Hiện trạng hệ thống dự báo công suất phát nhà máy điện gió - mặt trời ở Việt Nam và xu hướng trong thời gian tới

Tóm tắt:

Bài viết nghiên cứu về hiện trạng yêu cầu của hệ thống dự báo công suất phát ở Việt Nam hiện nay và xu hướng phát triển trong thời gian tới. Đây là một giải pháp quản lý vận hành hiệu quả về chi phí để đáp ứng tính thay đổi liên tục và không chắc chắn của các nhà máy điện gió - mặt trời, cũng như cho phép tích hợp các nhà máy này vào hệ thống điện. Kết quả nghiên cứu cho thấy, những dự báo từ hệ thống cho phép nhà điều hành hệ thống xác định khi nào sẽ cần huy động thêm các nguồn phát điện truyền thống, hoặc sản lượng điện từ các nguồn phát điện giá cao có thể cắt giảm để đảm bảo công suất phát điện từ các nguồn điện gió - mặt trời sẽ không bị hạn chế.

Từ khóa: dự báo công suất phát, độ chính xác, điện gió, điện mặt trời, năng lượng tái tạo.

1. Hệ thống dự báo công suất phát

Hệ thống dự báo công suất phát có khả năng ước tính công suất phát điện trong tương lai của các trang trại điện gió - mặt trời dựa trên các thông số vận hành và khí tượng. Các hệ thống này sử dụng những mô hình toán học tiên tiến, dữ liệu lịch sử và thông tin vận hành theo thời gian thực, cũng như dự báo về khí tượng để tạo ra các dự đoán chính xác về công suất phát điện các nhà máy.

Nhiều yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến khả năng phát điện trong các trang trại gió và mặt trời, các hệ thống dự báo công suất xem xét tất cả các yếu tố này để đưa ra các ước tính chính xác về công suất phát điện.

1.1. Đầu vào của hệ thống dự báo

Các thông tin đầu vào của hệ thống dự báo công suất cho mỗi nhà máy bao gồm: dự báo thời tiết, các dữ liệu trong quá khứ, các thông số chi tiết nhà máy và dự báo về công suất khả dụng của nhà máy.

Dự báo về các điều kiện thời tiết là đầu vào quan trọng hàng đầu để đưa ra các dự báo về công suất phát. Đối với nhà máy điện gió, các thông số cần dự báo chính bao gồm tốc độ gió, hướng gió và mật độ không khí. Đối với nhà máy điện mặt trời, các thông số thời tiết sau đây được quan tâm, gồm: bức xạ, nhiệt độ, độ che phủ của mây và lượng mưa.

Các dữ liệu lịch sử gồm dữ liệu về công suất phát điện và các thông số thời tiết trong quá khứ là đầu vào tiếp theo cần đưa vào mô hình thuật toán của hệ thống dự báo để suy ra tính mùa vụ đặc trưng ở từng nhà máy, các xu hướng biến động và điều kiện hoạt động trong quá khứ, các thông tin này cần được làm mới liên tục thì càng tốt. Với các hệ thống tiên tiến, dữ liệu lịch sử được tự động cập nhật theo thời gian thực, đẩy dữ liệu liên tục về hệ thống dự báo.

Các thông số nhà máy là các đầu vào không thể thiếu của hệ thống dự báo. Tuy nhiên, đây là các thông tin không đổi, chỉ cần nhập vào một lần khi hệ thống đi vào hoạt động, như: vị trí tọa độ nhà máy, tổng công suất đặt của nhà máy, số lượng và đặc tính inverter, số lượng chuỗi tấm pin, đặc tính công suất tấm pin, số lượng tua-bin điện gió, đường cong công suất tua-bin,…

Các ước lượng về công suất khả dụng của nhà máy là đầu vào cuối của hệ thống dự báo. Các ước lượng này nhập vào hệ thống dựa trên kế hoạch sửa chữa, bảo dưỡng của nhà máy, hoặc dự kiến bị cắt giảm công suất phát, hoặc khi bảo trì, sửa chữa đột xuất.

