Luận văn thạc sĩ: Tính toán tối ưu công suất phát điện từ nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật điện tính toán tối ưu công suất phát hệ thống điện việt nam khi các nguồn năng lượng tái, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Nguyễn Văn Minh Chánh
• Người hướng dẫn: TS. Lê Kỷ
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Tính Toán Tối Ưu Công Suất Phát Hệ Thống Điện Việt Nam Khi Các Nguồn Năng Lượng Tái Tạo Kết Nối Vào Lưới
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
• ABSTRACT OF MASTER THESIS
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Nội dung của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
• 1.3.1. Tính khoa học
• 1.3.2. Tính thực tiễn
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Bố cục của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM HIỆN NAY
• 2.1. Tổng quan hệ thống điện Việt Nam hiện nay
• 2.2. Năng lượng tái tạo và những khó khăn gặp phải
• 2.2.1. Tình hình chung
• 3. CHƯƠNG 3: CHỨC NĂNG PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT (OPF) TRONG PHẦN MỀM PSS/E
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHÁT ĐỂ TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM TỐI THIỂU
• 4.1. Giả thiết và kịch bản tính toán
• 4.2. Khảo sát phân bố tối ưu công suất phát
• 4.2.1. Trường hợp lưới điện vận hành bình thường
• 4.2.2. Trường hợp chạy tối ưu phân bố công suất
• 4.3. Kết nối năng lượng tái tạo vào lưới điện
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• A. Công suất các máy phát trong hệ thống
• B. Nguồn điện mặt trời đấu nối vào hệ thống
• C. Bài toán 39 nút New - England

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan đề tài

Đề tài "Tối ưu công suất phát điện tại Việt Nam với năng lượng tái tạo" tập trung vào việc giải quyết những vấn đề phát sinh từ sự gia tăng của năng lượng tái tạo trong hệ thống điện Việt Nam. Việc kết nối các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió vào lưới điện đã tạo ra nhiều thách thức về khả năng truyền tải, gây ra tổn thất công suất và ảnh hưởng đến sự ổn định của lưới điện. Để đảm bảo cung cấp điện hiệu quả và ổn định, việc tối ưu hóa công suất phát là cần thiết. Luận văn này sẽ phân tích và đánh giá tình hình hiện tại của hệ thống điện Việt Nam, từ đó đưa ra các giải pháp nhằm tối ưu hóa công suất phát nhằm giảm thiểu tổn thất công suất và đảm bảo sự ổn định của lưới điện.

1.1 Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển nhanh chóng của năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đã dẫn đến sự phân bố không đồng đều nguồn điện giữa các khu vực trong cả nước. Các nhà máy năng lượng tái tạo chủ yếu tập trung ở những vùng có nguồn nắng lớn, làm cho lượng công suất phát ra lớn và dễ dẫn đến tình trạng quá tải đường dây. Việc tối ưu hóa công suất phát không chỉ giúp nâng cao độ ổn định trong truyền tải mà còn tối ưu chi phí và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

II. Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam hiện nay

Hệ thống điện Việt Nam đã có những bước tiến vượt bậc, hiện nay đứng thứ 2 Đông Nam Á về quy mô nguồn điện. Tổng công suất đặt của hệ thống đã đạt hơn 54.880MW. Tuy nhiên, sự phát triển này cũng đi kèm với nhiều thách thức, đặc biệt là việc phân bố phụ tải điện không đồng đều giữa các miền. Tình hình này đã dẫn đến áp lực lớn lên lưới điện, đặc biệt là khi các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió được đưa vào vận hành. Để đảm bảo sự ổn định và an toàn cho hệ thống điện, cần có những giải pháp tối ưu hóa công suất phát, nhằm giảm thiểu tổn thất công suất và đảm bảo khả năng cung cấp điện liên tục.

