An ninh năng lượng trên lưới truyền tải trong thị trường điện cạnh tranh

Nội dung text: An ninh năng lượng trên lưới truyền tải trong thị trường điện cạnh tranh

1. 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). G., et al., 2002) ngành điện Việt Nam đứng 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. vào ngày 27/12/2006 gây rã lưới toàn bộ hệ 2. TÁC ĐỘNG CỦA CƠ CHẾ THỊ thống điện miền Bắc (từ Quảng Bình trở ra) và TRƯỜNG ĐẾN LƯỚI TRUYỀN TẢI Trong cơ chế cũ, việc vận hành nguồn thủy – 1 Khoa Năng lượng, Trường Đại học Thủy Lợi. nhiệt điện luôn chú ý (quan hệ dọc) đến lưới KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 19
2. truyền tải (vốn cùng 1 chủ thể). Quan hệ cung 2.2. Thông qua các nguồn năng lượng tái tạo cầu xác định theo quy hoạch tổng thể nguồn – Sử dụng năng lượng tái tạo đáp ứng nhu cầu lưới – phụ tải. Ngày nay, việc tách chủ thể phụ tải là một đặc điểm của hệ thống điện quản lí nguồn, lưới truyền tải trên nền hoạt (HTĐ) hiện đại. Ở Việt nam, nếu không kể động kinh doanh điện năng (tải nền, tải đỉnh, nguồn thủy điện nhỏ và siêu nhỏ, thì năng lượng cạnh tranh giá, , (Trung tâm điều độ hệ thống tái tạo – chủ yếu là năng lượng gió – đang được điện quốc gia, 2015) đang tác động ngày càng định hướng phát triển, Hình 2, (Trung tâm điều mạnh mẽ vào các quan niệm quy hoạch truyền độ hệ thống điện quốc gia, 2015). Năng lượng thống và đặc biệt vào lưới truyền tải vốn đang tái tạo có thể sử dụng để đáp ứng nhu cầu tại chưa đủ mạnh. 2.1. Thông qua các nguồn truyền thống chỗ trong lưới phân tán nhỏ (microgrid) ở các Nguồn điện nhanh chóng vận hành chủ yếu vùng thưa dân. Năng lượng tái tạo cũng được theo các tiêu chí kinh tế, việc mở rộng quy mô hòa lưới tham gia cân bằng công suất trong hệ hệ thống điện cùng với việc các hộ tiêu thụ thống điện. Vấn đề là các nguồn năng lượng tái điện có điều kiện tiếp cận nguồn năng lượng rẻ 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 Ở khía cạnh khác, các nguồn kém cạnh quá mức truyền tải năng lượng giữa các vùng. tranh sẽ giảm phát và dần bị thải loại. Nhiều Hoạt động định hướng thị trường của nhiệt điện nhà máy điện của Việt nam có thời gian hoạt khi có sự tham gia của điện gió sẽ càng làm động nhiều chục năm hiện đang làm việc với nghiêm trọng hơn tình trạng quá tải lưới. Những độ tin cậy không cao, hiệu suất thấp và mức độ vấn đề trên đặt ra những thách thức lớn cho ô nhiễm môi trường nặng sẽ là đối tượng bị tác quản lí nghẽn mạng và quá tải. động đầu tiên. Hình 2. Phát triển điện gió ở Việt Nam Hình 1. Cơ cấu nguồn tham gia thị trường điện 2.3. Thông qua các phụ tải điện Việt Nam, tổng công suất đặt: 31.7GW. Sự phát triển kinh tế và đô thị hóa ở Việt Việc xây dựng mới các nhà máy điện truyền nam làm phụ tải gần đây liên tục tăng với tốc độ thống để đáp ứng nhu cầu tải sẽ ngày càng khó trên 10%/năm, Hình 3, (Trung tâm điều độ hệ khăn do cạn kiệt nguồn năng lượng sơ cấp và thống điện quốc gia, 2015), cơ sở hạ tầng về vấn đề môi trường. Vì lí do này, lưới truyền tải, điện không theo kịp xét theo chuẩn mực quốc tế vốn được quy hoạch xây dựng phù hợp với các về an ninh năng lượng. nguồn truyền thống, sẽ phải chịu thêm áp lực từ Các hộ tiêu thụ điện ngày nay có xu hướng nhu cầu tăng năng lực lưới truyền tải. nhậy cảm hơn với chất lượng điện năng và đặc 20 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
