Cơ sở lý luận và thực tiễn
Cơ sở lý luận
2.1.1 Các vấn đề chung về tổn thất điện năng
2.1.1.1 Khái niệm và phân loại tổn thất điện năng a Khái niệm
Tổn thất điện năng (TTĐN) trong hệ thống điện là sự chênh lệch giữa lượng điện năng sản xuất và lượng điện năng tiêu thụ tại các phụ tải trong một khoảng thời gian nhất định.
Trong thị trường điện, tổn thất điện năng (TTĐN) trên một lưới điện được định nghĩa là sự chênh lệch giữa lượng điện năng vào và ra khỏi lưới điện Cụ thể, lượng điện năng vào bao gồm nguồn điện từ các nhà máy và lưới điện lân cận, trong khi lượng điện năng ra là điện cung cấp cho phụ tải của lưới hoặc chuyển giao cho các khu vực lân cận Thời gian xác định tổn thất điện năng thường là một ngày, một tháng hoặc một năm, tùy thuộc vào mục đích hoặc công cụ sử dụng để đo lường.
Một phần năng lượng điện bị tổn thất trong quá trình truyền tải từ nơi sản xuất đến nơi tiêu dùng, chủ yếu do tiêu hao trên dây dẫn, máy biến thế và thiết bị đo đếm điện.
Một phần lượng điện năng tổn thất này mất mát trong quá trình tổ chức quản lý, tổ chức bán điện
TTĐN trên lưới điện là lượng điện năng tiêu hao trong quá trình truyền tải và phân phối điện từ các nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ Tổn thất điện năng, còn gọi là điện năng dùng để truyền tải và phân phối, phụ thuộc vào đặc tính mạch điện, lượng điện truyền tải, khả năng của hệ thống và công tác quản lý.
Mức độ tổn thất điện năng thay đổi theo thời gian và địa điểm, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau Việc giảm thiểu tổn thất điện năng không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn tác động tích cực đến xã hội và môi trường Do đó, các biện pháp giảm tổn thất điện năng cần được áp dụng một cách hiệu quả để nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng cho mỗi quốc gia.
Tổn thất điện năng có thể được phân loại theo nhiều phương pháp và mục đích khác nhau, nhưng chủ yếu được chia thành hai nguyên nhân cơ bản: tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại.
Các loại tổn thất điện năng được minh hoạ qua sơ đồ sau:
Sơ đồ 2.1 Phân loại tổn thất điện năng
TTĐN trong quá trình sản xuất là lượng điện năng tiêu hao tại nhà máy điện, được xác định bởi sự chênh lệch giữa điện năng phát ra từ máy phát điện và điện năng cung cấp cho lưới truyền tải cũng như cho quá trình sản xuất điện Lượng điện năng tổn thất này phát sinh do quá trình truyền dẫn điện trong nhà máy và do việc điều độ hệ thống điện không đồng bộ, thiếu hợp lý.
TTĐN trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng là lượng điện bị tiêu hao và thất thoát khi đưa từ nhà máy điện đến người tiêu dùng Hiện tượng này xảy ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm các yếu tố khách quan như tự nhiên và môi trường, cũng như các yêu cầu kỹ thuật và công nghệ Bên cạnh đó, trình độ quản lý cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu TTĐN.
TTĐN trong quá trình truyền tải và phân phối có thể chia làm hai loại, TTĐN kỹ thuật và TTĐN thương mại:
Tổn thất điện năng trong quá trình sản xuất
Tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải và phân phối
Tổn thất điện năng trong quá trình tiêu thụ
Tổn thất Thương mại Tổn thất
TTĐN kỹ thuật là lượng điện năng tiêu hao trong quá trình truyền tải và phân phối điện từ các nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ Sự tiêu hao này xảy ra do tổng trở của dây dẫn, máy biến áp và thiết bị trên lưới, dẫn đến phát nóng và rò điện Đặc biệt, với các đường dây điện cao áp từ 110 kV trở lên, còn có TTĐN vầng quang Ngoài ra, dòng điện qua cáp ngầm và tụ điện cũng gây tiêu hao điện năng do điện môi, trong khi các đường dây điện nối song song như dây chống sét và dây thông tin tạo ra tổn hao điện năng do hiện tượng hỗ cảm.