2.1 Tình hình phát triển năng lượng tái tạo

Việc phát triển năng lượng tái tạo đang diễn ra mạnh mẽ, với tổng công suất của các nguồn năng lượng này đã đạt khoảng 4900 MW, chiếm khoảng 9% tổng công suất nguồn điện. Tuy nhiên, sự gia tăng này đã tạo ra những thách thức lớn cho hệ thống điện, đặc biệt là về khả năng truyền tải và sự ổn định của lưới điện. Các nhà máy điện mặt trời ở những vùng như Ninh Thuận và Bình Thuận đã gặp phải tình trạng quá tải, dẫn đến việc phải giảm công suất phát, làm giảm hiệu quả kinh tế.

III. Chức năng phân bố tối ưu công suất OPF trong phần mềm PSS E

Chương này sẽ đi sâu vào chức năng phân bố tối ưu công suất (OPF) trong phần mềm PSS/E, một công cụ quan trọng trong việc tính toán và tối ưu hóa công suất phát cho hệ thống điện Việt Nam. OPF giúp xác định cách thức phân bố công suất giữa các nguồn phát điện nhằm giảm thiểu tổn thất công suất và đảm bảo an toàn cho lưới điện. Qua việc áp dụng OPF, các nhà quản lý có thể đưa ra các quyết định chính xác hơn về việc điều chỉnh công suất phát, từ đó cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.

3.1 Phân tích dữ liệu trong PSS E

Để thực hiện các tính toán tối ưu hóa công suất, việc nhập dữ liệu chính xác vào phần mềm PSS/E là cực kỳ quan trọng. Dữ liệu này bao gồm thông tin về các nguồn điện, tình trạng lưới điện, và các thông số kỹ thuật khác. Việc phân tích và xử lý dữ liệu này sẽ giúp xác định được các kịch bản tối ưu cho công suất phát, từ đó giảm thiểu tổn thất công suất và đảm bảo tính ổn định cho hệ thống điện.

IV. Tính toán phân bố tối ưu công suất phát để tổn thất công suất trên hệ thống điện Việt Nam tối thiểu

Chương này trình bày các phương pháp tính toán phân bố tối ưu công suất phát nhằm giảm thiểu tổn thất công suất trên hệ thống điện Việt Nam. Việc tính toán này được thực hiện dựa trên các kịch bản khác nhau, bao gồm cả tình huống có và không có năng lượng tái tạo kết nối vào lưới. Kết quả tính toán sẽ cho thấy rõ ràng cách thức mà năng lượng tái tạo ảnh hưởng đến tổn thất công suất và khả năng cung cấp điện của hệ thống. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn đảm bảo sự ổn định cho lưới điện.

4.1 Kịch bản tính toán và kết quả

Các kịch bản tính toán sẽ được xây dựng dựa trên các thông số thực tế của hệ thống điện. Kết quả sẽ được phân tích để đánh giá mức độ tổn thất công suất trong từng tình huống. Qua đó, các giải pháp tối ưu hóa sẽ được đề xuất nhằm giảm thiểu tổn thất công suất và nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện Việt Nam.

V. Kết luận và hướng phát triển

Kết luận của luận văn sẽ tóm tắt lại những kết quả đạt được từ các phân tích và tính toán đã thực hiện. Đồng thời, sẽ đưa ra các hướng phát triển trong tương lai cho hệ thống điện Việt Nam, đặc biệt là trong bối cảnh gia tăng năng lượng tái tạo. Việc tối ưu hóa công suất phát không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất mà còn đảm bảo sự ổn định và an toàn cho hệ thống điện, góp phần vào việc phát triển bền vững cho ngành điện Việt Nam.

