Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán hàng hải khí tượng theo các chỉ tiêu khác nhau và đánh giá hiệu quả

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng
tôi. Các số liệu, kết quả được nêu ra trong bản luận văn này là hoàn toàn trung
thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào
khác trước đó.
Đồng thời, tôi cũng xin cam đoan rằng, các thông tin được trích dẫn trong
luận văn đều đã được chỉ rõ về xuất xứ, nguồn gốc và đảm bảo tính chính xác.
Hải Phòng, ngày 10 tháng 09 năm 2014
Tác giả

KS. NGUYỄN QUANG DUY

i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy trong Ban chủ nhiệm Khoa Hàng hải,
Viện Đào tạo Sau đại học, các phòng, ban, thư viện, v.v, đã đóng góp, tạo điều
kiện thuận lợi, giúp tác giả trong việc cung cấp tài liệu, số liệu, v.v, để hoàn
thành luận văn.
Tác giả trân trọng cám ơn đến các Thầy giáo, cán bộ đồng nghiệp trong
Khoa, gia đình, bạn bè và người thân đã động viên, đóng góp nhiều ý kiến quý
báu và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn.
Tác giả xin bày tỏ lời cám ơn chân thành tới thầy giáo TS. Nguyễn Minh
Đức đã chỉ dẫn, hướng dẫn tận tình chu đáo trong suốt quá trình làm luận văn
cũng như quá trình theo học cao học tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.
Mặc dù tác giả rất cố gắng trong quá trình thực hiện và viết luận văn,
nhưng với nội dung khá lớn, việc thu thập và xử lý tài liệu nhiều và bản thân
còn những hạn chế nhất định, vì vậy khó tránh khỏi những khiếm khuyết. Tác
giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến xây dựng của các thầy, các đồng
nghiệp để luận văn ngày càng được hoàn chỉnh hơn.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC CÁC BẢNG v
DANH MỤC CÁC HÌNH vi
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HÀNG HẢI KHÍ TƯỢNG VÀ
PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU MONG MUỐN TRONG HÀNG HẢI 5
1. Kết luận 64
2. Kiến nghị 64

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
SEEMP
SMS
IMO
SPOS
WMO
RPM
EEDI
EEOI

Giải thích
Ship Energy Efficiency Management Plan
Safety Management System
International Maritime Oganization
Ship Performance Optimization System
World Meteorology Organization
Revolution Per Minute
Energy Efficiency Design Index
Energy Efficiency Operational Indicator

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
1

Tên bảng
Mã bản tin khí tượng trong Grib File

2

Mã và đơn vị số liệu trong bản tin về gió

29

3

Mã bản tin về hải dương trong Grib File

33

4

Mã và đơn vị dữ liệu sóng trong bản tin hải dương

v

Trang
28

33


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Phương pháp hàng hải khí tượng cổ điển

7

1.2

Các bước xây dựng SEEMP

9

1.3

Mức tiêu thụ nhiên liệu theo tốc độ tàu và kích cỡ tàu

13

1.4

Hiển thị thông tin thời tiết SOPS

17

1.5

Hiển thị các yếu tố tính toán tuyến đường SOPS

19

1.6

Hiển thị tuyến đường lựa chọn tối ưu SOPS

20

2.1

Phương pháp Isochrone cơ bản

21

2.2

Phương pháp Isochrone cơ bản cải tiến

23

2.3

Phương pháp Isochrone cơ bản cải tiến bằng cách phân vùng 24

2.4

Thông tin phân tích gió lúc 15:00 ngày 3/6/2013

39

2.5

Thông tin dự báo gió cho 06 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013

40

2.6

Thông tin dự báo gió cho 12 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013

40

2.7

Thông tin dự báo gió cho 18 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013

41

2.8

Thông tin dự báo gió cho 24 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013

41

2.9

Thông tin dự báo gió cho 30 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013

