Tổng quan nghiên cứu

Tổn thất điện năng (TTĐN) trên lưới điện phân phối là một trong những thách thức lớn đối với ngành điện Việt Nam, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh tế và chất lượng cung cấp điện. Theo báo cáo của ngành điện, tỷ lệ tổn thất điện năng trên lưới phân phối đã giảm từ 7,04% năm 2018 xuống còn 6,35% năm 2020, thấp hơn kế hoạch đề ra là 6,5%. Tuy nhiên, tại Điện lực Nông Cống, tỷ lệ này vẫn còn ở mức cao, khoảng 7,09% năm 2020, vượt ngưỡng cho phép và gây ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động sản xuất kinh doanh. Lưới điện phân phối tại đây có đặc điểm bán kính cấp điện trung hạ thế lớn, đường dây vận hành lâu năm, nhiều tuyến dây vận hành quá tải, dẫn đến tổn thất điện năng cao.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích hiện trạng tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối tại Điện lực Nông Cống, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm giảm thiểu tổn thất, nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện trung hạ áp trên địa bàn huyện Nông Cống, tỉnh Thanh Hóa, trong giai đoạn 2018-2020. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ công tác quản lý vận hành, góp phần thực hiện mục tiêu giảm tổn thất điện năng của Tổng Công ty Điện lực miền Bắc và Công ty Điện lực Thanh Hóa, đồng thời nâng cao chất lượng dịch vụ điện năng cho khách hàng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản về tổn thất điện năng trong hệ thống điện, bao gồm:

  • Khái niệm tổn thất điện năng: TTĐN là sự chênh lệch giữa điện năng sản xuất và điện năng tiêu thụ tại phụ tải trong một khoảng thời gian nhất định. TTĐN được phân loại thành tổn thất kỹ thuật (do đặc tính vật lý của thiết bị và đường dây) và tổn thất thương mại (do quản lý, đo đếm và kinh doanh điện năng).

  • Phân loại tổn thất kỹ thuật: gồm tổn thất phụ thuộc dòng điện (phát nhiệt trên dây dẫn, máy biến áp) và tổn thất phụ thuộc điện áp (tổn thất không tải, vầng quang điện, rò điện).

  • Các giải pháp giảm tổn thất: bao gồm giải pháp kỹ thuật như nâng cấp dây dẫn, thay thế máy biến áp, bù công suất phản kháng, tối ưu hóa cấu trúc lưới điện; và giải pháp quản lý vận hành như kiểm soát tải, nâng cao chất lượng đo đếm.

  • Phần mềm PSS/ADEPT: công cụ mô phỏng và phân tích lưới điện phân phối, hỗ trợ tính toán tổn thất công suất, phân bố công suất, tối ưu hóa vị trí đặt tụ bù, phân tích độ tin cậy và sóng hài.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thu thập số liệu thực tế và mô phỏng trên phần mềm PSS/ADEPT:

  • Nguồn dữ liệu: số liệu kỹ thuật và kinh doanh của Điện lực Nông Cống giai đoạn 2018-2020, bao gồm thông số đường dây, trạm biến áp, công suất tiêu thụ, tỷ lệ tổn thất điện năng, dữ liệu vận hành và đo đếm.

  • Phương pháp phân tích: xây dựng mô hình lưới điện phân phối trên PSS/ADEPT, thực hiện tính toán phân bố công suất (Load Flow), mô phỏng tổn thất điện năng trên các tuyến dây trung hạ thế và máy biến áp, đánh giá hiệu quả các giải pháp giảm tổn thất.

  • Timeline nghiên cứu: thu thập và xử lý số liệu trong năm 2021, mô phỏng và phân tích trong quý đầu năm 2022, đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn trong quý II năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tỷ lệ tổn thất điện năng còn cao: Tỷ lệ TTĐN tại Điện lực Nông Cống giảm từ 8,16% năm 2018 xuống còn 7,09% năm 2020, tuy có cải thiện nhưng vẫn vượt mức trung bình toàn công ty (6,33% năm 2020). Tổn thất chủ yếu tập trung ở lưới trung áp (4,1%) và lưới hạ áp (4,84%).