1.2. Đầu ra của hệ thống dự báo, các khung thời gian và độ phân giải dự báo

Từ các thông số đầu vào trên, một hệ thống dự báo tiên tiến sẽ tính toán ra công suất phát điện và sản lượng dự kiến của các nhà máy điện theo các khung thời gian dự báo và độ phân giải dự báo khác nhau, tùy thuộc theo yêu cầu từng thị trường. Các khung thời gian quan trọng là dự báo giờ tới, các giờ tới trong ngày, dự báo ngày tới và dự báo tuần tới. Độ phân giải dự báo đối với dự báo ngày tới và tuần tới có thể là hàng giờ hoặc 30 phút. Còn độ phân giải của dự báo giờ tới hoặc các giờ tới trong ngày vận hành thường ngắn hơn có thể là mỗi 15 phút, 5 phút hoặc thậm chí ngắn hơn với các thị trường có hệ thống điều độ với chu kỳ điều độ ngắn.

1.3. Độ chính xác của hệ thống dự báo

Độ chính xác của dự báo là chỉ số quan trọng nhất đánh giá tính hiệu quả một hệ thống dự báo công suất phát. Độ chính xác dự báo thường được đánh giá qua sai số tuyệt đối trung bình giữa công suất phát dự báo và công suất phát thực tế sẽ được tính toán ở tất cả các khung thời gian dự báo khác nhau. Độ chính xác dự báo ngắn hạn ví dụ dự báo trong ngày vận hành thường cao hơn các dự báo ở khung thời gian dài hơn, ví dụ ngày tới hoặc tuần tới. Độ chính xác dự báo đối với các nhà máy điện mặt trời cũng thường cao hơn so với các nhà máy điện gió, nhất là khi dự báo công suất phát điện gió trên bờ.

2. Hiện trạng yêu cầu về hệ thống dự báo công suất phát ở Việt Nam và một số phân tích xu hướng

Việt Nam hiện đã có quy trình về dự báo công suất phát và điện năng các nguồn năng lượng tái tạo được ban hành bởi Cục Điều tiết điện lực năm 2021 [1], trong đó có các yêu cầu cụ thể về khung thời gian dự báo, độ phân giải dự báo và các tín hiệu dự báo, với từng loại nhà máy cần cung cấp, cũng như đưa ra các công thức tính toán đánh giá sai số dự báo. Các khung dự báo chính và độ phân giải được tóm tắt trong Bảng 1. 

Bảng 1: Các khung dự báo chính và độ phân giải

Nguồn: Tài liệu [1]

Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia (A0) hiện là cơ quan chịu trách nhiệm tính toán phân bổ công suất cho các nhà máy điện tái tạo. Theo hướng dẫn mới nhất của A0 [2], việc tính toán phân bổ công suất sẽ dựa trên công suất dự báo tổng hợp và công suất dự báo của nhà máy gửi lên. Giá trị công suất được lựa chọn bằng cách so sánh 2 giá trị dự báo trên, nếu độ lệch không quá ±20% thì sẽ sử dụng công suất dự báo của nhà máy, còn ngược lại sẽ sử dụng giá trị công suất dự báo tổng hợp.

Giá trị công suất dự báo tổng hợp được tính từ 4 nguồn, trong đó có 02 nguồn dự báo quốc tế được A0 mua thông qua đấu thầu quốc tế, 01 nguồn do A0 tự tính toán dựa trên dữ liệu thời tiết mua từ nguồn dự báo thời tiết độc lập và 01 nguồn do nhà máy gửi lên A0. Công suất dự báo tổng hợp sẽ được tính toán từ 4 nguồn này cho mỗi nhà máy. Các nguồn dự báo sẽ có trọng số trong công suất dự báo tổng hợp được tính toán dựa trên độ tin cậy trong quá khứ của từng nguồn, có nghĩa là nguồn dự báo có độ chính xác càng cao sẽ có trọng số càng lớn trong giá trị công suất dự báo tổng hợp.

