Đặt vấn đề: Bất kỳ quốc gia nào muốn phát triển cũng phải phát triển các ngành công nghiệp chủ lực trong đó điện là ngành năng lƣợng luôn đi đầu để hỗ trợ, thúc đẩy các ngành khác phát triển. Để đảm bảo vấn đề an ninh năng lƣợng thì công tác dự báo phụ tải, quy hoạch phát triển hệ thống điện là khâu then chốt, trọng tâm xuyên suốt cả quá trình phát triển ngành điện nói riêng và của cả nền kinh tế nói chung. Đây là công việc rất khó khăn phức tạp vì nhiều lý do nhƣ các dữ liệu đầu vào chỉ là các số liệu dự báo trong tƣơng lai, nó phụ thuộc nhiều vào tình hình kinh tế và chính trị toàn cầu cũng nhƣ các chính sách kinh tế vĩ mô của các chính phủ; một khó khăn nữa là trong thực tế thƣờng xuất hiện các mâu thuẫn nhƣ phải giảm chi phí nhƣng lại muốn tăng độ tin cậy, những mâu thuẫn mà một bên là các yếu tố kỹ thuật cần đảm bảo, một bên là các vấn đề về kinh tế phải đáp ứng. Nếu công tác dự báo phụ tải, quy hoạch thực hiện không tốt thì có thể dẫn đến tình trạng không đủ nguồn cung cấp cho tải làm cho hệ thống vận hành mất cân đối, mất ổn định hay ngƣợc lại có thể dƣ một lƣợng công suất lớn không đƣợc khai thác hết gây tốn kém, lãng phí trong đầu tƣ.
Ngoài việc đảm bảo vấn đề an ninh năng lƣợng, quy hoạch hệ thống điện còn phải thỏa mãn tính kinh tế nghĩa là tổng kinh phí cho phƣơng án đƣợc chọn phải là nhỏ nhất. Tức là mọi phƣơng án đều quy về bài toán tối ƣu. Quy hoạch hệ thống điện bao gồm quy hoạch phát triển nguồn, quy hoạch phát triển lƣới, quy hoạch phát triển trạm (truyền tải và phân phối).2 Hƣớng tiếp cận của đề tài: Đã có nhiều mô hình toán học khác nhau đƣợc áp dụng để giải bài toán quy hoạch nguồn, mỗi mô hình có những đặc trƣng khác nhau. Do nhu cầu phát triển kinh tế rất lớn nên một số mô hình trƣớc đây thƣờng không xét đến yếu tố môi trƣờng khi xây dựng các nhà máy điện.
Ngày nay trong xu thế chung của toàn thế giới, việc phát triển kinh tế phải đi đôi với bảo vệ môi trƣờng, do đó công tác quy hoạch phải xét đến yếu tố này.3 Mục tiêu của đề tài: Giới thiệu một mô hình tính toán mới và sử dụng các phƣơng pháp quy hoạch tối ƣu (quy hoạch nguyên, quy hoạch động) để giải bài toán quy hoạch phát triển nguồn, xét ảnh hƣởng của các thông số đến kết quả bài toán.4 Ý nghĩa của đề tài: Việc xây dựng mô hình toán với nhiều điều kiện ràng buộc phù hợp với thực tế nên có thể đƣợc áp dụng để giải quyết bài toán quy hoạch phát triển nguồn trong tƣơng lai. HVTH: Phạm Hoàng Nam Mân Trang 5 [Type the document title] 1.5 Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình toán học để giải bài toán quy hoạch phát triển nguồn. Hàm mục tiêu là min của tổng chi phí (bao gồm chi phí lắp đặt, vận hành, chi phí nhiên liệu). Hàm ràng buộc bao gồm ràng buộc về đảm bảo nhu cầu điện năng, ràng buộc về công suất tối đa, ràng buộc về độ dự trữ công suất, ràng buộc về nhiên liệu, ràng buộc về môi trƣờng.
