SINGAPORE – Một nghiên cứu mới đã được thực hiện nhằm đánh giá những tác động tích cực của việc tích hợp hệ thống đẩy bằng sức gió đối với tàu vận tải. Đồng thời dự án này cũng thiết lập một khung tiêu chuẩn để đánh giá lợi ích của công nghệ này trong việc giảm tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải khí nhà kính. Cuộc thử nghiệm được thực hiện trên tàu chở dầu Pacific Sentinel (có trọng tải 50.322 DWT) (*) thuộc tập đoàn Eastern Pacific Shipping (EPS), với sự hợp tác của Trung tâm giảm phát thải carbon hàng hải toàn cầu (GCMD – Global center for maritime decarbonisation) tại Singapore.
(*) Trọng tải của tàu (DWT – deadweight tonnage): là tổng khối lượng an toàn mà tàu có thể chở được, để tàu vẫn có thể nổi trên mặt nước. Trọng tải này bao gồm tất cả những gì mà tàu chở, và không bao gồm trọng lượng bản thân của vỏ tàu và máy móc. DWT thường được tính bằng tấn dài (long ton), gần bằng 1.016 kg, hoặc phổ biến nhất là tấn mét (metric ton) (1.000 kg).

Tàu chở dầu Pacific Sentinel hoàn tất cuộc thử nghiệm trong thời gian 4 tháng với công nghệ cánh buồm hút gió (suction sails)

Các tác giả của nghiên cứu đã công bố rằng, một trong những rào cản chính đối với việc áp dụng hệ thống sức gió chính là sự biến thiên không ổn định của mức tiết kiệm nhiên liệu. Hiệu quả này phụ thuộc chặt chẽ vào các yếu tố vận hành và môi trường, như lộ trình di chuyển và điều kiện thời tiết. Mặc dù hiện nay có gần 70 tàu thương mại trên khắp thế giới đã được trang bị các dạng công nghệ hỗ trợ bằng sức gió, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng vẫn chưa có một phương pháp tiêu chuẩn hóa nào để đo lường và xác thực hiệu suất. Dự án mới này là một trong số ít các nỗ lực nhằm giải quyết triệt để những bất cập nêu trên.

Về mặt kỹ thuật, tàu chở dầu này được lắp đặt ba cánh buồm hút gió (*), cao 22 mét vào tháng 3 năm 2025. Theo Bound4blue, doanh nghiệp sản xuất hệ thống hỗ trợ đẩy bằng sức gió tự vận hành (WAPS – wind-assisted propulsion system), công nghệ này giúp tàu giảm tổng năng lượng tiêu thụ với mức tiết kiệm dự kiến gần 10%, tùy thuộc vào lộ trình thực tế.
(*) Cánh buồm hút gió (suction sails): đây không phải cánh buồm bằng vải truyền thống. Nó là những cột hình trụ lớn, sử dụng nguyên lý khí động học (hút khí) để tạo ra lực đẩy, giúp tàu di chuyển bằng sức gió.

Nghiên cứu của trung tâm GCMD được triển khai nhằm đo lường hiệu quả vận hành của hệ thống đẩy bằng sức gió, trong các điều kiện hoạt động thực tế. Nhóm nghiên cứu đã theo dõi tàu trong giai đoạn từ tháng 5 đến tháng 9 năm 2025, khi tàu chủ yếu hoạt động trên tuyến hàng hải giữa bờ biển phía đông của Mỹ và bờ biển phía tây của Nam Mỹ. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc thu thập dữ liệu tần suất cao theo chu kỳ 15 giây thông qua các cảm biến, kết hợp với các thử nghiệm bật – tắt (*) hệ thống. Toàn bộ dữ liệu thu được đều được xử lý bằng phương pháp phân tích thống kê. Theo nhóm nghiên cứu, các thử nghiệm bật – tắt cùng với hệ thống dữ liệu cho phép tách biệt chính xác phần đóng góp lực đẩy của cánh buồm hút gió và đo lường hiệu quả với độ chính xác cao.
(*) Thử nghiệm bật – tắt (on-off testing): là một phương pháp thực nghiệm để xác định hiệu quả thực tế của một thiết bị bằng cách so sánh trực tiếp trạng thái khi thiết bị đó hoạt động và khi nó ngừng hoạt động. Cách thức hoạt động của thử nghiệm bật – tắt:
– Giai đoạn “on” (bật): hệ thống cánh buồm được kích hoạt hoàn toàn để hỗ trợ lực đẩy cho tàu. Các cảm biến sẽ ghi lại các dữ liệu như tốc độ tàu, tiêu thụ nhiên liệu của động cơ và công suất đẩy.
– Giai đoạn “off” (tắt): hệ thống cánh buồm được tắt hoặc đưa về trạng thái không tạo lực đẩy. Trong lúc này, các yếu tố khác như tốc độ máy, điều kiện sóng và gió vẫn giữ nguyên hoặc được theo dõi chặt chẽ.

