Tổng quan nghiên cứu

Tổn thất điện năng trong hệ thống điện, đặc biệt là lưới điện phân phối trung áp 35 kV, luôn là vấn đề cấp thiết ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành và kinh tế ngành điện. Theo báo cáo của ngành, tỷ lệ tổn thất điện năng trong lưới phân phối nếu vượt quá 15% sẽ gây ra tổn thất điện năng thương mại đáng kể, làm tăng chi phí vận hành và giá thành điện năng. Tốc độ tăng trưởng phụ tải điện tại Việt Nam khoảng 10%/năm trong những năm gần đây, trong khi nguồn năng lượng truyền thống ngày càng cạn kiệt và các nguồn năng lượng tái tạo chưa được khai thác hiệu quả. Do đó, giải pháp Quản lý Nhu cầu Điện năng (Demand Side Management - DSM) được xem là phương án khả thi nhằm giảm tổn thất điện năng, nâng cao hiệu quả sử dụng điện và giảm áp lực đầu tư nguồn điện mới.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá tác động của DSM đến tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối trung áp 35 kV do Công ty Điện lực Bắc Kạn quản lý, dựa trên số liệu thực tế năm 2019. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lộ xuất tuyến 373 E26, đại diện cho lưới điện tỉnh Bắc Kạn với tổng công suất lắp đặt 3.125 kVA, bao gồm 25 phụ tải chính. Nghiên cứu nhằm xây dựng mô hình mô phỏng sự biến đổi đồ thị phụ tải điển hình dưới tác động của DSM và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật liên quan.

Ý nghĩa nghiên cứu không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng, hạ giá thành điện năng sản xuất mà còn góp phần nâng cao chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng, đồng thời hỗ trợ Công ty Điện lực Bắc Kạn trong việc hoạch định các giải pháp vận hành và đầu tư hiệu quả hơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: Quản lý Nhu cầu Điện năng (DSM) và phân tích tổn thất điện năng trong hệ thống điện phân phối.

  1. Quản lý Nhu cầu Điện năng (DSM): DSM là tập hợp các giải pháp kỹ thuật, công nghệ, kinh tế và xã hội nhằm sử dụng điện năng hiệu quả và tiết kiệm, bao gồm nâng cao hiệu suất thiết bị, điều khiển phụ tải, thay đổi biểu giá điện và khuyến khích khách hàng thay đổi thói quen tiêu thụ điện. DSM giúp san bằng đồ thị phụ tải, giảm công suất đỉnh và tổn thất điện năng, đồng thời giảm nhu cầu đầu tư nguồn điện mới.

  2. Tổn thất điện năng: Bao gồm tổn thất kỹ thuật (phát nóng dây dẫn, tổn thất không tải máy biến áp, tổn thất vầng quang, rò điện) và tổn thất phi kỹ thuật (trộm cắp điện, sai số đo đếm). Tổn thất kỹ thuật phụ thuộc vào dòng điện và điện áp vận hành, được tính toán dựa trên đồ thị phụ tải và điện trở đẳng trị của lưới điện.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Đồ thị phụ tải (ĐTPT) thời gian kéo dài và biến đổi đẳng trị
  • Hệ số tổn thất (Loss Factor) và hệ số tải (Load Factor)
  • Suất đầu tư công suất đặt trung bình
  • Các chiến lược DSM như nâng cao hiệu suất thiết bị, điều khiển trực tiếp dòng điện, thay đổi biểu giá điện (TOU, biểu giá cắt điện, biểu giá đặc biệt)

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thực tế năm 2019 từ lưới điện phân phối trung áp 35 kV tỉnh Bắc Kạn, đặc biệt lộ xuất tuyến 373 E26 với 25 phụ tải chính. Dữ liệu bao gồm điện năng tiêu thụ, công suất cực đại, đồ thị phụ tải điển hình.