5.1 Hướng phát triển bền vững

Để phát triển bền vững, cần có những chính sách hỗ trợ cho việc phát triển năng lượng tái tạo và cải thiện hạ tầng lưới điện. Các giải pháp công nghệ mới cũng cần được áp dụng để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm thiểu tác động đến môi trường. Điều này không chỉ giúp đảm bảo an ninh năng lượng mà còn thúc đẩy nền kinh tế xanh tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống điện Việt Nam đã đạt được những bước phát triển vượt bậc với tổng công suất đặt nguồn điện hơn 54.880 MW và sản lượng điện sản xuất năm 2019 đạt 231,1 tỷ kWh. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió, chiếm khoảng 9% tổng công suất nguồn điện vào cuối năm 2019, đã đặt ra nhiều thách thức về khả năng truyền tải và tổn thất công suất trên lưới điện. Các khu vực như Ninh Thuận và Bình Thuận, nơi tập trung nhiều nhà máy năng lượng tái tạo, đã xuất hiện hiện tượng quá tải đường dây và trạm biến áp, ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành và ổn định hệ thống.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tính toán tối ưu công suất phát trong hệ thống điện Việt Nam khi các nguồn năng lượng tái tạo kết nối vào lưới, nhằm giảm thiểu tổn thất công suất, đảm bảo khả năng cung cấp điện và duy trì sự ổn định của lưới điện. Nghiên cứu tập trung vào phân tích lưới điện truyền tải khu vực miền Nam, đặc biệt là các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và các vùng lân cận, trong giai đoạn từ năm 2019 đến 2023, khi các dự án năng lượng tái tạo được triển khai mạnh mẽ.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp giải pháp tối ưu hóa phân bố công suất phát, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện, giảm tổn thất và chi phí vận hành, đồng thời hỗ trợ công tác quy hoạch và phát triển lưới điện phù hợp với xu hướng phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Bài toán phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow - OPF): Đây là bài toán tối ưu hóa nhằm xác định phân bố công suất phát của các máy phát sao cho tổn thất công suất trên hệ thống được tối thiểu trong khi đảm bảo các ràng buộc vận hành như giới hạn công suất máy phát, điện áp tại các nút, và khả năng truyền tải của đường dây.

• Mô hình chi phí nhiên liệu của máy phát: Chi phí nhiên liệu được mô tả bằng các hàm bậc hai hoặc đa thức, có tính đến hiệu ứng điểm van và đa nhiên liệu, giúp mô phỏng chính xác chi phí vận hành của các nhà máy điện.

• Các ràng buộc vận hành hệ thống điện: Bao gồm giới hạn công suất thực và phản kháng của máy phát, giới hạn điện áp tại các nút, giới hạn dòng công suất trên đường dây truyền tải, và các ràng buộc an ninh hệ thống.

• Mô hình điều khiển máy biến áp và shunt: Điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng thông qua các thiết bị như máy biến áp có nấc biến áp và các bộ tụ bù shunt để duy trì điện áp ổn định.

Các khái niệm chính bao gồm: công suất thực và phản kháng, điện áp nút, tổn thất công suất, chi phí nhiên liệu, ràng buộc vận hành, và mô hình tối ưu hóa.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng hệ thống điện PSS/E phiên bản 35.0 để thực hiện các tính toán và mô phỏng phân bố công suất tối ưu trên lưới điện Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Thu thập dữ liệu: Số liệu thực tế về quy hoạch lưới điện truyền tải, công suất các nhà máy điện, đặc tính kỹ thuật của đường dây, máy biến áp và các thiết bị điều khiển tại khu vực Ninh Thuận, Bình Thuận và các tỉnh lân cận.

• Mô hình hóa hệ thống: Xây dựng mô hình lưới điện truyền tải Việt Nam trên phần mềm PSS/E, bao gồm các nút, đường dây, máy phát và các thiết bị điều khiển.

• Phân tích kịch bản: Thực hiện các kịch bản tính toán trào lưu công suất và tổn thất công suất trên toàn lưới điện trong các trường hợp không có và có nguồn năng lượng tái tạo kết nối.

• Giải bài toán OPF: Sử dụng chức năng phân bố công suất tối ưu (OPF) trong PSS/E để tính toán phân bố công suất phát nhằm tối thiểu tổn thất công suất, đồng thời đảm bảo các ràng buộc vận hành.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình nghiên cứu tập trung vào hệ thống lưới điện khu vực miền Nam với hơn 20 nút và các đường dây truyền tải chính, lựa chọn dựa trên mức độ ảnh hưởng của các nguồn năng lượng tái tạo và khả năng truyền tải.

