Một số vấn đề trong chào giá đối với nhà máy thủy điện

Thủy điện Tuyên Quang (ảnh minh họa)

Sự khác biệt cơ bản của thủy điện so với nhiệt điện là khả năng “tích trữ” năng lượng bằng việc giữ lại nước trong hồ chứa. Trong thị trường điện, khả năng này cho phép các nhà máy thủy điện đáp ứng với sự thay đổi của giá điện. Khi giá cao, nước được giải phóng và năng lượng được sản xuất và bán ngay lập tức, còn khi giá thấp, nước được giữ lại và năng lượng được tích trữ cho kế hoạch sử dụng trong tương lai khi có giá điện cao hơn. Hơn nữa, trái với nhiệt điện, thủy điện có khả năng khởi động và dừng máy rất nhanh nên thường được huy động nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải đỉnh. Sự linh hoạt này khiến cho các chiến lược chào giá trong thị trường liên quan mật thiết với các nhà máy thủy điện.

A. Thủy điện có hồ chứa

Ngoài việc sản xuất điện năng, các tổ máy thủy điện cũng có thể cung cấp các dịch vụ phụ trợ như điều tần, dự phòng quay, dự phòng nguội. Theo đó, mục tiêu của một nhà máy thủy điện là tối đa hóa lợi nhuận từ việc bán điện năng và dịch vụ phụ trợ trong chu kỳ tính toán.

Đối với các đơn vị nhận giá, giá chào tối ưu chính bằng chi phí biên, tuy nhiên, đối với các nhà máy thủy điện có hồ chứa, chi phí biên được đặc trưng bởi sự tương tác giữa các mối quan hệ về phát điện như: chi phí khởi động, hàm phát điện phi tuyến và không lồi, các ràng buộc vận hành, các thông số hồ chứa, các dòng sông và trạm điện, và giá trị của việc phát điện vào ngày mai so với các mốc thời gian khác, vv.

Chào giá với các nhà máy thủy điện có hồ chứa trong thị trường điện ngày tới cần phải được thực hiện với việc không chắc chắn của các giá điện và lượng nước về hồ chứa. Với việc tồn tại của hồ chứa, chào giá ngắn hạn cho 12-36h tiếp theo là một bộ phận của kế hoạch dài hạn trong đó vấn đề đặt ra là nên sử dụng nước để phát điện ngay hay tích trữ nó cho kế hoạch tương lai. Vấn đề đa quy mô này thường được giải quyết bằng việc sử dụng nhiều mô hình lập kế hoạch thủy điện, ít nhất một mô hình ngắn hạn và một mô hình dài hạn.

Mô hình phù hợp và phổ biến để giải quyết vấn đề chào giá thủy điện có hồ chứa là mô hình quy hoạch ngẫu nhiên (vd, QH nguyên hỗn hợp đa trạng thái) trong đó yêu cầu về chu kỳ thời gian tính toán là mịn với ngắn hạn, và có thể thô với dài hạn. Mục tiêu lập mô hình là tối đa hóa lợi nhuận từ việc bán điện và các dịch vụ phụ trợ của nhà máy thủy điện trong chu kỳ tính toán (tháng, tuần, ngày) trong khi phải đảm bảo các ràng buộc liên quan.

Tùy vào từng mô hình cụ thể, dữ liệu đầu vào có thể được đơn giản hóa hay mô phỏng theo những phương thức khác nhau. Về cơ bản, các biến ngẫu nhiên cần được xem xét bao gồm:

-          Giá điện và sản lượng bản chào

-          Lượng nước về hồ

-          Lượng nước dùng để phát điện và lượng nước xả

-          Trạng thái tổ máy

B.  Nhóm nhà máy thủy điện bậc thang

Nhóm nhà máy thủy điện bậc thang là nhóm các nhà máy thủy điện hoạt động trên cùng một dòng sông (lượng nước xả của nhà máy bậc thang trên chiếm toàn bộ hoặc phần lớn lượng nước về của nhà máy bậc thang dưới) mà thuộc sở hữu của cùng một đơn vị. Đơn vị này sẽ đứng ra đại diện chào giá cho toàn bộ các tổ máy của nhóm, với mục tiêu là tối đa hóa lợi nhuận trong chu kỳ tính toán.

Đối với nhóm thủy điện bậc thang, ta có thể mở rộng mô hình lập kế hoạch phát điện và chiến lược chào giá của nhà máy thủy điện có hồ chứa bằng việc xem xét thêm các yếu tố thủy văn như sau:

-          Nhóm thủy điện bậc thang có D đập, khi nước được giải phóng từ một đập bậc trên sẽ chảy vào hồ chứa ứng với đập bậc dưới D_i, với i = 1,2, ..., D-1. Hồ chứa của nhà máy trên cùng thường khá lớn để tích nước, trong khi các hồ chứa của các nhà máy còn lại nhỏ và được sử dụng để phát điện.

-          Tồn tại một khoảng thời gian trễ từ khi nước được giải phóng cho đến khi về hồ chứa bậc dưới và thường mất khoảng vài giờ để nhận hết toàn bộ lượng nước trên, tùy thuộc vào cấu trúc địa lý của khúc sông.

-          Lượng nước về chiếm chủ yếu từ lượng nước giải phóng ở đập bậc trên, ngoài ra cũng chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như mưa, các nhánh sông nhỏ, bay hơi ... Tuy nhiên, lượng nước về này có thể được xác định đơn giản hóa bằng việc sử dụng giá trị trung bình hàng giờ lấy từ các dữ liệu dự báo. Điều này là có thể chấp nhận được trong điều kiện khoảng thời gian tính toán là ngắn (24h).

-          Mực nước ở mỗi đập phải nằm trong giới hạn trên và giới hạn dưới, các giá trị này thường được xác định theo năm. Nếu lượng nước về hồ vượt quá giới hạn trên thì sẽ phải có cơ chế xả hoặc làm tràn nước, khối lượng xả có thể là rất lớn tùy từng đập. Tất nhiên, việc xả nước cần được hạn chế nhiều nhất có thể do điện năng không được sản xuất trong trường hợp này.