Tổng quan nghiên cứu

Tổn thất điện năng (TTĐN) trong lưới điện phân phối là một vấn đề kinh tế - kỹ thuật quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành và chi phí sản xuất điện năng. Tại tỉnh Savannakhet, CHDCND Lào, lưới điện phân phối chủ yếu vận hành ở cấp điện áp 22kV với chiều dài lưới điện ngày càng tăng, dẫn đến tổn thất điện năng trung bình dao động từ 7,24% đến 20,35% trong giai đoạn 2017-2022. Mức tổn thất này cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn quốc tế, gây áp lực lớn lên công tác quản lý và vận hành lưới điện. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích hiện trạng TTĐN trên lưới điện phân phối tỉnh Savannakhet, đánh giá các phương pháp tính toán tổn thất điện năng, đồng thời đề xuất và mô phỏng các giải pháp giảm tổn thất kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và giảm chi phí điện năng.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện phân phối do Công ty Điện lực Savannakhet quản lý, với dữ liệu thu thập từ năm 2017 đến 2022. Nghiên cứu sử dụng phần mềm PSS/SINCAL để mô phỏng và tính toán tổn thất điện năng, đồng thời đánh giá hiệu quả kinh tế của các giải pháp giảm tổn thất. Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ giúp giảm tỷ lệ tổn thất điện năng kỹ thuật mà còn góp phần nâng cao chất lượng điện áp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, đồng thời giảm áp lực đầu tư nguồn và lưới điện trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Khái niệm tổn thất điện năng (TTĐN): TTĐN được chia thành tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật. Tổn thất kỹ thuật phát sinh do đặc tính vật lý của các phần tử lưới điện như đường dây và máy biến áp, bao gồm tổn thất do dòng điện (phát nóng), tổn thất không tải và tổn thất do chất lượng điện năng. Tổn thất phi kỹ thuật liên quan đến các sai sót trong đo đếm, trộm cắp điện và các vấn đề quản lý kinh doanh.

  • Phương pháp tính toán tổn thất điện năng: Bao gồm phương pháp tính theo thời gian cực đại, hệ số tải (Load Factor) và hệ số tổn thất (Loss Factor), phương pháp đường cong tổn thất và phương pháp đo trực tiếp. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với các điều kiện và mục tiêu khác nhau.

  • Mô hình tối ưu hóa lưới điện: Sử dụng phần mềm PSS/SINCAL với các bài toán trào lưu công suất, tối ưu vị trí đặt tụ bù công suất phản kháng nhằm giảm tổn thất công suất và điện năng, đồng thời cải thiện điện áp và độ tin cậy lưới điện.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu vận hành lưới điện phân phối tỉnh Savannakhet từ năm 2017 đến 2022, bao gồm chiều dài lưới điện, số lượng máy biến áp, điện năng mua vào và tổn thất điện năng thực tế.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm PSS/SINCAL để xây dựng mô hình lưới điện phân phối tỉnh Savannakhet, thiết lập các thông số kỹ thuật như điện áp, dòng điện, phụ tải và máy biến áp. Thực hiện tính toán trào lưu công suất, xác định tổn thất công suất và điện năng, đồng thời mô phỏng các phương án tối ưu vị trí đặt tụ bù.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2023, với các bước chính gồm thu thập và xử lý số liệu, xây dựng mô hình trên PSS/SINCAL, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp giảm tổn thất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng tổn thất điện năng: Tỷ lệ tổn thất điện năng trung bình của lưới điện phân phối tỉnh Savannakhet dao động từ 7,24% đến 20,35% trong giai đoạn 2017-2022, với tổn thất công suất cực đại lên đến 3,57 MW vào năm 2017 và giảm xuống còn khoảng 0,97 MW năm 2019, sau đó tăng trở lại. Tổn thất này chủ yếu do tổn thất kỹ thuật trên đường dây và máy biến áp.

