Mô hình ngẫu nhiên đánh giá hiệu quả dự án tiết kiệm năng lượng - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>MƠ HÌNH NG</b>

<b>Ẫ</b>

<b>U NHIÊN </b>

<b>Đ</b>

<b>ÁNH GIÁ HI</b>

<b>Ệ</b>

<b>U QU</b>

<b>Ả</b>

<b> D</b>

<b>Ự</b>

<b> ÁN TI</b>

<b>Ế</b>

<b>T KI</b>

<b>Ệ</b>

<b>M N</b>

<b>Ă</b>

<b>NG L</b>

<b>ƯỢ</b>

<b>NG</b>

<b> </b>

<b>Trần Trí Dũng1_{, Trịnh Phương Thao}2_{, Phạm Viết Tiệp}3</b>

<i>1_K_ỹ_s_ư_t_ư_v_ấ_n_độ_{c l}_ậ_p,2_{Ban K}_ỹ_thu_ậ_{t EVN}</i><i>_NPC,3_{Ban K}_ỹ_thu_ậ_{t EVN}</i><i>_NPC</i>

<b>1. GIỚI THIỆU & TÓM TẮT </b>

Sử dụng năng lượng tiết kiệm & hiệu quả là một chính sách hàng đầu trong mục
tiêu đảm bảo an ninh năng lượng của tất cả các nước trên thế giới. Dùng các thiết bị

hiệu suất năng lượng cao (HSC) trong các hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và
sinh hoạt là một trong các biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm & hiệu quả. Dự án
tiết kiệm năng lượng (TKNL) là các dự án trong đó có sự so sánh, đánh giá chi phí đầu
tư giữa thiết bị HSC và thiết bị hiệu suất năng lượng tiêu chuẩn có cùng tính năng kỹ

thuật (thường gọi là phương án cơ bản). Đương nhiên phương án HSC bao giờ cũng có
chi phí đầu tư ban đầu lớn, nhưng bù lại, những chi phí liên quan đến vận hành, bảo
dưỡng... trong suốt thời gian tuổi thọ dự án ln ln thấp hơn phương án cơ bản. Vì thế
để quyết định lựa chọn giữa phương án TKNL và phương án cơ bản phải dùng chỉ tiêu
chi phí vịng đời (CPVĐ Life Cycle Cost). Phân tích CPVĐ là phương pháp kinh tế
đánh giá dự án, trong đó tất cả các chi phí phát sinh từ sở hữu, vận hành, bảo trì và giá
trị cịn lại (nếu có) của dự án trong suốt thời gian đánh giá (thường trùng với tuổi thọ dự

án) đều được xem xét để so sánh và đưa ra quyết định. Đánh giá hiệu quả dự án đầu tư

với vòng đời dự án hàng chục năm, ln ln gặp khó khăn là các dữ liệu đầu vào đều
khơng chắc chắn. Vì thế, việc sử dụng mơ hình ngẫu nhiên (MHNN) là rất thích hợp bởi
vì MHNN mơ tả đầy đủ khơng gian hiệu quả “có thể” và “khơng thể” của dự án.

MHNN giúp chủ đầu tư giảm thiểu rủi ro, tiết kiệm thời gian mà khơng cần chi phí tiền
bạc để “thử nghiệm” các tình huống có thể xảy ra trong thực tế. Tất cả các tình huống

đã được mơ phỏng trên máy tính.

<b> 2. PHÂN TÍCH CHI PHÍ VỊNG ĐỜI (CPVĐ) LÀ GÌ? </b>

Phân tích CPVĐ là phương pháp kinh tế đánh giá dự án, trong đó tất cả các chi
phí phát sinh từ sở hữu, vận hành, bảo trì và giá trị cịn lại (nếu có) của dự án trong suốt
thời gian đánh giá (thường trùng với tuổi thọ dự án) đều được xem xét để đưa ra quyết

định. Phân tích CPVĐ rất thích hợp cho việc đánh giá kinh tế các phương án đáp ứng

đầy đủ chỉ tiêu kỹ thuật của một dự án nhưng có thể có những chi phí khác nhau vềđầu
tư, vận hành, tiêu thụ năng lượng, bảo trì, sửa chữa và thậm chí cả về tuổi thọ dự án.

