Chương QUI HOẠCH GIAO THÔNG ĐÔ THỊ VÀ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG SẠCH (Bài giảng điện tử Power Point) 8.1 Xu phát triển phơng tiện giao thông Sự phát triển phơng tiện giao thông đô thị khu vực giới nói chung không giống nhng nhìn chung hớng tới mục tiêu bớc ô tô hóa dần quÃng đờng dịch chuyển Các giai đoạn ô tô hóa tóm tắt nh sau: - Châu Âu: - Châu Mỹ: - Châu á: Đi - Xe đạp - Xe buýt - Ô tô Đi ngựa - Tàu lửa - Ô tô Đi - Xe đạp - Xe gắn máy, Xe buýt nhỏ - Ô tô khu vực Châu Âu Bắc Mỹ, phát triển phơng tiện giao thông đà bớc sang giai đoạn cuối, ô tô cá nhân phơng tiện di chuyển Tốc độ gia tăng số lợng ô tô giới lớn, đặc biệt khu vực Đông Nam á, chẳng hạn Hàn Quốc tốc độ tăng năm 20%, Malaysia tốc độ đạt 70% Cùng với việc gia tăng số lợng ô tô số lợng xe gắn máy hai bánh giảm dần Các chuyên gia kinh tế cho thị trờng ô tô tiềm kỷ 21 dịch chuyển từ nớc Đông âu Châu Mỹ La Tinh sang nớc Đông Nam á, Trung cuối Châu Phi Theo dự báo, số lợng ô tô Châu Thái Bình Dơng tăng từ 0,7 chiếc/1000 ngời dân năm 1985 đến 10 chiếc/1000 ngời dân năm 2020 20 chiếc/1000 ngời dân vào năm 2060 Sự gia tăng nhanh chóng ô tô cá nhân đặt hàng loạt vấn đề kinh tế xà hội môi trờng Để đối phó với vấn đề nớc công nghiệp phát triển quan tâm đến việc cải thiện hệ thống giao thông công cộng khuyến khích ngời dân sử dụng phơng tiện để lại Kinh nghiệm tích lũy đợc nớc phát triển lĩnh vực bổ ích cho nớc phát triển Hiện mạng lới giao thông đô thị nớc Tây Âu, Bắc Mỹ gần nh đà hoàn thiện thành phố nhỏ xe buýt phơng tiện vận chuyển chính; thành phố cỡ trung sử dụng ô tô buýt tramway, thành phố lớn hai phơng tiện có thêm tàu điện ngầm Khi mức sống ngời dân đô thị đợc nâng cao yêu cầu tiện nghi nh an toàn nơi công cộng, kể việc vận chuyển công cộng đợc quan tâm nhiều Đối với phơng tiện vận tải công cộng kỷ 21, vấn đề an toàn, tiện nghi thuận lợi yếu tố đợc xem xét trớc tiên Để thực đợc điều này, phơng tiện vận chuyển công cộng phải cho phép chở đợc tất nhóm khách, kể ngời tàn tật, phơng tiện phải có điều hòa không khí, ghế ngồi tiện nghi, thông báo thờng xuyên cho khách thông tin liên quan đến hành trình, dễ sử dụng, sở hạ tầng đại 111 Các yêu cầu nói vợt xa so với khả đầu t nớc phát triển quốc gia hầu nh sở hạ tầng chắp vá giao thông công cộng Để phát huy tác dụng hệ thống vận chuyển khách thành phố, ngời ta phải phối hợp xe bt cì trung, xe bt cì nhá, taxi c«ng cộng xe gắn máy ba bánh (xe Lam, xe TuckTuck ) Các chủng loại xe động đảm bảo tần số hoạt động cao nên phù hợp với nơi sở hạ tầng phục vụ giao thông công cộng cha đợc phát triển 8.2 Qui hoạch giao thông nớc phát triển Qui hoạch giao thông tốt làm tăng ảnh hởng giao thông công cộng giảm ảnh hởng giao thông cá nhân dẫn đến cải thiện môi trờng Tuy nhiên thực tế cho thấy hệ thống giao thông công cộng nuớc phát triển ngày đại thuận tiện thay hoàn toàn ô tô cá nhân khác biệt tiện nghi thuận lợi hai loại phơng tiện lớn Dân chúng sống lại rời rạc nên kh«ng cho phÐp hƯ thèng giao th«ng c«ng céng phđ khắp địa bàn Sự chờ đợi trạm xe bt cịng nh− h¹n chÕ tiƯn nghi xe bt yếu tố tâm lý khiến hệ thống giao thông công cộng không đợc quần chúng hởng ứng rộng rÃi Để giải vấn đề này, cần phát triển sở hạ tầng với chất lợng cao cho tính mềm dẻo nh tốc độ hệ thống giao thông công cộng phải đủ lớn để thu hút công chúng Việc qui hoạch giao thông công cộng phải liền với công tác quản lý đất đai phục vụ cho trình đô thị hóa Về mặt giảm ô nhiễm, qui hoạch mạng lới giao thông đô thị phải đảm bảo rút ngắn khoảng cách dịch chuyển trung tâm hoạt động thành phố tạo thuận tiện tối đa cho phơng tiện vận tải công cộng họat động nhằm khuyến khích ngời dân sử dụng phơng tiện thay cho phơng tiện cá nhân Qui hoạch giao thông công cộng phải phối hợp với bố trí cụm chuyên biệt thành phố: cụm dân c, cụm công nghiệp, cụm thơng mại, cụm vui chơi giải trí Thời kỳ tiền công nghiệp, phơng tiện vận chuyển giới nên kÝch th−íc cđa thµnh phè, dï lµ thµnh lín hạn chế Cuộc cách mạng công nghiệp dẫn đến hình thành nhiều phơng thức vận chuyển mới, đặc biệt đờng sắt tramway đà làm thay đổi hẳn qui mô đô thị Sự đô thị hóa phát triển theo phát triển đờng giao thông Thành phố dần mở rộng vùng ven, đặc biệt từ xuất xe buýt ô tô đầu kỷ 