GIỚI THIỆU CHUNG
Mục tiêu của điều độ tối ưu hệ thống điện là giảm thiểu tổng chi phí vận hành nguồn điện, đồng thời đảm bảo các ràng buộc về hệ thống và các tổ máy phát điện Tại Việt Nam, các nhà máy điện chu trình hỗn hợp đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu nguồn điện Theo quyết định 1208/QĐ-TTg ngày 21 tháng 7 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ, đến năm 2020, công suất nguồn của nhiệt điện chu trình hỗn hợp sử dụng khí tự nhiên dự kiến đạt 10.400 MW, sản xuất khoảng 66 tỷ kWh điện, chiếm gần 20% sản lượng điện toàn quốc.
Tại khu vực phía Nam thì cụm khí điện đạm Phú Mỹ với tổng công suất gần 4000
MW đóng vai trò quan trọng trong hệ thống năng lượng, việc tối ưu hóa điều độ các nguồn phát sẽ mang lại lợi ích kinh tế đáng kể khi nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng khan hiếm Điều này không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ của các tổ máy phát mà còn tối ưu hóa quy trình ngừng máy, khởi động và bảo trì định kỳ, đồng thời tăng cường nguồn dự phòng cho toàn hệ thống.
Tính cấp thiết của đề tài
Cụm nhiệt điện Phú Mỹ bao gồm các nhà máy như sau:
Hình 1-1: Sơ đồ tổng thể cụm khí điện đạm Phú Mỹ
Sự kết hợp giữa các loại máy phát khác nhau làm cho hàm chi phí của hệ thống trở nên phức tạp, đồng thời đường cong đồ thị không phải là hàm tăng đơn điệu.
Chi phí sản xuất bao gồm hai loại chính: chi phí cố định và chi phí thay đổi Chi phí cố định đóng vai trò quan trọng trong việc xác định giá công suất khi thương thảo hợp đồng Trong khi đó, chi phí thay đổi, hay còn gọi là chi phí vận hành, liên quan đến việc huy động các tổ máy và phụ thuộc vào các chế độ hoạt động của hệ thống điện Những chi phí này chịu ảnh hưởng từ quyết định của nhân viên vận hành và bao gồm chi phí bảo dưỡng thường xuyên, chi phí nhiên liệu, chi phí khởi động, dừng máy và chi phí dừng dự phòng.
Để tối ưu hóa lợi nhuận và giảm chi phí vận hành, cần thiết phải sử dụng công cụ hỗ trợ cho vận hành viên trong việc theo dõi, giám sát và ra quyết định lựa chọn các tổ máy phát phù hợp, nhằm giảm thiểu sự cố.
Mục tiêu của đề tài
Bài toán tối ưu hóa điện (ED) đã có một lịch sử dài và đóng vai trò quan trọng trong quy hoạch và điều khiển hệ thống điện Tuy nhiên, nhiều vấn đề liên quan đến bài toán ED vẫn đang được nghiên cứu và hoàn thiện, đặc biệt là trong việc đảm bảo tính hội tụ và tìm kiếm lời giải tối ưu.
ED không lồi tổng quát và độ tin cậy của các thuật toán hiện có vẫn chưa được giải quyết hiệu quả Phương pháp IPSO (Cải tiến Tối ưu Bầy đàn) là giải pháp tối ưu cho bài toán điều độ, giúp tối đa hóa lợi nhuận, đảm bảo vận hành an toàn và nâng cao an ninh năng lượng.
Xây dựng phần mềm hỗ trợ kỹ sư vận hành đưa ra quyết định trong các tình huống ngoài quy trình hoặc không rõ ràng, dựa trên kinh nghiệm tích lũy Phần mềm này sẽ "học tập" từ các tình huống thực tế để cải thiện các kịch bản giải quyết vấn đề trong tương lai Một trong những ứng dụng quan trọng là chương trình IPSO, giúp tối ưu hóa phân bố công suất và thông báo cho vận hành viên về các kịch bản khả thi Đồng thời, phần mềm cũng có khả năng phòng ngừa rủi ro bằng cách loại bỏ các mệnh lệnh không hợp lý Đề tài này sẽ là công cụ hỗ trợ quyết định cho khu vực cụm nhiệt điện Phú Mỹ, đặc biệt là nhà máy điện Phú Mỹ 2.1 và Phú Mỹ 2.1MR.
