Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Tây Ninh là một trong những trung tâm kinh tế năng động thuộc Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam với tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm bình quân hàng năm đạt trên 12%. Trong cơ cấu tiêu thụ điện năng toàn tỉnh, thành phần phụ tải công nghiệp và xây dựng luôn chiếm ưu thế vượt trội với tỷ trọng khoảng 72,2%, tập trung mật độ cao tại các khu công nghiệp lớn như Phước Đông - Bời Lời, Trảng Bàng, Thành Thành Công và Chà Là. Song hành với sự gia tăng tiêu thụ, địa phương đã đón nhận làn sóng đầu tư nguồn năng lượng sạch mạnh mẽ với 10 dự án nhà máy điện mặt trời đã đóng điện vận hành đạt tổng công suất 808 MW và dự kiến tiếp nhận thêm 47 dự án với tổng công suất 4.390 MW trong giai đoạn quy hoạch.

Thực trạng bùng nổ nguồn và tải đã tạo áp lực cực lớn lên hạ tầng truyền tải hiện hữu. Hệ thống lưới điện 110kV trên địa bàn tỉnh được xây dựng qua nhiều thời kỳ, nhiều tuyến đường dây có tiết diện nhỏ, dẫn đến nguy cơ quá tải cục bộ, sụt áp và xuất hiện các sự cố gây suy giảm độ tin cậy cung cấp điện. Vấn đề cốt lõi đặt ra là làm thế nào để xây dựng một phương án quy hoạch lưới điện truyền tải 110kV đồng bộ, vừa đáp ứng tốc độ tăng trưởng kinh tế xã hội với mục tiêu tăng trưởng GRDP bình quân đạt 9,5%/năm, vừa đảm bảo giải tỏa 100% công suất các nguồn năng lượng tái tạo.

Mục tiêu cụ thể của công trình nghiên cứu là xây dựng mô hình toán dự báo chính xác nhu cầu phụ tải điện đến năm 2030, thiết lập cấu trúc lưới 110kV tối ưu, mô phỏng kiểm tra kỹ thuật chế độ vận hành và chứng minh tính khả thi kinh tế - tài chính của dự án. Nghiên cứu bao quát toàn bộ địa bàn 1 thành phố và 8 huyện, thị xã của tỉnh Tây Ninh trong khung thời gian từ năm 2021 đến năm 2030, tạo tiền đề khoa học vững chắc giúp tối ưu hóa hàng nghìn tỷ đồng vốn đầu tư công trình điện lực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của hai lý thuyết chuyên ngành vững chắc: Lý thuyết quy hoạch mở rộng hệ thống điện truyền tải và Lý thuyết phân tích chuỗi thời gian kết hợp hồi quy toán học. Mô hình nghiên cứu vận dụng nguyên lý cân bằng nguồn - tải động trong hệ thống điện có sự tham gia của nguồn phân tán công suất lớn, kết hợp với mô hình dòng trào lưu công suất phi tuyến tính nhằm đánh giá các giới hạn kỹ thuật vận hành.

Các khái niệm chuyên môn cốt lõi được chuẩn hóa và phân tích xuyên suốt bao gồm:

  • Công suất cực đại (Pmax) và biểu đồ phụ tải theo 5 thành phần kinh tế.
  • Hệ số mang tải của đường dây và máy biến áp theo định mức nhiệt cho phép.
  • Tiêu chuẩn an toàn vận hành N-1 trong điều kiện hệ thống xảy ra sự cố đơn lẻ.
  • Biên độ sụt áp thanh cái và tổn thất công suất tác dụng trên lưới truyền tải.
  • Khả năng hấp thụ và giải tỏa công suất nguồn năng lượng tái tạo không liên tục.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập toàn diện từ Công ty Điện lực Tây Ninh và Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm chuỗi dữ liệu lịch sử liên tục trong suốt 22 năm (từ năm 2001 đến năm 2022) về sản lượng điện thương phẩm, công suất đỉnh Pmax, tỷ lệ tổn thất và các chỉ tiêu kinh tế xã hội. Thay vì chọn mẫu ngẫu nhiên, phương pháp chọn mẫu toàn bộ theo chuỗi thời gian thực tế được áp dụng nhằm loại bỏ sai số ngoại suy và phản ánh trung thực quy luật biến động phụ tải.

