Nghiên cứu tích hợp công nghệ hybrid ứng dụng năng lượng mặt trời cho phương tiện giao thông thủy cỡ nhỏ

Nội dung text: Nghiên cứu tích hợp công nghệ hybrid ứng dụng năng lượng mặt trời cho phương tiện giao thông thủy cỡ nhỏ

1. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) 46 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP CÔNG NGHỆ HYBRID ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG THỦY CỠ NHỎ RESEARCH INTEGRATION USING SOLAR HYBRID ENERGY FOR SMALL BOAT 1 2,3* 2,3 4 Nguyễn Văn Tổng Em , Nguyễn Duy Anh , Lê Tất Hiển , Nguyễn Văn Trạng 1 Trường Đại học Nam Cần Thơ, Việt Nam 2 Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM - HCMUT, Việt Nam 3 Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh – VNUHCM, Việt Nam 4 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam Ngày toà soạn nhận bài 15/6/2021, ngày phản biện đánh giá 30/6/2021, ngày chấp nhận đăng 01/10/2021. TÓM TẮT Bài báo này trình bày nghiên cứu tích hợp công nghệ hybrid với năng lượng mặt trời vào phương tiện giao thông thủy nội địa cỡ nhỏ. Trong nghiên cứu này, dữ liệu khảo sát kết hợp với ý kiến chuyên gia được tổng hợp và phân tích nhằm đưa ra phương án thiết kế hình dáng và công nghệ hybrid ứng dụng năng lượng mặt trời phù hợp với đặc thù phương tiện giao thông thủy cỡ nhỏ. Các ràng buộc mớn nước, tĩnh không, tuyến luồng kênh rạch, bề rộng kênh rạch đều đảm bảo tính năng kỹ thuật theo nhiệm vụ thư thiết kế. Giải pháp thiết kế hệ thống hybrid ứng dụng năng lượng mặt trời gồm phần cứng và phần mềm phục vụ tích trữ, điều khiển và vận hành cũng đã được so sánh và đánh giá. Kết quả cho thấy tính khả thi của nghiên cứu tích hợp công nghệ hybrid ứng dụng năng lượng mặt trời vào các phương tiện giao thông cỡ nhỏ hoạt động ở vùng hồ, kênh rạch tại khu vực TP. HCM và Đồng Bằng Sông Cửu Long. Từ khóa: phương tiện giao thông thủy nội địa; tuyến luồng kênh rạch; công nghệ hybrid; năng lượng mặt trời; nhiệm vụ thiết kế. ABSTRACT This paper presents research integration using solar hybrid energy for small inland boats. In this paper, survey data combined with expert evaluations are synthesized and analyzed to come up with a design of boat hull form and solar hybrid energy applications suitable to the characteristics of marine vehicles. The constraints of the draft, clearance, route, and width of canals all ensure the technical features according to the design recommendation. The design solution of a hybrid solar energy system including hardware and software for battery capacity, control system, and operation has also been compared and evaluated. The results show the feasibility of the study to integrate hybrid technology applying solar energy into small-sized vehicles operating in rivers and canals in Ho Chi Minh City and the Mekong Delta. Keywords: small inland boats; route of canal; hybrid energy application; solar energy; design requirement. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tuy nhiên, dự báo của chuyên gia năng Chi phí nhiên liệu luôn chiếm một phần lượng, khai thác dầu khí sẽ đạt mức đỉnh về sản lượng vào năm 2020 và sụt giảm nhanh lớn trong các hoạt động kinh doanh, đặc biệt là lĩnh vực giao thông vận tải. Nhiên liệu chóng trong các năm tiếp theo. Bên cạnh đó, xăng và diesel dùng ở dạng lỏng có ưu thế về khí phát thải từ phương tiện giao thông ảnh khả năng sử dụng trực tiếp hơn các nhiên liệu hưởng lớn đến môi trường và chất lượng hoá thạch khác như than còn khá dồi dào. sống, đặc biệt là trong khu vực nội thành. Doi:
2. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 47 Tại Việt Nam, tiềm năng sử dụng năng Năm 1883, Charles Fritz thành công lượng mặt trời hiện rất lớn vì nước ta nằm trong việc chuyển hóa năng lượng mặt trời trong khu vực cận xích đạo, góc chiếu mặt trời thành năng lượng điện (chỉ từ 1-2%). Hiện của các mùa trong năm tương đương 90 độ nay hiệu suất sử dụng pin mặt trời đã được nên việc sử dụng khai thác các pin năng lượng cải thiện đáng kể và được triển khai hiệu quả mặt trời rất hiệu quả. Riêng với khu vực thành trong các chương trình sử dụng năng lượng phố Hồ Chí Minh và Đồng Bằng Sông Cửu xanh và tiết kiệm năng lượng. Long thì khả năng chiếu sáng của mặt trời gần Theo thống kê, panel mặt trời sử dụng như 90% trong hai mùa mưa và nắng. công nghệ Crystalline (mono và poly) được Bảng 1. Số liệu về bức xạ mặt trời khảo sát sử dụng phổ biến do có hiệu suất sử dụng cao trong nước và chi phí hợp lý [3]. Trong nghiên cứu này, Cường độ nhóm chọn phương án sử dụng panel mặt trời Giờ nắng BXMT Ứng Vùng Polycrystalline có sẵn trên thị trường. trong năm (kWh/m2, dụng ngày) Trung Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 bình Trung Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 bình Bắc Trung 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt Bộ Tây Nguyên và Nam 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Trung Bộ Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình 1700 – 2500 4,6 Tốt cả nước Bức xạ mặt trời phụ thuộc vào từng địa Hình 2. Phân loại panel mặt trời điểm trên mặt đất và các điều kiện tự nhiên của địa điểm đó. Khi thiết kế hệ thống điện Trong bài báo này, phạm vi nghiên cứu mặt trời, rõ ràng để cho hệ có thể cung cấp được lựa chọn cho phương tiện thủy nội địa đủ năng lượng cho tải trong suốt thời gian cỡ nhỏ tích hợp công nghệ hybrid với năng hoạt động, ta phải chọn giá trị cường độ bức lượng mặt trời (NLMT), hoạt động ở vùng hồ, xạ trung bình của tháng thấp nhất trong năm kênh rạch tại khu vực Tp.HCM và Đồng làm cơ sở tính toán. Cường độ bức xạ trung Bằng Sông Cửu Long. bình của các tháng trong năm ở Tp. HCM 2. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỘNG theo phương pháp tính toán của Moix CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG NGHỆ GHÉP Prierre-Olivier [1], [2], được cho ở trên và (HYBRID) CHO PHƯƠNG TIỆN trong ngày từ 6 giờ sáng đến 6 giờ chiều của THỦY ngày đầu tháng Giêng. 2.1. Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện và công nghệ hybrid cho phương tiện thủy trên thế giới Hình 1. Cường độ bức xạ tại Tp. HCM theo Hình 3. Hệ thống thiết bị đẩy chạy điện của Moix Prierre-Olivier (2004) Fischer Panda (Đức)
3. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) 48 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Bảng 2. So sánh các loại động cơ điện Động cơ AC Động cơ DC Động cơ Cảm ứng Brush DC (Động cơ một chiều có chổi than) Động cơ (Không đồng Đồng bộ DC Nam Kích bộ) Kích Kích Kích không châm từ RC Động cơ Rotor từ độc từ nối từ hỗn chổi Một Rotor vĩnh song servo vạn năng Mục Ba pha dây lập tiếp hợp than pha NCVC cửu song quấn (BLDC) Nguồn AC AC DC DC DC DC DC DC DC&AC DC Hiệu suất 40-60 60-70 70-75 75-90 60-70 70-80 70-80 70-85 70-80 60-70 50-70 >85 (%) Trung bình TB TB TB TB TB Nhỏ TB hoặc Kích thước Lớn (TB) hoặc Nhỏ hoặc hoặc hoặc hoặc Nhỏ Nhỏ hoặc TB lớn hoặc lớn lớn lớn lớn lớn lớn TB Momen tải Lớn Thấp Lớn Nhỏ Nhỏ Nhỏ Lớn Lớn Nhỏ TB TB nhỏ Đảo chiều Khó Dễ Dễ Dễ Dễ Khó Dễ Khó Dễ Dễ Khó quay Công suất Lớn Nhỏ TB TB TB TB Thấp TB TB Giá Thấp TB Cao Cao Thấp TB TB TB TB Thấp TB Cao Từ bảng so sánh trên có thể nhận xét như truyền thống, máy phát, hệ thống tích trữ sau: năng lượng và động cơ điện được phát triển rộng rãi. Theo cách phân loại hệ thống ghép, Động cơ AC để cấp nguồn điều khiển có thể phân chia thành ghép nối tiếp (serial phù hợp cho những hệ thống có tải trọng, hybrid), ghép song song (parallel hybrid) và kích thước lớn và có khả năng được cấp ghép hỗn hợp (series-parallel hybrid). nguồn trực tiếp. Động cơ DC phù hợp chịu tải lớn khi khởi động (đặc biệt là kích từ nối tiếp), công suất thấp. Ngoài ra, giá thành thấp, độ tin cậy cao, điều khiển đơn giản và khả năng điều khiển đảo chiều quay dễ dàng cũng là một trong các ưu điểm nổi bật. Theo phương án này, hệ thống đẩy sử dụng năng lượng điện được cung cấp bởi hệ thống tích trữ năng lượng (pin - ắc quy) hoặc nguồn phát năng lượng [4]. Đến năm 2007, nghiên cứu sơ bộ tại Đức dành cho mô hình phương tiện thủy cỡ nhỏ tích hợp 9m2 tấm pin năng lượng mặt trời được kiểm soát thông qua phần mềm quản lý và đánh giá năng lượng tiêu thụ đã minh chứng được tính khả thi và hiệu quả của việc tích hợp panel mặt trời vào phương tiện thủy. Hiện nay, nghiên cứu hệ thống ghép (hybrid system) bao gồm động cơ đốt trong Hình 4. Phân loại hoạt động của hệ thống pin mặt trời trên tàu NLMT
4. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 49 Bảng 3. Đánh giá và so sánh hệ thống lai pha, DC, công suất dự kiến 5HP có ưu điểm ghép (hybrid) về khả năng điều khiển động cơ, nâng cao Ưu điểm Nhược điểm tính năng xoay trở và giữ hướng của tàu [6]. Hoàn toàn chạy Ghép nối điện Hệ thống ắc tiếp Đơn giản, phù quy lớn hợp tàu nhỏ Công suất lớn Công nghệ Ghép phức tạp song song Thời gian hoạt động dài Khó bảo trì Tận dụng tối đa Công nghệ Hình 5. Mô hình tàu năng lượng mặt trời Ghép hỗn các lợi ích được phức tạp (Bách Khoa Tp.HCM, 2013) hợp sinh ra Khó bảo trì Ở thời điểm hiện tại, hình thức ghép nối tiếp này đang được phát triển bởi một số hãng Torquedo, Lynch Motor, Electric Yacht, MasterVolt, Elco Marine. Tuy nhiên, các hệ thống thiết bị này đều có điểm chung là giá thành rất cao [5]. Vì thế mục tiêu mà người thực hiện hướng đến trong đề tài này là thiết kế, chế tạo phương tiện thủy ứng dụng công nghệ hybrid với năng lượng mặt trời triển Hình 6. Tàu 2 thân cỡ nhỏ chạy NLMT (Bách khai tốt trong thực tế và có tính nội địa hóa Khoa Đà Nẵng, 2015) cao (điều kiện làm việc, linh kiện sử dụng, Hiện nay, một số phương tiện dân gian làm chủ công nghệ). đã triển khai lắp đặt panel mặt trời và nhập 2.2. Nghiên cứu ứng dụng động cơ điện và khẩu trọn gói cụm thiết bị đẩy chạy điện từ công nghệ hybrid cho phương tiện Đức, Trung Quốc phối hợp sử dụng. Tại thủy trong nước Đồng Tháp, vỏ lãi với chiều rộng 0,8 m, chiều dài 6,5 m, sử dụng 2 bình ắc quy, động Dựa trên các kết quả nghiên cứu sơ khởi cơ và 2 tấm pin. Khi sử dụng, điện từ năng từ đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở 2013 lượng mặt trời trong 2 tấm pin qua bình ắc tại PTN trọng điểm Quốc Gia Điều khiển số quy sẽ truyền vào động cơ để chân vịt của và Kỹ thuật Hệ thống (DCSELAB) và các thuyền hoạt động. kết quả hướng dẫn sinh viên nghiên cứu khoa học tại Bộ môn Kỹ Thuật Tàu Thủy, Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia TpHCM từ năm 2010 đến nay, nhóm nghiên cứu đã bước đầu xây dựng mô hình tính toán và mô phỏng nguyên lý hoạt động của tàu thủy sử dụng nguồn năng lượng mặt trời thông qua tàu mô hình. Tại Bộ môn Kỹ Thuật Tàu Thủy, Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia TpHCM, Hình 7. Thuyền NLMT (Đồng Tháp, 2016) các đề tài nghiên cứu tàu thủy sử dụng năng Về nguyên tắc, tính năng ổn định lượng mặt trời đã được phát triển thành luận phương tiện thủy khi tích hợp panel mặt trời văn tốt nghiệp từ năm 2010. Kết quả cho sẽ có sự dịch chuyển trọng tâm rất lớn. Do đó thấy các tính năng ổn định và phương án sử cần các phân tích, đánh giá cơ sở khoa học rõ dụng năng lượng mặt trời hoàn toàn khả thi ràng. Bên cạnh đó, thiết bị đẩy cần được và đáng tin cậy. Bên cạnh đó, động cơ điện 1 nghiên cứu, đánh giá phối hợp với hình dáng
5. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) 50 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh phương tiện thủy và động cơ điện để đạt hiệu đó giảm tổn hao lớn trên hệ thống chuyển đổi quả thiết kế tối ưu. năng lượng hybrid. Thực chất đây vẫn là các phương tiện thủy sử dụng động cơ điện thuần túy. Về khả năng hybrid trong phương tiện thủy, theo hiểu biết của nhóm nghiên cứu, vẫn chưa có công bố khoa học nào trong những năm gần đây. Bên cạnh những thuận lợi về mặt vị trí địa lý sông ngòi và nguồn năng lượng tự Hình 8. Phương án thiết kế hệ thống Hybrid nhiên, việc thiết lập mô hình phù hợp với nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài là phương tiện thủy đường sông cỡ nhỏ sử dụng công nghệ hybrid với năng lượng mặt trời là bài toán có ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn cần phải giải quyết. Hình 9. Sơ đồ khối phương án kỹ thuật kết 2.3. Phương án thiết kế hệ thống hybrid nối máy phát và động cơ điện trong phương của dự án sẽ thực hiện án ghép nối tiếp (serial hybrid) Dựa trên các kết quả phân tích và khảo 3. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HÌNH DÁNG sát kết hợp với các ý kiến đóng góp từ các TÀU KHÁCH ĐƯỜNG SÔNG 12 chuyên gia, nhóm đưa ra phương án thiết kế CHỖ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ hệ thống Hybrid cho tàu của dự án. HYBRID VỚI NLMT PHÙ HỢP TUYẾN GIAO THÔNG THỦY Phương án ứng dụng công nghệ nhiên liệu lai nối tiếp (serial hybrid) cho phương 3.1. Tình hình một số tuyến giao thông tiện thủy cỡ nhỏ là phù hợp yêu cầu kỹ thuật. thủy chính ở Tp.HCM và đặc điểm hạ Tổ hợp ghép là hệ thống kết hợp linh động tầng kỹ thuật ảnh hưởng đến phương bao gồm động cơ đốt trong hỗ trợ, máy phát án thiết kế điện, hệ thống pin tích trữ năng lượng, và Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố có động cơ điện lai nối tiếp với nhau. Ưu điểm rất nhiều ưu thế về vận tải (hành khách và của phương án ghép nối tiếp (serial hybrid) hàng hóa) bằng đường sông với tổng chiều thể hiện thông qua khả năng kết nối động lực dài đường thủy có thể khai thác vận tải là 975 đơn giản, giảm tiêu hao năng lượng và lượng km, đạt mức 0,465 km/km2, có thể từ Thành khí thải so với động cơ đốt trong truyền phố Hồ Chí Minh đi ra ngoài theo cả 4 thống, vận hành êm ái, trình bày ở Hình 8&9. hướng: Đông – Tây – Nam – Bắc bằng Trong phạm vi nghiên cứu này, hệ thống đường sông. năng lượng hybrid dựa trên ắc quy tích trữ và Trong đề án phát triển du lịch đường năng lượng mặt trời. Để giảm chi phí đầu tư sông của Tp.HCM, các tuyến du lịch đường ban đầu cho phương tiện thủy cỡ nhỏ, ắc quy sông gồm tuyến tầm ngắn, tầm trung và dài tích trữ là công nghệ kín khí (AGM - được khai thác chính: Absorbent Glass Mat) với van điều áp VRLA (Valve Regulated Lead Acid) đảm bảo hiệu Tuyến dài từ Tp. HCM xuống các tỉnh quả sử dụng trong thời gian hoạt động. Máy Đồng bằng sông Cửu Long phát được lai ghép với ắc quy tích trữ và Tuyến tầm trung, từ trung tâm Tp. HCM đóng vai trò nguồn năng lượng dự phòng và đi Đồng Nai, Củ Chi, Cần Giờ cung cấp năng lượng khi có sự cố. Ngoài ra, trong định hướng tiếp theo, nhóm cũng tiến Tuyến tầm ngắn với cự ly khoảng 8-10 hành nghiên cứu nhằm cải thiện các chế độ km, đi theo các kênh, rạch khu vực nội sạc và tích trữ của hệ thống năng lượng, qua đô của thành phố.
6. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 51 Bảng 4. Tiêu chuẩn phân cấp kỹ thuật đường thủy nội địa (TCVN - 5664 - 92) về quy hoạch luồng tuyến tại Tp.HCM Kích thước luồng lạch Kích thước công trình Sông thiên Tĩnh không dây Kênh đào Cầu nhiên Bán điện chưa kể phần an toàn từ Cấp kính Khẩu độ trường Chiều Chiều Chiều Chiều cong Tĩnh sâu rộng Sâu rộng Luồng Luồng không nước đáy nước đáy Sông Kênh tàu sông Tàu biển sông I > 3,0 > 90 > 4,0 > 50 > 700 80 50 10 25 12 II 2,03,0 7090 3,04,0 40  50 400  700 60 40 9 12 11 III 1,52,0 5070 2,53,0 30  40 300  500 50 30 7 12 9 IV 1,21,5 3050 2,02,5 20  30 200  300 40 25 6 (5) 12 8 V 1,01,2 2030 1,22,0 10  20 100  200 25 20 3,5 12 8 VI < 1,0 1020 < 1,2 10 60  150 15 10 2,5 12 8 Bảng 5. Thông số kỹ thuật một số kênh -rạch nội thị có khả năng thực hiện việc tổ chức giao thông công cộng bằng tàu thủy. Kênh Kênh Tân Kênh Tàu Kênh Tham Thông số kỹ Kênh Đôi - Nhiêu Lộc Hóa - Lò Hủ - Bến Lương - Bến thuật Tẻ - Thị Nghè Gốm Nghé Cát Cấp ĐT IV-V IV-V II-III L (km) 8,7 11,8 7,1 13,2 32 B (m) 55-100 55-100 60-120 Hình 10. Hệ thống 5 tuyến kênh / rạch tại Hình 11. Khảo sát điều kiện tĩnh không kênh Tp.HCM Nhiêu Lộc – Thị Nghè
7. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) 52 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh phương tiện chở khách cỡ nhỏ đang sử dụng hợp chuẩn đa phần là các tàu cao tốc, phù hợp các nhiệm vụ tuần tra. Hình 12. Điều kiện ràng buộc trong bài toán thiết kế Hình 14. Khảo sát sơ bộ kích thước phương Những số liệu thu thập này cũng là cơ sở tiện thủy chở khách (2014): Chợ nổi Phong để lập nhiệm vụ thư thiết kế cho phương tiện Điền (Cần Thơ) thủy nội địa chở khách tuyến ngắn đang được Do vậy, cần tiến hành tham khảo bổ sung nghiên cứu. các số liệu thông kê tàu mẫu cỡ nhỏ nước 3.2. Xây dựng phương án kỹ thuật theo ngoài để phân tích, đánh giá phù hợp các yêu nhiệm vụ thư thiết kế cầu thiết kế kỹ thuật. Phương pháp thiết kế tàu sẽ phụ thuộc rất nhiều vào sự có mặt các số liệu thống kê, các tàu mẫu thu thập được, vào khả năng của người thiết kế, vào khả năng tiến hành các thí nghiệm cần thiết. Lựa chọn kích thước hình học tàu thực chất là quá trình đánh giá mối tương quan tỷ số kích thước phù hợp cho tàu thiết kế theo cơ sở dữ liệu kết hợp với kinh nghiệm phân tích tính toán thiết kế [7]. Hình 15. Mối quan hệ kích thước L - W (tham khảo mẫu tàu nước ngoài) Hình 13. Phân loại phương tiện thủy chở khách theo DAMEN (Hà Lan) Tàu càng dài tính quay trở càng kém. Chiêu dài của tàu còn bị hạn chế trực tiếp bởi Hình 16. Tham khảo hệ số béo trong tính bến cảng và luổng lạch. Chiểu rộng của thân toán thiết kế tàu có quan hệ với việc bố trí trên tàu, tính ổn Bên cạnh các phân tích, đánh giá và định, sức cản và tính hàng hải của tàu. Giảm thống kê về hình dáng phương tiện thủy, vật chiều rộng quá mức cũng có thể làm ảnh liệu đóng tàu, thiết bị đẩy phù hợp và các hưởng xấu đến ổn định ban đầu và ổn định ràng buộc thiết kế cũng phải đưa vào giai ngang động. Hiện nay, một số tàu thuyền dân đoạn thiết kế sơ bộ để xây dựng phương án gian vẫn chưa có đánh giá, phân tích khoa kỹ thuật hoàn chỉnh dựa theo quy chuẩn dành học về hình dáng phương tiện thủy đáp ứng cho phương tiện thủy nội địa [8], [9]. Giới yêu cầu an toàn kỹ thuật. Bên cạnh đó, các hạn bền của vật liệu FRP thấp hơn của thép
8. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 53 (bằng 50%÷60% giới hạn bền của thép đóng 4. KẾT LUẬN tàu với giới hạn bền của thép đóng tàu 2400 2 Dựa trên các kết quả phân tích và khảo kG/cm ). Xét khối lượng vật tư cần đưa vào sát kết hợp với các ý kiến đóng góp từ các tàu cùng kích cỡ và tính năng, có thể nhận chuyên gia, nhóm đưa ra phương án thiết kế thấy tính, nhờ tỉ trọng bản thân nhỏ còn giới phương tiện thủy cỡ nhỏ như sau: hạn bền không quá nhỏ so với thép, nên số luợng vật tư FRP sẽ nhỏ hơn, còn dùng thép Vận tốc thấp 8 – 10 km/h với tuyến hành khối lượng thép tính bằng tấn sẽ lớn hơn trình khoảng 10 km ven sông hồ (SII), (xem bảng so sánh dưới). Tính chất này cho thời gian hoạt động liên tục trong 2h. phép giảm lượng giãn nước của vỏ tàu bằng Đảm bảo độ cao tĩnh không dưới 1,8 m, FRP, và điều này có lợi cho việc làm tăng tốc mớn nước hạn chế dưới 0,5 m để đảm bảo độ tàu hoặc giảm công suất máy. khả năng di chuyển tại các vùng nước Bảng 6. Bảng so sánh đặc tính vật liệu của cạn. hiệp hội FAO Trọng lượng toàn tàu dưới 4 tấn, sử dụng Khối Độ bền Độ bền Mô đun