Một số vấn đề khi điều tiết hệ thống hồ chứa thủy điện bậc thang trong điều kiện thị trường điện cạnh tranh

KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ

MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN

BẬC THANG TRONG ĐIỀU KIỆN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH

Lê Quốc Hưng

Ban Đầu tư xây dựng, Tổng Công ty Điện lực Dầu khí

Lê Văn Nghị

Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Phan Trần Hồng Long

Trường Đại học Thủy lợi

Tóm tắt: Để tận dụng điều kiện khai thác, nhiều nhà máy thủy điện thường được xây dựng trên

cùng một dòng sông. Điều đó sẽ dẫn đến yêu cầu, phối hợp vận hành các nhà máy thủy điện

nhằm mục đích tối đa hóa sản lượng điện hoặc doanh thu mà vẫn đảm bảo các yêu cầu phòng

lũ, cấp nước khác. Tuy nhiên, doanh thu bán điện của các hồ chứa lại phụ thuộc một phần vào

giá bán điện trên thị trường điện cạnh tranh. Nghiên cứu trình bày một số vấn đề điều tiết hệ

thống hồ chứa bậc thang Hủa Na và Cửa Đạt trên lưu vực sông Chu khi cùng tham gia thị

trường điện cạnh tranh. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả của phương pháp điều khiển

đã được lựa chọn so với thực tế vận hành.

Từ khóa: thủy điện bậc thang, Hủa Na, Cửa Đạt, sông Chu, thị trường điện cạnh tranh

Summary: In order to take advantage of the operating and generation conditions, hydro power

plants are usually built on the same river. This will lead to requirements, operations and

cooperation of hydro power plants in order to maximize electricity output or revenue while still

meeting other requirements for flood control and water supply. However, electricity revenues of

the reservoirs depends partly on the price of electricity sold in the competitive power generation

market. The research presents some regulating issues of Hua Na and Cuu Dat reservoir system

in the Chu river basin while participating in the competitive power generation market. The

research results also show the efficiency of the chosen flood control method in comparison with

the actual operation.

Keywords: cascade hydropower, Hua Na, Cua Dat, Chu river, competitive power generation market

1. ĐẶT VẤN ĐỀ ^*

điện (NMTĐ) có hồ điều tiết dài hạn sẽ có ưu

thế khi đưa ra giá chào cũng như linh hoạt vận

1.1 Thị trường điện cạnh tranh

hành để nhằm bán được điện vào các khung

Thị trường điện cạnh tranh (CGM) đã được

giờ giá cao. Vì vậy, đây là lợi thế và cũng là

hình thành và đang hoạt động hiệu quả ở một

bài toán phức tạp đòi hỏi các chủ công trình

số nước thuộc châu Âu, châu Mỹ và châu Úc.

cần tính đến, khi lập kế hoạch phát điện cũng

Theo kế hoạch thị trường điện ở Việt Nam sẽ

như điều tiết hồ chứa phát điện, nhằm mang lại

phát triển qua ba cấp độ và tiếp tục được hoàn

hiệu quả cao trong điều kiện chế độ thủy văn

thiện sau mỗi lần thử nghiệm. Khi tham gia thị

biến đổi. Giá bán điện trong thị trường điện

trường điện cạnh tranh thì các nhà máy thủy

cạnh tranh gồm hai thành phần là giá hợp đồng

và giá thị trường. Giá hợp đồng được xác định

Ngày nhận bài: 07/12/2018

Ngày thông qua phản biện: 25/01/2019

Ngày duyệt đăng: 26/3/2019

theo sản lượng hợp đồng hàng năm. Tổng sản

lượng hợp đồng năm lại được phân chia tiếp

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019

1

KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ

cho từng tháng. Giá thị trường là giá chào bán

phần sản lượng sai khác với phần sản lượng

hợp đồng cố định được yêu cầu trong từng giờ.

Giá này biến đổi theo yêu cầu của thị trường;

có thể cao hơn hoặc thấp hơn giá hợp đồng;

phần sản lượng sai khác cũng có thể là dương

hoặc âm khi sản lượng thực phát cao hơn hoặc

nhỏ hơn sản lượng yêu cầu. Giá bán thị trường

đạt cao khi nguồn cung thiếu hụt như trong các

trường hợp: mùa cạn, nước đến ít, có nhà máy

khác phải sửa chữa... hoặc nguồn cầu tăng cao

trong điều kiện nắng nóng, giờ cao điểm.... Giá

bán thị trường đạt thấp khi nguồn cung dồi dào

như trong mùa lũ, nước đến nhiều hoặc nhu

cầu giảm thấp trong nghỉ lễ, giờ thấp điểm.