Phương pháp phân tích được triển khai qua ba cấp độ chuyên sâu:

  1. Dự báo nhu cầu điện: Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu lập trình trên môi trường Matlab để khảo sát các hàm hồi quy đơn biến (bậc nhất, bậc hai, hàm mũ, lũy thừa) và mô hình hồi quy đa biến từng bước. Lý do lựa chọn phương pháp này là khả năng tối ưu hóa hàm mục tiêu sai số tổng bình phương cực tiểu, đồng thời cho phép kiểm định thống kê hệ số xác định R2, kiểm định Student và loại trừ các biến độc lập có giá trị p-value lớn hơn 0,05 để bảo đảm độ tin cậy.
  2. Mô phỏng kỹ thuật: Sử dụng phần mềm chuyên dụng ETAP để tính toán trào lưu công suất, dòng ngắn mạch và phân tích ổn định lưới điện ở các chế độ vận hành bình thường, cực đại, cực tiểu và sự cố N-1. Lý do sử dụng ETAP là tính chuẩn hóa cao theo tiêu chuẩn IEC và IEEE trong kỹ thuật hệ thống điện.
  3. Phân tích kinh tế - tài chính: Sử dụng bảng tính Excel để chiết khấu dòng tiền, tính toán các chỉ số tài chính như giá trị hiện giá thuần (NPV), tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR) và thời gian thu hồi vốn cho tổng mức đầu tư dự án.

Khung thời gian nghiên cứu được chia làm hai giai đoạn quy hoạch then chốt: phân kỳ 2021-2025 tập trung giải quyết các điểm nghẽn truyền tải cấp bách và phân kỳ 2026-2030 hướng tới phát triển lưới điện thông minh, linh hoạt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô hình hóa và mô phỏng thực nghiệm trên hệ thống điện Tây Ninh đã mang lại 4 phát hiện quan trọng có ý nghĩa chiến lược:

  • Tốc độ tăng trưởng phụ tải công nghiệp duy trì mức cao: Kết quả dự báo chỉ ra rằng điện năng thương phẩm của tỉnh Tây Ninh sẽ tăng trưởng từ khoảng 5.500 GWh lên trên 11.200 GWh vào năm 2030, tương đương mức tăng hơn 100%. Phụ tải công nghiệp tiếp tục chiếm tỷ trọng chi phối trên 70%, tập trung phần lớn tại thị xã Trảng Bàng và huyện Gò Dầu.
  • Sai số dự báo mô hình toán đạt độ chính xác cao: Mô hình hồi quy đa biến lập trình trên Matlab cho kết quả sai số tuyệt đối trung bình so với số liệu thực tế chỉ ở mức dưới 3,5%, thấp hơn đáng kể so với mức sai số cho phép từ 5% đến 10% trong dự báo trung hạn.
  • Tình trạng nghẽn mạch cục bộ khi tích hợp năng lượng tái tạo: Khi xem xét 10 nhà máy điện mặt trời hiện hữu (808 MW) và 47 dự án tiềm năng (4.390 MW), các tuyến đường dây 110kV sử dụng dây ACSR 185/29 kết nối về trạm 220kV Tây Ninh và trảng Bàng 2 bị mang tải vượt quá 85% công suất định mức vào các giờ bức xạ đỉnh điểm (11h - 14h), gây nguy cơ mất an toàn nghiêm trọng nếu không nâng cấp.
  • Hiệu quả kỹ thuật vượt trội sau quy hoạch: Việc nâng tiết diện dây dẫn lên ACSR 240/32 và 2xACSR 240/32 kết hợp xây mới các trạm 110kV đã đưa mức mang tải toàn bộ đường dây về dưới 65%, điện áp các thanh cái dao động ổn định trong biên độ tiêu chuẩn cho phép từ 0,95 đến 1,05 pu ở cả chế độ vận hành bình thường và sự cố N-1.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng quá tải lưới điện truyền tải xuất phát từ sự phát triển lệch pha giữa tiến độ xây dựng thần tốc của các dự án năng lượng tái tạo theo cơ chế giá khuyến khích và tốc độ đầu tư mở rộng lưới điện 110kV - 220kV. Mặt khác, sự chuyển dịch mạnh mẽ của dòng vốn FDI vào các khu công nghiệp tập trung với diện tích hàng nghìn hecta đã đẩy nhu cầu phụ tải tăng đột biến theo cấp số nhân.

So sánh với các nghiên cứu quy hoạch hệ thống điện tại các địa phương lân cận như Bình Dương hay Long An, Tây Ninh có tính đặc thù cao hơn do sự cộng hưởng đồng thời giữa nguồn phát điện mặt trời công suất lớn và phụ tải công nghiệp nặng. Tuy nhiên, việc bố trí các trạm 110kV đặt ngay tại tâm phụ tải các khu công nghiệp đã giúp dòng công suất phát ra từ điện mặt trời được tiêu thụ tại chỗ tới khoảng 60%, giảm thiểu đáng kể tổn thất công suất truyền tải xa.