• Phân tích kết quả: So sánh tổn thất công suất, công suất phát của các nhà máy và dòng công suất trên đường dây trước và sau khi tối ưu, đánh giá hiệu quả của phương pháp.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 2/2020 đến tháng 1/2021, đảm bảo thu thập và xử lý dữ liệu đầy đủ, chính xác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổn thất công suất giảm đáng kể khi áp dụng phân bố công suất tối ưu: Kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất công suất trên toàn hệ thống giảm khoảng 5-7% so với phương pháp phân bố công suất truyền thống khi có nguồn năng lượng tái tạo kết nối. Ví dụ, tại khu vực Ninh Thuận và Bình Thuận, tổn thất trên các đường dây giảm từ khoảng 15 MW xuống còn khoảng 13 MW sau khi tối ưu.

2. Công suất phát của các nhà máy thủy điện và năng lượng tái tạo được điều chỉnh hợp lý: Công suất phát của các nhà máy thủy điện lớn giảm khoảng 10% khi có điện mặt trời kết nối, trong khi công suất phát của các nhà máy điện mặt trời được tối ưu để phát tối đa trong giới hạn cho phép, giúp cân bằng tải và giảm quá tải đường dây.

3. Giảm quá tải và cải thiện khả năng truyền tải: Trước khi tối ưu, một số đường dây tại khu vực Ninh Thuận và Bình Thuận bị quá tải lên đến 20-35% công suất đặt. Sau khi áp dụng OPF, dòng công suất trên các đường dây này được điều chỉnh giảm xuống dưới giới hạn cho phép, đảm bảo vận hành an toàn.

4. Điện áp tại các nút được duy trì ổn định: Việc điều chỉnh điện áp qua máy biến áp và shunt giúp điện áp tại các nút phụ tải duy trì trong phạm vi cho phép, giảm thiểu nguy cơ sụp đổ điện áp và mất ổn định hệ thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất công suất là do phân bố công suất phát được tối ưu hóa, giảm tải cho các đường dây truyền tải và điều chỉnh công suất phản kháng hợp lý. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành điện cho thấy việc áp dụng OPF giúp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm chi phí.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, mức giảm tổn thất 5-7% là tương đối khả quan, đặc biệt trong bối cảnh hệ thống điện Việt Nam đang chịu áp lực lớn từ sự phát triển nhanh của năng lượng tái tạo. Việc duy trì điện áp ổn định và giảm quá tải cũng góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tổn thất công suất trước và sau tối ưu, bảng phân bố công suất phát của các nhà máy, và biểu đồ dòng công suất trên các đường dây chính. Các biểu đồ này minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp tối ưu trong việc giảm tổn thất và cải thiện vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng rộng rãi phương pháp phân bố công suất tối ưu (OPF) trong vận hành hệ thống điện: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu giảm tổn thất công suất ít nhất 5% trong vòng 2 năm tới, chủ thể thực hiện là Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) và các đơn vị vận hành lưới điện.

2. Tăng cường đầu tư nâng cấp hạ tầng truyền tải tại các khu vực có nguồn năng lượng tái tạo tập trung: Động từ "đầu tư", mục tiêu giảm quá tải đường dây xuống dưới 10% công suất đặt trong 3 năm, chủ thể là EVN và các nhà đầu tư hạ tầng.

3. Phát triển và ứng dụng công nghệ điều khiển điện áp tự động qua máy biến áp và shunt: Động từ "ứng dụng", mục tiêu duy trì điện áp trong phạm vi cho phép 99% thời gian vận hành, thời gian 1-2 năm, chủ thể là các đơn vị vận hành và bảo trì lưới điện.

4. Xây dựng kế hoạch đồng bộ phát triển nguồn điện và lưới điện: Động từ "lập kế hoạch", mục tiêu cân đối công suất phát và khả năng truyền tải, tránh hiện tượng giảm phát nguồn năng lượng tái tạo, thời gian trung hạn 5 năm, chủ thể là Bộ Công Thương và EVN.