20, thành phố cũ khu vực trung tâm văn hóa, du lịch, trung tâm hoạt động thành phố dời khu phố Những trục giao thông công cộng đợc hình thành Mạng lới giao thông công cộng phủ khắp thành phố Các khu công nghiệp, khu dân c, sở hoạt động kinh doanh, thơng mại đợc bố trí quanh trạm vận chuyển công cộng, đặc biệt sở công cộng lớn nh trờng học, bệnh viện Qui hoạch đờng giao thông công cộng phải gắn liền với việc lựa chọn công nghệ phơng tiện vận chuyển hệ thống Hệ thống đợc đặc trng mạng lới mở rộng cho toàn địa bàn đô thị đợc phân chia thành khoảng cách đặn có xe thoi hoạt động để chở khách Các khoảng dừng ngắn tạo thuận lợi cho ngời sử dụng khuyến khích ngời dân sử dụng hệ thống giao thông công cộng dùng xe cá nhân Mặt khác khoảng cách dừng ngắn tần suất hoạt động cao nên sử dụng phơng tiện vận tải kích thớc bé, tránh ùn tắt giao thông cao điểm 112 8.3 Giao thông đô thị nớc ta Nớc ta giai đoạn phát triển mạnh xe gắn máy trớc chuyển sang ô tô cá nhân Phơng tiện lại ngời dân xe gắn máy Phần lớn thành phố nớc ta cha có mạng lới giao thông công cộng có nhng chắp vá Phơng tiện vận chuyển hệ thống giao thông công cộng cha có tiêu chuẩn đồng nhất, kích cỡ không phù hợp với sở hạ tầng có nên phơng tiện giao thông công cộng lại gây nạn ùn tắt giao thông làm ô nhiễm môi trờng Mật độ xe gắn máy thành phố lớn nớc ta gia tăng với mức độ chóng mặt Những năm gần đây, giá xe gắn máy giảm đà làm gia tăng đột biến số lợng xe gắn điều đà gây nạn ùn tắt giao thông nghiêm trọng số thành phố lớn, đặc biệt Hà Nội Thành Hå ChÝ Minh Ch−a bao giê vÊn ®Ị giao thông đô thị đợc quan tâm nhiều nh Chính Phủ đà có nhiều họp để bàn vấn đề Quốc Hội kỳ họp cuối năm 2002 đa vấn đề giao thông công cộng thảo luận nhằm tìm biện pháp tháo gỡ Chính quyền Thủ Đô Hà Nội Thành Phố Hồ Chí Minh đà tổ chức nhiều họp chuyên đề nhằm tìm kiếm giải pháp cho vấn đề giao thông công cộng Nhiều qui định đà đợc áp dụng nhằm hạn chế xe gắn máy Tuy nhiên vấn đề giải cách triệt để hệ thống giao thông công cộng đáp ứng đợc nhu cầu lại ngời dân Hiện Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh đà tổ chức vận hành tuyến xe buýt mẫu Tuy nhiên số ngời sử dụng hệ thống giao thông công cộng khiêm tốn Theo tài liệu công bố (ngày 9-12-2002) Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) dự án qui hoạch tổng thể nghiên cứu khả thi dự án giao thông công cộng Thành phố Hồ Chí Minh có 1,3% số ngời đợc khảo sát sử dụng phơng tiện giao thông công cộng để lại so với 2% năm 1996 Sự giảm tỉ lệ sống ngời dân đợc nâng cao, giá xe gắn máy giảm nên nhiều ngời mua sắm đợc phơng tiện cá nhân Cũng theo số liệu khảo sát JICA, có 8,1% số hộ gia đình xe gắn máy; 34,5% số hộ có xe gắn máy 34,9 số hộ có xe gắn máy Số hộ gia đình có xe riêng 2,4% so với 1,7% năm 1996 Hiện Thành Hå ChÝ Minh cã 25 tuyÕn xe buýt mÉu Theo ớc tính đến cuối năm 2003, xe buýt đảm bảo đợc khoảng 3% nhu cầu lại nhân dân thành phố (cao số liệu điều tra JICA) Đa số xe buýt sử dụng hiƯn lµ xe bt cị, hƯ thèng an toµn không đảm bảo, đà xảy vụ phanh gây tai nạn giao thông nghiêm trọng Thành phố Hồ Chí Minh có kế hoạch trang bị 1300 xe buýt đến năm 2003 Mục tiêu phấn đấu Thành phố nâng tỉ lệ vận chuyển khách công cộng lên 15% vào năm 2010 Hà Nội, năm 2001 xe buýt đáp ứng khoảng 3,87% nhu cầu lại ngời dân Năm 2002 theo kế hoạch tỉ lệ 9,67% Thành phố phấn đấu nâng tỉ lệ lên 20% năm tới Hiện Thành phố đà xây dựng 29 tuyến xe buýt tiêu chuẩn, mở thêm 125 tuyến xe buýt thành phố với 3976 lợt xe buýt chạy ngày Trong năm 2002, thành phố Hà Nội đà trợ giá 65 tỉ đồng cho hệ thống xe buýt Kinh phí trợ giá tiếp tục gia tăng năm sau để đạt tiêu đáp ứng 20% nhu cầu lại ngời dân Thủ đô Trong năm 2003 Hà Nội đa vào vận hành hệ thống điều hành xe buýt điện tử nhằm tăng tính linh hoạt sử dụng tối u sở hạ tầng nh phơng tiện vận chuyển khách Việc qui họach tuyến đờng dành riêng cho xe buýt đợc quyền Thành phố xem xét 113 Giao thông công cộng có hiệu sử dụng lợng lần giao thông cá nhân nên việc phát triển giao thông công công tiết kiệm đáng kể lợng giảm ô nhiễm môi trờng nớc ta tốc độ gia tăng xe gắn máy kèm theo vấn đề xà hội môi trờng chúng đặt đà buộc phải xem xét lại chiến lợc phát triển giao thông công cộng Xu phát triển tất yếu phơng tiện