Như vậy, giá bán thị trường phụ thuộc vào thời

gian (mùa hoặc tháng) dòng chảy đến hồ theo

từng năm và nhu cầu của thị trường

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

2013

2014

2015

2016

2017

2018

Hình 1. Giá bán điện tháng Hủa Na (đ/kWh)

1200

2012

2013

1000

800

2014

600

2015

400

2016

200

2017

0

2018

1.2 Hệ thống Hủa Na - Cửa Đạt

NMTĐ Hủa Na và Cửa Đạt thuộc nhóm các

nhà máy phải tham gia CGM, theo quy định tại

thông tư số 03/TT-BCT ngày 08/2/2013 của Bộ

Công thương. Do đó, để được A0 (Trung tâm

điều độ hệ thống điện quốc gia) huy động, và

tận dụng tối đa về nguồn nước, mang lại lợi

nhuận cho doanh nghiệp thì giải pháp về chào

giá điện được xem là rất cấp bách và bên bán

phải có một kế hoạch điều tiết dài hạn và chiến

lược vận hành ngắn hạn cùng chào giá hiệu quả

Hình 2. Giá bán điện tháng Cửa Đạt (đ/kWh)

1400

1200

1000

800

600

y = -2.8812x + 1101.2

R² = 0.3904

400

200

0

50

100

150

Lượng điện tháng (triệu kWh)

2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

Hình 3. Tương quan mùa lũ Hủa Na

2.1 Thống kê tương quan giá bán điện

1400

1200

1000

800

Dựa vào tài liệu thu thập của các nhà máy khi

tham gia vào thị trường điện, nghiên cứu đã thu

thập được giá bán điện tháng và nhận thấy có

một phần tương quan giữa giá bán điện và sản

lượng điện phát ra của tháng. Kết quả thu thập

giá bán điện tháng của hai hồ từ khi tham gia

thị trường điện cạnh tranh được thể hiện trên

Hình 1 và 2. Kết quả tương quan trong mùa lũ

và mùa kiệt tính đến tháng 10/2018 của hai

TTĐ được thể hiện trên các Hình từ 3 đến 6.

600

400

200

0

y = 2.7092x + 946.37

R² = 0.1846

0

20

40

60

80

Lượng điện tháng (triệu kWh)

Hình 4. Tương quan mùa cạn Hủa Na

2

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019

KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ

Đạt. Điều này thể hiện, việc mục tiêu chính

của Cửa Đạt trong mùa cạn là cung cấp nước

tưới, đảm bảo nước sinh hoạt nên giá bán điện

bình quân không thay đổi nhiều, mặc dù số

lượng điểm dữ liệu thu được là nhiều nhất.

Trong khi đó, hệ số tương quan mùa lũ của

Hủa Na cao hơn mùa cạn Hủa Na, lý do là số

liệu điểm quan hệ thu được mùa cạn Hủa Na

nhiều hơn, một số tháng thuộc mùa kiệt lại là

tháng giao mùa với mùa lũ (lũ sớm hoặc lũ

muộn) làm giảm đi mức độ tương quan phù

hợp. So sánh cả hai mùa của Cửa Đạt với Hủa

Na, do mục tiêu chính của Cửa Đạt là tưới, nên

mức độ biến đổi thường ít hơn của Hủa Na

mặc dù tổng thời gian phát điện từ khi vận

hành nhiều hơn.

1000

800

600

400

200

0

y = -2.253x + 757.29

R² = 0.1575

0

20

40

60

80

Lượng điện tháng (triệu kWh)

Hình 5. Tương quan mùa lũ Cửa Đạt

1200

1000

800

600

y = 4.1743x + 628.01

R² = 0.2745

400

200

0

Dựa vào phương trình tương quan, có thể xác

định giá bán điện biến đổi theo sản lượng điện

phát ra. Khi tiến hành điều tiết, tức là thay đổi

sản lượng điện phát ra, giá bán điện cũng thay

đổi tương ứng và làm doanh thu thay đổi. Đây là

cơ sở, để xác định hàm mục tiêu là doanh thu lớn

nhất của cả hai hồ, hoặc từng hồ riêng rẽ khi tiến

thành tính toán điều tiết liên hồ hoặc đơn hồ.

