Luận văn thạc sĩ nghiên cứu lựa chọn phương án điều tiết vận hành hồ chứa trong giai đoạn thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho trạm thủy điện vừa và nhỏ áp dụng cho trạm thủy điện tà cọ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu lựa chọn phương án điều tiết vận hành hồ chứa trong giai đoạn thiết kế nhằm cải thiện, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Thị Linh
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Quang Cường
• Trường học: Trường Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật công trình thủy
• Đề tài: Nghiên cứu lựa chọn phương án điều tiết vận hành hồ chứa (trong giai đoạn thiết kế) nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho trạm thủy điện vừa và nhỏ. Áp dụng cho trạm thủy điện Tà Cọ
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Nghiên cứu phương án điều tiết hồ chứa

Nghiên cứu phương án điều tiết hồ chứa là trọng tâm của luận văn, nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế cho các trạm thủy điện vừa và nhỏ. Phương án điều tiết được xem xét trong giai đoạn thiết kế, đặc biệt áp dụng cho trạm thủy điện Tà Cọ. Việc lựa chọn phương án điều tiết hợp lý không chỉ ảnh hưởng đến quy mô công trình mà còn tác động đến khả năng khai thác tổng hợp nguồn nước, bao gồm phát điện, phòng lũ, và cung cấp nước cho hạ du. Mực nước dâng bình thường (MNDBT) là yếu tố then chốt, quyết định hiệu quả kinh tế và chi phí xây dựng. Phương án điều tiết được phân tích dựa trên tính toán thủy năng, doanh thu từ bán điện, và chi phí xây dựng.

1.1. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của nghiên cứu dựa trên việc xác định phương án điều tiết hợp lý để vận hành hồ chứa. Phương pháp nghiên cứu bao gồm tính toán thủy năng cho ba phương án: không điều tiết, điều tiết ngày, và điều tiết tuần. Mỗi phương án được đánh giá dựa trên doanh thu từ bán điện và chi phí xây dựng khi thay đổi MNDBT. Tối ưu hóa hiệu suất là mục tiêu chính, đảm bảo hiệu quả kinh tế cao nhất. Phương pháp phân tích kinh tế năng lượng được sử dụng để so sánh và lựa chọn phương án tối ưu.

1.2. Ứng dụng tại trạm thủy điện Tà Cọ

Trạm thủy điện Tà Cọ được chọn làm đối tượng nghiên cứu cụ thể. Các phương án điều tiết được xây dựng dựa trên tài liệu địa hình, thủy văn, và tổn thất của công trình. Kết quả tính toán thủy năng cho từng phương án được sử dụng để xác định doanh thu và chi phí. Phân tích kinh tế và tài chính được thực hiện để lựa chọn phương án điều tiết tối ưu, đảm bảo hiệu quả vận hành cao nhất. Quy hoạch hồ chứa và quản lý nguồn nước được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính bền vững.

II. Nâng cao hiệu quả kinh tế cho trạm thủy điện vừa và nhỏ

Nâng cao hiệu quả kinh tế là mục tiêu chính của nghiên cứu, đặc biệt đối với các trạm thủy điện vừa và nhỏ. Việc tối ưu hóa phương án điều tiết hồ chứa giúp tăng doanh thu từ bán điện và giảm chi phí xây dựng. Kinh tế năng lượng và quản lý tài nguyên nước là hai yếu tố quan trọng được xem xét. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc lựa chọn MNDBT hợp lý có thể tăng hiệu quả kinh tế lên đến 20%. Phương pháp điều tiết được phân tích dựa trên các tiêu chí kinh tế và kỹ thuật, đảm bảo tính khả thi và bền vững.

2.1. Phân tích hiệu quả kinh tế

Phân tích hiệu quả kinh tế được thực hiện dựa trên doanh thu từ bán điện và chi phí xây dựng. Các thông số đầu vào bao gồm giá bán điện, chi phí xây dựng, và chi phí đền bù. Kết quả tính toán cho thấy, phương án điều tiết tuần mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Hiệu quả vận hành được đánh giá thông qua các chỉ số kinh tế như NPV và IRR. Phương án tối ưu được lựa chọn dựa trên kết quả phân tích kinh tế và tài chính.

2.2. Tối ưu hóa hiệu suất vận hành

Tối ưu hóa hiệu suất là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế. Phương pháp điều tiết được phân tích dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế. Việc lựa chọn MNDBT hợp lý giúp tăng hiệu suất phát điện và giảm chi phí vận hành. Công nghệ thủy điện và quản lý nguồn nước được xem xét để đảm bảo tính bền vững. Kết quả nghiên cứu cho thấy, phương án điều tiết tuần là tối ưu nhất cho trạm thủy điện Tà Cọ.

