Nghiên cứu cơ sở khoa học kinh tế sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam

TÓM TẮT ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1. Hệ thống hóa và làm rõ cơ sở lý luận khoa học kinh tế về sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam. 2. Hoàn thiện khung lý thuyết trong xây dựng cơ sở khoa học kinh tế sử dụng sức kéo điện trên ĐSVN 3. Phân tích đánh giá ảnh hưởng tới môi trường và phát triển bền vững, của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong sức kéo diesel trên đường sắt Việt Nam, như: tác động khí thải đầu máy, tác động của dầu thải đầu máy tới môi trường đất, nước, không khí, sự sống của động, thực vật và con người. 4. Đề xuất mô hình tính toán xác định các lợi ích kinh tế khi sử dụng sức kéo điện, và phân nhóm: Lợi ích đem lại về môi trường, lợi ích đem lại cho xã hội (hành khách, hàng hóa), lợi ích đem lại cho doanh nghiệp vận tải. 5. Đề xuất ứng dụng bài toán đầu tư tối ưu điện khí hóa tuyến đường sắt Sài Gòn - Nha trang để lượng hóa lợi ích khi sử dụng sức kéo điện.

Quá trình hình thành và phát tr ển sức kéo đ ện

Theo [15],[44], vào năm 1837, đầu máy điện đầu tiên được chế tạo, nguồn điện cung cấp cho đầu máy là hệ thống Ác quy;

Năm 1879, Đức đã khởi đầu việc vận hành đầu máy điện kéo tàu khách đầu tiên Cùng thời điểm đó, vào những năm cuối thế kỷ 19, Mỹ và Anh cũng xây dựng và đưa vào hoạt động các tuyến đường tàu điện ngầm đầu tiên.

Vào năm 1894, Hung ga ri đã phát minh ra động cơ xoay chiều 3 pha với điện áp cao và máy phát điện cho đầu máy Ông đề xuất xây dựng mạng cung cấp điện cho đầu máy bằng cách lấy điện từ mạng điện công cộng, sử dụng các bộ chuyển đổi điện năng phù hợp cho đầu máy điện.

Xu hướng điện khí hóa đường sắt ở Anh đã bắt đầu từ cuối thế kỷ 19, với phần lớn các tuyến đường sử dụng hệ thống cấp điện trên cao cho đầu máy điện Tuy nhiên, khu vực Đông Nam nước Anh lại áp dụng phương pháp cấp điện bằng đường ray thứ ba.

Hệ thống cấp điện cho đầu máy bằng ray thứ ba thường sử dụng điện áp một chiều 750V nhằm đảm bảo an toàn và nhiều lý do khác, thấp hơn đáng kể so với hệ thống đường dây trên cao với nguồn xoay chiều 25kV.

Tại Châu Âu, các dự án điện khí hóa đường sắt đang được triển khai tại những khu vực gần nguồn cung cấp điện Nhiều tuyến metro đã được xây dựng từ năm 1902, và ở Ý, đã có đoàn tàu chạy bằng đầu máy điện với tốc độ đạt 70 km/h.

Vào năm 1919, tại Thụy Điển (một nước Bắc Âu) cũng đã sử dụng mạng điện xoay chiều 15 kV cung cấp cho đầu máy điện

Năm 1923, tại Hungary, đầu máy điện đầu tiên sử dụng bộ chuyển đổi pha được triển khai trên mạng lưới đường sắt Đến những năm 1960, xu hướng điện khí hóa lan rộng khắp châu Âu, dẫn đến sự ra đời của các đầu máy điện công suất lớn với công suất lên tới 7.200 kW và tốc độ đạt 200 km/h.

Từ những năm 1970, nhiều quốc gia đã áp dụng đầu máy điện để kéo các đoàn tàu khách tốc độ cao, nổi bật là đường sắt Nga, Nhật Bản, Đức, Pháp, Hàn Quốc và Trung Quốc Sự điện khí hóa đường sắt đã gia tăng liên tục trong các thập kỷ qua, và vào đầu thế kỷ XXI, tỷ lệ đường sắt được điện khí hóa đã chiếm một phần ba tổng chiều dài đường sắt toàn cầu.

Vào năm 2019, trên toàn cầu có gần 400.000 km đường sắt được điện khí hóa, chiếm khoảng 35% tổng chiều dài mạng lưới đường sắt và vận chuyển hơn 60% tổng số hành khách km Đặc biệt, ở các nước châu Âu, tỷ lệ điện khí hóa đường sắt vượt quá 65%, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống đường sắt sử dụng sức kéo điện.

Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới với hơn 51.000 km đường sắt điện khí hóa, vượt qua cả Nga (45.300 km) và các quốc gia khác như Ấn Độ (30.012 km), Đức (21.000 km), Nhật Bản (17.000 km) và Pháp (15.200 km) Sự đầu tư vào mạng lưới điện khí hóa đường sắt đã thúc đẩy phát triển đường sắt tốc độ cao, với gần 40.000 km đường sắt tốc độ cao hiện nay đều sử dụng sức kéo điện Tại Việt Nam, từ những năm 1920, Hà Nội đã có các đoàn tàu điện nội đô và các đầu máy điện kéo tàu chở than tại Quảng Ninh, đánh dấu sự khởi đầu của đường sắt điện khí hóa trong nước.

Với đường sắt đô thị tại nước ta:

Gần đây, một số tuyến đường sắt đô thị tại Việt Nam đã nghiên cứu và áp dụng công nghệ sức kéo điện, mở ra cơ hội phát triển mạnh mẽ cho hệ thống đường sắt điện tại quốc gia này.

Hiện nay, hệ thống đường sắt đô thị tại Hà Nội đã đưa vào sử dụng tuyến đường sắt trên cao Cát Linh – Hà Đông với sức kéo điện Ngoài ra, một số tuyến khác tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh cũng đang trong quá trình hoàn thiện và chuẩn bị vận hành các đoàn tàu khách sử dụng công nghệ sức kéo điện.

Với đường sắt quốc gia:

Từ đầu thế kỷ XXI, nghiên cứu đầu tư xây dựng các tuyến đường sắt tốc độ cao điện khí hóa đã được triển khai Hiện tại, các báo cáo nghiên cứu tiền khả thi về đầu tư xây dựng tuyến đường sắt tốc độ cao, đường đôi với khổ đường 1435 đã hoàn tất.

Tổng quan các công trình nghiên cứu khoa học liên quan đến đề tài luận án ở nước ngoài và trong nước

ở nước ngoài và trong nước

1.2.1 Nghiên cứu sử dụng sức kéo điện trên đường sắt ở nước ngoài

Nghiên cứu về điện khí hóa đường sắt và việc sử dụng sức kéo điện đã được triển khai rộng rãi tại hơn 40 quốc gia trên thế giới Các hệ thống đường sắt điện khí hóa chủ yếu sử dụng hai dạng sức kéo: đầu máy điện động lực tập trung và cụm toa xe động lực Trong đó, các đoàn tàu khách và tàu đô thị thường áp dụng cụm toa xe động lực, trong khi đường sắt quốc gia chủ yếu sử dụng đầu máy điện tập trung Hiện tại, Trung Quốc sở hữu mạng lưới đường sắt điện khí hóa lớn nhất thế giới, tiếp theo là Liên bang Nga.

Tùy thuộc vào khả năng công nghệ và kinh tế của mỗi quốc gia, nhu cầu vận tải, tuyến đường, khả năng cung cấp điện cho đầu máy kéo và vấn đề bảo vệ môi trường, cũng như thói quen của người dân, nhiều nước đã chuyển sang sử dụng năng lượng điện cho các đầu máy kéo tàu thay vì dầu diesel.

Nghiên cứu của Prof.Dr.-Ing Arnd Stephan về “Hệ thống Giao thông điện” đã chỉ ra các yêu cầu cơ bản cho điện khí hóa đường sắt, bao gồm hệ thống cung cấp điện, trạm biến áp và đường dây tải điện Tác giả phân tích sự khác biệt giữa sức kéo điện và sức kéo diesel, trong đó đầu máy diesel sử dụng nhiên liệu hóa thạch, còn đầu máy điện sử dụng năng lượng điện từ bên ngoài Ông nhấn mạnh rằng để tăng cường khả năng cạnh tranh giữa các phương thức vận tải, cần thiết phải xây dựng hệ thống đường sắt điện khí hóa, đặc biệt là ở những tuyến có nhu cầu vận tải lớn.

Đầu máy điện có tốc độ và trọng lượng kéo vượt trội hơn nhiều so với đầu máy diesel, với tốc độ tối đa đạt 220 km/h và công suất lên tới 6,4 MW, trong khi đầu máy diesel chỉ đạt tốc độ tối đa 140 km/h và công suất 2,4 MW Điều này cho thấy công suất của đầu máy điện lớn gấp 2,6 lần so với diesel (6,4 MW/2,4 MW) và tốc độ cao hơn 1,57 lần Hơn nữa, do đặc tính kéo của sức kéo điện tiếp cận dạng hình hyperbol, hiệu suất của nó cũng cao hơn so với diesel cùng công suất.

Nghiên cứu của S.R Ditmeter, J.R Martin, P.E Olson và cộng sự chỉ ra rằng điện khí hóa đường sắt mang lại nhiều lợi thế về năng suất khai thác, bao gồm công suất đầu máy điện, tổ chức vận tải, tín hiệu chạy tàu và các hoạt động khác Thuật ngữ "năng suất đường sắt" được định nghĩa rộng rãi, nhấn mạnh đến việc sử dụng vốn hiệu quả, giảm chi phí vận hành, tiết kiệm nhân lực, giảm tác động môi trường và cải tiến công nghệ Bài báo cũng chứng minh rằng sức kéo điện vượt trội hơn diesel, với khả năng gấp đôi công suất trong cùng kích thước, đồng thời yêu cầu ít dịch vụ hỗ trợ hơn và thời gian bảo trì ngắn hơn, từ đó nâng cao hiệu quả vận tải đường sắt.

Tác giả Gjermund Bjứrseth MO, Armands Gravelsins, Claudio Rochas và cộng sự đã phân tích lợi ích của việc sử dụng sức kéo điện trong giao thông vận tải đường sắt ở Latvia Họ cho rằng ngành giao thông vận tải là một trong những lĩnh vực đối mặt với nhiều thách thức trong việc giảm ô nhiễm, và việc áp dụng sức kéo điện là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu ô nhiễm và biến đổi khí hậu.

GTVT đường sắt sử dụng sức kéo điện trên các tuyến đường sắt điện khí hóa, thể hiện mô hình động lực học hệ thống dựa trên các yếu tố ảnh hưởng đến tuyến đường sắt mới Những yếu tố này bao gồm nhu cầu điện năng, các yếu tố kinh tế và tác động môi trường phát sinh từ hoạt động của đường sắt.

Hình 1.1 Minh họa công suất và tốc độ của sức kéo điện và sức kéo diesel

“Nguồn:Electric Railways - Projects and Standards” [46]

- Nghiên cứu của các tác giả E Lungomesha & A Zulu, Int J Transp [45]

Bài viết "Lợi ích về môi trường và kinh tế của đường sắt điện khí hóa các quốc gia Nam Phi" nêu rõ rằng khu vực Nam Phi gồm chín quốc gia với mạng lưới đường sắt địa phương riêng biệt, chủ yếu sử dụng đầu máy diesel Nghiên cứu tập trung vào những lợi ích kinh tế và môi trường từ việc chuyển sang sức kéo điện trên mạng lưới đường sắt điện khí hóa Các tác giả phân tích rằng việc sử dụng sức kéo điện sẽ giảm thiểu ô nhiễm từ khói thải, góp phần tạo ra không khí sạch hơn Hơn nữa, sức kéo điện cho phép tàu chạy với tốc độ cao và tải trọng lớn, khuyến khích việc chuyển từ vận tải đường bộ và hàng không sang sử dụng đường sắt cho cả hành khách và hàng hóa.

Sức kéo diesel không chỉ an toàn và hiệu quả mà còn giúp cải thiện thương mại giữa các quốc gia thành viên, đồng thời thu hút đầu tư nước ngoài nhờ vào chi phí hợp lý.

Nghiên cứu của M.A.M Ali, K Osra và J Siegmann đề xuất xây dựng tuyến đường sắt tốc độ cao điện khí hóa dài 208 km giữa Cairo và Alexandria, phân tích chi phí-lợi ích của việc sử dụng sức kéo điện Bài báo trình bày khuôn khổ đánh giá các nguồn lợi ích tiềm năng trực tiếp và gián tiếp từ dự án, ước tính những lợi ích này trong suốt thời gian hoạt động Trong lĩnh vực giao thông vận tải đường sắt, các dự án đầu tư như điện khí hóa không chỉ tác động đến doanh nghiệp mà còn mang lại lợi ích cho người sử dụng qua việc cải thiện chất lượng dịch vụ và giảm chi phí xã hội như tắc nghẽn và tai nạn Các tác giả đề xuất phương pháp đánh giá dựa trên so sánh giữa trạng thái có điện khí hóa và không có điện khí hóa.

“không có” (tức là vẫn tiếp tục hoạt động sức kéo diesel)

Nghiên cứu của các tác giả Светлана И Макашева và Александр Р Мамаев đã chỉ ra rằng việc sử dụng hãm điện tái sinh trên đầu máy điện có thể tiết kiệm từ 10% đến 15% tổng điện tiêu thụ cho động cơ, đặc biệt hiệu quả hơn trên các tuyến đường sắt có khối lượng vận tải cao và độ dốc lớn, như tuyến đường sắt Viễn Đông của Nga, nơi tỷ lệ thu hồi điện có thể đạt đến 20% Bài báo cũng nhấn mạnh rằng điện năng tiêu thụ cho đầu máy chiếm 75% tổng năng lượng của hệ thống đường sắt Nga Theo Chiến lược năng lượng giao thông vận tải đường sắt đến năm 2030, việc áp dụng công nghệ phanh tái tạo (RT) sẽ giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng trong hệ thống cung cấp điện cho đầu máy, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động và tiết kiệm tài nguyên.

Nghiên cứu của tác giả Крылюк chỉ ra rằng, tại Ukraine, vận tải đường sắt mang lại lợi thế môi trường vượt trội so với các phương thức vận tải khác nhờ vào việc sử dụng sức kéo điện, giúp giảm ô nhiễm không khí tại các khu vực lân cận Vận tải đường sắt được coi là một trong những phương thức vận tải sạch và hiệu quả nhất toàn cầu, với mức tiêu thụ năng lượng thấp nhất trên mỗi km và tác động tiêu cực đến môi trường rất hạn chế Cụ thể, lượng phát thải khí ô nhiễm trong vận tải đường sắt chỉ bằng 2÷3 lần so với các phương thức khác, đồng thời độ ồn cũng giảm 4 lần so với vận tải cơ giới Để đảm bảo phát triển bền vững cho đường sắt, cần thiết phải kết hợp hài hòa giữa phát triển kỹ thuật đầu máy toa xe, cơ sở hạ tầng và các hoạt động bảo vệ môi trường.

