Đổi mới trong lĩnh vực đường sắt bao gồm nhiều đột phá công nghệ đã xuất hiện trong những năm gần đây, và đã được ban biên tập technologyMAG chia sẻ trong những tin bài trước, như tàu chạy bằng hydro không phát thải, tàu tự hành tiên tiến có khả năng xử lý các tình huống khẩn cấp, tự động hóa bằng drone trong công tác kiểm tra và bảo trì hạ tầng, tích hợp công nghệ 4G vào hệ thống điều hành tàu, sử dụng big data (dữ liệu lớn) nhằm nâng cao độ an toàn, bảo mật và độ tin cậy của cơ sở hạ tầng, ứng dụng trí tuệ nhân tạo để mô phỏng giao thông theo thời gian thực và dự đoán chậm trễ của các đoàn tàu, cũng như bogie biến đổi linh hoạt, cho phép một tàu hoạt động trên nhiều khổ đường ray khác nhau – cùng nhiều cải tiến khác.

Có nhiều lý do khiến đổi mới sáng tạo được ngành đường sắt triển khai một cách nhanh chóng. Một mặt, sự phát triển công nghệ đường sắt đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng về dịch vụ nhanh hơn, an toàn hơn và tin cậy hơn; mặt khác, đặc trưng vận hành của đường sắt – khi đoàn tàu bị ràng buộc chuyển động trên đường ray cố định – khiến hệ thống này đặc biệt phù hợp với tự động hóa quy trình. 

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của Railway Explained, tập trung vào hai trong số những công nghệ đang góp phần phát triển lĩnh vực vận chuyển đường sắt hiện nay: phi carbon hóa (decarbonization) và tự động hóa công tác bảo trì hạ tầng.

Phi carbon hóa trong giao thông đường sắt
Phi carbon hóa trong ngành giao thông vận tải hiện là một trong những ưu tiên hàng đầu của Liên minh châu Âu. Mặc dù đa số mạng lưới đường sắt châu Âu đã được điện khí hóa, 20% tổng lưu lượng và khoảng 40% mạng lưới chính tại châu Âu vẫn phải phụ thuộc vào công nghệ động cơ diesel. Trong khi đó, việc điện khí hóa toàn bộ các tuyến còn lại đòi hỏi khoản đầu tư tài chính lớn, nên châu Âu dự kiến sẽ thay thế đầu máy diesel bằng các lựa chọn khả thi hiện nay: tàu sử dụng pin nhiên liệu và hydro (fuel cell and hydrogen – FCH) trong vài thập kỷ tới. Công nghệ này mang lại giải pháp linh hoạt, không phát thải và có tiềm năng hiệu quả về chi phí để thay thế động cơ diesel.

Tàu chạy bằng hydro sử dụng năng lượng hóa học của hydro cho vận hành nhờ tận dụng phản ứng giữa hydro và oxy trong pin nhiên liệu để cung cấp điện cho động cơ điện. Một số quốc gia như Anh, Hà Lan và Áo đã tham gia phát triển, thử nghiệm tàu hydro ở các mức độ khác nhau. Đáng chú ý, hai đoàn tàu chạy hydro do Alstom chế tạo đã đi vào hoạt động thương mại tại Đức từ tháng 9/2018, phục vụ hành khách ở bang Lower Saxony. Nhằm đáp ứng nhu cầu tương lai, bang này đã đặt mua 14 chiếc Coradia iLint mới từ Alstom – dòng tàu hydro đầu tiên trên thế giới được thương mại hóa đầy đủ và có giấy phép vận hành.

Hiệu suất, ứng dụng và thách thức của FCH
Về hiệu suất, các tàu này hoàn toàn có khả năng cạnh tranh với các loại tàu vận hành bằng động cơ đốt trong, có thể đạt vận tốc tối đa 140 km/h (87 mph). Trên nóc tàu Coradia iLint lắp đặt pin nhiên liệu và bồn áp suất khí chứa hydro ở thể khí. Pin nhiên liệu tạo ra năng lượng qua quá trình kết hợp hydro được lưu trữ với oxy lấy từ không khí xung quanh, cấp điện cho hệ truyền động và các hệ thống phụ trợ như điều hòa không khí, cửa, chiếu sáng, bảng thông tin. Ngoài ra, năng lượng dư thừa từ pin nhiên liệu và năng lượng động học thu hồi khi hãm được lưu trong các pin lithium-ion đặt ở dưới sàn tàu. Hiện nay, các đoàn tàu này được tiếp nhiên liệu qua hệ thống trạm nạp hydro di động, mỗi lần nạp đầy cho phép tàu hoạt động liên tục khoảng 1.000 km (621 dặm) – thường đủ cho một ngày khai thác.

