Nghiên cứu cơ sở khoa học nâng cao hiệu quả vận hành phát điện các hồ chứa bậc thang trong thị trường điện cạnh tranh áp dụng cho lưu vực sông chu

Thủy điện đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. 170 trang · Trường Đại học Thủy lợi · 2019.

• Tác giả: Lê Quốc Hưng
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Kỳ Nam
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nâng Cao Hiệu Quả Vận Hành Phát Điện Các Hồ Chứa Bậc Thang Trong Thị Trường Điện Cạnh Tranh
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
• Danh mục các từ viết tắt
• Giải thích các thuật ngữ
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
• Đối tƣợng nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• Nội dung nghiên cứu
• Phƣơng pháp nghiên cứu
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• Ý nghĩa khoa học
• Ý nghĩa thực tiễn
• Cấu trúc của luận án
• 1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH BẬC THANG HỒ CHỨA VÀ THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH
• 1.1. Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa trên thế giới
• 1.1.1. Các bƣớc xây dựng mô hình toán học
• 1.1.2. Các nghiên cứu tối ƣu và mô hình hóa hệ thống hồ chứa
• 1.2. Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa tại Việt Nam
• 1.2.1. Một số nghiên cứu vận hành hồ chứa ở Việt Nam
• 1.2.2. Một số nghiên cứu liên quan đến lƣu vực sông Mã và sông Chu
• 1.2.3. Các quy trình vận hành liên hồ chứa trên hệ thống sông Mã
• 1.3. Giới thiệu chung về thị trƣờng phát điện cạnh tranh
• 1.3.1. Tổng quan về thị trƣờng điện cạnh tranh trên thế giới
• 1.3.2. Tổng quan về thị trƣờng điện cạnh tranh ở Việt Nam
• 1.3.3. Tổng quan về giá bán điện trên thị trƣờng điện cạnh tranh ở Việt Nam
• 1.3.4. Quá trình tham gia thị trƣờng điện cạnh tranh của NMTĐ Hủa Na và Cửa Đạt
• 1.3.5. Một số tồn tại và khó khăn của các NMĐ khi tham gia thị trƣờng điện cạnh tranh
• 1.4. Định hƣớng nghiên cứu của luận án
• 1.5. Kết luận chƣơng 1
• 2. CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH PHÁT ĐIỆN CÁC HỒ CHỨA BẬC THANG TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH
• 2.1. Phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu trong vận hành liên hồ chứa
• 2.1.1. Phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu
• 2.1.2. Các dạng bài toán vận hành liên hồ chứa
• 2.2. Phƣơng pháp giải bài toán QHĐ
• 2.2.1. Lựa chọn cách tiếp cận
• 2.2.2. Các đặc trƣng của QHĐ
• 2.3. Tính toán điều tiết tối ƣu hồ chứa nƣớc của trạm thủy điện bằng QHĐ
• 2.3.1. Mô hình tính toán đơn hồ
• 2.3.2. Mô hình toán hai hồ bậc thang
• 2.4. Mô hình tối ƣu cho các hồ chứa bậc thang
• 2.4.1. Các vấn đề cần giải quyết
• 2.4.2. Hàm mục tiêu
• 2.4.3. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
• 2.5. Phƣơng pháp xây dựng và giải bài toán vận hành liên hồ chứa lƣu vực sông Chu
• 2.5.1. Xây dựng bài toán tối ƣu vận hành bậc thang hồ chứa phát điện trong điều kiện tham gia thị trƣờng điện cạnh tranh
• 2.5.2. Lựa chọn thời đoạn tính toán, năm tính toán và giá bán điện
• 2.6. Sơ đồ khối và các hệ phƣơng trình tính toán thủy điện bậc thang
• 2.6.1. Các bƣớc tính toán khi biết mực nƣớc đầu và cuối thời đoạn:
• 2.6.2. Thời đoạn tính toán
• 2.6.4. Cách chuyển giai đoạn tính cho các thời đoạn kế tiếp
• 2.7. Xây dựng chƣơng trình tính toán
• 2.7.1. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình
• 2.7.2. Mô tả các khối tính toán
• 2.7.3. Mô tả khối tính toán chính
• 2.7.4. Mô tả khối tính toán tạo biên mực nƣớc
• 2.8. Kết luận chƣơng 2
• 3. CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH XU HƢỚNG VẬN HÀNH CHO BẬC THANG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG CHU
• 3.1. Đặc điểm vận hành và các tồn tại trên lƣu vực sông Chu
• 3.1.1. Đặc điểm dòng chảy
• 3.1.2. Hệ thống các hồ chứa trên lƣu vực
• 3.1.3. Nhu cầu dùng nƣớc trên lƣu vƣc sông Chu
• 3.1.4. Các yếu tố tác động đến vận hành hồ chứa trên lƣu vƣc sông Chu
• 3.2. Xây dựng BĐĐP kết hợp đảm bảo phát Qc để tạo biên mực nƣớc thƣợng lƣu cho tính toán liên hồ chứa
• 3.2.1. Hồ sơ thiết kế và quy trình hiện hành
• 3.2.2. Đề xuất và áp dụng mô hình tính toán liên hồ chứa trong thị trƣờng điện cạnh tranh
• 3.3. Xây dựng và sử dụng đƣờng đảm bảo phát Qc để tạo biên mực nƣớc thƣợng lƣu cho tính toán liên hồ chứa
• 3.3. Các kịch bản giá
• 3.3.1. Giá biến đổi theo sản lƣợng (Kịch Bản 1)
• 3.3.2. Giá biến đổi theo lũy tích số giờ bán điện (Kịch Bản 2)
• 3.4. Kết quả tính toán Kịch bản 1 (giá biến đổi theo sản lƣợng điện tháng)
• 3.4.1. Đƣờng diễn biến mực nƣớc thƣợng lƣu
• 3.4.2. Các tổ hợp mực nƣớc đầu tháng
• 3.4.3. Sử dụng kết quả để vận hành đơn hồ (trong mùa cạn)
• 3.4.4. Sử dụng kết quả để vận hành đơn hồ (trong mùa lũ)
• 3.4.5. Sử dụng kết quả để vận hành liên hồ (trong mùa cạn)
• 3.4.6. Sử dụng kết quả để vận hành liên hồ (trong mùa lũ)
• 3.4.7. Tổng doanh thu và sản lƣợng điện khi áp giá biến đổi theo Kịch bản 1
• 3.4.8. So sánh kết quả của hai hàm mục tiêu tổng doanh thu liên hồ và đơn hồ lớn nhất
• 3.5. Kết quả tính toán Kịch bản 2 (giá biến đổi theo lũy tích số giờ bán điện)
• 3.5.1. Diễn biến mực nƣớc một số năm gần đây
• 3.5.2. So sánh kết quả vận hành tối ƣu liên hồ chứa với thực tế
• 3.6. Chọn kịch bản giá điện áp dụng cho bậc thang và chỉ dẫn vận hành khi vận hành trong thị trƣờng điện cạnh tranh
• 3.6.1. Chọn kịch bản giá điện
• 3.6.2. Chỉ dẫn vận hành
• 3.7. Kết luận chƣơng 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Những kết quả đạt đƣợc của luận án
• Những đóng góp mới của luận án
• Những hạn chế của luận án và định hƣớng nghiên cứu tiếp theo
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Vận Hành Hồ Chứa Bậc Thang Thị Trường Điện

Thủy điện đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Theo quy hoạch, tổng công suất thủy điện sẽ đạt 27.800 MW vào năm 2030, chiếm tỷ trọng đáng kể trong cơ cấu nguồn điện. Việc khai thác hiệu quả các nhà máy thủy điện (NMTĐ) hiện có, đồng thời xây dựng quy trình vận hành tối ưu, là vấn đề cấp thiết. Điều này bao gồm việc cân bằng các lợi ích sử dụng nước, tận dụng tối đa nguồn thủy năng, và giảm thiểu tác động tiêu cực đến hạ lưu. Thị trường điện cạnh tranh (VCGM) ở Việt Nam đã chính thức vận hành từ năm 2012, tạo cơ hội cho các NMTĐ chủ động điều tiết để tối đa hóa doanh thu, đồng thời tuân thủ các quy định pháp lý. Tuy nhiên, thị trường điện Việt Nam có những đặc thù riêng, đòi hỏi các nghiên cứu chuyên sâu để nâng cao hiệu quả vận hành.

1.1. Nghiên cứu Vận Hành Hồ Chứa Bậc Thang Trên Thế Giới

Các nghiên cứu trên thế giới tập trung vào xây dựng mô hình toán học, tối ưu hóa hệ thống hồ chứa, và mô hình hóa thủy lực. Các phương pháp như Quy hoạch động (QHĐ), Quy hoạch phi tuyến (QHPT), và các thuật toán tối ưu hóa được áp dụng rộng rãi. Mục tiêu là tìm ra phương án vận hành tối ưu, cân bằng giữa phát điện, cấp nước, và phòng lũ. Các nghiên cứu này cung cấp cơ sở lý thuyết và kinh nghiệm quý báu cho việc nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam.