42

2.10

Thông tin phân tích sóng lúc 00:00 ngày 2/4/2013

43

2.11

Thông tin dự báo gió cho 12 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013

43

vi


2.12

Thông tin dự báo gió cho 24 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013

44

2.13

Thông tin dự báo gió cho 36 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013

44

2.14

Thông tin dự báo gió cho 48 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013

45

2.15

Thông tin dự báo gió cho 60 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013

46

2.16

Giao diện Visual Basic

47

2.17

Cửa sổ Music Vitria

48

2.18

Giới thiệu các công cụ trong cửa sổ Music Vitria

49

3.1

Thay đổi tính năng tốc độ tàu khi có ảnh hưởng của sóng, gió 54

3.2

Tuyến hàng hải khí tượng ứng với RPM 120

61

3.3

Tuyến hàng hải khí tượng ứng với RPM 115

61

3.4
3.4

Tuyến hàng hải khí tượng ứng với RPM 110

62

3.5

Tuyến hàng hải khí tượng ứng với RPM 105

62

3.6

Tuyến hàng hải khí tượng ứng với RPM 100

63

3.7

Tuyến hàng hải khí tượng ứng với RPM 95

63

3.8
3.9

3.10
3.11
3.12
3.13

Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên
liệu cho 6.125 ngày chạy tàu
Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho
6.7ngày chạy tàu
Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho
7.3ngày chạy tàu
Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho
7.75 ngày chạy tàu
Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho
8.17 ngày chạy tàu
Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho
9.21 ngày chạy tàu

vii

66
66
67
67
68
68


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Chúng ta có thể nhận thấy số lượng hàng hoá xuất khẩu và nhập khẩu của
nước ta thông qua đường biển ngày càng tăng. Công nghiệp đóng tàu những
năm qua cũng đã phát triển vượt bậc đã đưa Việt Nam vào danh sách những
nước có công nghiệp đóng tàu ở vị trí dẫn đầu trên thế giới.
Ngoài ra, đội ngũ thuyền viên của nước ta cũng đã được nâng cao cả
chuyên môn nghiệp vụ cũng như tay nghề, được bạn bè thế giới đánh giá cao.
Chỉ xét trong vòng 10 năm qua thì đội ngũ thuyền viên đã đảm nhận khai thác
trên những con tàu siêu trường, siêu trọng trên những tuyến hàng hải lớn, điều
mà trước đây 10 năm không có hay chỉ dừng ở mức độ sỹ quan vận hành và mức
thuyền viên trợ giúp.
Theo số liệu thống kê, ngày nay vận tải đường biển chiếm khoảng 80%
tổng lượng hàng hoá luân chuyển trên thế giới, riêng ở Việt Nam là hơn 90%.
Công nghiệp vận tải đường biển thế giới hiện đang ngày càng phát triển với xu
hướng ngày càng hiện đại và đa dạng. Các cảng biển được các nước trên thế giới
triệt để khai thác với quy mô cảng và số lượng cảng tăng nhanh.
Ngày 23/06/1994 Việt Nam phê chuẩn “Công ước Quốc tế của Liên hiệp
quốc về Luật biển 1982”, từ đó đến nay ngành hàng hải phát triển một cách
nhanh chóng cả về số lượng cũng như chất lượng.
Có thể nói, cùng với quá trình hội nhập của đất nước, ngành hàng hải đã
góp một phần không nhỏ vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.
Điều đó cũng phản ánh đúng phần nào quá trình tăng trưởng kinh tế của nước ta
trong thời gian gần đây.
Bên cạnh đó như chúng ta đã thấy, quá trình vận hành những con tàu kỹ
thuật cao, tuyến hàng hải mới đòi hỏi những lưu tâm lớn hơn đối với người điều
khiển. Chính vì điều này mà đòi hỏi vấn đề an toàn đối với các thuyền trưởng,
các sỹ quan hàng hải khi điều khiển tàu là rất cần thiết.
Chúng ta cũng phải thừa nhận rằng, số vụ tai nạn đường biển cũng không
phải là một con số nhỏ. Các vụ mắc cạn, va chạm hay chìm tàu...vẫn luôn đe
1