Do việc điện khí hóa toàn mạng lưới cần nhiều thời gian và chi phí, việc ứng dụng tàu chạy hydro trở thành lựa chọn thực tế và bền vững, phù hợp với các quan ngại toàn cầu về biến đổi khí hậu và giảm phát thải carbon. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đối mặt một số thách thức. Vì công suất kéo còn khá hạn chế, tàu hydro hiện nay chỉ phù hợp cho chở khách. Đối với vận tải hàng hóa, chưa rõ liệu tàu hydro có thể cung cấp đủ lực kéo cho các đoàn tàu nặng trên những tuyến đường dài hay không. Sau thành tựu bước đầu ở mảng hành khách, các nhà đổi mới đang tập trung phát triển tiếp công nghệ nhiên liệu hydro cho vận tải hàng hóa nặng. Các chuyên gia trong ngành lạc quan rằng việc chuyển đổi hoàn toàn từ diesel sang nhiên liệu thay thế sẽ là cuộc cách mạng đối với vận tải đường sắt trong tương lai.

Tự động hóa bảo trì hạ tầng – Ứng dụng Drone
Thông thường, việc kiểm tra cấu kiện hạ tầng chủ yếu do nhân công thực hiện thủ công: họ phải đi bộ dọc tuyến đường sắt, quan sát trực tiếp hiện trạng hạ tầng và khi phát hiện hư hại có thể ảnh hưởng đến an toàn, họ hoặc tự xử lý tại chỗ, hoặc gọi đội chuyên môn đến hỗ trợ. Để giảm thiểu rủi ro, các quy trình và quy tắc an toàn nghiêm ngặt đã được áp dụng từ lâu, tuy nhiên toàn bộ hoạt động này vẫn mang tính thủ công, tốn nhiều thời gian, nhân lực và dễ phát sinh sai sót chủ quan của con người. Nhiều tài sản hạ tầng như cầu, cống, hầm là những không gian chật hẹp, nguy hiểm, cần công tác đào tạo an toàn và chuẩn bị kỹ lưỡng trước khi thực hiện kiểm tra. 

Drone trang bị camera độ phân giải cao, cảm biến, máy quét hiện nay đã mang tới giải pháp kiểm tra hạ tầng chính xác, đảm nhận nhiều công việc nguy hiểm từng thuộc về nhân viên hiện trường. Những công việc này bao gồm hoạt động ở độ cao lớn hoặc các vị trí/ vùng nguy hiểm như mái nhà, cầu, khu vực ven biển, dây trên cao, cột thông tin liên lạc – nơi drone giúp giám sát và kiểm tra từ khoảng cách an toàn. Drone thu thập dữ liệu, video, hình ảnh về hạ tầng đường sắt, giúp nhân viên kỹ thuật phân tích, hiểu rõ sự cố và xác định giải pháp can thiệp phù hợp. Chẳng hạn, nhà quản lý hạ tầng đường sắt Anh là Network Rail đã dùng drone sử dụng camera 4K cảm ứng nhiệt để hỗ trợ bảo trì đường ray, còn Deutsche Bahn (Đức) kỳ vọng sẽ phổ cập drone như một phần thường xuyên trong quy trình kiểm tra, giảm chi phí, tăng tính hiệu quả.

Kết luận
Sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ phi carbon hóa như tàu chạy bằng hydro và tự động hóa công tác bảo trì hạ tầng đang đánh dấu một bước tiến quan trọng trong quá trình hiện đại hóa ngành đường sắt. Những đổi mới này không chỉ góp phần giảm phát thải, nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn mà còn giúp hệ thống đường sắt thích ứng tốt hơn với các yêu cầu phát triển bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu. Dù vẫn còn nhiều thách thức về công nghệ và vận hành cần được tiếp tục giải quyết, việc đầu tư và ứng dụng các giải pháp sáng tạo đã và đang tạo nền tảng vững chắc cho ngành đường sắt trên hành trình hướng tới một tương lai xanh, an toàn và hiệu quả hơn.

Để xem các tin bài khác về “Đường sắt”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Railways Explained