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

CPVĐ = giá trị hiện tại của [chi phí đầu tư + chi phí bảo trì + chi phí năng lượng
+ chi phí thay thế giá trị cịn lại (nếu có)].

Cơng thức chuyển đổi dịng tiền chi phí (hoặc lợi nhuận) từng thời gian trong
tương lai F<i>j</i> về một giá trị hiện tại PV theo biểu thức (*)





<i>j</i>
<i>j</i>

<i>d</i>
<i>F</i>
<i>PV</i>




1 (*)

trong đó, d là suất chiết khấu (discount rate) là một dạng đặc biệt của lãi suất. Với <i>d, </i>
nhà đầu tư khơng cần quan tâm giữa các dịng tiền nhận được ở thời điểm khác nhau
trong tương lai miễn là nó được tính đổi về cùng một thời gian gốc (base date).

Các phương án của một dự án tiết kiệm năng lượng TKNL là các phương án loại
trừ lẫn nhau (exclusive alternatives), nghĩa là chỉ chọn m<i>ột ph</i>ương án tốt nhất trong số

các phương trình đem ra so sánh. Các phương án đem ra so sánh phải tương đương về

tiêu chuẩn kỹ thuật, cùng thời gian khảo sát, đưa về cùng thời gian gốc, cùng suất chiết
khấu. Đương nhiên đối với dự án TKNL, phương án tốt nhất là phương án có giá trị

hiện tại CPV<i>Đ</i> nhỏ nhất.

<b>3. PHÂN TÍCH CHI PHÍ VỊNG ĐỜI THEO “MƠ HÌNH NGẪU NHIÊN” </b>

Mơ hình ngẫu nhiên (MHNN) dùng để xử lý các bài toán khi các dữ liệu đầu vào
(Input Data) là bất định hoặc không chắc chắn (uncertainty). Trong thực tế, giá trị của
mỗi dữ liệu thay đổi theo thời gian với quy luật riêng của nó. Mơ hình cần phản ánh
những biến động này và bảo đảm rằng kết quả đầu ra là tổ hợp ngẫu nhiên các kết quả

biến động dữ liệu. Mơ hình hoạt động theo cách mơ phỏng hàng chục nghìn lần (mơ
phỏng MonteCarlo) các khả năng tổ hợp các giá trị ngẫu nhiên của các dữ liệu. Một
mơ hình như thế gọi là mơ hình ngẫu nhiên. Ở mơ hình này, khi hoạt động, các dữ liệu

phát giá trị ngẫu nhiên theo hàm phân bố xác suất cho trước, mơ hình tính tốn và lưu
trữ lại kết quả sau đó sắp xếp kết quả lại dưới dạng biểu đồ phân bố xác suất
“histogram”. Số lần mô phỏng (số lần phát ngẫu nhiên giá trị dữ liệu) càng lớn thì biểu

đồ “histogram” càng phong phú, gần hiện thực. Từ biểu đồ phân phối “histogram” có
thể đánh giá khoảng tin cậy, giá trị min, max,… của các kết quả biểu đồ y<i>1, y2</i> như trên

hình 1B.

