Tổng quan luận án
Công trình nghiên cứu luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điện (mã số 9520201) của nghiên cứu sinh Nguyễn Hoàng Minh Vũ, thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Võ Viết Cường và PGS. Phan Thị Thanh Bình tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tập trung vào đề tài: "Xây dựng kịch bản nguồn điện hướng tới nền kinh tế carbon thấp tại Việt Nam tới năm 2030".
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Điện năng đóng vai trò động lực đối với sự phát triển kinh tế - xã hội. Tại Việt Nam, hệ thống nguồn điện sơ cấp đối mặt với nhiều rào cản mang tính giới hạn: nguồn than đá nội địa cạn kiệt dẫn đến phụ thuộc vào than nhập khẩu theo Quyết định số 403/QĐ-TTg và Công văn số 2172/VPCP-CV; nguồn dầu mỏ có chi phí phát điện cao trên 10 US$cent/kWh; tiềm năng thủy điện quy mô lớn gần như khai thác tới hạn và tiềm ẩn tác động môi trường. Đồng thời, Quốc hội đã ban hành Nghị quyết số 31/2016/QH14 về việc dừng thực hiện chủ trương đầu tư dự án điện hạt nhân Ninh Thuận.
Việt Nam thuộc nhóm các quốc gia chịu tác động nghiêm trọng của biến đổi khí hậu (nhiệt độ tăng 0,5°C trong 50 năm qua, mực nước biển dâng trung bình 2,8 – 2,9 mm/năm). Mặc dù các chính sách phát triển năng lượng tái tạo đã ban hành như Quyết định số 24/2014/QĐ-TTg (điện sinh khối), Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg (điện mặt trời), Quyết định số 39/2018/QĐ-TTg (điện gió), cơ cấu nguồn trong Quy hoạch điện VII điều chỉnh (QHĐ VII ĐC) vẫn phân bổ tỷ trọng lớn cho nhiệt điện than (chiếm 49,3% đến 59% sản lượng điện đến năm 2030). Khoảng trống nghiên cứu được xác định là sự thiếu vắng các kịch bản nguồn điện tích hợp phân tích đồ thị phụ tải chi tiết theo giờ, đánh giá sự thâm nhập của công nghệ chiếu sáng LED, hệ thống điện mặt trời quang điện áp mái (PV rooftop) và cơ chế giảm phát thải CO2 gắn với tối ưu hóa chi phí phát điện toàn hệ thống.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát của luận án là xây dựng kịch bản nguồn điện hướng tới nền kinh tế carbon thấp tại Việt Nam tới năm 2030 nhằm bảo đảm an ninh cung cấp điện gắn với các ràng buộc giảm phát thải khí nhà kính.
Năm nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:
- Dự báo nhu cầu điện năng tiêu thụ của Việt Nam (GWh) đến năm 2030.
- Dự báo nhu cầu công suất đỉnh ($P_{max}$) của hệ thống điện Việt Nam đến năm 2030.
- Phân nhóm và dự báo đồ thị phụ tải giờ của hệ thống điện Việt Nam đến năm 2030.
- Đề xuất các kịch bản nguồn điện, bao gồm các kịch bản "xanh" có sự tham gia của các nguồn năng lượng tái tạo, công nghệ chiếu sáng LED và hệ thống điện mặt trời PV áp mái.
- Xây dựng mô hình toán tối ưu hóa nhằm xác định cấu trúc nguồn phát tối ưu về chi phí và tính toán lượng phát thải CO2 tương ứng cho từng kịch bản.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Nhu cầu phụ tải điện quốc gia (điện năng tiêu thụ, công suất đỉnh, hình dạng đồ thị phụ tải theo giờ) và cơ cấu các dạng nguồn điện trong hệ thống điện Việt Nam (thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện khí/dầu, năng lượng tái tạo).
- Phạm vi không gian: Toàn bộ hệ thống điện hợp nhất của Việt Nam.
- Phạm vi thời gian: Thu thập và phân tích dữ liệu quá khứ giai đoạn 1990 – 2018; thực hiện tính toán dự báo và mô phỏng tối ưu hóa cho các mốc thời gian 2020, 2025 và 2030.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu trước đây
Luận án đã tổng quan các phương pháp và mô hình xây dựng kịch bản năng lượng trên thế giới và tại Việt Nam:
- Tổ chức Năng lượng Quốc tế (IEA): Ứng dụng mô hình năng lượng toàn cầu WEM (World Energy Model) trong các ấn bản Triển vọng Năng lượng Thế giới (WEO), kết hợp dự báo nhu cầu năng lượng theo ngành và tối ưu hóa cân bằng cung - cầu.