Các giải pháp này cần được phối hợp chặt chẽ để đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế cho hệ thống điện Việt Nam trong bối cảnh năng lượng tái tạo ngày càng phát triển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện: Luận văn cung cấp phương pháp và công cụ tính toán tối ưu công suất phát, giúp họ nâng cao hiệu quả vận hành và giảm tổn thất.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Thông tin về tác động của năng lượng tái tạo và giải pháp tối ưu giúp xây dựng chính sách phát triển nguồn và lưới điện phù hợp.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu chi tiết về bài toán OPF, mô hình chi phí nhiên liệu và ứng dụng phần mềm PSS/E là nguồn tham khảo quý giá cho nghiên cứu và học tập.

4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp năng lượng tái tạo: Hiểu rõ về ảnh hưởng của nguồn tái tạo đến lưới điện và các giải pháp tối ưu giúp họ lập kế hoạch đầu tư hiệu quả, giảm thiểu rủi ro vận hành.

Mỗi nhóm đối tượng có thể áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn công việc, từ vận hành, quản lý đến nghiên cứu và đầu tư, góp phần phát triển bền vững ngành điện Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần tối ưu công suất phát khi có nguồn năng lượng tái tạo?
   Năng lượng tái tạo như điện mặt trời và gió có tính chất không liên tục và phân bố không đồng đều, gây quá tải và tổn thất trên lưới điện. Tối ưu công suất phát giúp cân bằng tải, giảm tổn thất và đảm bảo ổn định hệ thống.

2. Phần mềm PSS/E được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   PSS/E là công cụ mô phỏng hệ thống điện, cho phép nhập dữ liệu thực tế, mô hình hóa lưới điện và giải bài toán phân bố công suất tối ưu (OPF) để tính toán tổn thất và phân bố công suất phát hiệu quả.

3. Kết quả tối ưu công suất phát có thể giảm tổn thất bao nhiêu phần trăm?
   Theo mô phỏng, tổn thất công suất có thể giảm khoảng 5-7% so với phương pháp truyền thống, giúp tiết kiệm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả truyền tải.

4. Các ràng buộc vận hành nào được xem xét trong bài toán OPF?
   Bao gồm giới hạn công suất thực và phản kháng của máy phát, giới hạn điện áp tại các nút, khả năng truyền tải của đường dây, và các giới hạn an ninh hệ thống nhằm đảm bảo vận hành an toàn.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
   Các đơn vị vận hành và quản lý lưới điện có thể triển khai phần mềm OPF để tính toán phân bố công suất hàng ngày, đồng thời phối hợp đầu tư nâng cấp hạ tầng và điều khiển điện áp tự động nhằm tối ưu vận hành hệ thống.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và mô phỏng thành công bài toán tối ưu công suất phát hệ thống điện Việt Nam khi có nguồn năng lượng tái tạo kết nối, giảm tổn thất công suất từ 5-7%.
• Phân bố công suất tối ưu giúp giảm quá tải đường dây và duy trì điện áp ổn định, nâng cao độ tin cậy vận hành hệ thống.
• Nghiên cứu sử dụng phần mềm PSS/E phiên bản 35.0, mô hình hóa chi tiết lưới điện khu vực miền Nam, đặc biệt là Ninh Thuận và Bình Thuận.
• Đề xuất các giải pháp triển khai OPF, nâng cấp hạ tầng truyền tải, ứng dụng công nghệ điều khiển điện áp và lập kế hoạch đồng bộ phát triển nguồn và lưới điện.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng mô hình cho toàn quốc, cập nhật dữ liệu thực tế liên tục và phối hợp với các đơn vị vận hành để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn.

Hành động khuyến nghị: Các đơn vị liên quan cần nhanh chóng triển khai các giải pháp tối ưu công suất phát để đảm bảo vận hành an toàn, hiệu quả và phát triển bền vững hệ thống điện Việt Nam trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài. - Chương 2: Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam hiện nay. Học viên: Nguyễn Văn Minh Chánh - 1870396 Trang 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ - Chương 3: Chức năng phân bố tối ưu công suất (OPF) trong phần mềm PSS/E.

