Đăng ký thành viên

Ngành điện đang phải đối mặt với những thách thức có một không hai và chưa từng có (Ảnh st)

Ngày nay, ngành điện đang phải đối mặt với những thách thức có một không hai và chưa từng có. Sự thay đổi trong cân bằng nguồn điện, các cơn bão thường xuyên hơn và tăng trưởng phụ tải khủng khiếp đang thay đổi cách các công ty điện lực cần lập kế hoạch cho hệ thống điện. Khi cân bằng nguồn điện thay đổi, các nguồn lực có những đặc tính vận hành rất khác so với các nhà máy phụ tải đáy truyền thống. Các thách thức này đòi hỏi phương pháp "tất cả cùng chung tay" đối với độ tin cậy. Tuy nhiên, các tổ chức và quy trình lập kế hoạch thường không có thiết lập để đáp ứng thách thức này.

Bài viết tập trung vào việc lập kế hoạch hệ thống tích hợp (ISP) và những lợi ích của ISP trong việc giúp các công ty điện lực giải quyết những thách thức về độ tin cậy đồng thời cân bằng nhu cầu cung cấp năng lượng sạch và giá cả phải chăng cho khách hàng.

Lập kế hoạch hệ thống tích hợp giúp các công ty điện lực giải quyết những thách thức về độ tin cậy đồng thời cân bằng nhu cầu cung cấp năng lượng sạch (Ảnh st)

ISP là khả năng phối hợp giữa nhiều lĩnh vực lập kế hoạch khác nhau, chẳng hạn như phát điện, truyền tải và phân phối, cũng như giữa các mạng lưới điện, với mục tiêu cân bằng các mục tiêu cạnh tranh nhau về độ tin cậy, giá phải chăng và khử cacbon.

Trong nhiều thập kỷ nay, ngành công nghiệp này có xu hướng coi lập kế hoạch phát điện như một hoạt động riêng biệt với việc lập kế hoạch cho mảng dây điện của doanh nghiệp. Ví dụ như, quy trình lập kế hoạch nguồn lực tích hợp ở nhiều bang hoàn toàn không thể giải quyết được các nhu cầu truyền tải. Ở những vùng có thị trường bán buôn phi điều tiết, thị trường thúc đẩy việc phát triển nguồn điện trong khi nhà vận hành hệ thống độc lập lập kế hoạch truyền tải.

Lập kế hoạch truyền tải và phân phối nhiều khi do các tổ chức khác nhau quản lý tách biệt. Tùy thuộc vào công ty điện lực, các chức năng này nhiều khi không sử dụng cùng một công cụ lập kế hoạch hoặc thậm chí không sử dụng cùng một dự báo phụ tải.

Hai giao diện này, giữa phát điện và truyền tải và giữa truyền tải và phân phối, nếu quản lý theo cách phối hợp hơn, sẽ hứa hẹn rất nhiều cho việc lập kế hoạch giúp ngành điện hiệu quả hơn. Điều này sẽ là thiết yếu nếu các công ty điện lực muốn đáp ứng vô vàn thách thức trong việc cung cấp điện tin cậy, dẻo dai cho các khách hàng hiện tại và cơ sở người dùng công nghiệp ngày càng tăng trưởng.

Phát điện và Truyền tải

Mô hình hóa mở rộng công suất, phân tích tính đủ nguồn lực và mô hình hóa chi phí sản xuất theo truyền thống đã thúc đẩy các quyết định về nguồn lực phát điện, tập trung chủ yếu vào chi phí tương đối, tính khả dụng và các đặc điểm vận hành của các tài sản này. Trong nhiều trường hợp, phương pháp truyền thống giả định rằng truyền tải vừa khả dụng vừa không phải là động lực chính của chi phí. Với những khó khăn trong việc xây dựng hệ thống truyền tải hiện nay và sự khác nhau ngày càng lớn về không gian và thời gian của các tài sản phát điện và tích trữ, giả định này không còn đúng nữa.

Khi triển khai nhiều năng lượng tái tạo hơn, cân bằng nguồn điện ngày càng phụ thuộc vào thời tiết, và vì lý do này, vị trí của các nguồn lực tái tạo này rất quan trọng. Do đó, việc truyền tải để kết nối các nguồn lực này hiện rất quan trọng và là một phần quan trọng trong việc đánh giá độ tin cậy của cân bằng nguồn lực này.

