BÀI BÁO KHOA H C<br />
<br />
NGHIÊN C U L A CH N TIÊU CHU N T I ƯU V N HÀNH H CH A<br />
B C THANG TH Y I N LÀM VI C TRONG H TH NG I N L C<br />
H Ng c Dung1<br />
Tóm t t: Bài báo gi i thi u k t qu nghiên c u l a ch n hàm m c tiêu áp d ng cho bài toán v n<br />
hành t i ưu h th ng b c thang th y i n làm vi c trong h th ng i n l c.<br />
i v i h th ng i n<br />
chi phí c a h th ng không ch t ng s n lư ng i n phát ra c a nhà máy i n mà còn kh năng<br />
tham gia cân b ng ph t i c a h th ng và hi u ích c a tr m th y i n trong vi c tham gia cân<br />
b ng công su t c a toàn b h th ng i n.<br />
xu t m t tiêu chu n t i ưu có xét n y u t tham gia<br />
cân b ng ph t i i n c a h th ng s phù h p hơn khi gi i quy t bài toán v n hành t i ưu các công<br />
trình th y i n. K t qu tính toán và phân tích nh m làm rõ vi c s d ng tiêu chu n t i ưu trong<br />
tính toán v n hành h ch a các công trình th y i n làm vi c trong h th ng i n.<br />
T khóa: Hòa Bình, Sơn La, Quy ho ch ng, B c thang th y i n.<br />
1. M<br />
U1<br />
nh hư ng phát tri n ngu n i n Vi t Nam<br />
c a T ng sơ<br />
VII thì trong th i gian s p t i<br />
t ng công su t l p máy c a toàn h th ng i n<br />
ư c quy ho ch: năm 2020 là 60.000 MW trong<br />
ó th y i n bao g m th y i n công su t l n<br />
hơn 30MW và th y i n tích năng chi m 36%<br />
(Quy t nh s 428/Q -TTg, 2016).<br />
áp ng nhu c u trên, ngoài vi c phát tri n<br />
ngu n i n, trao i và nh p kh u i n năng thì<br />
vi c nâng cao hi u qu khai thác các nhà máy<br />
i n hi n có c bi t là nâng cao hi u qu khai<br />
thác các b c thang th y i n có t tr ng công<br />
su t l n s mang l i hi u qu kinh t r t l n cho<br />
h th ng i n. M t trong nh ng bi n pháp có th<br />
th c hi n mang tính kh thi cao khai thác i n<br />
năng có hi u qu ó là v n hành t i ưu các nhà<br />
máy th y i n d a trên các mô hình tính toán t i<br />
ưu có th tăng hi u su t v m t i n năng hàng<br />
năm c a tr m th y i n lên 3-6%.<br />
Ngày nay v i vi c phát tri n c a nhi u mô<br />
hình tính toán, ã có nhi u mô hình t i ưu ng<br />
d ng trong v n hành h ch a th y i n. Vi t<br />
Nam các mô hình v n hành h ch a th y i n<br />
ch y u ư c t p trung gi i quy t bài toán m<br />
b o an toàn công trình và ch ng lũ cho h lưu,<br />
1<br />
<br />
Trư ng<br />
<br />
i h c Th y l i.<br />
<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
i v i mùa c n thư ng s d ng tiêu chu n i n<br />
năng cung c p cho h th ng là l n nh t. Tuy<br />
nhiên, i v i h th ng i n thì chi phí c a h<br />
th ng i n không ch là i n năng mà c vi c<br />
thay th t i a công su t l p máy c a các tr m<br />
phát i n khác (nhi t i n) c a h th ng v i m c<br />
ích làm gi m công su t l p t cho h th ng.<br />
có th ng d ng các mô hình t i ưu trong<br />
v n hành h ch a thì vi c xác nh tiêu chu n<br />
th c hi n các bài toán t i ưu là h t s c quan<br />
tr ng. Trong bài báo này, tác gi s d ng mô<br />
hình thu t toán quy ho ch ng<br />
nghiên c u<br />
ng d ng v i các tiêu chu n t i ưu trong v n<br />
hành b c thang h ch a th y i n sông à v i<br />