Nội dung và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tối ưu hóa điều độ cho các nhà máy điện Phú Mỹ 2.1 và 2.1MR đã được thực hiện bằng phương pháp IPSO Sử dụng số liệu thiết kế cùng với các thông số vận hành thực tế và kinh nghiệm từ những năm trước, nghiên cứu này nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của nhà máy điện Phú Mỹ.
Mỹ 2.1 & 2.1MR sẽ được sử dụng để làm số liệu đầu vào cho bài toán
Mô hình hóa số liệu là cần thiết để kết nối lý thuyết với thực tiễn, đảm bảo tính chính xác của các kịch bản Điều này tạo nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu chuyên sâu và ứng dụng thực tế hiệu quả.
TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp tối ưu bày đàn với hệ số co
Năm 2002, Clerc và Kennedy đã chứng minh rằng việc sử dụng một hệ số co có thể tăng cường tốc độ hội tụ trong tối ưu bầy đàn Hệ số co này được hình thành từ sự kết hợp giữa các giá trị c1 và c2, dẫn đến một phương pháp tối ưu bầy đàn mới với biểu thức cụ thể.
Trong đó: C được gọi bằng hệ số co, được xác định bởi biểu thức:
Giá trị c1 và c2 thường được chọn bằng nhau, cụ thể là 2.05, dẫn đến C=0.7298 Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau và trở thành một trong những dạng tối ưu bầy đàn phổ biến nhất.
Phương pháp tối ưu bầy đàn với Kỹ thuật gradient giả
Kỹ thuật gradient giả, được đề xuất bởi Pham, D T & Jin, G vào năm 1995, đã được áp dụng cho thuật toán gen với mục tiêu định hướng phát triển cho từng cá thể trong quá trình cập nhật vị trí Kỹ thuật này phù hợp với các thuật toán tối ưu dựa trên hành vi xã hội của cộng đồng và giải quyết các bài toán không liên tục, không khả vi, như bài toán phân bố tối ưu công suất Lợi ích của kỹ thuật này là cung cấp định hướng hiệu quả cho các phần tử trong không gian tìm kiếm mà không cần hàm mục tiêu phải là hàm khả vi Để làm rõ sự khác biệt giữa gradient và gradient giả, chúng ta sẽ xem xét một bài toán cụ thể.
Giả sử hàm mục tiêu trong bài toán tối ưu n chiều là khả vi, ký hiệu gradient g(x) của hàm f(x) được định nghĩa như sau:
Gradient thể hiện tốc độ thay đổi hướng tối đa của hàm mục tiêu tại một điểm trong không gian tìm kiếm Tuy nhiên, đối với các hàm không khả vi, ký hiệu gradient không thể áp dụng Do đó, cần thiết phải sử dụng gradient giả để giải quyết các hàm không lồi.
Cho bài toán tối ưu n chiều không lồi, hàm mục tiêu f(x) không khả vi với 𝑥 [𝑥 1 , 𝑥 2 , … , 𝑥 𝑛 ], gradient giả gp(x) của hàm mục tiêu f(x) được định nghĩa như sau:
Giả sử 𝑥 = [𝑥 𝑘1 , 𝑥 𝑘2 , … , 𝑥 𝑘𝑛 ] là một điểm trong không gian tìm kiếm và di chuyển đến điểm 𝑥 𝑙 Có hai khả năng cho sự di chuyển này dựa trên giá trị của hàm mục tiêu tại hai điểm Nếu 𝑓(𝑥 𝑙 ) < 𝑓(𝑥 𝑘 ), thì hướng di chuyển từ 𝑥 𝑘 đến 𝑥 𝑙 được gọi là hướng dương Tại điểm 𝑥 𝑙, gradient giả được xác định.
𝑔 𝑝 (𝑥 𝑙 ) = [𝛿(𝑥 𝑙1 ), 𝛿(𝑥 𝑙2 ), … , 𝛿(𝑥 𝑙𝑛 )] 𝑇 (2.8) Với 𝛿(𝑥 𝑙𝑖 )chỉ thị hướng của xi di chuyển từ điểm k đến điểm l được định nghĩa bởi:
(2.9) b/ Nếu 𝑓(𝑥 𝑙 ) > 𝑓(𝑥 𝑘 hướng từ xk đến xl được định nghĩa là hướng âm Gradient giả tại xl:
Nếu giá trị của gradient giả 𝑔 𝑝 (𝑥 𝑙 ) khác 0, điều đó cho thấy rằng có khả năng tìm ra một giải pháp tốt hơn cho hàm mục tiêu trong bước tiếp theo, dựa trên hướng được chỉ bởi gradient giả tại điểm l Ngược lại, nếu gradient giả bằng 0, hướng tìm kiếm tại điểm này cần được điều chỉnh vì không có cải thiện nào cho hàm mục tiêu theo hướng hiện tại.
Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp bày đàn
PSO (Particle Swarm Optimization) là một thuật toán heuristic hiện đại, hiệu quả trong việc giải quyết các bài toán tối ưu không lồi quy mô lớn như OPF Thuật toán này dựa vào kinh nghiệm quá khứ và phương pháp thử nghiệm để tìm kiếm giải pháp tối ưu Những ưu điểm nổi bật của PSO bao gồm khái niệm đơn giản, dễ thực hiện, khả năng kiểm soát thông số tốt và tính toán hiệu quả Đặc biệt, PSO nổi bật với tốc độ hội tụ nhanh chóng, giúp tối ưu hóa hiệu quả hơn trong các bài toán phức tạp.
Thuật toán PSO có thể được thực hiện đơn giản đối với việc điều chỉnh tham số ít hơn
PSO có thể dễ dàng đối phó với những hàm mục tiêu không lồi và không vi phân được
PSO có tính linh hoạt để kiểm soát sự cân bằng giữa khảo sát địa phương và toàn cục của không gian tìm kiếm
Các giải pháp ứng cử trong PSO được mã hóa dưới dạng tập hợp các số thực Tuy nhiên, nhiều biến kiểm soát như thiết lập phân áp đầu máy biến áp và các tụ bù shunt thường được thay đổi một cách rời rạc Việc mã hóa thực cho các biến này cho thấy sự hạn chế của các phương pháp PSO, vì tính toán làm tròn đơn giản có thể dẫn đến sai sót đáng kể.
+ Làm chậm hội tụ trong giai đoạn tìm kiếm tinh tế hơn (khả năng tìm kiếm địa phương yếu) Đề xuất phương pháp tối ưu bầy đàn cải tiến
Bài viết trình bày về việc áp dụng và cải tiến thuật toán tối ưu bầy đàn (PSO) dựa trên các công thức toán cơ bản và giải thuật đã được giới thiệu Mặc dù PSO có nhiều ưu điểm nổi bật, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế cần khắc phục để nâng cao hiệu quả của phương pháp này Luận văn đề xuất một giải pháp tối ưu hơn mang tên phương pháp tối ưu bầy đàn cải tiến, nhằm giải quyết bài toán phân bố tối ưu công suất với ràng buộc an ninh Ý tưởng cải tiến bao gồm việc kết hợp PSO với hệ số co và kỹ thuật gradient giả, giúp tăng cường quá trình hội tụ và cải thiện tốc độ tính toán bằng cách định hướng chuyển động của các cá thể theo hướng tích cực.
Trong phương pháp PSO với hệ số co và trọng số quán tính, vận tốc của hạt được định nghĩa như sau:
Hệ số φ đóng vai trò quan trọng trong đặc tính hội tụ của hệ thống, cần có giá trị lớn hơn 4.0 để đảm bảo sự ổn định Giá trị đặc trưng của φ được xác định là 4.1 với c1 và c2 đều bằng 0.25.
Trong phương pháp tối ưu bầy đàn (PSO), để thực hiện gradient giả, chúng ta xem xét hai vị trí xk và xl trong không gian tìm kiếm Đây là vị trí của hạt tại vòng lặp k và (k+1), được ký hiệu lần lượt là x(k) và x(k+1) Từ đó, vị trí mới được xác định dựa trên các thông số này.
ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU BẦY ĐÀN CẢI TIẾN ĐỂ GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN
Xây dựng hàm Fitness
Để áp dụng phương pháp tối ưu bầy đàn và các thuật toán tìm kiếm ngẫu nhiên, việc xác định hàm Fitness cho không gian tìm kiếm là rất quan trọng Hàm Fitness được xây dựng dựa trên hàm mục tiêu của bài toán, kết hợp với các điều kiện ràng buộc thông qua hệ số phạt.
Hàm Fitness trong bài toán phân bố tối ưu công suất, với ràng buộc an ninh, được xác định dựa trên hàm chi phí vận hành và giới hạn công suất phát của tổ máy nối vào thanh góp chuẩn Biểu thức của hàm Fitness sẽ được biểu diễn dựa trên các yếu tố này.