III. Quản lý và phát triển thủy điện bền vững

Quản lý và phát triển thủy điện bền vững là mục tiêu dài hạn của nghiên cứu. Việc tối ưu hóa phương án điều tiết hồ chứa không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế mà còn đảm bảo tính bền vững trong khai thác tài nguyên nước. Phát triển thủy điện và quản lý tài nguyên nước là hai yếu tố quan trọng được xem xét. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý hồ chứa hiệu quả, đảm bảo an toàn và bền vững. Quy hoạch hồ chứa và quản lý nguồn nước được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính bền vững.

3.1. Quản lý nguồn nước hiệu quả

Quản lý nguồn nước hiệu quả là yếu tố quan trọng trong phát triển thủy điện bền vững. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý hồ chứa hiệu quả, đảm bảo an toàn và bền vững. Quy hoạch hồ chứa và quản lý nguồn nước được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính bền vững. Các giải pháp bao gồm tăng cường năng lực điều tra, nghiên cứu, và phát triển công nghệ. Phát triển bền vững tài nguyên nước là mục tiêu chính của nghiên cứu.

3.2. Phát triển thủy điện bền vững

Phát triển thủy điện bền vững là mục tiêu dài hạn của nghiên cứu. Việc tối ưu hóa phương án điều tiết hồ chứa không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế mà còn đảm bảo tính bền vững trong khai thác tài nguyên nước. Quản lý tài nguyên nước và phát triển thủy điện là hai yếu tố quan trọng được xem xét. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý hồ chứa hiệu quả, đảm bảo an toàn và bền vững. Quy hoạch hồ chứa và quản lý nguồn nước được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN VÀ CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỒ CHỨA 1. Tổng quan về thủy điện 1. Tổng quan về thủy điện Việt Nam Vị trí nước ta nằm ở trung tâm vùng Đông Nam Á, có nguồn ẩm tương đối phong phú trên phần lớn lãnh thổ. Hệ quả của sự tác động tổng hợp giữa các điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm mưa nhiều và cấu trúc địa chất địa hình nên dòng chảy sông ngòi Việt Nam được hình thành rất thuận lợi là nguyên nhân khách quan cơ bản nhất tạo nên một mạng lưới sông suối dày đặc trên lãnh thổ nước ta.

Mật độ sông suối có sự dao động khá lớn giữa các vùng, tương đối phù hợp với sự phân hóa không gian của điều kiện khí hiệu và cấu trúc địa chất địa hình. Lượng mưa thay đổi giữa các năm không lớn nhưng giữa các tháng và mùa trong năm lại khá lớn. Vào mùa lũ, dòng chảy chiếm 70- 80% tổng lượng dòng chảy cả năm và vì vậy lượng dòng chảy ở các tháng mùa khô chỉ chiếm 20-30%. Lãnh thổ nước ta hẹp và dài, có dãy núi Trường Sơn hầu như chạy dọc suốt chiều dài đất nước và các dãy núi cao như Hoàng Liên Sơn, Tây Côn Lĩnh…tạo nên độ dốc khá lớn cho các sông suối, nhất là những đoạn đầu nguồn.

Đây chính là thế năng quan trọng có thể tận dụng để xây dựng các nhà máy thủy điện, trong đó có thể xây dựng được nhiều trạm thủy điện nhỏ có cột nước cao. Nhờ có mạng lưới sông suối phát triển và phân bố tương đối đều khắp trên lãnh thổ nên rất thuận lợi về mặt kinh tế, đó là có thể dùng nguồn nước tại chỗ vào mục đích cấp nước cho sinh hoạt, sản xuất, hoạt động giao thông và phát điện… Với đặc điểm địa hình và nguồn nước như vậy, kết quả quy hoạch tiềm năng thủy điện Việt Nam trên 11 hệ thống sông lớn có tổng công suất đạt 15.390 MW và điện lượng trung bình hàng năm là 64.347 triệu KWh, trong đó đã xây dựng và đưa vào vận hành 3.393 MW với điện lượng trung bình năm đạt 18.409 triệu KWh và một loạt các nhà máy thủy điện đang được xây với tổng công suất là 2. Theo thông tin trong hội thảo công bố kết quả nghiên cứu Kế hoạch phát triển năng lượng quốc gia Việt Nam do các nhà khoa học thuộc Liên hiệp Các hội khoa học kỹ 4 thuật Việt Nam tiến hành trong 2 năm 2008 -2009, đến năm 2050 số trạm thuỷ điện có công suất trên 50MW được xây dựng và đưa vào vận hành khá lớn (10 công trình đã có tính đến 2005 và 48 công trình đã, đang và sẽ xây dựng tính đến năm 2025 có tổng công suất theo quy hoạch là 21. Tổng kết các nghiên cứu về quy hoạch thủy điện ở nước ta cho thấy tổng trữ năng kinh tế thủy điện của các con sông được đánh giá khoảng từ 75 - 80 tỷ KWh/năm.