sơ<br />
hai b c là Sơn La - Hòa Bình<br />
t ó<br />
phân tích l a ch n tiêu chu n v n hành h p lý.<br />
2. THI T L P BÀI TOÁN V N HÀNH<br />
T I ƯU B C THANG TH Y I N<br />
2.1. Cơ s khoa h c<br />
Cơ s khoa h c c a bài toán v n hành t i ưu<br />
c a h th ng b c thang th y i nl i d ng t ng<br />
h p ư c xác l p theo hàm m c tiêu. Hàm m c<br />
tiêu t i ưu l i d ng t ng h p ngu n nư c v<br />
nguyên lý chung là hàm a m c tiêu l i ích.<br />
Hàm t ng quát nh t có th là l i ích t ng h p<br />
i v i n n kinh t qu c dân là l n nh t. Ho c<br />
có th là t ng t n th t i v i các h hư ng l i<br />
và h th ng i n là nh nh t khi không áp ng<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
41<br />
<br />
ư c m c m b o thi t k c a các công trình<br />
tham gia l i d ng t ng h p ngu n nư c. Trong<br />
n i dung nghiên c u, tác gi s d ng hai hàm<br />
m c tiêu<br />
so sánh: t i a v hi u ích năng<br />
lư ng phát i n và t i a t ng lư ng i n cung<br />
c p cho h th ng trong i u ki n áp ng các<br />
yêu c u ràng bu c c a các h dùng và s d ng<br />
t ng h p ngu n nư c.<br />
<br />
Ho c:<br />
<br />
Ci,j - ơn giá i n năng trung bình th i o n j<br />
b c i , /kWh;<br />
i n năng c a h th i t i th i o n tính toán<br />
th j xác nh theo công th c (2) và (3):<br />
(2)<br />
E = N × ∆t<br />
i, j<br />
<br />
N<br />
<br />
i, j<br />
<br />
i, j<br />
<br />
T<br />
= 9,81× η × Q i, j × H ≤ N kd<br />
i<br />
i, j<br />
i, j<br />
<br />
Ni,j - công su t phát i n trung bình t ư c t<br />
th i o n j c a tr m th y i n g n v i h th i;<br />
t - kho ng th i gian tính b ng (gi ) c a m<br />
th i o n tính toán th j;<br />
Qi , j<br />
- lưu lư ng trung bình qua nhà máy t<br />
th i o n j c a tr m th y i n g n v i h th i;<br />
η - hi u su t t ng h p t i b c thang th<br />
T<br />
<br />
Trong ó:<br />
B - T ng l i ích i n năng thu ư c trong<br />
su t th i gian v n hành T;<br />
E - T ng i n năng phát ư c trong su t th i<br />
gian v n hành T;<br />
j - Th i o n tính toán ư c phân chia i<br />
v i th i kho ng th i gian tính toán.<br />
i - Là th t h ch a trên h th ng b c thang,<br />
phân theo th t t thư ng ngu n xu ng h ngu n.<br />
Ei,j- i n năng c a h th i t i th i o n tính<br />
toán th j;<br />
<br />
(3)<br />
i<br />
i<br />
i<br />
<br />
i<br />
(bao g m giá tr trung bình c a hi u su t turbin,<br />
hi u su t máy phát);<br />
i<br />
<br />
Nikd ,j<br />
<br />
công su t kh d ng c a tr m th i t i<br />
<br />
th i o n j.<br />
Lưu lư ng s d ng<br />
phát i n c a tr m<br />
th y i n b c thang th i trong th i o n j s<br />
xác nh t phương trình cân b ng nư c vi t<br />
dư i d ng sai phân:<br />
(4)<br />
<br />
Trong ó: Q T§ , Q iT§ j tương ng là lưu lư ng<br />
i, j<br />
-1,<br />
phát i n c a tr m th y<br />
b c trên tr c ti p trong b<br />
o n j.<br />
,<br />
tương ng<br />
qua phát i n c a b c th<br />
th i o n j.<br />
<br />
i n b c th i và tr m<br />
c thang (i-1) trong th i<br />
là lưu lư ng x không<br />
i và b c trên i-1,trong<br />
<br />