giao thông tiến dần tới việc động lực hóa quÃng đờng dịch chuyển ô tô cá nhân Để giảm nhẹ tác động bất lợi xu trên, phải bớc qui hoạch phát triển hệ thống vận chuyển công cộng, đặc biệt thành phố H.8.1a: Xe buýt đơn Grenoble (Pháp) H.8.1b: Xe buýt hai thân Graz (áo) H.8.1c: Xe buýt hai tầng Singapore Các nớc phát triển quanh ta nh Trung Quốc, Thái Lan, Philipine đà đối phó với vấn đề Nạn kẹt xe ùn tắt giao thông nớc đà gây khó khăn lớn cho giao thông đô thị Trong thành phố lớn nớc phát triển khu vực Châu âu Bắc Mỹ vấn đề ùn tắt giao thông xảy mặt dù mật độ giao thông công cộng nớc cao nhiều Sở dĩ nớc phát triển đà có hệ thống giao thông công cộng hệ thống liên tục đợc phát triển, nâng cấp từ hàng trăm năm Những quốc gia này, vấn đề giao thông công cộng đợc tổ chức chặt chẽ tối u 8.4 Phơng tiện chở khách công cộng nớc phát triển, phơng tiện chở khách tơng đối đa dạng: thành phố nhỏ sử dụng phơng tiện giao thông công cộng xe buýt; thành phố cỡ trung kết hợp xe buýt tramway thành phố lớn hai phơng tiện có thêm tàu điện ngầm (metro) Các phơng tiện vận chuyển công cộng chạy chung 114 H 8.2a: Tramway hệ cũ Graz đờng với phơng tiện giao thông khác chạy tuyến đờng đặc biệt dành cho xe buýt Hình 8.1 giới thiệu loại phơng tiện giao thông công cộng thờng dùng nớc phát triển Hình 8.1a xe buýt đơn, có chiều dài trung bình 13m, loại phơng tiện sử dụng hầu hết tuyến đờng Hình 8.1b xe buýt đôi gồm hai thùng xe buýt đơn ghép l¹i víi b»ng khíp nèi mỊm nh−ng chØ sư dụng động đặt phía sau, chiều dài xe 18m Hình 8.1c xe buýt hai tầng thờng gặp hệ thống vận chuyển công cộng nớc khối Liên hiệp Anh, Singapore Hình 8.2 giới thiệu kiểu tramway tàu điện ngầm Đây loại phơng tiện giao thông hiệu vận chuyển công cộng Các loại phơng tiện cho giao thông ngày đợc hoàn thiện nhiều mặt kể kiểu dáng bên nh tiện nghi bên để thu hút ngời sử dụng Mặt khác để tăng tính mềm dẻo hiệu hệ thống vận chuyển công cộng, ngời ta áp dụng tàu điện ngầm tự động không ngời lái Hình 8.2f ảnh chụp tàu điện ngầm không ng−êi l¸i ë Lyon H.8.2b: Tramway thÕ hƯ míi ë Graz Mặc dù phơng tiện vận chuyển công cộng nớc phát triển đợc đổi đại hóa liên tục nhng ngời ta cha hài lòng với chất lợng hoạt động chúng, mặt ô nhiễm môi trờng Vì nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nhằm đạt đến xe buýt vấn đề thời Các nghiên cứu tập trung hoàn thiện động đốt truyền thống, nghiên cứu sử dụng loại nhiên liệu dạng khí hay lỏng, sử dụng lợng điện làm nguồn động lực nớc ta việc sử dụng phơng tiện vận tải cách đại trà hệ thống giao thông công cộng cha thực Thật sở hạ tầng thành phố ta chật hẹp, cha có tuyến đờng dành riêng cho giao thông công cộng, thêm vào mật độ xe gắn máy thành phố cao, di chuyển phức tạp nên ph−¬ng tiƯn cã kÝch th−íc H 8.2c: Tramway thÕ hƯ Lyon lớn nh khó vận hành Rút kinh nghiệm nớc phát triển, nên sử dụng hạn chế xe buýt lớn để chạy tuyến đờng qui hoạch, lại chủ yếu xe buýt cỡ nhỏ hoạt động với tần suất cao để chở khách khu vực nội thành 115 8.5 Phơng tiện giao thông Xe buýt mục tiêu hớng tới nhà nghiên cứu chế tạo ô tô chạy thành phố Có nhiều giải pháp đà đợc công bố năm gần đây, tập trung hoàn thiện trình cháy động Diesel, sử dụng loại nhiên liệu không truyền thống cho xe buýt nh LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, lợng mặt trời Xu hớng phát triển xe buýt tổng hợp nh sau: H 8.2d: Tramway Singapore Hoàn thiện động diesel Các kỹ thuật để hoàn thiện động diesel đà cho phép nâng cao rõ rệt tính bao gåm ¸p dơng hƯ thèng phun ray chung (common rail) ®iỊu khiĨn ®iƯn tư, läc bå hãng vµ xư lý khí đờng xả xúc tác ba chức năng, nâng cao chất lợng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lợng lu huỳnh cực thấp Việc dùng động diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí nhiên liệu lỏng (dual fuel) giải pháp nâng cao tính động diesel [84] Xe buýt chạy điện Các loại trolleybus lấy điện trực tiếp đờng dây ngày dờng nh đà biến dần Tuy xe buýt sạch, động, nhng hệ thống cung cấp lợng cho chúng (dây cáp điện trần) làm ảnh hởng đến cảnh quan Thành phố không an toàn Xe buýt chạy điện nghiên cứu phát triển xe buýt chạy accu Giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trờng không khí thành phố nhng không làm giảm ô nhiễm môi trờng