Nghiên cứu khả năng nâng cao công suất khả dụng của nhà máy thủy điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đưa ra cơ sở và phân tích đánh giá những ảnh hưởng đến công suất khả dụng, từ đó nghiên cứu đưa ra khả năng nâng cao công suất khả dụng các nhà máy thủy điện nhằm tăng khả năng tham gia của nguồn thủy điện trong cân bằng công suất của hệ thống. Kết quả áp dụng tính toán cho thủy điện Tuyên Quang đã minh chứng được tính hiệu quả của phương pháp luận đưa ra.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu khả năng nâng cao công suất khả dụng của nhà máy thủy điện

BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG NÂNG CAO CÔNG SUẤT KHẢ DỤNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Hoàng Công Tuấn1, Nguyễn Thế Tiến2 Tóm tắt: Những ngày đầu tháng 6 năm 2023, mực nước hồ chứa của hầu hết các NMTĐ lớn ở miền Bắc đã xuống tiệm cận mực nước chết làm cho công suất khả dụng giảm mạnh. Trong khi đó, tháng 6 thường là tháng có nhu cầu phụ tải điện cao nhất trong năm nên đã gây ra thiếu hụt công suất, dẫn đến phải cắt điện một số khu vực ở miền Bắc. Để đảm bảo hệ thống điện vận hành ổn định, an toàn khi tích hợp tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo ngày càng tăng đòi hỏi phải bổ sung thêm nguồn điện có tính linh hoạt cao như thủy điện. Bài báo đưa ra cơ sở và phân tích đánh giá những ảnh hưởng đến công suất khả dụng, từ đó nghiên cứu đưa ra khả năng nâng cao công suất khả dụng các nhà máy thủy điện nhằm tăng khả năng tham gia của nguồn thủy điện trong cân bằng công suất của hệ thống. Kết quả áp dụng tính toán cho thủy điện Tuyên Quang đã minh chứng được tính hiệu quả của phương pháp luận đưa ra. Từ khóa: Thủy điện, công suất khả dụng, hệ thống điện. 1. MỞ ĐẦU * điện khác, như thiết bị có linh hoạt rất cao (thay Trong cơ cấu nguồn điện của Việt Nam, tỷ đổi công suất rất nhanh, phạm vi thay đổi lớn), giá trọng nguồn thủy điện sẽ ngày càng giảm, còn thành rẻ, phát thải carbon thấp sẽ là lựa chọn phù nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) ngày càng tăng hợp nhất hiện nay và cũng đóng vai trò rất quan (Chính phủ, 2023). Việc nguồn NLTT chiếm tỷ trọng trong việc phủ đỉnh biểu đồ phụ tải nhằm ổn trọng cao sẽ gây khó khăn cho vận hành hệ thống định hệ thống, điều tần, dự phòng công suất, giúp điện (HTĐ). Mặt khác, nhu cầu sử dụng điện thay HTĐ được vận hành an toàn, tin cậy. đổi theo hướng bất lợi cho thủy điện và HTĐ. Hiện nay, hầu hết các NMTĐ thủy điện vừa và Trong bối cảnh đó, để đảm bảo an ninh năng lớn của nước ta đã được xây dựng đưa vào vận lượng, HTĐ vận hành ổn định và an toàn thì giải hành, chỉ còn các dự án thủy điện nhỏ đang tiếp pháp hữu hiệu và cũng là xu thế trên thế giới là tục triển khai nghiên cứu xây dựng. Để tăng thêm tăng nguồn điện tích trữ có tính linh hoạt cao như khả năng tham gia của nguồn thủy điện trong cân pin lưu trữ, tăng thêm công suất khả dụng (Nkd) bằng năng lượng của HTĐ, đã và đang có nhiều của nguồn thủy điện như: xây dựng mới các nhà NMTĐ mở rộng công suất được xây dựng như: máy thủy điện (NMTĐ), làm thủy điện tích năng thủy điện Thác Mơ, Đa Nhim, Hòa Bình, Ialy,… (TĐTN), mở rộng NMTĐ và các giải pháp nâng và nhiều dự án mở rộng NMTĐ đang được nghiên cao Nkd cho NMTĐ. cứu (EVN-PECC1, 2021). Về thủy điện tích năng Trước đây, do nguồn thủy điện chiếm tỷ trọng (TĐTN), theo kết quả đánh giá tiềm năng TĐTN cao trong HTĐ nên vài trò đảm nhận phụ tải của cho thấy, có 11 vị trí tiềm năng, với tổng công thủy điện gồm cả phần đáy, thân và đỉnh của biểu suất 12.500MW (Chính phủ, 2023). Trong đó, đồ phụ tải. Khi tỷ trọng của nguồn này và tỷ trọng TĐTN Bác Ái, công suất 1.200 MW, là TĐTN nguồn NLTT tăng thì thủy điện sẽ có xu thế đầu tiên được khởi công xây dựng đầu năm 2020 chuyển sang chế độ phủ đỉnh biểu đồ phụ tải. và dự kiến hoàn thành vào năm 2028. Thủy điện với ưu điểm vượt trội, so với các nguồn Việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành 1 Trường Đại học Thủy lợi phát điện các NMTĐ nói chung đã được nhiều nhà 2 Viện Thủy điện và Năng lượng tái tạo khoa học quan tâm theo các cách tiếp cận khác KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024) 3