3. 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 Hình 5. Số đường dây và máy biến áp đầy tải trưởng nhu cầu điện (Trung tâm điều độ hệ và quá tải trong HTĐ miền Nam thống điện quốc gia, 2015) dẫn đến việc suy Khi làm việc ở dải giới hạn, một khi có phần giảm khả năng dự phòng của lưới điện, Hình 4, tử truyền tải ngừng hoạt động, dễ kéo theo tác Hình 5 (Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc động xâu chuỗi làm tách lưới. Nếu trong lưới cô gia, 2015). 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
4. 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 Quy hoạch nguồn và phát triển kinh tế (phụ quá trình vận hành đã gặp những khó khăn cả về tải) cần xét đến yếu tố vùng miền (vị trí) để phù kĩ thuật lẫn vận hành thị trường điện. 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. Hình 6. Mua bán điện với nước ngoài 3.3 Giải pháp quản lí, nghiên cứu Thành lập cơ quan chuyên về an ninh năng Xu thế hình thành lưới điện liên kết đa quốc lượng. Xây dựng các công cụ đánh giá các tiêu gia đòi hỏi tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn thiết chuẩn an ninh năng lượng và chuyển thành các kế quốc tế. Đánh giá an ninh lưới cần thực hiện động lực đầu tư. Những nghiên cứu gần đây đã theo tiêu chuẩn (n – 1) hoặc trong một số trường đưa ra các phương pháp xác suất đánh giá an hợp – tiêu chuẩn (n – 2). Theo các tiêu chuẩn (n ninh lưới truyền tải để phù hợp với các nguồn – x) này, lưới điện cần phải bảo đảm an ninh phụ thuộc quan hệ cung cầu và các giao dịch ngay cả khi x phần tử của nó bị sự cố. Lưới thương mại ngắn hạn trong thị trường điện truyền tải Việt nam hiện chưa đạt các tiêu chuẩn (Koeck K., Renner H., 2014). này. Mỗi khi thực hiện công tác trên lưới, tái 3.4. Giải pháp ngắn hạn điều độ hoặc khi có tác động loại trừ phần tử sự Khi nguồn lực còn bị hạn chế hoặc trong cố đều có khả năng chất tải nặng nề lên phần ngắn hạn khi cơ sở hạ tầng truyền tải còn yếu lưới còn lại. Ở khía cạnh khác việc mở rộng quy cần xử lí nhanh chóng quá tải, nghẽn mạng mô lưới truyền tải sẽ làm tăng khả năng dao thông qua các biện pháp: động thấp tần (nội vùng) và mất ổn định tĩnh diện rộng (Brauner G., 2007). – Điều độ nguồn phù hợp với yêu cầu lưới, 3. ĐỊNH HƯỚNG CÁC GIẢI PHÁP – Chia nhỏ thị trường nhằm kích thích phát 3.1 Giải pháp nguồn, tải triển nguồn, Cần bảo đảm nguồn tối thiểu nội vùng để – Điều khiển chuyển công suất và giữ điện giảm tải liên kết và tránh rủi ro rã mạng. Xét áp lưới truyền tải thông qua các thiết bị hiện đại đến việc thiết lập những vùng cấp điện trên cơ (nếu được trang bị), sở liên kết nguồn, lưới trong phạm vi nhỏ. – Hạn chế các tải tăng trưởng quá mức Đối tượng nguồn đầu tiên bị tác động mạnh thông qua các hợp đồng sử dụng lưới. Tự động của thị trường điện cạnh tranh là nhiệt điện sử loại trừ quá tải liên kết để ngăn ngừa những tác dụng công nghệ lạc hậu. Do vậy cần xúc tiến động không lường trước, rã mạng hoặc lan đổi mới công nghệ nhiệt điện với mục tiêu: tăng truyền sự cố. 22 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
5. – 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 Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia - NLDC, (2015), 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