cách tổng thể nguồn điện dùng để nạp accu đợc sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch Ngày xe buýt chạy accu đà đạt đợc tính vận hành cần thiết hệ thống giao thông công cộng nhng giải pháp bị giới hạn quÃng đờng hoạt động độc lập phơng tiện mật độ lu trữ lợng accu hạn chế 116 H 8.2e: Tramway Grenoble H 8.2f: Tàu điện ngầm tự động (không ngời lái) Lyon Xe buýt đa ®éng lùc (hybrid) Xe bt ®a ®éng lùc sư dơng Ýt nhÊt hai nguån søc kÐo bæ sung cho Các nguồn sức kéo là: - Động điện động nhiệt - Động điện hệ thống accu động Động điện chạy accu thông thờng hay pile nhiên liệu Động nhiệt động Diesel đại với hệ thống lọc bồ hóng xử lý khí xả hay động sử dụng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hoá lỏng LPG) Giải pháp lý tởng sử dụng xe buýt đa động lực phối hợp pile nhiên liệu accu động (bánh đà) để tận dụng lợng ô tô giảm tốc trớc dừng trạm Xe buýt chạy pile nhiên liệu Một giải pháp nguồn lợng cung cấp cho ô tô tơng lai pile nhiên liệu Pile nhiên liệu hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa nhiên liệu thành điện Pile nhiên liệu trớc đợc nghiên cứu để cung cấp điện cho tàu không gian nhng ngày pile nhiên liệu đà bớc vào giai đoạn thơng mại hóa để cung cấp lợng cho ô tô Do trình cháy xảy nên sản phẩm hoạt động pile nhiên liệu điện, nhiệt nớc Vì nói xe buýt hoạt động pile nhiên liệu xe buýt tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm khí xả Xe buýt chạy pile nhiên liệu Hình 8.3: Xe buýt chạy dầu thực vật không nạp điện mà nạp nhiên liệu Grenoble hydrogen Khó khăn liên quan đến lu trữ hydro dới áp suất cao vật liệu hấp thụ phơng tiện vận tải Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro xe ®Ĩ sư dơng cho pile nhiªn liƯu nh−ng hƯ thèng nh cồng kềnh phức tạp Các công ty chế tạo ô tô Đức (Daimler Benz), NhËt (Toyota), ë Mü (General Motors) ®ang cã kÕ hoạch sản xuất ô tô sử dụng pile nhiên liệu dự kiến thơng mại hóa ô tô vào năm 2010 Tuy ngày ngời ta đà thành công chế tạo loại pile nhiên liệu có hiệu suất cao giá thành phù hợp nhng việc áp dụng phơng án xe buýt xa so với thực so với phơng án làm giảm ô nhiễm khác, pile nhiên liệu chạy ô tô loại nhiên liệu xa xỉ vµ “cao cÊp” Ngµy ng−êi ta thÊy r»ng nÕu sử dụng pile nhiên liệu để chạy ô tô giá thành đắt chạy diesel khoảng 30% 117 Xe buýt chạy loại nhiên liệu lỏng thay Các loại nhiên liệu lỏng thay quan tâm cồn, colza, có nguồn từ thực vật Do thành phần C nhiên liệu thấp nên trình cháy sinh chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Ngày việc ứng dụng loại nhiên liệu lỏng thay phơng tiện vận tải nói chung xe buýt nói riêng hạn chế giá thành nhiên liệu cao Tuy nhiên giải pháp có lợi nơi mà nguồn nhiên liệu dồi loại nhiên liệu đợc chiết xuất từ chất thải trình sản xuất công nghiệp Một loại nhiên liệu lỏng thay khác đợc công bố Dimethyl ether (DME) đợc chế tạo từ khí thiên nhiên Đây loại nhiên liệu thay cực dùng cho động diesel giống nh LPG Thử nghiệm ô tô cho thấy, ô tô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát « nhiƠm cùc thÊp California ULEV NÕu viƯc s¶n xt DME qui mô công nghiệp thành thực tơng lai nhiên liệu lỏng lý tởng khí thiên nhiên phân bố khắp trái đất có trữ lợng tơng đơng dầu mỏ Xe buýt chạy khí thiên nhiên Sử dụng ô tô chạy khí thiên nhiên sách hữu ích lợng thay tơng lai, đặc biệt phơng diện giảm ô nhiễm môi trờng thành phố Cho tới có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên xe buýt, khí thiên nhiên dới dạng khí khí thiên nhiên dới dạng lỏng Xe buýt chạy khí thiên nhiên thỏa mÃn dễ dàng qui định khắt khe ô nhiễm ô tô Mặc dầu ngày ngời ta đà có nhiều giải pháp công nghệ làm giảm ô nhiễm khí xả diesel nhng giải pháp không thật bền vững, tính hiệu giảm dần theo thời gian Trong khí xả động sử dụng khí thiên nhiên chứa chất độc hại từ nguồn nên giảm tính hệ thống xử lý đờng xả không gây ảnh hởng lớn đến mức độ phát ô nhiễm nh động diesel u điểm loại nhiên liệu này, mức độ phát ô nhiễm thấp, nguồn nhiên liệu dồi dào, phân bố khắp trái đất Một khó khăn khiến cho nguồn lợng cha đợc áp dụng rộng rÃi phơng tiện vận tải nói chung xe buýt nói riêng vấn đề lu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) ô tô Ngày việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đà