nhau (Nguyễn Văn Nghĩa, 2010; Nguyễn Đức phủ đỉnh biểu đồ phụ tải của nguồn thủy điện Nghĩa, 2017; Hoàng Công Tuấn, 2018; Phan Trần trong HTĐ, góp phần nâng cao chất lượng điện và Hồng Long, 2020; Hoàng Công Tuấn và Phan đảm bảo an ninh năng lượng. Trần Hồng Long, 2020). Liên quan đến Nkd, đã có 2. CƠ SỞ NÂNG CAO CÔNG SUẤT một số nghiên cứu đề cập đến nhưng mới dừng lại KHẢ DỤNG CỦA NMTĐ ở việc xét ảnh hưởng của một số thông số độc lập 2.1. Sự thay đổi nhu cầu sử dụng điện như mực nước chết (Nguyễn Thị Nhớ, 2009; Nhu cầu sử dụng điện hay biểu đồ phụ tải Hoàng Công Tuấn, 2019), cột nước tính toán (BĐPT) có sự thay đổi rất lớn về thời gian xảy ra (Hoàng Công Tuấn, 2018), chưa có nghiên cứu phụ tải lớn nhất. Sự thay đổi phụ tải theo hướng mang tính tổng thể về cơ sở và các yếu tố ảnh bất lợi đối với khả năng phát điện của thủy điện và hưởng cho việc nâng cao Nkd các NMTĐ. Đặc cân bằng công suất của HTĐ. Trước đây, phụ tải biệt, vào cuối mùa kiệt vừa qua, việc mực nước lớn nhất thường rơi vào tháng 11 và 12 (Hình 1, các hồ thủy điện giảm sâu, nhất là các hồ thủy trái). Những năm gần đây và dự báo trong những điện miền Bắc tiệm cận mực nước chết (MNC) năm tới, phụ tải lớn nhất rơi vào những tháng cuối vào thời điểm đầu tháng 6/2023 đã làm cho Nkd mùa kiệt và đầu mùa lũ, các tháng 5, 6, 7 và 8, cao các NMTĐ bị giảm mạnh, gây ra thiếu hụt công nhất là tháng 6 (Hình 1, phải) thời gian mà mực suất, dẫn đến phải cắt điện tại một số khu vực ở nước hồ của hầu hết các NMTĐ đang xuống thấp miền Bắc. Do đó, việc nghiên cứu nâng cao Nkd là (tiệm cận MNC) nên Nkd giảm do cột nước giảm, rất thiết thực và có ý nghĩa khoa học. dẫn đến các NMTĐ phải làm việc rất căng thẳng Nội dung bài báo này sẽ kế thừa và phát triển không thể đảm bảo sửa chữa đầy đủ và việc huy mở rộng hướng nghiên cứu tiếp theo từ nghiên động công suất của HTĐ gặp nhiều khó khăn. Do cứu trước (Hoàng Công Tuấn, 2021). Bài báo sẽ đó, để đảm bảo đủ nhu cầu phụ tải, HTĐ phải lắp tập trung vào phân tích, đánh giá tổng thể những bổ sung thêm công suất dự trữ và huy động công yếu tố ảnh hưởng, từ đó nghiên cứu giải pháp hay suất ở những nguồn điện khác có chi phí cao hơn khả năng nâng cao Nkd các NMTĐ nhằm tăng khả và còn gây ảnh hưởng tới môi trường như nguồn năng tham gia vào cân bằng công suất và vai trò nhiệt điện. Hình 1. BĐPT lớn nhất HTĐ toàn quốc năm 2004 (trái) và năm 2020, 2021, 2022 (phải) Vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao Nkd các của Việt Nam là 77.800MW. Trong đó, công suất NMTĐ vào các thời điểm phụ tải có yêu cầu cao nguồn thủy điện là 22.544 MW chiếm gần 29,0%, sẽ làm tăng khả năng tham gia của thủy điện, giúp công suất nguồn NLTT là 20.165MW chiếm HTĐ giảm căng thẳng trong huy động công suất 26,4%. Theo Quy hoạch điện VIII, tỷ trọng nguồn và góp phần giảm chi phí chung cho HTĐ. thủy điện sẽ có xu hướng ngày càng giảm và tỷ 2.2. Sự thay đổi cơ cấu nguồn điện trọng nguồn NLTT ngày càng tăng (Bảng 1). Theo Đến cuối năm 2022, tổng công suất nguồn điện đó, tỷ trọng nguồn thủy điện vào các năm 2030, 4 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