1.2. Nghiên Cứu Vận Hành Hồ Chứa Bậc Thang Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào vận hành hồ chứa đơn lẻ và liên hồ chứa trên các lưu vực sông lớn như sông Mã và sông Chu. Các nghiên cứu này xem xét các yếu tố đặc thù của từng lưu vực, như đặc điểm dòng chảy, nhu cầu sử dụng nước, và quy trình vận hành liên hồ chứa. Tuy nhiên, việc tích hợp yếu tố thị trường điện cạnh tranh vào các mô hình vận hành vẫn còn hạn chế, đòi hỏi các nghiên cứu chuyên sâu hơn.

II. Thách Thức Vận Hành Hồ Chứa Trong Thị Trường Điện Cạnh Tranh

Mặc dù thị trường điện cạnh tranh tạo cơ hội cho các NMTĐ chủ động điều tiết, nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức. Các hồ chứa phải tuân thủ các quy trình vận hành, đặc biệt là các quy trình liên hồ chứa, vốn có tính ràng buộc cao. Việc dự báo giá điện thị trường, quản lý rủi ro vận hành, và đảm bảo an toàn đập là những vấn đề cần được giải quyết. Ngoài ra, các yếu tố như biến đổi khí hậu, tác động môi trường, và nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng cũng gây áp lực lên việc vận hành hồ chứa. Cần có các giải pháp đồng bộ để giải quyết các thách thức này, đảm bảo hiệu quả vận hành và phát triển bền vững.

2.1. Ràng Buộc Từ Quy Trình Vận Hành Liên Hồ Chứa

Các quy trình vận hành liên hồ chứa, như Quy trình 214/QĐ-TTg, quy định các nguyên tắc chung cho việc vận hành hệ thống hồ chứa, nhằm đảm bảo an toàn đập, cấp nước hạ du, và phòng lũ. Tuy nhiên, các quy trình này có thể hạn chế khả năng điều tiết của các NMTĐ trong thị trường điện cạnh tranh. Cần có sự điều chỉnh linh hoạt để các NMTĐ có thể tận dụng tối đa cơ hội thị trường, đồng thời tuân thủ các quy định pháp lý.

2.2. Dự Báo Giá Điện Thị Trường Quản Lý Rủi Ro

Giá điện thị trường biến động liên tục, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cung cầu điện, thời tiết, và chính sách. Việc dự báo giá điện chính xác là rất quan trọng để các NMTĐ có thể đưa ra quyết định vận hành tối ưu. Đồng thời, cần có các biện pháp quản lý rủi ro hiệu quả để giảm thiểu tác động tiêu cực của biến động giá điện đến doanh thu.

2.3. Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Nhu Cầu Nước

Biến đổi khí hậu gây ra sự thay đổi về lượng mưa và dòng chảy, ảnh hưởng đến khả năng phát điện của các NMTĐ. Nhu cầu sử dụng nước cho nông nghiệp, công nghiệp, và sinh hoạt ngày càng tăng, tạo ra sự cạnh tranh về nguồn nước. Cần có các giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu và quản lý nhu cầu nước hiệu quả để đảm bảo vận hành bền vững các hồ chứa.

III. Phương Pháp Tối Ưu Vận Hành Hồ Chứa Bậc Thang Phát Điện

Để nâng cao hiệu quả vận hành phát điện các hồ chứa bậc thang trong thị trường điện cạnh tranh, cần áp dụng các phương pháp tối ưu hóa hiện đại. Các phương pháp này bao gồm xây dựng mô hình toán học mô phỏng hệ thống hồ chứa, xác định hàm mục tiêu và các ràng buộc, và sử dụng các thuật toán tối ưu hóa để tìm ra phương án vận hành tối ưu. Hàm mục tiêu có thể là tối đa hóa doanh thu bán điện, tối thiểu hóa chi phí vận hành, hoặc cân bằng giữa các mục tiêu khác nhau. Các ràng buộc bao gồm quy trình vận hành, khả năng phát điện của nhà máy, và nhu cầu sử dụng nước.

3.1. Xây Dựng Mô Hình Toán Học Vận Hành Liên Hồ Chứa

Mô hình toán học cần mô phỏng chính xác các đặc tính thủy lực của hệ thống hồ chứa, bao gồm quan hệ giữa mực nước, dung tích, và lưu lượng xả. Mô hình cũng cần tích hợp các yếu tố thị trường điện, như giá điện, sản lượng hợp đồng, và các quy định thị trường. Các phần mềm mô phỏng chuyên dụng có thể được sử dụng để xây dựng và chạy mô hình.

3.2. Lựa Chọn Hàm Mục Tiêu Các Ràng Buộc

Hàm mục tiêu cần phản ánh mục tiêu chính của việc vận hành hồ chứa, ví dụ như tối đa hóa doanh thu bán điện. Các ràng buộc cần đảm bảo rằng phương án vận hành tuân thủ các quy định pháp lý, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước, và đảm bảo an toàn đập. Việc lựa chọn hàm mục tiêu và các ràng buộc phù hợp là rất quan trọng để đạt được kết quả tối ưu.

3.3. Áp Dụng Thuật Toán Tối Ưu Hóa

Các thuật toán tối ưu hóa, như Quy hoạch động (QHĐ), Thuật toán di truyền (TTDT), và các thuật toán metaheuristic, có thể được sử dụng để tìm ra phương án vận hành tối ưu. Việc lựa chọn thuật toán phù hợp phụ thuộc vào độ phức tạp của mô hình và yêu cầu về thời gian tính toán. Cần có sự đánh giá kỹ lưỡng để lựa chọn thuật toán phù hợp nhất.

IV. Ứng Dụng Mô Hình Vận Hành Hồ Chứa Trong Thị Trường Điện

Mô hình vận hành hồ chứa có thể được ứng dụng để hỗ trợ các quyết định vận hành hàng ngày, hàng tuần, và hàng tháng. Mô hình có thể giúp các nhà máy thủy điện dự báo sản lượng điện, tối ưu hóa kế hoạch phát điện, và quản lý rủi ro. Ngoài ra, mô hình cũng có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các chính sách và quy định liên quan đến thị trường điện và quản lý tài nguyên nước. Việc ứng dụng mô hình cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà máy thủy điện, các cơ quan quản lý nhà nước, và các đơn vị liên quan.

4.1. Hỗ Trợ Quyết Định Vận Hành Hàng Ngày Hàng Tuần

Mô hình có thể giúp các nhà máy thủy điện dự báo sản lượng điện dựa trên thông tin về mực nước, dòng chảy, và giá điện thị trường. Từ đó, các nhà máy có thể điều chỉnh kế hoạch phát điện để tối đa hóa doanh thu và đáp ứng nhu cầu của thị trường.

4.2. Tối Ưu Hóa Kế Hoạch Phát Điện Hàng Tháng

Mô hình có thể giúp các nhà máy thủy điện xây dựng kế hoạch phát điện hàng tháng, dựa trên dự báo về thời tiết, nhu cầu điện, và giá điện thị trường. Kế hoạch này cần cân bằng giữa mục tiêu tối đa hóa doanh thu và tuân thủ các quy định về cấp nước và phòng lũ.

4.3. Đánh Giá Hiệu Quả Chính Sách Quy Định

Mô hình có thể được sử dụng để đánh giá tác động của các chính sách và quy định liên quan đến thị trường điện và quản lý tài nguyên nước. Ví dụ, mô hình có thể giúp đánh giá tác động của việc thay đổi giá điện, quy trình vận hành, hoặc chính sách khuyến khích năng lượng tái tạo.

V. Nghiên Cứu Vận Hành Bậc Thang Hồ Chứa Sông Chu Kết Quả

Nghiên cứu trên lưu vực sông Chu cho thấy việc áp dụng mô hình tối ưu hóa vận hành liên hồ chứa có thể mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Mô hình giúp các nhà máy thủy điện Hủa Na và Cửa Đạt tối đa hóa doanh thu bán điện, đồng thời đảm bảo cấp nước hạ du và phòng lũ. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc dự báo giá điện thị trường và quản lý rủi ro là rất quan trọng để đạt được hiệu quả vận hành tối ưu. Các kết quả này có thể được sử dụng để xây dựng quy trình vận hành linh hoạt hơn, phù hợp với điều kiện thị trường điện cạnh tranh.