- Tập đoàn British Petroleum (BP): Phân tích các kịch bản chuyển dịch năng lượng toàn cầu dựa trên mối quan hệ giữa tăng trưởng GDP và nhu cầu nhiên liệu hóa thạch, năng lượng tái tạo.
- Nghiên cứu tại các quốc gia đang phát triển: Các nghiên cứu kịch bản năng lượng tại Pakistan (kịch bản REF, RET, CCM, EEC), Malaysia (sử dụng mô hình LEAP với các kịch bản ET, PN, PR, PV-S), và Thái Lan.
- Phương pháp truyền thống tại Việt Nam: Phương pháp của Viện Năng lượng trong QHĐ VII và QHĐ VII điều chỉnh sử dụng các phương pháp dự báo trực tiếp (theo đối tượng tiêu thụ), gián tiếp (dựa trên hệ số đàn hồi GDP, cường độ năng lượng) và phần mềm chuyên dụng để dự báo biểu đồ phụ tải.
- Kỹ thuật phân nhóm và dự báo đồ thị phụ tải: Các công trình nghiên cứu sử dụng thuật toán K-means (KM), Fuzzy K-means (FKM), phân tầng (HC), bản đồ tự tổ chức Kohonen (SOM), mạng nơ-ron tích chập mờ (FCNN), phân loại véc-tơ hỗ trợ (SVC), và lượng tử hóa véc-tơ tương hợp (AVQ).
Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết
Các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam chủ yếu dựa vào mối quan hệ tuyến tính giữa nhu cầu điện với GDP mà chưa kiểm định sâu về tính dừng và quan hệ đồng liên kết giữa các chuỗi biến số kinh tế vĩ mô. Dự báo công suất đỉnh dài hạn thường mang tính quy đổi cơ học từ điện năng thương phẩm. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách:
- Thiết lập mô hình kinh tế lượng trên nền tảng hàm sản xuất Cobb - Douglas để dự báo nhu cầu GWh dựa trên các biến số dân số, thu nhập và số hộ gia đình.
- Ứng dụng mạng nơ-ron truyền thẳng lan truyền ngược (FFBP) trong dự báo dài hạn $P_{max}$.
- Đề xuất quy trình phân nhóm đồ thị phụ tải giờ thành 8 dạng đồ thị đặc trưng phục vụ cho việc lập bài toán tối ưu hóa cấu trúc nguồn theo từng giờ trong năm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và khái niệm
- Khái niệm Nền kinh tế carbon thấp (Low-Carbon Economy - LCE): Xuất phát từ Nhật Bản năm 2006 và mở rộng trong khối OECD, định nghĩa nền kinh tế kết hợp hài hòa giữa tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường, giảm cường độ phát thải khí nhà kính (GHG), khuyến khích công nghệ carbon thấp và sử dụng năng lượng hiệu quả.
- Hàm sản xuất Cobb - Douglas mở rộng: Ứng dụng trong kinh tế lượng để mô hình hóa mối quan hệ phi tuyến giữa tiêu thụ điện năng ($Y$) và các biến độc lập gồm thu nhập bình quân đầu người, dân số và quy mô hộ gia đình.
- Lý thuyết mạng nơ-ron nhân tạo: Mô hình mạng nơ-ron truyền thẳng lan truyền ngược (Feed-Forward Back Propagation - FFBP) với giải thuật học có giám sát để xấp xỉ hàm phi tuyến phức tạp trong dự báo phụ tải đỉnh.
Phương pháp nghiên cứu định lượng
- Kỹ thuật phân tích kinh tế lượng: Thực hiện kiểm định nghiệm đơn vị Augmented Dickey-Fuller (ADF) và Phillips-Perron (P-P) để kiểm tra tính dừng của chuỗi số liệu; sử dụng kiểm định đồng liên kết Johansen (Trace Statistic) để xác định mối quan hệ cân bằng dài hạn; ước lượng các tham số phương trình hồi quy logarit tự nhiên.