- Chương 4: Tính toán phân bố tối ưu công suất phát để tổn thất công suất trên hệ thống điện Việt Nam tối thiểu. - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. Học viên: Nguyễn Văn Minh Chánh - 1870396 Trang 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VIỆT NAM HIỆN NAY Việt Nam đã đạt những kỳ tích vượt bật trong lĩnh vực phát triển hệ thống mà không quốc gia nào trên thế giới cũng đạt được sau khoảng 65 năm.

Tuy nhiên, những thách thức cho ngành điện ngày càng phức tạp trước nhu cầu tiêu thụ khổng lồ của thị trường, song song đó là những đòi hỏi gắt gao liên quan đến vấn đề pháp luật, môi trường. Chương 2 sẽ chỉ ra bức tranh tổng quan về các vấn đề trong ngành điện Việt Nam hiện nay, với nhiều số liệu cụ thể giúp người đọc thuận tiện tham khảo. Tổng quan hệ thống điện Việt Nam hiện nay Việt Nam có quy mô nguồn điện đứng thứ 2 Đông Nam Á, quy mô lưới điện 500kV dài gấp 5 lần chiều dài đất nước. Về nguồn điện, mặc dù thu nhập bình quân đầu người của Việt Nam ở mức 121 thế giới nhưng quy mô nguồn điện đã đứng thứ 23 toàn cầu và đứng thứ 2 Đông Nam Á.

Trong đó, tổng công suất đặt nguồn điện toàn hệ thống đã đạt hơn 54.880MW, tăng trưởng 1800 lần so với năm 1954. Sản lượng điện sản xuất và mua của EVN năm 2019 đạt 231,1 tỷ kWh. Việt Nam đã cấp điện lưới quốc gia cho 63/63 tỉnh thành và 11/12 huyện đảo với tỷ lệ hộ dân có điện trong cả nước đạt 99,25% [2]. Có thể thấy rằng, từ những bước chân của những người kỹ sư xây dựng nhà máy điện đầu tiên, đến nay, nguồn điện Việt Nam đã phát triển vượt bậc, khai thác gần như tối đa các nguồn năng lượng sơ cấp mà đất nước đang có.

Đi cùng việc phát triển nguồn điện, lưới điện Việt Nam cũng có những bước phát triển đáng ghi nhận, kể cả lượng và chất. Kể từ khi hoàn thành đường dây 500kV Bắc – Nam mạch 1 vào năm 1995 đến nay, lưới điện 500kV đã được xây dựng với chiều dài hơn 8.000km, gấp hơn 4,8 lần chiều dài đất nước và lưới 220kV có tổng chiều dài hơn 17.600km, gấp gần 11 lần chiều dài đất nước. Tổng dung lượng MBA cũng đạt khoảng 57.750MVA với 31 trạm biến áp 500/220kV và 128 trạm biến áp 220/110kV để đáp ứng chuyển tải điện năng đến hầu hết các phụ tải trên khắp cả nước [3]. Bên cạnh đó, EVN đã tích cực ứng dụng nhiều tiến bộ khoa học công nghệ vào quản lý vận hành lưới điện nhằm nâng cao chất lượng điện năng và đảm bảo cấp điện an toàn, chẳng hạn hệ thống SCADA và UAV, hệ thống định vị sự cố, ứng dụng vật liệu mới như dây siêu nhiệt, dây dẫn tốn thất thấp,… Kết quả là, tổn thất hệ thống điện đã Học viên: Nguyễn Văn Minh Chánh - 1870396 Trang 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.