Các tác giả Hoa Mậu Côn, Châu Dục Dân, Ngô Xương Nguyên đã chỉ ra rằng đường sắt quốc gia Trung Quốc đã có những bước phát triển ấn tượng trong những năm qua, trở thành quốc gia dẫn đầu thế giới về mạng lưới đường sắt điện khí hóa, với hơn 60% chiều dài mạng lưới được điện khí hóa Từ năm 1958, Đường sắt Trung Quốc đã tự chế tạo đầu máy điện SS1 với công suất 3.900 kW, sử dụng điện áp 25 kV, tốc độ 95 km/h Đến năm 2003, Trung Quốc đã phát triển đầu máy điện cho các tuyến đường sắt tốc độ cao với công suất 3.600 kW và tốc độ 160 km/h, hiện nay, ĐSTQ đã có các đầu máy với công suất lớn, kéo tàu với tốc độ trên 300 km/h Nghiên cứu cũng nhấn mạnh ưu điểm của sức kéo điện trong việc tiết kiệm năng lượng, đặc biệt là hiệu suất của đầu máy và mức tiêu hao điện năng trên sản lượng vận tải.

+ Về h ệu suất tổng bình quân của các dạng sức kéo tàu: Sức kéo đ ện (xét theo tỷ suất thủy đ ện) là 23,6%, sức kéo d esel là 19%;

+Về năng lực vận tả : Với đường đôi đ ện khí hóa, sức kéo đ ện 5.600 tấn km tổng trọng; sức kéo d esel 4.200 tấn km tổng trọng

Kết quả lựa chọn các phương án sử dụng sức kéo điện so với các dạng sức kéo diesel của ĐSTQ trong những năm qua, cho thấy:

Với đường đơn, sức kéo diesel thấp hơn 30%, so với sức kéo điện ;

Với đường đôi sức kéo diesel thấp hơn 27%, so với sức kéo điện ;

Chu kỳ sửa chữa lớn của đầu máy điện dao động từ 1.600.000 km đến 2.000.000 km, trong khi chu kỳ sửa chữa lớn của đầu máy diesel chỉ từ 700.000 km đến 900.000 km Điều này cho thấy đầu máy điện có chu kỳ sửa chữa lớn dài gấp đôi so với đầu máy diesel.

Nghiên cứu của các tác giả [47], [50], [51], [53], [54] đã chỉ ra nhiều lợi ích của việc sử dụng sức kéo điện trên các tuyến đường sắt điện khí hóa, bao gồm tốc độ chạy tàu cao, khả năng thông qua lớn, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận tải, đặc biệt là trên các tuyến có khối lượng hàng hóa lớn.

Những vấn đề còn tồn tạ cần g ả quyết trong luận án

1.3 Những vấn đề còn tồn tại cần giải quyết trong luận án

1.3.1 Ngoà nước Đường sắt đ ện khí hóa sử dụng sức kéo đ ện đã được nh ều nước trên thế giới nghiên cứu và phát tr ển; trên cơ sở những lợ ích mà sức kéo đ ện mang lạ trong kha thác vận tả đường sắt, các quốc g a có đường sắt phát tr ển vẫn tiếp tục nghiên cứu để áp dụng công nghệ t ên tiến, hiện đạ trong sử dụng các nguồn năng lượng tá tạo cung cấp cho sức kéo để g ảm ch phí vận tả , góp phần g ảm tác động đến môi trường Các công trình ngh ên cứu về sử dụng sức kéo đ ện trên đường sắt đ ện khí hóa của các Tác giả và các tổ chức là những nghiên cứu cụ thể và xuyên suốt trong việc sử dụng sức kéo điện trên đường sắt, nhiều tính toán và kiến nghị là tài liệu và cần được bổ sung trong nghiên cứu sử dụng sức kéo điện trên ĐSVN Để áp dụng các nghiên cứu của các đường sắt nước ngoài về sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam, cần phân tích và làm rõ:

Hiện nay, việc sử dụng sức kéo điện và sức kéo diesel trên Đường sắt Việt Nam (ĐSVN) đang trong tình trạng đáng chú ý Sức kéo diesel, mặc dù phổ biến, lại gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, bao gồm ô nhiễm không khí và tiếng ồn Ngược lại, sức kéo điện được xem là giải pháp bền vững hơn, giúp giảm thiểu ảnh hưởng xấu đến môi trường Phân tích và đánh giá chi tiết về hai loại sức kéo này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về lợi ích và thách thức trong việc phát triển hệ thống giao thông đường sắt thân thiện với môi trường.

Dựa trên thực tế nền kinh tế Việt Nam và các quy định hiện hành, việc hoàn thiện cơ sở lý luận về các vấn đề khoa học kinh tế liên quan đến sức kéo điện là cần thiết Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành giao thông vận tải và công nghiệp.

Hệ thống hóa và hoàn thiện mô hình tính toán các lợi ích khi sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam

Các nghiên cứu đã tổng hợp quá trình hình thành và phát triển đường sắt điện khí hóa tại Việt Nam và trên thế giới, đồng thời đánh giá ưu điểm và hạn chế của việc sử dụng sức kéo điện và diesel trên đường sắt Việt Nam Những lợi ích của sức kéo điện đã được nêu rõ, cùng với xu hướng phát triển sức kéo điện trong tương lai toàn cầu.

Nghiên cứu trong nước đã chỉ ra rằng đầu tư vào điện khí hóa đường sắt và sử dụng sức kéo điện mang lại nhiều lợi ích quan trọng, đặc biệt trên các tuyến đường có khối lượng vận chuyển lớn Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ này cũng gặp phải một số thách thức và yêu cầu về điều khiển hệ thống đường sắt điện khí hóa.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng sức kéo điện trong ngành đường sắt Việt Nam mang lại nhiều lợi ích kinh tế Tuy nhiên, cơ sở lý luận và các căn cứ khoa học kinh tế liên quan đến việc áp dụng sức kéo điện vẫn cần được hoàn thiện để phù hợp với điều kiện thực tế của hệ thống đường sắt trong nước.

Việc xây dựng mô hình tính toán lợi ích từ sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam cần dựa trên khung lý thuyết phù hợp với điều kiện địa phương Điều này bao gồm các yếu tố kinh tế, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững Ngoài ra, cần xem xét vấn đề cung cấp năng lượng cho sức kéo và hiệu quả chạy tàu khi áp dụng công nghệ này.

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến các khái niệm khoa học về cơ sở khoa học và kinh tế, nhưng việc áp dụng sức kéo điện trong ngành đường sắt Việt Nam vẫn cần được làm rõ Cần thiết phải tổng hợp, khái quát và thống nhất các vấn đề cụ thể liên quan đến việc sử dụng sức kéo điện để đảm bảo hiệu quả và tính khả thi trong triển khai.

Nghiên cứu về việc sử dụng sức kéo đầu máy điện tại Việt Nam đã được thực hiện trong nhiều năm qua, với một số dự án đầu tư như tuyến đường sắt cao tốc Bắc – Nam đã hoàn thiện ở bước tiền khả thi Tuy nhiên, các nghiên cứu này chưa đi sâu vào việc xác định lợi ích của việc sử dụng sức kéo điện Đặc biệt, ĐSVN hiện chưa có tuyến đường sắt nào được điện khí hóa, dẫn đến việc chưa có đầu máy điện hoạt động trên đường sắt, gây khó khăn cho tính thực tiễn và việc thu thập dữ liệu cập nhật cho các nghiên cứu.

Khoảng trống nghiên cứu

Chưa có sự thống nhất trong quy trình nghiên cứu lý luận về khoa học kinh tế liên quan đến việc sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam Các mô hình tính toán kinh tế cho việc này vẫn chưa được đề cập cụ thể, và lợi ích từ việc sử dụng sức kéo điện chưa được phân tích, tính toán và lượng hóa đầy đủ Hơn nữa, trong việc xây dựng cơ sở lý luận về kinh tế sử dụng sức kéo điện, cả trong nước và quốc tế, chưa có sự chú trọng đến môi trường và an ninh năng lượng trong bối cảnh kinh tế và xã hội cụ thể.

Xác định vấn đề cần g ả quyết trong luận án

Việc tiếp thu kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về cơ sở khoa học kinh tế sử dụng sức kéo điện trên đường sắt là nền tảng quan trọng cho luận án Các nghiên cứu quốc tế và điều kiện thực tế của Việt Nam cần được phân tích cụ thể khi đề xuất áp dụng Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, cần hoàn thiện cơ sở lý luận và khung lý thuyết về cơ sở khoa học kinh tế sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam, đồng thời xây dựng mô hình tính toán lợi ích khi áp dụng sức kéo điện trong điều kiện khai thác trên ĐSVN, cũng như xác định các khoảng trống cần được nghiên cứu bổ sung.

Cơ sở lý luận của nghiên cứu khoa học kinh tế về việc sử dụng sức kéo điện trên Đường sắt Việt Nam tập trung vào việc đánh giá và phân tích những bất cập trong việc sử dụng sức kéo diesel Nghiên cứu sẽ phân tích ảnh hưởng cụ thể của khí thải từ đầu máy diesel và dầu thải trong quá trình sử dụng, đồng thời xem xét tác động của chúng đối với môi trường và sức khỏe con người Khung lý thuyết được áp dụng nhằm mục đích giải quyết các vấn đề nêu trên, từ đó đưa ra những giải pháp khả thi cho việc cải thiện hiệu quả và bền vững trong ngành đường sắt.

Vấn đề cung cấp nguồn năng lượng cho sức kéo

Khả năng cạnh tranh của vận tải đường sắt với các phương thức vận tải khác trong giao thông vận tải hiện nay đang gặp khó khăn, đặc biệt khi tất cả các tuyến đường sắt đều chưa được điện khí hóa và chỉ sử dụng sức kéo diesel Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất và chi phí vận hành, khiến vận tải đường sắt kém hấp dẫn hơn so với các lựa chọn khác.

Hoàn thiện các mô hình tính toán lợ ích từ việc sử dụng sức kéo điện là cần thiết; đồng thời, việc phân tích và lượng hóa sẽ giúp xác định các chỉ tiêu lợ ích cụ thể một cách chính xác.

Tiến hành lượng hóa các chỉ t êu lợ ích kh sử dụng sức kéo đ ện trên ĐS

Việt Nam đang phát triển một tuyến đường sắt điện cao tốc cụ thể, nhằm chứng minh hiệu quả và đóng góp của việc sử dụng sức kéo điện trên các tuyến đường sắt đô thị Sự chuyển đổi này không chỉ nâng cao hiệu suất vận tải mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng Việc áp dụng công nghệ điện trong giao thông đường sắt sẽ mở ra nhiều cơ hội phát triển bền vững cho hệ thống giao thông vận tải của Việt Nam.

Quy trình nghiên cứu

Luận án nghiên cứu tổng quan tài liệu về việc sử dụng sức kéo điện trên đường sắt, cả trong nước và quốc tế, nhằm hoàn thiện cơ sở lý luận về kinh tế học ứng dụng trên đường sắt Việt Nam Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng xây dựng khung lý thuyết và đề xuất mô hình toán học để tính toán lợi ích kinh tế từ việc sử dụng sức kéo điện Đặc biệt, luận án tập trung vào việc lượng hóa các lợi ích kinh tế thông qua việc phân tích sử dụng sức kéo điện trên tuyến đường sắt tốc độ cao Sài Gòn – Nha Trang.

Việc nghiên cứu và ứng dụng sức kéo điện trên đường sắt đã được triển khai tại nhiều quốc gia có hệ thống đường sắt điện khí hóa Sự kết hợp giữa điện khí hóa và sức kéo điện đang tạo ra những bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực vận tải đường sắt, nâng cao tốc độ chạy tàu, năng lực chuyên chở, đồng thời cải thiện an toàn, tiện nghi và hiệu quả kinh tế Điều này giúp tăng cường khả năng cạnh tranh của vận tải đường sắt so với các phương tiện giao thông khác như ô tô và hàng không.

Dựa trên tài liệu tổng quan về điện khí hóa và sức kéo điện, luận án đã tổng hợp và trình bày các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến việc sử dụng sức kéo điện trên đường sắt.

Sức kéo điện mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội trên các tuyến đường sắt có nhu cầu vận tải lớn, nhờ vào công suất và tốc độ của đầu máy điện cao hơn, cùng với hiệu suất sử dụng năng lượng tốt hơn so với sức kéo diesel.

Sử dụng sức kéo điện mang lại lợi ích lớn cho môi trường, vì nó không phát thải khí độc hại ra không khí và không tạo ra dầu thải làm ô nhiễm đất và nước.

+ Đặc tính của đầu máy điện khi sử dụng hãm điện tái sinh cho một phần dòng điện trở về lưới điện;

Sử dụng sức kéo điện trên đường sắt giúp tiết kiệm chi phí sửa chữa đầu máy và giảm thiểu nhu cầu về cơ sở vật chất so với sức kéo diesel.

Luận án này tập trung vào việc hoàn thiện cơ sở lý luận về khoa học kinh tế liên quan đến việc sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam Nghiên cứu sẽ phát triển khung lý thuyết và các mô hình toán học nhằm định lượng các lợi ích của việc áp dụng sức kéo điện trong bối cảnh cụ thể của đất nước.

Các nội dung này được thực hiện ở chương 2.

Cơ sở lý thuyết kinh tế

Lý thuyết kinh tế là việc xây dựng các mô hình phản ánh mối quan hệ giữa các biến số kinh tế để kiểm định giả thuyết qua số liệu thực nghiệm Nếu giả thuyết không phù hợp với thực tế, nó cần được điều chỉnh hoặc thay thế Kinh tế học, một môn khoa học xã hội, nghiên cứu sản xuất, phân phối và tiêu dùng hàng hóa và dịch vụ, đồng thời quản lý nguồn tài nguyên khan hiếm Mục tiêu của kinh tế học là giải thích cách thức hoạt động của nền kinh tế và tương tác giữa các tác nhân kinh tế Kinh tế học được coi là "khoa học của sự lựa chọn", tập trung vào việc sử dụng nguồn lực hạn chế để thỏa mãn nhu cầu con người Nội dung khái niệm kinh tế đã mở rộng theo sự phát triển xã hội, với kinh tế được xem là hoạt động tạo ra giá trị nhằm đáp ứng nhu cầu của con người và xã hội Khoa học kinh tế được chia thành hai nhóm chính, phản ánh sự phát triển trong mối quan hệ kinh tế.

Kinh tế học lý luận (lý thuyết kinh tế) - chuyên nghiên cứu bản chất, nội dung và quy luật phát triển chung nhất của các quá trình kinh tế

Kinh tế học ứng dụng nghiên cứu các chức năng cụ thể trong quản lý kinh tế, nhằm phát triển lý thuyết và phương pháp quản lý có thể áp dụng cho từng ngành kinh tế riêng biệt.

Kinh tế học được chia thành hai lĩnh vực chính: kinh tế học vi mô và kinh tế học vĩ mô Các nhà kinh tế học phân tích các vấn đề kinh tế ở hai mức độ khác nhau, tương ứng với vi mô và vĩ mô.