- Kỹ thuật mạng nơ-ron nhân tạo: Thiết kế cấu trúc mạng FFBP với các lớp ẩn, lựa chọn hàm truyền sigmoid/tansig, huấn luyện tham số bằng thuật toán lan truyền ngược với tập dữ liệu quá khứ và kiểm định sai số qua chỉ số MAPE.
- Kỹ thuật phân tích cụm (Clustering): Phân tích hình dạng đồ thị phụ tải 8.760 giờ trong năm, chuẩn hóa về hệ đơn vị tương đối (p.u.) theo $P_{max}$, phân loại thành 8 nhóm đồ thị đặc trưng dựa trên các yếu tố ngày làm việc, ngày nghỉ cuối tuần, ngày Tết và nhóm tháng.
- Phương pháp tối ưu hóa toán học: Thiết lập bài toán quy hoạch tuyến tính nguyên/thực, sử dụng phần mềm LINDO (Linear, INteractive, and Discrete Optimiser) với hàm mục tiêu cực tiểu hóa tổng chi phí phát điện quy dẫn toàn hệ thống theo chu kỳ giờ, thỏa mãn các ràng buộc vận hành và cân bằng năng lượng.
Hàm mục tiêu: Min Z = Tổng chi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng và nhiên liệu
Ràng buộc:
- Cân bằng công suất phát và phụ tải từng giờ cho 8 dạng đồ thị đặc trưng
- Giới hạn công suất đặt cực đại của từng loại hình nhà máy điện
- Ràng buộc dự trữ quay và dự trữ công suất hệ thống
- Giới hạn tốc độ thay đổi công suất (ramp rate) giữa 2 giờ liên tiếp (%/giờ)
- Hệ số phụ tải và tính khả dụng của các nguồn năng lượng tái tạo
- Ràng buộc trần phát thải CO2 và cơ chế bù trừ chi phí phát thải
Nguồn tư liệu và dữ liệu
Dữ liệu sử dụng trong luận án được trích xuất từ:
- Niên giám thống kê của Tổng cục Thống kê Việt Nam (dân số, thu nhập, số hộ gia đình, GDP).
- Báo cáo vận hành hệ thống điện của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0), Viện Năng lượng.
- Các văn bản quy phạm pháp luật: Quyết định số 428/QĐ-TTg (QHĐ VII điều chỉnh), Quyết định số 2068/QĐ-TTg (Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo), Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg, Quyết định số 39/2018/QĐ-TTg.
- Báo cáo quốc tế từ Ngân hàng Thế giới (WB), Quỹ Tiền tệ Quốc tế (IMF), Báo cáo biến đổi khí hậu của IPCC và tài liệu khảo sát bức xạ mặt trời, tốc độ gió ven biển miền Trung Việt Nam.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Đặc điểm kinh tế xã hội - tiêu thụ & sản xuất điện năng tại Việt Nam
Chương 1 phân tích bối cảnh địa lý, khí hậu nhiệt đới gió mùa và tình hình kinh tế - xã hội của Việt Nam. Giai đoạn 2011 – 2014, tăng trưởng GDP đạt 5,72%/năm; năm 2015 đạt 6,8%; quý I/2018 đạt 7,65%. Dân số tính đến 01/4/2019 đạt 96.208.984 người; số hộ gia đình đạt 26,9 triệu hộ; thu nhập bình quân đầu người tăng từ 100 USD (năm 1990) lên trên 2.300 USD (năm 2017).
Về sử dụng năng lượng, hệ số đàn hồi điện năng trong giai đoạn 2001 – 2018 dao động từ 1,47 đến gần 2,0; cường độ sử dụng điện ở mức cao (500 – 800 kWh/1.000 USD). Về sản xuất điện, theo QHĐ VII điều chỉnh, tổng điện năng sản xuất dự kiến đạt 265 TWh (2020), 400 TWh (2025) và 575 TWh (2030), trong đó nhiệt điện than chiếm tỷ trọng chi phối (49,3% - 59%). Chương này cũng trình bày thực trạng biến đổi khí hậu tại Việt Nam (nhiệt độ tăng 0,5°C trong 50 năm, kịch bản IPCC A2 dự báo mực nước biển dâng tới 78 – 95 cm vào năm 2100) và làm rõ sự cần thiết phải chuyển dịch cơ cấu nguồn điện hướng tới nền kinh tế carbon thấp sau khi dừng dự án điện hạt nhân Ninh Thuận.