Các giá trị 𝐾 𝑝 , 𝐾 𝑞 , 𝐾 𝑣 , 𝐾 𝑠 : là các hệ số phạt Trong quá trình thực hiện luận văn, các giá trị này được giữ bằng nhau và bằng 10 6
Các giá trị 𝑃 𝑔𝑙 𝑙𝑖𝑚 (𝑥), 𝑄 𝑔𝑖 𝑙𝑖𝑚 (𝑥), 𝑉 𝑙𝑖 𝑙𝑖𝑚 (𝑥), : được định nghĩa chung theo các hàm giới hạn như sau:
Lựa chọn biến tìm kiếm và khởi tạo các giá trị ban đầu
Các giá trị cần tìm trong bài toán bao gồm các biến điều khiển của hệ thống điện, cụ thể là công suất phát của các tổ máy, trừ tổ máy kết nối với nút chuẩn Chúng tôi áp dụng phương pháp tối ưu bầy đàn cải tiến với không gian tìm kiếm gồm 20 cá thể.
Vị trí và vận tốc ban đầu của các cả thể được tạo ngẫu nhiên theo biểu thức sau:
𝑋 𝑚𝑖𝑛 , 𝑋 𝑚𝑎𝑥 : là giá trị giới hạn của các biến điều khiển dựa vào giới hạn công suất phát
𝑣 𝑑,𝑚𝑖𝑛 , 𝑣 𝑑,𝑚𝑎𝑥 : là giá trị giới hạn vận tốc của các cá thể trong không gian tìm kiếm Giá trị giới hạn này được xác định bởi biểu thức theo:
Trong quá trình tối ưu hóa, vị trí và vận tốc của từng cá thể sẽ được điều chỉnh liên tục để đảm bảo tuân thủ các ràng buộc giới hạn Công thức 𝑣 𝑑,𝑚𝑖𝑛 = −𝑣 𝑑,𝑚𝑎𝑥 mô tả mối quan hệ giữa vận tốc tối thiểu và tối đa trong quá trình này.
𝑉 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑉 ≤ 𝑉 𝑚𝑎𝑥 (3.8) Áp dụng thuật toán bầy đàn cải tiến giải bài toán phân bố tối ưu công suất có xét đến ràng buộc an ninh
Dựa trên ý tưởng cải tiến phương pháp tối ưu bầy đàn bằng kỹ thuật gradient giả và áp dụng thuật toán tối ưu vào bài toán phân bố công suất, chúng tôi xây dựng thuật toán hoàn chỉnh với các bước cụ thể.
- Bước 1: Khởi tạo các giá trị điều khiển cho thuật toán tối ưu bầy đàn cải tiến:
Số lượng cá thể NP = 20, số vòng lặp tối đa: Maxiter = 250, các hằng số gia tốc c1 = c2 = 2.05, các số phạt Kp, Kq, Kv, Ks được gán bằng 10 6
- Bước 2: Khởi tạo vị trí và tốc độ ban đầu cho các thuật toán tối ưu bầy đàn theo công thức (4.3), (4.4)
Bước 3 là tính giá trị ban đầu của hàm Fitness cho từng cá thể bằng phương pháp Newton-Raphson, nhằm phân bố công suất của hệ thống Giá trị hàm Fitness được xác định theo biểu thức (3.1) và được lưu trữ trong biến FTPbest.
- Bước 4: Dùng biến Pbest để lưu trữ vị trí ban đầu của các phần tử và biến
Gbest để lưu trữ vị trí của phần tử tốt nhất dựa vào giá trị của hàm Fitness
- Bước 5: Gán giá trị ban đầu cho các gradient giả bằng 0 và khởi tạo biến đếm k = 1
- Bước 6: Tính toán giá trị mới của vị trí và vận tốc từng cá thể dựa vào biểu thức (2.11), (2.12) và (2.13)
- Bước 7: Dùng phương pháp Newton-Raphson để tính phân bố công suất cho từng phần tử
Bước 8 là quá trình tính toán lại giá trị hàm Fitness cho từng phần tử trong quần thể Sau đó, so sánh các giá trị này với FTPbest và FTGbest nhằm cập nhật vị trí tốt nhất của từng phần tử cũng như xác định vị trí của phần tử tốt nhất trong quá trình tìm kiếm.
- Bước 9: Xác định giá trị gradient giả cho từng cá thể theo biểu thức (2.8),
- Bước 10: Kiểm tra nếu k < Maxiter thì k = k + 1 và quay lại bước 6, ngược lại thì dừng vòng lặp và xuất kết quả
Để giải quyết bài toán phân bố tối ưu công suất với các ràng buộc an ninh, chúng ta cần thực hiện theo một trình tự cụ thể.