2040 và 2050 tương ứng là 18,5%, 9,7% và 6,3%. năm 2030, tăng lên 54,1% vào năm 2040 và Con số này đối với nguồn NLTT là 32,1% vào 63,5% vào năm 2050. Bảng 1. Cơ cấu các nguồn điện trong HTĐ theo Quy hoạch điện VIII (Phương án phụ tải cao) Nguồn điện 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Nhiệt điện than 29,3% 27,7% 19,0% 12,4% 8,5% 4,7% 0% Nhiệt điện khí 10,4% 9,4% 23,6% 16,7% 11,4% 10,1% 11,5% Thủy điện 30,7% 25,8% 18,5% 13,9% 9,7% 7,5% 6,3% NLTT 25,7% 31,3% 32,1% 44,8% 54,1% 60,1% 63,5% TĐTN, pin lưu trữ 0% 0% 1,7% 3,9% 5,6% 7,2% 7,9% Nhiệt điện linh hoạt 0% 0% 0,2% 3,7% 6,5% 7,2% 8,1% Nguồn khác 3,9% 5,7% 4,9% 4,6% 4,2% 3,3% 2,7% Việc phát triển nguồn NLTT là xu hướng tất Mực nước hồ ảnh hưởng đến cột nước (H), khi yếu để thay thế dần nguồn điện từ nhiên liệu hóa mực nước hồ thấp sẽ làm giảm H và do đó làm thạch và giảm phát thải khí nhà kính, hướng tới giảm Nkd. Khi mực nước hồ về MNC sẽ làm Nkd phát thải ròng về “0” vào năm 2050. Tuy nhiên, giảm sâu, đối với nhiều MNTĐ Nkd chỉ còn nguồn năng lượng này phát điện không liên tục và khoảng 60% công suất lắp máy (Nlm). Hơn nữa, kém ổn định do phải phụ thuộc vào thời tiết và các khi mực nước hồ càng thấp thì mức độ tiêu hao yếu tố môi trường làm ảnh hưởng đến chất lượng nước càng tăng lên (Nguyễn Đức Nghĩa, 2021), vận hành của HTĐ. Do đó, với cơ cấu nguồn điện dẫn đến hiệu quả phát điện càng giảm. Ngoài ra, theo quy hoạch, cần xác định lại vai trò của thủy khi tuabin phải làm việc ở H thấp sẽ rất bất lợi điện theo hướng đảm nhận phủ đỉnh biểu đồ phụ như: xâm thực tăng, tổ máy bị rung mạnh, gây ra tải và dự phòng công suất sự cố trong HTĐ. Theo tiếng ồn. Nếu làm việc thời gian dài và vượt giới đó, giải pháp hữu hiệu và phù hợp nhất hiện nay là hạn công suất thì tuổi thọ thiết bị giảm nhanh nâng cao Nkd các NMTĐ. chóng. Do đó, việc điều phối vận hành duy trì 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất đường mực nước hồ cao để duy trì Nkd cao giúp khả dụng tăng khả năng đáp ứng công suất cho HTĐ và (1) Mực nước chết nâng cao hiệu quả phát điện là rất quan trọng. MNC là một trong những thông số hồ chứa (2) Đặc tính thiết bị và Cột nước tính toán quan trọng của NMTĐ. Lựa chọn MNC không Trong quá trình vận hành của NMTĐ, khả năng những ảnh hưởng đến các chỉ tiêu năng lượng của phát điện phụ thuộc vào lưu lượng Q, H và hiệu NMTĐ mà còn ảnh hưởng đến Nkd. Trước đây, suất của thiết bị. Đối với tuabin, lưu lượng phát việc lựa chọn MNC cho các hồ điều tiết năm điện lớn nhất phụ thuộc vào H, do đó công suất của thường dựa trên tiêu chuẩn tối đa điện lượng mùa tuabin phụ thuộc vào H. Cột nước tính toán (Htt) – kiệt hoặc điện lượng năm. Điều này phù hợp khi cột nước nhỏ nhất mà tại đó tổ máy còn phát được mà nguồn thủy điện chiếm tỷ trọng cao trong hệ công suất định mức hay NMTĐ còn phát được Nlm thống, nhu cầu sử dụng điện cao vào mùa kiệt, - là một trong những thông số quan trọng của phụ tải lớn nhất thường ở những tháng đầu mùa NMTĐ. Htt có ảnh hưởng đến kích thước các bộ kiệt. Khi MNC được lựa chọn theo tiêu chuẩn này phận qua nước, do đó ảnh hưởng đến vốn đầu tư thường cho giá trị MNC thấp (Hoàng Công Tuấn, vào chúng. Đồng thời, Htt có ảnh hưởng đến Nkd 2017). Do đó, khi cơ cấu nguồn điện và phụ tải của NMTĐ. Khi H ≥ Htt tổ máy có thể phát được điện thay đổi cần có cách tiếp cận phù hợp khi đưa công suất định mức và do đó NMTĐ có thể phát ra tiêu chuẩn tính toán chọn MNC (Hoàng Công được Nlm (đoạn AC,Hình 2). Ngược lại, khi H ≤ Htt Tuấn, 2019). thì khả năng phát công suất hay Nkd bị giảm (đoạn KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024) 5