5.1. Tối Ưu Hóa Doanh Thu Bán Điện Cho Hủa Na Cửa Đạt

Mô hình giúp xác định phương án vận hành tối ưu cho hai nhà máy thủy điện Hủa Na và Cửa Đạt, dựa trên thông tin về mực nước, dòng chảy, giá điện thị trường, và các quy định vận hành. Kết quả cho thấy việc phối hợp vận hành hai nhà máy có thể mang lại doanh thu cao hơn so với vận hành độc lập.

5.2. Đảm Bảo Cấp Nước Hạ Du Phòng Lũ

Mô hình đảm bảo rằng phương án vận hành tuân thủ các quy định về cấp nước hạ du và phòng lũ. Điều này được thực hiện bằng cách đưa các ràng buộc về lưu lượng xả tối thiểu và tối đa vào mô hình.

5.3. Tầm Quan Trọng Của Dự Báo Giá Điện Quản Lý Rủi Ro

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc dự báo giá điện thị trường và quản lý rủi ro là rất quan trọng để đạt được hiệu quả vận hành tối ưu. Các nhà máy thủy điện cần có các công cụ và kỹ năng để dự báo giá điện và quản lý rủi ro hiệu quả.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Vận Hành Hồ Chứa Bậc Thang

Nghiên cứu đã đóng góp vào việc nâng cao hiệu quả vận hành phát điện các hồ chứa bậc thang trong thị trường điện cạnh tranh. Các kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, có thể được ứng dụng để xây dựng quy trình vận hành linh hoạt hơn, phù hợp với điều kiện thị trường điện cạnh tranh. Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tích hợp các yếu tố biến đổi khí hậu, tác động môi trường, và nhu cầu sử dụng nước vào mô hình vận hành. Đồng thời, cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà máy thủy điện, các cơ quan quản lý nhà nước, và các đơn vị liên quan để đảm bảo vận hành bền vững các hồ chứa.

6.1. Đóng Góp Mới Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã xây dựng mô hình tối ưu hóa vận hành liên hồ chứa trong thị trường điện cạnh tranh, áp dụng cho lưu vực sông Chu. Mô hình đã được kiểm chứng bằng dữ liệu thực tế và cho thấy hiệu quả kinh tế đáng kể. Nghiên cứu cũng đã đề xuất các giải pháp để giải quyết các thách thức liên quan đến quy trình vận hành, dự báo giá điện, và quản lý rủi ro.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tích hợp các yếu tố biến đổi khí hậu, tác động môi trường, và nhu cầu sử dụng nước vào mô hình vận hành. Đồng thời, cần có sự phát triển các công cụ dự báo giá điện chính xác hơn và các biện pháp quản lý rủi ro hiệu quả hơn.

6.3. Hợp Tác Để Vận Hành Bền Vững

Cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà máy thủy điện, các cơ quan quản lý nhà nước, và các đơn vị liên quan để đảm bảo vận hành bền vững các hồ chứa. Sự hợp tác này cần bao gồm việc chia sẻ thông tin, phối hợp vận hành, và xây dựng các chính sách và quy định phù hợp.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu cơ sở khoa học nâng cao hiệu quả vận hành phát điện các hồ chứa bậc thang trong thị trường điện cạnh tranh, áp dụng cho lưu vực sông Chu" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Lê Quốc Hưng, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Phan Kỳ Nam và PGS. Lê Văn Nghị. Công trình được bảo vệ năm 2019 tại Trường Đại học Thủy lợi thuộc chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy, mã số chuyên ngành 9580202.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Thủy điện giữ vai trò then chốt trong bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia. Theo quy hoạch phát triển điện lực, tổng công suất các nguồn thủy điện đạt 17.000 MW vào năm 2015; đạt 21.600 MW vào năm 2020; đạt 24.600 MW vào năm 2025 (trong đó thủy điện tích năng là 1.200 MW) và đến năm 2030 đạt khoảng 27.800 MW (thủy điện tích năng 2.400 MW). Tỷ trọng điện năng sản xuất từ thủy điện chiếm khoảng 29,5% năm 2020, giảm dần còn 20,5% năm 2025 và 15,5% năm 2030. Tính đến năm 2018, cả nước có 818 dự án thủy điện với tổng công suất lắp đặt 23.188 MW; trong đó 385 dự án đã vận hành khai thác (18.564 MW), 143 dự án đang thi công (1.848 MW) và 290 dự án đang nghiên cứu đầu tư. Riêng năm 2017, các nhà máy thủy điện đang vận hành chiếm khoảng 40% công suất đặt và 42,87% sản lượng điện toàn hệ thống.

Thực tiễn ngành điện giai đoạn này đối mặt với các tồn tại: Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) gặp khó khăn về nguồn vốn đầu tư; giá điện duy trì ở mức thấp chưa khuyến khích tiết kiệm; mô hình tích hợp dọc thiếu tính minh bạch về chi phí giữa các khâu. Nhằm tháo gỡ bất cập, thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam (VCGM) chính thức vận hành thương mại từ ngày 01/7/2012. Khi tham gia VCGM, các nhà máy thủy điện được trao quyền tự chủ điều tiết nhằm tối đa hóa doanh thu chào bán điện, song bắt buộc phải tuân thủ nghiêm ngặt các ràng buộc pháp lý về phòng chống lũ và cấp nước hạ du.

Trên hệ thống sông Mã và sông Chu, quy trình vận hành liên hồ chứa được ban hành kèm theo Quyết định số 214/QĐ-TTg ngày 13/02/2018 của Thủ tướng Chính phủ quy định mực nước tối thiểu trong mùa kiệt và lưu lượng xả hạ du cho hai hồ Hủa Na và Cửa Đạt, nhưng chưa đề ra nguyên tắc phối hợp phát điện giữa các bậc thang. Đồng thời, phần lớn nghiên cứu vận hành hồ chứa trước đây chỉ tập trung tối đa hóa sản lượng điện mà chưa gắn với mục tiêu cực đại hóa doanh thu khi giá điện thị trường biến đổi theo giờ và theo tháng. Cho đến thời điểm tác giả thực hiện đề tài, chưa có công trình nào nghiên cứu bài toán phối hợp vận hành phát điện bậc thang cho hệ thống hồ Hủa Na - Cửa Đạt trong thị trường điện cạnh tranh.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định ba mục tiêu cụ thể:

1. Nghiên cứu cơ sở khoa học, để xây dựng mô hình tính toán tối ưu doanh thu bán điện cho hệ thống hồ chứa bậc thang trong điều kiện phát điện cạnh tranh, nhằm đưa ra các chỉ dẫn vận hành kết hợp với biểu đồ điều phối đảm bảo phát đủ sản lượng hợp đồng hàng năm và hướng đến doanh thu lớn nhất.
2. Phân tích xây dựng mối quan hệ giữa độ giảm và mức độ phân phối của giá bán điện giờ, theo lũy tích thời gian trong từng tháng với sản lượng điện tháng và số giờ giao dịch tháng, để làm cơ sở tính toán điều tiết năm nhằm nâng cao hiệu quả phát điện, đem lại doanh thu lớn nhất cho các chủ đầu tư.
3. Áp dụng phương pháp quy hoạch động, để giải bài toán tối ưu xác định chế độ vận hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa nói chung và hệ thống hồ chứa điều tiết năm nói riêng, trên lưu vực sông Chu trong điều kiện phát điện cạnh tranh ở Việt Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống hồ chứa bậc thang điều tiết năm kết hợp phát điện trên lưu vực sông Chu trong điều kiện phát điện cạnh tranh ở Việt Nam.
• Phạm vi nghiên cứu: Nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống hai hồ chứa điều tiết năm Hủa Na và Cửa Đạt kết hợp phát điện. Thời đoạn tính toán là bước thời gian tháng.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu vận hành hồ chứa trên thế giới

Nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống hồ chứa được phát triển từ giữa thế kỷ XX với nhiều cách tiếp cận toán học:

