Bài viết này sẽ phân tích, đánh giá ý nghĩa của chỉ số sử dụng hiệu quả năng lượng (EEOI) và công thức tính EEOI của IMO; Phân tích ảnh hưởng của tình trạng kỹ thuật động cơ đến lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ và do đó ảnh hưởng đến chỉ số sử dụng hiệu quả năng lượng (EEOI).
TẠP CHÍ KHOA HỌC - CƠNG NGHỆ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY ẢNH HƯỞNG CỦA TÌNH TRẠNG KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ ĐẾN CHỈ SỐ SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG (EEOI) TRÊN TÀU THỦY THE EFFECT OF ENGINE TECHNICAL CONDITION ON ENERGY EFFICIENCY OPERATION INDICATOR (EEOI) ON THE SHIP NGUYỄN TRÍ MINH*, NGUYỄN TRUNG CƯƠNG Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam *Email liên hệ: triminh@vimaru.edu.vn Tóm tắt Bài báo phân tích, đánh giá ý nghĩa số sử dụng hiệu lượng (EEOI) cơng thức tính EEOI IMO; Phân tích ảnh hưởng tình trạng kỹ thuật động đến lượng tiêu thụ nhiên liệu động ảnh hưởng đến số sử dụng hiệu lượng (EEOI) Ứng dụng vào thực tế, báo tính tốn số EEOI cho tàu NSU MILESTONE để làm sáng tỏ ảnh hưởng điều kiện khai thác tình trạng kỹ thuật động đến số EEOI Từ khóa: Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI), khai thác hiệu Abstract This article will analyze and evaluate the significance of the Energy Efficiency Operational Indicator (EEOI) and IMO's EEOI formula; Analyzing the impact of engine's technical condition on its fuel consumption and thus the Energy Efficiency Operational Indicator (EEOI) Apply into reality, this article also calculates the EEOI Index for M/V NSU MILESTONE to clarify the impact of the operating condition and the technical condition of the engine on the EEOI index Keywords: Energy Efficiency Operational Indicator (EEOI), Efficiency Operation Giới thiệu chung Sự tăng trưởng tổng sản phẩm quốc nội (GDP) quốc gia giới lớn, nhu cầu vận chuyển hàng hóa khu vực giới lớn, ngành vận tải biển giới phát triển, dẫn tới lượng tiêu thụ nhiên liệu cho đội tàu biển ngày tăng Đó ngun nhân gây nhiễm khơng khí Những chất khí độc hại phát thải từ động diesel gây ô nhiễm môi trường chủ yếu bao gồm 18 oxit ni tơ (NOx), oxit lưu huỳnh (SOx) oxit bon (CO, CO2) Từ cuối năm 1980, Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) tiến hành nghiên cứu ban hành văn nhằm ngăn ngừa ô nhiễm khơng khí tàu biển Vì vậy, cơng ty chế tạo động diesel tàu thủy nhanh chóng có giải pháp để giảm thiểu hàm lượng phát thải ơxít nitơ, oxit lưu huỳnh khí thải động như: cải tiến động diesel, lắp thêm hệ thống lọc khí thải, sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp,… Hàng năm lượng khí CO2 tàu biển thải môi trường gây hiệu ứng nhà kính tăng trung bình khoảng 9,6%/năm giai đoạn từ 2012 đến 2018 (từ 977 triệu lên 1,076 triệu tấn/năm) dự báo đến năm 2050 lượng khí CO2 tàu biển phát thải vào khơng khí tăng khoảng 50% so với năm 2018, nhu cầu vận tải hàng hóa đường biển lớn ngày lớn [3, 6] Tháng năm 2011, Ủy ban Bảo vệ môi trường biển (MEPC) Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) thông qua quy định giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ tàu biển Quy định số thiết kế hiệu lượng (Energy Efficiency Design Index-EEDI) yêu cầu công ty quản lý tàu phải xây dựng Kế hoạch quản lý hiệu lượng tàu (Ship Energy Efficiency