AB, Hình 2). Điều này thường xảy ra với những ở những tháng cuối mùa kiệt và đầu mùa lũ, dẫn NMTĐ cột nước thấp, nhất là những NMTĐ sử đến giảm H (< Htt) sẽ kéo theo Nkd của các NMTĐ dụng tuabin Tâm trục và/hoặc những NMTĐ có bị giảm đáng kể. Thêm vào đó, như trình bày ở yêu cầu phòng lũ. Trong khi đó, đại đa số các trên, nhu cầu phụ tải ở những tháng này lại rất lớn, NMTĐ lớn ở nước ta đều sử dụng tuabin Tâm trục, điều này sẽ gây lên sự căng thẳng trong cân bằng như Sơn La, Hòa Bình, Lai Châu, Ialy, Tuyên công suất của HTĐ. Do đó, việc nghiên cứu lựa Quang, … Nếu việc lựa chọn Htt không hợp lý hay chọn hợp lý Htt cần phải được tính đến đối với các quá trình vận hành làm mực nước hồ giảm, nhất là dự án xây mới hoặc mở rộng NMTĐ. C A B Hình 2. Đường đặc tính vận hành của tổ máy thủy điện (trái) và Quan hệ giữa tỷ lệ Nkd/Nlm với Hmin/Htt (phải) (3) Phương pháp tính thủy năng và Phương sông, quá trình vận hành phải tuân thủ các quy thức vận hành hồ chứa phát điện định trong quy trình vận hành liên hồ chứa trên Phương pháp tính toán thủy năng trong thiết kế lưu vực sông và quy trình vận hành đơn hồ. Trong hay trong xây dựng biểu đồ điều phối (BĐĐP) đó, có quy định về mực nước cao nhất trước lũ và thường dựa trên nguyên tắc sử dụng hết dung tích trong quá trình vận hành mực nước hồ không hữu ích hay mực nước hồ về MNC vào cuối mùa được phép vượt quá mực nước này. Trường hợp, kiệt đối với bất kỳ năm thủy văn nào và thường chưa ứng với mực nước này, nếu H ≤ Htt thì khả năng gắn với biểu đồ phụ tải. Điều này sẽ dẫn đến những phát công suất sẽ bị hạn chế, tức Nkd của NMTĐ bất cập trong vận hành. Hơn nữa, việc sử dụng các sẽ bị giảm. Hơn nữa, trong thời gian này thường phương pháp tính toán khác nhau cũng cho kết quả lưu lượng đến hồ lớn, buộc phải xả nước xuống hạ khác nhau đáng kể (Nguyễn Văn Nghĩa, 2008; lưu làm cho mực nước hạ lưu tăng lên và H giảm Hoàng Công Tuấn, 2017), dẫn đến không đánh giá xuống, dẫn đến Nkd càng giảm theo. Do đó, việc chính xác được khả năng thực tế của các NMTĐ. nghiên cứu lựa chọn hợp lý cao trình mực nước Nghiên cứu số liệu vận hành thực tế và kết quả trước lũ trong quy trình vận hành hồ chứa vừa tính toán vận hành theo các phương thức trước đây đảm bảo nhiệm vụ phòng lũ, vừa đảm bảo nâng cho thấy cột nước phát điện ở những tháng 6, 7 cao Nkd cần được quan tâm nghiên cứu. thường rất thấp, làm cho Nkd giảm nhỏ. Điều này, (5) Số giờ sử dụng công suất lắp máy. một phần là do sử dụng nguyên tắc tính toán như đã Trước đây, trong thiết kế chọn Nlm, do tỷ trọng nói ở trên. Hơn nữa, do BĐĐP của các NMTĐ được nguồn thủy điện trong hệ thống khá lớn nên các xây dựng dựa trên tiêu chuẩn và phân bố điện năng NMTĐ được nghiên cứu với vai trò đảm nhận phụ bảo đảm theo phụ tải điện và cơ cấu nguồn điện tải đáy, thân và một phần đỉnh biểu đồ phụ tải với trước đây nên không còn phù hợp. số giờ sử dụng Nlm thường trên 4000 giờ nên Nlm (4) Quy trình vận hành và Mực nước trước lũ thường nhỏ, dẫn đến Nkd cũng nhỏ theo. Số giờ Các NMTĐ được xây dựng trên cùng lưu vực này hiện nay không còn phù hợp do cơ cấu nguồn 6 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
thay đổi, nếu vẫn giữ nguyên sẽ gây lãng phí trên cơ sở số giờ phủ đỉnh phù hợp với biểu đồ nguồn thủy điện hiện có và không phát huy được phụ tải và nghiên cứu lộ trình thay đổi số giờ sử thế mạnh vượt trội của thủy điện. dụng Nlm. Theo kinh nghiệm từ các quốc gia phát triển * Giai đoạn vận hành trên thế giới cho thấy, số giờ sử dụng Nlm của thủy Trong thực tế vận hành, tùy theo điều kiện thủy điện vào khoảng từ 2500 đến 3000 giờ tùy thuộc văn không phải năm nào cũng đưa mực nước hồ vào tính chất và cơ cấu nguồn điện (Nguyễn Huy về MNC. Phương thức vận hành hồ chứa dựa trên Hoạch, 2023). Do đó, khi mà hầu hết các vị trí có phương pháp điều phối, sử dụng nước phát điện thể xây dựng NMTĐ lớn đã được khai thác và cơ hợp lý trên cơ sở có lợi cho cả chu kỳ điều tiết và cấu nguồn điện thay đổi thì việc nghiên cứu hợp tránh ảnh hưởng của hậu tác động. Lựa chọn lý số giờ sử dụng Nlm thông qua mở rộng các phương thức vận hành duy trì đường mực nước hồ NMTĐ hiện hữu cần được quan tâm nghiên cứu. cao để duy trì Nkd cao