  2. Bán kính cấp điện lớn và đường dây xuống cấp: Bán kính cấp điện trung thế lên đến gần 50 km, hạ thế trên 600 m, vượt quy định kỹ thuật. Đường dây vận hành lâu năm, nhiều đoạn dây dẫn bị lão hóa, gây tổn thất điện năng tăng cao. Độ sụt áp cuối tuyến trung thế có nơi lên đến 8,57%, vượt ngưỡng cho phép.

  3. Máy biến áp vận hành không hiệu quả: 123 máy biến áp vận hành trên 15 năm, trong đó 29 máy bị quá tải và 17 máy vận hành non tải, làm tăng tổn thất không tải và tổn thất có tải. Tỷ lệ máy biến áp quá tải chiếm khoảng 18% tổng số máy.

  4. Phân bố phụ tải không đồng đều: Phụ tải chủ yếu là dân cư (chiếm khoảng 57%), tiếp theo là công nghiệp xây dựng (35%). Công suất cực đại tăng khoảng 10%/năm, với thời gian sử dụng công suất cực đại khoảng 7.000 giờ/năm, gây áp lực lớn lên lưới điện.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tổn thất điện năng cao tại Điện lực Nông Cống là do đặc điểm địa lý rộng, bán kính cấp điện lớn, kết hợp với lưới điện trung hạ thế vận hành lâu năm, nhiều thiết bị xuống cấp. So với các nghiên cứu trong ngành, tỷ lệ tổn thất tại đây cao hơn mức trung bình của Tổng công ty Điện lực miền Bắc, phản ánh nhu cầu cấp thiết trong việc cải tạo, nâng cấp lưới điện.

Việc sử dụng phần mềm PSS/ADEPT cho phép mô phỏng chính xác tổn thất trên từng phần tử lưới điện, từ đó xác định các điểm tổn thất lớn để ưu tiên đầu tư. Kết quả mô phỏng cho thấy giảm bán kính cấp điện và thay thế máy biến áp cũ có thể giảm tổn thất điện năng từ 0,5% đến 1,0%, tương đương hàng trăm nghìn kWh mỗi năm.

Biểu đồ phụ tải 24 giờ điển hình cho thấy công suất cực đại tập trung vào buổi sáng và tối, gợi ý cần có các giải pháp quản lý tải hợp lý để giảm tổn thất trong giờ cao điểm. Bảng số liệu tổn thất theo cấp điện áp và theo tuyến dây cũng cho thấy sự phân bố không đồng đều, cần có kế hoạch cải tạo từng khu vực cụ thể.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thu ngắn bán kính cấp điện trung hạ thế: Đầu tư xây dựng thêm các trạm biến áp 110kV và trạm phân phối để giảm chiều dài đường dây, từ đó giảm tổn thất trên dây dẫn. Mục tiêu giảm bán kính cấp điện trung thế xuống dưới 30 km trong giai đoạn 2021-2023, do Điện lực Nông Cống phối hợp với Công ty Điện lực Thanh Hóa thực hiện.

  2. Thay thế máy biến áp vận hành lâu năm và quá tải: Ưu tiên thay thế 29 máy biến áp quá tải và 123 máy biến áp trên 15 năm tuổi, sử dụng máy biến áp có hiệu suất cao, vật liệu lõi thép vô định hình để giảm tổn thất không tải và có tải. Thời gian thực hiện dự kiến trong 3 năm tới.

  3. Nâng cấp và cải tạo lưới điện hạ thế: Thay thế dây dẫn hạ thế đã xuống cấp, bọc hóa các đoạn dây trần, giảm bán kính cấp điện hạ thế dưới 600 m, đảm bảo độ an toàn và giảm tổn thất. Thực hiện kiểm tra, bảo trì định kỳ và thay thế thiết bị bảo vệ, tụ bù hư hỏng.

  4. Tối ưu hóa vận hành và bù công suất phản kháng: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để theo dõi trào lưu công suất, điều chỉnh thông số tụ bù trung hạ thế phù hợp, giảm tổn thất công suất phản kháng. Thực hiện đo dòng tải định kỳ hàng quý và thay thế tụ bù suy giảm dung lượng.