Việc truyền tải để kết nối các nguồn lực tái tạo hiện nay rất quan trọng. (Ảnh st)

Do nhu cầu kết nối ngày càng nhiều loại hình phát điện và tích trữ với ngày càng nhiều kilômét đường dây truyền tải điện hơn, khả năng nhận dạng và đề xuất cân bằng tối ưu các nguồn lực, dựa trên tính khả dụng của đường dây truyền tải (hoặc nhu cầu của nó), trở nên tối quan trọng. Trong phạm vi các công cụ lập kế hoạch phát điện và truyền tải điện (ví dụ như mô hình hóa chi phí sản xuất và phân tích lưu lượng phụ tải) có thể sử dụng đồng thời, thì công ty điện lực hoặc đơn vị lập kế hoạch phát điện có cái nhìn tốt hơn nhiều về các nguồn lực phát điện và truyền tải cần thiết để đáp ứng các nhu cầu về độ tin cậy và dẻo dai.

Lập kế hoạch phát điện và truyền tải truyền thống so với ISP

Theo các thực tiễn lập kế hoạch truyền thống của các công ty điện lực, mục tiêu là lập kế hoạch cân bằng nguồn lực có chi phí thấp nhất đủ để đáp ứng các nhu cầu trong tương lai, bao gồm tăng trưởng nhu cầu và các mục tiêu chính sách. Sau đó, lập kế hoạch truyền tải có trách nhiệm lập kế hoạch cho một mạng lưới truyền tải đáng tin cậy và ổn định, đảm bảo điện có thể truyền tải từ các nguồn phát điện đã nhận dạng đến nhu cầu mọi lúc.

Thông qua ISP, các đơn vị lập kế hoạch phát điện và truyền tải có thể phối hợp và cải thiện các quy trình lập kế hoạch của mình bằng cách phát huy lợi thế các quy trình và công cụ lập kế hoạch tích hợp cho phép họ lặp lại giữa các nghiên cứu mô hình hóa. Nguồn điện có thể phối hợp với truyền tải bằng cách chia sẻ cam kết hàng giờ và điều kiện điều phối cho các kịch bản tương lai khác nhau. Nguồn điện và truyền tải có thể tối ưu hóa cân bằng nguồn lực đầy đủ và mạng lưới truyền tải đáng tin cậy bằng cách tích hợp các quy trình lập kế hoạch của họ. Kết quả của sự phối hợp tăng cường này là một kế hoạch nguồn lực kết hợp tốt hơn các ràng buộc và chi phí truyền tải.

Truyền tải và Phân phối

Các nhà lập kế hoạch truyền tải và phân phối theo truyền thống đã sử dụng các công cụ riêng biệt để đánh giá các dạng thách thức khác nhau trên mạng lưới điện của họ. Trong truyền tải, phân tích dòng công suất thường nhận dạng các ràng buộc về nhiệt và các ràng buộc khác và làm nổi bật các khu vực của lưới điện cần nâng cấp dựa trên các tiêu chuẩn NERC (Tiêu chuẩn về độ tin cậy điện Bắc Mỹ). Các nhà lập kế hoạch phân phối thường tập trung vào các mạch có tính năng kém nhất và các nâng cấp để cải thiện các chỉ số định lượng về độ tin cậy chính (SAIDI, SAIFI và CAIDI). Hai tổ chức truyền tải và phân phối này thường có các chương trình tập trung vào bảo trì thụ động và phòng ngừa, cũng như thay thế cơ sở hạ tầng đang lão hóa và kết nối các khách hàng mới.

Khi nhiều tài sản khác nhau sử dụng trên hệ thống truyền tải và phân phối, nhu cầu đánh giá toàn diện các giải pháp truyền tải và phân phối ngày càng trở nên quan trọng hơn. Ví dụ, tích trữ điện bằng pin có thể mang lại nhiều lợi ích về độ tin cậy và về kinh tế cho các hệ thống truyền tải cũng như phân phối.

Khi các nguồn năng lượng phân tán (DER) trở nên phổ biến hơn và có khả năng tác động đến tính năng của hệ thống truyền tải (ví dụ như các công trình lắp đặt năng lượng mặt trời 3-5MW kết nối với các đường dây có điện áp dưới truyền tải, tức là từ 35kV đến 138kV), các công cụ và quy trình này cần thiết để nghiên cứu các tác động này có thể còn thiếu. Điều tương tự cũng đúng đối với các DER tổng hợp có thể giảm nhẹ hoặc làm trầm trọng thêm tình trạng tắc nghẽn truyền tải trong một số điều kiện nhất định.

Nhu cầu đánh giá toàn diện các giải pháp truyền tải và phân phối ngày càng trở nên quan trọng hơn (Ảnh st)

Khi các phụ tải mới và lớn tiếp tục yêu cầu kết nối với mạng lưới truyền tải và phân phối, khả năng đánh giá toàn diện các tác động đến lưới điện là rất quan trọng. Đánh giá này cũng thúc đẩy các cuộc thảo luận với các cơ quan quản lý về việc phân bổ chi phí để phục vụ các phụ tải này. Việc lập kế hoạch không xem xét cả tác động của truyền tải và phân phối sẽ không đủ để tích hợp hiệu quả và đáng tin cậy các khách hàng mới này.