Trong mơ hình xác lập (deterministic model) hình 1A, các dữ liệu vào là các giá
trị xác định, x<i>1, x2, x3</i>, các kết quả ra là các giá trị xác định y<i>1, y2, y3,….; Trong mơ hình </i>

ngẫu nhiên hình 1B (stochastic model), một phần hoặc toàn bộ dữ liệu đầu vào thay vì
là các giá trị xác định, sẽđược cho dưới dạng các tham sốđặc trưng của hàm phân bố

xác suất phù hợp của mỗi dữ liệu vào , x<i>1, x2, x3</i>,…

Cũng như mơ hình xác lập, bước đầu tiên của MHNN là xây dựng mơ hình tính
tốn với những công thức, điều kiên logic, điều kiện ràng buộc, mối quan hệ giữa biến

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Hình 1A. Mơ hình xác: lập các dữ liệu vào là

các giá trị xác định, x<i>1, x2, x3</i>, các kết quả ra

là các giá trị xác định y<i>1, y2, y3</i>

Hình 1B. Mơ hình ngẫu nhiên; dữ liệu đầu vào dưới
dạng các tham sốđặc trưng của hàm phân bố xác suất

phù hợp của mỗi dứ liệu vào , x<i>1, x2, x3</i>,… kết quảđầu

ra dưới dạng biểu đồ phân bố xác suất ‘histogram’.

<b>Hình 1</b><b>Input & Output của mơ hình xác lập và mơ hình ngẫu nhiên </b>

Cấu trúc của MHNN gồm các mơđun chính (i) Dữ liệu: Phát hay tạo ra các giá trị

ngẫu nhiên dữ liệu theo quy luật hàm phân bố xác suất cho trước; (ii) Mơ hình tốn: các
cơng thức, điều kiện ràng buộc, mối quan hệ giữa biến độc lập, biến phụ thuộc mô tả
đúng đắn bản chất các vấn đề cần cần khảo sát, tính tốn của bài tốn; (iii) Histogram:
lưu trữ lại kết quả mơ phỏng tính tốn, sắp xếp kết quả dưới dạng biểu đồ phân bố xác
suất “histogram”, “scatter” (xin xem hình 2).

Hoạt động tương tác giữa các mơđun của MHNN trình bày trên hình 2. Với cấu
trúc như vậy, người kỹ sư có thể thực hiện số lần mô phỏng các khả năng tổ hợp các giá
trị ngẫu nhiên của các dữ liệu lớn bao nhiêu tuỳ ý để có biểu đồ “histogram”, “scatter”
kết quảđáng tin cậy thể hiện bản chất vấn đề khảo sát, nghiên cứu.

Như vậy, trong MHNN, môđun (ii) hồn tồn tương tự như trong mơ hình xác lập
nhưng có thêm mơđun (i) và (iii) hỗ trợ. Nói cách khác, MHNN là sự tính lặp nhiều lần
mơ hình xác lập với các tập tổ hợp giá trị dữ liệu ngẫu nhiên khác nhau.

<b>4. MƠ HÌNH NGẪU NHIÊN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁP ĐIỆN LỰC THEO CPVĐ </b>
Các công ty điện lực thường phải thực hiện những dự án phát triển, mở rộng hoặc
cải tạo lưới phân phối cung cấp điện cho khách hàng. Nội dung chủ yếu của các dự án
này là lựa chọn máy biến áp (MBA) và dây cáp điện lực (CĐL) là những phần tử chủ

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

đời 10 đến 15 năm với chi phí vịng đời ít nhất. Đây là những dự án đầu tư cần được
xem xét theo cách tiếp cận sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng tức là dự án

TKNL. Dựa trên những điều đã trình bày trong mục §.2 và §.3, các tác giảđã phát triển
một phần mềm trong mơi trường Excel VBA “Mơ hình ng<i>ẫu nhiên lựa chọn máy biến </i>
<i>áp và cáp điện lực” g</i>ọi tắt là “S_C”. (Smart_Choice).

<b>Hình 2: Hoạt động tương tác giữa các môđun của MHNN </b>
Cấu trúc “S_C” gồm các mơđun như trình bày trong Mục 3.