Với cách thực hiện như vậy, A0 đang áp dụng một hệ thống kiểu kết hợp dùng cả hệ thống dự báo trung tâm (2 nguồn quốc tế và nguồn của A0) và hệ thống dự báo kiểu phân tán (từ các nhà máy). Ưu điểm của hệ thống dự báo kiểu trung tâm là tính kinh tế khi chi phí tính trên công suất (MW) thấp và các hệ thống trung tâm lớn thường là các hệ thống đã được khẳng định về tính hiệu quả và ổn định. Tuy nhiên, nhược điểm của các hệ thống lớn là tính phức tạp và tính toán cho rất nhiều nhà máy của hệ thống điện cùng lúc, nên dữ liệu đầu vào từng nhà máy có thể không đầy đủ như các hệ thống riêng lẻ, việc gửi truyền dữ liệu cũng có thể xảy ra gián đoạn, mất dữ liệu, không được theo thời gian thực.

Còn với các hệ thống độc lập, được trang bị ở từng nhà máy, dữ liệu đầu vào thường lấy chi tiết nhất, theo thời gian thực. Nếu hệ thống dự báo độc lập được trang bị tại các nhà máy cũng được mua từ nhà cung cấp dịch vụ uy tín và nổi tiếng, thì độ chính xác và ổn định của hệ thống đạt được sẽ rất tốt, có thể tốt hơn kết quả từ hệ thống trung tâm như các phân tích phía trên. Nhược điểm là ở chi phí khi từng nhà máy phải trang bị một hệ thống riêng; nhược điểm khác có thể gặp đó là nhà máy trang bị hệ thống dự báo từ nhà cung cấp không đảm bảo độ chính xác và ổn định, sẽ ảnh hưởng lớn đến lợi ích kinh tế của nhà máy và khó khăn cho công tác điều độ khi kết quả dự báo sai lệch so với khả năng thực phát.

A0 thống kê và đánh giá sai số dự báo từ các nhà máy gửi lên, đồng thời đưa ra quy định về độ chính xác dự báo theo từng năm và cho từng loại nhà máy. Theo hướng dẫn gần đây, sai số dự báo tuyệt đối trung bình đối với điện gió là 18% và điện mặt trời là 15% [3]. Tuy nhiên, giá trị sai số, hay độ chính xác này không chỉ rõ là đối với khung thời gian dự báo nào. Như đã phân tích ở phần trên, độ chính xác dự báo thường cao với khung thời gian gần và kém hơn với các khung thời gian xa. Với thị trường điện Việt Nam vận hành theo chu kỳ 30 phút, thì nên quy định chi tiết và có thể điều chỉnh yêu cầu độ chính xác cao nhất với khung thời gian dự báo trong ngày, rồi sau đó là ngày tới (D+1) còn với D+2 và tuần tới có thể thấp hơn các con số quy định phía trên.

Một vấn đề khác, hiện tại A0 vẫn quy định cho phép một độ lệch ±20% [4,  5] giữa dự báo các nhà máy gửi và số liệu dự báo tổng hợp để lựa chọn giá trị dự báo cho ngày tới và chu kỳ tới, dẫn đến các nhà máy chọn cách đưa ra giá trị dự báo ở mức cao hơn thực tế để có phân bổ công suất cao hơn. Điều này có thể dẫn tới: (1) Độ chính xác trong công tác dự báo suy giảm khi các đơn vị phát điện tính thêm biên độ cho phép; (2) Khi công suất phát thực tế của các nhà máy điện tái tạo nhỏ hơn công suất dự báo/ công suất được chọn sẽ dẫn đến việc cơ quan điều độ phải huy động các nguồn phát điện có thể điều tiết khác bù vào sự thiếu hụt này; (3) Khi sai số lớn cũng khó để đơn vị phát điện tính toán tối ưu cho hoạt động lưu trữ điện năng dư thừa khi bị cắt giảm.