  2. Phân tích tổn thất kỹ thuật: Tổn thất công suất tác dụng chiếm phần lớn trong tổng tổn thất, nguyên nhân chính bao gồm đường dây phân phối dài, tiết diện dây dẫn nhỏ, máy biến áp vận hành quá tải và mất cân bằng pha. Tổn thất công suất phản kháng tuy ít ảnh hưởng đến điện năng nhưng làm tăng tổn thất công suất.

  3. Hiệu quả mô phỏng trên PSS/SINCAL: Việc tối ưu vị trí đặt tụ bù 50 kVAr trên lưới điện phân phối tỉnh Savannakhet giúp giảm tổn thất điện năng từ mức ban đầu khoảng 10,96% xuống còn khoảng 7,5%, tiết kiệm điện năng đáng kể. Chi phí đầu tư cho tụ bù được đánh giá hợp lý so với lợi ích kinh tế thu được trong vòng vài năm.

  4. Ứng dụng giải pháp DSM: Việc áp dụng quản lý nhu cầu điện (DSM) trong lĩnh vực công nghiệp và dân cư có thể giảm tiêu thụ điện năng từ 22-33% đối với dân cư và 35-55% đối với phụ tải công nghiệp, góp phần giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu quả sử dụng điện.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng và phân tích cho thấy tổn thất điện năng tại Savannakhet còn ở mức cao so với tiêu chuẩn quốc tế, chủ yếu do cấu trúc lưới điện phân phối còn nhiều hạn chế như chiều dài đường dây lớn, thiết bị cũ kỹ và vận hành chưa tối ưu. Việc sử dụng phần mềm PSS/SINCAL giúp mô phỏng chính xác dòng điện, điện áp và tổn thất trên từng nhánh lưới, từ đó xác định vị trí đặt tụ bù tối ưu để giảm tổn thất công suất và điện năng.

So sánh với các nghiên cứu trong khu vực, mức giảm tổn thất đạt được qua tối ưu tụ bù và DSM là tương đương hoặc cao hơn, chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất. Việc áp dụng DSM không chỉ giảm tổn thất mà còn giúp san bằng đồ thị phụ tải, giảm quá tải cục bộ và nâng cao chất lượng điện áp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tổn thất điện năng theo năm, biểu đồ so sánh tổn thất trước và sau khi tối ưu tụ bù, cũng như bảng tổng hợp chi phí đầu tư và lợi ích kinh tế của các giải pháp. Các kết quả này cung cấp cơ sở khoa học để các đơn vị quản lý lưới điện tỉnh Savannakhet và các địa phương tương tự áp dụng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa vị trí đặt tụ bù công suất phản kháng: Thực hiện lắp đặt và điều chỉnh tụ bù tại các vị trí được xác định tối ưu trên phần mềm PSS/SINCAL nhằm giảm tổn thất công suất và điện năng, nâng cao hệ số công suất trung bình lên tối thiểu 0,90. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do Công ty Điện lực Savannakhet chủ trì.

  2. Cải tạo nâng cấp lưới điện phân phối: Đầu tư cải tạo các đường dây 10kV sang vận hành ở cấp 22kV hoặc 35kV, đồng thời thay thế dây dẫn nhỏ, xuống cấp để giảm tổn thất điện trở. Kế hoạch thực hiện trong 3-5 năm, phối hợp với các cơ quan quản lý địa phương.

  3. Áp dụng giải pháp quản lý nhu cầu điện (DSM): Xây dựng chương trình DSM tập trung vào lĩnh vực công nghiệp và dân cư nhằm san bằng đồ thị phụ tải, giảm đỉnh phụ tải và tiết kiệm điện năng. Thời gian triển khai từ 1-3 năm, phối hợp với khách hàng và các đơn vị liên quan.

  4. Nâng cao công tác quản lý kỹ thuật và kinh doanh: Thực hiện kiểm định, thay thế định kỳ công tơ, nâng cấp hệ thống đo đếm chính xác, tăng cường kiểm tra chống trộm cắp điện và tuyên truyền tiết kiệm điện. Thời gian liên tục và lâu dài, do Công ty Điện lực Savannakhet và các cơ quan chức năng thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia ngành điện: Nghiên cứu cung cấp các phương pháp tính toán tổn thất điện năng và mô phỏng tối ưu lưới điện phân phối, hỗ trợ trong công tác quy hoạch và vận hành.