- Phần 1: Giải bài toán phân bố tối ưu công suất trong trường hợp bình thường theo 10 bước thực hiện bên trên
Phần 2 của bài viết sẽ giải quyết bài toán phân bố tối ưu công suất, sử dụng giá trị khởi tạo ban đầu của các cá thể được tính toán ở phần 1 Quá trình này sẽ lặp lại 10 bước tính toán tương tự như đã thực hiện trước đó.
- Sơ đồ khối giải quyết bài toán tổng thể:
Hình 3-1: Sơ đồ khối áp dụng thuật toán tối ưu bầy đàn cải tiến cho bài toán phân bố tối ưu công suất.
GIỚI THIỆU VỀ NMĐ CHU TRÌNH HỖN HỢP PHÚ MỸ 2.1 &
TÍNH TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH
Chu trình đơn 1GT
Bảng 5-1 Chi phí khởi động chu trình đơn 1GT của NMĐ PM2.1
Trong chu trình đơn (simple cycle), khi bỏ qua chi phí điện tự dùng, nhân công và khấu hao do khởi động, chi phí nhiên liệu cho toàn bộ quá trình từ đánh lửa, tăng tốc đến khi đạt tốc độ (FSNL) là 8.794,54 USD cho một lần khởi động Đồng thời, các điều kiện ảnh hưởng đến sự trì hoãn quá trình hòa lưới và mang tải, như tần số và điện áp không đạt yêu cầu hòa, cũng được loại trừ Chúng ta cần chờ sự cho phép từ kỹ sư vận hành hệ thống điện VN (A0).
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD
Chi phí khởi động chu trình đơn (1GT) của Phú Mỹ 2.1 là 8794.54 $/GT/lần (chi tiết xem phụ lục 2) Đường cong chi phí khởi động được mô tả bằng hàm chi phí tương đương y = a*x^2 + b*x + c, với các hệ số a = -0.44738, b = 187.74 và c = 4573.1 Ngoài ra, cần lưu ý giới hạn tải và vùng cấm vận hành liên tục.
Vùng hạn chế vận hành (vùng cấm):
Vùng làm việc hiệu quả cao:
Chu trình đơn 2GT
Bảng 5-2 Chi phí khởi động chu trình đơn 2GT của NMĐ PM2.1
Vậy chi phí khởi động chu trình đơn (2GT) của Phú Mỹ 2.1 là: 17.589.08 $/2GT/lần
(chi tiết xem phụ lục 2) b Đường cong chi phí: c Hàm chi phí tương đương: y = a*x^2 + b*x + c Coefficients: a = -0.22369; b = 187.74; c = 9146.2 d Giới hạn tải và vùng cấm vận hành liên tục:
Vùng hạn chế vận hành (vùng cấm):
Vùng làm việc hiệu quả cao:
Chu trình hỗn hợp 1GT+ST: (1-1-1)
Trong chu trình hỗn hợp 1GT+ST, quá trình khởi động có sự khác biệt đáng kể, mặc dù lượng gas cần thiết cho khởi động vẫn giữ nguyên Tuy nhiên, chi phí chuẩn bị sẽ tốn nhiều thời gian hơn Sau khi hòa lưới mang tải, GT cần thời gian để sinh hơi trong lò thu hồi nhiệt (HRSG), thời gian này phụ thuộc vào chế độ khởi động (nóng, ấm hoặc lạnh) Đối với khởi động nóng (hot start) với thời gian dừng dưới 8 tiếng, thời gian khởi động ước tính là 90 phút.
Chi phí khởi động cho 1GT+ST bao gồm: chi phí khởi động GT là 8794.54 USD, chi phí sinh hơi để đạt được điều kiện nhiệt độ ST, và chi phí khởi động ST.
Chi phí khởi động sinh hơi sẽ được giảm bớt nhờ vào việc sản xuất năng lượng điện Cụ thể, chi phí này bao gồm tiền gas tiêu thụ và điện năng được tạo ra trong quá trình hoạt động.
Số tiền bán điện trong quá trình sinh hơi: 2437,50 $
Tổng chi phí khởi động cho 1GT+ST là 18,056.24+8794.54= 26,850.77$ Chi tiết xem phụ lục 2
Bảng 5-3 Chi phí khởi động chu trình hỗn hợp 1GT+1ST của NMĐ PM2.1 speed
Số tiền bán điện b Đường cong chi phí: c Hàm chi phí tương đương: y = a*x^2 + b*x + c Coefficients: a = -0.23055; b = 128.2; c = 5026.6 d Giới hạn tải và vùng cấm vận hành liên tục:
Hoạt động liên tục của một tuabin khí ở công suất tối đa là cần thiết do điều kiện áp suất và nhiệt độ của hơi chèn bên ST, không cho phép tuabin khí hoạt động ở mức tải thấp trong thời gian dài.
