An ninh năng lượng trên lưới truyền tải trong thị trường điện cạnh tranh
BÀI BÁO KHOA HỌC
AN NINH NĂNG LƯỢNG TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH
Lê Công Thành1
Tóm tắt: Lưới truyền tải cần bảo đảm độ tin cậy và an ninh năng lượng. Trong cơ chế thị trường
điện cạnh tranh, lưới truyền tải mặc dù đã có sự chuẩn bị nhưng vẫn đang (và sẽ) chịu áp lực lớn
như quá tải, nghẽn mạng. Nguyên nhân chủ yếu do các nguồn năng lượng đang vận động mạnh mẽ
theo cơ chế thị trường, các khách hàng lớn đang nhạy cảm hơn với chất lượng cung cấp năng
lượng, sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo (đặc biệt là năng lượng gió), hay sự chậm trễ
đổi mới trong quan điểm đầu tư và chính sách năng lượng. Xu thế mở rộng quy mô hệ thống điện
lên tầm khu vực đa quốc gia cũng đặt thêm cho lưới truyền tải những tiêu chí chặt chẽ mới cần thoả
mãn. Nghiên cứu này cũng đưa ra quan điểm tổng thể về những giải pháp để giải quyết những vấn
đề đặt ra, đặc biệt trên khía cạnh an ninh năng lượng của lưới truyền tải.
Từ khóa: Lưới điện truyền tải, An ninh năng lượng, Thị trường điện cạnh tranh, Năng lượng tái tạo,
Quản lí nghẽn mạng.
1. VẤN ĐỀ1
rã lưới vào ngày 23/05/2013 làm ảnh hưởng tới
An ninh năng lượng – bảo đảm đáp ứng năng 8 triệu khách hàng trên 22 tỉnh thành khu vực
lượng trong những điều kiện chấp nhận được – phía nam;
là vấn đề sống còn để phát triển kinh tế đất
– Khai thác nguồn: định hướng thị trường,
nước. Ở Việt Nam, năng lượng, mà chủ yếu là qua đó các nguồn có động lực thay đổi công
năng lượng điện, còn có thêm nhiều ý nghĩa nghệ để cải thiện hiệu suất và phù hợp với các
trong bối cảnh một quốc gia đang đặt ưu tiên tiêu chuẩn đánh giá hiện đại;
phát triển mạnh mẽ và toàn diện.
– Lưới truyền tải bị chất tải nặng nề do nhu
Hệ thống điện Việt Nam đang phát triển cầu công suất truyền tải tăng cao;
mạnh mẽ theo xu thế thế giới: mở rộng quy mô,
– Yếu tố môi trường: ngày càng khắt khe
thị trường hóa và thân thiện với môi trường. trong đánh giá tác động đến môi trường và là
Đường dây 500kV đưa vào vận hành (1994) đã điểm nhạy cảm. Những vấn đề ở thủy điện sông
kết nối các hệ thống điện quy mô vùng miền Tranh hoặc ở nhiệt điện Vĩnh Tân là những
thành hệ thống quốc gia thống nhất. Thị trường minh chứng.
điện hình thành với các sự kiện có ý nghĩa: tách
Trong tương lai gần với việc mở rộng quy
quản lí nguồn và truyền tải (2008), phát điện mô, tăng liên kết khu vực đặc biệt là tác động
cạnh tranh (2012). Gần đây (2015) thị trường mạnh mẽ của các yếu tố thị trường và bảo vệ
bán buôn điện cạnh tranh đã hoàn thiện thiết kế môi trường theo chuẩn mực quốc tế (Brauner
chi tiết để đi vào thử nghiệm bước 1 (2016).
Cũng dễ hiểu, khi các vấn đề (sự cố) của hệ trước các thách thức không nhỏ. Cần chuẩn bị
thống điện thế giới tiếp tục lặp lại ở Việt nam: tốt để định hướng cho các giải pháp bảo đảm an
– Rã lưới diện rộng: đặc biệt nghiêm trọng ninh năng lượng quốc gia.
G., et al., 2002) ngành điện Việt Nam đứng
vào ngày 27/12/2006 gây rã lưới toàn bộ hệ
thống điện miền Bắc (từ Quảng Bình trở ra) và
2. TÁC ĐỘNG CỦA CƠ CHẾ THỊ
TRƯỜNG ĐẾN LƯỚI TRUYỀN TẢI
Trong cơ chế cũ, việc vận hành nguồn thủy –
nhiệt điện luôn chú ý (quan hệ dọc) đến lưới
1 Khoa Năng lượng, Trường Đại học Thủy Lợi.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
19
truyền tải (vốn cùng 1 chủ thể). Quan hệ cung
cầu xác định theo quy hoạch tổng thể nguồn –
lưới – phụ tải. Ngày nay, việc tách chủ thể
quản lí nguồn, lưới truyền tải trên nền hoạt
động kinh doanh điện năng (tải nền, tải đỉnh,
cạnh tranh giá,..., (Trung tâm điều độ hệ thống
điện quốc gia, 2015) đang tác động ngày càng
mạnh mẽ vào các quan niệm quy hoạch truyền
thống và đặc biệt vào lưới truyền tải vốn đang
chưa đủ mạnh.