-lưu lư ng dòng t nhiên n công trình<br />
không qua i u ti t c a b c th i, trong th i<br />
o n j( n u phía trên có h i u ti t thì ây là<br />
lưu lư ng t nhiên do khu gi a t o nên).<br />
Qitt, j - lưu lư ng t n th t c a b c th i, trong<br />
th i o n j.<br />
Vi,j, Vi,j-1 tương ng dung tích h ch a b c<br />
th i và i-1 t i th i o n th j. Dung tích c a các<br />
h ch a ư c xác nh theo ư ng quan h<br />
dung tích và m c nư c thư ng lưu h ch a: Vi,j<br />
= f(Zi,j)<br />
42<br />
<br />
C t nư c trung bình t i th i o n j c a tr m<br />
th y i n g n v i h ch a th i:<br />
Hi, j = Z TL − Z HL − h<br />
(5)<br />
i, j<br />
i, j w<br />
TL<br />
Trong ó: Z i, j là m c nư c h th i t i th i<br />
<br />
Z HL<br />
o n j ; i, j là m c nư c h lưu t i tr m th y<br />
i n g n v i h th i t i th i o n tính toán th j<br />
ph thu c vào lưu lư ng x xu ng h lưu và<br />
m c nư c thư ng lưu h b c thang dư i do<br />
nư c d nh.<br />
T n th t c t nư c t i công trình th i, ph<br />
thu c vào lưu lư ng phát i n:<br />
.<br />
Các i u ki n biên và các gi i h n:<br />
+ Lưu lư ng x xu ng h lưu b c th i,<br />
th i o n j không nh hơn lưu lư ng yêu c u t i<br />
thi u h lưu theo i u ki n duy trì dòng ch y<br />
môi trư ng ho c nhu c u c p nư c h lưu Q iycj :<br />
,<br />
<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
(6)<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
+ i u ki n gi i h n làm vi c c a turbin t i<br />
b c i th i i m j<br />
(7)<br />
Lưu lư ng t i thi u Q imin c a turbin ph thu c<br />
,j<br />
vào lo i turbin. Lưu lư ng t i a qua turbin<br />
Q imax ư c kh ng ch b i c tính v n hành c a<br />
,j<br />
turbin và máy phát i n b c th i, lưu lư ng<br />
qua turbin b gi i h n b i công su t kh d ng<br />
(công su t công tác gi i h n c a tr m th y i n<br />
i th i i m j), tuy nhiên i u ki n ràng bu c<br />
này trong thu t toán t i ưu không ph i<br />
lo i<br />
b mà tính i n năng. Khi Q imin > Q T§ thì l y<br />
,j<br />
i, j<br />
<br />
Q T§ = 0 khi ó t phương trình cân b ng<br />
i, j<br />
x<br />
i, j<br />
<br />
Q .<br />
<br />
tính<br />
<br />
i u ki n cân b ng lưu lư ng còn c n lưu<br />
<br />
ý t t c thành ph n v ph i phương trình (4)<br />
ph i l n hơn ho c b ng 0:<br />
+ i u ki n gi i h n v m c nư c:<br />
(8)<br />
max<br />
Zi , j m c nư c cao nh t c a h ch a i th i<br />
o n j, có th là m c nư c dâng bình thư ng<br />
ho c m c nư c trư c lũ. Zimin là m c nư c th p<br />
,j<br />
nh t h ch a cho phép, có th ư c kh ng ch<br />
do nhu c u c a các ngành tham gia l i d ng<br />
t ng h p ngu n nư c ho c là m c nư c ch t<br />
c a h ch a.<br />
2.2. Ch<br />
làm vi c trong h th ng i n<br />
và hi u ích i n năng<br />
Nhi m v các tr m phát i n là m b o cân<br />
b ng năng lư ng c a h th ng i n.<br />
i v i các<br />
tr m phát i n có kh năng i u ti t thì v trí làm<br />
vi c c a chúng trên bi u<br />
cân b ng năng lư ng<br />
các th i kỳ là r t quan tr ng. Do ó<br />
ánh giá<br />
ch<br />
i u ti t t i ưu c a h th ng c n s d ng<br />
tiêu chu n hi u ích i n năng l n nh t (1) trong<br />