Vùng hạn chế làm việc (vùng cấm):
Vùng làm việc hiệu quả cao:
Chu trình hỗn hợp 2GT+ST (2-2-1)
Có hai cách khởi động chu trình hỗn hợp, cả hai trường hợp khởi động 1 & 2 chi phí gần tương đương nhau, chỉ khác là điều kiện kỹ thuật
Sau khi GT1 khởi động, tiến hành gia nhiệt cho lò thu hồi nhiệt để tạo hơi, đảm bảo đạt yêu cầu về áp suất và nhiệt độ, cũng như các điều kiện cần thiết để khởi động ST.
ST, hòa lưới mang tải, GT2 còn lại sẽ khởi động ngay sau khi GT1 khởi động xong Và 2 GT sẽ nối vào ST ở mức tải thấp (> 60MW)
Khi một trong hai GT hoàn tất quá trình khởi động và đạt đủ điều kiện về áp suất và nhiệt độ, tiến hành khởi động ST và tăng công suất lên mức định mức.
GT còn lại sẽ được khởi động sau với công suất tăng lên 90 MW, đồng thời tải của GT1 sẽ giảm dần để thực hiện nối lò tại điểm tải 90 MW Chi phí khởi động sẽ được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình này.
Như vậy chi phí khởi động 2GT+ST bao gồm:
Chi phí khởi động (1GT, ST) + chi phí khởi động GT (kèm sinh hơi):
Trong đó chi phí sinh hơi để đủ điều kiện khởi động lò hơi là:
Vậy chi phí khởi động 2GT+ST là:
(chi tiết xem phụ lục 2)
Bảng 5-4 Chi phí khởi động chu trình hỗn hợp 2GT+1ST của NMĐ PM2.1
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD (MW) (MW) USD (MW)
Phu My 2.1 GT1 b Đường cong chi phí: c Hàm chi phí tương đương: y = a*x^2 + b*x + c Coefficients: a = -0.11148; b = 125.35; c = 10115 d Giới hạn tải và vùng cấm vận hành liên tục:
Vùng hạn chế làm việc (vùng cấm):
Vùng làm việc hiệu quả cao:
Chi phí khởi động chỉ được tính trong quá trình khởi động thành công, không bao gồm các sự cố phát sinh gây trì hoãn như hòa lưới, mang tải hay gia nhiệt Mức chi phí khởi động sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại sự cố, thời gian trì hoãn và lượng nhiên liệu tiêu thụ.
Tính chi phí khởi động cho Phú Mỹ 2.1MR:
Chu trình đơn 1GT
Bảng 5-5 Chi phí khởi động chu trình đơn 1GT của NMĐ PM2.1MR
Trong chu trình đơn (simple cycle), chúng ta chỉ tính đến chi phí nhiên liệu cho toàn bộ quá trình từ đánh lửa, tăng tốc và đạt tốc độ (FSNL) với tổng chi phí là 8,072.73 $ cho một lần khởi động, bỏ qua các yếu tố như chi phí điện tự dùng, nhân công và khấu hao do việc khởi động Đồng thời, cũng không tính đến các điều kiện ảnh hưởng đến sự trì hoãn quá trình hòa lưới và mang tải như tần số và điện áp lưới không đạt yêu cầu Chúng ta cần chờ sự cho phép của kỹ sư vận hành hệ thống điện VN (A0) để tiếp tục.
Chi phí khởi động giữa Phú Mỹ 2.1 và 2.1MR có sự khác biệt do tốc độ trở trục của PM2.1MR nhanh hơn (90 rpm), dẫn đến thời gian khởi động ngắn hơn.