Lê Kỷ đạt ở mức 6,5% [2], thuộc mức thấp của thế giới. Đồng thời, hầu hết các trạm biến áp 110kV trên lưới điện đều được thiết kế, cải tạo thành trạm biến áp không người trực nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất. Tính đến thời điểm hiện tại, khoảng 64% [4] trạm biến áp 220kV của NPT, 100% [5] trạm biến áp của EVNHCM và khoảng 95% [6] trạm biến áp của EVNCPC là trạm biến áp không người trực. Những thành tựu này đóng góp vào thành tích chung của lưới điện Việt Nam trong việc luôn giữ vững và phát huy vai trò truyển tải điện năng kịp thời cho toàn bộ nền kinh tế và xã hội.

Năng lượng tái tạo và những khó khăn gặp phải Tình hình chung Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng về quy mô của hệ thống điện Việt Nam cũng đối mặt với nhiều thách thức lớn không dễ giải quyết. Đó là vấn đề phân bố phụ tải điện không cân đối giữa các miền và giữa các khu vực trong miền, với hơn 45% ở miền Nam, gần 45% ở miền Bắc và khoảng 10% ở miền Trung. Mật độ phụ tải và lưới điện tại những vùng kinh tế trọng điểm miền cao gây ra dòng ngắn mạch cao tại khu vực, ảnh hưởng nghiệm trọng đến toàn bộ hệ thống điện. Một số nơi, dòng ngắn mạch đã vượt mức dòng cắt cho phép của thiết bị tại các trung tâm phụ tải, dù đã áp dụng giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch, như tại Nhà máy Nhiệt điện Phú Mỹ, Phú Lâm, Nhà Bè, Củ Chi,… Bên cạnh đó, do sự phát triển không cân đối nguồn giữa các miền trong thời gian vừa qua, các nguồn điện mới chủ yếu tập trung ở miền Bắc và Bắc Miền Trung dẫn đến nhu cầu truyền tải theo trục Bắc – Nam tăng cao, EVN đang triển khai đường dây 500kV mạch 3 để giải quyết vấn đề trên.

Hiện nay, hệ thống lưới điện truyền tải Việt Nam chưa đáp ứng tiêu chí N-1. Lưới điện cũng xảy ra hiện tượng đầy tải, quá tải ở nhiều vị trí sau khi các dự án điện mặt trời được ồ ạt đầu tư và được đưa vào vận hành trong thời gian qua. Trong khi lưới điện ở nhiều khu vực chưa được xây dựng đồng bộ thì đến 12/2019 đã có tổng cộng 4900 MW nguồn điện năng lượng tái tạo (khoảng 9% tổng công suất nguồn điện) được hòa vào lưới điện quốc gia [2]. Hậu quả là, ở một số khu vực, trong đó có lưới điện 220/110kV của tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận đã xảy ra hiện tượng đầy, quá tải, một số nhà máy phải giảm công suất phát, làm giảm hiệu quả kinh tế.

Học viên: Nguyễn Văn Minh Chánh - 1870396 Trang 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Việc vận hành hệ thống điện quốc gia cũng gặp rất nhiều khó khăn bởi tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống ngày càng cao, trong khi đó, nguồn năng lượng tái tạo lại có đặc tính không liên tục cấp điện do phụ thuộc vào thời thiết. Con số này chiếm khoảng 15 – 20% tổng cung năng lượng vào năm 2030 và khoảng 25 – 30% tổng cung năng lượng vào năm 2045 [7]. Đặc biệc, các nhà máy điện mặt trời lại không phát công suất khi không có ánh sáng mặt trời hoặc vào ban đêm, làm thiếu hụt một lượng lớn công suất trên lưới điện quốc gia.

Chưa kể, tốc độ thay đổi tải của nguồn năng lượng tái tạo khá nhanh. Thống kê của Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia về các dự án điện mặt trời đã vận hành cho thấy, công suất phát có thể thay đổi từ 60 – 80% trong khoảng thời gian chỉ 5-10 phút [8]. Ở thời điển hiện tại, giá thành thiết bị công nghệ tích trữ năng lượng tương đối cao và chưa được trang bị trong hệ thống điện nên yêu cầu công suất dự phòng tăng cao để đáp ứng các thay đổi của nguồn năng lượng tái tạo khi công suất phát của các nguồn này thay đổi. Vì thế, đồng thời với việc phát triển năng lượng tái tạo, hệ thống điện Việt Nam cần đầu tư xây dựng nguồn điện có khả năng thay đổi tải nhanh theo phụ tải như các nhà máy thủy điện tích năng hoặc các nhà máy điện tua bin khí chu trình tổng hợp.

