Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng
CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CHỈ SỐ THIẾT KẾ HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO TÀU CONTAINER VÀ ĐƯA RA CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM TRÊN TÀU STUDY AND CALCULATE THE ENERGY EFFICIENCY INDEX OF CONTAINER VESSEL AND PROPOSE SOLLUTION TO REDUCE ENERGY CONSUMPTION ON THE MARINE VESSEL PGS.TS TRẦN HỒNG HÀ SV VŨ TUẤN ĐẠT Khoa Máy tàu biển, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Bài báo giới thiệu kết tính tốn phân tích số hiệu lượng tàu container khai thác với mục đích đánh giá hiệu sử dụng lượng thiết bị tàu, từ đưa giải pháp để cải tiến kết cấu khai thác tàu nhằm giảm lượng tiêu thụ, đồng thời đáp ứng yêu cầu giảm thiểu ô nhiễm không khí tàu biển tạo theo phụ lục VI Marpol 73/78 Abstract The paper study the energy efficiency index that was calculated from a typical container ship exploited for the purpose of evaluating the effectiveness of energy use of the equipments on the ship, from that having measures to improve structural and ship operation to reduce energy consumption, and also meeting the requirements of Annex VI, Marpol 73/78 for reducing air pollution from ships Key words: EEDI, air pollution, marine vessel Đặt vấn đề Trong vận tải hàng hóa nội địa Việt Nam, tàu thủy đóng vai trò chủ yếu quan trọng ngành vận tải hàng hóa, đội tàu Việt Nam ngày phát triển số lượng chất lượng đội tàu khai thác có tuổi đời cao, tình trạng kỹ thuật trang thiết bị tàu làm cho hiệu sử dụng lượng khơng cao, chi phí nhiên liệu tăng đồng thời dẫn tới vấn đề nhiễm khơng khí sử dụng nhiều nhiên liệu cháy khơng hồn tồn Thêm vào nguồn nhiên liệu hóa thạch dự trữ có hạn cần thiết phải có kế hoạch sử dụng tiết kiệm, vấn đề thiết nằm chiến lược quốc gia giới Ngoài vấn đề trữ lượng nhiên liệu ngày giảm, luật quốc tế chống ô nhiễm không khí ngày thắt chặt phụ lục VI Marpol 73/78, đồng thời ban hành luật sử dụng lượng hiệu tàu khai thác tàu đóng số EEOI (Energy Efficiency Operation Index) số EEDI (Energy Efficiency Design Index), với mục đích giảm thiểu nhiễm tàu thủy tạo chủ yếu nồng độ CO Do vấn đề cấp thiết lượng nhiễm mơi trường, nhóm tác giả nghiên cứu tính tốn hiệu sử dụng lượng tàu khai thác số EEDI, từ kết tính so với tiêu EEDI yêu cầu giai đoạn IMO để đề xuất giải pháp sử dụng lượng tàu hiệu giảm thiểu ô nhiễm môi trường tàu biển tạo Tính tốn số thiết kế sử dụng lượng hiệu EEDI 2.1 Khái niệm số thiết kế sử dụng lượng hiệu Chỉ số thiết kế sử dụng lượng hiệu EEDI tính dựa vào lượng nhiên liệu tiêu thụ tàu qui đổi CO2 lượng hàng hóa vận chuyển quãng đường định Chỉ số đánh giá lượng ô nhiễm tàu gây so với tiêu giai đoạn từ năm 2013-2025 phụ thuộc vào thời điểm tàu thiết kế đóng đồ thị hình Chỉ số thiết kế hiệu lượng ban hành Ủy ban Bảo vệ Môi trường Hàng hải IMO (MEPC) [1], số sử dụng để đo lượng phát thải CO tàu biển đánh giá trực tiếp việc sử dụng nhiên liệu hiệu tàu, theo giai đoạn từ năm 2015 mức yêu cầu EEDI thấp đòi hỏi chủ tàu nhà máy đóng tàu liên tục phải cải tiến kỹ thuật sử dụng lượng thay để đáp ứng với đòi hỏi phụ lục VI Marpol IMO Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 13 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Hình Các giai đoạn giới hạn số EEDI [1] Hình Sơ đồ thiết bị sử dụng lượng tàu [1] 2.2 Tính tốn số EEDI Chỉ số EEDI tính tốn xác định công thức sau, đơn vị gCO 2/tấn.hải lý[1] Trong đó: PME : 75% cơng suất cực đại máy chính, kW; CFME: Hệ số qui đổi nhiên liệu tiêu thụ máy CO2, g/hải lý.giờ; SFCME: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích máy chính, g/kW.h; nME: Số lượng máy chính; PAE : 75% cơng suất cực đại máy phụ, kW; PPTI : Công suất động điện lai trục chân vịt, kW; Peff : Công suất thiết bị sử dụng lượng sạch, kW; CAE: Hệ số qui đổi nhiên liệu tiêu thụ máy phụ CO 2, g/hải lý.giờ; SFCAE: Suất tiêu hao nhiên có ích máy phát, g/kW.h