Kinh tế học vi mô và vĩ mô là hai phần quan trọng của môn kinh tế học, có mối quan hệ chặt chẽ với nhau Để quản lý kinh tế hiệu quả, cần giải quyết vấn đề ở cả hai cấp độ vi mô và vĩ mô Nếu chỉ chú trọng vào tối đa hóa lợi nhuận doanh nghiệp mà không có sự can thiệp của chính phủ, nền kinh tế sẽ khó phát triển ổn định và công bằng Kinh tế học vĩ mô nghiên cứu các tổng mức và tập kinh tế, bao gồm các khái niệm như mức thất nghiệp, lạm phát, năng suất, lãi suất, thâm hụt ngân sách và thâm hụt ngoại thương Trong khi đó, kinh tế học vi mô tập trung vào các mối quan hệ giữa các bộ phận khác nhau của nền kinh tế.

2.1.2 Khá n ệm khoa học và k nh tế

Khoa học là quá trình nghiên cứu nhằm khám phá kiến thức và học thuyết mới về tự nhiên và xã hội Những kiến thức và học thuyết mới này có thể thay thế dần những cái cũ, không còn phù hợp.

Khoa học là một hệ thống tri thức về các qui luật của vật chất, sự vận động của chúng, cũng như những qui luật tự nhiên, xã hội và tư duy Hệ thống tri thức này được hình thành qua lịch sử và liên tục phát triển dựa trên thực tiễn xã hội, bao gồm cả tri thức kinh nghiệm và tri thức khoa học.

Tri thức kinh nghiệm là những hiểu biết được tích lũy từ hoạt động sống hàng ngày, phản ánh mối quan hệ giữa con người với nhau và với thiên nhiên Quá trình này giúp con người hiểu rõ hơn về sự vật, cách quản lý thiên nhiên và xây dựng mối quan hệ xã hội Mặc dù tri thức kinh nghiệm được sử dụng và phát triển trong thực tiễn, nhưng nó vẫn chưa đi sâu vào bản chất và các thuộc tính của sự vật cũng như mối quan hệ nội tại giữa con người và sự vật Do đó, tri thức kinh nghiệm chỉ đạt đến một mức độ hiểu biết hạn chế, nhưng nó là nền tảng cho sự hình thành tri thức khoa học.

Tri thức khoa học là những hiểu biết được hệ thống hóa thông qua nghiên cứu khoa học, nhằm xác định và áp dụng phương pháp khoa học Khác với tri thức kinh nghiệm, tri thức khoa học dựa vào kết quả quan sát và thí nghiệm, cũng như các sự kiện ngẫu nhiên trong xã hội và tự nhiên Nó được tổ chức theo các ngành và bộ môn khoa học như triết học, sử học, kinh tế học, toán học, và sinh học.

Cơ chế kinh tế là sự tương tác và diễn biến nội tại của hệ thống kinh tế trong quá trình phát triển Mỗi bộ phận và yếu tố cấu thành nền kinh tế đều ảnh hưởng lẫn nhau, tạo nên sự vận động tổng thể của toàn bộ hệ thống kinh tế.

Khung lý thuyết được sử dụng để xác định phạm vi dữ liệu liên quan bằng cách tập trung vào các biến cụ thể và quan điểm phân tích của nhà nghiên cứu Nó giúp làm rõ các khái niệm và biến theo các định nghĩa đã cho, đồng thời tạo điều kiện cho việc xây dựng kiến thức mới thông qua việc xác nhận hoặc thách thức các giả định lý thuyết.

Cơ sở lý thuyết định lượng quản trị

Lý thuyết định lượng là công cụ nghiên cứu do người điều tra phát triển nhằm kiểm tra suy luận thông qua các phương pháp thống kê cụ thể Lý thuyết này được xây dựng một cách logic dựa trên những kiến thức hiện có về chủ đề, đồng thời xem xét khả năng đo lường các khái niệm hoặc biến số liên quan.

Trường phái định lượng, hay còn gọi là trường khoa học quản lý, được định nghĩa bởi RM Hodgetts là một tập hợp các công cụ và phương pháp định lượng Những công cụ này nhằm hỗ trợ các nhà quản lý trong việc đưa ra những quyết định phức tạp liên quan đến hoạt động và sản xuất.

Khoa học quản lý, hay nghiên cứu hoạt động, sử dụng các mô hình toán học như lập trình tuyến tính, lý thuyết xác suất và lý thuyết cấu trúc tài chính để phân tích và giải quyết vấn đề quản lý Bằng cách điều chỉnh giá trị của các biến trong mô hình, các phương trình có thể được giải quyết thông qua các chương trình tính toán, giúp xác định ảnh hưởng của từng thay đổi đối với biến phụ thuộc, từ đó đưa ra giải pháp tối ưu và hợp lý cho các vấn đề quản lý.

Doanh nghiệp là một hệ thống mở có mối liên hệ chặt chẽ với môi trường xung quanh, bao gồm khách hàng, nhà cung cấp và đối thủ cạnh tranh, với mục tiêu chính là tạo ra lợi nhuận Hệ thống này bao gồm nhiều phân hệ tương tác như công nghệ, nhân sự, tài chính, tổ chức, quản trị và kiểm tra Các yếu tố đầu vào như vật tư, nhân công và vốn trải qua quá trình biến đổi để trở thành sản phẩm hoặc dịch vụ Sự thành công của doanh nghiệp phụ thuộc vào mối quan hệ tương tác với môi trường, giúp tiêu thụ sản phẩm/dịch vụ và tạo ra doanh thu để bù đắp chi phí đầu vào, đồng thời đầu tư cho sự phát triển và cải thiện đời sống nhân viên.

- Định lượng là sự nối dài của trường phái cổ điển (quản trị một cách khoa học)

Trường phái định lượng đã trở thành một phần thiết yếu trong hầu hết các tổ chức hiện đại, nhờ vào việc áp dụng các kỹ thuật phức tạp Hiện nay, khoa học quản trị, quản trị tác nghiệp và quản trị hệ thống thông tin đóng vai trò quan trọng đối với các nhà quản trị, giúp họ đưa ra quyết định hiệu quả hơn.

Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

Theo Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (luật số 50/2010-QH12) ban hành năm 2010,[26]:

1 Năng lượng bao gồm nhiên liệu, điện năng, nhiệt năng thu được trực tiếp hoặc thông qua chế biến từ các nguồn tài nguyên năng lượng không tái tạo và tái tạo

2 Tài nguyên năng lượng không tái tạo gồm than đá, khí than, dầu mỏ, khí thiên nhiên…và các tài nguyên năng lượng khác không có khả năng tái tạo

3 Tài nguyên năng lượng tái tạo gồm sức nước, sức gió, ánh sáng mặt trời, địa nhiệt, nhiên liệu sinh học và các tài nguyên năng lượng khác có khả năng tái tạo

4 Nhiên liệu là các dạng vật chất được sử dụng trực tiếp hoặc qua chế biến để làm chất đốt

5 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là việc áp dụng các biện pháp quản lý và kỹ thuật nhằm giảm tổn thất, giảm mức tiêu thụ năng lượng của phương tiện, thiết bị mà vẫn bảo đảm nhu cầu, mục tiêu đặt ra

6 Hiệu suất năng lượng là chỉ số biểu thị khả năng của phương tiện, thiết bị chuyển hoá năng lượng sử dụng thành năng lượng hữu ích

1 Phù hợp với chiến lược, quy hoạch tổng thể về năng lượng, chính sách an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường

2 Được thực hiện thường xuyên, thống nhất từ quản lý, khai thác tài nguyên năng lượng đến khâu sử dụng cuối cùng

3 Là trách nhiệm của cơ quan quản lý nhà nước, quyền và nghĩa vụ của tổ chức, hộ gia đình, cá nhân và toàn xã hội

2.3.2 Các quy định về tiết kiệm và sử dụng năng lượng trong giao thông vận tải Theo [26], các biện pháp tiết kiệm và sử dụng năng lượng trong GTVT, được cụ thể như sau:

Khuyến khích tổ chức và cá nhân tham gia vào tư vấn, thiết kế và đầu tư phát triển giao thông vận tải công cộng Đồng thời, thúc đẩy sản xuất và sử dụng phương tiện giao thông tiết kiệm năng lượng Nâng cao việc khai thác và mở rộng ứng dụng của khí hóa lỏng, khí thiên nhiên, điện, nhiên liệu hỗn hợp và nhiên liệu sinh học như những giải pháp thay thế cho xăng, dầu.

- Tối ưu hóa tuyến, phương tiện vận tải, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng;

- Xây dựng và áp dụng quy định về bảo dưỡng, sửa chữa phương tiện giao thông vận tải thuộc phạm vi quản lý để giảm tiêu thụ nhiên liệu;

- Ứng dụng các giải pháp công nghệ, quản lý, tổ chức vận tải nhằm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

2.3.3 Tiết kiệm năng lượng để giảm giá thành, giảm tác động đến môi trường

Năng lượng trong cơ sở sản xuất tồn tại dưới nhiều hình thức như điện, nhiên liệu, nước lạnh, nước nóng và hơi nước Trong các cơ sở sửa chữa đầu máy toa xe, chu trình sản xuất được hình thành nhờ sự kết hợp nhiều loại thiết bị Để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, việc xây dựng mối quan hệ hệ thống giữa thiết bị và dòng năng lượng là rất quan trọng Khái niệm dòng năng lượng và mối quan hệ với tiết kiệm năng lượng có thể được biểu diễn rõ ràng.

Dựa trên sơ đồ tối ưu hóa năng lượng, có thể thiết lập các tiêu chí đánh giá hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng hợp lý.

+ Hợp lý hóa quá trình cháy nhiên liệu

+ Hợp lý hóa quá trình làm nóng, làm lạnh và truyền nhiệt

+ Thu hồi, tận dụng nhiệt thải

+ Hợp lý hóa quá trình biến đổi nhiệt năng thành động năng

+ Phòng chống tổn thất nhiệt liên quan đến bức xạ, dẫn nhiệt, đối lưu

+ Hợp lý hóa quá trình biến đổi điện năng thành động năng

Hình 2.1 Sơ đồ tối ưu hóa sử dụng năng lượng

(Nguồn: Tập hợp từ [58]) 2.3.4 Sử dụng tiết kiệm năng lượng trong vận tải đường sắt

Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được quy định trong Luật của Việt Nam Trong lĩnh vực nhiên liệu và năng lượng của ngành Đường sắt, nguồn tiêu thụ nhiên liệu và năng lượng chủ yếu tập trung vào việc tạo ra lực kéo cho đoàn tàu, vì vậy việc thực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng là rất cần thiết.

Thiết bị chuyển đổi năng lượng

Thiế t bị vậ n chuyể n nă ng lượng

Tối thiểu hóa năng lượng cung cấp

Thiế t bị chuyể n đ ổ i nă ng lượng

Thiết bị vận chuyển năng lượng

Tối đa hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng

Tối thiểu hóa tổn thất do chuyển đổi năng lượng

Tối thiểu hóa nhu cầu năng lượng và tiết kiệm năng lượng là yếu tố quan trọng trong ngành đường sắt, đặc biệt liên quan đến tiêu thụ năng lượng của các tuyến đường sắt như tổ chức chạy tàu, sức kéo và cung cấp điện Cần thực hiện đánh giá và xác định thứ tự ưu tiên trong việc tiết kiệm năng lượng thông qua việc theo dõi các thay đổi và kết quả, từ đó điều chỉnh chính sách tiết kiệm hợp lý nhằm giảm tác động đến môi trường và hạ giá thành sản phẩm.

Công tác tiết kiệm năng lượng trong vận tải đường sắt là rất quan trọng, vì chi phí năng lượng ảnh hưởng lớn đến giá thành vận chuyển Việc sử dụng nhiên liệu hợp lý không chỉ giúp giảm chi phí mà còn bảo vệ môi trường Đường sắt Việt Nam đã ban hành quy định về việc sử dụng điều hòa trên toa xe khách và tối ưu hóa công tác điều hành để tận dụng tối đa công suất đầu kéo Bên cạnh đó, việc bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ và khoán mức tiêu thụ nhiên liệu cho các đơn vị sử dụng đầu máy cũng được chú trọng Đặc biệt, trong sử dụng sức kéo điện, khối lượng vận chuyển là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiên liệu và hiệu quả năng lượng Thống kê cho thấy, khi khối lượng vận tải giảm, cường độ năng lượng riêng tăng, dẫn đến việc tiêu thụ điện cho sức kéo tăng 15% và nhiên liệu diesel tăng 25%.

Lý thuyết về giao thông điện

2.4.1.Một số khá n ệm Đường sắt Quốc gia [28] phục vụ nhu cầu vận tả chung của cả nước, từng vùng k nh tế và l ên vận quốc tế Đường sắt đô thị [28] phục vụ vận tả hành khách ở đô thị, vùng phụ cận Đường sắt tốc độ cao [28], đường sắt tốc độ cao được thiết kế theo các dải tốc độ thiết kế: ≥ 200 km/h đến ≤ 250 km/h; ≤ 300 km/h; ≤ 350 km/h Đường sắt khổ 1435 mm được chia thành các cấp kỹ thuật sau [28],[37]:

- Đường sắt cấp 1 - khổ 1435 mm, tốc độ ≤ 200 km/h;

- Đường sắt cấp 2 - khổ 1435 mm, ≤ 160 km/h;

- Đường sắt cấp 3 - khổ 1435 mm ≤ 120 km/h

+ Điện sức kéo: Sử dụng điện xoay chiều 25 kV, 1 pha, tần số 50Hz

Phương thức động lực trong hệ thống đường sắt bao gồm động lực phân tán (EMU) và động lực tập trung Đường sắt khổ 1.000 mm được phân chia thành các cấp kỹ thuật khác nhau, đảm bảo hiệu suất và an toàn trong vận tải.

- Đường sắt cấp 1 - khổ 1000 mm, ≤ 120 km/h

- Đường sắt cấp 2 - khổ 1000 mm, ≤ 100 km/h

- Đường sắt cấp 3 - khổ 1000 mm, ≤ 60 km/h

Khái niệm về sức kéo điện:

Theo [12],[16],[46] được định nghĩa như sau:

Sức kéo sinh ra trong quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng nhờ động cơ điện kéo đặt trên phương tiện giao thông điện

Khái niệm về hệ thống điện khí hóa đường sắt:

Hệ thống điện khí hóa đường sắt cung cấp năng lượng điện cho các đoàn tàu và xe điện mà không cần đầu máy chạy bằng nhiên liệu Thay vào đó, điện khí hóa sử dụng đầu máy tàu điện để kéo theo các toa chở khách hoặc hàng hóa, tạo ra hình thức động lực tập trung hiệu quả.