| Chỉ số kinh tế - năng lượng Việt Nam |
Giai đoạn 2001 - 2005 |
Giai đoạn 2006 - 2010 |
Giai đoạn 2011 - 2015 |
Năm 2018 |
| Tăng trưởng GDP bình quân (%/năm) |
7,51 |
6,32 |
5,91 |
7,08 |
| Tăng trưởng điện thương phẩm (%/năm) |
14,90 |
14,20 |
11,10 |
10,14 |
| Hệ số đàn hồi điện năng |
1,98 |
2,25 |
1,88 |
1,47 |
| Cường độ điện năng (kWh/1.000 USD) |
509 |
612 |
720 |
785 |
Chương 2. Phương pháp xây dựng kịch bản phát điện
Chương 2 trình bày mục tiêu, nhiệm vụ và tổng quan các phương pháp xây dựng kịch bản năng lượng trên thế giới (mô hình WEM của IEA, kịch bản BP, mô hình LEAP ứng dụng tại Malaysia và Pakistan) cùng phương pháp lập quy hoạch phát triển điện lực của Viện Năng lượng Việt Nam.
Nội dung trọng tâm là đề xuất lưu đồ phương pháp nghiên cứu 5 bước của luận án:
- Dự báo tổng điện năng tiêu thụ (GWh) bằng mô hình kinh tế lượng Cobb - Douglas.
- Dự báo công suất cực đại $P_{max}$ bằng mạng nơ-ron FFBP.
- Phân nhóm dữ liệu phụ tải quá khứ thành 8 dạng đồ thị phụ tải đặc trưng theo giờ.
- Xây dựng 4 kịch bản phát triển nguồn điện kết hợp các giả định về giá nhiên liệu, năng lượng tái tạo, công nghệ đèn LED và PV áp mái.
- Giải bài toán quy hoạch tối ưu chi phí phát điện bằng phần mềm LINDO để xác định cấu trúc nguồn phát và mức phát thải CO2.
Chương 3. Dự báo nhu cầu điện
Chương 3 thực hiện các nội dung tính toán dự báo nhu cầu phụ tải của hệ thống điện Việt Nam đến năm 2030:
- Dự báo điện năng tiêu thụ (GWh): Sử dụng mô hình Cobb - Douglas. Kết quả kiểm định thống kê cho thấy GDP và tỷ trọng công nghiệp/dịch vụ không có tác động trực tiếp mang ý nghĩa thống kê rõ rệt trong mô hình hồi quy. Ba biến số có ảnh hưởng chi phối là: thu nhập bình quân đầu người, dân số và số hộ gia đình.
- Dự báo công suất đỉnh ($P_{max}$): Ứng dụng mô hình mạng nơ-ron FFBP với dữ liệu quá khứ.
- Phân nhóm và dự báo đồ thị phụ tải giờ: Dữ liệu 8.760 giờ được phân tích và gom cụm thành 8 đồ thị phụ tải đặc trưng đại diện cho các ngày làm việc, ngày nghỉ cuối tuần và ngày Tết theo từng nhóm tháng trong năm.
| Mốc thời gian |
Nhu cầu điện năng dự báo Cobb - Douglas (GWh) |
Công suất đỉnh dự báo mạng FFBP ($P_{max}$ - MW) |
So sánh với QHĐ VII điều chỉnh (GWh) |
So sánh với QHĐ VII điều chỉnh (MW) |
| Năm 2020 |
230.195 – 230.268 |
40.332 – 40.558 |
235.000 |
42.080 |
| Năm 2025 |
349.949 |
60.835 |
352.000 |
63.471 |
| Năm 2030 |
511.268 |
87.558 |
506.000 |
90.651 |
Chương 4. Xây dựng kịch bản và cấu trúc phát điện tối ưu
Chương 4 thiết lập và giải bài toán tối ưu hóa nguồn điện dựa trên 4 kịch bản nghiên cứu:
- Kịch bản BAU (Business As Usual): Kịch bản cơ sở phát triển theo xu hướng hiện tại.
- Kịch bản Low Green (LG): Giả định tỷ lệ năng lượng tái tạo tham gia ở mức thấp, giá nhiên liệu thấp, nhu cầu phụ tải thấp.