TTĐN thương mại, hay còn gọi là TTĐN phi kỹ thuật, là kết quả của việc vi phạm trong sử dụng điện, bao gồm hành vi lấy cắp điện qua nhiều hình thức như câu móc điện trực tiếp, làm sai lệch mạch đo đếm, và gây hư hỏng thiết bị đo Ngoài ra, sai sót trong quản lý như không thay thế kịp thời công tơ chết, cháy hoặc cập nhật sai chỉ số tiêu thụ điện cũng góp phần vào tình trạng này Việc không thực hiện đúng chu kỳ kiểm định và thay thế công tơ định kỳ theo quy định cũng dẫn đến việc điện năng bán cho khách hàng đo được thấp hơn so với mức thực tế sử dụng Thêm vào đó, sai sót trong tính toán tổn thất kỹ thuật cũng được xem là một phần của tổn thất này.
Tổn thất điện năng trong khâu tiêu thụ đề cập đến lượng điện năng bị tiêu hao và thất thoát khi khách hàng sử dụng các thiết bị điện Mức độ tổn thất này phụ thuộc vào sự hiện đại và công nghệ của thiết bị, cũng như trình độ vận hành và cách thức sử dụng của người tiêu dùng.
Tổn thất phi kỹ thuật trong hệ thống điện phụ thuộc vào cơ chế và quy trình quản lý, trong khi tổn thất kỹ thuật chủ yếu xảy ra trên dây dẫn và máy biến áp phân phối Tổn thất kỹ thuật bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng Tổn thất công suất phản kháng, do từ thông rò và cảm kháng trên đường dây, chỉ gây lệch góc và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng Ngược lại, tổn thất công suất tác dụng có tác động đáng kể đến tổng tổn thất điện năng.
2.1.1.2 Các nguyên nhân dẫn đến tổn thất điện năng
Tổn thất điện năng (TTĐN) được phân loại thành hai yếu tố chính: yếu tố kỹ thuật, bao gồm chất lượng thiết bị và đường dây, và yếu tố quản lý kinh doanh Việc xác định nguyên nhân gây ra TTĐN sẽ hỗ trợ các nhà quản lý và kỹ thuật viên trong việc đưa ra các giải pháp hiệu quả nhằm kiểm soát và giảm thiểu TTĐN đến mức tối thiểu.
Tổn thất điện năng có thể được phân loại thành hai nhóm nguyên nhân chính: yếu tố chủ quan và yếu tố khách quan Trong đó, tổn thất điện năng do các nguyên nhân khách quan bao gồm các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến quá trình truyền tải và phân phối điện.
Ngành điện lực yêu cầu trình độ kỹ thuật cao và có tính chuyên biệt Hệ thống lưới điện trải dài trên diện rộng với địa hình đa dạng và phức tạp, ảnh hưởng lớn đến thiết kế, xây dựng và quản lý vận hành, dẫn đến nguy cơ thất thoát không mong muốn.
Cơ sở thực tiễn
2.2.1 Kinh nghiệm kiểm soát tổn thất điện trên Thế giới
TS Chao Shun Chen, giảng viên tại Trường đại học I-Shou và chuyên gia của Công ty Điện lực Đài Loan, cho biết để giảm tổn thất điện năng (TTĐN), công ty đã phát triển lưới điện thông minh với hệ thống tự động phân phối, bao gồm ba cấu trúc vận hành: mạch vòng đóng cho các phụ tải quan trọng, mạch vòng hở và cấu trúc đơn giản cho vùng nông thôn Nhờ những cải tiến này, TTĐN tại Đài Loan đã giảm từ 6,02% vào năm 1990 xuống còn 3,72% vào năm 2015, đứng thứ hai thế giới Hơn nữa, việc ứng dụng thiết bị tự động hóa đã nâng cao độ tin cậy của hệ thống, giảm thời gian mất điện trung bình hàng năm (SAIDI) của khách hàng từ 1 giờ xuống chỉ còn 2 phút.