2.1. Thông qua các nguồn truyền thống
Nguồn điện nhanh chóng vận hành chủ yếu
theo các tiêu chí kinh tế, việc mở rộng quy mô
hệ thống điện cùng với việc các hộ tiêu thụ
điện có điều kiện tiếp cận nguồn năng lượng rẻ
2.2. Thông qua các nguồn năng lượng tái tạo
Sử dụng năng lượng tái tạo đáp ứng nhu cầu
phụ tải là một đặc điểm của hệ thống điện
(HTĐ) hiện đại. Ở Việt nam, nếu không kể
nguồn thủy điện nhỏ và siêu nhỏ, thì năng lượng
tái tạo – chủ yếu là năng lượng gió – đang được
định hướng phát triển, Hình 2, (Trung tâm điều
độ hệ thống điện quốc gia, 2015). Năng lượng
tái tạo có thể sử dụng để đáp ứng nhu cầu tại
chỗ trong lưới phân tán nhỏ (microgrid) ở các
vùng thưa dân. Năng lượng tái tạo cũng được
hòa lưới tham gia cân bằng công suất trong hệ
thống điện. Vấn đề là các nguồn năng lượng tái
tạo này lại dao động và không thể dự báo chính
hơn đã và sẽ làm tăng mạnh công suất truyền xác. Mức độ tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ
tải trên lưới.
thống điện càng cao càng dễ dẫn tới việc tăng
quá mức truyền tải năng lượng giữa các vùng.
Hoạt động định hướng thị trường của nhiệt điện
khi có sự tham gia của điện gió sẽ càng làm
nghiêm trọng hơn tình trạng quá tải lưới. Những
vấn đề trên đặt ra những thách thức lớn cho
quản lí nghẽn mạng và quá tải.
Ở khía cạnh khác, các nguồn kém cạnh
tranh sẽ giảm phát và dần bị thải loại. Nhiều
nhà máy điện của Việt nam có thời gian hoạt
động nhiều chục năm hiện đang làm việc với
độ tin cậy không cao, hiệu suất thấp và mức độ
ô nhiễm môi trường nặng sẽ là đối tượng bị tác
động đầu tiên.
Hình 2. Phát triển điện gió ở Việt Nam
Hình 1. Cơ cấu nguồn tham gia thị trường điện
Việt Nam, tổng công suất đặt: 31.7GW.
2.3. Thông qua các phụ tải điện
Sự phát triển kinh tế và đô thị hóa ở Việt
nam làm phụ tải gần đây liên tục tăng với tốc độ
trên 10%/năm, Hình 3, (Trung tâm điều độ hệ
thống điện quốc gia, 2015), cơ sở hạ tầng về
điện không theo kịp xét theo chuẩn mực quốc tế
về an ninh năng lượng.
Việc xây dựng mới các nhà máy điện truyền
thống để đáp ứng nhu cầu tải sẽ ngày càng khó
khăn do cạn kiệt nguồn năng lượng sơ cấp và
vấn đề môi trường. Vì lí do này, lưới truyền tải,
vốn được quy hoạch xây dựng phù hợp với các
nguồn truyền thống, sẽ phải chịu thêm áp lực từ
nhu cầu tăng năng lực lưới truyền tải.
Các hộ tiêu thụ điện ngày nay có xu hướng
nhậy cảm hơn với chất lượng điện năng và đặc
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
20
biệt là với sự gián đoạn cung cấp điện do liên
quan đến mức độ cao hơn về tự động hóa, công
nghệ sản xuất hiện đại và sự phụ thuộc vào năng
lượng điện. Điều này đặt ra cho HTĐ những yêu
cầu khắt khe hơn trong bảo đảm an ninh năng
lượng.
Thị trường điện cạnh tranh (về nguồn, truyền
tải, kinh doanh và tiếp đến sẽ là chứng khoán
điện,...) cho phép các hộ tiêu thụ dễ dàng hơn
trong việc thay đổi, lựa chọn nhà cung cấp năng
lượng, và điều đó sẽ làm tăng công suất trên
lưới truyền tải (Brauner G., et al., 2002).
Hình 4. Các đoạn xung yếu của đường dây
500kV Bắc - Nam;
a) Tần suất truyền tải ở dải giới hạn năm 2014.
b) Công suất truyền tải cực đại 3 năm gần đây.
