kế hoạch vận hành đúng đắn và thực hiện kế
hoạch đó.
Việc lập kế hoạch vận hành HTĐ là điều cần thiết và có hai bài toán cơ
sở phải được sử dụng thường xuyên là: PBCS tối ưu giữa các NMNĐ và PBCS
tối ưu giữa thuỷ điện và nhiệt điện.
1.2. Vai trò của các NMNĐ trong hệ thống

Tính đa dạng của các loại nguồn trong HTĐ là đặc điểm lớn nhất của
mọi HTĐ. Mỗi loại nguồn đều có những đặc điểm riêng trong việc sản xuất
điện và có những vai trò nhất định trong HTĐ. Trong phạm vi luận án này, chỉ

xét tới đặc điểm và vai trò của các NMNĐ trong HTĐ.
1.2.1 Đặc điểm của các NMNĐ

Ưu điểm lớn nhất của các NMNĐ trong hệ thống là chủ động đảm bảo
năng lượng của hệ thống, không bị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết như các
nhà máy thuỷ điện. Tuỳ theo vị trí của NMNĐ trong biểu đồ phụ tải của HTĐ,
để chia thành hai loại:
Loại thứ nhất: các nhà máy nhiệt điện chạy đáy (phần dưới cùng của đồ
thị phụ tải) có tính kinh tế cao, nhưng cũng có những nhược điểm nhất định
như công suất tối thiểu (P min ) lớn, tốc độ nhận tải chậm.
Loại thứ hai: các nhà máy nhiệt điện chạy lưng (phần giữa đồ thị phụ
tải) có tính kinh tế kém hơn, nhưng có độ linh hoạt cao hơn so với các nhà
máy nhiệt điện thuộc loại thứ nhất.


12

Dù ở vị trí nào trong biểu đồ phụ tải, thì với đặc điểm không bị phụ
thuộc vào điều kiện thời tiết, các NMNĐ luôn đóng vai trò quan trọng trong
việc cung cấp điện năng, đáp ứng yêu cầu dùng điện của các hộ phụ tải và bài
toán tối ưu các NMNĐ phụ thuộc chủ yếu vào các đường đặc tính năng lượng
của nhà máy.
1.2.2. Các đường đặc tính năng lượng của NMNĐ

Việc nghiên cứu xây dựng các đường đặc tính năng lượng của các thiết
bị trong NMNĐ là điều cần thiết. Thông qua các đường đặc tính năng lượng
của các thiết bị, có thể đánh giá tình trạng của các thiết bị, để có kế hoạch vận
hành hay sửa chữa thiết bị một cách thích hợp. Theo định nghĩa chung: các
đường đặc tính năng lượng của các thiết bị là một hàm số biểu thị mối quan
hệ giữa năng lượng đầu vào (có thể là nhiệt năng, có thể là nhiên liệu) và

sản phẩm sản xuất ra của thiết bị (có thể là điện năng, có thể là nhiệt năng).
Đối với các NMNĐ, quan trọng nhất là các đường đặc tính năng lượng của các
thiết bị tua bin và lò hơi.
1. Đường đặc tính năng lượng của tua bin:
Là hàm số biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt lượng tiêu hao (Q) cho tua
bin (năng lượng đầu vào) với phụ tải điện (N) và nhiệt tương ứng (Q cn ), tức là
biểu diễn mối quan hệ giữa năng lượng đầu vào và các sản phẩm sản xuất:
Q = f(N) - Đối với tua bin ngưng hơi (kcal/kWh)
Hoặc Q = f(N, Q cn ) - §èi víi tua bin cung nhiệt (kcal/kWh)
Đường đặc tính năng lượng của tua bin phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố:
+ Loại tua bin: tua bin ngưng hơi
+ Loại van điều chỉnh: van nhánh, van tiết lưu
2. Đường đặc tính năng lượng của lò hơi


13

Là hàm số biểu thị mối quan hệ giữa nhiên liệu tiêu hao và nhiệt lượng
mà lò sản xuất:
B = f(Q 1 )

(ttc/h)

Trong đó:
B Lượng nhiên liệu tiêu hao cho lò hơi trong 1 giờ (ttc/h)
Q 1 Nhiệt lượng lò hơi sản xuất được trong 1 giờ (Gcal/h)
Ngoài ra, lò hơi còn có các đường đặc tính như sau:
+ Hiệu suất lò:
= g(Q 1 )

(%)

+ Suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn để phát nhiệt
b = h(Q 1 )

(ttc/Gcal)

+ Suất tăng tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn:
b = y(Q 1 )

(ttc/Gcal)

3. Đường đặc tính năng lượng của toàn nhà máy:
Là hàm số biểu diễn mối quan hệ gữa lượng nhiên liệu tiêu hao và công
suất điện phát ra hoặc biểu diễn mối quan hệ giữa chi phí nhiên liệu và lượng
nhiên liệu tiêu hao cho sản xuất điện của toàn nhà máy
B = f(P)

hoặc F = g. B(P)

Trong đó:
B Lượng nhiên liệu tiêu hao (T)
P Công suất phát của nhà máy (MW).
g- Giá tiền một đơn vị nhiên liệu (đ/T)
F- Chi phí nhiên liệu cho sản xuất điện (đ)
Có thể biểu diễn các đường đặc tính trên trục toạ độ như hình vẽ 1.1