giúp tăng khả năng sẵn sàng 2.4. Một số khả năng nâng cao công suất đáp ứng công suất cho HTĐ. khả dụng Hình dáng BĐĐP có ảnh hưởng đến hiệu quả Từ những phân tích sự thay đổi về nhu cầu sử phát điện và Nkd, do đó khi xây dựng BĐĐP cần dụng điện, về cơ cấu các nguồn điện đã làm rõ cơ lựa chọn tiêu chuẩn, phương thức vận hành sở và sự cần thiết tăng khả năng tham gia cân (Hoàng Công Tuấn và Phan Trần Hồng Long, bằng công suất của nguồn thủy điện trong HTĐ 2020) và phương pháp xây dựng BĐĐP (Phan hay nói cách khác là cần nâng cao Nkd của nguồn Trần Hồng Long và Hoàng Công Tuấn, 2020) phù thủy điện. Qua phân tích các yếu tố ảnh hưởng hợp trên cơ sở điện năng bảo đảm được phân phối đến Nkd đưa ra một số khả năng nâng cao Nkd của hợp lý. Nghiên cứu phân bối điện năng bảo đảm NMTĐ như sau: trước đây đã được quan tâm nghiên cứu (Nguyễn * Giai đoạn thiết kế Văn Nghĩa, 2008). Tuy nhiên, do phụ tải có sự Thay đổi các tiếp cận trong việc lựa chọn các thay đổi như đã đề cập ở trên nên việc phân phối thông số có ảnh hưởng đến Nkd như MNC, Htt, số điện năng bảo đảm cần được tính đến, đồng phải giờ sử dụng công suất lắp máy (hay Nlm). Lựa phải xét trên quan điểm hệ thống và phù hợp với chọn tiêu chuẩn hay tiêu chí xác định các thông số tiêu chuẩn chung (Hoàng Công Tuấn, 2021). này phải phù hợp với sự thay đổi phụ tải, cơ cấu 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN các nguồn điện và thị trường điện. Khi đánh giá Theo số liệu của Tập đoàn Điện lực Việt Nam lợi ích các phương án thông số cần được xem xét (Website-EVN), những ngày đầu tháng 06/2023, trên cơ sở hiệu quả thay thế (EVN-PECC1, 2019; mực nước hồ chứa của đại đa số các NMTĐ lớn Hoàng Công Tuấn, 2022). miền Bắc (trừ Hòa Bình) đã xuống rất thấp, thậm Với đặc điểm biểu đồ phụ tải và cơ cấu các chí dưới MNC (Bảng 2). Hiện tượng này đã làm nguồn điện hiện nay, việc lựa chọn các thông số giảm đáng kể Nkd của các NMTĐ. Tính đến ngày MNC, Htt cần theo hướng nâng cao Nkd vào thời 06/6/2023, Nkd của thuỷ điện là 3.110 MW chỉ đạt gian có phụ tải cao và mực nước hồ thấp. Lựa 23,7%Nlm, nên đã phải điều tiết giảm phụ tải tại chọn Nlm cho các dự án mở rộng NMTĐ hiện hữu miền Bắc (Website-ERAV). Bảng 2. Mực nước hồ thực tế tại một số NMTĐ miền Bắc lúc 11h00 ngày 03/06/2023 Bản Huội Tuyên NMTĐ Lai Châu Sơn La Hòa Bình Thác Bà Chát Quảng Quang MNC (m) 265 175 431 368 80 90 46 Mực nước hồ 261,8 174,61 430,86 367,75 104,69 89,72 45,5 thực tế (m) Giảm so với -3,2 -0,39 -0,14 -0,25 24,69 -0,28 -0,5 MNC (m) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024) 7
Để đánh giá sự suy giảm Nkd khi mực nước hồ thuộc vào đặc điểm của từng NMTĐ. Kết quả thể về MNC, trong nghiên cứu đã áp dụng tính toán hiện trên Hình 2 (bên phải) cho thấy, tỷ lệ cho 24 NMTĐ lớn (Nlm >100MW) có hồ điều tiết (Nkd/Nlm) có quan hệ khá chặt chẽ với tỷ lệ dài hạn, kết quả tính toán được thể ở Bảng 3. Kết (Hmin/Htt). Tính tổng thể trên cả 24 NMTĐ, tổng quả cho thấy, khi mực nước hồ ở MNC, Nkd đã bị Nkd còn 71,3% Nlm (tức giảm 28,7%). Để các giảm đáng kể ở một số NMTĐ, điển hình như NMTĐ này có thể phát được Nlm thì cao trình mực NMTĐ Bản Chát, Nkd chỉ còn bằng 54,1% so với nước hồ cần đạt tối thiểu (Ztlmin) như đã tính toán Nlm, con số này là 56% với NMTĐ Bản Vẽ. Các và chỉ ra ở Bảng 3. Cao trình này cũng là cơ sở NMTĐ ở miền Bắc Nkd giảm mạnh, chỉ bằng cần được xem xét trong nghiên cứu lập quy trình khoảng (55% - 65%)Nlm. Mức độ giảm Nkd tùy vận hành liên hồ chứa và đơn hồ các NMTĐ. Bảng 3. Kết quả tính Nkd khi mực nước hồ các NMTĐ về MNC Nkd Ztlmin MNDBT MNC Nlm Htt Nkd/Nlm STT NMTĐ Ztl=MNC Hmin/Htt N=Nlm (m) (m) (MW) (m) (%) (MW) (m) 1 Thác Bà 58 46 120 30,9 73,1 60,9 0,73 54,4 2 Tuyên Quang 120 90 342 51 213,7 62,5 0,78 102,0 3 Lai Châu 295 265 1200 80,5 767,5 