Khu vực Ninh Thuận, Bình Thuận Tình trạng quá tải lưới điện ở Ninh Thuận, Bình Thuận đã giảm, sau khi một số dự án truyền tải đưa vào vận hành đã giúp cho các dự án điện mặt trời phát được điện lên lưới. Song, nguy cơ tắc nghẽn lại tiếp tục báo động và có thể lặp lại tình trạng quá tải, khi có thêm nhiều dự án điện gió đang chạy đua bổ sung một lượng điện khá lớn vào hệ thống. EVN đã hoàn thành vượt tiến độ một số công trình lưới điện phục vụ giải tỏa công suất các nguồn điện mặt trời, điện gió ở khu vực Ninh Thuận và Bình Thuận. Các công trình truyền tải điện được bổ sung quy hoạch dự kiến đều đạt và vượt tiến độ so với kế hoạch ban đầu, bao gồm: Nâng công suất trạm 220kV Tháp Chàm từ 2x125MVA lên 2x250MVA.

Cụ thể, bổ sung thêm máy biến áp thứ 2 tại trạm 220kV Hàm Tân, đầu tư xây dựng trạm 220kV Phan Rí (2x250MVA) và đường dây đấu nối và nâng công suất các trạm 500kV Vĩnh Tân, Di Linh. Học viên: Nguyễn Văn Minh Chánh - 1870396 Trang 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Vào tháng 10/2019, Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia (thuộc EVN) đã hoàn thành nâng công suất trạm 220kV Tháp Chàm, vượt tiến độ 1 năm so với kế hoạch và hoàn thành đầu tư xây dựng trạm biến áp thứ 2 trạm 220kV Hàm Tân. Mặc dù vậy, các công trình lưới điện 220kV nêu trên được tính toán đề xuất tương ứng với tổng quy mô các nhà máy điện mặt trời và điện gió được phê duyệt bổ sung quy hoạch tính đến thời điểm tháng 9/2018.

Trên thực tế, trong thời gian từ tháng 8/2018 đến tháng 12/2018 đã có thêm một số nhà máy năng lượng tái tạo tiếp tục được bổ sung quy hoạch, gây đầy và quá tải một số đường dây 110kV và trạm biến áp 220 kV khu vực Ninh Thuận, Bình Thuận. Hình 2-1 Công trình nâng công suất trạm 220 kV Tháp Chàm tại Ninh Thuận. Để góp phần tăng cường khả năng giải tỏa công suất các nguồn năng lượng tái tạo trên địa bàn các tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận ngay từ năm 2020, EVN đã bổ sung quy hoạch trạm 220kV Phước Thái từ quy mô công suất 250MVA lên mức 650MVA, tiến độ phấn đấu hoàn thành năm 2020. Bổ sung quy hoạch thêm trạm biến áp 220/110kV, công suất 250MVA tại vị trí trạm cắt 110kV Vĩnh Hảo 6 ở tỉnh Bình Thuận và nhánh rẽ 220kV đấu chuyển tiếp vào 1 mạch đường dây 220kV Phan Rí – Vĩnh Tân, chiều dài khoảng 2x1km.

Cuối tháng 6/2020, Tổng Công ty truyền tải điện quốc gia (EVNNPT) đã hoàn thành TBA 220kV Ninh Phước và đấu nối. Đây là dự án rất quan trọng được xây dựng Học viên: Nguyễn Văn Minh Chánh - 1870396 Trang 7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ tại huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận có mục tiêu thu gom công suất nguồn năng lượng tái tạo trong khu vực hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận để truyền tải lên hệ thống truyền tải điện quốc gia, bảo đảm cung cấp điện cho các tỉnh thành phía nam.