Tổng công ty Điện lực Thái Lan (PEA) đang thực hiện kế hoạch giảm tổn thất kỹ thuật bằng cách cấu hình lại hệ thống điện, chuyển từ đường dây đầy tải sang đường dây ít tải và điều chỉnh hệ số công suất thông qua việc lắp đặt tụ bù Ngoài ra, PEA cũng sẽ lắp đặt phát tuyến, máy biến áp mới, xây dựng trạm và thay đổi đường dẫn Để giảm tổn thất thương mại, PEA sẽ tiến hành kiểm tra định kỳ công tơ, đặc biệt chú trọng vào những khách hàng có dấu hiệu tiêu thụ bất thường và những khách hàng có mức tiêu thụ bằng 0.
Đến năm 2020, Nga dự kiến sẽ thay thế toàn bộ lưới điện cũ bằng hệ thống lưới điện thông minh để kiểm soát tiêu thụ điện năng hiệu quả Hệ thống này được xây dựng dựa trên các khái niệm cơ bản về lưới điện thông minh, phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của đất nước Định nghĩa về lưới điện thông minh tại Nga nhấn mạnh sự sáng tạo và chuyển đổi đồng bộ của tất cả các đơn vị trong ngành điện Các dự án lưới điện thông minh tại Nga tập trung vào việc giải quyết vấn đề môi trường, sử dụng năng lượng tái tạo, nâng cao chất lượng và độ tin cậy của hệ thống điện, đồng thời tạo nguồn điện dự phòng cho các tình huống khẩn cấp.
Mô hình lưới điện thông minh của công ty Federal Grid Company of Unified Energy System (UNEG) tại Nga đã được triển khai với các bước cụ thể.
* Kế hoạch triển khai mô hình:
Theo mô hình thiết kế, hệ thống lưới điện thông minh tại Nga sẽ được triển khai qua nhiều giai đoạn, với giai đoạn đầu tiên dự kiến hoàn thành vào năm tới.
2020, bao gồm việc xây dựng hệ thống cơ bản về mô hình lưới điện thông minh trong hệ thống lưới điện quốc gia của Nga
Giai đoạn hai và ba được thực hiện đồng thời, tập trung vào việc xây dựng các giao diện tương tác giữa nhà cung cấp và người tiêu dùng điện Hệ thống này cho phép trao đổi thông tin và điện năng hai chiều, đồng thời thực hiện các dự án thí điểm tại nhiều địa điểm để đánh giá lợi ích của lưới điện thông minh.
* Hiện đại hóa lưới điện:
Mạng lưới điện hiện nay đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện từ máy phát đến người tiêu dùng qua các trạm cao thế, trung thế và hạ thế Tại Nga, nhu cầu phát triển thị trường điện thúc đẩy nhiều công ty điện lực hiện đại hóa lưới điện phân phối bằng cách áp dụng công nghệ mới như điện tử công suất thế hệ mới (STATCOM, HVDC) Các công ty này xây dựng hệ thống truyền tải và phân phối điện đạt tiêu chuẩn, giảm thiểu tổn thất điện năng bằng cách sử dụng hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) FACTS là hệ thống thiết bị tĩnh giúp cải thiện khả năng điều khiển và tăng cường khả năng truyền tải công suất lớn mà không gây nguy hiểm cho lưới điện.
* Thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS:
Mô hình lưới điện của FGC đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển và thử nghiệm công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ cao Đến cuối năm 2009, công ty đã hoàn thành thành công thử nghiệm đầu tiên trên đường dây cáp siêu dẫn nhiệt độ cao dài.
Hệ thống lưới điện thông minh FGC tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến, với các trạm biến áp UNEG được trang bị thiết bị chuyển mạch bằng điện khí nhằm nâng cao bảo mật và độ tin cậy, đồng thời giảm thiểu nguy cơ lỗi hệ thống Hệ thống kiểm soát và thu thập thông tin được phát triển để điều khiển trạng thái lưới điện qua các thiết bị kỹ thuật số Kể từ tháng 12/2010, FGC đã xây dựng các trạm biến áp quang học kỹ thuật số tại Moscow, mang lại độ chính xác cao và tính tự động hóa, giúp tăng năng suất lao động và giảm chi phí vận hành Đến cuối năm 2012, hai trạm biến áp ngầm 220 kV đầu tiên với tổng công suất 252 MVA đã được hoàn thành tại Skolkovo, Nga.