Dữ liệu tính toán kỹ thuật được mô tả trực quan thông qua Sơ đồ một sợi trên phần mềm ETAP cho các giai đoạn 2025 và 2030, kết hợp Bảng cân đối nguồn - tải theo từng phân vùng. Biểu đồ trào lưu công suất thể hiện rõ ràng các nút trạm không còn hiện tượng quá tải nhiệt, độ lệch điện áp giảm thiểu từ mức 7,8% xuống dưới 3,2%, chứng minh tính đúng đắn và khả thi của phương án đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp trọng tâm nhằm hiện thực hóa phương án quy hoạch:

  1. Nâng cấp và cải tạo tuyến đường dây hiện hữu: Thực hiện thay thế dây dẫn tiết diện nhỏ ACSR 185 bằng dây phân pha có khả năng tải cao 2xACSR 240 cho hơn 120 km đường dây 110kV trọng điểm (như tuyến Tây Ninh - Hòa Thành, Suối Dộp - Tân Biên, Bến Cầu - Thạnh Đức) nhằm nâng khả năng tải dòng điện lên mức từ 610A đến 984A. Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2024-2026. Chủ thể thực hiện: Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVNSPC).
  2. Xây mới và nâng công suất hệ thống trạm biến áp: Đầu tư xây dựng mới các trạm biến áp 110/22kV và bổ sung máy biến áp thứ hai tại các trạm hiện hữu, nâng tổng dung lượng máy biến áp 110kV toàn tỉnh đạt trên 2.200 MVA vào năm 2030 nhằm đáp ứng mức Pmax dự báo vượt 1.400 MW. Thời gian thực hiện: Phân kỳ liên tục 2024-2028. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý dự án Điện lực miền Nam phối hợp Công ty Điện lực Tây Ninh.
  3. Ứng dụng công nghệ điều khiển thông minh: Triển khai lắp đặt hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối (DAS/SCADA), trang bị rơ le bảo vệ kỹ thuật số và hệ thống giám sát công suất phát năng lượng tái tạo theo thời gian thực nhằm kiểm soát chặt chẽ tần số, điện áp, giảm thời gian mất điện SAIDI xuống dưới 150 phút/năm. Thời gian thực hiện: Giai đoạn 2025-2030. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam.
  4. Hoàn thiện cơ chế phối hợp và giải phóng mặt bằng: UBND tỉnh Tây Ninh cùng các sở ban ngành cần sớm ban hành cơ chế phối hợp đền bù giải tỏa hành lang tuyến đường dây 110kV và trạm biến áp, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho các doanh nghiệp tư nhân đầu tư trạm chuyên dùng, phấn đấu tỷ lệ giải ngân vốn đầu tư ngành điện đạt trên 95% kế hoạch hàng năm. Thời gian thực hiện: Thường xuyên từ năm 2024 đến năm 2030. Chủ thể thực hiện: Sở Công Thương và UBND các huyện, thị xã, thành phố tỉnh Tây Ninh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng cao cho 4 nhóm đối tượng sau:

  • Kỹ sư quy hoạch và thiết kế hệ thống điện: Học hỏi quy trình tích hợp công cụ lập trình Matlab để tự động hóa bài toán dự báo phụ tải đa biến và ứng dụng ETAP trong việc mô phỏng chế độ vận hành lưới điện phức tạp có nguồn phân tán.
  • Các chủ đầu tư và doanh nghiệp phát triển năng lượng tái tạo: Nắm bắt chi tiết hiện trạng hạ tầng lưới 110kV/220kV tỉnh Tây Ninh, nhận diện các điểm đấu nối còn dung lượng truyền tải để tối ưu hóa quyết định vị trí xây dựng nhà máy điện mặt trời hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng BESS.
  • Cán bộ quản lý nhà nước tại Sở Công Thương và Tập đoàn Điện lực Việt Nam: Sử dụng số liệu dự báo khoa học và phương án cân bằng nguồn - tải làm tài liệu tham khảo chính thống để xây dựng quy hoạch phát triển điện lực địa phương phù hợp với Quy hoạch điện VIII.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật điện: Khai thác làm tài liệu tham khảo mẫu mực về cấu trúc một công trình nghiên cứu hệ thống điện hoàn chỉnh, kết hợp nhuần nhuyễn giữa cơ sở toán học, kỹ thuật mô phỏng hiện đại và đánh giá kinh tế tài chính.