64,0 0,76 285,6 4 Sơn La 215 175 2400 78 1479,1 61,6 0,73 197,1 5 Bản Chát 475 431 220 90 119,1 54,1 0,65 462,9 6 Hòa Bình 117 80 1920 88 1155,0 60,2 0,73 104,9 7 Hủa Na 240 215 180 100 141,8 78,8 0,85 231,1 8 Bản Vẽ 200 155 320 106 179,2 56,0 0,69 190,2 9 A Vương 380 340 210 300 174,5 83,1 0,90 372,8 10 Sông Bung 4 222,5 205 156 106 138,2 88,6 0,93 212,9 11 Sông Tranh 2 175 140 190 87 126,9 66,8 0,77 160,5 12 Thượng Kon Tum 1160 1138 220 879 204,3 92,9 0,96 1155 13 Pleikrong 570 537 100 34 56,8 56,8 0,67 548,8 14 Ialy 515 490 720 190 613,5 85,2 0,91 510,1 15 Sê San 4 215 210 360 56 344,9 95,8 0,98 211,1 16 Đa Nhim 1042 1018 240 1019 239,0 99,6 1,00 1020,9 17 Đồng Nai 3 590 570 180 95 167,4 93,0 0,97 573,9 18 Hàm Thuận 605 575 300 250 275,8 91,9 0,95 588,6 19 Trị An 62 50 400 52 320,4 80,1 0,87 57,2 20 Thác Mơ 218 198 225 90 200,9 89,3 0,92 205,3 21 Nậm Chiến 945 906 200 638,5 184,2 92,1 0,95 916,5 22 Sông Bung 2 605 565 100 330 93,2 93,2 0,95 580,1 23 Sông Ba Hạ 105 101 220 62 215,7 98,0 0,99 101,8 24 ĐakĐrinh 410 375 125 275 113,1 90,5 0,94 393,3 Tổng 10.648 7.597,3 71,3 Theo kết quả ở Bảng 3, Nkd của NMTĐ Tuyên cao Nkd cho NMTĐ Tuyên Quang, cần xem xét Quang chỉ còn 62,5% Nlm khi mực nước hồ ở các khả năng có thể cho cả giai đoạn thiết kế và MNC, có nghĩa Nkd phụ thuộc khá lớn vào chế độ giai đoạn vận hành. mực nước hồ hay sự biến thiên của H. Để nâng Theo thiết kế, NMTĐ Tuyên Quang có các 8 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
thông số chủ yếu: MNDBT=120m, MNC=90m, hữu đã được xác định và không thể thay đổi được Nlm=342MW gồm 3 tổ máy, Htt = 51,0m, Hmax = nên ở đây chỉ xem xét đưa ra các phương án (PA) Htt 73,2m và Hmin =39,6m. Dự án mở rộng NMTĐ cho tổ máy mở rộng. Đặc tính thiết bị tổ máy mở Tuyên Quang hiện hữu đã được nghiên cứu, dự kiến rộng được lấy tương tự như tổ máy hiện hữu. Các mở rộng thêm 01 tổ máy với công suất PA Htt đưa ra xem xét thay đổi từ 45,0 đến 51,0m, NMR=120MW (EVN-PECC1, 2021). Tuy nhiên, Htt mỗi PA chênh nhau 1,0m. Trong đó, PA Htt nhỏ của tổ máy mở rộng vẫn giữ nguyên không đổi so nhất (Htt = 45,0m) được tính đến dựa trên phân tích với thiết kế trước đây (Htt = 51,0m). Để đánh giá ảnh sơ bộ về đường mực nước giới hạn trên của vùng A hưởng của Htt đến Nkd, do Htt của các tổ máy hiện trên BĐĐP (Hoàng Công Tuấn, 2021). Bảng 4. Kết quả mức độ tăng của Nkd của các PA Htt so với Htt =51,0m, đơn vị (%) Các PA Htt (m) Tháng 51 50 49 48 47 46 45 5 0 1,9 4,0 6,2 8,7 11,3 14,3 6 0 1,6 3,3 5,1 7,0 9,1 11,2 7 0 2,3 4,7 7,4 10,5 13,9 17,8 Kết quả về mức độ tăng Nkd của các PA Htt (so căng thẳng trong huy động công suất của HTĐ với Htt = 51,0m) ở những tháng có phụ tải cao vào những tháng phụ tải cao. được tổng hợp ở Bảng 4. Từ kết quả thu được cho Việc phân phối điện năng bảo đảm phục vụ xây thấy, khi Htt giảm sẽ làm gia tăng được Nkd của tổ dựng BĐĐP và lựa chọn phương thức vận hành máy mở rộng ở các tháng có yêu cầu phụ tải cao. phù hợp với NMTĐ Tuyên Quang đã được trình Mức độ tăng Nkd tùy thuộc vào mức độ giảm của bày trong nghiên cứu trước (Hoàng Công Tuấn, Htt. Tuy nhiên, khi giảm Htt thì lưu lượng qua tua 2021). Với đặc điểm của thủy điện Tuyên Quang, bin sẽ tăng dẫn đến kích thước của thiết bị (như có cột nước trung bình, với tỷ lệ hct/Hmax = 0,41 đường kính D1 của tua bin), đường ống áp lực và khá cao, việc chọn phương thức vận hành để duy nhà máy tăng và do đó làm tăng vốn đầu tư. Mặt trì đường mực nước hồ cao sẽ làm tăng được Nkd khác, việc giảm Htt sẽ ảnh hưởng đến vùng làm ở những tháng có phụ tải cao. Để đánh giá ảnh việc và làm giảm hiệu suất trung bình của tua bin. hưởng của chế độ vận hành đến Nkd, tiến hành tính Ngoài ra, việc chọn Htt nói chung còn liên quan toán mô phỏng vận hành cho năm kiệt thiết kế đến công suất