Vậy chi phí khởi động chu trình đơn (1GT) của Phú Mỹ 2.1MR là: 8,072.73 $/GT/lần
(chi tiết xem phụ lục 2)
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD
Chi phí khởi động (F19*9)/60 8072.73 speed
Phu My 2.1 MR b Đường cong chi phí: c Hàm chi phí tương đương: y = a*x^2 + b*x + c Coefficients: a = -0.47119; b = 197.32; c = 4211.9 d Giới hạn tải và vùng cấm vận hành liên tục:
Vùng hạn chế vận hành (vùng cấm):
Vùng làm việc hiệu quả cao:
Chu trình đơn 2GT
Bảng 5-6 Chi phí khởi động chu trình đơn 2GT của NMĐ PM2.1MR
Vậy chi phí khởi động chu trình đơn (2GT) của Phú Mỹ 2.1MR là: 16,145.46 $/2GT/lần b Đường cong chi phí: c Hàm chi phí tương đương: y = a*x^2 + b*x + c Coefficients: a = -0.23559; b = 197.32; c = 8423.7
(Km3/h) MMBTU USD (MW) USD (MW)
Chi phí khởi động (R20*9)/60 8,072.73 Chi phí khởi động 8,072.73 16,145.46
(rpm) d Giới hạn tải và vùng cấm vận hành liên tục:
Vùng hạn chế vận hành (vùng cấm):
Vùng làm việc hiệu quả cao:
Chu trình hỗn hợp 1GT+ST: (1-1-1) Phú Mỹ 2.1MR
Trong chu trình hỗn hợp 1GT+ST, quá trình khởi động có sự khác biệt lớn, mặc dù lượng gas cần thiết cho khởi động là giống nhau, nhưng thời gian chuẩn bị lại kéo dài hơn Sau khi hòa lưới mang tải, máy phát điện khí (GT) cần thời gian để sinh hơi trong lò thu hồi nhiệt (HRSG), thời gian này phụ thuộc vào chế độ khởi động như nóng, ấm hoặc lạnh Đối với khởi động nóng (hot start) với thời gian dừng dưới 8 tiếng, thời gian khởi động ước tính là 90 phút.
Chi phí khởi động 1GT+ST bao gồm: chi phí khởi động GT là 8,072.73 USD, chi phí sinh hơi để đáp ứng điều kiện nhiệt độ ST, và chi phí khởi động ST.
Chi phí khởi động sinh hơi sẽ được giảm bớt do có thêm phần sinh năng lượng điện, bao gồm cả chi phí gas tiêu thụ và điện năng sản xuất trong quá trình.
Chi phí sinh hơi: 20.231,89 $; số tiền bán điện trong quá trình sinh hơi: 2437,50$
Tổng chi phí khởi động cho 1GT+ST là 17,794.39 +8072.73= 25,867.12$
(chi tiết xem phụ lục 2)
Bảng 5-7 Chi phí khởi động chu trình hỗn hợp 1GT+1ST của NMĐ PM2.1MR b Đường cong chi phí:
Chi phí sinh hơi (F32*90)/8*60 20,231.89 60.94 MWh
(rpm) c Hàm chi phí tương đương: y = a*x^2 + b*x + c
Coefficients: a = -0.24423; b = 135.42; c = 4673.5 d Giới hạn tải và vùng cấm vận hành liên tục:
Hoạt động liên tục của một tuabin khí ở mức công suất đầy tải là cần thiết do điều kiện áp suất và nhiệt độ hơi chèn bên ST không cho phép tuabin khí hoạt động ở mức tải thấp trong thời gian dài.
Vùng hạn chế làm việc (vùng cấm):
Vùng làm việc hiệu quả cao:
Chu trình hỗn hợp 2GT+ST (2-2-1)
Có hai cách khởi động chu trình hỗn hợp, cả hai trường hợp khởi động 1 & 2 chi phí gần tương đương nhau, chỉ khác là điều kiện kỹ thuật
Khi GT1 hoàn tất khởi động, tiến hành gia nhiệt cho lò thu hồi nhiệt để tạo hơi đạt yêu cầu về áp suất và nhiệt độ, đồng thời chuẩn bị các điều kiện cần thiết để khởi động ST Sau khi ST được khởi động và hòa lưới mang tải, GT2 sẽ được khởi động ngay sau GT1 Cả hai GT sẽ kết nối vào ST ở mức tải thấp hơn 60MW.
Khi một trong hai GT hoàn tất khởi động và đạt đủ điều kiện về áp suất và nhiệt độ, quá trình khởi động ST sẽ được tiến hành Sau đó, công suất sẽ được tăng lên mức định mức.
Gas turbine còn lại sẽ được khởi động sau, với công suất tăng lên 90 MW Đồng thời, tải của GT1 sẽ giảm dần để thực hiện nối lò tại điểm tải 90 MW Chi phí khởi động cũng cần được xem xét trong quá trình này.