- Kịch bản High Green (HG): Giả định tỷ lệ năng lượng tái tạo cao (theo Quyết định số 2068/QĐ-TTg), giá nhiên liệu hóa thạch cao, nhu cầu phụ tải giảm mạnh do sự thâm nhập của đèn LED và điện mặt trời PV áp mái.
- Kịch bản Crisis: Tỷ lệ năng lượng tái tạo thấp, giá nhiên liệu cao, nhu cầu phụ tải thấp (mô phỏng tình huống bất lợi).
| Thông số kịch bản |
Kịch bản BAU |
Kịch bản LG |
Kịch bản HG |
Kịch bản Crisis |
| Tỷ trọng năng lượng tái tạo |
Theo QHĐ VII ĐC |
Mức thấp |
Mức cao (QĐ 2068) |
Mức thấp |
| Mặt bằng giá nhiên liệu |
Cơ sở |
Thấp |
Cao |
Cao |
| Nhu cầu phụ tải điện |
Cơ sở |
Thấp |
Giảm do LED & PV mái |
Thấp |
| Thâm nhập LED và PV áp mái |
Không tính đến |
Thấp |
Rất cao |
Thấp |
Sử dụng phần mềm LINDO giải bài toán tối ưu chi phí phát điện thu được kết quả:
- Thủy điện: Công suất lắp đặt đạt 18,1 – 18,2 GW (năm 2020), 18,6 GW (năm 2025) và 21,2 GW (năm 2030). Sản lượng phát điện năm 2020 là 66,3 TWh và năm 2030 là 68,6 TWh; tỷ trọng sản lượng giảm từ 25,3% xuống 11,9% do giới hạn tiềm năng nguồn.
- Nhiệt điện than: Công suất lắp đặt ở kịch bản HG năm 2020, 2025, 2030 lần lượt là 15,8 GW, 24,6 GW và 38,9 GW; trong khi ở kịch bản BAU tương ứng là 17,0 GW, 29,3 GW và 49,9 GW. Tỷ trọng công suất than chiếm 27,8% đến 40,6% và sản lượng chiếm 44,3% đến 57,6%.
- Nhiệt điện khí: Công suất lắp đặt đạt xấp xỉ 9,2 – 9,5 GW (2020), 15,6 GW (2025) và 23,2 GW (2030), chiếm tỷ trọng 16,6% – 20,3% tổng công suất và cung cấp khoảng 19% sản lượng điện.
- Giảm phát thải CO2: Lượng phát thải của kịch bản HG thấp hơn kịch bản BAU là 5,7% (năm 2020), 19,7% (năm 2025) và 27,1% (năm 2030).
- Chi phí phát điện: Kịch bản nhiên liệu thấp cho giá phát điện 4,35 – 5,52 US$cent/kWh; kịch bản nhiên liệu cao cho giá phát điện 6,03 – 7,76 US$cent/kWh. Khi kịch bản HG được tính toán doanh thu từ bán giảm phát thải CO2, chi phí phát điện giảm khoảng 10%, tiệm cận chi phí của kịch bản Crisis vào năm 2030.
Chương 5. Tóm tắt – Kết luận – Kiến nghị
Chương này tổng hợp toàn bộ các kết quả đạt được về mặt phương pháp luận và số liệu tính toán tối ưu; khẳng định tính khả thi của lộ trình phát triển nguồn điện xanh; đồng thời đề xuất các kiến nghị chính sách nhằm hoàn thiện khung pháp lý cho năng lượng tái tạo và cơ chế định giá carbon tại Việt Nam.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp về mặt lý luận và khoa học
- Mô hình hóa nhu cầu điện: Lần đầu tiên áp dụng mô hình kinh tế lượng trên nền tảng hàm sản xuất Cobb - Douglas kết hợp kiểm định tính dừng và đồng liên kết để dự báo nhu cầu điện năng tiêu thụ dài hạn tại Việt Nam, chứng minh định lượng vai trò của thu nhập, dân số và quy mô hộ gia đình thay vì giả định tuyến tính theo GDP.
- Dự báo công suất đỉnh: Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo truyền thẳng lan truyền ngược FFBP trong bài toán dự báo $P_{max}$ dài hạn của hệ thống điện quốc gia.
- Phân nhóm phụ tải chi tiết: Xây dựng phương pháp phân nhóm dữ liệu phụ tải giờ thành 8 đồ thị phụ tải đặc trưng đại diện cho chu kỳ vận hành năm, giải quyết bài toán đưa biến động phụ tải giờ vào mô hình tối ưu nguồn điện dài hạn.