tổ máy và loại thiết bị. Vì vậy, để theo hai trường hợp: chọn được PA Htt tối ưu phải thông qua phân tích + Trường hợp 1 (TH 1): theo BĐĐP được xây kinh tế năng lượng trên cơ sở luận chứng đầy đủ dựng dựa trên phân phối điện năng bảo đảm và và đồng thời các yếu tố ảnh hưởng. Trong phạm vi phương pháp xây dựng trước đây; nghiên cứu này chỉ xét khả năng tăng Nkd giữa các + Trường hợp 2 (TH 2), theo BĐĐP được xây PA Htt đưa ra. Việc tăng Nkd, đặc biệt vào tháng 6 dựng dựa trên tiêu chuẩn, phương pháp xây dựng là rất quan trọng và có ý nghĩa nhằm giảm thiểu và phân phối điện năng bảo đảm như đã đề xuất. Bảng 5. Kết quả tính Nkd cho 2 trường hợp Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 H (m) 65,2 60,8 55,7 49,5 43,1 40,9 46,2 56,6 65,7 69,5 70,0 68,4 TH1 N (MW) 342 342 342 325,1 250,3 224,9 286,3 342 342 342 342 342 H (m) 67,5 61,8 57,5 54,4 49,5 47,6 54,4 64,1 69,2 70,2 70,2 70,2 TH2 N (MW) 342 342 342 342 324,4 303,3 342 342 342 342 342 342 (MW) 0 0 0 16,9 74,1 78,4 55,7 0 0 0 0 0 Nkd (%) 0 0 0 5,2 29,6 34,9 19,5 0 0 0 0 0 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024) 9
Kết quả tính mô phỏng vận hành cho hai 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ trường hợp được trình bày ở Bảng 5. Từ kết quả Bào báo đã trình bày những cơ sở để làm rõ thu được đã cho thấy, vận hành theo TH 2 cho tính cấp thiết trong việc nghiên cứu nâng cao Nkd phép duy trì đường mực nước hồ cao hơn so với các NMTĐ, đưa ra những khả năng nâng cao Nkd TH1, làm cho H tăng và dẫn đến tăng Nkd ở những dựa trên phân tích các yếu tố ảnh hưởng. Việc lựa tháng có yêu cầu phụ tải lớn, đặc biệt tháng 6 Nkd chọn thông số trong thiết kế và phương thức vận tăng đến 34,9%. Ngoài ra, vận hành theo TH2 hành hợp lý sẽ nâng cao đáng kể Nkd của các cũng làm sản lượng điện năm của năm tính toán NMTĐ. Kết quả áp dụng tính toán đã minh chứng tăng thêm 9,2% so với TH1. được tính hiệu quả của phương pháp luận đưa ra. Như vậy, việc tăng được Nkd của NMTĐ vào Trong cơ cấu nguồn điện, khi tỷ trọng nguồn những thời gian phụ tải cao sẽ cho phép NMTĐ NLTT ngày càng tăng thì vai trò của thuỷ điện tăng thêm công suất tham gia vào HTĐ trong vai càng trở lên quan trọng và cần thay đổi, chuyển trò phủ đỉnh và dự phòng công suất, góp phần sang đảm nhận vai trò phủ đỉnh biểu đồ phụ tải. nâng cao chất lượng vận hành HTĐ. Hơn nữa, Cần thay đổi các tiếp cận trong lựa chọn thông số tăng Nkd của NMTĐ sẽ làm tăng công suất thay và phương thức vận hành NMTĐ theo hướng tăng thế của thủy điện, từ đó giảm được công suất của Nkd vào thời gian nhu cầu phụ tải cao và mực nguồn khác, dẫn đến giảm chi phí chung cho nước hồ xuống thấp. HTĐ. Với đặc điểm phụ tải như hiện nay (tháng 6 Kết quả nghiên cứu đã bổ sung thêm cơ sở có phụ tại lớn nhất), cộng với sự bất lợi của thủy khoa học trong bài toán tổng thể đảm bảo HTĐ điện về mực nước trong thời gian này thì việc cân vận hành ổn định, an toàn khi tích hợp tỷ trọng bằng công suất của HTĐ nên được tính ở tháng 6. nguồn NLTT ngày càng tăng. TÀI LIỆU THAM KHẢO EVN-PECC1 (2019), Thiết kế kỹ thuật nhà máy thủy điện Ialy mở rộng, Tập 4 Thủy năng và KTNL, Công ty cổ phần tư vấn Điện 1. EVN-PECC1 (2021), Báo cáo nghiên cứu bổ sung các dự án thuỷ điện mở rộng vào Quy hoạch điện VIII, Công ty cổ phần tư vấn Điện 1. Nguyễn Huy Hoạch (2023), Lợi thế của Việt Nam khi mở rộng nhà máy thủy điện và phát triển thủy điện tích năng, Tạp chí Năng lượng Việt Nam. Phan Trần Hồng Long (2020), Nghiên cứu các phương thức phối hợp vận hành phát điện sau khi mở rộng thủy điện Hòa Bình, Tạp chí Khí tượng thủy văn, 712. Phan Trần Hồng Long và Hoàng Công Tuấn (2020), Xây dựng chương trình tính toán biểu đồ điều phối liên hồ thủy điện bậc thang sử dụng thuật toán quy hoạch động và phương pháp chia lưới