đợc cải thiện nhiều công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố sợi carbon Bình chứa đợc kiểm tra an toàn tuyệt đối theo tiêu chuẩn khắt khe nên xảy cố nổ bình Mặt khác xe buýt dùng khí thiên nhiên có hệ thống phát rò khí để tránh hỏa hoạn không mùi không độc nh diesel hay xăng 118 Xe buýt chạy b»ng khÝ dÇu má hãa láng HiƯn nhiỊu n−íc, nhiỊu khu vùc trªn thÕ giíi xem viƯc sư dơng LPG ô tô chạy thành phố giải pháp bảo vệ môi trờng không khí hữu hiệu Trong cộng đồng Châu Âu áo nớc sử dụng xe buýt LPG sớm Thành phố Vienne đà sử dụng xe buýt chạy LPG từ năm 1963 nay, thành phố có 500 xe Hình 8.4: Xe buýt chạy khí dầu mỏ hóa lỏng LPG buýt chạy nhiên liệu Wiena, áo Đan Mạch có 180, Hà Lan có 150, Tây Ban Nha cã 60 xe bt ch¹y b»ng LPG ë ý hiƯn có 860000 ô tô chạy LPG Tỉ lệ xe buýt chạy LPG cao xe buýt chạy khí thiên nhiên Châu Âu (tỉ lệ 1.100/700) Pháp có 110 xe buýt LPG hệ thống giao thông công cộng Paris Cách 20 năm, thành phố Poitiers đà sử dụng 15 xe buýt chạy LPG Cho tới xe buýt hoạt động tốt số xe buýt chạy LPG thành phố 115 Tours lµ thµnh cã tØ lƯ sè xe bt chạy LPG nhiều nớc Pháp gồm 61 xe buýt Van Hool trang bị động DAF LPG Ô tô sử dụng LPG ngày đợc giới thiệu rộng rÃi Pháp Renault hÃng đầu sản xuất ô tô LPG dây chuyền đồng Dây chuyền lắp ráp chuyên dụng cho phép tối u hóa bố trí phận hệ thống nhiên liệu ô tô LPG ủy ban Butane-Propane Pháp khẳng định thị trờng tiêu thụ LPG gia tăng năm tới số lợng ô tô sử dụng nguồn lợng gia tăng Mỹ ngày có nhiều ô tô sử dụng LPG Từ năm 1996, ô tô chạy khí LPG đà có mặt Thành phố lớn Trung Quốc Theo dự báo mức tiêu thụ LPG Nhật năm tới tăng lên đáng kể gia tăng số lợng ô tô sử dụng LPG Chính quyền Đài Bắc đà vạch kế hoạch chuyển toàn xe taxi chạy nhiên liƯu láng sang dïng LPG nh− ë Hµn Qc ChÝnh quyền Hồng Kông định áp dụng biện pháp cần thiết để giảm nồng độ chất ô nhiễm thành phố u tiên áp dụng LPG để chạy ô tô Tơng tự nh Tehran, thủ đô ô nhiễm nặng nề nhất, đà khẩn trơng chuyển đổi xe taxi thành ô tô lỡng nhiên liệu LPG/xăng chuyển xe buýt thành ô tô chạy khí thiên nhiên Trong 10 năm trở lại đây, lợng ô tô Moscow tăng lên gấp lần không gian dịch chuyển không thay đổi ô nhiễm bầu không khí trầm trọng Để hạn chế ô nhiễm, nớc Nga khuyến khích chuyển đổi ô tô chạy nhiên liệu lỏng sang sư dơng nhiªn liƯu khÝ LPG hay khÝ thiªn nhiªn Về phơng diện giảm ô nhiễm, khí thiên nhiên khí dầu mỏ hoá lỏng LPG có lợi Giá thành LPG thay đổi theo nhu cầu theo giá chung sản phẩm dầu mỏ Nạp nhiên liệu LPG vào bình chứa ô tô dới dạng lỏng đơn giản nạp nhiên liệu khí thiên nhiên Đầu t hệ thống cung cấp LPG cho ô tô chiếm khoảng 20% giá thành đầu t cho hệ thèng cung cÊp nhiªn liƯu khÝ thiªn nhiªn Sư dơng khí thiên nhiên ô tô vấp phải khó khăn chứa nhiên liệu áp suất cao Ngay nén khí thiên nhiên đến áp suất 200bars, thể tích bình chứa khí thiên nhiên phải gấp lần thể tích bình chứa LPG chu kỳ nạp nhiên 119 liệu Hoá lỏng khí thiên nhiên làm giảm đáng kể thể tích nhng phức tạp giá thành nhiên liệu tăng Khi bình chứa nhiên liệu phải cách nhiệt nhiệt độ hóa lỏng khí thiên nhiên -1600C Với phát triển hệ thống khống chế điện tử xúc tác ba chức ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng, ô tô LPG không chiếm u tuyệt đối so với động dùng nhiên liệu lỏng Tuy nhiên nhờ kỹ thuật tính ô tô LPG đợc nâng lên bớc Nồng độ chất ô nhiễm khí xả ô tô LPG đại thấp nhiều so với ô tô LPG trớc Do nhiên liệu LPG dẫn đầu nhiên liệu xanh thị trờng nhiên liệu Các kết thực nghiệm cho thấy tiêu thụ lợng MJ/100km mức độ phát ô nhiễm động sử dụng LPG thấp động sử dụng xăng Mức độ phát ô nhiễm ô tô LPG phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu Nhiên liệu LPG có thành phần 70% propane 30% butane tốt phơng diện giảm ô nhiễm môi trờng Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày trở nên loại nhiên liệu a chuộng để chạy ô tô nói chung xe buýt nói riêng đặc điểm bật giảm ô nhiễm môi trờng có lợi thÕ vỊ sù thn tiƯn chun ®ỉi hƯ thèng nhiên liệu Việc chuyển đổi ô tô chạy nhiên liệu lỏng sang dùng LPG đợc thực theo ba h−íng: sư dơng nhÊt nhiªn liƯu LPG, sử dụng xăng LPG, sử dụng đồng thời diesel LPG (dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG không khí thực chế hoà khí kiểu Venturie