doạ đến an toàn sinh mạng và tài sản đối với thuyền viên cũng như các công ty
tàu. Nguyên nhân của những vụ tai nạn ấy có thể là do điều kiện thời tiết khắc
nghiệt như sóng gió, bão tố... cũng có thể do năng lực thuyền viên còn non kém.
Nhưng dù là do nguyên nhân nào thì những vụ tai nạn đó đã để lại những hậu
quả vô cùng to lớn, thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng xấu đến môi trường biển, và
đặc biệt là sinh mạng của các thuyền viên.
Vì thế ngày nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng càng đặc
biệt quan tâm hơn nữa đến vấn đề an toàn của con tàu và sinh mạng của con
người trên tàu.
Các trang thiết bị dẫn đường và an toàn ngày càng hoàn thiện hơn để nâng
cao an toàn trong hành hải. Những thiết bị hiện đại được ứng dụng một cách
triệt để để sao cho khai thác con tàu đạt hiệu quả kinh tế cao nhất và quan trọng
hơn là có thể bảo đảm an toàn cho thuyền viên và con tàu.
Như để góp một phần công sức trong công tác đó, tác giả cũng xin đề cập
đến một phần rất nhỏ trong quá trình điều khiển con tàu đó là ảnh hưởng của
thời tiết xấu đến quá trình hành hải. Từ đó xây dựng một bảng tính để tính toán,
lựa chọn tuyến đường hàng hải tối ưu theo một số chỉ tiêu khác nhau, có thể trợ
giúp cho người điều khiển tàu biển khi hành hải, đồng thời mang lại hiệu quả
kinh tế cao, nhằm đáp ứng xu thế ngày càng phát triển và mở rộng của vận tải
biển hiện nay.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Bằng thực tế những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập tại
trường, thực hiện phương châm gắn việc học tập với công tác nghiên cứu khoa
học và thực tiễn sản xuất, đề tài “Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán
hàng hải khí tượng theo các chỉ tiêu khác nhau và đánh giá hiệu quả” được
thực hiện với mục đích:

2

Kết hợp giữa việc phân tích các bản tin dự báo thời tiết có độ chính xác
cao với việc ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng chương trình tính toán
tuyến đường hàng hải khí tượng tối ưu theo các chỉ tiêu khác nhau góp phần
nâng cao hiệu quả kinh tế và nâng cao độ an toàn cho thuyền viên.
Đưa ra một tài liệu phục vụ cho các giảng viên có thể tham khảo để giảng
dạy cho sinh viên;
Xây dựng một tài liệu tham khảo cho các thuyền viên, sinh viên đang học
tập tại trường có quan tâm đến lý thuyết dẫn tàu tối ưu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của điều kiện thời tiết
(như sóng, gió) và những chỉ tiêu mong muốn đạt được (như tốc độ tối ưu và tiết
kiệm nhiên liệu). Từ đó dựa trên cơ sở các công thức thực nghiệm để xây dựng
bảng tính chạy tàu an toàn theo những chỉ tiêu mong muốn. Phạm vi chủ yếu của
đề tài là hai chỉ tiêu chính trong hoạt động khai thác tàu là tốc độ và nhiên liệu.
Bảng tính sẽ dựa trên cơ sở lựa chọn hai yếu tố này để trợ giúp cho vấn đề an
toàn trong hàng hải và kinh tế.
4. Phương pháp nghiên cứu
Từ mục đích và đối tượng nghiên cứu, đề tài thực hiện theo phương pháp
tiếp cận cơ sở khoa học liên quan đến vấn đề an toàn hàng hải cho tàu biển và
đạt hiệu quả kinh tế. Trên cơ sở thu thập và phân tích lý thuyết hàng hải khí
tượng, phân tích những chỉ tiêu khác nhau trong ngành hàng hải, cùng việc áp
dụng khoa học kỹ thuật, kết hợp với việc sử dụng mô phỏng, bên cạnh đó là việc
học hỏi chắt lọc những kinh nghiệm quý giá của các thầy giáo từng là thuyền
trưởng trên các tàu biển. Kết hợp các tư liệu trên, đề tài đã đưa ra vấn đề thử
nghiệm và xây dựng chương trình tính toán hàng hải khí tượng theo các chỉ tiêu
khác nhau.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu xây dựng chương trình chạy tàu an toàn, tối ưu được
thực hiện dựa trên tổng quan cơ sở lý thuyết. Từ đó đưa ra cơ sở tính toán để xây

dựng một chương trình thử nghiệm có thể được sử dụng cho người điều khiển
3


tàu tham khảo và lựa chọn các phương án an toàn và đạt được những chỉ tiêu
mong muốn, phù hợp với điều kiện chuyến đi.
Ý nghĩa khoa học: ứng dụng tin học vào việc lập trình tính toán nhằm xây
dựng tuyến hàng hải khí tương dựa trên việc phân tích các yếu tố khí tượng và
một số chỉ tiêu trong hàng hải nhằm xây dựng được tuyến hàng hải khí tượng
theo một số chỉ tiêu như mong muốn.
Ý nghĩa thực tiễn: đề tài đưa ra được một chương trình thực dụng có thể
mở rộng và phát triển thêm để ứng dụng trên tàu biển. Chương trình có thể được
sử dụng như một phương tiện trợ giúp hay là cơ sở tham khảo cho người điều
khiển.

4


CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HÀNG HẢI KHÍ TƯỢNG VÀ
PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU MONG MUỐN TRONG HÀNG HẢI
1.1Lý thuyết hàng hải khí tượng
Hàng hải khí tượng có thể được định nghĩa là việc xây dựng đường chạy
tàu tối ưu cho tàu căn cứ vào các dự báo thời tiết, tình trạng sóng cùng các đặc
điểm của tàu khi đi từ 1 điểm tới 1 điểm cho trước. Trong điều kiện thời tiết và
tình trạng sóng nhất định, đường chạy tàu tối ưu là đường chạy tàu trong an toàn
tàu và sức khỏe thuyền viên được đảm bảo tối đa, nhiên liệu tiêu thụ và thời gian
hành trình được rút ngắn xuống mức tối thiểu hoặc là kết hợp của các mục tiêu
trên.
Nguồn dữ liệu cơ bản cho thuyền viên trên tràu để tính toán đường chạy
tàu tối ưu, liên quan đến các yếu tố thời tiết là các cuốn Sailing Directions

(Planning Guides), Pilot Chart Atlases cùng các tài liệu thống kê về thời tiết
khác. Các ấn phẩm này cho biêt các số liệu về khí hậu, chẳng hạn như tần suất
hướng và tốc độ gió, tần suất độ cao sóng, giới hạn vùng băng cho các đại
dương lớn trên thế giới. Các thông tin này chỉ cho tuyến đường khuyến cáo dựa
theo nguyên tắc xác suất chứ không căn cứ vào các điều kiện thực tế trên hành
trình.
Các cơ quan dịch vụ hàng hải khí tượng, để tránh các ảnh hưởng nguy hiểm của
thời tiết, thường đưa ra khuyến cáo về tuyến đường ban đầu trước khi tàu bắt
đầu hành trình. Tiếp theo đó là các khuyến cáo về các sửa đổi tuyến đường trong
quá trình tàu chạy tùy thuộc vào các điều kiện thực tế cùng các cảnh báo cho
thuyền trưởng về các điều kiện thời tiết hoặc sóng biển bất lợi khó có thể tránh
được bằng cách thay đổi tuyến đường thông thường (thuyền trưởng cần cân nhắc
khả năng phải tìm nơi chú ẩn hoặc thả trôi). Các điều kiện bất lợi được hiểu là
các điều kiện có thể hủy hoại, làm giảm tốc độ tàu hoặc tăng thời gian hành trình
nghiêm trọng.
Tuyến đường ban đầu thường được tính toán dựa trên việc xem xét dự báo thời
tiết cho khu vực từ điểm đầu tới điểm cuối hành trình. Các yếu tố khác cũng cần
được tính đến là loại tàu, hình dạng thân tàu, tốc độ tàu, tình trạng xếp hàng, đặc
5