- Mô hình tối ưu hóa tích hợp: Thiết lập mô hình toán tối ưu chi phí phát điện có ràng buộc kỹ thuật vận hành giờ (ramp-rate, dự trữ quay) đồng thời tích hợp yếu tố chi phí/doanh thu phát thải CO2 trên phần mềm LINDO.
Đóng góp về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất
- Cung cấp kịch bản định lượng: Cung cấp tập số liệu chi tiết về cơ cấu công suất đặt, sản lượng phát điện, mức phát thải CO2 và chi phí phát điện cho các cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Công Thương, Viện Năng lượng, EVN) phục vụ công tác rà soát, lập quy hoạch phát triển điện lực quốc gia.
- Đánh giá hiệu quả công nghệ mới: Định lượng mức độ tiết giảm phụ tải đỉnh và điện năng tiêu thụ khi áp dụng rộng rãi công nghệ chiếu sáng LED và điện mặt trời PV áp mái trong khu vực dân dụng và thương mại.
- Giải pháp thị trường carbon: Chứng minh việc tham gia cơ chế trao đổi hạn ngạch/tín chỉ phát thải CO2 giúp kịch bản năng lượng sạch High Green giảm 10% chi phí phát điện, tăng tính cạnh tranh kinh tế so với các kịch bản sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án
- Quá trình thu thập số liệu thống kê về biến động số hộ gia đình gặp khó khăn do dữ liệu quản lý tách hộ tự phát chưa được cập nhật liên tục giữa các kỳ tổng điều tra dân số.
- Dự báo công suất đỉnh $P_{max}$ bằng mạng nơ-ron FFBP ở bước đầu chưa tích hợp trực tiếp các yếu tố thâm nhập của công nghệ mới (đèn LED, PV áp mái) mà phải xử lý qua các bước giả định suy giảm phụ tải tiếp theo.
- Thông số bức xạ mặt trời và tốc độ gió đầu vào trong mô hình tối ưu hóa chủ yếu thu thập đại diện tại khu vực ven biển miền Trung, chưa bao phủ chi tiết toàn bộ các tiểu vùng khí hậu trên cả nước.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Mở rộng mô hình dự báo và tối ưu hóa chi tiết cho từng vùng miền địa lý (Bắc, Trung, Nam) có xét đến giới hạn truyền tải của lưới điện liên kết siêu cao áp 500kV.
- Nghiên cứu bổ sung tác động của hệ thống lưu trữ năng lượng (Battery Energy Storage Systems - BESS) và thủy điện tích năng đối với độ ổn định của hệ thống khi tỷ trọng năng lượng tái tạo biến đổi (VRE) tăng cao.
- Hoàn thiện mô hình toán kinh tế năng lượng có xét đến thị trường điện cạnh tranh hoàn chỉnh (thị trường bán buôn và bán lẻ điện cạnh tranh) và thị trường giao dịch hạn ngạch phát thải carbon nội địa.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho các nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Năng lượng, Kinh tế năng lượng: Tham khảo phương pháp luận kết hợp kinh tế lượng (Cobb - Douglas), trí tuệ nhân tạo (mạng FFBP) và quy hoạch tối ưu hóa tuyến tính (LINDO) trong bài toán quy hoạch hệ thống điện.
- Giảng viên và nhà khoa học: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuyên đề về quy hoạch phát triển nguồn điện, mô hình hóa hệ thống năng lượng và phân tích kinh tế - kỹ thuật các nguồn năng lượng tái tạo.
- Cơ quan quản lý nhà nước và đơn vị tư vấn chính sách (Bộ Công Thương, Cục Điều tiết Điện lực, Viện Năng lượng, EVN): Tham khảo cơ sở dữ liệu dự báo, cấu trúc nguồn tối ưu và cơ chế đánh giá phát thải khí nhà kính để xây dựng các kịch bản Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia (PDP) và chính sách chuyển dịch năng lượng công bằng.
- Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất: Quy trình phân nhóm 8 đồ thị phụ tải đặc trưng tại Chương 3 và phương pháp thiết lập hàm mục tiêu chi phí kết hợp ràng buộc kỹ thuật vận hành giờ tại Chương 4.