Hình 3. Phát triển phụ tải HTĐ Việt Nam
2.4 Từ hiện trạng lưới điện
Vì nhiều lí do, phát triển lưới truyền tải thực
tế đã nhiều năm không theo kịp tốc độ tăng
trưởng nhu cầu điện (Trung tâm điều độ hệ
thống điện quốc gia, 2015) dẫn đến việc suy
giảm khả năng dự phòng của lưới điện, Hình 4,
Hình 5 (Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc
gia, 2015).
Hình 5. Số đường dây và máy biến áp đầy tải
và quá tải trong HTĐ miền Nam
Khi làm việc ở dải giới hạn, một khi có phần
tử truyền tải ngừng hoạt động, dễ kéo theo tác
động xâu chuỗi làm tách lưới. Nếu trong lưới cô
lập không đủ công suất có khả năng sẽ dẫn tới
sự cố diện rộng hoặc rã lưới phần lớn hệ thống
điện quốc gia. Sự cố rã lưới diện rộng khu vực
phía nam tháng 5 năm 2013 là một ví dụ.
Do hoạt động kinh doanh năng lượng, trên
các lưới liên kết xuất hiện các dòng công suất
không mong muốn, làm suy giảm hiệu quả lưới
truyền tải. Một nghiên cứu đã đánh giá rằng thị
trường điện cạnh tranh đòi hỏi tăng khả năng
lưới thêm 10% (Brauner G., 2007).
Hiện nay Việt Nam đang thực hiện việc mua
bán điện với các nước láng giềng trong đó đáng
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
21
kể nhất là mua điện từ Trung Quốc, Hình 6, hiệu suất, an ninh nguồn trong khi vẫn bảo đảm
(Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia, các yếu tố thân thiện môi trường (vốn ngày càng
2015). Tuy nhiên việc kinh doanh điện này khắt khe). Mặt khác, nhiệt điện cần phải tham
không được coi là việc liên kết các hệ thống gia tốt hơn vào việc cân bằng năng lượng tại chỗ
điện với nhau. Các phần trao đổi điện với nước và quản lí nghẽn mạng.
ngoài bị cách ly với hệ thống điện quốc gia và
quá trình vận hành đã gặp những khó khăn cả về
kĩ thuật lẫn vận hành thị trường điện.
Quy hoạch nguồn và phát triển kinh tế (phụ
tải) cần xét đến yếu tố vùng miền (vị trí) để phù
hợp tốt hơn với lưới truyền tải.
3.2. Giải pháp lưới truyền tải
Xây dựng lưới truyền tải phủ khắp đất nước,
tối thiểu phải đáp ứng được tiêu chuẩn (n – 1)
và yêu cầu gia tăng công suất truyền tải đi xa.
Đưa vào sử dụng các thiết bị điều khiển lưới
hiện đại: máy biến áp dịch pha, các bộ bù có
điều khiển, các FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) để chuẩn bị sẵn
sàng cho điều khiển và cân bằng năng lượng
linh hoạt trên lưới truyền tải.
3.3 Giải pháp quản lí, nghiên cứu
Hình 6. Mua bán điện với nước ngoài
Thành lập cơ quan chuyên về an ninh năng
lượng. Xây dựng các công cụ đánh giá các tiêu
chuẩn an ninh năng lượng và chuyển thành các
động lực đầu tư. Những nghiên cứu gần đây đã
đưa ra các phương pháp xác suất đánh giá an
ninh lưới truyền tải để phù hợp với các nguồn
phụ thuộc quan hệ cung cầu và các giao dịch
thương mại ngắn hạn trong thị trường điện
(Koeck K., Renner H., 2014).
Xu thế hình thành lưới điện liên kết đa quốc
gia đòi hỏi tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn thiết
kế quốc tế. Đánh giá an ninh lưới cần thực hiện
theo tiêu chuẩn (n – 1) hoặc trong một số trường
hợp – tiêu chuẩn (n – 2). Theo các tiêu chuẩn (n
– x) này, lưới điện cần phải bảo đảm an ninh
ngay cả khi x phần tử của nó bị sự cố. Lưới
truyền tải Việt nam hiện chưa đạt các tiêu chuẩn
này. Mỗi khi thực hiện công tác trên lưới, tái
điều độ hoặc khi có tác động loại trừ phần tử sự
cố đều có khả năng chất tải nặng nề lên phần
lưới còn lại. Ở khía cạnh khác việc mở rộng quy
mô lưới truyền tải sẽ làm tăng khả năng dao
động thấp tần (nội vùng) và mất ổn định tĩnh
diện rộng (Brauner G., 2007).
