Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh toàn cầu hiện nay, nguồn năng lượng sơ cấp như than, dầu, khí ngày càng cạn kiệt, trong khi nhu cầu sử dụng điện và biến đổi khí hậu vẫn không ngừng gia tăng. Tại Việt Nam, đặc biệt là TP. Cần Thơ, nhu cầu điện liên tục tăng cao, nhất là trong các tháng nắng nóng từ tháng 3 đến tháng 5, dẫn đến tình trạng quá tải cục bộ trên lưới điện phân phối. Mặc dù Công ty Điện lực TP. Cần Thơ đã đầu tư nâng cấp hạ tầng, nhưng vẫn chưa đáp ứng kịp tốc độ tăng trưởng phụ tải, gây ra nguy cơ sự cố và ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện.

Luận văn tập trung nghiên cứu các giải pháp thực hiện chương trình quản lý nhu cầu (Demand Side Management - DSM) nhằm tối ưu hóa việc sử dụng điện, giảm áp lực đầu tư xây dựng mới và nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối tại TP. Cần Thơ. Nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích phụ tải và phân tích thành phần phụ tải dựa trên dữ liệu thu thập từ 117 điểm đo mẫu đại diện cho 5 thành phần phụ tải chính theo quy định của Bộ Công Thương. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dữ liệu năm 2023, đặc biệt là ngày có công suất đỉnh trong tháng 4, nhằm phản ánh chính xác đặc điểm sử dụng điện của từng thành phần phụ tải.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ giúp Công ty Điện lực TP. Cần Thơ triển khai hiệu quả các giải pháp DSM mà còn góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất và thúc đẩy phát triển bền vững ngành điện trong khu vực. Các chỉ số như tỉ trọng điện năng tiêu thụ của các thành phần phụ tải, thời gian xuất hiện công suất cực đại, và các đặc trưng đồ thị phụ tải được phân tích chi tiết để làm cơ sở xây dựng các giải pháp quản lý phù hợp.

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:

  • Lý thuyết quản lý nhu cầu điện (DSM): DSM là tập hợp các giải pháp kỹ thuật, công nghệ, kinh tế và xã hội nhằm điều chỉnh và tối ưu hóa nhu cầu sử dụng điện của khách hàng, góp phần cân bằng biểu đồ phụ tải, giảm công suất đỉnh và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.

  • Mô hình phân tích thành phần phụ tải: Phân chia phụ tải thành các nhóm chính như Nông nghiệp - Lâm nghiệp - Thủy sản, Công nghiệp - Xây dựng, Thương mại - Dịch vụ, Sinh hoạt dân dụng và các hoạt động khác, từ đó phân tích đặc tính tiêu thụ điện riêng biệt của từng nhóm.

  • Lý thuyết xác suất và thống kê: Áp dụng để tính toán các đặc trưng của đồ thị phụ tải ngày như thời gian xuất hiện công suất cực đại (Tmax), công suất cực tiểu (Tmin), công suất trung bình (Ttb), và các hệ số điền kín (Ktb) và không đồng đều (Kmin) nhằm xây dựng đồ thị phụ tải điển hình cho từng thành phần phụ tải.

Các khái niệm chính bao gồm: công suất cực đại, công suất trung bình, công suất cực tiểu, đồ thị phụ tải ngày, hệ số phụ tải, và các chương trình điều chỉnh phụ tải (Demand Response - DR).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu được thu thập từ 117 điểm đo mẫu đại diện cho các thành phần phụ tải tại TP. Cần Thơ trong năm 2023, thông qua hệ thống đo ghi từ xa MDAS với chu kỳ lấy mẫu 30 phút. Dữ liệu bao gồm công suất và điện năng tiêu thụ theo giờ trong ngày.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp kết hợp giữa tính toán các đặc trưng đồ thị phụ tải ngày với lý thuyết xác suất và thống kê để xây dựng đồ thị phụ tải điển hình cho từng thành phần phụ tải. Các bước thực hiện gồm: thu thập và phân loại số liệu, xác định đặc trưng thời gian công suất cực đại, cực tiểu và trung bình, tính toán các hệ số điền kín và không đồng đều, xây dựng đồ thị phụ tải điển hình và phân tích cơ cấu thành phần phụ tải tham gia vào đồ thị tổng thể.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2023, tập trung vào phân tích dữ liệu trong ngày có công suất đỉnh cao nhất của tháng 4/2023 (ngày 18/04/2023), nhằm phản ánh chính xác đặc điểm phụ tải trong điều kiện vận hành bình thường.

  • Lý do lựa chọn phương pháp: Phương pháp kết hợp được chọn vì có độ chính xác cao, phù hợp với dữ liệu thu thập được và khả năng thực hiện trong điều kiện thực tế của Công ty Điện lực TP. Cần Thơ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Cơ cấu phụ tải điện tại TP. Cần Thơ:

    • Thành phần Công nghiệp - Xây dựng chiếm khoảng 48,6% tổng điện năng tiêu thụ năm 2023.
    • Sinh hoạt dân dụng chiếm khoảng 36,8%.
    • Thương mại - Dịch vụ chiếm khoảng 7,2%.
    • Nông, Lâm nghiệp, Thủy sản chiếm khoảng 2%.
    • Các hoạt động khác chiếm khoảng 5,4%.
      Số liệu này cho thấy phụ tải Công nghiệp và Sinh hoạt dân dụng là hai thành phần chính ảnh hưởng lớn đến biểu đồ phụ tải.

