Trên thế giới, việc nghiên cứu tính toán các thông số của công trình thủy điện (CTTĐ) cũng như xác định chế độ vận hành cho các hồ chứa loại này sẽ tùy thuộc vào từng nước. Về phương pháp, tuỳ theo mức độ chính xác của dự báo dài hạn về thủy văn mà trên thế giới sử dụng mô hình tối ưu hoặc dùng điều phối.

Trong nước, việc nghiên cứu các giải pháp và chế độ làm việc nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các CTTĐ đã được nhiều nhà khoa học trong nước quan tâm. Các CTTĐ khi tính toán thiết kế chọn thông số thường dựa trên các phương pháp tính toán thủy năng riêng mà không gắn với biểu đồ phụ tải và thường tính toán độc lập với các tiêu chí lựa chọn thông số riêng mà không xét đến tương quan với các CTTĐ khác trong hệ thống. Đối với các CTTĐ có vai trò quan trọng trong hệ thống, việc tính toán chọn thông số đã xét đến sự tham gia của chúng trong cân bằng năng lượng của hệ thống. Tuy nhiên, việc tính toán chưa hoặc khó có thể xét đến trạng thái động của phụ tải cũng như cơ cấu nguồn. Trước đây, có một số nghiên cứu có xét đến đặc điểm của phụ tải điện và cơ cấu nguồn điện nhưng ở từng giai đoạn cụ thể. Gần đây, một số nghiên cứu đã xét đến sự thay đổi của phụ tải điện. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ xét đơn lẻ cho một CTTĐ và chưa nghiên cứu phối hợp làm việc giữa các CTTĐ.

Liên quan vận hành các CTTĐ bậc thang đã có nhiều nghiên cứu. Tuy nhiên, các nghiên cứu này hoặc chưa xét đến phụ tải điện và thị trường điện, hoặc chưa đưa ra phương thức vận hành cụ thể. Đối với chế độ vận hành các CTTĐ nhỏ, có hồ điều tiết ngắn hạn cũng đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu theo các cách tiếp cận khác nhau.

Những năm gần đây, có nhiều CTTĐ được xây dựng và đi vào vận hành làm cho cơ cấu các hệ thống thủy điện bậc thang có sự thay đổi, cùng với sự phát triển nhanh của nhiệt điện và các nguồn điện tái táo như điện mặt trời, điện gió làm thay đổi cơ cấu nguồn. Tỷ trọng của thủy điện có xu hướng giảm, còn nhiệt điện lại có xu hướng tăng. Ngoài ra, phụ tải điện có sự thay đổi theo hướng bất lợi và việc đưa vào vận hành thị trường điện cạnh tranh đòi hỏi có sự tiếp cận trong thiết kế cũng như trong nghiên cứu chế độ vận hành sao cho phù hợp để đưa ra giải pháp nhằm nâng cao hiệu ích phát điện của nguồn thủy điện.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Cơ quan chủ trì Vụ Khoa học và Công nghệ cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Đào Trọng Cường thực hiện với mục tiêu “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác công trình thủy điện bậc thang khi tham gia thị trường điện”, đề xuất giải pháp nâng cao lợi ích phát điện của các công trình thủy điện bậc thang khi tham gia thị trường điện.

Trên các dòng sông chính của Việt Nam, hầu hết các các CTTĐ vừa và lớn đã được xây dựng và đi vào vận hành. Vì thế, hướng nghiên cứu sẽ tập trung sang nghiên cứu chế độ vận hành nhằm nâng cao hiệu quả phát điện.

Đặc điểm phụ tải điện của Việt Nam có sự thay đổi đáng kể theo thời gian và không theo như dự báo trước đây. Trước đây, phụ tải điện lớn nhất thường rơi vào tháng 11, 12 - là những tháng đầu mùa kiệt, mực nước hồ đang ở mức cao nên CTTĐ có thể phát được 3 công suất lớn. Những năm gần đây, nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao vào những tháng giao mùa từ mùa kiệt sang mùa lũ (các tháng 6, 7, 8), khoảng thời gian này các CTTĐ không thể phát được công suất lớn vì mực nước hồ đang ở mức. Sự thay đổi theo hướng bất lợi đối với thủy điện này gây lên sự khó khăn trong việc huy động nguồn điện. Hơn nữa, thị trường phát điện cũng đã có sự thay đổi, chuyển sang thị trường điện cạnh tranh. Vì thế, một số thông số thiết kế của CTTĐ và chế độ vận hành hồ chứa thủy điện theo những tiêu chí trước đây đã không còn phù hợp, giảm hiệu quả khai thác nguồn thủy điện.

Tỷ trọng nguồn nhiệt điện ngày càng tăng và tỷ trọng của nguồn thủy điện ngày càng giảm. Do đó dẫn đến các CTTĐ trước đây chạy đáy sẽ có su hướng chuyển dần lên chạy đỉnh. Đó cũng là lý do mà đang có nhiều dự án mở rộng các CTTĐ đang vận hành như Hòa Bình, Yaly, Trị An… để đáp ứng nhu cầu phụ tải cao, nhất là ở những tháng giao mùa. Điều này cho thấy, việc nâng cao công suất khả dụng của các CTTĐ đang vận hành vào thời đoạn này sẽ rất có lợi, sẽ làm tăng khả năng thay thế của thủy điện, góp phần giảm bớt khó khăn trong việc huy động nguồn điện của hệ thống.

Đề tài đã xây dựng phương pháp luận trên cơ sở khoa học, từ đó áp dụng tính toán và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác các CTTĐ bậc thang có hồ điều tiết dài hạn. Đề tài đã đóng góp được những nội dung chính sau:

- Đánh giá thực trạng về tình hình phát triển nguồn điện nói chung và nguồn thủy điện nói riêng; đặc điểm về phụ tải điện và cơ chế chính sách giá điện trong thị trường điện cạnh tranh.

- Phân tích đặc điểm và vai trò của các CTTĐ có hồ điều tiết khác nhau khi tham gia làm việc trong HTĐ. Phân tích các yếu tố có ảnh hưởng đến khả năng khai thác nguồn thủy điện.

- Xây dựng cơ sở khoa học và mô hình bài toán vận hành các CTTĐ khi làm việc trong HTĐ và tham gia thị trường điện. Lựa chọn phương pháp vận hành phù hợp với khả năng dự báo dài hạn về thủy văn. Từ đó, đưa ra các phương thức vận hành riêng và phương thức phối hợp vận hành các CTTĐ bậc thang.

- Áp dụng tính toán kiểm nghiệm cho hai CTTĐ bậc thang Pleikrông và Ialy trên sông Sê San. Kết quả thu được trên cơ sở sử dụng thuật toán điều phối đã chứng tỏ hiệu quả của phương thức phối hợp làm việc giữa các CTTĐ trong bậc thang.

- Đề xuất được giải pháp cho các CTTĐ trong hệ thống nói chung và các CTTĐ bậc thang nói riêng: nhằm làm tăng công suất khả dụng trong thiết kế cũng như trong vận hành cho CTTĐ, góp phần hạn chế sự căng thẳng trong huy động công suất của hệ thống ở những tháng phụ tải cao; phương thức phối hợp vận hành trên cơ sở dử dụng BĐĐP với tiêu chuẩn được lựa chọn phù hợp cho thị trường điện cạnh tranh nhằm nâng cao hiệu quả khai thác 29 nguồn nước phát điện, góp phần làm làm chi phí mua điện của nguồn khác, do đó giảm được chi phí chung cho hệ thống.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18751/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)