Hãm động năng với động cơ điện kéo được sử dụng như máy phát điện [12],[16]:

- Khi dòng điện sinh ra được cấp vào điện trở, được gọi là hãm điện trở;

Hãm tái sinh là quá trình khi dòng điện được sinh ra quay trở lại nguồn cấp điện Đầu máy thường được thể hiện bằng công suất kVA (Kilovolt ampe) và kW (kilowatt).

HP: Sức ngựa, hay còn gọ là mã lực;

Các thông số của Hệ thống điện khí hóa [12],[16],[21], [47] gồm các thông số chính:

Dòng điện một chiều (DC)

Dòng điện xoay chiều (AC)

+ Hệ thống tiếp đ ện: Đường sắt thứ ba Đường sắt thứ tư Đường dây trên cao (dây xích)

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của dòng điện.

Trạm biến áp là thành phần quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện, bao gồm nhiều thiết bị trung và hạ thế được thiết kế theo tiêu chuẩn và quy cách phù hợp với từng mức công suất.

Hình 2.2 Đầu máy điện tàu khách và tàu hàng của đường sắt cao tốc nước Lào

Tiếp xúc điện là điểm kết nối giữa hai vật dẫn điện, cho phép dòng điện truyền từ vật dẫn này sang vật dẫn khác Quá trình lấy điện từ mạng lưới điện đến đầu máy được thực hiện thông qua tiếp xúc trượt, sử dụng cần lấy điện gắn trên đầu máy.

Nguyên tắc lựa chọn hệ thống điện khí hóa đường sắt

Việc lựa chọn hệ thống điện khí dựa trên yếu tố kinh tế, bao gồm chi phí cung cấp năng lượng, bảo trì và vốn đầu tư so với doanh thu từ vận tải hàng hóa và hành khách Các hệ thống điện khí hóa khác nhau được áp dụng cho các khu vực đô thị và liên tỉnh, với khả năng chuyển đổi điện áp của một số đầu máy điện để tăng tính linh hoạt trong vận hành Đường sắt điện khí hóa gồm hai bộ phận chính: đầu máy điện và hệ thống lưới điện kéo Đầu máy điện đóng vai trò là động lực kéo, được phân loại dựa trên dòng điện sử dụng.

Đầu máy điện một chiều (MC-MC, DC-DC) là nguồn điện cấp từ lưới tiếp xúc một chiều, sử dụng động cơ điện kéo một chiều để vận hành.

XC-MC, (AC-DC), xoay chiều - một chiều là hệ thống đầu máy điện hỗn hợp, sử dụng nguồn điện cấp từ lưới điện xoay chiều một pha Nguồn điện này được chỉnh lưu qua các cụm chỉnh lưu công suất, tạo ra điện một chiều cung cấp cho các động cơ điện kéo một chiều.

Đầu máy điện xoay chiều (AC) sử dụng nguồn điện từ lưới điện xoay chiều để cung cấp năng lượng cho động cơ điện Các đầu máy này thường được ký hiệu là XC-XC hoặc AC-AC, cho thấy tính năng và ứng dụng của chúng trong hệ thống vận tải.

MC-XC (DC-AC) là một đầu máy điện hỗn hợp, sử dụng nguồn điện một chiều từ lưới điện và chuyển đổi thành dòng xoay chiều ba pha Dòng điện này được cung cấp cho các động cơ điện kéo xoay chiều ba pha, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Hiện nay, trên các tuyến đường sắt quốc gia, xu hướng sử dụng động cơ xoay chiều cho đầu máy điện đang gia tăng, trong khi đường sắt đô thị chủ yếu sử dụng điện một chiều Đặc điểm cấu trúc của đầu máy điện bao gồm nhiều yếu tố quan trọng.

- Thùng xe đặt trên các g á chuyển hướng (GCH), khung g á chuyển hướng cùng vớ lò so, nhíp và hộp ổ trục có các ổ bi liên kết vớ các cặp bánh xe

- Các cặp bánh xe của đầu máy đ ện được dẫn động bở các động cơ đ ện kéo

Trên đầu máy điện, có nhiều thiết bị điện được lắp đặt nhằm khởi động các động cơ kéo, điều chỉnh tốc độ và bảo vệ hệ thống.

Ngoài ra, còn tồn tại các hệ thống khác như làm mát cho động cơ điện kéo và các thiết bị điều khiển như máy phát điện, quạt thông gió, được gọi là các máy phụ.

Nâng cao tốc độ chạy tàu, tăng năng lực thông qua của tuyến đường

2.7.1 Khá n ệm về b ểu đồ chạy tàu

Chu kỳ của BĐCT là thời gian mà một nhóm đoàn tàu chiếm dụng khu gian, đặc trưng cho một loại BĐCT cụ thể Mối quan hệ giữa Tck và Kck thể hiện thời gian chiếm dụng khu gian của một đoàn tàu hoặc đôi tàu Đặc điểm của BĐCT đường đô là các hướng chạy được cố định trên một đường chính, cho phép hai đoàn tàu ngược chiều có thể tránh nhau tại ga hoặc ngoài khu gian.

Trên đoạn đường đô thị không có hệ thống đóng đường tự động, việc áp dụng biện pháp điều chỉnh giao thông kế tiếp (không chạy đuổi) giúp xác định năng lực thông qua của một hướng.

Trong đó, n là số đoàn tàu và 1440 là số phút trong một ngày/đêm Thời gian chạy của đoàn tàu được ký hiệu là t, trong khi τkt là thời gian gián cách để chạy đoàn tàu thứ hai Thời gian dành cho sửa chữa kết cấu hạ tầng được ký hiệu là t kỹ, và các loại thời gian này đều được tính bằng phút Hệ số αt được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của thiết bị, và hệ số này được xác định thông qua thực nghiệm.

Hình 2.11 minh họa quá trình gián cách giữa hai đoàn tàu chạy kế tiếp Theo đó, đoàn tàu S1 xuất phát từ ga A và di chuyển đến ga B, trong khi trực ban chạy tàu đã hoàn tất việc đón đoàn tàu S1 Sau đó, đoàn tàu S3 được phép xuất phát để tiếp tục hành trình đến ga B.

Trên các đoạn đường đô thị có hệ thống đường tự động hoặc bán tự động, việc tổ chức chạy đuổi cần phải chiếm dụng khu vực hạn chế của đoàn tàu Trong trường hợp này, cần áp dụng các biện pháp chạy đuổi và tối ưu hóa năng lực thông qua nhiều hướng khác nhau.

Trong đó I là g án cách chạy đuổ

Gán cách thờ gán chạy kế tiếp là khoảng cách ngắn nhất từ đoàn tàu chạy trước đến ga lân cận, hoặc đến nhà ga nơi đoàn tàu thứ hai cùng chiều vào chiếm dụng khu gian.

Để nâng cao năng lực thông qua của khu gán, khu đoạn và tuyến đường, cần cải thiện thời gian chạy kế tiếp phụ thuộc vào các hình thức chạy của đoàn tàu Việc này đòi hỏi phải có hệ thống kết cấu hạ tầng đường sắt hiện đại và phương thức chạy tàu tiên tiến Đặc biệt, việc sử dụng đầu máy tốc độ cao là yếu tố quan trọng giúp giảm thời gian chạy của đoàn tàu.

Xem xét quan hệ g ữa vận tốc và số đô tàu thông qua [17],[33], trong ngành vận tải đường sắt người ta thường sử dụng các khái niệm sau:

Tốc độ chạy tàu là tốc độ trung bình của đoàn tàu trên tuyến đường, không tính thời gian dừng tại các ga và thời gian tăng giảm tốc Chỉ tiêu này phản ánh khả năng hoạt động của thiết bị đầu máy và kết cấu hạ tầng đường sắt.

L: Cự ly khu đoạn, (đơn vị tính là km)

Tch: tổng số thờ g an chạy trong các khu g an của khu đoạn đó không bao gồm thờ g an g a g ảm tốc, (đơn vị tính là g ờ)

Tốc độ kỹ thuật của đoàn tàu được tính là tốc độ chạy bình quân, bao gồm cả thời gian gia giảm tốc nhưng không tính thời gian dừng tại các ga Chỉ tiêu này đánh giá khả năng của thiết bị, trình độ sử dụng thiết bị và một phần tổ chức vận chuyển.

Thời gian tăng tốc (t g) là khoảng thời gian mà đoàn tàu cần để tăng tốc độ sau khi đã dừng lại, được tính bằng giờ Ngược lại, thời gian giảm tốc (t gi) là thời gian cần thiết để đoàn tàu giảm tốc độ nhằm chuẩn bị cho việc dừng lại, cũng được tính bằng giờ.

Năng lực thông qua là số lượng đoàn tàu (hoặc đôi tàu) tối đa có thể di chuyển qua một khu đoạn hoặc tuyến đường trong khoảng thời gian xác định, dưới các điều kiện tổ chức kỹ thuật nhất định.

Năng lực thông qua lớn hay nhỏ phụ thuộc vào :

- Các thiết bị cố định của đường sắt như cầu đường, thiết bị thông tin liên lạc

- Các th ết bị d động là đầu máy, toa xe

- Khả năng, trình độ của con người và phương pháp tổ chức sản xuất

Năng lực chuyên chở là số lượng hàng hóa (hoặc toa xe) có thể được vận chuyển qua một đoạn đường trong một khoảng thời gian nhất định, trong những điều kiện kỹ thuật cụ thể Năng lực này có thể được tính cho cả hai hướng hoặc cho từng hướng riêng biệt của tuyến đường Việc nâng cao năng lực chuyên chở là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất vận tải.

Km/h (2.3) năng lực thông qua hay năng lực chuyên chở đều cùng nhằm một mục đích là tăng khả năng đáp ứng nhu cầu vận chuyển của đường sắt

Năng lực thông qua của khu gian bị ảnh hưởng bởi loại BĐCT chạy tàu và các yếu tố như thời gian chạy, khoảng cách giữa các ga và khoảng cách giữa các tàu chạy đuổi Bên cạnh đó, số lượng đường trên các ga dọc tuyến cũng có vai trò quan trọng trong việc xác định năng lực này.

Công thức dùng để tính năng lực thông qua của khu g an [17] :

Tkỹ là thời gian (phút) trống trên BĐCT tàu để thực hiện sửa chữa cầu đường và thiết bị thông tin Hệ số tính độ tin cậy của thiết bị trong quá trình làm việc là αt, trong khi Tck đại diện cho chu kỳ của BĐCT.

Kck Số đoàn tàu hoặc đô tàu trong 1 chu kỳ của BĐCT (ví dụ trong 1 chu kỳ của BĐCT có 01 đoàn tàu thì Kck =1) ; ck ck t ky K

Chương 2 đã trình bày cơ sở lý luận về việc sử dụng sức kéo điện trên ĐSVN, đồng thời hoàn thiện khung lý thuyết nghiên cứu kinh tế liên quan Nội dung chính của chương tập trung vào các yếu tố khoa học kinh tế, nhằm làm rõ vai trò và lợi ích của sức kéo điện trong ngành đường sắt.

- Cơ sở lý thuyết kinh tế, các khái niệm về lý thuyết kinh tế, kinh tế học, kinh tế Vĩ mô và Vi mô

- Khái niệm khoa học và kinh tế, khái niệm cơ chế kinh tế, khung lý thuyết

- Cơ sở lý thuyết định lượng quản trị

Quá trình hình thành và phát triển mạng lưới đường sắt Việt Nam

Mạng lưới đường sắt Việt Nam

Sau hơn một thế kỷ kể từ khi tuyến đường sắt Sài Gòn - Mỹ Tho được khai thác, mạng lưới đường sắt Việt Nam hiện có tổng chiều dài 3.143 km, trong đó 2.530 km là đường chính tuyến Mạng lưới này bao gồm ba loại khổ đường: khổ 1000 mm chiếm 85%, khổ 1435 mm chiếm 6%, và khổ đường lồng.

1000 mm & 1435 mm (ch ếm 9%) Mật độ đường sắt chính tuyến đạt 7,6 km/1000 km2, chiều dài của mạng lưới ĐSVN, bình quân: 35,135m/1.000 dân và 0,008125 km/km2 lãnh thổ

Mạng lướ đường sắt quốc g a gồm có các tuyến: Hà Nộ – Tp Hồ Chí Minh,

Hà Nội kết nối với Hải Phòng, Đồng Đăng, Lào Cai, Quán Triều, cùng các tuyến Kép - Lưu Xá, Kép - Hạ Long và một số tuyến nhánh khác Tuy nhiên, kết cấu hạ tầng đường sắt Việt Nam vẫn chưa đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, lạc hậu, với tốc độ chạy tàu thấp và năng lực thông qua hạn chế.

Ch ều dà các tuyến đường sắt chính

1 Hà Nộ - Tp Hồ Chí M nh:1726 km (khổ đường 1.000 mm);

2 Hà Nộ – Hả Phòng: 102 km (khổ đường 1.000 mm);

3 Hà Nộ - Đồng Đăng :167 km; khổ lồng (1.000 mm & 1.435 mm);

4 Lưu Xá – Kép : 56 km ((khổ đường 1.435 mm)

5 Đông Anh – Quán Tr ều: 55 km ((lồng 1.000 mm và 1.435 mm);

6 Hà Nộ - Lào Ca : 296 km;(khổ đường 1.000 mm)

7 Kép – Hạ Long - Cá Lân: 128 km (khổ đường 1.435 mm);

Khổ đường sắt và chiều dài các tuyến đường sắt Việt Nam, chi tiết PL1; [8],

Bảng 3.1 Khổ đường sắt và chiều dài tuyến đường sắt Việt Nam

TT Khổ đường Tổng thể Đường chính Đường ga, nhánh

3 Đường lồng (1.000 mm và 1.435 mm), km

((Nguồn: Tổng công ty Đường sắt Việt Nam)

Hình 3.1 Sơ đồ tổng thể mạng lưới đường sắt Việt Nam

(Nguồn: Tổng công ty ĐSVN)

Các loại đầu máy và toa xe đang sử dụng trên các tuyến đường sắt

Về đầu máy đang vận dụng tại ĐSVN

Các loại đầu máy đang sử dụng (đã trình bày ở mục 2.5.1):

Quản lý vận dụng và sửa chữa gồm 5 chi nhánh đầu máy:

1 Chi nhánh Xí nghiệp đầu máy Yên Viên, trụ sở chính tại Yên Viên;

2 Chi nhánh Xí nghiệp đầu máy Hà Nội, trụ sở chính tại TP Hà Nội;

3 Chi nhánh Xí nghiệp đầu máy Vinh, trụ sở chính tại Tp Vinh;

4 Chi nhánh Xí nghiệp đầu máy Đà Nẵng, trụ sở chính tại Tp Đà Nẵng;

5 Chi nhánh Xí nghiệp đầu máy Sài Gòn, trụ sở chính tại TP Hồ Chí Minh + Ngoài 5 địa điểm là các Chi nhánh Xí nghiệp đầu máy, còn các điểm cấp nhiên liệu dọc theo các tuyến đường sắt, như: trạm cấp nhiên liệu tại Lào Cai; trạm Giáp Bát; trạm Thanh Hóa; trạm Huế; trạm Diêu Trì; trạm Nha Trang, v.v

Các loạ toa xe khách (chi tiết PL 2)

Đường sắt Việt Nam hiện đang quản lý và khai thác 1.008 toa xe khách, bao gồm 1.002 toa trên khổ đường 1.000 mm và 6 toa trên khổ đường 1.435 mm Các toa xe khách này có những đặc điểm cơ bản phù hợp với nhu cầu vận tải hành khách trên hệ thống đường sắt.