  2. Đặc trưng đồ thị phụ tải khu vực Sinh hoạt dân dụng:

    • Công suất cực đại xuất hiện chủ yếu vào khoảng 20h-21h với giá trị Pmax khoảng 9.088 kW.
    • Công suất trung bình (Ptb) và cực tiểu (Pmin) lần lượt chiếm khoảng 79% và 59% của Pmax trong khung giờ 13-24h.
    • Thời gian công suất cực đại (Tmax) và cực tiểu (Tmin) được xác định rõ ràng, giúp xây dựng đồ thị phụ tải điển hình chính xác.

  3. Đặc trưng đồ thị phụ tải khu vực Nông, Lâm nghiệp, Thủy sản:

    • Tỉ trọng điện năng tiêu thụ thấp nhất trong các thành phần, khoảng 2%.
    • Công suất cực đại và điện năng tiêu thụ phân bố không đồng đều trong ngày, chủ yếu tập trung vào các giờ sáng và chiều.
    • Đặc điểm này cho thấy tiềm năng điều chỉnh phụ tải trong khu vực này còn hạn chế nhưng vẫn cần được quản lý hợp lý.

  4. Hiệu quả của chương trình DSM và DR:

    • Các chương trình điều chỉnh phụ tải thí điểm tại TP. Hồ Chí Minh đã đạt được công suất tiết giảm lên đến 513 MW trong năm 2019, với tổng điện năng tiết giảm 6,3 triệu kWh.
    • Tỉ lệ công suất tiết giảm thực tế so với đăng ký còn thấp, cho thấy cần tăng cường cơ chế khuyến khích và hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật để mở rộng quy mô.

Thảo luận kết quả

Kết quả phân tích cho thấy sự phân bố phụ tải không đồng đều giữa các thành phần, đặc biệt là sự chiếm ưu thế của phụ tải Công nghiệp và Sinh hoạt dân dụng. Điều này dẫn đến biểu đồ phụ tải có đỉnh cao và thấp rõ rệt, gây áp lực lớn lên lưới điện phân phối trong các giờ cao điểm. Việc xây dựng đồ thị phụ tải điển hình dựa trên dữ liệu thực tế và lý thuyết xác suất giúp Công ty Điện lực TP. Cần Thơ có cơ sở khoa học để triển khai các giải pháp DSM phù hợp với từng nhóm phụ tải.

So với các nghiên cứu và chương trình DSM tại các thành phố lớn khác như TP. Hồ Chí Minh, kết quả tại TP. Cần Thơ tương đồng về cơ cấu phụ tải và các đặc trưng phụ tải ngày. Tuy nhiên, do quy mô và mức độ phát triển khác nhau, các giải pháp cần được điều chỉnh phù hợp với điều kiện địa phương.

Việc áp dụng các chương trình DSM như điều chỉnh phụ tải đỉnh, dịch chuyển biểu đồ phụ tải và sử dụng điện hiệu quả không chỉ giúp giảm áp lực đầu tư nguồn và lưới điện mới mà còn góp phần giảm phát thải khí nhà kính, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững. Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phụ tải ngày của từng thành phần và biểu đồ tổng hợp để minh họa sự thay đổi công suất theo thời gian, hỗ trợ việc ra quyết định.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai chương trình điều chỉnh phụ tải (DR) theo nhóm phụ tải:

    • Tập trung vào các khách hàng công nghiệp và sinh hoạt dân dụng có công suất tiêu thụ lớn trong giờ cao điểm.
    • Mục tiêu giảm công suất đỉnh ít nhất 10% trong các tháng nắng nóng (3-5).
    • Thời gian thực hiện: từ năm 2024 đến 2026.
    • Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực TP. Cần Thơ phối hợp với các khách hàng lớn.

  2. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển phụ tải từ xa (DRMS):

    • Đầu tư nâng cấp hạ tầng đo đếm điện tử và hệ thống thu thập dữ liệu thời gian thực.
    • Mục tiêu nâng cao độ chính xác và khả năng phản ứng nhanh trong điều chỉnh phụ tải.
    • Thời gian thực hiện: 2024-2025.
    • Chủ thể thực hiện: Tổng Công ty Điện lực miền Nam và Công ty Điện lực TP. Cần Thơ.

  3. Tuyên truyền và nâng cao nhận thức sử dụng điện tiết kiệm:

    • Triển khai các chiến dịch truyền thông, đào tạo khách hàng về lợi ích và cách thức tham gia DSM.
    • Mục tiêu tăng tỷ lệ khách hàng tham gia chương trình DSM lên trên 30% trong 3 năm tới.
    • Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực TP. Cần Thơ phối hợp với các tổ chức xã hội.

  4. Xây dựng cơ chế khuyến khích tài chính và chính sách hỗ trợ:

    • Đề xuất các chính sách ưu đãi, giảm giá điện hoặc hỗ trợ đầu tư thiết bị tiết kiệm điện cho khách hàng tham gia DSM.
    • Mục tiêu tạo động lực mạnh mẽ để khách hàng chủ động tham gia.
    • Thời gian thực hiện: 2024-2027.
    • Chủ thể thực hiện: Bộ Công Thương, EVN và các đơn vị liên quan.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý ngành điện:

    • Lợi ích: Hiểu rõ cơ cấu phụ tải và các giải pháp DSM phù hợp để hoạch định chính sách và kế hoạch phát triển lưới điện.
    • Use case: Xây dựng kế hoạch đầu tư và vận hành lưới điện phân phối tại các thành phố tương tự.

  2. Các kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật điện:

    • Lợi ích: Áp dụng phương pháp phân tích phụ tải và xây dựng đồ thị phụ tải điển hình trong công tác vận hành và bảo trì lưới điện.
    • Use case: Thiết kế các chương trình điều chỉnh phụ tải và tối ưu hóa vận hành hệ thống điện.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện:

    • Lợi ích: Nắm bắt kiến thức về DSM, phương pháp nghiên cứu phụ tải và ứng dụng lý thuyết xác suất trong phân tích phụ tải.
    • Use case: Tham khảo để phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan đến quản lý nhu cầu điện.

  4. Các doanh nghiệp và khách hàng sử dụng điện lớn:

    • Lợi ích: Hiểu rõ lợi ích và cách thức tham gia các chương trình DSM để tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sử dụng điện.
    • Use case: Tham gia chương trình điều chỉnh phụ tải nhằm nhận các ưu đãi và giảm chi phí điện năng.

Câu hỏi thường gặp

  1. DSM là gì và tại sao cần triển khai tại TP. Cần Thơ?
    DSM (Demand Side Management) là chương trình quản lý nhu cầu điện nhằm điều chỉnh và tối ưu hóa việc sử dụng điện của khách hàng. Tại TP. Cần Thơ, nhu cầu điện tăng cao gây quá tải lưới điện, DSM giúp giảm áp lực này, nâng cao độ tin cậy và hiệu quả sử dụng điện.

  2. Phương pháp nghiên cứu phụ tải được áp dụng như thế nào?
    Phương pháp kết hợp sử dụng dữ liệu đo đếm từ các điểm mẫu, áp dụng lý thuyết xác suất và thống kê để xây dựng đồ thị phụ tải điển hình cho từng thành phần phụ tải, từ đó phân tích cơ cấu và đặc tính sử dụng điện.

  3. Các thành phần phụ tải chính tại TP. Cần Thơ là gì?
    Bao gồm: Công nghiệp - Xây dựng (~48,6%), Sinh hoạt dân dụng (~36,8%), Thương mại - Dịch vụ (~7,2%), Nông - Lâm - Thủy sản (~2%), và các hoạt động khác (~5,4%).

  4. Lợi ích của chương trình điều chỉnh phụ tải (DR) là gì?
    DR giúp giảm công suất đỉnh trong giờ cao điểm, giảm chi phí đầu tư nguồn và lưới điện mới, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm phát thải khí nhà kính.

  5. Làm thế nào để khách hàng tham gia chương trình DSM?
    Khách hàng có thể đăng ký tham gia qua Công ty Điện lực, được hướng dẫn sử dụng thiết bị điều khiển phụ tải hoặc áp dụng các chính sách giá điện theo thời gian sử dụng, đồng thời nhận các ưu đãi tài chính.

Kết luận

  • Nhu cầu điện tại TP. Cần Thơ tăng nhanh, đặc biệt trong các tháng nắng nóng, gây áp lực lớn lên lưới điện phân phối.
  • Phân tích cơ cấu phụ tải cho thấy Công nghiệp và Sinh hoạt dân dụng chiếm tỷ trọng lớn nhất, ảnh hưởng chính đến biểu đồ phụ tải.
  • Phương pháp kết hợp giữa dữ liệu đo đếm và lý thuyết xác suất giúp xây dựng đồ thị phụ tải điển hình chính xác cho từng thành phần phụ tải.
  • Các giải pháp DSM, đặc biệt là chương trình điều chỉnh phụ tải, có tiềm năng lớn trong việc giảm công suất đỉnh và nâng cao hiệu quả sử dụng điện.
  • Đề xuất triển khai đồng bộ các giải pháp kỹ thuật, chính sách khuyến khích và nâng cao nhận thức khách hàng để thực hiện thành công chương trình DSM tại TP. Cần Thơ.

Next steps: Triển khai thí điểm các giải pháp DSM trong năm 2024, đồng thời hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật và cơ chế chính sách hỗ trợ. Mời các đơn vị liên quan phối hợp nghiên cứu và áp dụng các kết quả này để phát triển bền vững ngành điện địa phương.