  2. Công ty Điện lực và các đơn vị quản lý lưới điện: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm giảm tổn thất điện năng, nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong vận hành lưới điện phân phối.

  3. Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nhà nước: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ đầu tư cải tạo lưới điện và thúc đẩy ứng dụng công nghệ quản lý nhu cầu điện.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo về các phương pháp tính toán tổn thất điện năng, ứng dụng phần mềm mô phỏng PSS/SINCAL và các giải pháp giảm tổn thất trong thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tổn thất điện năng gồm những thành phần nào?
    Tổn thất điện năng gồm tổn thất kỹ thuật (do vật lý của thiết bị như đường dây, máy biến áp) và tổn thất phi kỹ thuật (do sai sót đo đếm, trộm cắp điện). Tổn thất kỹ thuật không thể loại bỏ hoàn toàn nhưng có thể giảm thiểu, còn tổn thất phi kỹ thuật cần quản lý hành chính.

  2. Phần mềm PSS/SINCAL có ưu điểm gì trong tính toán tổn thất?
    PSS/SINCAL cho phép mô phỏng chi tiết lưới điện phân phối với số lượng biến lớn, tính toán trào lưu công suất, tối ưu vị trí đặt tụ bù và đánh giá hiệu quả kinh tế, giúp đưa ra các giải pháp vận hành tối ưu.

  3. Giải pháp DSM giúp giảm tổn thất điện năng như thế nào?
    DSM điều chỉnh nhu cầu sử dụng điện của khách hàng, san bằng đồ thị phụ tải, giảm đỉnh phụ tải và tăng hiệu quả sử dụng điện, từ đó giảm tổn thất trên lưới điện và giảm chi phí đầu tư nguồn điện.

  4. Tại sao cần cải tạo lưới điện từ 10kV lên 22kV hoặc 35kV?
    Việc nâng cấp cấp điện áp giúp giảm dòng điện trên đường dây, từ đó giảm tổn thất công suất do hiệu ứng Joule, đồng thời tăng khả năng vận hành và độ tin cậy của lưới điện.

  5. Làm thế nào để xác định vị trí đặt tụ bù tối ưu?
    Sử dụng phần mềm mô phỏng như PSS/SINCAL để tính toán trào lưu công suất, phân tích tổn thất trên từng nhánh lưới và xác định vị trí đặt tụ bù sao cho giảm tổn thất điện năng tối đa với chi phí đầu tư hợp lý.

Kết luận

  • Tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối tỉnh Savannakhet dao động từ 7,24% đến 20,35%, chủ yếu do tổn thất kỹ thuật trên đường dây và máy biến áp.
  • Các phương pháp tính toán tổn thất điện năng được đánh giá và lựa chọn phù hợp với điều kiện thực tế, trong đó phương pháp mô phỏng trên PSS/SINCAL cho kết quả chính xác và hiệu quả.
  • Giải pháp tối ưu vị trí đặt tụ bù và áp dụng quản lý nhu cầu điện (DSM) giúp giảm tổn thất điện năng đáng kể, đồng thời cải thiện chất lượng điện áp và độ tin cậy lưới điện.
  • Cần thực hiện đồng bộ các giải pháp kỹ thuật và quản lý, bao gồm cải tạo lưới điện, nâng cấp hệ thống đo đếm và tăng cường kiểm tra chống trộm cắp điện.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế các giải pháp đề xuất, theo dõi đánh giá hiệu quả và mở rộng nghiên cứu sang các tỉnh khác có điều kiện tương tự.

Hành động ngay: Các đơn vị quản lý lưới điện và nhà đầu tư cần phối hợp triển khai các giải pháp tối ưu hóa lưới điện và áp dụng công nghệ quản lý nhu cầu điện để giảm tổn thất, nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong vận hành lưới điện phân phối.