Toa xe khách khổ 1.000 mm được chia thành hai loại chính: toa xe thế hệ 1 và toa xe thế hệ 2 Trong đó, toa xe khách thế hệ 2 nổi bật với nhiều ưu điểm vượt trội so với thế hệ 1, bao gồm chiều dài lớn hơn, tốc độ thiết kế lên đến 100 km/h, tiện nghi hơn, trang bị điều hòa không khí và sử dụng vật liệu nhẹ, bền.

Toa xe có tự trọng cao từ 30 tấn đến 34 tấn, với khả năng chở hơn 100 hành khách cho loại toa xe khách ngồi mềm 2 tầng Theo quy định hiện hành, các toa xe phục vụ trong đoàn tàu như toa xe hàng ăn, toa xe hành lý và toa xe có lắp máy phát điện đều được gọi là toa xe khách.

Các loạ toa xe hàng

ĐSVN hiện đang quản lý và khai thác tổng cộng 4.370 toa xe hàng, bao gồm 4.056 toa xe chạy trên khổ đường 1.000 mm và 314 toa xe chạy trên khổ đường 1.435 mm Các loại toa xe hàng này có những đặc điểm riêng biệt, phục vụ cho nhu cầu vận chuyển hàng hóa hiệu quả.

+ Số lượng toa xe hàng nh ều, nhưng đa số có thờ g an dử dụng đã lâu, khoảng 60% thờ g an sử dụng trên 25 năm;

+ Trọng tả toa xe thấp, loạ toa xe hàng 1.000 mm, chỉ có tả trọng tố đa từ

+ Toa xe dùng trên khổ đường sắt 1.435 mm ít và th ếu, lạc hậu kỹ thuật + Tốc độ kỹ thuật ≤ 80 km /h;

+ Trong các năm gần đây ĐSVN chủ yếu là đóng các loạ toa xe hàng conta ner khổ đường 1.000 mm;

Toa xe lắp máy phát đ ện trên các đoàn tàu khách

Hiện tại, ĐSVN đang vận hành hơn 60 toa xe CV-PĐ, trong đó có những toa xe được trang bị 02 máy phát điện có công suất từ 400 kVA trở lên.

480 kVA), loạ này chủ yếu dùng trên tuyến đường sắt Bắc - Nam, một số toa xe lắp

Máy phát điện có công suất từ 100 kVA đến 380 kVA thường được sử dụng cho các đôi tàu địa phương, đặc biệt là trên các tuyến như Hà Nội - Lào Cai và Hà Nội - Hải Phòng Ngoài ra, loại máy này cũng phục vụ cho các khu đoạn trên tuyến Thống Nhất, bao gồm khu đoạn Hà Nội - Vinh và Sài Gòn - Phan Thiết.

Các tổ hợp máy phát đ ện thường dùng trên các đoàn tàu khách h ện nay + Các loạ có công suất nhỏ: Com n 100 kVA; Comin 135 DGFA, Comin

+ Các loạ công suất trung bình và lớn: Wilson 300 kVA, DEUTZ DS 420 kVA;

Broadrow 380 kVA – 475 kVA, Caterpila 380 kVA – 425 kVA

Các loại máy phát điện trên đều hoạt động với điện áp từ 220V đến 380V và tần số 50 Hz Mỗi toa xe CV-PĐ được trang bị thùng nhiên liệu dự trữ với mức dự trữ từ 500 kg đến 1200 kg Nhiên liệu này được cung cấp cho các máy phát điện tập trung, phục vụ cho các chi nhánh của Xí nghiệp toa xe tại Hà Nội, Đà Nẵng và Sài Gòn.

Về tổ chức quản lý và sản xuất kinh doanh

Trải qua nhiều mô hình tổ chức và quản lý, đến nay có nhiều thay đổi [8]: Kết cấu hạ tầng đường sắt sử dụng ngân sách nhà nước

Tổng Công ty Đường sắt Việt Nam chịu sự quản lý của Ủy ban quản lý vốn Nhà nước

Tổng công ty quản lý các công ty cổ phần vận tải, công ty cổ phần quản lý đường sắt, thông tin tín hiệu, các ban quản lý dự án và các chi nhánh xí nghiệp đầu máy.

Tổng công ty ĐSVN tổ chức hạch toán vận tải được tổ chức như sau:

Các Công ty Cổ phần vận tả phả trả Tổng Công ty ĐSVN các khoản chi cơ bản:

- Sức kéo đầu máy (khách, hàng, dồn, …);

- Nộp phí sử dụng kết cấu hạ tầng ĐS;

- Các khoản chi phí quản lý và các chi phí khác

Các công ty cổ phần vận tải hạch toán độc lập thực hiện thỏa thuận về đơn giá thuê hàng năm để hạn chế cạnh tranh không đáng có và chống chéo về khách hàng Tổng công ty đóng vai trò trung gian trong việc lựa chọn khách hàng có nhu cầu vận chuyển, nhằm thống nhất các biện pháp xử lý hiệu quả.

Sản lượng và Doanh thu và thị phần vận tả đường sắt

Trong những năm gần đây, sản lượng vận tả hành khách và hàng hóa bằng ĐS có mức tăng trưởng thấp [8], chi tiết PL3:

Cạnh tranh trong vận tải hành khách giữa đường sắt, hàng không và ô tô ngày càng gay gắt Ở cự ly dài trên 1000 km, vận tải hàng không ghi nhận mức tăng trưởng hàng năm trên 10% Trong khi đó, vận tải ô tô ở cự ly ngắn dưới 300 km có mức tăng trưởng bình quân 12% mỗi năm Thị phần vận tải hành khách của đường sắt tiếp tục giảm và đến năm 2019 chỉ còn chiếm 1,37%.

Thị phần vận tải hàng hóa bằng đường sắt đang giảm dần so với các phương thức khác, đặc biệt là vận tải ô tô Cụ thể, từ 1,82% vào năm 2010, thị phần này đã giảm xuống còn 1,17% vào năm 2019 trong tổng lượng hàng hóa vận chuyển Sự sụt giảm này còn bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh COVID-19 trong các năm 2020 và 2021, dẫn đến sản lượng vận tải và doanh thu giảm thấp.

Doanh thu vận tải qua các năm của ĐSVN, được thể hiện ở bảng 3.2

Bảng 3.2 Sản lượng và doanh thu vận tải đường sắt

STT Chỉ tiêu Đơn vị Năm

1 Tấn xếp hàng hóa 1000 tấn 5.664,8 5.128,6 5.102,3 5.619,2

2 Tấn Km hàng hóa Triệu Tkm 3.989,4 3.742,3 3.758,5 4.231,2

3 Doanh thu hàng Tỷ đồng 1.449,4 1.449,6 1.516,3 1.684,6

5 Hành khách KM Triệu HKkm 3.542,7 3.184,6 1.515,3 600,5

6 Doanh thu khách Tỷ đồng 2.814,5 2.758,4 1.332,3 537,6

7 Tấn xếp hành lý Ngàn tấn 53,675 52,990 41,527 15,747

8 Hành lý luân chuyển 1000 Tkm 49,628 49,193 43,170 16,754

9 Doanh thu hành lý Tỷ đồng 62,8 63,9 56,9 23,8

10 Tổng doanh thu Tỷ đồng 4.331,2 4.275,5 2.905,32 2.246,4

(Nguồn: Tổng công ty ĐSVN) Trong tổng thể khối lượng vận chuyển hành khách và hàng hóa của ĐSVN

Trong những năm qua, tuyến đường sắt Bắc - Nam đã đóng góp đáng kể vào vận chuyển hành khách và hàng hóa, với tỷ trọng lần lượt là 78% và 43% trong tổng khối lượng vận chuyển của ĐSVN.

Thực trạng về sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam

Hiện nay trên các tuyến đường sắt, đang sử dụng sức kéo diesel (chi tiết tại

PL 2), chưa sử dụng sức kéo điện, do chưa có tuyến đường sắt nào được điện khí hóa

Chính phủ Việt Nam sẽ đầu tư xây dựng đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam, tập trung vào tuyến Sài Gòn - Nha Trang và Hà Nội - Vinh Tuyến đường sắt này sẽ được thiết kế là đường sắt đôi với khổ 1.435 mm và sẽ được điện khí hóa, sử dụng sức kéo điện để nâng cao hiệu quả vận tải.

Tính bền vững trong cung cấp nh ên l ệu cho đầu máy D esel

3.2.1 Thu thuế bảo vệ mô trường thông qua giá nh ên l ệu

Vận tải đường sắt tiêu tốn một lượng lớn nhiên liệu cho hoạt động chạy tàu, và mức tiêu hao nhiên liệu diesel khác nhau tùy thuộc vào từng loại công tác như vận tải hành khách hay hàng hóa Bên cạnh đó, mức tiêu hao cũng thay đổi theo loại sức kéo trên từng tuyến đường.

Trong thập niên 1980-1990, Đường sắt Việt Nam chủ yếu sử dụng các đầu máy diesel công suất thấp, lạc hậu, với mức tiêu hao nhiên liệu cao Cụ thể, đầu máy TY của Liên Xô tiêu hao 75 kg/vạn tấn km, đầu máy Úc 65 kg và đầu máy Ruman 55 kg, dẫn đến việc chi phí nhiên liệu chiếm tới 40% giá thành vận tải Gần đây, việc nhập khẩu các đầu máy hiện đại từ Đức, Trung Quốc, Bỉ đã giúp giảm đáng kể mức tiêu hao nhiên liệu cho mỗi vạn tấn km tổng trọng.

Bảng 3.3 Tiêu hao nhiên liệu chạy tàu của ĐSVN

Nhiên liêu tiêu thụ thực tế (L15 0 C)

Giá NL xuất giá thành bình quân năm (đ/L15 0 C)

Theo biểu thuế bảo vệ môi trường, mỗi kilogam dầu diesel phải chịu mức thuế 2000 đồng, dẫn đến việc chi phí này chiếm một tỷ lệ lớn trong giá nhiên liệu và giá thành vận tải của đường sắt Việt Nam Mặc dù thuế bảo vệ môi trường được thu qua giá nhiên liệu, nhưng khi bóc tách, có thể thấy đây là một khoản chi phí không nhỏ Số liệu bóc tách đã được tập hợp và thể hiện trong bảng 3.4.

Bảng 3.4 Thuế bảo vệ môi trường thu qua giá dầu diesel

TT Năm và loại công tác của đầu máy

Nhiên liệu tiêu thụ (đã đổi sang kg, mức đổi (1lit = 0.8 kg)

Thuế bảo vệ môi trường thu qua giá dầu diesel (đv: đ)

(Nguồn: Tác g ả tính toán trên cơ sở bảng 3.3 và mức thuế BVMT)

Căn cứ bảng 3.4 trên, hàng năm chi phí vận tải đường sắt trả thuế bảo vệ môi trường qua giá dầu diesel để chạy tàu chiếm tỷ lệ:

Trong tổng chi phí nhiên liệu của đầu máy

3.2.2 Tính bền vững trong cung cấp nh ên l ệu d esel

Theo một nghiên cứu, lượng nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong năm cuối thế kỷ XX tương đương với khối lượng thực vật hóa thạch phát triển trong 422 triệu năm Độ tin cậy của nguồn năng lượng trong tương lai, cả về tính khả dụng và giá cả, cần được xem xét kỹ lưỡng Hiện tại, tình hình bất ổn ở Trung Đông có thể ảnh hưởng đến nguồn cung dầu toàn cầu, dẫn đến tình trạng thiếu hụt Dù Bắc Mỹ có trữ lượng dầu, nhưng không có đảm bảo an toàn cho nguồn cung diesel cần thiết cho vận tải đường sắt, đặc biệt là nếu tuyến đường sắt phía Nam Hoa Kỳ được điện khí hóa.

C nc nnat -Atlanta đã được thành lập vào năm 1983, và so với chi phí nhiên liệu điện hóa, tiết kiệm được 16 triệu đô la mỗi năm, với giá điện là 4,10 đô la/kWh và giá năng lượng là 90 đô la/gallon dầu.

Việc khai thác tài nguyên toàn cầu không thể kéo dài mãi với loại nhiên liệu này, bởi vì việc đốt cháy nhiên liệu trong động cơ tạo ra khí thải độc hại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, môi trường nước, đất, cây trồng và động vật Hơn nữa, trong quá trình sửa chữa, việc phát sinh dầu thải và rò rỉ nhiên liệu từ đầu máy cũng gây ra tác động tiêu cực đến môi trường.

Bảo vệ môi trường là trách nhiệm toàn cầu, và Việt Nam cần chú trọng đến việc sử dụng nguồn nhiên liệu sạch để thay thế dần các nguồn năng lượng truyền thống Thuế bảo vệ môi trường có thể không chỉ dừng lại ở mức 2000 đồng/kg, trong khi giá thành vận tải cần giảm để nâng cao khả năng cạnh tranh Việc sử dụng nhiên liệu diesel cho tàu hỏa và lắp thêm toa xe có máy phát điện tập trung sẽ không bền vững trong kinh doanh vận tải.

Ngh ên cứu về khả năng cung cấp đ ện và vấn đề an n nh năng lượng

Mục tiêu của quyết định là đảm bảo cung cấp đủ nhu cầu điện trong nước, hỗ trợ phát triển kinh tế xã hội với mức tăng trưởng GDP trung bình khoảng 7% mỗi năm trong giai đoạn 2016-2030.

Năm 2025 là 352-379 tỷ kWh, trong đó đ ện sản xuất và nhập khẩu từ 400÷

Năm 2023, tổng sản lượng điện đạt 431 tỷ kWh, với cơ cấu nguồn điện đa dạng: thủy điện chiếm 21,1%, nhiệt điện than 49,3%, nhiệt điện khí (bao gồm cả khí hóa lỏng LNG) 15,6%, năng lượng tái tạo (như thủy điện nhỏ, điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối) 12,5%, và nhập khẩu điện chỉ chiếm 1,54%.

Đến năm 2030, tổng sản lượng điện dự kiến đạt từ 506 đến 559 tỷ kWh, trong đó điện sản xuất và nhập khẩu sẽ dao động từ 572 đến 632 tỷ kWh Cơ cấu nguồn điện bao gồm thủy điện chiếm 12,4%, nhiệt điện than 53,23%, nhiệt điện khí (bao gồm LNG) 16,8%, điện tái tạo (như thủy điện nhỏ, điện gió, điện mặt trời và điện sinh khối) 10,7%, và điện nhập khẩu chỉ chiếm 1,2% Đặc biệt, ưu tiên phát triển nguồn năng lượng tái tạo sẽ đạt trên 10% tổng công suất điện của cả nước vào năm 2030.

Trong giai đoạn 2021-2030, tổng nguồn vốn dự kiến đạt 2.347.989 tỷ đồng, tương đương khoảng 108 tỷ USD, trung bình mỗi năm là 10,8 tỷ USD Trong đó, đầu tư cho phát triển nguồn điện chiếm 75%, trong khi đầu tư cho phát triển lưới điện chiếm 25%.

Xu hướng chuyển sang sử dụng năng lượng tái tạo đang trở thành một giải pháp quan trọng nhằm đối phó với nguy cơ cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch và bảo vệ môi trường Tại các quốc gia phát triển, việc thay thế sức kéo diesel bằng điện là một mục tiêu thiết yếu, bao gồm cả việc áp dụng điện cho các phương tiện giao thông đường bộ và phương tiện cá nhân.

Các quốc gia đang tìm cách tận dụng các thành tựu khoa học công nghệ để sản xuất điện năng từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, thủy điện, năng lượng địa nhiệt, nhằm thay thế dần nguồn điện từ các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch Việc chuyển đổi này không chỉ giúp cải thiện an ninh năng lượng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

Theo các nghiên cứu, năng lượng gió cung cấp cho Nga khoảng 53.000 tỷ kWh mỗi năm Bảng 3.5 tổng hợp ưu và nhược điểm của các nguồn điện tái tạo, giúp người đọc hiểu rõ hơn về hiệu quả và hạn chế của từng loại nguồn năng lượng.

STT Ưu điểm Nhược điểm

1 Không cạn kiệt Mật độ năng lượng thấp

2 Không phát thải thêm carbon dioxide Nhu cầu sử dụng thiết bị sản xuất điện cần tập trung

3 Không có khí thải độc hại Tính chất biến đổi, xác suất của năng lượng đầu vào (mặt trời, gió, ở mức độ thấp hơn của nhà máy thủy điện)

4 Duy trì sự cân bằng nhiệt của hành tinh

Sự cần thiết phải tích lũy

5 Khả năng sử dụng (nắng, gió)

Khả năng sử dụng đồng thời đất kinh tế và năng lượng mục đích (trạm năng lượng điện gió, máy bơm nhiệt, nhà máy thủy điện không đập)

Sự cần thiết phải dự phòng (nắng, gió)

6 Khả năng sử dụng đất không phù hợp với mục đích kinh tế (hệ thống đặt và trạm năng lượng mặt trời, gió)

Sự kém phát triển của ngành công nghiệp và thiếu cơ sở hạ tầng

7 Không cần nước (năng lượng mặt Lụt đất màu mỡ (nhà máy thủy điện trời,các trạm điện năng lượng gió) lớn)

8 Biến đổi khí hậu cục bộ

(Nguồn: Kinh tế giao thông đường sắt Nga [59]) 3.3.2 T êu thụ đ ện cho sử dụng sức kéo điện trên đường sắt đ ện khí hóa

Hiệu quả của sức kéo điện chủ yếu phụ thuộc vào việc sử dụng hợp lý năng lượng tiêu hao trong quá trình vận hành tàu Trong bối cảnh kinh tế thị trường hiện nay, tiết kiệm năng lượng điện trở thành ưu tiên hàng đầu Do đó, việc cải tiến các loại đầu máy điện và phát triển phương pháp tính toán, phân tích năng lượng chạy tàu nhằm tiết kiệm năng lượng mà vẫn đảm bảo khối lượng công tác là nhiệm vụ quan trọng cần được chú trọng Sự phức tạp trong tính toán năng lượng liên quan đến chế độ làm việc của đoàn tàu sử dụng sức kéo điện, hoạt động của hệ thống cung cấp điện trên đoạn đường, cũng như sự phối hợp với hệ thống cung cấp điện bên ngoài.

Năng lượng điện tiêu thụ từ mạng điện tiếp xúc chủ yếu phục vụ cho các động cơ điện kéo, bù đắp tổn hao năng lượng trong thiết bị đoàn tàu và cung cấp cho các phụ tải điện trong toa xe khách như máy điều hòa không khí, ánh sáng, phát thanh và bơm nước Trong quá trình truyền tải năng lượng từ phân trạm biến áp đến đoàn tàu, có nhiều tổn thất năng lượng do điện trở của mạng tiếp xúc, bao gồm cả tổn thất do dòng điện thực hiện và dòng điện hư kháng Thêm vào đó, một phần năng lượng cũng bị mất mát trong thiết bị biến đổi điện của các trạm biến áp kéo.

Trong quá trình chạy tàu, năng lượng điện được chuyển đổi thành cơ năng để khắc phục lực cản và tạo ra động năng cho tàu Khi động cơ điện ngừng hoạt động, tàu vẫn tiếp tục di chuyển nhờ vào động năng tích lũy, được sử dụng để vượt qua lực cản và hãm phanh Nếu sử dụng phanh hồ tiếp, một phần động năng sẽ được chuyển đổi lại thành điện năng và tái sử dụng cho động cơ kéo Trong chế độ hãm phanh điện trở, năng lượng sẽ bị tiêu hao qua các điện trở phanh và tỏa nhiệt vào môi trường Tổng động năng mà tàu tiêu thụ từ mạng điện tiếp xúc có thể được mô tả như sau.

A = Akđ +ACc +ACp+APt+Abđ +Art (3.1)

Trong đó A Tổng động năng mà tàu tiêu thụ từ mạng điện tiếp xúc;

Akđ: Tiêu hao năng lượng trong thời gian khởi động đoàn tàu;

ACc : T êu hao năng lượng cho v ệc khắc phục lực cản cơ bản;

A Cp : Tiêu hao năng lượng cho việc khắc phục lực cản chạy tàu phụ (đường dốc, đường cong);

A Pt : Tiêu hao cho việc phanh đoàn tàu;

Abđ: T êu hao cho v ệc bù tổn thất năng lượng của các động cơ điện kéo khi chạy tàu

Tiêu hao năng lượng cho các nhu cầu chung của toa xe trong đoàn tàu, bao gồm ánh sáng, điều hòa không khí và bơm nước, là một yếu tố quan trọng Để tính toán lượng điện năng tiêu thụ cho một đoàn tàu sử dụng sức kéo điện, cần tập hợp đầy đủ các thông số cần thiết theo công thức 3.1 Tuy nhiên, luận án hiện tại chưa đáp ứng đủ các điều kiện này Do đó, có thể tham khảo các kết quả đã được tính toán trước đó.

Theo báo cáo cuối kỳ 2018 của Ban quản lý dự án ĐS, tổng tiêu thụ điện cho đường sắt tốc độ cao Bắc – Nam dự kiến đạt 0,165 tỷ kWh vào năm 2030, chiếm 3,3‰ tổng lượng điện quốc gia với sản lượng điện 506 tỷ kWh Dự báo đến năm 2050, mức tiêu thụ điện của toàn tuyến sẽ tăng lên đáng kể.

Quá trình hoàn thiện tuyến đường điện khí hóa tốc độ cao Bắc - Nam đã nâng tốc độ chạy tàu lên tới 200 km/h, đồng nghĩa với việc năng lượng cung cấp cho việc vận hành tàu sẽ tăng gấp đôi so với trước đây, chưa kể đến sự thay đổi trọng lượng của đoàn tàu.

Năng lượng điện cần thiết để di chuyển đoàn tàu E tỷ lệ thuận với khối lượng của đoàn tàu m và tỷ lệ thuận với bình phương của vận tốc V Công thức tính toán năng lượng này được thể hiện như sau.

E: Năng lượng điện (kWh); m: Khố lượng đoàn tàu ( tấn);

V: Vận tốc đoàn tàu (km/h)

G ả sử khố lượng đoàn tàu không thay đổ , trong trường hợp nâng tốc độ từ

Khi tăng tốc độ từ 120 km/h lên 200 km/h, năng lượng điện cần thiết tăng lên khoảng 2,76 lần so với tốc độ 120 km/h Điều này cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu nguồn vốn đầu tư cho việc điện khí hóa tuyến Bắc - Nam để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

Đề xuất và hoàn th ện mô hình k nh tế tính toán lợ ích sử dụng sức kéo đ ện trên đường sắt V ệt Nam

đ ện trên đường sắt V ệt Nam

Việc sử dụng sức kéo điện trên đường sắt Việt Nam có mối quan hệ chặt chẽ với điện khí hóa đường sắt Tuyến đường sắt điện khí hóa sử dụng sức kéo điện chỉ khác so với tuyến sử dụng sức kéo diesel ở việc trang bị thiết bị cung cấp điện cho đầu máy và kích thước của các hầm (nếu có) Các hạng mục về kết cấu hạ tầng như khổ đường sắt, nền đường, ray, đá ba lát, cầu cạn, và giao cắt với đường bộ, cũng như thông tin tín hiệu và điều khiển, cơ bản giống nhau Tuy nhiên, lợi ích mà sức kéo điện mang lại là rất lớn, có thể được phân nhóm thành nhiều loại khác nhau.

Nhóm lợ ích do chính tính năng của loạ đầu máy đ ện mang lạ :

Đầu máy điện có công suất và tốc độ cao, giúp tiết kiệm thời gian vận hành và giảm thời gian dừng Nó đặc biệt phù hợp cho các tuyến đường có độ dốc lớn, nhờ vào khả năng sử dụng sức kéo điện với phanh hãm điện từ Việc sử dụng sức kéo điện cũng tạo điều kiện cho ứng dụng công nghệ số trong điều khiển và hỗ trợ hãm khi chạy ở tốc độ cao Đặc tính của sức kéo điện cho phép ghép nối các đầu máy dễ dàng hơn để kéo những đoàn tàu có khối lượng lớn Hơn nữa, do đầu máy điện không cần động cơ để phát điện, nên chi phí bảo dưỡng và sửa chữa động cơ được giảm thiểu, đồng thời khoang cabin của đầu máy cũng rộng rãi hơn, cho phép lắp đặt các tiện nghi phục vụ cho lái máy.

Nhóm lợ ích về mô trường:

Việc không phát thải khí CO2 và không sử dụng dầu bôi trơn đã giúp hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường Đồng thời, tăng cường khối lượng vận chuyển sẽ thu hút hàng hóa và hành khách từ vận tải ô tô sang đường sắt, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng xấu của phương tiện vận tải đường bộ đến môi trường.

Nhóm lợ ích về xã hộ :

Rút ngắn thời gian vận chuyển hàng hóa giúp doanh nghiệp quay vòng vốn nhanh hơn và thúc đẩy xuất nhập khẩu hiệu quả Đồng thời, việc tiết kiệm thời gian cho hành khách cũng là một lợi ích đáng kể Giảm ùn tắc giao thông và tai nạn là một trong những kết quả tích cực khi chuyển một phần hàng hóa và hành khách từ các phương thức vận tải khác sang vận tải đường sắt Với tốc độ cao của tàu, thời gian di chuyển nhanh hơn giúp phân bố dân cư hợp lý, giảm thiểu phương tiện cá nhân và tiết kiệm chi phí đầu tư cho hạ tầng đường bộ.

Nhóm lợ ích cho doanh ngh ệp k nh doanh vận tả :

Đầu máy điện tiết kiệm chi phí hơn đầu máy diesel nhờ vào suất tiêu hao năng lượng thấp, giá mua chỉ bằng 2/3 so với đầu máy diesel cùng công suất, và chi phí sửa chữa cũng thấp hơn Bên cạnh đó, đầu máy điện không cần dự trữ nhiên liệu, không tốn lao động cho việc cấp phát nhiên liệu và thu gom dầu thải như đầu máy diesel Việc đầu tư hệ thống phát điện trên các đoàn tàu khách cũng không cần thiết, giúp giảm số toa xe phát điện trên mỗi đoàn tàu Thêm vào đó, trọng lượng của đầu máy điện nhẹ hơn so với đầu máy diesel, mang lại nhiều lợi ích cho việc vận hành.

Đầu máy điện hoạt động nhờ vào nguồn điện từ lưới điện, do đó không cần mang theo trọng lượng của động cơ diesel, giúp giảm trọng lượng tổng thể Thực tế, trọng lượng của đầu máy diesel thường lớn gấp 1,5 đến 1,7 lần so với đầu máy điện Khi khởi động, lực kéo của đầu máy điện thấp hơn so với đầu máy diesel, dẫn đến việc tiêu thụ năng lượng của đầu máy điện cũng thấp hơn.

Đường đặc tính kéo của đầu máy điện BKG, như thể hiện trong hình 3.2, có hình dạng gần giống với đường hypecpol Từ 1T đến 13T, ở các vị trí tay điều khiển, khi tốc độ đầu máy dưới 10 km/h, giá trị giới hạn lực kéo lớn nhất giữ ổn định và gần bằng 600.

Khi tốc độ đầu máy 10 km/h ≤ v ≤ 65 km/h, giá trị giới hạn lực kéo lớn nhất biến đổi tuyến tính theo tốc độ, tốc độ tăng thì lực kéo giảm

Khi tốc độ đầu máy vượt quá 65 km/h, giá trị giới hạn lực kéo lớn nhất giảm theo quy luật hyperbol Trong quá trình khởi động, lực kéo của đầu máy điện đạt gần 600 kN khi đoàn tàu di chuyển với tốc độ 10 km/h Khi tăng tốc đến 120 km/h, lực kéo đầu máy chỉ còn khoảng hơn 200 kN tại cấp 13 T Đường đặc tính kéo của đầu máy có dạng hình hyperbol, cho thấy công suất của động cơ đạt mức tối ưu Đầu máy điện cũng tự sinh ra dòng điện khi sử dụng hãm điện tái sinh.

1-13 cac vi tri tay máy

Động cơ điện là loại động cơ duy nhất có khả năng chuyển đổi năng lượng theo hai chiều Khi hoạt động ở chế độ kéo, nó tiêu thụ điện năng, trong khi ở chế độ hãm, nó hoạt động như một máy phát điện, trả lại điện năng cho lưới điện.

Khi tốc độ đầu máy vượt quá 65 km/h, giá trị giới hạn lực hãm điện lớn nhất giảm dần theo quy luật hyperbol với tốc độ.

5 km/h  v  65 km/h, giá trị giới hạn lực hãm lớn nhất là không đổi và gần bằng

400 kN Kh tốc độ đầu máy nằm trong khoảng (số này phả khác 0) km/h  v  5 km/h, giá trị giới hạn lực hãm biến đổi tuyến tính theo tốc độ

Hình 3.3 Đặc tính hãm điện động của đầu máy điện BKG

Khởi động đầu máy chạy đà yêu cầu lực tối thiểu là 400 KN, với các vị trí điều khiển từ 1T đến 13T Đầu máy hoạt động ổn định ở tốc độ từ 20 km/h trở lên.

Tốc độ di chuyển đạt 60 km/h với lực kéo ổn định là 400 KN, trong khi tốc độ tăng từ 70 km/h lên 120 km/h Khi đầu máy thực hiện hãm phanh, tốc độ sẽ giảm dần và lực kéo sẽ trở về 0.