• Mô hình tích hợp quy hoạch tuyến tính và quy hoạch động: Mariño và Behzad Mohammadi (1984) mở rộng mô hình hàng tháng của Becker và Yeh để tối đa hóa công suất phát điện và lượng nước cấp cho công nghiệp, sinh hoạt tại hồ Shasta thuộc dự án California Central Valley Project.
• Mô hình quy hoạch mục tiêu và dòng chảy ngẫu nhiên: Chaweng Changchit và M. Terrell (1993) áp dụng quy hoạch mục tiêu giải bài toán đa mục tiêu (cấp nước, phòng lũ, thủy điện, giải trí) cho hệ thống 3 hồ ở Oklahoma, Hoa Kỳ. Labadie J.W (2001) phát triển mô hình MODSIMQ kết hợp mô hình chất lượng nước QUAL2E và thuật toán phi tuyến Frank-Wolfe trên lưu vực sông Arkansas ở Colorado.
• Ứng dụng giải thuật tiến hóa và trí tuệ nhân tạo: Huang và đồng sự (2002) dùng quy hoạch động ngẫu nhiên kết hợp giải thuật di truyền (GA) cho 2 hồ song song tại Đài Loan. Haddad và đồng sự (2006) áp dụng thuật toán tối ưu bầy ong (HBMO) cho hồ chứa thủy điện. Kumar (2007) sử dụng thuật toán bầy đàn (SWARM) cho hệ thống 4 hồ và hồ Bhadra ở Ấn Độ. Lin và đồng sự (2008) ứng dụng mạng nơ-ron tiến hóa (ENNIS) cho hồ Shihmen ở Đài Loan với 5 biến quyết định. Aida Tayebiyan (2016) áp dụng GA tối ưu hóa hệ thống bậc thang Cameron Highland và Batang Padang tại Malaysia.
• Tối ưu hóa kinh tế trong thị trường điện: Afzali và đồng sự (2008) kết hợp mô phỏng và quy hoạch tuyến tính cho 4 hồ Khersan (Iran), giúp tăng 7,9% sản lượng điện so với vận hành riêng lẻ. Daniel De Ladurantaye và đồng sự (2009) xây dựng mô hình ngẫu nhiên quản lý cây kịch bản giá để tối đa hóa lợi nhuận bán điện tại thị trường giao ngay. Vehbi Karaeren (2014) lập trình trên MATLAB tối đa hóa phát điện bậc thang, đạt sản lượng cao hơn 5% so với vận hành đơn lẻ. Juho Saari (2016) dùng mô hình tối ưu theo tháng phân tích lợi nhuận gia tăng cho hệ thống thủy điện Oulujoki với giá điện biến động cấp số nhân. Ngoài ra, Kumar và đồng sự (2010) dùng quy hoạch động gấp khúc (FDP) chống lũ cho hồ Hirakud với chuỗi số liệu 37 năm (1958-1995); Raje và Mujumdar (2010) dùng quy hoạch động ngẫu nhiên (SDP) xét biến đổi khí hậu tại hồ Hirakud.

Các hướng nghiên cứu vận hành hồ chứa tại Việt Nam

Các công trình nghiên cứu trong nước tiếp cận bài toán điều tiết hồ chứa theo các giai đoạn phát triển:

• Nguyễn Viết Thanh (1971) ứng dụng quy hoạch động tối ưu chế độ làm việc ngày của trạm thủy điện. Đặng Trọng Khánh (1980) dùng quy hoạch động biến bài toán nhiều biến thành chuỗi bài toán một biến cho hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Hoàng Đình Dũng (1985) dùng phương pháp Monte Carlo mô phỏng dòng chảy lũ ngẫu nhiên kết hợp quy hoạch động để xác định dung tích kết hợp phòng lũ và phát điện hệ thống sông Hồng.
• Nguyễn Thượng Bằng và Phạm Hồng Nhật (1997) dùng quy hoạch tuyến tính xác định dung tích nhỏ nhất hồ Sơn La. Nguyễn Thượng Bằng (2002) lập mô hình tối ưu hóa 8 hồ lưu vực Lô - Gâm - Chảy giải bằng phần mềm Pascal và Excel với mục tiêu điện năng mùa kiệt lớn nhất và diện tích hồ nhỏ nhất. Ringler và Huy (2004) dùng phần mềm GAMS cân bằng nước tối ưu hệ thống sông Đồng Nai.
• Ngô Lê Long và đồng sự (2007) kết hợp mô phỏng thủy lực MIKE 11 với thuật toán tối ưu Shuffled Complex Evolution (SCE) xác định tập nghiệm Pareto giải quyết xung đột giữa phòng lũ và tích nước cuối mùa lũ hồ Hòa Bình. Lê Hùng (2012) so sánh quy hoạch động truyền thống và thuật toán di truyền, chứng minh quy hoạch động tìm kiếm nghiệm toàn cục hiệu quả hơn. Hoàng Thanh Tùng và đồng sự (2013) dùng phần mềm Crystal Ball mô phỏng Monte Carlo và tối ưu phi tuyến cho hồ Thác Bà, Tuyên Quang và bậc thang Sơn La - Hòa Bình.
• Nguyễn Thị Thu Nga (2017) dùng mô hình GAMS phân bổ nước sông Ba theo bước thời gian tháng. Hồ Ngọc Dung (2017) dùng quy hoạch động kết hợp biểu đồ điều phối tối ưu hóa lợi ích mùa cạn cho hai hồ Sơn La và Hòa Bình. Lê Ngọc Sơn (2017) kết hợp mô hình mô phỏng, tối ưu quy hoạch động và trí tuệ nhân tạo đề xuất phương án cận tối ưu cho lưu vực sông Ba (kiểm chứng tại thủy điện Sông Hinh).

Các nghiên cứu và văn bản pháp lý trên lưu vực sông Mã - sông Chu

Các nghiên cứu chuyên biệt trên lưu vực gồm: Nguyễn Quang Trung và Nguyễn Xuân Lâm (2014) dùng MIKE 11 đánh giá dòng chảy kiệt hạ du sông Mã ứng với tần suất 75%, 85%, 90%; Bình (2010) dùng Mike Basin đánh giá tài nguyên nước sông Chu giai đoạn 2010-2020; Vũ Ngọc Dương (2017) lập mô hình thống kê tạo chuỗi dòng chảy và đường tham chiếu vận hành đơn hồ Cửa Đạt; Lương Ngọc Chung (2016) nghiên cứu xâm nhập mặn hạ du sông Mã - Chu; Nguyễn Văn Tài và Vũ Minh Cường (2017) dùng MIKE 11 tính toán thủy lực cắt lũ tỉnh Thanh Hóa.

Khung pháp lý điều hành liên hồ chứa trên lưu vực biến chuyển qua các quyết định:

Năm ban hành	Số hiệu văn bản	Cơ quan ban hành	Nội dung quy định chính
2008	Quyết định 5482/QĐ-BCT	Bộ Công Thương	Quy trình vận hành hồ chứa Hủa Na trong giai đoạn thiết kế; dung tích phòng lũ 100 triệu m³
2014	Quyết định 1341/QĐ-TTg	Thủ tướng Chính phủ	Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Mã trong mùa lũ; cho phép tích nước đầy hồ từ ngày 15/10
2014	Quyết định 3944/QĐ-BNN-TCTL	Bộ Nông nghiệp & PTNT	Quy trình vận hành hồ Cửa Đạt trong mùa lũ, mùa kiệt và tình huống khẩn cấp; ban hành biểu đồ điều phối giới hạn mực nước tháng
2015	Quyết định 1911/QĐ-TTg	Thủ tướng Chính phủ	Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Mã cả năm thủy văn; quy định phối hợp phòng lũ mùa lũ và chế độ vận hành hồ Cửa Đạt 5 thời kỳ mùa kiệt (01/12-30/6) theo bước 10 ngày
2018	Quyết định 214/QĐ-TTg	Thủ tướng Chính phủ	Bổ sung các thủy điện Trung Sơn, Thành Sơn, Xuân Minh; giảm lưu lượng xả tối thiểu hạ du của Hủa Na từ 45 m³/s xuống 25 m³/s ở đa số các tháng; quy định tích nước sớm: Hủa Na từ 235 m (01/10) lên 237 m (15/10), sau 15/10 tích đầy 240 m (Hủa Na) và 112 m (Cửa Đạt)

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các nghiên cứu tối ưu hóa vận hành hồ chứa tại Việt Nam phần lớn tập trung vào mục tiêu sản lượng điện năng lớn nhất hoặc cấp nước, chưa đưa yếu tố giá thị trường điện vào hàm mục tiêu. Các công trình trên lưu vực sông Chu chưa xem xét bài toán phối hợp bậc thang giữa Hủa Na và Cửa Đạt theo tiêu chí tối đa hóa doanh thu phát điện. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống này bằng cách tích hợp thuật toán quy hoạch động với các kịch bản giá điện trong thị trường VCGM, bảo đảm tuyệt đối các ràng buộc của Quyết định số 214/QĐ-TTg.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết tối ưu hóa hệ thống tài nguyên nước: Luận án áp dụng phương pháp quy hoạch động (QHĐ) giải bài toán điều tiết liên hồ bậc thang. Để khắc phục hiện tượng bùng nổ chiều tính toán, tác giả phối hợp cách tiếp cận đệ quy (QHĐ top-down) để thiết lập hành lang biên mực nước và phương pháp QHĐ xuôi/ngược (bottom-up) để tìm đường điều phối tối ưu.
• Cơ chế kinh tế thị trường phát điện cạnh tranh (VCGM): Cơ cấu giá thanh toán cho nhà máy điện tham gia VCGM gồm hai phần:
  1. Hợp đồng mua bán điện dạng sai khác (CfD): Thanh toán theo giá hợp đồng ($P_c$) cho phần sản lượng hợp đồng giờ ($Q_{c\text{ giờ}}$) được phân bổ từ sản lượng hợp đồng năm ($Q_{c\text{ năm}}$) và tháng ($Q_{c\text{ tháng}}$).
  2. Thị trường giao ngay: Thanh toán phần sản lượng điện sai khác ($Q_{mq} - Q_c$) theo giá thị trường toàn phần ($FMP$), trong đó $FMP = SMP + CAN$. Ở đây, $SMP$ là giá điện năng thị trường (chịu mức trần $SMP_{cap}$ do Cục Điều tiết Điện lực ban hành), $CAN$ là giá công suất thị trường tính toán theo chi phí cố định của nhà máy điện mới tốt nhất (BNE).
• Mô hình cân bằng nước liên hồ bậc thang: Hồ Hủa Na nằm ở thượng nguồn xả nước xuống lòng sông Chu; lượng nước đến hồ Cửa Đạt ở hạ lưu bằng tổng lượng nước xả qua công trình Hủa Na (qua tuabin phát điện và qua công trình xả) cộng với lượng dòng chảy gia nhập từ khu giữa hai hồ.