vật liệu FRP nhẹ và an toàn. lượng kéo nén đàn hồi Vật liệu riêng [kN/m2 x [kN/m2 [kN/m2 x Ứng với các điều kiện ràng buộc như [tấn/m3] 10] x 10] 10] trên, thông số cơ bản về hình dáng được hiệu FRP chỉnh tăng so với đề xuất ban đầu nhằm đảm 1,5 100 100 6 (CSM) bảo các yêu cầu kỹ thuật về tính năng hàng FRP hải theo nhiệm vụ thư thiết kế. Cụ thể, kích 1,7 240 170 14 thước (chiều dài x chiều rộng x chiều cao) (WR) của tàu sẽ lớn hơn sản phẩm đề xuất ban đầu Plywood 0,65 16 12 11 xấp xỉ 10%, còn lại các thông số khác đều Nhôm 2,7 120 85 70 tương đồng với sản phẩm đã đề xuất về yêu Thép 7,8 210 190 200 cầu kỹ thuật. Chiều dài thiết kế: Ltk = 7,69 m Chiều rộng thiết kế: Btk = 2,15 m Chiều chìm: T = 0,36 m Chiều cao mạn: H = 1,1 m Lượng chiếm nước: ∆ = 3,4 tấn Số lượng người: 12 người (bao gồm 2 thuyền viên) Phương án sử dụng công nghệ hybrid Hình 17. Đánh giá tính khả thi của phương với NLMT được trình bày qua sơ đồ khối và án thiết kế và chế tạo bản vẽ tổng thể như dưới đây. Hình 18. Điều kiện ràng buộc của bài toán Hình 19. Sơ đồ phương án sử dụng công thiết kế nghệ hybrid với năng lượng mặt trời
9. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 66 (10/2021) 54 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Từ kết quả nghiên cứu ở trên làm cơ sở, LỜI CẢM ƠN định hướng phát triển cho nghiên cứu mẫu Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học phương tiện giao thông lưỡng dụng ứng dụng Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh trong thực tiễn. (VNU-HCM) trong khuôn khổ đề tài mã số B2021-20-05. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] E. Agamloh, A. von Jouanne, and A. Yokochi, “An overview of electric machine trends in modern electric vehicles,” Machines, vol. 8, no. 2. 2020, doi: 10.3390/MACHINES8020020. [2] Handbook of Clean Energy Systems. 2015. [3] M. S. Chowdhury et al., “An overview of solar photovoltaic panels’ end-of-life material recycling,” Energy Strategy Reviews, vol. 27. 2020, doi: 10.1016/j.esr.2019.100431. [4] C. C. Chan, “The state of the art of electric and hybrid vehicles,” Proc. IEEE, vol. 90, no. 2, 2002, doi: 10.1109/5.989873. [5] N. I. Xiros, “Simulation of electric propulsion drive with surface piercing propeller for planing-hull watercraft,” in ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings (IMECE), 2015, vol. 4A-2015, doi: 10.1115/IMECE2015-53057. [6] L. Tat-Hien, N. K. Hieu, T. Hai, and N. Thach, “Sử dụng năng lượng mặt trời dùng cho phương tiện thủy nội địa,” KHCN Giao Thông Vận Tải, vol. 7, pp. 116–119, 2013. [7] V. T. Cang, L. Tat-Hien, and D. M. Thien, “Về định hướng thiết kế một số mẫu tàu buýt sông ở Thành phố Hồ Chí Minh,” KHCN Giao Thông Vận Tải, vol. 7, pp. 111–115, 2013. [8] N. Đ. Ân et al., Sổ tay Kỹ thuật đóng tàu thuỷ tập 1-3. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1978. [9] QCVN, Quy chuẩn phân cấp và đóng phương tiện thủy nội địa. Vietnam, 2013. Tác giả chịu trách nhiệm bài viết (First author): Nguyễn Văn Tổng Em Trường Đại học Nam Cần Thơ Email: nvtongem@nctu.edu.vn Nguyễn Duy Anh Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Email: duyanhnguyen@hcmut.edu.vn