ó vi c xác nh giá tr i n năng ph thu c r t<br />
nhi u vào v trí làm vi c c a các tr m th y i n<br />
trong cân b ng năng lư ng trên bi u<br />
ph t i.<br />
Ch<br />
làm vi c c a tr m th y i n ph thu c<br />
vào v trí c a nó ph i m nh n trên bi u<br />
ph<br />
t i và phân b năng lư ng trong các th i kỳ. Như<br />
v y, t i ưu ơn thu n i n năng (t ng i n năng<br />
ho c t ng i n năng mùa ki t) thu ư c c a các<br />
tr m th y i n như các tác gi trư c ây thư ng<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
làm không hoàn toàn h p lý vì không xét n ch<br />
làm vi c c a các tr m phát i n trên bi u<br />
cân b ng công su t c a h th ng.<br />
Thông thư ng căn c vào i n năng m b o<br />
c a các tr m phát i n ngư i ta ti n hành cân<br />
b ng t i ưu v trí làm vi c c a chúng trên bi u<br />
ph t i c a h th ng các th i kỳ i n hình<br />
nhưng khi tính toán v n hành t i ưu l i tính theo<br />
tiêu chu n i n năng khai thác l n nh t mà<br />
không ánh giá hi u ích th c s c a chúng trên<br />
bi u<br />
ph t i. M t khác, vi c cân b ng công<br />
su t ch tính cho m t s ngày i n hình trong<br />
năm trong khi s bi n i ph t i gi a các ngày<br />
trong tu n cũng không ư c xét n.<br />
Ngày nay theo cơ ch th trư ng, Cơ quan<br />
i u ti t i n l c ưa ra các cơ ch<br />
mb o<br />
cân b ng ph t i cho h th ng b ng cách quy<br />
nh giá i n năng chung và giá công su t s<br />
d ng trong t ng trong các gi trong các ngày<br />
c a t ng tháng trong năm (Quy t nh s<br />
86/Q - T L, 2016). i u này d n n i u<br />
hành t i ưu c a h th ng h ch a b c thang th y<br />
i n ph i d a trên tiêu chu n doanh thu t vi c<br />
bán i n (hay còn g i là hi u ích i n năng) l n<br />
nh t thông qua giá i n năng bao g m giá công<br />
su t Ci,j trong công th c (1).<br />
xác nh giá trung bình m nh n công<br />
su t trong t ng tháng c n thi t ph i xác nh v<br />
trí làm vi c c a các tr m phát i n trên cân b ng<br />
ph t i i n. Trên bi u<br />
ph t i ngày c a t ng<br />
tháng tính toán trong năm ta xây d ng ư ng<br />
lũy tích c a bi u<br />
ph t i ngày hình 1 và trên<br />
cơ s ó xác nh v trí làm vi c c a TT khi<br />
bi t i n năng có th b o m t ngu n nư c và<br />
công su t kh d ng c a TT .<br />
Công su t kh d ng c a TT ph thu c vào<br />
c t nư c công tác c a turbin, nó b h n ch b i<br />
c tính turbin ư c xác nh trên ư ng c<br />
tính v n hành c a t máy:<br />
<br />
N<br />
<br />
hch<br />
i, j<br />
<br />
(9)<br />
- công su t h n ch do turbin c a TT<br />
<br />
th i th i o n j.<br />
Qihch - lưu lư ng h n ch do turbin c a TT<br />
,j<br />
th i<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
th i o n j ph thu c vào c t nư c. V i<br />
43<br />
<br />
turbin francis lưu lư ng này ư c l y trên<br />
ư ng h n ch 95% công su t turbin, i v i<br />
turbin khác l y theo ư ng c tính<br />
m l n<br />
nh t c a cánh hư ng nư c.<br />
- hi u su t turbin xác nh trên ư ng<br />
c tính turbin ph thu c vào c t nư c và lưu<br />
lư ng phát i n;<br />
- hi u su t máy phát i n<br />
l y theo c tính máy phát.<br />