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp kế thừa: Kế thừa thuật toán quy hoạch động truyền thống, chuỗi số liệu khí tượng thủy văn 46 năm, hồ sơ kỹ thuật thiết kế của hai nhà máy thủy điện Hủa Na và Cửa Đạt, cùng các quy định pháp lý của Quy trình 214/QĐ-TTg.
• Phương pháp mô phỏng toán học: Thiết lập bài toán tối ưu với hàm mục tiêu cực đại hóa tổng doanh thu bán điện của bậc thang trong chu kỳ năm: $$\max \sum_{t=1}^{12} \left[ R_{\text{Hủa Na}}(t) + R_{\text{Cửa Đạt}}(t) \right]$$ Hệ thống ràng buộc gồm:
  • Phương trình cân bằng nước từng hồ qua các thời đoạn tháng.
  • Giới hạn dung tích và mực nước: Mực nước chết ($MNC$), mực nước dâng bình thường ($MNDBT$), mực nước trước lũ ($MNTLũ$), mực nước lũ kiểm tra ($MNLKT$) và dung tích phòng lũ ($VPLũ$).
  • Giới hạn công suất phát điện: Công suất phát ổn định thấp nhất ($P_{\min}$) và công suất lắp máy ($N_{lm}$).
  • Giới hạn lưu lượng cấp nước hạ du: Lưu lượng xả tối thiểu của Hủa Na (25 m³/s) và lưu lượng cấp nước cho hạ du sông Chu qua kênh Bắc và kênh Nam từ hồ Cửa Đạt.
  • Điều kiện biên mực nước: Đường đảm bảo phát sản lượng hợp đồng ($Q_c$) được tạo từ thuật toán đệ quy.
• Phương pháp phân tích, tổng hợp: Phân tích tương quan thống kê chuỗi số liệu giá thị trường và sản lượng điện lịch sử để thiết lập các hàm quan hệ giá bán điện; tổng hợp so sánh kết quả tính toán giữa các kịch bản.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

• Dữ liệu thủy văn: Chuỗi số liệu dòng chảy đến các vị trí hồ trên lưu vực sông Chu trong thời gian 46 năm.
• Dữ liệu thị trường điện: Số liệu giá trần thị trường ($SMP_{cap}$) giai đoạn 2013-2018; giá công suất ($CAN$) và giá thị trường toàn phần ($FMP$) trung bình tháng giai đoạn từ tháng 1/2017 đến tháng 6/2018 do Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0 / NLDC) cung cấp; nhà máy chuẩn BNE được chọn là Vĩnh Tân 2.
• Dữ liệu vận hành thực tế: Sản lượng hợp đồng ($Q_c$), giá bán điện tháng, số giờ vận hành và doanh thu thực tế của Công ty Cổ phần Thủy điện Hủa Na và Nhà máy Thủy điện Cửa Đạt giai đoạn 2012-2018.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về nghiên cứu vận hành bậc thang hồ chứa và thị trường điện cạnh tranh

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về mô hình hóa toán học hệ thống hồ chứa và diễn biến phát triển của thị trường điện. Tác giả tổng thuật chi tiết các mô hình toán học tối ưu hóa trên thế giới và tại Việt Nam, chỉ rõ các phương pháp QHĐ, QHTT, QHPT và giải thuật tiến hóa đều có ưu điểm riêng nhưng QHĐ cho thấy tính ổn định cao nhất khi tìm kiếm nghiệm toàn cục cho bài toán điều tiết thủy điện.

Về thị trường điện, chương này phân tích lộ trình phát triển thị trường điện Việt Nam qua ba cấp độ: Thị trường phát điện cạnh tranh (VCGM), Thị trường bán buôn điện cạnh tranh (VWEM) và Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (VCRM). Tính đến ngày 01/7/2018, quy mô tham gia trực tiếp VCGM đạt 87 trên tổng số 132 nhà máy điện đang vận hành, tương ứng công suất đặt 22.481 MW (chiếm 49,37% công suất toàn hệ thống); 45 nhà máy còn lại chưa trực tiếp chào giá (chiếm 43,63% công suất), trong đó có 11 nhà máy thủy điện chiến lược đa mục tiêu.

Cơ cấu thị phần công suất đặt của các đơn vị trực tiếp tham gia chào giá trên VCGM tính đến ngày 30/6/2018 được tổng hợp như sau:

Đơn vị phát điện tham gia trực tiếp	Tỷ lệ thị phần công suất đặt
Tổng công ty Phát điện 3 (EVNGENCO3)	31%
Tổng công ty Phát điện 1 (EVNGENCO1)	25%
Tổng công ty Phát điện 2 (EVNGENCO2)	13%
Tổng công ty Điện lực Dầu khí Việt Nam (PVP)	13%
Các nhà máy điện độc lập tư nhân (IPPs)	11%
Tổng công ty Điện lực TKV (TKV)	7%

Chương 1 cũng phân tích biến động giá trần thị trường ($SMP_{cap}$) tăng dần qua các mốc thời gian từ 868 đ/kWh (01/02/2013) lên 900 đ/kWh (01/5/2013), 1.015 đ/kWh (01/6/2013), 1.168 đ/kWh (01/01/2014), 1.171 đ/kWh (01/01/2015), 1.266 đ/kWh (01/01/2016) và đạt 1.280 đ/kWh từ 01/01/2017 đến năm 2018. Đồng thời, tác giả phản ánh thực trạng tham gia VCGM của hai hồ trên sông Chu: Thủy điện Hủa Na từng phải chủ động xin rút khỏi thị trường từ 27/5/2014 đến 16/6/2014 và từ 17/11/2015 đến 01/02/2016 do mực nước hồ hạ thấp dưới biên dưới biểu đồ điều phối; Thủy điện Cửa Đạt chịu ràng buộc cấp nước nông nghiệp cho vùng hạ du sông Chu nên đơn giá bán bình quân thường thấp hơn Hủa Na do không được linh hoạt chọn giờ cao điểm có giá cao để phát điện.

Chương 2. Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nâng cao hiệu quả vận hành phát điện các hồ chứa bậc thang trong thị trường điện cạnh tranh

Chương 2 tập trung thiết lập mô hình toán học tối ưu hóa doanh thu phát điện cho bậc thang hồ chứa Hủa Na và Cửa Đạt. Tác giả phân tích các dạng bài toán vận hành liên hồ chứa và lựa chọn phương pháp quy hoạch động làm công cụ giải thuật cốt lõi.

Cấu trúc thuật toán được tổ chức thành các khối chức năng:

1. Khối tạo biên mực nước: Sử dụng phương pháp đệ quy (QHĐ top-down) xác định tập hợp các đường mực nước khống chế trên và dưới nhằm bảo đảm phát đủ sản lượng hợp đồng ($Q_c$) được giao trong từng tháng của năm thủy văn, đồng thời thỏa mãn giới hạn mực nước đón lũ ($MNTLũ$) và mực nước dâng bình thường ($MNDBT$).
2. Khối tính toán thủy năng và doanh thu đơn hồ: Xác định mối quan hệ giữa dung tích, diện tích mặt nước, cột nước phát điện, lưu lượng xả qua tuabin, công suất phát điện và doanh thu bán điện theo từng bước mực nước đầu và cuối thời đoạn tháng.
3. Khối tính toán tối ưu bậc thang hai hồ: Áp dụng thuật toán QHĐ (bottom-up) giải bài toán tối ưu với hàm mục tiêu cực đại hóa tổng doanh thu liên hồ. Nước xả từ hồ thượng lưu Hủa Na được đưa vào phương trình cân bằng lưu lượng của hồ hạ lưu Cửa Đạt, có xét đến độ trễ thời gian dòng chảy và lượng nước gia nhập khu giữa.
4. Thuật toán chuyển giai đoạn: Rà soát các trạng thái mực nước thỏa mãn điều kiện biên, lưu trữ quỹ đạo tối ưu và chuyển tiếp bước tính cho 12 tháng trong năm thủy văn. Chương trình được mã hóa bằng ngôn ngữ lập trình chuyên dụng, cho phép tự động lặp trên chuỗi số liệu thủy văn 46 năm.