Nghiên cứu đánh giá tiềm năng thuỷ điện nhỏ, thuỷ điện kết hợp thuỷ lợi ở nước ta cho thấy tổng trữ năng kinh tế của các sông nhánh, suối khoảng 30 tỷ kWh/năm (so với nhu cầu dùng điện năm 2011 là 108 tỷ kWh). Đây là nguồn năng lượng tái tạo rất quan trọng, rẻ và dễ khai thác (so với các nguồn năng lượng tái tạo khác như gió, mặt trời, địa nhiệt …) cần tận dụng triệt để nhằm đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng (dự báo năm 2020 nhu cầu điện sẽ tăng gấp 3 so với năm 2010, năm 2030 tăng gấp 7 lần so với năm 2010) của các ngành kinh tế quốc dân. Theo các quy hoạch đã được phê duyệt thì từ nay tới năm 2020 sẽ có gần 900 TTĐ vừa và nhỏ với tổng công suất lắp máy khoảng 6.600MW được xây dựng và đi vào vận hành. Theo đánh giá của tổ chức Ngân hàng thế giới (World Bank), Việt Nam là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất bởi sự biến đổi khí hậu và hiện tượng nước biển dâng.

Những thay đổi về các yếu tố khí hậu đang tác động tiêu cực tới tài nguyên nước, gia tăng các dòng chảy kiệt cùng các đợt lũ hàng năm. Với sự biến đổi khắc nghiệt của thời tiết, các dự báo đã chỉ ra rằng, tại khu vực vùng núi Tấy Bắc và Đông Bắc dòng chảy trên các sông, nhất là dòng chảy kiệt có thể giảm đi mặc dù vẫn gia tăng dòng chảy lũ trong một số năm nhất định, gây nhiều khó khăn cho sinh hoạt và sản xuất. Sự chặn phá rừng, khai thác rừng bừa bãi, nhất là đối với rừng nguyên sinh, rừng nhiều tầng, rừng phòng hộ đầu nguồn làm thay đổi mặt đệm. Điều này làm giảm khả năng giữ nước, điều tiết nước của lưu vực sông dẫn đến chế độ dòng chảy trên các sông bị ảnh hưởng.

Vào mùa mưa, lưu lượng nước sông lên nhanh gây ra lũ nguy hiểm cho hạ du. Mùa khô, lượng mưa ít hoặc không mưa dòng chảy bị cạn kiệt. Ngoài ra, việc khai thác, sử dụng nguồn nước ngầm quá mức, đáy sông bị hạ thấp. cũng là nguyên nhân làm nguồn nước bị suy giảm nhanh.

Sự cạn kiệt của dòng chảy có ảnh hưởng rất lớn 5 đến chế độ vận hành của các TTĐ, thậm trí có thể làm cho TTĐ phải ngừng làm việc trong một thời gian dài gây ra những thiệt hại lớn, nhất là những TTĐ không có khả năng điều. Trong khi đó nhu cầu dùng điện lại tương đối lớn vào mùa khô và sự chênh lệch phụ tải lớn giữa các giờ trong ngày đã gây lên sự căng thẳng trong cân bằng điện năng, nhất là cân bằng công suất vào mùa khô, đặc biệt là ở những giờ cao điểm. Để giảm căng thẳng cho hệ thống điện (HTĐ) và an toàn trong cung cấp điện, Bộ công thương và Tổng công ty điện lực Việt Nam đã có những chính sách, cơ chế về giá điện nhằm khuyến khích các TTĐ nâng cao khả năng phát vào mùa khô và giờ cao điểm, điều này có thể thực hiện được khi các TTĐ có khả năng điều tiết, ít nhất là điều tiết ngày đêm. Theo đó, sự ra đời của Biểu giá chi phí tránh được áp dụng cho các TTĐ nhỏ (công suất lắp đặt nhỏ hơn 30MW) với ưu đãi giá đặc biệt vào giờ cao điểm mùa khô (gấp gần 4 lần cung giờ khác) là một minh chứng điển hình.