vref: Vận tốc thiết kế tàu, hải lý.giờ; 2.3 Tính tốn số EEDI cho tàu container Tính tốn thử nghiệm chương trình với thơng số tàu container cụ thể Thơng số cụ thể tàu container 22300 DWT với thời điểm bàn giao vào năm 2014 sau: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 14 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Bảng Thông số tàu Container STT Thông số tàu Loại tàu Số hiệu tàu Chiều dài tàu Chiều rộng tàu Chiều chìm thiết kế Trọng tải Lượng container Máy Tốc độ tàu Container Vessel IMO9145267 178.57 m 27.70 m 10.87 m 22300 DWT 1856 TEU MAN B&W 6L70ME-C 21.4 Knots Số liệu sử dụng tàu container, tàu hệ động lực máy động diesel kỳ tăng áp, hãng Man B&W 03 động diesel lai máy phát điện có thơng số bảng 2: Bảng Các thông số máy máy phát Hệ động lực tàu Loại máy Cơng suất ĐC Máy Lai chân vịt định bước MAN B&W 6L70ME-C kW 16980 Máy phụ Diesel lai máy phát Yanmar 6N21AL-EV kW 970 Tốc độ ĐC rpm 98.3 rpm 900 Suất tiêu hao NL g/kWh 183.5 g/kWh 298.0 Loại nhiên liệu HFO HFO Các thông số tàu nạp vào phần mềm chương trình Matlab để tính tốn số EEDI Kết tính tốn mô số EEDI giai đoạn: 1/1/2013 – 31/12/2014: Hình Kết tính tốn mơ số EEDI cho tàu Container (với giai đoạn 01/01/2013-31/12/2014) Các thơng số đầu vào đưa vào để tính tốn số EEDI đạt với điều kiện khai thác giả định tàu đóng Chỉ số EEDI tính 23.66 cao với số EEDI yêu cầu giai đoạn từ tháng 1-2015 23 Với điều kiện khai thác tốt mà số cịn cao hơn, tàu lại tình trạng khai thác điều kiện biển khắc nghiệt đồng thời việc quản lý tàu không hợp lý dẫn tới số EEDI đạt thực tế cao tính tốn nhiều, với kết tính tốn, nhóm tác giả nghiên cứu tìm giải pháp đề xuất với mục đích giảm lượng tiêu hao nhiên liệu giảm số EEDI đáp ứng với tiêu EEDI yêu cầu giai đoạn yêu cầu tàu đóng với mục đích giảm chi phí khai thác tàu giảm thiểu nhiễm mơi trường Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 15 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Đề xuất giải pháp tiết kiệm lượng Từ kết tính tốn nêu cho tàu container khai thác, vấn đề làm tăng suất tiêu hao nhiên nhiệu máy máy phụ tình trạng kỹ thuật thiết bị tàu cũ xuống cấp Trong trình hoạt động khai thác thiết bị tàu không hợp lý, việc khai thác tàu không hiệu không chọn độ chúi tối ưu tàu, cách xếp hàng hóa, tuyến đường khơng tối ưu không nắm thời tiết chuyến làm kéo dài hành trình tàu tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ làm số EEDI tăng lên Với mục đích giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ qua trình tìm hiểu đề xuất số giải pháp sau: Thay đổi số hệ thống thiết bị tàu: Máy động diesel: Việc tăng cường hiệu cho động diesel đạt thông qua trang bị thêm thiết bị hệ thống cách cải thiện quy trình vận hành Để giám sát động hoạt động hiệu nào, để xem ảnh hưởng thay đổi điều kiện làm việc quy trình vận hành cần thiết phải có thiết bị lắp đặt để giám sát công suất nhiên liệu tiêu thụ Thay hệ thống cấp nhiên liệu bơm cao áp- vòi phun điều khiển cam hệ thống điều khiển điện tử, với thay lượng tiêu thụ nhiên liệu giảm xuống 2% [2] Chân vịt: Việc lựa chọn chân vịt thay theo thiết kế loại tàu sử dụng, nhiều hãng phát triển công nghệ thiết kế chân vịt để đạt hiệu kinh tế sử dụng nhiên liệu Ngồi ra, cải thiện lưu lượng nước vào cánh chân vịt cách lắp thêm số chi tiết vây dẫn ống đạo lưu tăng hiệu đẩy, giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ Như chân vịt có ống dẫn dịng, chóng chóng có cánh chặn dịng chảy xoáy vv giải pháp làm cho hệ động lực giảm khoảng 5% lượng nhiên liệu tiêu thụ [2] Động diesel lai máy phát: Thay hệ thống cấp nhiên liệu bơm cao áp- vòi phụ điều khiển cam hệ thống điều khiển điện tử, với thay lượng thụ thụ nhiên liệu giảm xuống 2.5% [2] Tối ưu khai thác tàu: Việc phối hợp hoạt động xác, phù hợp bên tham gia vào trình vận chuyển hàng hóa có đóng góp tích cực cho việc sử dụng hiệu lượng tàu Chẳng hạn, thông tin liên lạc tốt người khai thác, cảng, chủ hàng…cho phép lựa chọn phương án chạy tàu hợp lý để tàu đến cảng dự kiến, với chế độ máy tiết kiệm nhiên liệu Cơng ty lập kế hoạch quản lý lượng để quản lý đội tàu mình, sở đề yêu cầu liên lạc bên liên quan Sử dụng mạng lưới điều khiển giám sát tàu quản lý hành trình chuyến tàu để tối ưu hóa điều kiện chuyến điều kiện thời tiết vùng biển tàu chạy, tính tốn xác thời gian đến tàu từ giảm tốc độ tàu, tiết kiệm nhiên liệu tiêu thụ Sử dụng phần mềm tối ưu hóa độ chúi tàu phương pháp tiết kiệm lượng nhiên liệu tiêu thụ từ 1.5-2% Phân bổ hàng, ballast cách hợp lý yếu tố có tính chất định sức bền, ổn định tàu, đồng thời giúp cho tàu tốt (góc nghiêng, chúi phù hợp nhất), nhờ hiệu lượng tàu tăng lên Trước đây, vai trị tối ưu hóa hiệu số mớn nước thường bị bỏ qua xem xét phương án nâng cao hiệu lượng tàu, đặc biệt việc tính tốn, thử nghiệm để xác định mức liên hệ tốc độ, mớn nước hiệu số mớn nước tối ưu tương đối phức tạp tốn Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu gần rằng, hiệu việc sử dụng mớn nước tối ưu vận tải biển đáng kể nhanh chóng bù đắp chi phí đầu tư ban đầu Hiệu số mớn nước tối ưu, trung bình tiết kiệm 34% nhiên liệu tiêu thụ số điều kiện định, giúp tiết kiệm tới 15% Trong đó, hệ số mớn nước tối ưu hiểu hiệu số mớn nước ứng với tốc độ mớn nước cho trước tàu, mức độ tiêu thụ nhiên liệu cho hành trình nhỏ Sử dụng cơng nghệ thiết bị Việc giảm ma sát vỏ tàu ý sơn phủ vỏ tàu Theo kết thử nghiệm công bố, việc sơn phủ tốt lớp thứ giảm 0.5-2 % sức cản, làm tốt thêm lớp giảm tới 1-5 % sức cản tàu Áp dụng phương pháp làm giảm ma sát vỏ tàu hệ thống cung cấp bọt khí đáy tàu, lớp khí giảm ma sát tiếp xúc nước vỏ tàu làm giảm sức cản tàu, phương pháp giảm tiêu nhiên liệu tới 3% Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 16 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Việc sử dụng lượng thay lượng gió, lượng mặt trời, pin nhiên liệu loại lượng khác tàu thủy có nhiều cải tiến mang lại hiệu cao tiết kiệm 10-30% nhiên liệu Đối với tàu container khai thác trên, áp dụng phương pháp cải tiến thay hệ thống thiết bị mới, tối ưu hóa q trình khai thác làm cho lượng tiêu hao nhiên liệu giảm xuống tới 20-30%, đáp ứng tiêu EEDI yêu cầu tàu đóng đến tháng 12020 Hình Kết tính toán số EEDI sau áp dụng giải pháp Sau áp dụng giải pháp cải tiến cho thiết bị tàu khai thác, kết tính số EEDI đạt 19.15 nhỏ số EEDI yêu cầu 20.96 Qua đồ thị kết tính số EEDI đạt tàu ta thấy Chỉ số EEDI đạt nằm đường New Ship 1.1.2015 Như tàu sau áp dụng giải pháp công nghệ bàn giao giai đoạn 1: 1/1/2015 – 31/12/2019 tàu hồn toàn đáp ứng đủ theo yêu cầu MARPOL đưa số thiết kế hiệu lượng Tại Việt Nam nay, công nghệ nhà máy đóng sửa chữa tàu biển đại hóa phát triển không ngừng, đồng thời đội ngũ kỹ thuật đào tạo đáp ứng với vấn đề hoán cải kết cấu vỏ hệ thống động lực tàu để đáp ứng với yêu cầu ngày khắt khe Luật Hàng hải quốc tế, ví dụ cơng ty cổ phần Vận tải biển Việt Nam (Vosco) tiến hành thay vòi phun nhiên liệu số động diesel sử dụng giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ, đồng thời giảm ô nhiễm khí xả Cơng ty Vipco hốn cải hệ thống bơi trơn khí hệ thống bơi trơn điện tử cho tàu dầu tiết kiệm dầu bôi trơn Trong giải pháp áp dụng, thiết bị thay đa số nhập ngoại nên giá thành cao, chủ tàu cịn cân nhắc định hốn cải thay lý kinh tế luật pháp Kết luận Từ kết tính tốn phân tích số lượng hiệu EEDI tàu container tác giả đưa giải pháp để cải tiến thiết kế, khai thác quản lý tàu hiệu với mục đích giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ, tăng tính kinh tế khai thác tàu biển Việt Nam Chỉ số thiết kế hiệu lượng EEDI đạt tàu giảm sử dụng giải pháp nêu thỏa mãn yêu cầu MARPOL 73/78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Guidelines for Determination of the Energy Efficiency Design Index (2013), Germanischer Lloyd [2] Ship Energy Efficiency Measures, ABS Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 17