thông thờng hay phun LPG đờng nạp Những hệ thống phun đợc nghiên cứu phát triển phun LPG dạng lỏng buồng cháy để tăng tính công tác loại động Cũng nh loại nhiên liệu khí khác, việc lu trữ LPG ô tô vấn đề gây nhiều khó khăn áp suất hóa lỏng LPG thấp nhiều so với khí thiên nhiên hay loại khí khác Các loại bình chứa nhiên liệu LPG đợc cải tiến nhiều nhờ vật liệu công nghệ Ngày ngời ta sản xuất bình chứa vật liệu chịu đợc áp lực cao nhng nhẹ nhiều so với bình kim loại truyền thống Mặt khác, vật liệu cho phép chế tạo bình chứa LPG có dạng phù hợp với không gian bố trí bình xe, không thiết phải dạng hình trụ nh bình kim loại 8.6 Nhiờn liu sch cho giao thụng ụ th Vit Nam Hình 8.5: Xe buýt chạy b»ng LPG ë Paris 120 Theo phân tích nguồn lượng cho phương tiện giao thơng xếp theo thứ tự điện, pile nhiên liệu, ô tô đa động lực Xu hướng phát triển phương tiện giao thông sử dụng điện pile nhiên liệu phụ thuộc vào khả hoàn thiện loại động nhiệt truyền thống sử dụng nguồn nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu lỏng Mức độ phát thải NOx tiêu so sánh mức độ phương tiện vận tải khác Theo dự báo vịng 10 năm tới, kỹ thuật làm giảm NOx cách cải thiện động diesel, sử dụng LPG khí thiên nhiên rẻ sử dụng pile nhiên liệu Trong tương lai dài việc giảm NOx cách sử dụng pile nhiên liệu tơ có giá thành tương đương với việc cải thiện động diesel để đạt mức độ hiệu Để đạt tính kinh tế mức độ phát ô nhiễm động sử dụng LPG thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm 50% giá thành pile nhiên liệu phải giảm 30% so với giá Vì vịng thập niên tới, tơ chạy pile nhiên liệu chưa có lợi cạnh tranh so với loại nhiên liệu thay Vì theo phân tích đây, nên cân nhắc sử dụng khí thiên nhiên hay khí dầu mỏ hóa lỏng LPG để làm nhiên liệu cho phương tiện giao thông vận tải chạy thành phố Đứng mặt lượng mơi trường mà nói sử dụng khí thiên nhiên để chạy phương tiện giao thơng lâu dài tối ưu Khí thiên nhiên nước ta có trữ lượng lớn khai thác để cung cấp lượng cho nhà máy nhiệt điện sản xuất phân đạm Mặt khác khối lượng lớn khí thiên nhiên thu từ mỏ dầu khai thác ta hứa hẹn nguồn lượng dồi để phát triển kinh tế quốc dân có ngành giao thơng vận tải Sử dụng nguồn lượng cho giao thông vận tải tiết kiệm khối lượng dầu mỏ lớn để xuất hạn chế chất khí gây nhiễm mơi trường thành phố Tuy nhiên sử dụng khí thiên nhiên cho phương tiện vận tải đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn hệ thống phân phối khí thiên nhiên gia dụng thành phố chưa thiết lập Giá thành xe buýt chạy khí thiên nhiên cao nhiều so với xe buýt chạy nhiên liệu lỏng Mỹ xe buýt chạy khí thiên nhiên nén đắt xe buýt diesel truyền thống từ 25000 đến 50000USD/chiếc phải trang bị thêm bình chứa khí tơ hệ thống an tồn liên quan khác Vì điều kiện nước ta từ đến 2020, sử dụng khí dầu mỏ hoá lỏng LPG để chạy phương tiện giao thông đô thị phù hợp Trước hết chủ động nguồn lượng chúng khơng dồi khí thiên nhiên Hiện có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố tương lai gần nhà máy lọc dầu vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành nhà máy nguồn cung cấp nhiên liệu LPG Mặt khác nhà máy tinh luyện khí thiên nhiên nguồn cung cấp loại nhiên liệu nên khả độc lập nhiên liệu LPG lớn Vấn đề thứ hai chủ động chế tạo phụ kiện hệ thống nhiên liệu LPG công nghệ nước 8.7 Chuyển đổi phương tiện chạy xăng sang chạy LPG 8.7.1 Xe gắn máy hai bánh chạy khí dầu mỏ hóa lỏng LPG Một vấn đề cần phải nghiên cứu giải thiết kế hệ thống hai nhiên liệu LPG/xăng nhỏ gọn lắp đặt xe gắn máy cỡ nhỏ mà không làm thay đổi kiểu dáng hay kết cấu chúng Hệ thống cho phép xe gắn máy chạy xăng hay LPG Ở hệ thống nhiên liệu LPG ô tơ, nhiên liệu khỏi bình chứa dạng lỏng sau bốc bốc hơi-giãn nở dẫn đến họng Venturi với áp suất thấp áp suất khí trời Nhiên liệu thể khí sau hút vào họng chế hịa khí nhờ độ chân 121 khơng giống chế hịa khí xăng Ở động xe gắn máy hai bánh công suất bé, việc xuất nhiên liệu khỏi bình chứa dạng lỏng gây thừa nhiên liệu Mặt khác, sử dụng nhiên liệu dạng lỏng cần phải có giãn nở-bốc hơi, phận cồng kềnh, lắp đặt khoảng không gian hạn chế ca xe LPG Không khí Hỗn hợp Hỡnh 8.6: S đồ ngun lý chế hịa khí LPG 1,2 Hệ số d lợng không khí Vỡ vy phng án phù hợp xe gắn máy sử dụng nhiên