Như vậy, chất lượng dự báo công suất phát có vai trò rất quan trọng trong công tác điều độ. Do đó, A0 nên sớm có các quy định cụ thể hơn đối với các đơn vị phát điện, như: (1) Công bố các nguồn dữ liệu tin cậy để các đơn vị phát điện tham chiếu sử dụng; (2) Đầu tư nâng cao năng lực xử lý của hệ thống dự báo tiến đến tăng độ phân giải dự báo; (3) Có các chế tài cụ thể về công tác dự báo của các đơn vị phát điện.

Cuối cùng, các dữ liệu dự báo đến nay vẫn được cập nhật lên Cổng thông tin điện tử của A0 theo các biểu mẫu có sẵn, do nhân viên vận hành thực hiện. Tuy nhiên, xu hướng phát triển hệ thống dự báo công suất phát ở Việt Nam trong thời gian tới đó là tiến tới sử dụng phần mềm và giao thức cập nhập hoàn toàn tự động theo các khung thời gian quy định, đảm bảo dữ liệu được cập nhật liên tục, kịp thời, đầy đủ theo tất cả các khung thời gian và độ phân giải quy định, tránh những sai sót dữ liệu khi thao tác thủ công.

3. Kết luận

Hệ thống dự báo công suất phát đóng vai trò quan trọng trong việc tích hợp các nhà máy điện gió và mặt trời vào lưới điện. Dự báo công suất phát chính xác cho phép các cơ quan điều độ tối ưu phân bổ các nguồn phát điện, điều độ linh hoạt và giảm thiểu chi phí cân bằng hệ thống, hệ thống dự báo chính xác cũng giúp các nhà máy điện tái tạo tăng doanh thu và tham gia hiệu quả vào thị trường điện, hoặc phối hợp với các hệ thống lưu trữ năng lượng để có lợi ích cao nhất. Việt Nam đang tập trung phát triển mạnh các nguồn điện tái tạo từ gió và mặt trời, cũng đã có các yêu cầu và quy định liên quan đến hệ thống dự báo công suất phát cho các nhà máy này. Việc cần làm tiếp theo là điều chỉnh, thiết lập các quy định nhất quán và minh bạch, nhằm khuyến khích việc dự báo chính xác và giảm thiểu các thiệt hại do dự báo thiếu chính xác.

Tài liệu tham khảo và trích dẫn:

[1] Cục Điều tiết điện lực - Bộ Công Thương (2021). Quyết định số 67/QĐ-ĐTĐL ngày 10/08/2021 về Ban hành quy trình dự báo công suất, điện năng phát của các nguồn điện năng lượng tái tạo.

[2] Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia - Tập đoàn Điện lực Việt Nam (2023). Công văn số 1957/ĐĐQG-NLTT ngày 07/06/2023 về Sử dụng giá trị công suất dự báo tổng hợp trong công tác vận hành các nguồn năng lượng tái tạo.

[3] Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (2021). Công văn số 5934/ ĐĐQG-NLTT ngày 30/12/2021 về Yêu cầu độ chính xác đối với dự báo công suất phát các NMĐ NLTT năm 2022.

[4] Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia - Tập đoàn Điện lực Việt Nam (2021). Công văn số 404/ ĐĐQG-NLTT ngày 02/02/2021 về Nguyên tắc sử dụng nguồn dữ liệu phục vụ tính toán phân bổ công suất các nguồn NLTT.

[5] Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia - Tập đoàn Điện lực Việt Nam (2021). Công văn số 2270/ ĐĐQG-NLTT ngày 16/06/2021 về Cập nhật công suất dự báo chu kỳ tới trong tính toán giá trị công suất dự báo được lựa chọn.