0

10

20

30

40

50

60

Lượng điện tháng (triệu kWh)

Hình 6. Tương quan mùa cạn Cửa Đạt

Các Hình 3 và 5 cho thấy, điện lượng phát ra

trong mùa lũ của cả hai hồ càng cao thì giá bán

điện càng giảm và ngược lại trong mùa cạn

(Hình 4 và 6). Tuy nhiên, tỷ lệ tăng và giảm

trong mỗi mùa của hai hồ có khác nhau. Điều

này cho thấy, giá điện trong mùa lũ hoàn toàn

phù hợp với quy luật của thị trường khi nguồn

cung tăng thì giá thành sẽ giảm. Ngược lại,

trong mùa cạn thì giá điện lại không tuân theo

quy luật thị trường, nguyên nhân là trong

những thời điểm giá cao do thiếu nước hoặc

nhu cầu phụ tải tăng cao của hệ thống nên các

NMTĐ đều huy động phát nhiều vào thời điểm

2.2 Phương pháp tính toán

Nghiên cứu sử dụng phương pháp quy hoạch

động, áp dụng tính toán điều tiết nhiều năm

liên hồ chứa với các phương trình cơ bản trong

tính toán thủy năng kết hợp bổ sung các

phương trình tương quan tính toán doanh thu

từng tháng cho mỗi hồ dựa vào giá bán điện

tháng biến đổi theo sản lượng điện tháng.

Các phương trình thủy năng cơ bản gồm có

ΔV = V_cuối– V_đầu

đó để thu được nhiều tiền hơn. Nếu tháng nào ΔQ = ΔV/ΔT

đó của mùa kiệt có giá thấp, NMTĐ sẽ hạn chế

Q_{hạ_lưu_HN}= Q_{đến_HN}– ΔQ_HN– Q_{tổn_thất_HN}

lượng bán ra để dành phần sản lượng điện dư

thừa cho tháng có giá cao khác trong mùa kiệt.

Q_{phát_điện_HN}

Q(H_{phát_điện_HN}))

Q_{hạ_lưu_CĐ}= Q_{khu_giữa}+ Q_{hạ_lưu_HN}- ΔQ_CĐ

Q_{Dốc_Cáy}– Q_{tổn_thất_CĐ}

=

min(Q_{hạ_lưu_HN}

-

Q_đậpHN

;

Từ các dữ liệu thu được và phương trình quan

hệ giữa giá bán điện bình quân tháng với sản

lượng điện tháng, hệ số tương quan của dữ liệu

trong mùa cạn Cửa Đạt là cao hơn mùa lũ Cửa

–

Q_{phát_điện_CĐ}= min(Q_{hạ_lưu_CĐ};Q(H_{phát_điện_CĐ}))

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019

3

KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ

V_{trung bình}= (V_đầu+ V_cuối)/2

Doanh thu tháng được xác định theo sản lượng

điện và giá bình quân tháng

h_w= h_w(Q_{phát điện}

H_{phát điện}= Z_tl– Z_hl- h_w

N_{khả dụng}= N_kd(H_{phát điện}

)

doanh_thu

=

giá_bình_quân_tháng

x

điện_lượng_tháng

)

2.3 Thời đoạn và các điều kiện biên

N_pd= min(N_kd(H_pd); K * Q_{phát điện}* H_{phát điện}

)

Các điều kiện biên được lấy từ quy trình và

được bổ sung thêm từ tập hợp các đường mực

E_pd= ΔT * N_pd

Giá bình quân KB1 được xác định theo nước đảm bảo phát được sản lượng hợp đồng

phương trình tương ứng cho từng mùa (4 Thời điểm tính toán được xác định từ đầu mùa

phương trình tương quan)

lũ, ngày 1/7 hàng năm. Mực nước thời điểm

năm đầu tiên được lấy bằng mực nước thực tế

bình quân nhiều năm.

giá_bình_quân_tháng_{_KB1}

điện_lượng_tháng + b

=

a

x

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

Trung bình

220,98

Hủa Na

217,93 216,46 221,01 228,68 220,8

Cửa Đạt 79,15 75.98

80.82

73,56

75,76

79,08

77,39

2.3 Trích đoạn code

240

235

230

225

220

215

Ngôn ngữ Visual Basic được sử dụng trong lập

trình tìm kiếm giá trị max về doanh thu hoặc

các mục tiêu khác và xác định diễn biến đường

mực nước thông qua các mảng lưu lại giá trị

chỉ đến trước đây.

