Đường sắt là hệ thống vận tải với khối lượng lớn, an toàn và giá thành vận chuyển tương đối thấp. Tuy nhiên, vận tải đường sắt truyền thống còn nhiều hạn chế như thiếu linh hoạt, sử dụng quỹ đất khá lớn, tiêu tốn năng lượng và mức phát thải khí CO2 vẫn còn cao. Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu mới nhất về thế hệ toa xe/đoàn tàu tự hành sử dụng năng lượng pin điện theo công nghệ độc quyền “Platent-pending platooning technology” của Công ty Parallel Systems (Mỹ).
Xu hướng tất yếu của ngành vận tải
Công nghệ đã và đang mang đến cuộc cách mạng trong ngành giao thông vận tải với sự phát triển từng ngày, các công nghệ vận tải mới trong tương lai đang tìm đường xâm nhập vào ngành vận tải, trong đó có lĩnh vực đường sắt. Tương lai của giao thông vận tải bao gồm việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng mới, thông minh hơn và cần các phương thức vận tải, cơ sở hạ tầng vật chất và công nghệ để hỗ trợ những đổi mới giao thông này. Những công nghệ này đã hoàn toàn thay đổi hiện trạng của ngành giao thông vận tải và có tác động lâu dài đến cách chúng ta đi lại. Do tiềm năng to lớn, công nghệ mới về giao thông vận tải đã trở thành một trong những lĩnh vực cạnh tranh và phát triển nhanh nhất trên thế giới hiện nay.
Như một giải pháp cho vận tải đường sắt xanh, sạch và an toàn, cũng như hạn chế tình trạng thiếu nhân lực lái xe, các cựu chuyên gia, kỹ sư hàng không vũ trụ, các kỹ sư của Space-X đang phát triển, thiết kế một hệ thống đường sắt chạy bằng pin điện tự động. Các cuộc thử nghiệm đầu tiên đã được tiến hành gần Los Angeles và dự án này được các nhà đầu tư rất tin tưởng.
Parallel Systems - Công ty được thành lập bởi các cựu kỹ sư hàng không vũ trụ SpaceX đã huy động được 49,55 triệu USD từ các nhà đầu tư để thiết kế các đoàn tàu chở hàng bằng pin/điện tự hành vào đầu tháng 2/2022. Theo nguyên tắc, phương tiện vận tải hành khách phải đạt được các tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật chặt chẽ hơn rất nhiều so với chở hàng. Do vậy, trước mắt Công ty hiện đang phát triển các đội tàu hàng nhỏ, tự hành, chạy bằng pin/điện, có thể vận chuyển hàng hóa trên khắp nước Mỹ [1].
Toa xe Công nghệ Platent-pending platooning technology của Công ty Parallel Systems.
Nguyên lý hoạt động
Đoàn tàu sử dụng công nghệ Platoon (Platent-pending platooning technology) để đẩy các toa xe tự hành chạy dựa vào nhau nhằm phân phối tải trọng khí động học.
Hệ thống bao gồm các toa xe điện tự hành vận chuyển các container có kích thước tiêu chuẩn. Mỗi toa xe được cung cấp năng lượng riêng, có nghĩa là toa xe có thể tự chạy đơn hoặc kết nối cùng với các toa xe khác để chạy đến ga đích. Lợi thế này cho phép dịch vụ vận chuyển được đáp ứng nhanh nhất có thể và giảm đáng kể thời gian chờ đợi liên quan đến việc xếp đủ các tàu hàng dài như đường sắt thông thường.
Theo Parallel, toa xe tự hành này được trang bị động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu dùng pin/điện (PMSM), chỉ sử dụng 25% năng lượng so với xe tải sơ mi rơ moóc và có thể chạy được quãng đường 800 km với thời gian sạc pin dưới 1 giờ. Ngoài ra, trên tàu sử dụng công nghệ lái xe tự động, hệ thống nhận biết dựa trên camera 2 chiều hoàn toàn tự động và hãm dự phòng giúp xác định nhanh các mối nguy hiểm trên tuyến. Điều này cho phép đoàn tàu dừng nhanh hơn gấp 10 lần so với tàu chở hàng truyền thống.
Đoàn tàu tự lái sẽ có thể đi được 500 dặm sau một giờ sạc pin và các toa xe có thể tự tách nhau ra tại các đường ngang, điều này giảm thiểu tắc nghẽn giao thông tại đường ngang, đặc biệt khi các tình huống khẩn cấp đòi hỏi người hoặc các phương tiện giao thông khác phải chạy cắt ngang đường sắt.
Bên cạnh đó, một phần mềm cho phép các toa xe hoặc đoàn tàu tích hợp an toàn với các hoạt động của hệ thống đường sắt thông thường để liên kết tất cả các đoàn tàu hàng. Hệ thống được kết nối hoàn toàn tự động qua máy học để tối ưu hóa việc định tuyến chạy tàu, lập biểu đồ chạy tàu và mức tiêu thụ năng lượng.