Chương 3. Áp dụng tính toán và phân tích kết quả xác định xu hướng vận hành cho bậc thang hồ chứa trên lưu vực sông Chu

Chương 3 áp dụng chương trình toán học đã thiết lập vào tính toán thực tế cho hai hồ Hủa Na và Cửa Đạt trên sông Chu. Tác giả đề xuất và kiểm chứng hai kịch bản giá bán điện:

• Kịch bản 1 (KB1): Giá điện biến đổi theo sản lượng điện tháng. Dựa trên dữ liệu giá và sản lượng lịch sử, tác giả xây dựng đường quan hệ hàm giá bán và sản lượng riêng biệt cho mùa lũ và mùa cạn của từng nhà máy.
• Kịch bản 2 (KB2): Giá điện biến đổi theo lũy tích số giờ bán điện. Dựa trên đường lũy tích giá khớp lệnh theo giờ của thị trường điện, tác giả xác định hệ số tương quan tuyến tính ($R$) giữa diện tích đường lũy tích giá giờ với mức giá bình quân tháng để đưa vào mô hình tối ưu.

Mô hình thực hiện tính toán trên toàn bộ chuỗi số liệu thủy văn 46 năm và phân loại kết quả theo 3 nhóm năm: Năm ít nước, năm trung bình nước và năm nhiều nước. Kết quả tính toán cho thấy:

• Vận hành trong mùa cạn: Luận án xác định hành lang mực nước tối ưu cho hồ Hủa Na và Cửa Đạt. Khi mực nước Cửa Đạt xuống dưới đường biên tối ưu, hồ Hủa Na cần tăng cường phát điện xả nước tiếp ứng cho Cửa Đạt duy trì cột nước làm việc và bảo đảm lưu lượng cấp nước tối thiểu hạ du (25 m³/s), tránh tình trạng Cửa Đạt phải xả đáy không qua phát điện.
• Vận hành trong mùa lũ và thời kỳ tích nước: Theo Quy trình 214/QĐ-TTg, hai hồ được phép tích nước sớm hơn so với quy trình cũ. Hủa Na được nâng mực nước từ 235 m ngày 01/10 lên 237 m ngày 15/10; sau ngày 15/10 cả hai hồ được phép tích đầy đến mực nước dâng bình thường (240 m với Hủa Na và 112 m với Cửa Đạt). Mô hình đã tận dụng quy định này để tích nước tối ưu, nâng cao cột nước phát điện cho các tháng mùa khô tiếp theo.
• So sánh hiệu quả kinh tế: Luận án so sánh kết quả tối ưu liên hồ theo hàm mục tiêu doanh thu lớn nhất với mục tiêu sản lượng điện năng lớn nhất và so sánh với số liệu vận hành thực tế các năm 2014-2015, 2015-2016, 2016-2017. Kết quả khẳng định việc điều tiết theo mục tiêu doanh thu kết hợp kịch bản giá đem lại tổng doanh thu cao hơn phương án phát điện theo sản lượng thuần túy và vượt trội so với thực tế vận hành riêng rẽ của hai nhà máy. Từ đó, tác giả đưa ra các chỉ dẫn vận hành cụ thể cho từng tháng trong năm thủy văn.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

1. Luận án đã hoàn thiện luận cứ khoa học về bài toán vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa bậc thang đa mục tiêu có xét đến cơ chế thị trường điện cạnh tranh tại Việt Nam; chuyển đổi hàm mục tiêu truyền thống từ tối đa hóa sản lượng điện năng ($E_{\max}$) sang tối đa hóa tổng doanh thu bán điện ($R_{\max}$).
2. Cải tiến phương pháp quy hoạch động thông qua kết hợp kỹ thuật đệ quy top-down để xây dựng hành lang biên mực nước (bảo đảm phát đủ sản lượng hợp đồng $Q_c$) và kỹ thuật bottom-up để tối ưu hóa điều tiết hai hồ bậc thang, giúp giải quyết triệt để bài toán bùng nổ chiều tính toán khi số chiều không gian trạng thái tăng lên.
3. Thiết lập được phương pháp luận xây dựng hai kịch bản giá bán điện (theo sản lượng tháng và theo lũy tích giờ giao dịch) phản ánh sát thực tế cơ chế hình thành giá trên thị trường VCGM, làm cơ sở khoa học cho công tác điều tiết năm của các hồ chứa thủy điện.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng

1. Xây dựng bộ chương trình tính toán và biểu đồ điều phối vận hành kết hợp bảo đảm phát đủ sản lượng hợp đồng ($Q_c$) và tối ưu hóa doanh thu cho hệ thống bậc thang thủy điện Hủa Na - Cửa Đạt trên lưu vực sông Chu.
2. Đề xuất quy tắc phối hợp vận hành liên hồ cụ thể: Trong mùa cạn, phối hợp điều tiết xả từ Hủa Na để duy trì mực nước hiệu quả cho Cửa Đạt đáp ứng nhu cầu cấp nước hạ du; trong giai đoạn cuối lũ, áp dụng linh hoạt quy định tích nước sớm của Quy trình 214/QĐ-TTg từ ngày 01/10 để đưa hồ lên mực nước dâng bình thường vào ngày 15/10 nhằm tích trữ cột nước cho mùa khô.
3. Cung cấp các chỉ dẫn vận hành và chiến lược chào giá theo tháng cho chủ đầu tư hai nhà máy thủy điện Hủa Na và Cửa Đạt, hỗ trợ doanh nghiệp chủ động lập kế hoạch sản xuất kinh doanh, tăng nguồn thu bán điện trong khi vẫn tuân thủ đầy đủ các quy định phòng chống lũ và cấp nước hạ du.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

• Bước thời gian tính toán trong mô hình là thời đoạn tháng, chưa chi tiết hóa xuống bước thời gian 10 ngày, ngày hoặc giờ, do đó chưa hoàn toàn bám sát chu kỳ chào giá giờ của thị trường điện thực tế và các dự báo thủy văn hạn ngắn.
• Các kịch bản giá điện (KB1 và KB2) được xây dựng dựa trên chuỗi số liệu thống kê lịch sử của thị trường VCGM trong giai đoạn đầu, chưa mô phỏng hết tính biến động ngẫu nhiên phức tạp của giá thị trường trong tương lai dài hạn.
• Ràng buộc nhu cầu sử dụng nước hạ du được đưa vào mô hình dưới dạng các đại lượng tất định cố định theo quy trình vận hành liên hồ, chưa tính đến tính bất định của nhu cầu nước nông nghiệp thực tế theo diễn biến thời tiết.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Mở rộng mô hình toán học và chương trình tính toán với bước thời gian ngắn hơn (thời đoạn 10 ngày, ngày hoặc giờ) phục vụ công tác điều hành thời gian thực và chiến lược chào giá chu kỳ ngày tới.
• Phát triển và hiệu chỉnh mô hình tối ưu để thích ứng với các giai đoạn phát triển tiếp theo của thị trường điện lực Việt Nam, bao gồm thị trường bán buôn điện cạnh tranh (VWEM) và thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (VCRM).

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên và giảng viên thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật công trình thủy, Thủy điện và Năng lượng tái tạo, Quản lý tài nguyên nước: Tham khảo khung phương pháp luận quy hoạch động kết hợp mô hình kinh tế thị trường điện trong bài toán điều tiết liên hồ chứa.
• Đơn vị quản lý và vận hành nhà máy thủy điện: Trực tiếp là Công ty Cổ phần Thủy điện Hủa Na, Ban Quản lý Đầu tư và Xây dựng Thủy lợi 3 (đơn vị quản lý đầu mối Cửa Đạt), Công ty Cổ phần Thủy điện Cửa Đạt cùng các đơn vị quản lý các bậc thang thủy điện khác trên toàn quốc nhằm áp dụng phương pháp lập biểu đồ điều phối kết hợp và chiến lược chào giá thị trường.
• Các cơ quan quản lý nhà nước và điều độ hệ thống điện: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0 / NLDC), Cục Điều tiết Điện lực (Bộ Công Thương), Ban Chỉ đạo Trung ương về Phòng chống thiên tai trong quá trình rà soát, đánh giá và điều chỉnh các quy trình vận hành liên hồ chứa đa mục tiêu bảo đảm hài hòa lợi ích kinh tế và an toàn hạ du.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu giá thanh toán cho nhà máy thủy điện khi tham gia thị trường phát điện cạnh tranh (VCGM) được xác định như thế nào?