If Bmax(i, j + 1, l1, l2) < Bmax(i, j, k1, k2) +

B_HN + B_CD Then

01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07

Quá trình thời gian (tháng)

Bmax(i, j + 1, l1, l2) = Bmax(i, j, k1, k2) +

B_HN * 10 + B_CD

Hình 7. Diễn biến MNTL 46 năm Hủa Na

truoc_HN(i, j + 1, l1, l2) = k1

truoc_CD(i, j + 1, l1, l2) = k2

End If

115

110

105

100

95

3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

90

Diễn biến đường mực nước 46 năm; Phạm vi

mực nước 46 năm và phạm vi làm việc tối ưu

được xác định cho từng hồ theo các tiêu chuẩn

của hàm mục tiêu. Các Hình từ 7 đến 12 thể

hiện kết quả của phương pháp điều tiết sao cho

doanh thu Hủa Na lớn nhất trước rồi đến

doanh thu Cửa Đạt.

85

80

75

70

01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07

Quá trình thời gian (tháng)

Hình 8. Diễn biến MNTL 46 năm Cửa Đạt

4

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019

KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ

245

240

235

230

225

220

215

210

245

240

235

230

225

220

215

210

01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07

Quá trình thời gian (tháng)

Hình 9. Phạm vi biến đổi MNTL 46 năm Hủa Na

Hình 11. Phạm vi MNTL tối ưu 46 năm Hủa Na

110

100

90

110

100

90

80

70

01-07 01-09 01-11 01-01 01-03 01-05 01-07

Quá trình thời gian (tháng)

Hình 10. Phạm vi biến đổi MNTL 46 năm Cửa Đạt

Hình 12. Phạm vi MNTL tối ưu 46 năm Cửa Đạt

Tổng hợp so sánh doanh thu và điện lượng của hai dạng hàm mục tiêu khác nhau

M

ụ

c tiêu doanh

M

ụ

c tiêu doanh

thu H a Na l

nh

Trung bình v

m g n đây (t

10/2013 đ n 9/2018)

ậ

n hành 5

thu 2 h

ồ

lớ

n

ủ

ớ

n

nă

ầ

ế

ừ

nhất

ất

Doanh thu bình quân

46 n

ă

m NMT

Đ

H

ủ

a

674,50 t

ỷ

đ

ồ

ng

680,51 t

ỷ

đ

ồ

ng

643,46 t

ỷ

đ ng

ồ

Na

Doanh thu bình quân

46 n m NMT

ă

Đ

C

ử

a

402,35 t

ỷ

đồ

387,89 t

ỷ

đ

ồ

ng

347,6 t

ỷ

đ ng

ổ

Đạ

t

Tổng doanh thu hai

hồ

bình quân 46

1076,85 t

ỷ

đồ

ng 1068,40 t

ỷ

đồng

1031,35 t

ỷ

đồng

năm

704,88 tri

ệu

S

ả

n lượng đi

ệ

n bình

701,28 triệu kWh

613 tri u kWh

ệ

kWh

quân 46 n m NMT

ă

Đ

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019

5

KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ

Hủa Na

S

ả

n lượng đi

ệ

n bình

518,25 tri

ệu

quân 46 n m NMT

ă

Đ

506,47 triệu kWh

422,96 tri u kWh

ệ

kWh

C

ử

a

Đạ

t

T

ổ

ồ

ng đi

ệ

n lượng hai

1223,13 tri

ệu

1207,75 tri

ệu

h

bình quân 46

1001,2 tri u kWh

ệ

kWh

n

ăm

Khi hai hồ phối hợp với nhau để điều tiết với phương thức điều tiết chọn mục tiêu doanh thu

hàm mục tiêu tổng doanh thu hai hồ lớn nhất, Hủa Na lớn nhất. Tuy nhiên, thiệt hại của Hủa

doanh thu của Hủa Na sẽ giảm thấp hơn so với Na sẽ nhỏ hơn lợi ích mà Cửa Đạt tăng thêm