Do đặc tính của sức kéo điện và hãm điện, dòng điện trả lại mạng điện kéo phụ thuộc vào trắc dọc của tuyến đường và sự điều khiển của lá máy Mức độ sinh ra dòng điện từ hãm điện tái sinh chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố này.

Theo nghiên cứu, lực kéo của đoàn tàu tiêu thụ 75% nhiên liệu và năng lượng của Đường sắt Nga Để nâng cao hiệu quả vận tải đường sắt, chiến lược năng lượng giai đoạn đến năm 2010 và hướng tới năm 2030 đề xuất áp dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng, trong đó có việc sử dụng phanh tái tạo (RT) Công nghệ này cho phép tiết kiệm đáng kể điện năng trong hệ thống cung cấp lực kéo, với ví dụ điển hình là tuyến đường sắt Vễn Đông, nơi lượng điện sản sinh từ hệ thống phanh tái tạo có thể đạt trên 10% tổng lượng tiêu thụ.

V, Km/h đ ện t êu thụ của đầu máy, hay theo [49], lượng đ ện năng do hãm đ ện tá s nh mang lạ là từ 10% ÷ 15% lượng đ ện t êu thụ của đầu máy

Khi lựa chọn đầu máy, cần xem xét các yếu tố như loại đầu máy và độ dốc của tuyến đường Việc lựa chọn này có thể mang lại lợi ích từ việc hãm điện, với sức kéo điện dao động từ 2% đến 10%.

Công thức xác định lợi ích của đầu máy điện khi sử dụng hãm điện tái sinh ΔHTS ΔH TS = e đ × (i th %)× E (đồng) (3.3)

Trong đó: eđ là đơn g á 1 kWh; đơn vị: VNĐ

E là t êu thụ đ ện năng của đầu máy đ ện, đơn vị tính kWh;

Những bất cập trong sử dụng sức kéo d esel trên đường sắt V ệt Nam và xu hướng phát tr ển sức kéo đ ện

Tuyến đường sắt Bắc - Nam của Việt Nam nổi bật với nhu cầu vận tải cao và yêu cầu kết nối chặt chẽ với các phương thức vận tải khác Tuyến này không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc phân bổ dân cư mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội giữa các vùng miền Hơn nữa, nó còn hỗ trợ vận tải liên vận quốc tế, do đó, đoạn tuyến này được ưu tiên nghiên cứu, đề xuất và có cơ sở đầu tư mạnh mẽ hơn so với các tuyến đường sắt khác.

1 Đoạn tuyến Sài Gòn - Nha Trang nằm trong tuyến đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam đã được Chính phủ [35] đưa vào ưu tiên trong quy hoạch đầu tư xây dựng thời kỳ 2021-2030 và giai đoạn 2031- 2050

2 Đây là đoạn tuyến có nhu cầu vận tải cao về cả hàng hóa và hành khách trên trục Bắc - Nam

3 Đã có các nghiên cứu tiền khả thi và các hội thảo khoa học của Tư vấn trong và ngoài nước từ năm 2008 đến nay

4 Đã có tương đối đầy đủ các số liệu liên quan đến đầu tư, xây dựng và tổ chức chạy tàu trên tuyến

5 Đã có các tính toán sơ bộ kết cấu hạ tầng đường sắt tốc độ cao (phương tiện vận tải… và cơ sở kỹ thuật khác) ; các hạng mục đầu tư cơ bản, tổng mức đầu tư, và sơ bộ đánh giá hiệu quả đầu tư của dự án

4.1.2.Một số thông số kinh tế, kỹ thuật của tuyến

Tuyến đường có chiều dài 363 km, bắt đầu từ ga Thủ Thiêm (còn được gọi là Sài Gòn) và kết thúc tại Nha Trang Trên tuyến có tổng cộng 6 ga, bao gồm các ga Long Thành, Phan Thiết, Tuy Phong và Tháp Chàm.

Khổ đường: 1435 mm; đường đôi, điện khí hóa, tín hiệu chạy tàu tự động Sức kéo đầu máy: sử dụng sức kéo điện

Tốc độ chạy tàu, có 2 phương án: Chỉ chạy tàu khách cao tốc 350 km/h; Chạy hỗn hợp tàu khách và tàu hàng tốc độ cao đến 200 km/h.

Tổng quan sử dụng sức kéo điện tuyến đường sắt Sài Gòn -Nha Trang

Tuyến đường sắt Bắc - Nam của Việt Nam nổi bật với nhu cầu vận tải cao và yêu cầu kết nối hiệu quả giữa vận tải đường sắt và các phương thức vận tải khác Tuyến này không chỉ góp phần phân bổ dân cư mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội giữa các vùng miền Hơn nữa, nó còn hỗ trợ vận tải liên vận quốc tế, vì vậy, đoạn tuyến này được ưu tiên nghiên cứu và đầu tư hơn so với các tuyến khác.

1 Đoạn tuyến Sài Gòn - Nha Trang nằm trong tuyến đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam đã được Chính phủ [35] đưa vào ưu tiên trong quy hoạch đầu tư xây dựng thời kỳ 2021-2030 và giai đoạn 2031- 2050

2 Đây là đoạn tuyến có nhu cầu vận tải cao về cả hàng hóa và hành khách trên trục Bắc - Nam

3 Đã có các nghiên cứu tiền khả thi và các hội thảo khoa học của Tư vấn trong và ngoài nước từ năm 2008 đến nay

4 Đã có tương đối đầy đủ các số liệu liên quan đến đầu tư, xây dựng và tổ chức chạy tàu trên tuyến

5 Đã có các tính toán sơ bộ kết cấu hạ tầng đường sắt tốc độ cao (phương tiện vận tải… và cơ sở kỹ thuật khác) ; các hạng mục đầu tư cơ bản, tổng mức đầu tư, và sơ bộ đánh giá hiệu quả đầu tư của dự án

4.1.2.Một số thông số kinh tế, kỹ thuật của tuyến

Tuyến đường sắt có chiều dài 363 km, bắt đầu từ ga Thủ Thiêm (còn gọi là Sài Gòn) và kết thúc tại Nha Trang Trong suốt hành trình, tuyến này sẽ dừng tại 6 ga, bao gồm Long Thành, Phan Thiết, Tuy Phong và Tháp Chàm.

Khổ đường: 1435 mm; đường đôi, điện khí hóa, tín hiệu chạy tàu tự động Sức kéo đầu máy: sử dụng sức kéo điện

Tốc độ chạy tàu, có 2 phương án: Chỉ chạy tàu khách cao tốc 350 km/h; Chạy hỗn hợp tàu khách và tàu hàng tốc độ cao đến 200 km/h

Toa xe khách: Sử dụng [67] loại xe khổ đường 1435 mm có sức chở 98 hành khách/toa xe, tự trọng của toa xe 52,4 tấn/ toa xe, tải trọng 8,9 tấn; dài 26,3 m;

Toa xe hàng có khổ đường 1435 mm, tải trọng 61 tấn và tự trọng 25 tấn, với chiều dài 16 m Đề pô đầu máy và toa xe chính đặt tại Sài Gòn, trong khi đề pô phụ nằm ở Nha Trang Các nghiên cứu về nguồn vốn đầu tư được thực hiện theo từng giai đoạn.

Tổng vốn đầu tư dự kiến cho các tuyến ĐSTĐC là 14.000 triệu USD Khi đạt đủ điều kiện khai thác thương mại, sẽ tiến hành vừa khai thác vừa tiếp tục đầu tư hoàn thiện Luận án xây dựng kịch bản thực hiện đầu tư theo các giai đoạn cụ thể.

- Giai đoạn đầu tư đạt tốc độ đến 200 km/h thì kết thúc đầu tư;

Giai đoạn đầu tư ban đầu cho dự án khai thác với tốc độ 120 km/h là 10.970 triệu USD Để nâng tốc độ chạy tàu trong các năm tiếp theo, cần đầu tư lần lượt 1.070 triệu USD để đạt tốc độ 140 km/h, 960 triệu USD để đạt 160 km/h, và 1.000 triệu USD để đạt tốc độ 200 km/h.

4.1.4 Dự báo nhu cầu vận tải hành khách và hàng hóa

4.1.4.1 Nhu cầu vận tải hành khách

Căn cứ kết quả dự báo của [5],[7],[8], mật độ hành khách của các đoạn tuyến:

Nha trang – Tháp Chàm: 17.000 HK/ngày

Tháp Chàm – Tuy Phong 17.000 HK/ngày

Tuy Phong – Phan Thiết: 21.000 HK/ngày

Phan Thiết - Long Thành: 27.000 HK/ngày

Long Thành – Sài Gòn: 37.000 HK/ngày

Cũng theo [5],[7] [8], lượng hành khách (ra, vào) các ga bình quân/ngày:

Với mật độ hành khách cao tại các khu gian và lượng hành khách đi và đến tại các ga trên tuyến, theo quy định của ĐSVN, các đoàn tàu khách xuất phát từ

Hà Nội đi mang ký hiệu số lẻ, và từ các tuyến về Hà Nội mang ký hiệu số chẵn)

Dựa vào nhu cầu hành khách tại các ga, có thể xác định số lượng hành khách trung bình hàng ngày cho các chiều đi và đến Thông qua các số liệu thu thập, nhu cầu hành khách tại các ga trong ngày được tổng hợp cho năm 2028, như thể hiện trong bảng 4.1.

Bảng 4.1 Dự báo nhu cầu hành khách lên xuống ga (HK/ngày, năm 2028)

Ga Lên chiều lẻ Xuống chiều lẻ

(Nguồn, tác giả tập hợp và tính toán trên cơ sở số liệu ở mục trên)

Hàng năm, nhu cầu hành khách tăng từ 5% đến 6,7% Dự kiến đến năm 2031, khi sân bay Long Thành đạt lưu lượng 100 triệu hành khách mỗi năm và khoảng 15% trong số đó sử dụng phương tiện đường sắt, cùng với tuyến Sài Gòn - Nha Trang hoàn thành và đi vào hoạt động, nhu cầu hành khách đi tàu sẽ tăng cao.

Bảng 4.2 Dự báo nhu cầu hành khách lên xuống ga (HK/ngày, năm 2031)

Ga Lên chiều lẻ Xuống chiều lẻ Lên chiều chẵn Xuống chiều chẵn

(Nguồn : tác giả tập hợp theo các mục trên và xét với tỷ lệ tăng trưởng)

4.1.4.2 Dự báo nhu cầu vận tải hàng hóa

Theo nghiên cứu, việc kết hợp chạy tàu khách và tàu hàng trên tuyến ĐSTĐC Sài Gòn - Nha Trang sẽ dẫn đến sự giảm số lượng đôi tàu khách, với khả năng chạy tối đa 160 đôi tàu khách mỗi ngày nếu không có tàu hàng Dự báo nhu cầu vận chuyển hàng hóa trên tuyến này đạt từ 3,5 triệu tấn đến 4 triệu tấn mỗi năm.

4.1.4.3 Lựa chọn loại đầu máy điện

Trên cơ sở đề xuất của [7], về việc chọn hệ thống cấp điện cho đường sắt

Tuyến đường sắt Bắc – Nam điện khí hóa có chiều rộng 1435 mm, sử dụng điện áp 25 kV và tần số 50 Hz Với tổng trọng lượng của đoàn tàu khách đạt tối đa và tốc độ lên đến 200 km/h, cùng với tổng trọng lượng của đoàn tàu hàng và tốc độ tối đa 120 km/h, các kịch bản vận hành đã được lựa chọn phù hợp.

+ Đầu máy điện kéo tàu khách khổ đường 1.435 mm:

Trọng lượng đoàn tàu trên 1000 tấn, có tốc độ đạt trên 200km/h, khả năng gia giảm tốc nhanh, trang bị hãm điện tái sinh

Bạn có thể lựa chọn đầu máy điện sản xuất tại Trung Quốc với ký hiệu SS8, công suất 5000 kW và tốc độ vượt quá 200 km/h Ngoài ra, các đầu máy do hãng SIMEN sản xuất tại châu Âu cũng là một lựa chọn, với công suất cao hơn 5.000 kW và tốc độ lên đến 220 km/h, đồng thời sử dụng phương thức hãm điện tái sinh.

+ Đầu máy điện kéo tàu hàng khổ đường 1.435 mm:

Có thể lựa chọn đầu máy điện Trung Quốc loại SS 0 hoặc loại BKG mà Trung Quốc xuất khẩu sang đường sắt Belarus, cũng như các loại đầu máy điện do hãng SIMEN sản xuất Nên chọn đầu máy điện có công suất lớn để kéo tàu hàng hiệu quả.

5000 kW, tốc độ 150 km/h đến 160 km/h, trọng lượng đoàn tàu trong khoảng 2.200 tấn đến 2500 tấn, sử dụng hãm điện tái sinh

4.1.4.4 Xác định phương án các đôi tàu

Dựa trên các bảng dự báo mật độ hành khách và các nghiên cứu từ các nguồn tài liệu, tác giả đã xây dựng các kịch bản chạy tàu cho tuyến đường sắt, kết hợp với dự báo nhu cầu vận tải từ các phương thức khác trong báo cáo được Chính phủ phê duyệt về Quy hoạch mạng lưới đường sắt giai đoạn 2021-2030, với tầm nhìn đến năm 2050 Các kịch bản này được trình bày chi tiết trong phụ lục 9.

1.Phương án các đôi tàu

Các chỉ t êu l ên quan đến lượng hóa các lợ ích sử dụng sức kéo đ ện

Thời gian hoạt động cho một đôi tàu là 260 phút, và tổng thời gian cho 6 đôi tàu là 1560 phút, tương đương 26 giờ Cần cân đối 2 đầu máy cho hiệu quả vận hành Tương tự, cần tính toán thời gian hoạt động cho các năm 2029, 2030 và 2031, cũng như cho tàu hàng.

Tốc độ lữ hành đạt 52 km/h, bao gồm thời gian dừng tại các ga và nhường tàu khách Thời gian đầu máy dừng ở đoạn chính và đoạn quay là 2 giờ, trong khi thời gian sử dụng cho một chuyến là 9 giờ (7 giờ di chuyển + 2 giờ dừng) Đối với một đôi tàu hàng, thời gian hoạt động là 18 giờ Với 3 đôi tàu hàng trong một ngày, tổng thời gian sử dụng máy cần thiết là 54 giờ.

01 máy là 20 giờ Cân đối là 4 máy cho thời gian sử dụng là 80 giờ/ngày

Trong quá trình cân đối đầu máy, cần xác định số lượng máy cần thay thế cho các đầu máy trong quá trình sửa chữa định kỳ và dự phòng Kết quả được trình bày trong bảng 4.4.

Bảng 4.4 Tập hợp tính toán số đầu máy cần thiết các giai đoạn

TT Giai đoạn Tàu khách Tàu hàng Cộng

Các chỉ tiêu liên quan đến việc lượng hóa lợi ích từ việc sử dụng sức kéo điện bao gồm việc tính toán một số chỉ tiêu kinh tế xã hội Những chỉ tiêu này giúp đánh giá hiệu quả kinh tế và tác động xã hội của việc áp dụng sức kéo điện trong các hoạt động sản xuất và vận tải.