<b>I </b><b> Dữ liệu: bao g</b>ồm thông số kỹ thuật của thiết bị MBA hoăc CĐL & dữ liệu tài
chính, kinh tế của dự án dưới dạng giá trị xác định và hàm phân bố xác suất. Bảng 1
dưới đây giới thiệu một số dữ liệu trong mơ hình: Dữ liệu từ 1 đến 4 cho dưới dạng hàm
phân bố xác suất; dữ liệu 5 là các giá trị xác định.

<b>i</b><b>Dữ liệu: </b>Phát giá trị

ngẫu nhiên dữ liệu
theo hàm phân bố xác
suất cho trước và đưa

vào mơ hình tốn.

<b>ii</b><b>Mơ hình tốn</b>: dùng
các giá trị ngẫu nhiên

của dữ liệu để mô
phỏng, tính tốn.

<b>iii</b><b>Histogram</b>
ghi lại kết quả mơ phỏng,

tính tốn làm thành biểu đồ

Stop mơ phỏng

Dữ liệu
theo hàm
phân bố

xác suất

Biểu đồ

kết quả

‘histogram’

Kiểm tra số lần
tính mơ phỏng

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>Bảng 1. Dữ liệu từ 1 đến 4 cho dưới dạng hàm phân bố xác suất; </b>
<b>các dữ liệu 5 cho dưới dạng giá trị xác định </b>

<b>TT Tên dữ liệu </b> <b>Hàm phân bố </b>
<b>xác suât </b>

<b>Tham sốđặc trưng hàm phân </b>
<b>bố xác suất </b>

1 7 giải công suất biểu đồ phụ tải Hàm phân bốđều Giá trị<i>min, max</i>

2 Tăng trưởng phụ tải gr (%/năm) Hàm phân bố chuẩn Giá trị trung bình, sai lệch chuẩn

3 Tổn thất MBA, điện trở CĐL Hàm phân bố chuẩn Giá trị trung bình, sai lệch chuẩn

4 Tăng giá điện e (%/năm) Hàm phân bố chuẩn Giá trị trung bình, sai lệch chuẩn

5 Các d_đờ_{i d}_ựữ_{án; s} liệu xác _ố_gi_ờ_vđị_ậnh: n_{n hành gi}ăm bắ_ả_{i công su}t đầu dự án; v_ấ_{t bi}_ể_uốn _đồđầ_phu t_ụư_t ban _ả_{i; công su}đầu; v_ấố_tn vay; lãi su_đị_{nh m}_ứ_{c MBA;…}ất; vịng

<b>Hình 2: “UserForm1” nhập dữ liệu; kết quả histogram” và các giá trị vùng tin cậy 90% của các tiêu chí </b>
<b>khảo sát của “S_C” . Các dữ liệu trong bảng 1 được đưa vào “S_C” qua cửa sổ nhập dữ liệu phía trái </b>
<b>của “UserForm1”; phía phải của “UserForm1” là “histogram” và các giá trị vùng tin cậy 90% của các </b>

<b>tiêu chí khảo sát (xem hình 2) </b>

<b>ii </b><b> Mơ hình tốn: Giá tr</b>ị hiện tại chi phí vịng đời của dự án nhưđã trình bày
trong mục 2 bao gồm các thành phần sau:

PV [CPVĐ] = giá trị hiện tại của [chi phí đầu tư + chi phí bảo trì + chi phí năng
lượng + chi phí thay thế giá trị cịn lại (nếu có)].

Trong mơ hình “S_C”, đểđơn giản chỉ xét các thành phần chi phí:

PV [CPVĐ] = giá trị hiện tại của [chi phí đầu tư + chi phí tổn thất điện năng + chi
phí lãi suất vốn vay].

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

 <i>Chi phí tổn thất điện năng là chi phí tính b</i>ằng tiền Đ do tổn thất điện năng khi
vận hành MBA hoặc CĐL.

