Thứ năm, 02/12/2021 | 10:07 GMT+7

Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trên tàu bằng công nghệ IoT

12/11/2021

Nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính (CO2) do hoạt động của tàu biển gây ra, các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng IoT xây dựng thí điểm hệ thống quản lý sử dụng năng lượng trên tàu thủy để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trên tàu”.

Năm 2011, Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) đã đưa ra các biện pháp kỹ thuật và khai thác bắt buộc đối với tàu biển để nâng cao hiệu quả về năng lượng nhằm giảm lượng khí thải CO2 từ hoạt động của tàu biển. Theo đó, các tàu mới bắt buộc phải áp dụng chỉ số thiết kế hiệu quả năng lượng, chỉ số khai thác hiệu quả năng lượng và tất cả các tàu đang hoạt động phải áp dụng kế hoạch quản lý hiệu quả năng lượng. Đồng thời, các sửa đổi, bổ sung còn đưa ra các định nghĩa mới và yêu cầu về kiểm tra, cấp giấy chứng nhận hiệu quả năng lượng quốc tế cho tàu.
Để đáp ứng các yêu cầu quản lý và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, các tàu cần phải có hệ thống giám sát và quản lý năng lượng sử dụng trên tàu. Tuy nhiên, trong số các tàu biển đã đăng ký, đăng kiểm tại Việt Nam hiện nay, tuổi thọ các tàu cỡ lớn và trung bình tương đối cao, từ 15 đến 20 năm, trang thiết bị máy móc được sản xuất từ Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc với động cơ diesel lai chân vịt và máy phát điện tương đối cũ. Tình trạng kỹ thuật kém nên tiêu thụ nhiên liệu tương đối cao, chưa có hệ thống giám sát quản lý sử dụng năng lượng tự động, việc giám sát chỉ được thực hiện thông qua các báo cáo lượng dầu tiêu thụ hàng ngày, do đó việc sử dụng năng lượng có hiệu quả hay không thì hầu hết các chủ tàu đều không kiểm soát được.
Hệ thống giám sát và quản lý nhiên liệu sử dụng.
Trên thế giới hiện nay đã có một số hệ thống giám sát và quản lý năng lượng cho các tàu áp dụng công nghệ IoT như hệ thống giám sát NAPA của Hãng Danelec (Đan Mạch), hệ thống giám sát của Kongsberg (Na Uy), hệ thống quản lý năng lượng Mega-Guard của Praxis Automation Technology (Hà Lan) hay hệ thống quản lý thông tin trên tàu SIMS của NYK và Viện Công nghệ Monohakobi (Nhật Bản)…
Ở Việt Nam, công nghệ IoT mới chỉ đang áp dụng chủ yếu cho dân dụng và một số ngành công nghiệp trên bờ để quản lý và giám sát năng lượng điện tiêu thụ, hiện chưa có nghiên cứu nào về việc quản lý và giám sát sử dụng năng lượng tàu thủy bằng công nghệ này.
Xuất phát từ nhu cầu trên, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã đề xuất và được Bộ Giao thông Vận tải phê duyệt thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng IoT xây dựng thí điểm hệ thống quản lý sử dụng năng lượng trên tàu thủy để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trên tàu”. Đề tài do TS Trần Hồng Hà làm chủ nhiệm được thực hiện từ 1/2020 đến 3/2021. Kết quả, đã đã xây dựng thành công hệ thống báo cáo dữ liệu tiêu thụ nhiên liệu, kịp thời và chính xác theo thời gian thực, giúp người khai thác tàu quản lý hiệu quả sử dụng năng lượng của các thiết bị, phát hiện và xử lý mọi bất thường của hệ thống, giảm thiểu tối đa sự cố và tổn thất năng lượng. Sản phẩm của đề tài nghiên cứu đã được thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.