Management Plan-SEEMP) cho tàu [1] Để theo dõi, đánh giá hiệu Kế hoạch quản lý hiệu lượng tàu (SEEMP), tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) khuyến cáo công ty quản lý tàu sử dụng số sử dụng hiệu lượng (Energy Efficiency Operational Indicator - EEOI) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết chủ yếu tập trung vào việc thu thập liệu, tính tốn, phân tích, đánh giá Nghiên cứu thực nghiệm thực tính toán cho tàu cụ thể SỐ 67 (8-2021) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Khái niệm số sử dụng hiệu lượng Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI) khối lượng CO2 tàu phát thải (bao gồm lượng CO2 phát thải tàu cảng) tàu chở đơn vị hàng hóa di chuyển hải lý IMO quy định có hai cách tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI): Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI) chuyến số sử dụng hiệu lượng (EEOI) trung bình nhiều chuyến, chu kỳ thời gian (ngày, tháng, ) 3.1 Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI) chuyến Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI) chuyến tính cơng thức (1) FC xC j EEOI (1) mcargo xD Bảng Hệ số phát thải CO2 loại nhiên liệu [1] Cf (T CO2/T Chuyến đi: Là khoảng thời gian tính từ khởi hành từ cảng A đến khởi hành từ cảng B tiếp theo, từ đến cảng A đến đến cảng B, sơ đồ Hình [1] Bảng Đơn vị tính khối lượng hàng/khách chở loại tàu [1] Chú thích Light Fuel Oil (LFO) Heavy Fuel Oil (HFO) Liquefied 3.026000 3.151040 3.114400 ISO8217 DMX-RMC ISO8217 RMA-RMD ISO8217 RME-RMK 3.000000 Propane 3.030000 Butane Petroleum Gas (LPG) Tấn Tàu chở hàng lỏng Tấn Tàu container TEU Tấn (container có hàng: 10t, Tàu RO-RO cotainer không hàng: 2t) Tàu khách Số khách tàu Tàu ô tô Số ô tô tàu 3.2 Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI) trung bình nhiều chuyến Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI) trung bình nhiều chuyến tính cơng thức: nhiên liệu) Diesel/gas oil Đơn vị Loại tàu Tàu chở hàng khô Fj j Trong đó: CFj: Hệ số phát thải CO2 (quy đổi khối lượng nhiên liệu thứ j khối lượng phát thải CO2, hệ số phụ thuộc vào hàm lượng bon có nhiên liệu j) Giá trị CFj phụ thuộc vào loại nhiên liệu tra Bảng Loại nhiên liệu khoảng thời gian xem xét: ngày, tháng, Loại hàng hóa: Bao gồm tất loại hàng hóa thường chở tàu: Khí hóa lỏng, hàng rời, hàng tổng hợp, container, tơ, hành khách,… mcargo: Khối lượng hàng chở tàu chuyến Các loại hàng khác có cách tính đơn vị khối lượng khác Bảng FC xC m xD ij Average EEOI i Fj j cargo ,i (2) i i Trong đó: i: số chuyến; 𝐷𝑖 : Quãng đường chuyến thứ i Từ cơng thức thấy rằng, giá trị EEOI nhỏ hiệu sử dụng lượng tàu lớn Tình trạng kỹ thuật động ảnh hưởng đến số sử dụng hiệu lượng (EEOI) Liquefied Từ công thức tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI), thấy giá trị EEOI phụ (LNG) thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ tàu, thời gian hành FCj: Khối lượng nhiên liệu thứ j tiêu thụ động trình biển, thời gian neo, làm hàng, khối lượng lai chân vịt, máy phát điện, thiết bị tiêu thụ hàng chở tàu, tình trạng kỹ thuật thiết bị nhiên liệu khác: Nồi hơi, lò đốt rác,… chuyến tiêu thụ nhiên liệu tàu như: động lai chân vịt, cảng cho khoảng thời gian xem xét: ngày, động lai máy phát điện, nồi phụ,… Trong báo đưa phân tháng,… tích ảnh hưởng tình trạng kỹ thuật động D: Quãng đường thật được, tính hải lý hai cảng, quãng đường tàu diesel đến số sử dụng hiệu lượng Natural Gas SỐ 67 (8-2021) 2.750000 19 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Hình Hình ảnh mơ tả khái niệm “Chuyến đi” (EEOI), yếu tố khác như: tuyến hành hải, mớn nước mũi-lái, tình trạng kỹ thuật vỏ tàu, chân vịt, trình bày báo khác Đối với động diesel, tình trạng kỹ thuật chi tiết ảnh hưởng đến trình cháy xilanh động ảnh hưởng trực tiếp đến mức tiêu thụ nhiên liệu động 4.1 Bơm cao áp Các hư hỏng thường gặp thực tế bơm cao áp là: Cặp piston xilanh bơm cao áp bị mòn, làm cho áp suất phun nhiên liệu góc phun sớm bị giảm II I Pb III P0 Pd (gqtk) Pf b P0’ P0 Pd ĐCT (gqtk) Hình Áp suất nhiên liệu bơm cao áp vòi phun a Áp suất nhiên liệu Bơm cao áp; b Áp suất nhiên liệu vòi phun Để hiểu rõ áp suất phun nhiên liệu giảm cặp piston xilanh bơm cao áp bị mòn, chúng ta xem xét diễn biến thay đổi áp suất nhiên liệu bơm cao áp vòi phun diễn sau: Trên Hình 2, thời điểm bắt đầu hành trình có ích piston bơm cao áp ký hiệu điểm (1) đồ thị Áp suất nhiên liệu bơm cao áp tiếp tục tăng đến áp suất Pd (2) đồ thị, lúc van chiều sau bơm cao áp mở Piston bơm cao áp tiếp tục lên, áp suất nhiên liệu bơm cao áp vòi phun tăng đến áp suất nâng kim phun Po (điểm 3) 20 Trong trường hợp cặp piston xilanh bơm cao áp bị mòn, thời điểm áp suất nhiên liệu đạt tới áp suất P0 chậm hơn, kim phun mở muộn hơn, nghĩa góc phun sớm bị giảm Khi piston bơm cao áp bị mòn, lưu lượng bơm cao áp giảm, áp suất phun nhiên liệu giảm, kim phun mở [4] Góc phun sớm giảm, áp suất phun giảm làm cho thời gian cháy nhiên liệu xilanh bị kéo dài Kết công suất, hiệu suất động giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên 4.2 Vòi phun động a Đó thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu thực tế vòi phun Sau thời gian làm việc tình trạng kỹ thuật vòi phun bị giảm, ảnh hưởng đến chất lượng trình cháy xilanh động Các hư hỏng thường gặp vòi phun là: Kim phun đóng khơng kín, đầu cuối trình phun nhiên liệu, kim phun chưa mở, đóng nhiên liệu bị “rị” vào xilanh, làm cho áp suất phun nhiên liệu bị giảm (lúc áp suất phun nhiên liệu lớn thấp P4, Hình 2) Thân kim phun bị mịn, phần nhiên liệu bị rị lọt dọc theo thân kim phun làm cho áp suất phun bị giảm, đồng thời làm giảm góc phun sớm thực tế, kết q trình cháy rớt tăng, làm cho công suất hiệu suất động bị giảm, suất tiêu hao nhiên liệu, lượng tiêu thụ nhiên liệu động tăng 4.3 Nhiệt độ nhiên liệu trước bơm cao áp Chất lượng phun nhiên liệu phụ thuộc vào bơm cao áp, vòi phun, áp suất phun, kết cấu buồng đốt,… mà phụ thuộc vào độ nhớt nhiên liệu Vì vậy, nhiên liệu phải hâm trước đến bơm cao áp để nhiên liệu có độ nhớt phù hợp Nếu nhiệt độ nhiên liệu trước bơm cao áp thấp, độ nhớt nhiên liệu tăng cao giá trị cho phép động cơ, hịa trộn nhiên liệu khí nén buồng đốt không đồng kéo dài, làm cho trình cháy xilanh bị kéo dài sang đường giãn nở Đó lý suất tiêu SỐ 67 (8-2021) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY hao nhiên liệu động tăng nhiệt độ hâm nhiên liệu không phù hợp Kinh nghiệm khai thác cho thấy độ nhớt nhiên liệu khơng q thấp, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng phun sương, chức bôi trơn nhiên liệu cho bơm cao áp vịi phun, tăng nguy bị kẹt piston bơm cao