Câu hỏi thường gặp

Luận văn đã áp dụng phương pháp nào để tối ưu hóa độ chính xác khi dự báo phụ tải điện? Nghiên cứu sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu trên ngôn ngữ Matlab kết hợp kiểm định hồi quy đa biến từng bước với chuỗi số liệu 22 năm. Việc sàng lọc các biến có p-value nhỏ hơn 0,05 giúp mô hình đạt sai số dưới 3,5%, phản ánh chính xác xu hướng phụ tải của từng thành phần kinh tế.

Lưới điện 110kV sau quy hoạch giải quyết bài toán giải tỏa công suất điện mặt trời như thế nào? Phương án quy hoạch đã nâng tiết diện dây dẫn lên ACSR 240 và 2xACSR 240, đồng thời xây mới các mạch vòng liên kết giữa trạm 220kV Tây Ninh, Bàu Đồn và Trảng Bàng 2. Cấu trúc này cho phép hấp thụ an toàn 808 MW điện mặt trời hiện hữu và tạo khả năng truyền tải linh hoạt cho 4.390 MW dự án mới.

Phần mềm ETAP có vai trò gì trong việc xác thực phương án quy hoạch? Phần mềm ETAP được ứng dụng để mô phỏng trào lưu công suất xác lập, phân tích ngắn mạch và kiểm tra chế độ sự cố N-1. Kết quả mô phỏng kiểm chứng điện áp tại tất cả các thanh cái đều duy trì trong ngưỡng cho phép từ 0,95 đến 1,05 pu và loại bỏ hoàn toàn tình trạng nghẽn mạch đường dây.

Hiệu quả tài chính của phương án quy hoạch lưới điện được chứng minh ra sao? Tính toán dòng tiền chiết khấu trên Excel cho thấy dự án có giá trị hiện giá thuần NPV dương, tỷ suất sinh lời nội bộ IRR đạt mức cao hơn lãi suất chiết khấu cơ sở và thời gian hoàn vốn hợp lý. Điều này khẳng định dự án vừa đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật vừa mang tính khả thi tài chính vượt trội.

Đặc điểm phụ tải tiêu thụ điện tại Tây Ninh có gì khác biệt so với các tỉnh lân cận? Phụ tải Tây Ninh mang tính tập trung cao với hơn 72% sản lượng điện tiêu thụ phục vụ công nghiệp chế biến, chế tạo tại các khu công nghiệp lớn. Sự gia tăng phụ tải công nghiệp ban ngày trùng khớp với chu kỳ phát điện của các nhà máy điện mặt trời, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiêu thụ điện tại chỗ.

Kết luận

  • Xây dựng thành công thuật toán dự báo phụ tải đa biến bằng phương pháp bình phương cực tiểu trên Matlab với chuỗi số liệu 22 năm, đạt độ chính xác cao với sai số dưới 3,5%.
  • Hoàn thiện phương án quy hoạch lưới điện 110kV tỉnh Tây Ninh giai đoạn 2021-2030, giải quyết dứt điểm tình trạng quá tải và đảm bảo giải tỏa 100% công suất 808 MW điện mặt trời hiện hữu cùng 4.390 MW nguồn bổ sung.
  • Xác thực thành công các chỉ tiêu kỹ thuật vận hành ổn định, tin cậy và đạt tiêu chuẩn an toàn N-1 thông qua phần mềm mô phỏng chuyên dụng ETAP.
  • Chứng minh tính khả thi kinh tế - tài chính toàn diện của dự án với các chỉ số NPV, IRR và thời gian hoàn vốn tối ưu trên cơ sở suất đầu tư chuẩn của ngành điện.
  • Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc phục vụ việc triển khai Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia (Quy hoạch điện VIII) tại địa bàn tỉnh Tây Ninh.

Lộ trình triển khai tiếp theo được phân kỳ cụ thể: Giai đoạn 2024-2025 tập trung thi công nâng cấp các tuyến đường dây 110kV quá tải cấp bách; giai đoạn 2026-2030 hoàn thiện đồng bộ hạ tầng trạm biến áp và tích hợp hệ thống điều khiển lưới điện thông minh. Quý độc giả, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm có thể liên hệ trực tiếp tác giả để trao đổi chuyên sâu hoặc tham khảo toàn văn mô hình thuật toán và tệp mô phỏng ETAP phục vụ công tác nghiên cứu và triển khai dự án thực tế.