Hệ thống giám sát và quản lý năng lượng ứng dụng công nghệ IoT được thiết kế chế tạo tại trường Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, hệ thống bao gồm: Khối đo và phát dữ liệu, khối thu và phân tích dữ liệu, phần mềm giám sát và phân tích năng lượng tiêu thụ của hệ thống khí nén ở các chế độ tải khác nhau.
TS Trần Hồng Hà cho biết, hệ thống quản lý của nhóm nghiên cứu có khả năng đo đạc, thu thập và báo cáo tự động dữ liệu tiêu thụ của một số hệ thống thiết bị kỹ thuật như động cơ diesel, hệ thống bơm, máy lọc. Ngoài ra, phần mềm giám sát còn cung cấp các chức năng mở rộng như gửi báo cáo theo biểu mẫu riêng của người khai thác tàu, ghi nhật ký tự động, hiển thị tuyến hành trình của tàu trên bản đồ số, trích xuất và tự động vẽ biểu đồ năng lượng tiêu thụ giúp cho chủ tàu hoặc các bên liên quan có thể thu thập, phân tích dữ liệu tốt hơn. Hệ thống quản lý dưới dạng các mô-đun tích hợp, cho phép áp dụng linh hoạt mô hình đến các loại tàu biển khác nhau. Với tàu cỡ vừa và nhỏ, có thể lưu trữ dữ liệu trực tiếp qua thiết bị máy tính đặt trên tàu, với tàu lớn có trang bị hệ thống Inmarsat và mạng Internet, hệ thống có thể tự động gửi email tới chủ tàu và các cơ quan quản lý liên quan.
Hệ thống giám sát máy nén khí trong phòng thí nghiệm của trung tâm nghiên cứu hệ động lực
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành trực tiếp đo và giám sát lượng nhiên liệu tiêu thụ trên động cơ diesel 6NVD26 và các hệ thống kỹ thuật khác bao gồm máy nén khí, bơm và máy lọc dầu. Kết quả thử nghiệm trong thời gian thực cho thấy, hệ thống giám sát hoạt động tốt, ổn định, đảm bảo các vấn đề về an toàn, không có sự cố cháy nổ hay rò rỉ điện. Ngoài ra, hệ thống có khả năng giám sát, thu thập và báo cáo dữ liệu tự động với độ chính xác trung bình trong khoảng cho phép từ 2 đến 4%. Kết quả này đã được kiểm định bởi Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Hải Phòng. Hệ thống hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu và quy định của IMO cũng như cơ quan có thẩm quyền trong nước về thu thập và báo cáo dữ liệu sử dụng năng lượng trên tàu.
Với những kết quả đạt được có thể thấy việc ứng dụng công nghệ IoT để giám sát năng lượng tiêu thụ, áp suất, nhiệt độ của hệ thống máy nén khí theo thời gian thực cho phép người khai thác tàu có thể theo dõi trạng thái của máy nén khí từ đó lập kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa và cải thiện hiệu suất bền vững của hệ thống, giúp giảm tiêu thụ điện năng, tiết kiệm chi phí năng lượng, đồng thời giảm lượng khí thải CO2 và các khí độc khác ra môi trường.
Internet vạn vật (IoT) là mạng kết nối các đồ vật và thiết bị thông qua cảm biến, phần mềm và các công nghệ khác, cho phép các đồ vật và thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu với nhau. 
IoT lan tỏa lợi ích của mạng internet tới mọi đồ vật được kết nối. Khi một đồ vật được kết nối với internet, nó sẽ trở nên thông minh hơn nhờ khả năng gửi và/hoặc nhận thông tin và tự động hoạt động dựa trên các thông tin đó.  
Tiềm năng ứng dụng của IoT trải rộng trên mọi lĩnh vực. Tuy nhiên, mọi hệ thống IoT hoàn chỉnh đều có đủ 4 bước: thu thập dữ liệu, chia sẻ dữ liệu, xử lý dữ liệu, và đưa ra quyết định. 
 Mai Anh
3 giải thưởng năng lượng