Trong những năm qua, nước ta đã đạt được sự tăng trưởng đáng kể về các mục tiêu kinh tế và xã hội, với GDP tăng trên 6% và thu nhập bình quân đầu người cũng có sự gia tăng rõ rệt (xem chi tiết tại phụ lục 5) Một trong những chỉ tiêu quan trọng là giá trị giờ hành khách tính theo GDP, phản ánh sự phát triển trong lĩnh vực vận tải và dịch vụ.

Căn cứ mức độ phát triển dân số, và tăng trường kinh tế, thu nhập bình quân đầu người của Việt Nam, theo [8] năm 2019 (tham khảo phụ lục 6) là 2.715

Dự kiến đến năm 2030, thu nhập bình quân đầu người sẽ đạt 7.000 USD, với sự khác biệt trong mức tăng trưởng giữa các vùng kinh tế Cụ thể, mức tăng trưởng GDP của đồng bằng sông Hồng và Đông Nam Bộ cao hơn so với các vùng miền khác Theo đó, có ba khả năng về mức thu nhập trong tương lai.

+ Thu nhập cao 13.000 USD/người, 20% dân số

+ Thu nhập trung bình cao11.000 USD/người, 30% dân số

+ Thu nhập thấp 4.000 USD/người, 50% dân số

Với mức thu nhập bình quân 11.000 USD/năm, hành khách đi tàu thuộc nhóm có thu nhập trung bình cao, tương đương 28.000 đồng/giờ Ngoài ra, cần xem xét giá trị bình quân của 01 tấn hàng hóa vận chuyển để đánh giá hiệu quả kinh tế trong ngành đường sắt.

Khối lượng các mặt hàng vận chuyển trên đường sắt trên tuyến Bắc - Nam

[8], chiếm 43% tổng khối lượng vận chuyển của ĐSVN (năm 2019), trong đó cơ cấu các mặt hàng có khối lượng lớn như sau:

+ Hàng hóa là xi măng : 30% trong tổng số, giá trị 1 triệu đồng/tấn

Hàng hóa được phân loại thành hai nhóm chính: Lương thực chiếm 30% tổng số, với giá trị 14 triệu đồng/tấn, và hàng khác, hay còn gọi là hàng container (bao gồm công nghệ phẩm, đồ gỗ, ) chiếm 40% tổng số, với giá trị 20 triệu đồng/tấn.

Với giá trị và sản lượng trên, tính được giá trị của hàng hóa là 12,4 triệu đồng/tấn 4.2.2 Tính toán các chỉ tiêu vận tải

+ Tốc độ bình quân của các đôi tàu khách và tàu hàng tăng hàng năm do được bổ sung đầu tư hoàn thiện kết cấu hạ tầng ĐS

+ Quay vòng đầu máy điện và toa xe;

+ Số lượng đầu máy điện đầu tư từng giai đoạn;

+ Chiều dài toàn tuyến 363 km, trong đó Sài Gòn - Long Thành dài 35 km + Sản lượng hành khách và hàng hóa vận chuyển từng giai đoạn

+Tiêu hao nhiên liệu diesel nếu không dùng sức kéo điện (ở đây có thể xây dựng kịch bản việc quay đầu máy diesel) như sau:

Tàu suốt và tàu khu đoạn từ Sài Gòn đến Nha Trang được bảo trì định kỳ, bao gồm việc cấp nhiên liệu và bổ sung dầu bôi trơn tại hai ga chính: ga Nha Trang và ga Sài Gòn.

-Tàu khách đường ngắn (Long Thành – Sài Gòn): chỉnh bị, cấp nhiên liệu, bổ sung dầu bôi trơn , tại 01 địa điểm ga là Sài Gòn

Tàu hàng giữa Sài Gòn và Nha Trang sẽ được bảo trì, cung cấp nhiên liệu và bổ sung dầu bôi trơn tại hai địa điểm chính là Nha Trang và Sài Gòn Đối với các tiêu chí liên quan đến hành khách, hành khách sẽ được lên tàu tại các điểm quy định.

Gọi lượng hành khách đi trên một loại tàu trong một năm là HK [1]; m: số toa xe khách trong đoàn tàu;

I: là số chỗ trên toa xe khách theo thiết kế, (toa xe khách có 98 chỗ) n k số chuyến tàu khách trong thời gian tính toán

(i%): hiệu suất sử dụng chỗ trên toa xe khách; tàu khách suốt là 88%; tàu khách khu đoạn là 86%, tàu khách đường ngắn là 100%

Ta có: HK = m ×I ×(i%) × nk ×365 (4.1) (HK) Áp dụng công thức 4.1, tính được lượng hành khách của các loại tàu và của các năm Năm 2028 Tổng là: 12.154.646 hk, gồm các tàu

+ Tàu khách suốt: HKs = 15 ×88% ×98 ×10 ×365 = 4.721.640 hk;

+ Tàu khách khu đoạn: HK kđ × 86% × 98 ×10 ×365 = 3.999.086 hk

+ Tàu khách đường ngắn: HKLT = 8 × 100% × 98 × 12 ×365 = 3.433.920 hk

So với năm 2028, tăng thêm 1 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn,

2 đôi tàu khách đường ngắn, lượng khách tăng thêm được tính như sau:

+ Tàu khách suốt: HKs = 15 × 88% ×98 ×2 ×365 = 944.328 HK;

+ Tàu khách khu đoạn: HK kđ = 13 × 86% × 98 ×4 ×365 = 1.599.634 HK

+ Tàu khách đường ngắn: HKLT = 8 × 100% × 98 × 4 ×365 = 1.144.640 HK

Cả năm 2029, lượng hành khách là:15.843.248 hk, gồm các tàu:

HK LT = 3.433.920 hk + 1.144.640 hk = 4.578.560 HK

So với năm 2029, tăng thêm 1 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn, 2 đôi tàu khách đường ngắn, lượng khách tăng thêm được tính như năm 2029;

Cả năm 2030 , lượng hành khách là:19.531.850 hk, gồm các tàu

So với năm 2030, tăng thêm 1 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn,

2 đôi tàu khách đường ngắn, lượng khách tăng thêm được tính như năm 2030

Năm 2031 lượng hành khách là 23.220.452 HK, gồm các tàu

HK LT = 5.723.200 HK + 1.144.640 HK = 6.867.840 HK b, Hành khách km

Công thức tính hành khách km theo [1] ;

Trong bài viết này, HK đại diện cho số lượng hành khách lên tàu trong một khoảng thời gian nhất định Cự ly vận chuyển hành khách được tính bằng km, với L = 363 km Thời gian tính toán được xác định là t, tương ứng với 365 ngày trong năm.

Năm 2028, hành khách km là : 3.285.810.740 HKkm, gồm:

+ Tàu khách suốt: HKkms = 4.721.640 × 363 = 1.713.955.320 HKkm;

+ Tàu khách khu đoạn: HKkmkđ = 3.999.086 ×363 = 1.451.668.220 HKkm;

+ Tàu khách đường ngắn: HKkm LT = 3.433.920 × 35 = 120.187.200 HKkm

So với năm 2028, tăng thêm 1 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn,

2 đôi tàu khách đường ngắn, lượng khách km của năm 2029 được tính:

+ Tàu khách khu đoạn: HKkm kđ × 363 ×86% × 98 ×4 ×365 = 580.667.290; Tàu khách đường ngắn: HKkmLT = 8 × 35 × 100% × 98 × 4 ×365 = 40.062.400 ; Năm

2029 : hành khách km là 5.375.657.254, gồm:

So với năm 2029, tăng thêm 1 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn,

2 đôi tàu khách đường ngắn, lượng khách tăng thêm được tính như năm 2029

Năm 2030 là 6.339.178.000 HKkm, bao gồm :

So với năm 2030, tăng thêm 1 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn,

2 đôi tàu khách đường ngắn, lượng khách tăng thêm được tính như năm 2030 Năm 2031hành khách km là: 7.242.795.758 HKkm, bao gồm:

Chỉ tiêu Tấn km tổng trọng (viết tắt là Tkm tt) đoàn tàu khách

Tổng trọng lượng của đoàn tàu khách được xác định bằng cách cộng tổng tự trọng của các toa xe với tổng tải trọng của chúng, sau đó nhân với cự ly mà đoàn tàu di chuyển.

Qtổng trọng = (Qtự + Qtải) × L (Tkm tt) (4.3)

Q tự : (Tổng tự trọng của đoàn tàu) = số toa xe trong đoàn tàu × tự trọng của toa xe;

Tổng tải trọng của đoàn tàu (Qtải) được tính bằng cách nhân số toa xe trong đoàn tàu với tải trọng của mỗi toa xe Cự ly chạy của đoàn tàu được ký hiệu là L Đối với đoàn tàu khách suốt, việc tính toán này rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình vận chuyển.

Tổng tự trọng: 15 toa xe ×52,4 tấn/xe = 786 tấn

Tổng tải trọng: 15 toa xe × 8,9 tấn/xe = 133,5 tấn

Tổng trọng : Q suốt x6 tấn + 133,5 tấn = 919,5 tấn

Tấn km tổng trọng của các đoàn tàu suốt trong 01 năm (2028):

919,5 tấn × 363 km ×365 ngày × 10 chuyến (5 đôi) = 1.218.291.600 Tkmtt b, Tính cho đoàn tàu khách khu đoạn:

Tổng tự trọng :13 toa xe ×52,4 tấn/xe = 681 tấn

Tổng tải trọng :13 toa xe × 8,9 tấn/xe = 115,7 tấn

Tổng trọng là: Qkhu đoạn = 681 tấn + 115,7 tấn = 796 tấn

Tấn km tổng trọng của các đoàn tàu khu đoạn trong 01 năm (2028):

796 tấn × 363 km ×365 ngày × 10 chuyến (5 đôi) = 1.054.660.200 Tkmtt c, Tính cho đoàn tàu khách đường ngắn

Tổng tự trọng : 8 toa xe ×52,4 tấn/xe = 420 tấn

Tổng tải trọng: 8 toa xe × 8,9 tấn/xe = 71,2 tấn

Tổng trọng của đoàn tàu khách: Qđường ngắn = 420 tấn + 71,2 tấn = 492 tấn

Tấn km tổng trọng các đoàn tàu khách đường ngắn trong 01 năm (2028) là:

492 tấn × 363 km ×365 ngày × 12 chuyến (6 đôi) = 782.250.500 Tkmtt d, Tấn km tổng trọng các đoàn tàu khách năm (2028) :

Tàu khách suốt + tàu khách khu đoạn + tàu khách ngắn đường

Năm 2029 tăng 01 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn, 02 đôi tàu khách đường ngắn so với năm 2028 tăng lên là 2.551.715 Tkmtt;

Năm 2030 , số đôi tàu tăng so với năm 2029 là 01 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn, 02 đôi tàu khách đường ngắn, so với năm 2029 tăng lên là

Năm 2031: số đôi tàu tăng so với năm 2030 là 01 đôi tàu khách suốt, 2 đôi tàu khách khu đoạn, 02 đôi tàu khách đường ngắn, so với năm 2030 tăng lên là

Kết quả tập hợp ở bảng 4.5, chi tiết tính toán tại phụ lục 11 Đối với các chỉ tiêu về vận tải hàng hóa

Chỉ tiêu tấn hàng hóa vận tải

Chỉ tiêu này được xác định [1]

N h là số đôi tàu hàng trong một ngày, m số toa xe trong một đoàn tàu,

Pt trọng tải tĩnh bình quân của một toa xe hàng;

Trong các giai đoạn chạy ổn định 3 đôi tàu hàng / ngày, trọng tải tĩnh toa xe

Pt = 61 tấn, tự trọng toa xe 22,5 tấn, số ngày trong năm là 365

Năm 2028 được tính: 6 chuyến/ ngày (lượt đi và lượt về) × 61 tấn × 25 toa xe × 365 ngày = 3.339.750 tấn

Các năm 2029, 2030, 2031 như năm 2028 và thể hiện ở bảng 4.5

Chỉ tiêu tấn km ((Tkm) hàng hóa

Chỉ tiêu này được xác định [1]

PL: Tấn km hành hóa vận chuyển

Phh : Tấn hàng hóa vận chuyển (tính theo đôi tàu, tính theo ngày, theo năm) L: cự ly vận chuyển

Các năm 2029, 2030, 2031 cũng như kết quả của năm 2028 và thể hiện ở bảng 4.5 Chỉ tiêu Tấn km tổng trọng (Tkmtt) tàu hàng

Chỉ tiêu Tkmtt tàu hàng được xác định dựa trên số lượng đoàn tàu hàng hoạt động trong một ngày trên tuyến, bao gồm cả hai hướng, số toa xe trong mỗi đoàn tàu, trọng lượng của từng toa xe, và tổng tấn km hàng hóa vận chuyển Dự kiến tính toán Tkmtt cho tàu hàng vào năm 2028.

+ Tấn km hàng hóa đã được tính ở trên là 1.212.329.250 (lấy tròn 1.212.323.000); + Tấn km tự trọng của đoàn tàu hàng

(25 toa xe × 22,5 tấn/xe × 6 chuyến × 363 km × 365 ngày = 447.170.625 Tkm tt

Từ đó tính được Tấn km tổng trọng của đoàn tàu hàng là:

Kết quả về vận tải hàng hóa các năm 2028, 2029, 2030, 2031 được tính toán và tập hợp, xem bảng 4.5

Các kết quả tính toán về các chỉ tiêu vận tải được tập hợp ở bảng 4.5

Bảng 4.5 Kết quả các chỉ tiêu vận tải tuyến Sài Gòn - Nha Trang

Tấn km tổng trọng hành khách

Tấn km tổng trọng hàng hóa

(Nguồn: Kết quả tính toán) 4.3 Lượng hóa các lợi ích sử dụng sức kéo điện

Cơ sở hình thành các dữ liệu tính toán và lựa chọn để lượng hóa

Các quy định hiện hành của Nhà nước liên quan đến giá điện, thuế bảo vệ môi trường qua giá dầu diesel, giá dầu bôi trơn, cùng với các định mức kinh tế sử dụng đầu máy diesel của Tổng Công ty ĐSVN và các quy định của Công ty vận tải ĐS Hà Nội, Sài Gòn, bao gồm định mức dầu bôi trơn và tiêu hao nhiên liệu của đầu máy kéo tàu hàng và tàu khách Ngoài ra, các quy định cũng đề cập đến lao động cấp nhiên liệu, lao động thu gom dầu thải, lương bình quân tháng của người lao động, biểu đồ chạy tàu, thành phần đoàn tàu khách, thời gian quay vòng đầu máy, thời gian dừng ở trạm chính, và quy định kilomet giữa hai kỳ sửa chữa của đầu máy, cùng với đơn giá sửa chữa các cấp và giá cước vận tải hàng hóa.