Để tính được giá trị hiện tại tổng chi phí tổn thất điện năng vịng đời PV [CPV<i>Đ] </i>
của MBA hoặc CĐL cần xác định tổn thất công suất ứng với mỗi mức phụ tải S<i>i</i> và thời

gian t<i>i ; i = 1, 2,…., 7 theo bi</i>ểu đồ phụ tải hàng năm cho trước. Biểu đồ này được chia

thành 7 dải công suất <i>Si</i> mỗi dải có số giờ vận hành t<i>i </i>(tổng thời gian vận hành ∑ t<i>i</i> ≈

8760 giờ). Lưu ý rằng, theo dịng 1 bảng 1, dải cơng suất S<i>i</i>là dữ liệu ngẫu nhiên (biến

ngẫu nhiên) theophân bố đều giữa giá trị S<i>imin</i> và S<i>imax</i>; mặt khác S<i>i</i> tăng trưởng hàng

năm trong vòng đời n năm với tốc độ gr (%/năm) theo phân bố chuẩn. Như vậy, phụ tải
MBA hoặc CĐL tại giải công suất i, năm thứ<i> j s</i>ẽ là:

<i>S</i>

<i>_ij</i>





<i>S</i>

<i>_i</i>_min



<i>RAND</i>

()



(

<i>S</i>

<i>_i</i>_max



<i>S</i>

<i>_i</i>_min

)







1



<i>gr</i>



<i>j</i> (1)
Trong đó:

<i>j</i>
<i>i</i>

<i>S</i>

là phụ tải MBA hoặc CĐL tại giải công suất <i>i, n</i>ăm thứ<i> j; i = 1,…,7; </i>
<i>j = 1,…, n; </i>

<i>RAND ( ) là s</i>ố thực có giá trị ngẫu nhiên trong khoảng [0,1] do hàm <i><b>RAND ( )</b></i>

trong Excel tạo ra;

<i>gr là su</i>ất tăng trưởng phụ tải hàng năm (%) có giá trị ngẫu nhiên gọi theo hàm
chuẩn trong Excel tạo ra gr = <i><b>NormInv</b>(grtb,,grsl), trong </i>đó tham số gr<i>tb là giá tr</i>ị trung

bình, gr<i>sl</i> là sai lệch chuẩn của gr.

Biểu thức tính tổn thất cơng suất MBA phụ thuộc vào phụ tải S, tổn thất không tải
<i>Po</i>(kw) và tổn thất có tải P<i>k</i> (kw) của máy biến áp.

2
)
( _









<i>MBA</i>
<i>i</i>
<i>k</i>
<i>o</i>
<i>i</i>
<i>i</i>
<i>S</i>
<i>S</i>
<i>P</i>
<i>P</i>
<i>S</i>

<i>P</i> (2)
trong đó, S<i>MBA</i> là dung lượng định mức của MBA.

Tương tự, tổn thất công suất CĐL phụ thuộc vào điện trở thuần R<i>o</i> (Ω/km), điện

áp vận hành U (kV), chiều dài L (km) và phụ phụ tải S<i>i</i> (kVA) của cáp.

2
)
( _










<i>U</i>
<i>S</i>
<i>R</i>
<i>L</i>
<i>S</i>
<i>P</i> <i>i</i>
<i>o</i>
<i>i</i>

<i>i</i> (3)

Lưu ý rằng trong (2) và (3), các giá trị tổn thất không tải <i>Po</i>(kW); tổn thất có tải

<i>Pk</i> (kW); R<i>o</i> (Ω /km) có giá trị ngẫu nhiên gọi theo hàm chuẩn trong Excel tạo ra = <i><b>NormInv().</b> </i>

Từ (2) và (3), dễ dàng xác định tổn thất điện năng năm thứ<i> j trong vòng </i>đời n năm
<i>j = 1,…, n c</i>ủa dự án.

