Các nhà khoa học phát triển chân vịt khí nén có thể thay thế động cơ diesel trên phà
Tác giả: Leon Barkho, Đại học Sharjah
Sơ đồ hệ thống đẩy khí nén được đề xuất với nhiều tùy chọn kết nối, có thể là kết nối lưới điện và/hoặc kết nối năng lượng tái tạo. Nguồn: Energy Conversion and Management (2025). DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2025.119613
Các nhà khoa học cho biết họ đã tạo ra một phương pháp có thể thay thế hai động cơ diesel cung cấp năng lượng cho phà bằng chân vịt khí nén.
Theo các nhà khoa học, hai động cơ khí thay thế động cơ diesel tạo ra 250 kW mỗi động cơ và cung cấp đủ năng lượng để đưa phà đi lại theo một tuyến đường được xác định trước trong bối cảnh hệ thống vận tải biển của Phần Lan.
Nghiên cứu trên tạp chí Energy Conversion and Management được "tiến hành để đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế của việc thay thế động cơ diesel thông thường bằng động cơ đẩy khí nén trên một chiếc phà hiện có trong bối cảnh nhu cầu vận tải biển của Phần Lan", các nhà khoa học viết.
"Nghiên cứu chứng minh rằng hệ thống đẩy khí nén, mặc dù không thông thường, nhưng hứa hẹn là giải pháp thay thế bền vững và tiết kiệm năng lượng cho các động cơ hàng hải thông thường, đặc biệt là đối với các hoạt động phà cự ly ngắn".
Động cơ diesel hiện là động cơ đốt trong đáng tin cậy nhất về khả năng kiểm soát mật độ công suất và độ bền. Tuy nhiên, chúng cần một lượng lớn nhiên liệu diesel để cung cấp năng lượng. Hơn nữa, chúng có thể khá ồn và tệ hơn, chúng là nguồn gây ô nhiễm chính.
"Việc thay thế các động cơ này bằng động cơ khí nén là một lựa chọn sạch hơn và hiệu quả hơn vì các động cơ này cũng có thể được tích hợp vào thân phà để lưu trữ không khí bên trong cấu trúc của thuyền hoặc trên các thùng phụ, điều này sẽ tăng cường khả năng nổi", Abdul Hai Alami, tác giả chính cho biết.
Dòng năng lượng của hệ thống khí nén được đề xuất. Nguồn: Chuyển đổi và Quản lý Năng lượng (2025). DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2025.119613
Các phát hiện nghiên cứu dựa trên kết quả thử nghiệm và tính toán thực tế khi các tác giả sử dụng các mối quan hệ đa hướng để tính toán hành vi của không khí từ thời điểm không khí được nén trong bình cho đến khi không khí chảy vào động cơ không khí được sử dụng để quay chân vịt.
"Sử dụng phương pháp này cho tàu biển rất hấp dẫn từ góc nhìn kinh tế, thực tế và môi trường và có thể dễ dàng áp dụng cho hầu hết các tàu phà ngay cả trong điều kiện khắc nghiệt", Alami, cũng là giáo sư về năng lượng bền vững và tái tạo của Đại học Sharjah, cho biết thêm.
Chân vịt khí nén phụ thuộc vào sức mạnh của khí nén để truyền động cho động cơ, xi lanh hoặc các thiết bị cơ học khác thay vì dầu diesel, điện hoặc pin. Phương pháp đẩy khí nén của các tác giả liên quan đến việc sử dụng khí nén được lưu trữ trong bình ở áp suất cao và được giải phóng vào động cơ không khí cánh quạt được ghép nối với cánh quạt hải quân.
Các tác giả trình bày những gì họ gọi là "một nghiên cứu về kỹ thuật - môi trường… với đánh giá vòng đời" để thay thế phà chạy bằng động cơ diesel bằng hệ thống đẩy khí nén.
"Hệ thống được đề xuất có chi phí vận hành thấp hơn và thời gian hoàn vốn hấp dẫn. Hệ thống được đề xuất đáng tin cậy với bối cảnh tác động đến môi trường nhỏ hơn đáng kể", họ viết.
Giá trị mới lạ của phương pháp tiếp cận của các tác giả bắt nguồn từ nỗ lực áp dụng nó trên một chiếc phà hiện có được chế tạo vào năm 1985 và hiện đang được cung cấp năng lượng bởi động cơ diesel ở Phần Lan.
Các phát hiện nghiên cứu dựa trên kết quả thử nghiệm và các phép tính thực tế sử dụng các mối quan hệ đa hướng để tính toán thực tế hành vi của không khí khi được nén trong bình, chảy vào động cơ không khí được sử dụng để quay chân vịt. Tín dụng: Abdul Hai Alami
Đồng tác giả Kaj Jansson, một nhà sản xuất phà người Phần Lan từ Công ty tư vấn K. J Marineconsulting của Phần Lan, đã giám sát việc thay thế động cơ diesel bằng động cơ chạy bằng khí nén cũng như hành trình của phà bằng chân vịt khí nén trên tuyến đường được chỉ định.
"Động cơ khí nén là tương lai của việc đi thuyền trên các tuyến đường biển cố định. Khả năng dự đoán tốc độ, tải trọng và điểm đến của phà cho phép thay thế động cơ diesel thông thường hiệu quả và đáng tin cậy nhưng gây ô nhiễm, ồn ào và nhạy cảm với giá dầu biến động bằng động cơ khí nén", Jansson cho biết.
Các tác giả lưu ý, "Về mặt kỹ thuật, hệ thống khí nén được đề xuất thể hiện hiệu suất thỏa đáng, đáp ứng các yêu cầu về động cơ giống như hệ thống động cơ diesel. Thiết kế mô-đun của hệ thống khí nén mang lại khả năng mở rộng và thích ứng với các nhu cầu vận hành khác nhau, phù hợp với nhu cầu ngày càng tăng về các giải pháp vận tải linh hoạt và thân thiện với môi trường.
"Về mặt kinh tế, hệ thống khí nén được đề xuất mang lại lợi thế cạnh tranh về chi phí nhiên liệu thấp hơn và yêu cầu bảo trì thấp hơn do thiết kế cơ học được đơn giản hóa.
"Khi phân tích theo góc độ vòng đời, phà khí nén là một lựa chọn khả thi để giảm chi phí so với đối tác chạy bằng động cơ diesel
. Tiết kiệm chi phí đáng kinh ngạc là 73.000 đô la Mỹ được tính toán với thời gian hoàn vốn là tám năm."
Giáo sư Alami cho biết ông lạc quan rằng phương pháp chân vịt khí nén mới mà ông và các đồng nghiệp đã phát triển sẽ được ngành phà ghi nhận và áp dụng.
"Nghiên cứu và phát triển động cơ khí nén cánh quạt sẽ cho phép sử dụng các vật liệu tiên tiến hơn, tạo ra động cơ khí nén mạnh hơn. Nghiên cứu đã kết luận rằng thời gian hoàn vốn của việc lắp thêm động cơ khí nén cho phà thay vì động cơ diesel là khoảng tám năm. Đây là một tuyên bố rất thận trọng, vì kịch bản tốt nhất không phải lúc nào cũng được áp dụng khi đưa ra giả định."