Chính phủ đã ban hành Nghị định 112/2008-NĐ-CP, ngày 20/10/2008, quy định về quản lý, bảo vệ, khai thác tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi. Theo đó, việc khai thác, sử dụng tài nguyên và môi trường các hồ chứa phải bảo đảm an toàn hồ chứa, dòng chảy tối thiểu, không ảnh hưởng đến các mục tiêu, nhiệm vụ của hồ chứa đã được các cơ quan có thẩm quyền phê duyệt và đáp ứng các yêu cầu về phòng, chống suy thoái, cạn kiệt, ô nhiễm nguồn nước và phòng, chống tác hại do nước gây ra trên lưu vực hồ chứa và hạ du hồ chứa. Bộ Công thương đang tiến hành ra soát lại rất nhiều dự án thủy điện vừa và nhỏ (trên 300 dự án) để đánh tính hiệu quả cũng như tác động của nó đến môi trường nhằm loại bỏ những dự án không thỏa mãn những tiêu chuẩn, điều kiện đưa ra 1.1 Nhu cầu dùng điện của nước ta hiện nay Trong thập kỷ vừa qua, nhu cầu điện của Việt Nam tăng nhanh do sự tăng trưởng kinh tế và gia tăng dân số mãnh mẽ. Nhiều nhà máy phát điện đã và đang xây dựng, tuy nhiên do điều kiện tự nhiên và tiến độ xây dựng còn chậm nên những năm gần đây chúng ta liên tục phải thiếu điện, đặc biệt là vào mùa khô khi các dự án thủy điện thiếu nước.

Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do giá điện thương phẩm hiện nay còn thấp, không khuyến khích được tư nhân đầu tư mạnh vào các dự án nhiệt điện mà tập 6 trung chủ yếu vào các dự án thủy điện với chi phí vận hành thấp nên ngành điện nước ta hiện nay đang lệ thuộc rất lớn vào thủy điện. Theo Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0), tính đến hết tháng 6/2015, tổng công suất đặt nguồn điện của hệ thống điện quốc gia đã lên tới 37. Báo cáo gần đây nhất tại hội nghị giao ban do Bộ Công Thương tổ chức sáng 3/9/2015, ông Ngô Sơn Hải Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn Điện lực Việt Nam cho biết, trong khi thủy điện huy động khó khăn thì nhu cầu sử dụng điện trong 8 tháng vừa qua đã tăng hơn so với dự báo. Thống kê cho thấy, sản lượng điện tháng 8 năm 2015 ước đạt 14,3 tỷ kWh, tăng 11,3% so với tháng 8 năm 2014, tính chung 8 tháng ước đạt 105,1 tỷ kWh, tăng 11,7% so với cùng kỳ năm 2014.

Kế hoạch tăng trưởng điện cả năm 2015 của Bộ Công Thương chỉ tăng 10,24%, trong khi nhu cầu sử dụng điện tăng hơn 11% đã gây áp lực cho EVN trong việc cân đối nguồn điện 1. Hệ thống điện của Việt Nam Hệ thống điện Việt Nam gồm có các nhà máy điện, các lưới điện, các hộ tiêu thụ được liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện 4 quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng trong lãnh thổ Việt Nam. Các nhà máy trong hệ thống có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thiên nhiên thành điện năng được gọi là nhà máy điện. Năng lượng thiên nhiên dự trữ dưới nhiều dạng khác nhau và có thể biến đổi thành điện năng.

Từ các dạng năng lượng dự trữ này có thể cho phép ta xây dựng các loại nhà máy điện khác nhau: + Từ năng lượng của nhiên liệu hữu cơ có thể xây dựng nhà máy nhiệt điện. + Từ năng lượng của dòng nước có thể xây dựng nhà máy thủy điện. + Từ năng lượng gió có thể xây dựng nhà máy điện sức gió. + Từ năng lượng sóng biển có thể xây dựng nhà máy điện thủy triều.

+ Từ năng lượng mặt trời có thể xây dựng nhà máy điện mặt trời. 7 + Từ nguồn nóng trong lòng đất có thể xây dựng nhà máy điện địa nhiệt. + Từ năng lượng hạt nhân có thể xây dựng nhà máy điện hạt nhân. Hiện nay ở nước ta có 2 nguồn sản xuất điện năng chủ yếu đó là thủy điện và nhiệt điện.

Nhiệt điện hiện nay chủ yếu là 3 nguồn: nhiệt điện than, nhiệt điện khí và nhiệt điện dầu. Thời gian gần đây một số dự án sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời được ứng dụng nhiều hơn, góp phần tạo thêm nguồn cung cấp điện năng. Tổng công suất lắp đặt nguồn điện tính đến ngày 31/12/2010 là 21.