So sánh lập kế hoạch truyền tải và phân phối truyền thống với ISP

Theo các thực tiễn lập kế hoạch truyền thống, công việc của một nhà lập kế hoạch phân phối là đảm bảo cung cấp điện đáng tin cậy cho khách hàng và xác định các nâng cấp cơ sở hạ tầng để giải quyết nhu cầu ngày càng tăng và tích hợp các DER. Các nhà lập kế hoạch truyền tải thực hiện các nghiên cứu về dòng điện của mạng lưới truyền tải bằng cách biểu diễn các lộ xuất tuyến phân phối dưới dạng nhu cầu một điểm. Tuy nhiên, những nhu cầu này thường không phản ánh được tính đa dạng và phức tạp của các mạng lưới điện phân phối cục bộ và bất kỳ DER nào kết nối với chúng.

Tương tự như ví dụ về nguồn điện và truyền tải ở trên, thông qua ISP, các nhà lập kế hoạch truyền tải và phân phối có thể phối hợp và cải thiện các quy trình lập kế hoạch của họ bằng cách phát huy lợi thế quy trình lập kế hoạch tích hợp và các công cụ cho phép họ lặp lại giữa, và kết hợp, các nghiên cứu mô hình hóa của họ. Lập kế hoạch truyền tải có thể phối hợp với lập kế hoạch phân phối bằng cách chia sẻ các ràng buộc về nhiệt và điện áp tại các điểm kết nối trạm biến áp. Lập kế hoạch truyền tải có thể chia sẻ các ràng buộc này dưới dạng chuỗi thời gian để phản ánh sự thay đổi trong trạng thái của hệ thống trong 8.760 giờ trong một năm. Lập kế hoạch phân phối có thể sử dụng các ràng buộc này để cung cấp thông tin cho các nghiên cứu về dòng điện không cân bằng của mạng lưới phân phối theo phương pháp dựa trên kịch bản. Trong phương pháp hợp tác, lập kế hoạch phân phối sau đó có thể chia sẻ các khác biệt về phụ tải và các điều kiện đáng tin cậy tiềm năng với lập kế hoạch truyền tải để họ có thể tăng cường thể hiện nhu cầu, DER và các ràng buộc của mạng lưới phân phối trong mô hình truyền tải. Lập kế hoạch truyền tải và lập kế hoạch phân phối cũng có thể chạy các mô phỏng kết hợp bằng cách chạy các mô phỏng dòng điện không cân bằng của hệ thống truyền tải và phân phối kết hợp. Điều này cho phép họ nắm bắt được các mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau giữa hai phần của mạng lưới điện và đánh giá cách các tài sản mạng lưới phân phối có thể tác động đến tình trạng của mạng lưới truyền tải và ngược lại. Một lần nữa, tương tự như sự phối hợp giữa ISP phát điện và truyền tải mô tả ở trên, tất cả sự phối hợp nâng cao này dẫn đến việc nhận dạng tốt hơn các khoản đầu tư ít tốn kém nhất cần thiết để quản lý những cân nhắc về độ phức tạp và độ tin cậy của hệ thống tăng trên khắp các mạng lưới truyền tải và phân phối.

Kết luận

Những thay đổi trên toàn bộ chuỗi giá trị điện đòi hỏi phải tối ưu hóa các khoản đầu tư trên các tài sản phát điện, truyền tải và phân phối. Việc lập kế hoạch phát điện, truyền tải và phân phối có thể phối hợp các quy trình của họ bằng cách phát huy lợi thế một cấu trúc dữ liệu chung, những giả định lập kế hoạch và một nền tảng mô hình tích hợp duy nhất. Lợi ích của sự phối hợp nâng cao này là một chiến lược đầu tư vốn tối ưu hơn, mang lại các giải pháp chi phí thấp hơn trong khi vẫn tính đến các cân nhắc về vận hành và độ tin cậy ngày càng phức tạp.

Một bước tiếp theo quan trọng đối với các tổ chức quan tâm đến việc theo đuổi ISP là lựa chọn giao diện (phát điện và truyền tải hoặc truyền tải và phân phối) để bắt đầu hành trình ISP của họ và sau đó nhận dạng các trường hợp sử dụng có giá trị nhất để thử nghiệm. Lý tưởng nhất là chứng minh các trường hợp sử dụng được chọn có thể tạo ra sự tích hợp rộng lớn hơn các chức năng lập kế hoạch điện.