Lợi ích vượt trội
Theo công bố, với công nghệ Platoon, các toa xe/đoàn tàu tự hành này có các điểm ưu việt vượt trội không chỉ về phương diện tổ chức và kinh doanh vận tải, về bảo vệ môi trường, mà còn góp phần thay đổi một số khái niệm trong vận tải hàng hoá như ga cảng, điểm trung chuyển…
Về mặt vận tải: đoàn tàu tự hành có khả năng đạt được tải trọng lớn đi khoảng cách xa, do đó nó sẽ đảm nhận vận chuyển hàng hoá giữa các thành phố hoặc các trung tâm trung chuyển khác. Khi đã đến điểm đến cuối cùng, hàng hóa có thể được chuyển sang xe tải với nhiệm vụ vận chuyển trả hàng từ cửa đến cửa (door to door) cho chủ hàng. Như vậy, cách thức vận chuyển này sẽ giảm bớt căng thẳng cho các lái xe tải nếu lái xe đường dài. Theo tính toán, chi phí vận hành hệ thống toa xe tự hành này sẽ thấp nhất so với bất kỳ phương thức vận tải hàng hóa trên bộ nào. Mỗi toa xe tự lái này sẽ có tải trọng tới 128.000 pound (58 tấn), gấp 2,8 lần tải trọng của một chiếc xe bán tải. Kiến trúc độc đáo của toa xe tự hành cũng cho phép không cần đến tác nghiệp giải thể và lập tàu hàng tại các ga như đoàn tàu đường sắt thông thường, tiết kiệm thời gian vận chuyển đáng kể đến hàng giờ, thậm chí hàng ngày. Luồng vận chuyển container liên tục sẽ đảm bảo sử dụng hiệu quả trang thiết bị của nhà ga, thời gian giao hàng nhanh hơn và nâng cao chất lượng dịch vụ đối với doanh nghiệp vận chuyển. Hệ thống tàu tự hành có thể định tuyến trực tiếp và tính linh hoạt rất cao: các container đường biển tiêu chuẩn có thể được xếp và vận chuyển trên toa xe tự hành dưới dạng đơn hoặc xếp đôi (2 container). Vì mỗi toa xe được trang bị động cơ riêng, được điều khiển chạy riêng, nên mỗi toa xe tự hành có thể tự chạy trực tiếp, chạy theo cụm hoặc cả đoàn tàu tuỳ theo kế hoạch chạy tàu. Như vậy, nếu như đoàn tàu thông thường phải chờ lập đủ số toa xe mới khởi hành, thì đoàn tàu/toa xe tự hành có thể chạy bất cứ lúc nào. Điều này cho phép dịch vụ vận tải nhanh hơn, nhiều lựa chọn hơn về các tuyến đường, thời gian chờ đợi khi xếp và lập tàu cũng giảm đáng kể, giải phóng đường ga nhanh, tăng năng lực thông qua của ga…
Về thị trường kinh doanh vận tải: Hoa Kỳ là một trong những quốc gia có hệ thống đường sắt rộng nhất trên thế giới với hơn 140.000 dặm. Để việc vận chuyển hàng hóa trở nên tiết kiệm, các tuyến đường sắt ngày nay thường tập trung vào việc di chuyển các container trên khoảng cách vượt quá 500 dặm. Sử dụng đoàn tàu tự hành sẽ cho cơ hội một phần của ngành công nghiệp xe tải trị giá 700 tỷ USD được chuyển sang đường sắt. Ngoài ra, các phương tiện đường sắt chạy pin/điện tự hành sẽ gây ấn tượng với việc vận chuyển sạch, nhanh, an toàn và rẻ hơn so với đường sắt hoặc xe tải thông thường [2].
Lợi ích về môi trường: toa xe tự hành chỉ sử dụng 25% năng lượng so với xe bán tải. Sử dụng ít năng lượng hơn có nghĩa là pin nhỏ hơn, ít sử dụng điện lưới và chi phí cơ sở hạ tầng cho sạc pin thấp hơn. Theo công bố, đây là hệ thống đoàn tàu hàng không phát thải (zero-emission) các bon gây hiệu ứng nhà kính [1, 3].
Việc phát triển công nghệ mới trong phương tiện và vận tải sắt theo hướng tiếp cận công nghệ robot, tăng cường năng lực vận tải, thay thế và giảm tải cho con người trong các công việc nặng nhọc như công nghệ Platoon của Parallel nếu được đưa vào ứng dụng sẽ là một cuộc cách mạng trong thiết kế và tổ chức vận hành hệ thống đường sắt. Sắp tới, Parallel Systems sẽ trang bị các cảm biến tiên tiến, có khả năng phát hiện nhanh chướng ngại vật trên đường ray nhằm đảm bảo an toàn cũng như bảo vệ môi trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] https://moveparallel.com/product
[2] https://vision-mobility.de
[3] https://jalopnik.com
TS Nguyễn Thị Hoài An
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Nguồn: vjst.vn/