áp, hỏng gioăng cao su làm kín bơm cao áp [5] Loại tàu: Tàu chở hàng rời; 4.4 Sức cản đường nạp-xả, tình trạng kỹ thuật sinh hàn khí tăng áp Công suất: 880 [kW]; Sức cản đường nạp, tình trạng kỹ thuật sinh hàn khí tăng áp, tua bin-máy nén tăng áp ảnh hưởng trực tiếp đến lượng khí nạp vào xilanh động ảnh hưởng đến trình cháy xilanh động Nếu sức cản đường nạp, xả tăng, tình trạng kỹ thuật tua bin-máy nén tăng áp, sinh hàn khí tăng áp khơng tốt làm giảm lượng khí nạp vào xilanh làm cho q trình cháy kéo dài sang đường giãn nở Kết công suất, hiệu suất động giảm, suất tiêu hao nhiên liệu động tăng, làm tăng số EEOI 4.5 Xéc măng-xilanh-xupap Cụm chi tiết xéc măng-xilanh, xupap ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng trình cháy xilanh động Khi xéc măng, xilanh, xupap bị mịn, khơng kín, làm cho áp suất nhiệt độ cuối q trình nén giảm, q trình hịa trộn nhiên liệu khí nén xilanh khơng Điều làm cho trình cháy xilanh động diễn chậm hơn, công suất, hiệu suất động giảm, nhiệt độ khí xả tăng, suất tiêu hao nhiên liệu tăng Ngoài phần nhiên liệu khơng thể cháy thiếu khơng khí theo khí xả ngồi Có thể thấy tình trạng kỹ thuật động ảnh hưởng nhiều đến lượng tiêu thụ nhiên liệu tàu, dẫn tới làm tăng số sử dụng hiệu lượng (EEOI) Vì trình khai thác động phải tuân thủ chặt chẽ kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa cho động Tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI) tàu NSU MILESTONE Để làm rõ phân tích, đánh giá trên, nhóm tác giả tiến hành tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI) tàu NSU MILESTONE Công ty Hosei Shipping SA, với chu kỳ tính tháng 5.1 Các đặc MILESTONE điểm tàu NSU Tốc độ: 15,0 [hải lý/giờ]; Máy chính: MITSUI MAN B&W 7S80MC-C; Công suất: 22.314 [kW]; Tốc độ quay: 74,5 [v/ph]; Suất tiêu hao nhiên liệu: 158,64 [g/kW.h]; Máy đèn: YANMAR 6N21AN-21V; Tốc độ quay: 900 [v/ph] 5.2 Tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI) tàu NSU MILESTONE Phần tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI) tàu NSU MILESTONE ba tháng (tháng 7, năm 2019) Các bước tính thực sau: 5.2.1 Chu kỳ tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI) tàu NSU MILESTONE Chu kỳ tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI) tàu NSU MILESTONE tháng, tính tháng có thời gian chạy biển lượng hàng hóa khác 5.2.2 Nguồn liệu để tính Nhật ký buồng máy boong tàu NSU MILESTONE, hóa đơn nhiên liệu Công ty cấp nhiên liệu cho tàu [2] 5.2.3 Thu thập liệu Các liệu thu thập từ nhật ký boong máy tàu NSU MILESTONE để tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI) bao gồm: Lượng tiêu thụ nhiên liệu nặng, nhẹ động lai chân vịt, lai máy phát điện, nồi phụ, ngày; đặc tính loại nhiên liệu tiêu thụ tàu; quãng đường tàu di chuyển ngày; lượng hàng hóa tàu quãng đường tình trạng bảo dưỡng động tháng Trong đó, tháng động chưa bảo dưỡng vòi phun, xupap, tháng tàu thay vòi phun, thay xupap xả, xéc măng xilanh số 2, 5.2.4 Tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI) Căn vào thông số thu thập từ nhật ký máy, boong, hóa đơn nhiên liệu từ tàu NSU MILESTONE, cơng thức tính số khai thác hiệu lượng EEOI (2), chúng tơi tính số khai thác hiệu lượng (EEOI) tháng sau: Tàu NSU MILESTONE có thơng số sau: SỐ 67 (8-2021) 21 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY CHỈ SỐ SỬ DỤNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG (EEOI) 0.0000250000 EEOI 0.0000200000 0.0000150000 0.0000100000 0.0000050000 0.0000000000 Hình Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI) EEOI tháng 7, EEOI tháng 8; EEOI tháng 5.3 Kết luận Nhìn vào biểu đồ Hình thấy giá trị số sử dụng hiệu lượng tháng 7, 8, có giá trị khác nhau, nguyên nhân sau: Tổng số ngày chạy biển tháng khác nhau; tuyến hành trình tháng khác nhau; lượng tiêu thụ nhiên liệu tháng khác nhau; tổng quãng đường chạy tháng khác nhau; lượng hàng tàu tháng khác So sánh tháng tháng 8, số sử dụng hiệu lượng tháng giảm Qua số liệu thực tế thu thập được, với lượng hàng hóa chuyên chở nhau, sau bảo dưỡng, với lượng hàng hóa khơng đổi, lượng nhiên liệu tiêu thụ giảm rõ rệt Điều lý giải tháng tàu bảo dưỡng, thay xéc măng, vòi phun, xupap xả cho xilanh số 2, Kết nghiên cứu Nội dung báo giải vấn đề sau: (i) Phân tích đánh giá tình trạng kỹ thuật động ảnh hưởng đến số sử dụng hiệu lượng (EEOI); (ii) Việc xác định số sử dụng hiệu lượng cho tàu NSU MILESTONE cho ta thấy ảnh hưởng điều kiện khai thác nói chung tình trạng kỹ thuật động nói riêng đến số sử dụng hiệu lượng (EEOI) Kết luận (i) Tình trạng kỹ thuật động ảnh hưởng trực tiếp đến lượng tiêu hao nhiên liệu tàu biển, ảnh hưởng đến số sử dụng hiệu lượng EEOI tàu (ii) Để đảm bảo trì số sử dụng hiệu lượng theo qui định IMO cần phải tìm biện pháp nhằm giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu cho 22 máy chính, máy đèn, nồi thiết bị tiêu thụ nhiên liệu tàu, cơng ty quản lý, khai thác tàu biển cần thực việc bảo dưỡng, sửa chữa động đúng hướng dẫn hãng chế tạo động Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đề tài mã số: DT20-21.11 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] IMO, Guidelines for voluntary use of the ship energy efficiency operational indicator (EEOI), MEPC.1/Circ.683&684, 17 August 2009 [2] M/V NSU MILESTONE, Noon report, The ship document is recorded in Log Record Book of M/V NSU MILESTONE [3]https://baotainguyenmoitruong.vn/phat-thai-khi-n ha-kinh-tu-tau-bien-tiep-tuc-tang-308684.html Truy cập ngày 20/3/2020 [4] Nguyễn Trung Cương, Hệ thống nhiên liệu, Động diesel tàu thủy, NXB Giao thông vận tải, Tr: 137-140 2010 [5] Nguyễn Trung Cương, Hệ thống nhiên liệu, Khai thác động diesel thấp tốc, NXB Giao thông vận tải, tr.27-29 2016 [6] Tran Tien Anh, “A research on the energy efficiency operational indicator EEOI calculation tool on M/V NSU JUSTICE of VINIC transportation company, Vietnam” Journal of Ocean Engineering and Science, Volume 2, Issue 1, pp.55-60 3/2017 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 07/4/2021 26/4/2021 09/5/2021 SỐ 67 (8-2021) ... Kết luận (i) Tình trạng kỹ thuật động ảnh hưởng trực tiếp đến lượng tiêu hao nhiên liệu tàu biển, ảnh hưởng đến số sử dụng hiệu lượng EEOI tàu (ii) Để đảm bảo trì số sử dụng hiệu lượng theo qui... lượng (EEOI); (ii) Việc xác định số sử dụng hiệu lượng cho tàu NSU MILESTONE cho ta thấy ảnh hưởng điều kiện khai thác nói chung tình trạng kỹ thuật động nói riêng đến số sử dụng hiệu lượng (EEOI). .. phát thải tàu cảng) tàu chở đơn vị hàng hóa di chuyển hải lý IMO quy định có hai cách tính số sử dụng hiệu lượng (EEOI): Chỉ số sử dụng hiệu lượng (EEOI) chuyến số sử dụng hiệu lượng (EEOI) trung