Kết luận của nghiên cứu: “Theo đó, mức tiết kiệm công suất tức thời trung bình thu được từ các thử nghiệm bật – tắt hợp lệ trong giai đoạn này đạt 7,2%, với độ tin cậy (confidence interval) 95% nằm trong khoảng từ 6,2% đến 8,2% (*). Trong trường hợp tàu hoạt động trong điều kiện gió thuận lợi, mức tiết kiệm nhiên liệu có thể cao hơn.”
(*) Đây là cách giải thích về mặt toán học và xác suất thống kê. Để hiểu một cách đơn giản hơn:
– Mức tiết kiệm công suất tức thời trung bình trong thử nghiệm là 7,2%.
– Do điều kiện thử nghiệm có thể thay đổi, nên con số thực tế thường rơi vào khoảng từ 6,2% đến 8,2%.
“Độ tin cậy 95%” thể hiện rằng khoảng giá trị được đưa ra phản ánh một cách đáng tin cậy giá trị thực tế, không phải là kết quả ngẫu nhiên hoặc may rủi.

Một số yếu tố đã tác động đến quá trình thử nghiệm, trong đó nổi bật nhất là việc tàu gần như luôn chạy trong điều kiện ngược gió. Đã có những thời điểm, khi gió gần như thổi trực diện, hệ thống tạo ra mức tiết kiệm công suất âm, thấp nhất đến âm 14%. Tuy nhiên, hệ thống có thể được tắt trong các điều kiện bất lợi như vậy.

Các điều kiện vận hành thuận lợi nhất cho cánh buồm hút gió xảy ra khi gió thổi ngang mạn tàu. Ngay cả trong những điều kiện này, nghiên cứu vẫn ghi nhận mức tiết kiệm công suất tức thời đạt 28,1% khi góc gió biểu kiến (*) là 47 độ và tốc độ gió đạt 15,3 m/s.
(*) Góc gió biểu kiến (apparent wind angle):
– Gió biểu kiến: là sự kết hợp (tổng vectơ) của hai thành phần: gió thực (luồng gió đang thổi tự nhiên trên mặt biển), và gió do tàu tự tạo ra (luồng gió sinh ra do tàu đang chuyển động về phía trước)
– Góc gió biểu kiến: là góc được tạo bởi hướng mũi tàu và hướng của luồng gió biểu kiến thổi đến. Góc này được đo từ 0 độ (gió thổi trực diện từ mũi tàu) đến 180 độ (gió thổi từ phía lái tàu).

Nghiên cứu cho thấy, bằng cách tách biệt tác động của các yếu tố môi trường và biến động trong vận hành, phương pháp này đã đặt nền tảng cho một khuôn khổ vững chắc nhằm đánh giá hiệu quả của các hệ thống đẩy bằng sức gió (WAPS) trong điều kiện hoạt động thực tế. Thông qua việc áp dụng phương pháp này trên nhiều tàu và các mô hình vận hành khác nhau, trung tâm GCMD và các đối tác hướng tới xây dựng một cơ sở bằng chứng toàn diện, phản ánh đầy đủ dải công suất của hệ thống WAPS. Nhóm nghiên cứu tin rằng các bộ dữ liệu đã được xác thực sẽ tạo nền móng cho các mô hình dự báo công suất, đồng thời mang lại tính minh bạch cần thiết để hỗ trợ các cơ chế tài chính gắn với hiệu quả vận hành trong quá trình triển khai hệ thống WAPS.

Để xem các tin bài khác về “Hệ thống đẩy”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Maritime Executive