  • Phương pháp phân tích:

    • Sử dụng phần mềm mô phỏng PSS/ADEPT 5.0 để tính toán tổn thất công suất tại các thời điểm dựa trên đồ thị phụ tải điển hình.
    • Áp dụng phương pháp tính tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải thời gian kéo dài, biến đổi đẳng trị và tuyến tính hóa để đánh giá tổn thất điện năng dưới tác động của DSM.
    • Xây dựng mô hình mô phỏng sự biến đổi đồ thị phụ tải dưới các kịch bản DSM khác nhau, từ đó tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật như tổn thất điện năng, suất đầu tư công suất đặt trung bình và chi phí cung cấp điện năng trung bình.
    • Phân tích so sánh các kết quả trước và sau khi áp dụng DSM để đánh giá hiệu quả.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập số liệu và mô phỏng trong năm 2019, phân tích và đánh giá trong năm 2020, hoàn thiện luận văn vào cuối năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giảm tổn thất điện năng:
    Áp dụng DSM làm san bằng đồ thị phụ tải, giảm công suất đỉnh, từ đó giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối trung áp 35 kV. Kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất điện năng giảm khoảng 5-7% so với tình trạng không áp dụng DSM, tương đương giảm từ mức tổn thất 6,7% xuống còn khoảng 6,2%.

  2. Giảm suất đầu tư công suất đặt trung bình:
    Nhờ san bằng đồ thị phụ tải, nhu cầu công suất cực đại giảm, làm giảm suất đầu tư công suất đặt trung bình của hệ thống. Mức giảm suất đầu tư ước tính khoảng 4-6%, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư nguồn và lưới điện.

  3. Tác động tích cực đến chi phí cung cấp điện năng:
    Sự giảm tổn thất điện năng và suất đầu tư công suất đặt trung bình dẫn đến giảm chi phí cung cấp điện năng trung bình của hệ thống phân phối. Ước tính chi phí giảm khoảng 3-5% trong điều kiện áp dụng DSM hiệu quả.

  4. Biến đổi đồ thị phụ tải:
    Đồ thị phụ tải thời gian kéo dài được biến đổi theo mô hình tuyến tính hóa 3 đoạn, thể hiện rõ sự giảm công suất đỉnh và thu hẹp thời gian công suất thấp điểm. Điều này phù hợp với giả thiết DSM không làm thay đổi tổng điện năng tiêu thụ nhưng thay đổi phân bố thời gian sử dụng điện.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất điện năng là do DSM làm giảm công suất cực đại và san bằng đồ thị phụ tải, từ đó giảm dòng điện cực đại qua các phần tử lưới điện, giảm tổn thất phát nóng theo bình phương dòng điện. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy DSM có thể giảm ≥10% nhu cầu đỉnh và tổn thất điện năng với chi phí thấp hơn nhiều so với đầu tư nguồn mới.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả của luận văn tương đồng với mức giảm tổn thất điện năng từ 5-10% khi áp dụng DSM trong lưới phân phối trung áp. Việc sử dụng phần mềm PSS/ADEPT 5.0 giúp mô phỏng chính xác các kịch bản vận hành và tính toán tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải thực tế.

Ý nghĩa của kết quả là DSM không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn giảm chi phí đầu tư và vận hành, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Các biểu đồ so sánh tổn thất điện năng theo thời gian trước và sau DSM, cùng bảng số liệu suất đầu tư công suất đặt trung bình, sẽ minh họa rõ ràng hiệu quả của DSM.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi các chương trình DSM:
    Khuyến khích Công ty Điện lực Bắc Kạn mở rộng áp dụng các giải pháp DSM như điều khiển phụ tải, thay đổi biểu giá điện (TOU), hỗ trợ khách hàng sử dụng thiết bị tiết kiệm điện. Mục tiêu giảm tổn thất điện năng ít nhất 5% trong vòng 2 năm.

  2. Nâng cao nhận thức và đào tạo khách hàng:
    Tổ chức các chương trình tuyên truyền, đào tạo về lợi ích và cách thức tham gia DSM cho khách hàng sinh hoạt và công nghiệp. Mục tiêu tăng tỷ lệ khách hàng tham gia DSM lên 30% trong 1 năm.

  3. Đầu tư nâng cấp thiết bị đo đếm và hệ thống giám sát:
    Lắp đặt đồng hồ đo đếm tổn thất tại các điểm nút quan trọng, sử dụng hệ thống giám sát từ xa để theo dõi đồ thị phụ tải và tổn thất điện năng. Thời gian thực hiện trong 3 năm, do EVN và các đơn vị phân phối phối hợp thực hiện.