14

. b, B

b


B
I

II

III

Q1
I

Q

Hình 1.1: Các đường đặc tính năng lượng của NMNĐ
Vùng I: Vùng phụ tải thấp
Vùng II: Vùng phụ tải kinh tế
Vùng III: Vùng phụ tải cao
Qua các tài liệu nghiên cứu [3,6] và thực tế số liệu cho thấy, các đường
đặc tính năng lượng của các NMNĐ là các đường cong bậc hai (hoặc bậc ba),
các hàm chi phí của các nhà máy sẽ là các hàm bậc hai (hoặc bậc ba) nghĩa là
các bài toán về PBCS cho các NMNĐ là các bài toán quy hoạch phi tuyến.
1.3 Những nghiên cứu PBCS giữa các NMNĐ và môi trường
1.3.1 Bài toán về PBCS trong HTĐ

Việc tính toán PBCS giữa các NMĐ đều phải thực hiện qua bước quy
hoạch phát triển hệ thống. Tiêu chuẩn tính toán phát triển nguồn điện được đề

ra như sau:
Hiệu quả: việc phát triển nguồn điện phải được xác định trên cơ sở cực
tiểu đầu tư phát triển và chi phí vận hành.


15

Linh hoạt: trên cơ sở tối ưu hoá phát triển các nhà máy điện để đáp ứng
phụ tải, cần xem xét quyết định phát triển hệ thống sao cho có thể thích ứng
với các điều kiện thay đổi nhu cầu trong tương lai thấp hơn hoặc cao hơn
phương án phụ tải mà làm cơ sở để phát triển nguồn.
Bền vững: việc phát triển nguồn điện phải bảo đảm sự phát triển lâu dài
về điện lực, khai thác nguồn năng lượng phải tương ứng với năng lực phát
triển của nền kinh tế. Tiêu chuẩn này đòi hỏi tận dụng tối đa nguồn năng
lượng sẵn có của đất nước (như than, khí, dầu) nhằm đảm bảo cho việc phát
điện để đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế trên cơ sở khả năng kinh tế và khoa
học kỹ thuật của đất nước và thế giới trong từng thời kỳ. Hạn chế sự phụ thuộc
vào năng lượng nhập khẩu.
Khả thi về tài chính: việc phát triển cơ cấu nguồn điện phải tính đến khả
năng đáp ứng nhu cầu về vốn trên cơ sở các chỉ tiêu tài chính cho phép để phát
triển điện lực lành mạnh. Đứng về quan điểm tổng thể thì cần xem xét nhu cầu
đầu tư phát triển điện lực theo tỷ lệ GDP của đất nước.
ít tác động tới môi trường: giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường
khi mà nhu cầu điện của đất nước càng ngày càng tăng. Trong tính toán phát
triển nguồn cần giới hạn việc ảnh hưởng đến môi trường như phát thải, di dân
tái định cư, v.v, của từng dự án và khi xét trong phạm vi tổng thể cần xem xét
ưu tiên những công trình có hiệu quả kinh tế ngang nhau nhưng ít tác động
đến môi trường hơn.
1.3.2 Những nghiên cứu đà thực hiện

Chủ đề nghiên cứu huy động các nguồn điện trong một hệ thống hỗn
hợp thủy điện và nhiệt điện là một trong các bài toán phức tạp và có tầm quan
trọng lớn đối với bất kỳ một HTĐ nào. Vấn đề vận hành tối ưu không những
chỉ quan trọng về khía cạnh kinh tế đối với ngành điện nói riêng mà còn có
vai trò quan trọng trên phương diện quốc gia về mặt đảm bảo cung cấp điện


16

phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, phát triển kinh tế văn
hóa xà hội.
Rất nhiều nghiên cứu về PBCS tối ưu đà được thực hiện. Tuy nhiên,
trong phần này, luận án chỉ đưa những nghiên cứu điển hình về đầu tư nói
chung và đặc biệt là các nghiên cứu về điện lực và thấy rằng tất cả các nghiên
cứu đều dựa trên nguyên tắc phối hợp các nhà máy trong HTĐ sao cho chi
phí vận hành là nhỏ nhất. Điển hình của các nghiên cứu ngoài nước như
sau:
Nghiên cứu của tác giả B.G. Gorenstin và các cộng sự [41] về PBCS
tối ưu giữa các nhà máy nhịêt điện và thủy điện với các ràng buộc kinh tế
kỹ thuật truyền thống, đà mô tả phương pháp luận áp dụng cho huy động
các nguồn thủy điện và nhiệt điện có tính đến các đặc tính hồ chứa thủy điện,
tính ngẫu nhiên của dòng chảy và hệ thống truyền tải được mô phỏng bằng
trào lưu công suất tuyến tính. Thuật toán giải được áp dụng trên quy hoạch
động hai chiều ngẫu nhiên (stochastic dual dynamic programming) trong đó
chia bài toán phức tạp có nhiều yếu tố ngẫu nhiên thành các bài toán con. Mỗi
bài toán con có xét đến các ràng buộc về hồ chứa và xấp xỉ tuyến tính từng
khúc các hàm chi phí dự kiến.
Nghiên cứu của tác giả N.Nabona và các cộng sự [52] về Tối ưu hóa
các nhà máy thủy nhiệt điện với ràng buộc hạn chế về nhiên liệu giới thiệu
một phương pháp mới về hệ thống hỗn hợp thủy điện nhiệt điện có tính

ràng buộc về giới hạn nhiên liệu và điện năng không đáp ứng cho một giai
đoạn dài mà tối ưu cho từng giai đoạn. Các ràng buộc cần thỏa mÃn bao gồm
cân bằng nhiên liệu có thể mua và tiêu thụ, cân bằng lưu lượng đến và lưu
lượng xả, đường cong duy trì công suất cho từng giai đoạn.
Các nghiên cứu này đà chỉ ra được phương pháp PBCS giữa các nhà máy
điện trong hệ thống một cách tối ưu trên cơ sở quy hoạch phát triển các loại