Theo quy định của VCGM được trình bày trong luận án, doanh thu của nhà máy gồm hai thành phần: Doanh thu theo hợp đồng mua bán điện dạng sai khác (CfD) thanh toán theo giá hợp đồng ($P_c$) cho sản lượng hợp đồng cam kết ($Q_c$ giờ, tháng, năm); và Doanh thu trên thị trường giao ngay thanh toán cho phần sản lượng sai khác ($Q_{mq} - Q_c$) theo giá thị trường toàn phần ($FMP$). Giá $FMP$ bằng tổng của giá điện năng thị trường ($SMP$, chịu khống chế bởi mức trần $SMP_{cap}$) và giá công suất thị trường ($CAN$, tính toán dựa trên chi phí của nhà máy điện mới tốt nhất BNE là Vĩnh Tân 2).

2. Tại sao giá bán điện bình quân của Thủy điện Cửa Đạt thường thấp hơn Thủy điện Hủa Na?

Thủy điện Cửa Đạt nằm ở hạ lưu, đóng vai trò công trình đầu mối đa mục tiêu cấp nước cho nông nghiệp và sinh hoạt vùng Bắc và Nam sông Chu theo các thời đoạn cố định của Quy trình liên hồ. Do phải xả nước phát điện theo lịch cấp nước hạ du bắt buộc, Cửa Đạt không thể chủ động lựa chọn thời điểm có giá điện thị trường cao để bán hoặc ngừng bán vào các giờ thấp điểm giá thấp; đồng thời không thể linh hoạt vận hành số tổ máy để tối ưu hóa cột nước như hồ Hủa Na ở phía thượng lưu.

3. Phương pháp quy hoạch động (QHĐ) trong luận án được cải tiến thế nào để giải quyết bài toán bùng nổ chiều tính toán?

Luận án kết hợp hai kỹ thuật: Sử dụng phương pháp đệ quy (QHĐ top-down) xuất phát từ mực nước cuối năm để rà soát ngược, tạo ra dải biên mực nước thượng lưu khống chế nhằm bảo đảm phát đủ sản lượng hợp đồng $Q_c$; sau khi thu hẹp được không gian trạng thái khả thi, tác giả áp dụng thuật toán QHĐ (bottom-up) giải bài toán tối ưu bậc thang hai hồ theo các bước thời đoạn tháng, qua đó giảm thiểu đáng kể số nút lưới cần tính toán và yêu cầu bộ nhớ máy tính.

4. Quy trình vận hành liên hồ chứa số 214/QĐ-TTg năm 2018 mang lại những thay đổi quan trọng nào cho vận hành phát điện hai hồ Hủa Na và Cửa Đạt?

Quy trình 214/QĐ-TTg điều chỉnh giảm lưu lượng xả tối thiểu hạ du của hồ Hủa Na ở đa số các tháng mùa cạn từ 45 m³/s xuống 25 m³/s, giúp hồ giữ nước linh hoạt hơn. Đồng thời, quy trình cho phép hai hồ tích nước sớm vào cuối mùa lũ: Hồ Hủa Na được phép tích nước từ cao trình 235 m (ngày 01/10) lên 237 m (ngày 15/10); từ sau 15/10 đến 30/11 cả hai hồ được phép tích đầy đến mực nước sau lũ (240 m đối với Hủa Na và 112 m đối với Cửa Đạt), tạo điều kiện nâng cao cột nước phát điện cho mùa khô.

5. Hai kịch bản giá điện (KB1 và KB2) được xây dựng dựa trên nguyên lý nào?

Kịch bản 1 (KB1) xây dựng hàm giá điện biến đổi theo sản lượng tháng, dựa trên phân tích thống kê quan hệ thực tế giữa đơn giá bán điện và sản lượng phát từng tháng trong mùa lũ và mùa cạn của hai nhà máy. Kịch bản 2 (KB2) xây dựng hàm giá biến đổi theo lũy tích số giờ bán điện, căn cứ vào đường lũy tích giá khớp lệnh theo giờ của thị trường điện và hệ số tương quan tuyến tính giữa diện tích đường lũy tích với giá bán điện tháng, phục vụ bài toán điều tiết năm.

---

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Lê Quốc Hưng đã giải quyết bài toán nâng cao hiệu quả vận hành phát điện cho bậc thang hồ chứa điều tiết năm Hủa Na và Cửa Đạt trên lưu vực sông Chu trong bối cảnh thị trường phát điện cạnh tranh tại Việt Nam. Bằng việc ứng dụng thuật toán quy hoạch động cải tiến kết hợp thiết lập hai kịch bản giá điện thị trường, công trình đã xây dựng thành công biểu đồ điều phối kết hợp bảo đảm phát đủ sản lượng hợp đồng và tối đa hóa tổng doanh thu phát điện. Kết quả nghiên cứu cung cấp hệ thống chỉ dẫn vận hành cụ thể cho từng thời kỳ trong năm thủy văn, giúp các chủ hồ chủ động nâng cao hiệu quả kinh tế đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn công trình, cắt giảm lũ và cấp nước hạ du theo Quyết định số 214/QĐ-TTg.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận - kiến nghị và 03 chƣơng cụ thể nhƣ sau: Chƣơng 1. Tổng quan về nghiên cứu vận hành bậc thang hồ chứa và thị trƣờng điện cạnh tranh: Chƣơng này giới thiệu về hồ chứa và bậc thang hồ chứa phát điện nói chung và thông tin cơ bản về bậc thang hồ chứa trên lƣu vực sông Chu. Giới thiệu về quá trình phát triển của thị trƣờng điện cạnh tranh ở Việt Nam và các dự báo phát triển tiếp theo. Tổng quan các nghiên cứu lý thuyết, cũng nhƣ thực tế về vận hành hồ chứa và một số nghiên cứu khác với đối tƣợng là lƣu vực sông Chu.

Xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nâng cao hiệu quả vận hành phát điện các hồ chứa bậc thang trong thị trƣờng điện cạnh tranh: Chƣơng này đề xuất hàm mục tiêu, trình bày cách xây dựng mô hình toán, các phƣơng pháp giải, các sơ đồ khối tạo biên và cách tính toán hƣớng đến doanh thu lớn nhất. Các số liệu đầu vào, các ràng buộc và một số mục tiêu đặt ra của luận án, có xét đến thực tiễn tham gia thị trƣờng điện cạnh tranh của hai hồ chứa. Áp dụng tính toán và phân tích kết quả, xác định xu hƣớng vận hành cho bậc thang hồ chứa trên lƣu vực sông Chu: Chƣơng này áp dụng mô hình toán, đã xây dựng trong chƣơng 2 để vận hành liên hồ chứa cho hai công trình Hủa Na và Cửa Đạt. Kết quả tính toán, theo mô hình trên đƣợc so sánh với kết quả vận hành thực tế vài năm gần đây cũng nhƣ kết quả thu đƣợc khi tính toán tối ƣu theo điện năng lớn nhất.

Dựa vào kết quả đầu ra để đánh giá, phân tích cách điều tiết phát điện, cách phối hợp vận hành, đề ra đƣợc chiến lƣợc chào giá tốt nhất cho các thời điểm khác nhau trong năm. 7 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH BẬC THANG HỒ CHỨA VÀ THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 1.1 Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa trên thế giới Hồ chứa phát điện đóng một vai trò quan trọng trong an ninh năng lƣợng và đảm bảo cung cấp năng lƣợng liên tục, không bị gián đoạn trong hệ thống điện của các quốc gia. Việc khai thác vận hành hồ chứa và bậc thang hồ chứa phát điện luôn là vấn đề phức tạp trong kỹ thuật điều tiết vận hành phối hợp các hồ chứa trong cùng một hệ thống. Hệ thống hồ chứa có thể bao gồm hai hoặc nhiều hơn hai hồ chứa, có thể là dạng bậc thang nối tiếp hoặc cũng có thể là dạng bậc thang song song kết hợp nối tiếp nhiều hồ.

Nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa đã đƣợc các nhà khoa học, các cơ quan quản lý khai thác lƣu vực sông trên thế giới đầu tƣ nghiên cứu từ giữa thế kỷ XX. Tuy quá trình nghiên cứu lâu dài và đƣợc đầu tƣ khá công phu, nhƣng cho đến nay vẫn chƣa có công cụ và phƣơng pháp chung cho các hệ thống. Mỗi hệ thống sông, lƣu vực có đặc điểm vận hành khác nhau, nên phải sử dụng một phƣơng pháp và công cụ riêng khi mục tiêu vận hành hoặc điều kiện vận hành thay đổi. Sau đây điểm lại một số phƣơng pháp và kết quả nổi bật.1 Các bước xây dựng mô hình toán học Do tính chất ngẫu nhiên của dòng chảy, sự đa dạng và phức tạp của địa hình lòng hồ và phải thỏa mãn tốt nhất nhiều mục tiêu đồng thời, nên công cụ đƣợc sử dụng có hiệu quả nhất để tính toán tối ƣu cho hồ chứa là mô hình toán.