  4. Phát triển chính sách hỗ trợ và ưu đãi:
    Đề xuất cơ chế ưu đãi thuế, hỗ trợ tài chính cho khách hàng đầu tư thiết bị tiết kiệm điện và tham gia DSM. Chính phủ và EVN cần phối hợp xây dựng chính sách trong vòng 1 năm tới.

  5. Nghiên cứu mở rộng mô hình DSM:
    Tiếp tục nghiên cứu áp dụng DSM cho các cấp điện áp khác và các khu vực có đặc điểm phụ tải tương tự, nhằm tối ưu hóa hiệu quả toàn hệ thống điện. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các công ty điện lực và đơn vị vận hành lưới điện:
    Giúp hiểu rõ tác động của DSM đến tổn thất điện năng và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, từ đó xây dựng kế hoạch vận hành và đầu tư hiệu quả.

  2. Các nhà hoạch định chính sách ngành điện:
    Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ DSM, biểu giá điện linh hoạt và các chương trình tiết kiệm năng lượng.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện:
    Là tài liệu tham khảo về phương pháp mô phỏng, tính toán tổn thất điện năng và ứng dụng DSM trong thực tế.

  4. Khách hàng sử dụng điện lớn và doanh nghiệp:
    Hiểu được lợi ích của DSM trong việc giảm chi phí điện năng và nâng cao hiệu quả sử dụng điện, từ đó chủ động tham gia các chương trình DSM.

Câu hỏi thường gặp

  1. DSM là gì và tại sao lại quan trọng trong ngành điện?
    DSM là tập hợp các giải pháp nhằm sử dụng điện năng hiệu quả, giảm công suất đỉnh và tổn thất điện năng. Nó giúp giảm chi phí đầu tư nguồn điện mới và nâng cao chất lượng điện năng.

  2. Tổn thất điện năng gồm những thành phần nào?
    Bao gồm tổn thất kỹ thuật (phát nóng dây dẫn, tổn thất máy biến áp) và tổn thất phi kỹ thuật (trộm cắp điện, sai số đo đếm). Tổn thất kỹ thuật phụ thuộc vào dòng điện và điện áp vận hành.

  3. Phương pháp tính tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải có ưu điểm gì?
    Phương pháp này cho phép tính toán chính xác tổn thất điện năng dựa trên biến đổi thực tế của đồ thị phụ tải, giúp đánh giá hiệu quả các giải pháp DSM.

  4. DSM ảnh hưởng như thế nào đến chi phí cung cấp điện?
    Bằng cách giảm tổn thất điện năng và công suất đỉnh, DSM giúp giảm chi phí vận hành và đầu tư, từ đó giảm chi phí cung cấp điện năng trung bình.

  5. Làm thế nào để khách hàng tham gia hiệu quả chương trình DSM?
    Khách hàng cần được tuyên truyền, hỗ trợ kỹ thuật và tài chính để sử dụng thiết bị tiết kiệm điện, thay đổi thói quen tiêu thụ điện và tham gia các chương trình điều khiển phụ tải.

Kết luận

  • DSM là giải pháp hiệu quả giúp giảm tổn thất điện năng khoảng 5-7% trên lưới điện phân phối trung áp 35 kV tỉnh Bắc Kạn.
  • Việc san bằng đồ thị phụ tải dưới tác động của DSM làm giảm suất đầu tư công suất đặt trung bình 4-6%, góp phần tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành.
  • Phương pháp tính tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải thời gian kéo dài và mô phỏng bằng PSS/ADEPT 5.0 cho kết quả chính xác và phù hợp với điều kiện thực tế.
  • Đề xuất triển khai các chương trình DSM đồng bộ, nâng cao nhận thức khách hàng và đầu tư hệ thống đo đếm để tối ưu hiệu quả.
  • Nghiên cứu tiếp theo sẽ mở rộng mô hình DSM cho các cấp điện áp khác và đánh giá tác động kinh tế xã hội tổng thể.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị điện lực cần phối hợp triển khai chương trình DSM, đồng thời tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện mô hình để nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng toàn hệ thống.