  5. Nâng cao chất lượng đo đếm và quản lý thương mại điện năng: Kiểm tra, kiểm định định kỳ hệ thống đo đếm, thay thế công tơ điện tử chính xác cao, ngăn chặn hiện tượng lấy cắp điện, sai sót trong nghiệp vụ kinh doanh. Tăng cường giám sát và xử lý vi phạm kịp thời.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các đơn vị quản lý và vận hành lưới điện phân phối: Như các công ty điện lực địa phương, phòng kỹ thuật vận hành, để áp dụng các giải pháp giảm tổn thất phù hợp với đặc điểm lưới điện và phụ tải địa phương.

  2. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý năng lượng: Giúp xây dựng các chính sách, quy định về quản lý tổn thất điện năng, đầu tư phát triển hạ tầng điện lực hiệu quả, phù hợp với mục tiêu phát triển bền vững.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điện, quản lý năng lượng: Cung cấp tài liệu tham khảo về lý thuyết tổn thất điện năng, phương pháp mô phỏng và các giải pháp kỹ thuật thực tiễn trong quản lý lưới điện phân phối.

  4. Các nhà thầu, tư vấn thiết kế và cung cấp thiết bị điện: Hỗ trợ trong việc lựa chọn thiết bị, công nghệ phù hợp để giảm tổn thất điện năng, nâng cao hiệu quả vận hành và chất lượng điện năng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tổn thất điện năng là gì và tại sao cần giảm?
    Tổn thất điện năng là phần điện năng bị mất mát trong quá trình truyền tải và phân phối do các yếu tố kỹ thuật và phi kỹ thuật. Giảm tổn thất giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả kinh tế của ngành điện.

  2. Nguyên nhân chính gây tổn thất điện năng tại Điện lực Nông Cống là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là bán kính cấp điện lớn, đường dây và máy biến áp vận hành lâu năm, nhiều thiết bị quá tải hoặc non tải, cùng với chất lượng đo đếm chưa đồng bộ và hiện tượng mất cân bằng pha.

  3. Phần mềm PSS/ADEPT có vai trò gì trong nghiên cứu?
    PSS/ADEPT là công cụ mô phỏng lưới điện phân phối, giúp tính toán tổn thất công suất, phân bố công suất, tối ưu vị trí đặt tụ bù và phân tích độ tin cậy, từ đó hỗ trợ đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp giảm tổn thất hiệu quả.

  4. Giải pháp nào ưu tiên thực hiện để giảm tổn thất điện năng?
    Ưu tiên đầu tư thu ngắn bán kính cấp điện, thay thế máy biến áp cũ và quá tải, cải tạo lưới điện hạ thế, đồng thời nâng cao chất lượng đo đếm và quản lý vận hành lưới điện.

  5. Làm thế nào để theo dõi hiệu quả các giải pháp giảm tổn thất?
    Theo dõi thông số vận hành qua hệ thống đo đếm từ xa, sử dụng phần mềm mô phỏng để đánh giá tổn thất trước và sau khi thực hiện giải pháp, kết hợp kiểm tra định kỳ và báo cáo kết quả giảm tổn thất hàng năm.

Kết luận

  • Tổn thất điện năng tại Điện lực Nông Cống còn ở mức cao, chủ yếu do đặc điểm lưới điện phân phối có bán kính cấp điện lớn, thiết bị vận hành lâu năm và phụ tải tăng nhanh.
  • Phần mềm PSS/ADEPT là công cụ hiệu quả trong việc mô phỏng, phân tích và đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối.
  • Các giải pháp ưu tiên bao gồm thu ngắn bán kính cấp điện, thay thế máy biến áp cũ, cải tạo lưới điện hạ thế và nâng cao chất lượng đo đếm, quản lý vận hành.
  • Việc thực hiện các giải pháp này cần có lộ trình rõ ràng, ưu tiên đầu tư hợp lý nhằm đạt mục tiêu giảm tổn thất điện năng dưới 6% trong giai đoạn 2021-2023.
  • Khuyến nghị các đơn vị quản lý điện lực, nhà nghiên cứu và các bên liên quan áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành lưới điện phân phối, góp phần phát triển bền vững ngành điện Việt Nam.

Hành động tiếp theo là triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả và cập nhật mô hình mô phỏng để điều chỉnh phù hợp với thực tế vận hành.