Sử dụng các phƣơng pháp quy hoạch tối ƣu (quy hoạch nguyên, quy hoạch động) để giải bài toán quy hoạch phát triển nguồn trong dài hạn. Khảo sát ảnh hƣởng của các thông số đến kết quả bài toán. Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, bài toán quy hoạch phát triển nguồn là xác định loại nhà máy nào, công suất bao nhiêu, đƣa vào vận hành ở năm nào mà không xét đến hệ thống truyền tải (nghĩa là xem hệ thống chỉ có một nút, không xét đến tổn thất truyền tải), nhu cầu phụ tải đã cho trƣớc. HVTH: Phạm Hoàng Nam Mân Trang 6 [Type the document title] CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về quy hoạch nguồn: Bất cứ mọi hoạt động nào trong xã hội đều phải cần đến năng lƣợng.
Nhu cầu sử dụng năng lƣợng của con ngƣời rất lớn và rất đa dạng. Xe muốn chạy thì phải có xăng dầu; máy móc muốn hoạt động sản xuất thì phải có năng lƣợng quay động cơ; phải có nhiệt lƣợng để nấu chín thức ăn; phải có năng lƣợng để thắp sáng, sƣởi ấm,. Năng lƣợng trên trái đất có thể nói là vô tận, tồn tại ở khắp mọi nơi dƣới nhiều hình thức khác nhau, vấn đề là chúng ta có phát hiện ra chúng và sử dụng chúng nhƣ thế nào. Có nhiều dạng năng lƣợng khác nhau nhƣ cơ năng, nhiệt năng, hóa năng, quang năng,.
Điện năng đƣợc sản xuất từ các nguồn năng lƣợng sơ cấp nhƣ than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên, năng lƣợng thủy triều, năng lƣợng sóng biển, năng lƣợng dòng hải lƣu, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời,. rồi từ điện năng có thể chuyển hóa thành mọi dạng năng lƣợng khác tùy theo nhu cầu sử dụng của con ngƣời. Theo định hƣớng, chiến lƣợc phát triển của nền kinh tế nói chung và của từng ngành nghề, lĩnh vực nói riêng mà có đƣợc nhu cầu năng lƣợng cần thiết. Từ nhu cầu năng lƣợng của toàn bộ xã hội ta xác định đƣợc nhu cầu điện năng cần thiết, từ đó có thể quy hoạch, tính toán cấu trúc hệ thống điện sao cho vừa thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật, vừa thỏa mãn về tính kinh tế, đảm bảo vấn đề an ninh năng lƣợng, đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải một cách liên tục, ổn định trong mọi trƣờng hợp yêu cầu.
Ngày nay, hệ thống điện đƣợc xem là hệ thống lớn nhất do con ngƣời tạo ra, nó bao gồm những thiết bị nhỏ nhất nhƣ bóng đèn, cái quạt đến những thiết bị lớn hơn nhƣ máy biến áp lực, máy phát điện. Công tác quy hoạch chỉ quan tâm đến các phần tử chính yếu của hệ thống nhƣ nhà máy phát điện, mạng truyền tải, mạng phân phối, trạm điện, và thông số không thể thiếu là tổng nhu cầu phụ tải. Quy hoạch không quan tâm đến chi tiết các phần tử thiết kế mà chỉ quan tâm đến công suất, vị trí lắp đặt chúng. Việc dự báo phụ tải là khâu vô cùng quan trọng trong công tác quy hoạch, nó quyết định sự thành công hay thất bại của toàn bộ công trình.
Nếu dự báo phụ tải không chính xác thì cho dù với những mô hình tính toán hợp lý, với những công cụ toán học hiện đại vẫn dẫn đến kết quả không phù hợp thực tế. Nếu dự báo trong thời gian ngắn thì có thể căn cứ vào tình hình thời tiết, khí hậu, các chƣơng trình vui chơi giải trí,. nếu dự báo trong thời gian dài thì phải xem xét đến nhiều yếu tố khác nhƣ mức tăng trƣởng GDP, mức độ tăng dân số, các chính sách kinh tế vĩ mô của chính phủ, thậm chí cả tình hình kinh tế chính trị trên toàn thế giới. Quy hoạch hệ thống điện bao gồm: quy hoạch phát triển nguồn, quy hoạch phát triển lƣới, quy hoạch phát triển trạm.