Mô hình toán học đƣợc xây dựng qua các bƣớc sau: - Xây dựng mô hình định tính cho vấn đề thực tế, tức là xác định các yếu tố có ý nghĩa quan trọng nhất và xác lập các quy luật mà chúng phải tuân theo. Hay nói một cách khác là phát biểu mô hình bằng lời và bằng biểu đồ với các điều kiện về kinh tế - kỹ thuật, tự nhiên, xã hội và các mục tiêu cần đạt đƣợc. 8 - Xây dựng mô hình toán cho vấn đề đang xét, tức là diễn tả lại dƣới dạng ngôn ngữ toán học cho mô hình định tính. Mô hình toán học thiết lập mối liên hệ giữa các biến số và các hệ số điều khiển hiện tƣợng.

- Sử dụng các công cụ toán học để khảo sát và giải quyết bài toán, căn cứ vào mô hình đã xây dựng cần phải chọn hoặc xây dựng phƣơng pháp giải cho phù hợp. Sau đó cụ thể hóa bằng các thuật toán tối ƣu. - Phân tích và kiểm định lại các kết quả đạt đƣợc.2 Các nghiên cứu tối ưu và mô hình hóa hệ thống hồ chứa Đối với các hệ thống hồ chứa lớn, phức tạp, hầu nhƣ không thể mô phỏng bằng mô hình vật lý với các kích thƣớc thực. Mô hình toán học với các đối tƣợng có đầy đủ đặc điểm nhƣ một hồ chứa phát điện thƣờng đƣợc lựa chọn.

Các mô hình toán có thể cung cấp chi tiết các diễn biến vận hành và các yêu cầu tính toán từ đơn giản đến phức tạp. Mariño và Behzad Mohammadi (1984) [3] dựa trên cơ sở mô hình vận hành hàng tháng của Becker và Yeh là tối đa hóa công suất phát từ hệ thống liên hồ chứa, sau đó tiếp tục mở rộng ra cho phép tối đa hóa lƣợng nƣớc cung cấp cho công nghiệp, sinh hoạt và sản xuất điện năng trong hệ thống. Mô hình đƣợc tổ hợp giữa quy hoạch tuyến tính (QHTT) và quy hoạch động (QHĐ) sử dụng để tối ƣu trên toàn miền. Áp dụng mô hình tính cho hồ chứa Shasta ở California Central Valley Project.

Hiệu quả của thuật toán là giảm thời gian tính toán và các yêu cầu lƣu trữ, cho phép sử dụng máy tính nhỏ để tính toán. Chaweng Changchit và M. Terrell (1993) [4] đã nghiên cứu mô hình vận hành hồ chứa đa mục tiêu với dòng chảy đến ngẫu nhiên. Bài toán bao gồm tìm kiếm lƣợng xả thích hợp từ sự thay đổi của các hồ chứa trong hệ thống nhằm thỏa mãn nhiều mục tiêu khác nhau.

Các mục tiêu này bao gồm cấp nƣớc cho thành phố và khu công nghiệp, cấp nƣớc hạ lƣu, phòng lũ, phát điện, giải trí và các mục tiêu khác. Tác giả đã trình bày mô hình toán, phản ảnh ba đặc trƣng quan trọng của vấn đề là: đa mục tiêu, dòng chảy ngẫu nhiên và hệ thống quy mô lớn. Mô hình ứng dụng quy hoạch mục tiêu để giải và đã ứng dụng mô hình này cho hệ thống ba hồ chứa ở Oklahoma, Hoa Kỳ.W (2001) [5] nghiên cứu mô hình dòng chảy mạng lƣới sông MODSIM đƣợc mở rộng để trực tiếp kết hợp các ràng buộc về nồng độ các thành phần chất lƣợng nƣớc. Mô hình mở rộng MODSIMQ đƣợc liên kết với mô hình chất lƣợng nƣớc dòng chảy QUAL2E của Cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ và một mô hình đánh giá chất lƣợng của dòng chảy sau tƣới (irrigation return flows).

Một hàm lặp lại dựa trên thuật toán lập trình phi tuyến Frank-Wolfe liên kết MODSIMQ và các mô hình chất lƣợng nƣớc để đảm bảo hội tụ với các thỏa mãn ƣu tiên về nƣớc, trong khi cố gắng duy trì các yêu cầu chất lƣợng nƣớc tối thiểu. Dòng chảy sau tƣới, kênh thấm, thấm qua hồ chứa, thấm sâu, và sông do bơm nƣớc ngầm đƣợc mô hình hóa bằng cách sử dụng các yếu tố suy giảm dòng từ Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ. Áp dụng MODSIMQ vào lƣu vực sông Arkansas ở Colorado, mô hình đƣợc đánh giá cao khi thỏa mãn các vấn đề pháp lý và hành chính theo luật nƣớc Colorado và sông nhỏ Arkansas, bao gồm nhiều cơ chế quản lý trao đổi việc sử dụng các hồ chứa điều hòa (off-stream reservoirs) trong lƣu vực. Các hiệu chuẩn mô hình đƣợc tiến hành cho khu vực nghiên cứu trƣờng hợp xác nhận rằng MODSIMQ tái tạo hợp lý cả lƣu lƣợng lịch sử và độ mặn trong giai đoạn hiệu chuẩn.

Kết quả từ các kịch bản quản lý khác nhau cho thấy việc sử dụng kết hợp thích hợp của bề mặt và nƣớc ngầm có thể đồng thời đáp ứng nhu cầu nƣớc cho ngƣời dùng trong khi tăng cƣờng kiểm soát sự xâm nhập mặn. Huang và nnk, (2002) [6] trình bày mô hình QHĐ ngẫu nhiên dựa trên giải thuật gen để giải quyết vấn đề khối lƣợng tính toán lớn cho HTHC. Trƣờng hợp nghiên cứu là vận hành dài hạn kết hợp của hai hồ chứa song song ở Đài Loan. Nghiên cứu kết luận rằng giải thuật gen khá hữu dụng hỗ trợ tối ƣu hóa, và mô hình QHĐ ngẫu nhiên dựa trên giải thuật gen có thể khắc phục đƣợc khối lƣợng tính toán lớn trong việc tìm kiếm lời giải.

Haddad và nnk, (2006) [7] đã nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp tối ƣu HBMO (Honey Bee Mating Optimization – tối ƣu kết hợp kiểu đàn ong) trong xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa thuỷ điện. Thuật toán HBMO là một sơ đồ thực tế giữa quá trình tích hợp và các công thức toán học. Khả năng áp dụng và hiệu quả của thuật toán HBMO trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc đã đƣợc thử nghiệm trong tối ƣu hoá hoạt động của các hồ chứa đơn hay hệ thống hồ chứa. Kết quả 10 nghiên cứu chỉ ra rằng phƣơng pháp HBMO cho kết quả khả thi và đáng tin cậy, hiện vẫn đang đƣợc tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong việc tối ƣu hoá hoạt động của hồ chứa thuỷ điện.

Kumar (2007) [8] đã sử dụng thuật toán tối ƣu SWARM vào nghiên cứu vận hành hệ thống liên hồ chứa gồm 4 hồ mà trƣớc đây Larson đã sử dụng QHĐ để giải quyết. Hai nhà thủy văn học Kumar và Singh cũng đã áp dụng các thuật toán GA - giải thuật gen. Tiếp đó Giáo sƣ Kumar lại thử nghiệm áp dụng cho hệ thống hồ chứa Bhadra của Ấn Độ. Kết quả cho thấy thuật toán tối ƣu SWARM có khả năng áp dụng rất tốt vào giải quyết bài toán vận hành liên hồ chứa.

(2008) [9] đã nghiên cứu áp dụng mạng trí tuệ nhận tạo tiến hóa (ENNIS) vào vận hành hồ chứa Shihmen ở Đài Loan với 5 biến ra quyết định. Kết quả đạt đƣợc cho thấy mạng ENNIS sử dụng cho việc vận hành hồ chứa Shihmen này có nhiều thuận lợi hơn nhiều vì có ít thông số, dễ dàng xử lý các biến điều khiển, dễ kết hợp giữa mô hình vận hành với các mô hình dự báo dòng chảy đến. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng mạng ENNIS hoàn toàn có khả năng kiểm soát nhiều biến để đƣa ra các quyết định hợp lý khi vận hành hồ chứa đa mục tiêu.