không đều, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 71. Nguyễn Đức Nghĩa (2017), Xây dựng công cụ hỗ trợ vận hành nhằm nâng cao hiệu quả phát điện trạm thủy điện nhỏ, Đề tài NCKH cấp cơ sở, Trường ĐH Thủy lợi. Nguyễn Đức Nghĩa (2021), Nghiên cứu phương pháp đánh giá chất lượng vận hành phát điện của nhà máy thủy điện, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 74. Nguyễn Văn Nghĩa (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng của phương thức cấp nước đến hiệu quả năng lượng các NMTĐ và nghiên cứu phân phối điện năng bảo đảm cho các NMTĐ, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 22. Nguyễn Văn Nghĩa (2010), Nghiên cứu lứa chọn quy trình vận hành hợp lý của các TTĐ trong bậc thang làm việc trong hệ thống điện trong trường hợp dự báo thủy văn không đủ độ tin cậy, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 30. Nguyễn Thị Nhớ (2009), Nghiên cứu xác định chế độ vận hành hợp lý để nâng cao sản lượng điện cho các trạm thủy điện đường dẫn dài, Trường Đại học Thủy lợi: p84. 10 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
Chính phủ (2023), Quyết định số 500/QĐ-TTg ngày 15/5/2023 của Chính phủ về việc Phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050 (Quy hoạch điện VIII). Hoàng Công Tuấn (2017), Nghiên cứu chế độ huy động nguồn thủy điện dài hạn trong hệ thống điện Việt Nam, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 57. Hoàng Công Tuấn (2018), Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu ích phát điện cho các trạm thủy điện trong bối cảnh phụ tải và thị trường điện Việt Nam, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, Số 61. Hoàng Công Tuấn (2019), Nghiên cứu tiêu chuẩn chọn mực nước chết cho trạm thủy điện khi tham gia thị trường điện, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, 55. Hoàng Công Tuấn (2021), Nghiên cứu phân phối điện năng bảo đảm nâng cao khả phát điện cho nhà máy thủy điện, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, 67. Hoàng Công Tuấn (2022), Đánh giá hiệu quả thay thế của nhà máy thủy điện mở rộng, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, 72. Hoàng Công Tuấn và Phan Trần Hồng Long (2020), Nghiên cứu phương thức phối hợp vận hành nâng cao hiệu quả khai thác nhà máy thủy điện bậc thang, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, Số 63. Website-ERAV, Cục Điều tiết Điện lực - Bộ Công thương, https://www.erav.vn/News/Print/974. Website-EVN, Tập đoàn điện lực Việt Nam, https://evn.com.vn/. Abstract: STUDYING THE POSSIBILITY OF INCREASING THE AVAILABLE CAPACITY OF HYDROPOWER STATION In the early days of June 2023, the reservoir water level of most large hydropower stations in the North dropped close to the dead water level, causing available capacity to decrease sharply. Meanwhile, June is usually the month with the highest electricity demand of the year, causing a capacity shortage, leading to power cuts in some areas in the North. To ensure stable and safe operation of the power system when integrating an increasing proportion of renewable energy sources, it is necessary to add highly flexible power sources such as hydropower. The article provides the basis and analyzes to evaluates the effects on available capacity, from which the study proposes the possibility of increasing the available capacity of hydropower stations to increase the ability of hydropower sources to participate in the balance the system's capacity. The results of applying calculations to Tuyen Quang hydropower station have demonstrated the effectiveness of the proposed methodology. Keywords: Hydropower, available capacity, power system. Ngày nhận bài: 25/12/2023 Ngày chấp nhận đăng: 27/01/2024 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024) 11