Câu hỏi thường gặp
1. Yếu tố nào có tác động lớn nhất đến nhu cầu điện năng tiêu thụ (GWh) của Việt Nam theo mô hình dự báo của luận án?
Theo kết quả ước lượng mô hình kinh tế lượng trên nền tảng hàm sản xuất Cobb - Douglas của luận án, nhu cầu điện năng tiêu thụ tại Việt Nam không chịu tác động trực tiếp rõ ràng bởi tổng GDP hay tỷ trọng công nghiệp - dịch vụ trong cơ cấu GDP. Ba yếu tố có tác động chi phối và mang ý nghĩa thống kê rõ rệt nhất là: (1) Thu nhập bình quân đầu người, (2) Quy mô dân số, và (3) Số lượng hộ gia đình.
2. Nhu cầu điện năng và công suất đỉnh của hệ thống điện Việt Nam đến năm 2030 được luận án dự báo là bao nhiêu?
Luận án dự báo nhu cầu điện năng tiêu thụ của Việt Nam qua các mốc thời gian 2020, 2025 và 2030 lần lượt là 230.195 – 230.268 GWh, 349.949 GWh và 511.268 GWh. Công suất cực đại ($P_{max}$) của hệ thống điện quốc gia tương ứng cho các năm 2020, 2025 và 2030 được dự báo lần lượt là 40.332 – 40.558 MW, 60.835 MW và 87.558 MW (kết quả này tương đồng với các số liệu công bố trong Quy hoạch điện VII điều chỉnh).
3. Luận án đề xuất những kịch bản nguồn điện nào và kịch bản nào được coi là kịch bản "xanh"?
Luận án đề xuất 4 kịch bản phát triển nguồn điện gồm: (1) Business As Usual (BAU) - kịch bản cơ sở; (2) Low Green (LG) - kịch bản xanh mức thấp; (3) High Green (HG) - kịch bản xanh mức cao; và (4) Crisis - kịch bản khủng hoảng/bất lợi. Trong đó, hai kịch bản LG và HG là các kịch bản "xanh" với sự gia tăng tỷ trọng của năng lượng tái tạo cùng sự cắt giảm phụ tải nhờ công nghệ chiếu sáng LED và điện mặt trời PV áp mái.
4. Kịch bản High Green (HG) giúp cắt giảm bao nhiêu phần trăm lượng phát thải CO2 so với kịch bản cơ sở BAU?
Nhờ sự đóng góp tỷ trọng lớn của các nguồn năng lượng tái tạo cùng việc tiết giảm nhu cầu điện từ đèn LED và hệ thống PV áp mái, lượng phát thải CO2 trong kịch bản High Green (HG) thấp hơn so với kịch bản BAU lần lượt là 5,7% vào năm 2020, 19,7% vào năm 2025 và 27,1% vào năm 2030.
5. Cơ chế bán tín chỉ/hạn ngạch phát thải CO2 tác động như thế nào đến chi phí phát điện của kịch bản High Green?
Kết quả tính toán tối ưu hóa trên phần mềm LINDO chỉ ra rằng khi kịch bản High Green (HG) được áp dụng cơ chế bán lượng giảm phát thải CO2 trên thị trường, tổng chi phí phát điện quy dẫn của hệ thống sẽ giảm khoảng 10%. Mức giảm này giúp chi phí phát điện của kịch bản phát điện xanh HG tiệm cận với chi phí phát điện của kịch bản Crisis vào năm 2030.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Nguyễn Hoàng Minh Vũ đã giải quyết bài toán quy hoạch cấu trúc nguồn điện Việt Nam giai đoạn đến năm 2030 theo định hướng nền kinh tế carbon thấp. Bằng việc kết hợp mô hình kinh tế lượng Cobb - Douglas, mạng nơ-ron nhân tạo FFBP, kỹ thuật phân nhóm 8 đồ thị phụ tải đặc trưng và công cụ tối ưu hóa tuyến tính LINDO, công trình đã xây dựng thành công 4 kịch bản nguồn điện định lượng. Kết quả nghiên cứu chứng minh tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế của kịch bản phát điện xanh High Green, cho phép giảm tới 27,1% lượng phát thải CO2 vào năm 2030 so với kịch bản cơ sở, đồng thời cung cấp luận cứ khoa học tin cậy phục vụ công tác hoạch định chính sách năng lượng quốc gia.