liệu khỏi bình chứa dạng khí có áp suất [5], [8] Sự cung cấp ga vào họng chế hịa khí thực liên tục lượng ga nạp vào họng điều chỉnh áp suất ống dẫn ga độ chân không họng Kỹ thuật điều chỉnh lưu lượng ga đề xuất cơng trình dùng van Hình 8.7: Ảnh chụp tiết lưu có độ mở tỉ lệ với chế hịa khí LPG/xăng độ mở bướm cung cấp gió Sơ đồ nguyên lý hệ thống tạo hỗn hợp LPG-khơng khí cho xe gắn máy trình bày hình 8.6 Ở chế độ khơng tải, trượt đóng kín lỗ nạp van tiết lưu, khí LPG hút vào họng qua lỗ khơng tải có vít điều chỉnh Khi tăng dần tải động cơ, trượt nhấc lên đồng thời với độ nhấc ga, lỗ nạp ga mở rộng dần, lượng khí LPG nạp vào họng điều chỉnh đồng thời độ tiết lưu lỗ nạp ga độ chân khơng họng 0,8 §é më b−ím ga (%) 0,6 20 40 60 80 100 Hình 8.8: Đường đặc tính chế hịa khí sử dụng LPG Trên sở nguyên lý cải tạo chế hịa khí xăng nguyên thủy xe gắn máy thành chế hịa khí hai nhiên liệu LPG/xăng (hình 8.7) Trong trường hợp chế hịa khí xăng giữ ngun, van tiết lưu lắp nối tiếp ống dẫn hướng ga Khi van nhiên liệu chuyển sang vị trí dùng xăng, động hoạt động xăng trước cải tạo Khi van nhiên liệu chuyển sang vị trí dùng ga, nhiên liệu LPG qua van tiết lưu vào họng chế hịa khí mơ tả hình 8.6 Hình 8.8 giới thiệu đường đặc tính chế hịa khí sử dụng LPG Cùng chế độ tải ngoài, mở rộng bướm ga, hỗn hợp loãng Đây ưu điểm nhiên liệu LPG Bộ chế hịa khí sau cải tạo xong lắp xe gắn máy hai bánh 110cc kiểu WAVE với phân khác hệ thống nhiên liệu LPG gồm bình chứa LPG, bình xăng phụ, van chân khơng Các phận phụ mô tả Hình 8.9 ảnh chụp động sau lắp đặt xong chế hịa khí hình 8.10 ảnh chụp toàn xe gắn 122 máy kiểu WAVE sau lắp đặt xong hệ thống hai nhiên liệu LPG/xăng Mẫu mã kết cấu xe gắn máy không thay đổi lắp đặt hệ thống nhiên liệu Xe gắn máy sau lắp xong hệ thống LPG chạy thử băng thử công suất chạy đường trường Kết sau: - Về mức độ phát sinh ô nhiễm: Phân tích khí chế độ khác cho thấy nồng độ chất ô nhiễm CO, HC xe gắn máy chạy LPG giảm so với chạy xăng Mức độ giảm đạt từ 30 đến 80% Tải lớn mức độ giảm nhiễm động LPG tăng Hình giới thiệu kết đo nồng độ CO khí xả xe gắn máy chế độ khơng tải sử dụng LPG so với dùng xăng Khi tăng tốc độ, nồng độ CO khí xả dùng LPG giảm nhanh chóng, nồng độ khí xả dùng xăng lại tăng Ở tốc độ 6000 vịng/phút, nồng độ CO khí xả dùng LPG 25% nồng độ dùng xăng Hình 8.11 trình bày kết phân tích nồng độ HC chế độ khơng tải động chạy Hình 8.9: Động xe gắn máy110cc sau lắp chế hịa khí hai nhiên liệu LPG/xăng Hình 8.10: Xe gắn máy kiểu WAVE 110cc sau lắp xong hệ thống hai nhiên liệu LPG/xăng xăng chạy LPG Trong hai trường hợp, tăng tốc độ động cơ, nồng độ HC khí xả giảm tốc độ cao khoảng 6500 vịng/phút, nồng độ HC khí xả chạy LPG khoảng 50% nồng độ chạy xăng Các kết tương tự đạt động 70cc nghiên cứu trước - Về tính kinh tế: Mức độ tiết kiệm xe gắn máy chạy LPG so với chạy xăng phụ thuộc vào sách giá lượng nước Để giảm ô nhiễm môi trường không khí thành phố, số nước áp dụng sách thuế ưu đãi LPG sử dụng cho phương tiện giao thông Mặt khác, mức độ tiết kiệm phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật động chất lượng chế hịa khí dùng xăng Kết chạy thử nghiệm LPG xe gắn máy 110cc cho thấy suất tiêu hao nhiên liệu trung bình khoảng 1kg LPG/110km Mặt khác, LPG thể khí nên khơng bị ngưng tụ mặt gương xi lanh nên phần đỉnh xi lanh khơng bị mịn nhanh chạy xăng Chỉ số octane LPG cao xăng nên khơng có nguy kích nổ gây q nhiệt chi tiết buồng cháy Nói 123 chung, tuổi thọ động chuyển sang sử dụng LPG kéo dài chạy xăng 200 HC(ppm) CO(%) 160 xăng 120 80 LPG LPG 40 n(v/ph) 2000 xăng 3000 4000 5000 6000 n(v/ph) 2000 7000 Hình 8.11: So sánh nồng độ CO khí xả xe gắnmáy 110cc chạy xăng LPG 3000 4000 5000 6000 7000 Hình 8.12: So sánh nồng độ HC khí xả xe gắn máy 110cc chạy xăng LPG 8.7.2 Xe buýt cỡ nhỏ chạy LPG Việc sử dụng xe bus cỡ lớn để chở khách thành phố, đặt biệt thành phố nhỏ nước ta không hợp lý lẽ cự ly dịch chuyển nhỏ đường sá hẹp, khơng có đường dành riêng cho xe bus nên đảm bảo tính xác, Vì việc tổ chức tuyến xe bus nhỏ chạy thành phố, có khả động cao hợp lý Trong phần sau giới thiệu chế hịa khí LPG dùng cho xe Daihatsu 1.6 cải tạo thành xe buýt cỡ nhỏ phục vụ cho vận chuyển khách hệ thống giao thông công cộng nước ta