zi - s t máy c a TT b c th i trong b c thang.<br />
<br />
Hình 1. Sơ h a xác nh v trí làm vi c<br />
c a TT và ơn giá công su t<br />
Bi t v trí làm vi c c a TT trên bi u<br />
ph<br />
t i ta có th xác nh ư c l i ích i n năng ph<br />
bi u<br />
ph t i ngày trong tu n c a TT (doanh<br />
thu t i n năng) là:<br />
<br />
(10)<br />
Trong ó: Ni,n - ph n công su t công tác c a<br />
tr m th y i n trong gi th i c a ngày tính toán,<br />
n là các ngày trong tu n: ngày làm vi c, ngày th<br />
b y và ngày ch nh t, Si,n - tương ng là ơn giá<br />
i n năng trong gi th i c a ngày n trong tu n,<br />
∆t = 1 gi - kho ng th i gian tính toán.<br />
Giá i n năng bao g m hai thành ph n: giá<br />
i n năng chung và giá bán công su t (giá theo<br />
i n năng):<br />
(11)<br />
E<br />
P<br />
Trong ó: Si,n - giá i n năng chung; Si,n - giá<br />
<br />
làm vi c trong tháng, doanh thu i n năng ngày<br />
th b y và s ngày th b y trong tháng, doanh<br />
thu i n năng ngày ch nh t và s ngày ch<br />
nh t trong tháng; Σnt - s ngày trong tháng tính<br />
toán; Et - i n năng phát i n trong ngày; Ci,j ơn giá trung bình bán i n th i o n j c a b c<br />
th i,nó ph thu c i n năng trung bình ngày<br />
trong th i o n và công su t kh d ng.<br />
2.3. ng d ng bài toán v n hành t i ưu<br />
cho b c thang Sơn La - Hòa Bình<br />
gi i bài toán t i ưu các hàm m c tiêu (1)<br />
và (1’) tác gi s d ng mô hình t i ưu v i thu t<br />
toán quy ho ch ng (DP) (Hà Văn Kh i, nnk<br />
2013; Phó<br />
c Anh, nnk 2007; Hà Văn Kh i,<br />
nnk 2003).<br />
S d ng ph n m m ư c xây d ng trên cơ s<br />
thu t toán quy ho ch ng cho mô hình i u ti t<br />
phát i n t i ưu cho h th ng b c thang sông à<br />
v i 2 h nghiên c u là Hòa Bình và Sơn La<br />
xây d ng các ư ng quá trình m c nư c t i ưu<br />
các năm trong li t năm l ch s . Lưu lư ng x<br />
qua các h B n Chát, Lai Châu ư c l y t k t<br />
qu tính toán th y năng trong các h sơ thi t k<br />
giai o n Thi t k k thu t (TKKT). Tài li u<br />
dòng ch y s d ng trong tính toán g m 104 năm<br />
th y văn t 1902 n 2006. Lư i tr ng thái th i<br />
gian tính toán l y h ch a Hòa Bình<br />
phân<br />
chia. Tr c không gian là m c nư c h Hòa Bình<br />
ư c chia v i kho ng cách ∆Z = 0,2m, h Sơn<br />
La ∆Z = 0,5m.<br />
Sơ b c thang th y i n sông à th hi n trên<br />
hình 2, trong ó các th y i n B n Chát và Lai<br />
châu không n m trong sơ t i ưu nghiên c u.<br />
<br />
bán công su t tính theo i n năng.<br />
Giá i n bán i n trung bình ngày trong<br />
tháng ho c trong kho ng th i gian tính toán<br />
tương ng v i các tháng tính theo công th c:<br />
(12)<br />
Trong ó:<br />
tương ng là doanh thu i n năng và s ngày<br />
44<br />
<br />
Hình 2. Sơ<br />
<br />
b c thang mô hình<br />
<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
3. K T QU TÍNH TOÁN<br />
K t qu tính toán theo 2 phương án hàm m c<br />
tiêu cho b ng 1.<br />
B ng 1. K t qu tính toán i u ti t t i ưu<br />
b c thang h th y i n Sơn La - Hòa Bình<br />
TT<br />
<br />
Ch tiêu tính toán<br />
<br />