Như vậy chi phí khởi động 2GT+ST bao gồm:
Chi phí khởi động (1GT, ST) + chi phí khởi động GT (kèm sinh hơi):
Trong đó chi phí sinh hơi để đủ điều kiện khởi động lò hơi là:
Vậy chi phí khởi động 2GT+ST là:
(chi tiết xem phụ lục 2)
Bảng 5-8 Chi phí khởi động chu trình hỗn hợp 2GT+1ST của NMĐ PM2.1MR b Đường cong chi phí: c Hàm chi phí tương đương: y = a*x^2 + b*x + c Coefficients: a = -0.11295; b = 129.36; c = 9468.7
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD (MW) (MW) USD (MW)
(rpm) d Giới hạn tải và vùng cấm vận hành liên tục:
Vùng hạn chế làm việc (vùng cấm):
Vùng làm việc hiệu quả cao:
Chi phí khởi động chỉ được tính trong quá trình khởi động thành công, không bao gồm các trục trặc làm trì hoãn như hòa lưới, mang tải hay gia nhiệt Mức chi phí khởi động sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại sự cố, thời gian trì hoãn và lượng nhiên liệu tiêu thụ.
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHI PHÍ VẬN HÀNH THỰC TẾ SO SÁNH VỚI THUẬT TOÁN IPSO
Bảng so sánh các trạng thái vận hành, bao gồm chu trình đơn 1GT, 2GT và chu trình hỗn hợp 1GT+1ST; 2GT+1ST, cho thấy rõ kết quả tính toán đã đáp ứng yêu cầu Cụ thể, chi phí vận hành theo phương pháp IPSO được so sánh với thực tế cho từng trường hợp.
Kết quả tính toán cho chu trình đơn 1GT cho thấy chênh lệch giữa giá thành sản xuất điện năng thực tế và phương pháp IPSO dao động từ 252$ (P&0MW) đến 2,311$ (P0MW) Thông tin chi tiết có thể xem trong phụ lục 3.
Bảng 6-1 So sánh chi phí vận hành thực tế và phương pháp IPSO trong chu trình đơn 1GT
Kết quả tính toán cho chu trình đơn 2GT cho thấy chênh lệch giữa giá thành sản xuất điện năng thực tế và phương pháp IPSO dao động từ 494$ (PR0MW) đến 4,613$ (P60MW) Thông tin chi tiết có thể tham khảo trong phụ lục 3.
(MW) MW USD MW USD
Phu My 2.1 Phu My 2.1 MR IPSO Chênh lệch(USD)
Bảng 6-2 So sánh chi phí vận hành thực tế và phương pháp IPSO trong chu trình đơn 2GT
Kết quả tính toán cho chu trình hỗn hợp 1GT+1ST cho thấy chênh lệch giữa giá thành sản xuất điện năng thực tế và phương pháp IPSO dao động từ 841$ (P86MW) đến 2,086$ (P'0MW) Đặc biệt, tại mức tải 311MW, giá thành sản xuất điện năng thực tế thấp hơn giá theo phương pháp IPSO là 227$ Chi tiết có thể tham khảo trong phụ lục.
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD (MW) USD (MW)
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD (MW)
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD (MW) USD (MW) USD (MW)
Chênh lệch (USD) Critical Zone
Phu My 2.1 Phu My 2.1 MR Phu My 2.1& 2.1MR
GT1 GT2 Total GT1 GT2 Total
Bảng 6-3 So sánh chi phí vận hành thực tế và phương pháp IPSO trong chu trình hỗn hợp 1GT+ST
Kết quả tính toán cho chu trình hỗn hợp 2GT+1ST cho thấy chênh lệch giữa giá thành sản xuất điện năng thực tế và phương pháp IPSO cao nhất đạt 6,864$ (PG5MW), tuy nhiên, do vùng này bị hạn chế vận hành lâu dài nên không được xem xét Mức chênh lệch cao nhất thực tế là 2,702$ (P0MW) và thấp nhất là 557$ (Pb5MW) Chi tiết có thể tham khảo trong phụ lục 3.
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD
(MW) MW USD MW USD
Phu My 2.1 Phu My 2.1 MR
Bảng 6-4 So sánh chi phí vận hành thực tế và phương pháp IPSO trong chu trình hỗn hợp 2GT+ST
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD (MW) (MW) USD (MW)
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD (MW)
Fuel gas (Km3/h) MMBTU USD (MW) (MW) USD (MW) USD (MW)
Chênh lệch (usd) Critical Zone speed
(rpm) GT2 Total GT1 GT2
Phu My 2.1 Phu My 2.1 MR