Trong quy hoạch phát triển lƣới có quy hoạch phát triển lƣới truyền tải, quy hoạch phát triển lƣới phân phối, quy hoạch phát triển lƣới địa HVTH: Phạm Hoàng Nam Mân Trang 7 [Type the document title] phƣơng. Tƣơng tự, trong quy hoạch phát triển trạm có quy hoạch phát triển trạm truyền tải, quy hoạch phát triển trạm phân phối. Nếu trong quá trình quy hoạch, các giai đoạn đƣợc xem xét độc lập nhau thì gọi là quy hoạch tĩnh; còn các giai đoạn đƣợc xem xét liên quan với nhau thì gọi là quy hoạch động. Vì trong quy hoạch tĩnh ta xem xét các giai đoạn độc lập nhau do đó kết quả bài toán so với thực tế đôi khi không phù hợp.
Thƣờng quy hoạch tĩnh chỉ phục vụ cho những công việc mang tính cấp bách, tạm thời. Nếu quy hoạch trong khoảng thời gian ngắn thì gọi là quy hoạch ngắn hạn, còn nếu quy hoạch trong thời gian dài thì gọi là quy hoạch dài hạn. Ở dạng bài toán này các giai đoạn đều có liên quan với nhau. Chi phí ở từng giai đoạn khác nhau là khác nhau, tùy thuộc vào giá vật tƣ, giá nhiên liệu ở từng thời điểm cũng nhƣ tốc độ trƣợt giá và lãi suất ngân hàng.
Để việc tính toán đƣợc chính xác và có thể so sánh đƣợc với nhau thì mọi chi phí ở các thời điểm khác nhau đều đƣợc quy về cùng một thời điểm. Trong bài toán quy hoạch nguồn, việc chọn cấu trúc tối ƣu nguồn điện là quan trọng nhất mà thực chất là tính toán phân bố công suất cho từng nhà máy, trong từng thời kỳ sao cho mục tiêu đạt đƣợc là tổng chi phí nhỏ nhất với các ràng buộc nhƣ ràng buộc về công suất, ràng buộc về điện năng, ràng buộc về môi trƣờng, ràng buộc về nhiên liệu,. Khác với hầu hết các dạng năng lƣợng khác, điện năng không thể tích trữ đƣợc do đó công suất nguồn trong bài toán quy hoạch nguồn không đƣợc quá dƣ (gây lãng phí) hay quá thiếu (không đủ cung cấp cho tải). Các nhà máy khác nhau với các loại nhiên liệu sử dụng khác nhau, suất đầu tƣ khác nhau, chi phí vận hành bão dƣỡng khác nhau,.
tạo ra sự khác biệt trong giá thành sản xuất điện năng. Có loại nhà máy suất đầu tƣ thấp nhƣng chi phí vận hành bão dƣỡng cao, có nhà máy suất đầu tƣ cao nhƣng chi phí vận hành bão dƣỡng thấp. Có nhà máy sử dụng nhiên liệu rẻ tiền nhƣng mức độ gây ô nhiễm môi trƣờng cao hơn nhà máy sử dụng nhiên liệu đắt tiền. Có nhà máy suất đầu tƣ thấp, chi phí vận hành bão dƣỡng thấp nhƣng thời gian sử dụng (tuổi thọ) ngắn hơn so với nhà máy có suất đầu tƣ và chi phí vận hành bão dƣỡng cao hơn.
Nói chung, các loại nhà máy khác nhau với các thông số kỹ thuật khác nhau, chi phí lắp đặt vận hành khác nhau tạo ra rất nhiều phƣơng án chọn lựa trong quá trình giải bài toán quy hoạch nguồn, tuy nhiên phƣơng án đƣợc chọn phải là phƣơng án tối ƣu tức là chi phí thấp nhất (tính trong cả quá trình quy hoạch). Để giải bài toán quy hoạch nguồn đƣợc chính xác thì cần phải có các thông số chính xác của các nhà máy nằm trong quy hoạch nhƣ suất đầu tƣ, suất chi phí vận hành, suất tiêu hao nhiên liệu, mức độ gây ô nhiễm môi trƣờng, thời gian ngƣng máy để bão trì, sửa chữa hàng năm, tuổi thọ nhà máy,.