B năm tổng

tỷ đồng

B năm Hủa Na

tỷ đồng

B năm Cửa Đạt

tỷ đồng

Doanh thu

Hàm mục tiêu

B năm 2 hồ lớn nhất

1076.85

674.50

402.35

B năm Hủa Na lớn nhất

Độ chênh lệch

1068.40

-8,45

680.51

+6,01

387.89

-14,46

Kết quả tính toán cho thấy, nếu vận hành riêng dựng hàm giá riêng cho từng tháng. Trong bài

rẽ, Hủa Na tự tối ưu trước rồi Cửa Đạt tối ưu báo này, hàm giá được sử dụng chung cho các

theo lượng nước khu giữa và lượng nước tháng của từng mùa.

xuống hạ lưu của Hủa Na thì doanh thu Hủa

Theo xu thế về các số liệu đã thu thập, vào các

Na sẽ tăng bình quân 6 tỷ đồng/ năm nhưng

tháng mùa kiệt, giá bán điện tháng thường tăng

doanh thu Cửa Đạt giảm bình quân 14,5 tỷ

theo sản lượng phát ra, hay thực tế là khi thấy

đồng/năm và tổng doanh thu 2 hồ giảm 8,5 tỷ

giá bán cao, các trạm đều cố phát ra một sản

đồng/ năm. Như vậy nếu hai hồ muốn phối

lượng lớn hơn bình thường. Tuy là hàm giá,

hợp vận hành với nhau, do đây là hai chủ hồ

ảnh hưởng đến sản lượng nhưng ta có thể dùng

khác nhau thì cần có hợp đồng phối hợp và

để mô phỏng quá trình điều tiết có sự biến đổi

phân chia lợi nhuận tăng lên của Cửa Đạt bù

tương đương như vậy.

cho lợi nhuận bị thiệt hại của Hủa Na. Khi ký

Sản lượng điện theo hàm doanh thu, sẽ không là

kết hợp đồng cần lựa chọn phương án điều tiết

lớn nhất nhưng doanh thu nhận được là lớn nhất.

phối hợp hai hồ. Khi kết thúc năm cần so sánh

Nếu tính toán theo hàm mục tiêu là điện lượng

kết quả với phương pháp vận hành riêng rẽ để

lớn nhất, điện lượng mùa lũ sẽ tăng lên nhiều

có sự phân chia chính xác.

hơn và điện lượng mùa kiệt giảm xuống, làm

giảm mức an toàn cung cấp điện. Khi xét chọn

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Khi hàm giá được xây dựng với thời đoạn đối chứng với trường hợp tính toán hàm mục

tháng, thời đoạn tính toán cũng phải được tiêu cho điện lượng lớn nhất, doanh thu tương

phân chia theo thời đoạn tháng. Trường hợp ứng của trường hợp này lại giảm nhỏ hơn trường

thu thập được của nhiều năm hơn, có thể xây hợp xét hàm mục tiêu cho doanh thu lớn nhất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

6

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019

CHUYỂN GIAO

CÔNG NGHỆ

[1] Bộ Công thương, (2014). Thông tư 30/2014/TT-BCT về việc Quy định vận hành CGM

Công ty tư vấn xây dựng thủy lợi 1 (2011). Thuyết minh tính toán kỹ thuật, giai đoạn quản

lý vận hành hồ Cửa Đạt;

[2] Công ty tư vấn xây dựng Điện 1, (2009). Công trình thủy điện Hủa na, Thiết kế kỹ thuật

giai đoạn 2;

[3] EVN. Thanh toán sản lượng điện các năm 2013÷2018 Nhà máy thủy điện Hủa Na;

[4] EVN. Thanh toán sản lượng điện các năm 2012÷2018 Nhà máy thủy điện Cửa Đạt;

[5] Thủ tướng Chính phủ, (2018). Quyết định số 214 QĐ/TTg “Về việc ban hành Quy trình

vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Mã”;

[6] Nandalal, K.D.W. &Bogardi J.J., (2007). Dynamic Programming Based Operation of

Reservoir Applicability and Limits, in Cambridge.

[7] EVN, Phụ lục sản lượng hợp đồng các NMTĐ Hủa Na và Cửa Đạt các năm 2012-2018.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 53 - 2019

7