* Xây dựng hệ thống liên lạc và truyền dữ liệu giữa các thiết bị:
Ngày nay, việc truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị diễn ra qua nhiều phương thức khác nhau như cáp điện hạ thế, vô tuyến, cáp quang và cáp điện đường dây cao thế Gần đây, Nga đã tăng cường ứng dụng công nghệ mạng Ethernet/Internet cho việc truyền tin ở khoảng cách xa, đáp ứng yêu cầu linh động phù hợp với các điều kiện địa lý và hạ tầng đa dạng.
Giao thức Modbus là một trong những tiêu chuẩn phổ biến cho việc trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị ở cự ly ngắn tại Nga, đặc biệt trong các công tơ gần nhau, tòa nhà, TBA và nhà máy thủy điện Modbus được biết đến là một chuẩn truyền thông hiệu quả trong công nghiệp nhờ vào sự đơn giản trong việc truyền nhận dữ liệu Không chỉ các thiết bị thông minh như vi điều khiển và PLC có khả năng giao tiếp với Modbus, mà cả các cảm biến thông minh được trang bị Modbus Interface cũng có thể gửi dữ liệu đến các máy chủ Hơn nữa, Modbus còn hỗ trợ các mở rộng cho các chuẩn truyền thông không dây và mạng TCP/IP.
* Hệ thống đo đếm điện tiên tiến:
Việc sử dụng thiết bị đo đếm hiện đại như công tơ điện tử 1 pha, 3 pha, rơ le bảo vệ và các cảm biến giúp nâng cao độ chính xác và giảm hao phí trong đo đếm điện năng Các thiết bị này còn tăng cường khả năng cảnh báo cho người sử dụng Đặc biệt, rơ le bảo vệ cần được tích hợp với các chức năng khác trong hệ thống đo đếm, cho phép đo dòng, áp và tự động lưu trữ thông tin về các tình trạng khẩn cấp xảy ra trong quá trình đóng ngắt Những thông tin lưu trữ này rất hữu ích cho việc kiểm soát dữ liệu và thông tin đo đếm của hệ thống.
Nga đã từng bước xây dựng một mô hình lưới điện thông minh hoàn chỉnh, phản ánh xu hướng toàn cầu trong năm 2013 với sự phát triển lưới điện thông minh ở nhiều quy mô khác nhau Một xu hướng mới nổi lên là triển khai lưới điện thông minh đồng bộ giữa các quốc gia, nhằm đạt được mục tiêu chung là tối ưu hóa hiệu suất của lưới điện hiện tại.
2.2.2 Kinh nghiệm kiểm soát tổn thất điện tại Việt Nam
2.2.2.1 Tại Công ty Điện lực Bắc Ninh
Công ty Điện lực Bắc Ninh (PC Bắc Ninh) đã nổi bật trong ngành điện miền Bắc nhờ những giải pháp đồng bộ và sự quyết tâm của lãnh đạo, cán bộ, nhân viên trong việc giảm thiểu tổn thất điện năng.
Theo ông Vũ Anh Tài - Phó giám đốc Công ty, trong vòng 5 năm (từ năm
Giữa năm 2011 và 2015, Công ty PC Bắc Ninh đã giảm tỷ lệ tổn thất điện năng (TTĐN) từ 7,01% xuống còn 4,42%, tương ứng với mức giảm 2,59% Thành công này là kết quả của nỗ lực từ Ban giám đốc đến toàn thể CBCNV, trong đó có việc giao chỉ tiêu cụ thể cho từng tổ, đội và công nhân quản lý vận hành Lãnh đạo Công ty thực hiện phân tích và đánh giá kết quả TTĐN hàng tháng, từ đó rút ra kinh nghiệm và đề ra giải pháp khắc phục Hàng quý, mỗi điện lực xử lý 5 trạm biến áp (TBA) có tổn thất cao theo chương trình giảm TTĐN, bao gồm kiểm tra khách hàng và thực hiện các biện pháp kỹ thuật Đối với các đường dây trung áp, số liệu được tổng hợp hàng tháng để so sánh và phân tích nguyên nhân tổn thất cao Công ty còn áp dụng các chương trình CMIS 2.0 và PSS/ADEPT để tính toán TTĐN cho tất cả các đường dây và TBA công cộng, đồng thời tổ chức chốt chỉ số công tơ vào ngày mồng một hàng tháng để so sánh với tổn thất tính toán Các đường dây và TBA có tổn thất biến động đều được phân tích và đề ra giải pháp xử lý kịp thời.