<i>i</i>

<i>j</i>
<i>i</i>
<i>i</i>
<i>i</i>

<i>j</i> <i>_P</i> <i>_S</i> <i>_t</i>

<i>A</i>   

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

trong đó:

<i>∆Aj</i>_{: t}_ổ_{n th}_ấ_t_đ_i_ệ_{n n}_ă_{ng n}_ă_{m th}_ứ<i>_{j trong vòng}</i>_đờ_{i n n}_ă_{m c}_ủ_{a d}_ự_án;

<i>ti</i>: thời gian mang tải (giờ) tương ứng với phụ tải S<i>i</i>;

<i>7 b</i>ảy (7) dải biểu đồ phụ tải MBA hoặc CĐL;

<i>j</i>
<i>i</i>

<i>S</i>

: phụ tải MBA hoặc CĐL tại dải công suất i, năm thứ<i> j; i = 1,…, 7; j = 1,…, n </i>

được tính theo biểu thức (1);

)

(

<i>j</i>

<i>i</i>

<i>i</i>

<i>S</i>

<i>P</i>



: tổn thất công suất của MBA hoặc của CĐL khi mang phụ tải

<i>S</i>

<i>_ij</i>được
tính theo (2) hoặc (3).

Từ (4) dễ dàng xác định chi phí (Đ) tổn thất điện năng năm thứ<i> j trong vòng </i>đời n
năm; j = 1,…, n của dự án A<i>j</i>_:

<i>A</i>

<i>j</i>



<i>G</i>

₀

(

1



<i>e</i>

)

<i>j</i>





<i>A</i>

<i>j</i> (5)

trong đó:

<i>Aj</i>_{: chi phí t}_ổ_{n th}_ấ_t_đ_i_ệ_{n n}_ă_{ng n}_ă_{m th}_ứ<i>_{j trong vòng}</i>_đờ_{i n n}_ă_{m c}_ủ_{a d}_ự_án;

<i>G0</i>: giá điện hiện tại 103Đ/kWh;

<i>e: su</i>ất tăng giá hàng năm (%) có giá trị ngẫu nhiên gọi theo hàm chuẩn trong
Excel tạo ra e = <i><b>NormInv</b>(etb,,esl), trong </i>đó tham số e<i>tb là giá tr</i>ị trung bình, e<i>sl</i> là sai lệch

chuẩn của e;

<i>G0(1+e)j</i>: giá điện năm thứ<i> j 10</i>3Đ/kWh;

<i>∆Aj</i>_{: t}_ổ_{n th}_ấ_t_đ_i_ệ_{n n}_ă_{ng n}_ă_{m th}_ứ<i>_{j trong vòng}</i>_đờ_{i n n}_ă_{m c}_ủ_{a d}_ự_{án tính theo (4).}

 Chi phí v<i>ốn vay: Chi phí v</i>ốn vay V (triệu Đ) là số tiền trả đều hàng năm bao
gồm vốn + lãi trong khoảng thời gian cho vay. Chi phí này tính theo hàm Excel:

<i><b> </b></i> <i>V<b> = PMT</b>(r,t, L,1) </i> (6)
với các tham số biến lần lượt là r lãi suất vay (%/năm); t thời gian vay (năm), L số tiền
vay (triệu Đ) và 1/0 trả vào đầu/cuối năm.

Cuối cùng, tương tự biểu thức (*), giá trị hiện tại tổng chi phí vịng đời dự án PV
<i>[VĐ] </i>được tính theo (5):

<i>j</i>
<i>j</i>
<i>n</i>

<i>j</i> <i>d</i>

<i>V</i>
<i>A</i>
<i>C</i>

<i>PV</i>

)
1
(
)

VD

(

1 









(7)
trong đó:

<i>PV (VĐ): giá tr</i>ị hiện tại tổng chi phí vịng đời n MBA hoặc CĐL;
<i>C: giá mua MBA ho</i>ặc CĐL;

<i>Aj_{: chi phí t}</i>_ổ_{n th}_ấ_t_đ_i_ệ_{n n}_ă_{ng n}_ă_{m th}_ứ<i>_{j trong vòng}</i>_đờ_{i n n}_ă_{m c}_ủ_{a d}_ự_án;

</div>

<!--links-->