Hòa Sơn La<br />
Bình<br />
<br />
C ng<br />
<br />
Theo TC Bmax<br />
1<br />
i n năng (106 kWh) 9.702 11.195 20.897<br />
2 L i ích (109 VN<br />
33.614<br />
Theo TC Emax<br />
1<br />
i n năng (106 kWh) 9.551 11.402 20.953<br />
2 L i ích (109 VN )<br />
33.556<br />
Theo h sơ TK<br />
1<br />
<br />
6<br />
<br />
i n năng (10 kWh) 9.282 10.505 19.787<br />
<br />
T k t qu tính toán cho th y r ng i n năng<br />
trung bình năm tính v i li t 104 năm theo tiêu<br />
chu n i u khi n t i ưu có th mang l i hi u ích<br />
tăng thêm kho ng 5% so v i thi t k . S chênh<br />
l ch i n năng trung bình năm gi a hai tiêu<br />
chu n là 56 tri u KWh (0,27%), tuy nhiên hi u<br />
ích kinh t cho h th ng l i tăng 58 t<br />
ng<br />
(0,17%). Xét v t l % chênh l ch gi a hai tiêu<br />
chu n t i ưu là không l n vì th c ch t chưa xét<br />
n kh năng thay th công su t l p t c a toàn<br />
h th ng i n mà ch y u do nh hư ng b i<br />
công su t kh d ng (công su t h n ch ) c a<br />
tr m th y i n do c t nư c th p hơn c t nư c<br />
tính toán thi t k .<br />
Trên hình 3 và hình 4 th hi n quá trình di n<br />
bi n m c nư c h Sơn La và h Hòa Bình trong<br />
năm tương ng t n su t thi t k .<br />
<br />
Hình 3. ư ng quá trình m c nư c t i ưu năm<br />
thi t k (Ptk) h Sơn La theo hai tiêu chu n.<br />
KHOA H C K THU T TH Y L I VÀ MÔI TR<br />
<br />
Hình 4. ư ng quá trình m c nư c t i ưu năm<br />
thi t k (Ptk) h Hòa Bình theo hai tiêu chu n<br />
S d ng mô hình tính toán ki m tra theo 2<br />
tiêu chu n l i ích doanh thu do bán i n l n<br />
nh t và i n năng trung bình nhi u năm. Trích<br />
ư ng quá trình m c nư c c a h Sơn La và h<br />
Hòa Bình năm ki t t n su t thi t k (1931-1932)<br />
trên hình 3 và hình 4. T các hình này ta d<br />
nh n th y r ng trong kho ng th i gian t 15/8<br />
n 30/3 m c dù tính theo hai tiêu chu n nhưng<br />
ư ng quá trình m c nư c th i kỳ này g n như<br />
trùng khít nhau. Trong th i gian còn l i b t u<br />
t 1/4 n15/8 năm sau m i có s sai khác. M c<br />
nư c h Sơn La tính theo tiêu chu n t ng hi u<br />
ích i n năng (B) ch v m c 180m cu i mùa<br />
ki t. N u tính theo tiêu chu n t ng i n năng<br />
l n nh t (E) thì h Sơn La có th v m c nư c<br />
ch t 175m. Quy lu t này cũng trùng kh p v i<br />
ư ng quá trình m c nư c c a h Hòa Bình.<br />
Theo tiêu chu n B →max m c nư c h Hòa<br />
Bình năm ki t t n su t thi t k v m c 97,0m ,<br />
trong khi theo tiêu chu n E →max thì m c nư c<br />
cu i mùa ki t v m c 94,0m. Quá trình thay i<br />
m c nư c h theo hai tiêu chu n n i trên cũng<br />
hoàn toàn tương t cho các năm th y văn khác.<br />
Trên các hình 3, 4 d nh n th y r ng ư ng<br />
m c nư c các h n u tính theo tiêu chu n hi u<br />
ích năng lư ng (B) l n nh t cao hơn trư ng h p<br />
tính theo tiêu chu n t ng i n năng l n nh t. Có<br />
nghĩa là c t nư c phát i n c a các tr m cao<br />
hơn và do ó công su t kh d ng c a các tr m<br />
th y i n cũng cao hơn (hình 7).<br />
<br />
NG - S 58 (9/2017)<br />
<br />
45<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