Trong điều kiện vận hành thành phố nước ta, phần lớn thời gian xe hoạt động chế độ tải thấp việc khống chế thành phần hỗn hợp độ chân không họng hệ thống nhiên liệu LPG thị trường hỗn hợp thường xuyên đậm đặc hậu tính kinh tế động giảm đồng thời mức độ ô nhiễm gia tăng Dựa kết đạt chế hịa khí cho xe gắn máy thấy trường hợp điều chỉnh thành phần hỗn hợp cần phải thực phối hợp độ chân không họng tiết lưu áp suất ga Các phụ kiện LPG có mặt thị trường hoạt động theo nguyên lý lấy ga dạng lỏng, sau bốc giãn nở đến áp suất áp suất khí trời Tổng tiết diện lỗ nạp ga lớn Việc điều chỉnh thành phần hỗn hợp chế độ tải khác dựa vào độ chân không họng Vì chế hịa khí ga khơng sử dụng hệ thống phụ nên đường đặc tính chế hịa khí tn theo qui luật đường đặc tính chế hịa khí đơn giản 124 Bộ chế hịa khí thiết kế cho tơ Daihatsu 1.6 dựa sở chế hịa khí nghiên cứu thành công xe gắn máy hai bánh trình bày Hệ thống nhiên liệu kiểu đơn giản nhiều so với hệ thống nhiên liệu có mặt thị trường Khác biệt nhiên liệu lấy khỏi bình chứa dạng khí áp suất 30mbar Việc định lượng nhiên liệu nạp vào họng chế hịa khí thực nhờ độ chân khơng v thay Thân van Con trợt i ỏp suất tiết lưu van bypass §−êng ga vào Vít không tải Vít điều chỉnh §−êng ga Như việc nạp ga vào họng c thc vị trí trợt hin bng phng phỏp vừa phun, vừa Hình 8.13: Sơ đồ van tiết lưu hút Việc cải thiện đường đặc tính khơng thực theo nguyên tắc chế hòa khí xăng mức độ chênh lệch khối lượng riêng LPG khơng khí khơng lớn xăng Do giải pháp hữu hiệu thực tiết lưu học Häng Venturie Bäng chøa LPG Häng tiÕt l−u BÝch Trục buớm ga Cơ cấu điều khiển bớm ga Cơ cấu điều khiển van tiết lu Hình 8.14: Bé chÕ hßa khÝ LPG Nhiên liệu LPG từ bình chứa, sau qua van điện từ làm giãn nở đến áp suất 30mbar van giãn nở gia dụng sau nhiên liệu dẫn đến van tiết lưu Van tiết lưu có cấu tạo đặc biệt đảm bảo cho thành phần hỗn hợp nhiên liệu cung cấp cho động hợp lý chế độ công tác (hình 8.13) chế độ khơng tải, van tiết lưu đóng đường ga chính, lượng ga nhỏ qua vít khơng tải vào họng động Khi mở rộng dần bướm ga, van tiết lưu mở to dần Do tiết diện lưu thơng mơ đun hóa theo biên dạng trượt nên thành phần hỗn hợp điều chỉnh hợp lý theo mong muốn Hình 8.14 giới thiệu chế hịa khí dùng LPG Bộ chế hịa khí thiết kế theo kiểu lắp ghép gồm ba phận họng Venturie xung quanh có lỗ để nạp ga, bọng chứa ga buồng tiết lưu-hỗn hợp 125 Hình 8.15: Bộ chế hịa khí LPG van tiết lưu Các kích thước quan trọng chế hịa khí LPG đường kính họng Venturie tổng tiết diện lỗ nạp ga Đối với chế hịa khí chế tạo sẵn theo gam cơng suất động đường kính họng Venturie 22mm ga nạp qua lỗ có đường kính φ=5mm Trong thực tế, tơ làm việc hết cơng suất kết cấu phù hợp Tuy nhiên xe hoạt động phạm vi nội thành tốc độ giới hạn 30km/h kết cấu không phù hợp Động hoạt động non tải với chế hịa khí làm việc với thành phần hỗn hợp không tối ưu làm gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu mức độ phát nhiễm Tồn hệ thống chế hịa khívan tiết lưu cấu điều khiển tải động trình bày hình 8.15 Các chi tiết hệ thống chế hịa khí thí nghiệm Hình 8.16: Lắp đặt chế hịa khí dùng LPG chế tạo đồng Tuy nhiên sản xuất thực tế, chi tiết chế tạo thép, trừ van tiết lưu nên chế tạo đồng hay thép khơng rỉ Hình 8.16 giới thiệu chế hịa khí dùng LPG tơ Daihatsu Do thiết kế nhỏ gọn nên chế hịa khí chống vừa đủ khơng gian dành cho chế hịa khí xăng Kết phân tích khí xả tô Daihatsu chạy xăng LPG cho thấy điều kiện vận hành, mức độ phát thải HC động LPG khoảng 60% mức độ phát thải HC động xăng mức độ phát thải CO động LPG khoảng 10% mức độ phát thải CO động xăng Hình 8.17: "Greenbus": xe buýt cỡ nhỏ chạy LPG 126 ... kéo là: - Động điện động nhiệt - Động điện hệ thống accu động Động điện chạy accu thông thờng hay pile nhiên liệu Động nhiệt động Diesel đại với hệ thống lọc bồ hóng xử lý khí xả hay động sử... nồng độ dùng xăng Hình 8. 11 trình bày kết phân tích nồng độ HC chế độ khơng tải động chạy Hình 8. 9: Động xe gắn máy110cc sau lắp chế hịa khí hai nhiên liệu LPG/xăng Hình 8. 10: Xe gắn máy kiểu... hỗn hợp LPG-khơng khí cho xe gắn máy trình bày hình 8. 6 Ở chế độ khơng tải, trượt đóng kín lỗ nạp van tiết lưu, khí LPG hút vào họng qua lỗ khơng tải có vít điều chỉnh Khi tăng dần tải động cơ,