3.4. Giải pháp ngắn hạn
Khi nguồn lực còn bị hạn chế hoặc trong
ngắn hạn khi cơ sở hạ tầng truyền tải còn yếu
cần xử lí nhanh chóng quá tải, nghẽn mạng
thông qua các biện pháp:
– Điều độ nguồn phù hợp với yêu cầu lưới,
– Chia nhỏ thị trường nhằm kích thích phát
triển nguồn,
3. ĐỊNH HƯỚNG CÁC GIẢI PHÁP
3.1 Giải pháp nguồn, tải
– Điều khiển chuyển công suất và giữ điện
áp lưới truyền tải thông qua các thiết bị hiện đại
(nếu được trang bị),
– Hạn chế các tải tăng trưởng quá mức
thông qua các hợp đồng sử dụng lưới. Tự động
loại trừ quá tải liên kết để ngăn ngừa những tác
động không lường trước, rã mạng hoặc lan
truyền sự cố.
Cần bảo đảm nguồn tối thiểu nội vùng để
giảm tải liên kết và tránh rủi ro rã mạng. Xét
đến việc thiết lập những vùng cấp điện trên cơ
sở liên kết nguồn, lưới trong phạm vi nhỏ.
Đối tượng nguồn đầu tiên bị tác động mạnh
của thị trường điện cạnh tranh là nhiệt điện sử
dụng công nghệ lạc hậu. Do vậy cần xúc tiến
đổi mới công nghệ nhiệt điện với mục tiêu: tăng
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
22
– Xác định giới hạn khả năng sử dụng cho
4. KẾT LUẬN
thị trường, hạn chế truyền tải điện và thương
Mở rộng lưới liên kết và thị trường điện quốc
mại quốc tế ở mức phù hợp với năng lực truyền tế, phụ tải tăng không ngừng, cơ cấu nguồn biến
tải lưới.
đổi mạnh mẽ đã và sẽ tác động lớn đến lưới
Các giải pháp trên mới chỉ mang tính chất truyền tải.
định hướng dựa trên phân tích về ảnh hưởng
Lưới truyền tải Việt Nam hiện chưa sẵn sàng
của thị trường điện cạnh tranh (sẽ hình thành ở cho các các tiêu chuẩn quốc tế về HTĐ liên kết.
Việt Nam trong thời gian tới) đến lưới điện Xét lâu dài, an ninh năng lượng chỉ có thể bảo
truyền tải với hiện trạng hệ thống điện Việt đảm bằng một cơ sở hạ tầng truyền tải đủ mạnh.
Nam. Các vấn đề thực tế phát sinh trong quá
Giải pháp ngắn hạn xử lí quá tải, nghẽn mạng
trình mở rộng thị trường điện Châu Âu cho thông qua tái điều độ, hạn chế quy mô kinh
thấy rằng một giải pháp tốt cho nhóm vấn đề doanh điện ở mức phù hợp.
đề cập luôn phải xuất phát từ thực tế và dung
Các công cụ đánh giá tiêu chí an ninh năng
hòa tốt các yếu tố kĩ thuật, kinh tế và các yếu lượng là cần thiết, tạo động lực góp phần thúc
tố khác (Brauner G., 2007).
đẩy đầu tư cơ sở hạ tầng truyền tải điện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Brauner G., Haimbl W., Christiner G., Popelka H., (2002), “Sicherheit der Uebertragungsnetze”,
Elektrotechnik & Informationstechnik 119/10, tr. 340-346.
Brauner G., (2007), “Netzsicherheit und Kraftwerkstechnologie”, Elektrotechnik & Informationstechnik
124/9, tr. 281-283.
Koeck K., Renner H., (2014), “Probabilistische Netzsicherheitsbewertung”, Elektrotechnik &
Informationstechnik, 131/8, tr. 256-261.
Abstract:
ENERGY SECURITY OF TRANSMISSION SYSTEMS IN THE COMPETITIVE
ELECTRICITY MARKET
Transmission systems are necessary to ensure the reliability and energy security. In the mechanism
of competitive electricity market, transmission grids are (and will be) under great pressure as
overload, network congestion. This is due to following reasons: the power source is operating
under the market mechanism; large customers are more sensitive to the quality of power supply; the
development of renewable energy sources (mainly wind energy), or delay in renovation investment
perspective and energy policy. The trend for expanding the electric system to a level of
multinational power also sets out new requirements for transmission grids. This study also
proposes the strategic solution for the problem of energy security of the transmission system.
Keywords: Transmission system, energy security, competitive electricity market, renewable
energy, congestion management.
BBT nhận bài: 16/12/2015
Phản biện xong: 07/5/2016
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
23
5 trang
14660
Free
Bạn đang xem tài liệu "An ninh năng lượng trên lưới truyền tải trong thị trường điện cạnh tranh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- an_ninh_nang_luong_tren_luoi_truyen_tai_trong_thi_truong_die.pdf