tính hàng hóa cùng các đặc điểm về an toàn tàu khác. Hành trình của tàu theo
tuyến này sẽ được theo dõi liên tục. Khi có bất cứ điều kiện thời tiết bất lợi nào
xuất hiện trên tuyến ban đầu đã lựa chọn, cơ quan dịch vụ sẽ gửi cho tàu các gợi
ý về việc thay đổi tuyến để tránh các điều kiện này. Như vậy, an toàn tàu và hiệu
quả kinh tế sẽ được đảm bảo cho toàn bộ hành trình.
1.1.1 Phương pháp tính toán tuyến đường hàng hải khí tượng
Phương pháp đơn giản nhất để tính toán tuyến đường hàng hải khí tượng,
có thể được sử dụng để tính toán thủ công hoặc với sự hỗ trợ đơn giản của máy
tính là phương pháp đường đẳng thời. Giả sử cần lập tuyến hàng hải khí tượng

điểm đầu A tới điểm cuối B. Trước hết, ta cần phải nghiên cứu kỹ các bản tin
thời tiết hiện tại và thông tin thời tiết, khí hậu tập hợp được từ các tài liệu hàng
hải khác cũng như các đặc điểm về sự thay đổi tốc độ của tàu tương ứng với các
điều kiện thời tiết khác nhau.
Bước 1: Từ điểm đầu A, dựa vào bản tin thời tiết, dựng các vector quãng
đường tàu đi được trong khoảng thời gian thích hợp (thường chọn 12 giờ hoặc 1
ngày tương ứng với khoảng thời gian thu nhận các bản tin dự báo thời tiết) trên
một loạt các hướng khác nhau xung quanh hướng cung vòng lớn. Nối các đầu
mút của các vector vừa dựng, ta được một đường gọi là đường đẳng thời (đường
đẳng thời gian chạy tàu - Isochrone).
Bước 2: Trên đường đẳng thời vừa dựng, tìm điểm gần với điểm đích (B)
nhất. Dựng đường đẳng thời thứ 2 tương tự như trên, với các thông tin thời tiết,
khí tượng được cập nhật cho khu vực này tại thời điểm tàu hành trình.
Bước 3: Lặp lại quá trình trên đến khi tàu tiếp cận điểm đích, chọn điểm
trên đường đẳng thời cuối cùng, gần điểm đích nhất và nối tới điểm đích.
Bước 4: Vẽ ngược lại đường đi từ điểm đích tới điểm xuất phát qua các
điểm được lựa chọn trên các đường đẳng thời, ta được đường hàng hải khí tượng
cho tàu (hình 1.1).

6


1.2 Vấn đề sử dụng hiệu quả năng lượng trên tàu biển
Bên cạnh việc đầu tư về kỹ thuật, công nghệ nhằm giảm thiểu ô nhiễm,
tăng hiệu quả nhiên liệu áp dụng trong thiết kế tàu, việc vận hành, khai thác con
tàu hiệu quả trong suốt vòng đời khai thác có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm
bảo hoặc tăng hiệu quả năng lượng, tăng hiệu quả khai thác tàu và góp phần
giảm thiểu ô nhiễm.
Việc sử dụng năng lượng hiệu quả phụ thuộc vào việc lập kế hoạch sử
dụng năng lượng chính xác, phù hợp với tình trạng thực tế của con tàu cũng như

khu vực tàu hoạt động và việc thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng một cách
hiệu quả, hợp lý.
1.2.1 Kế hoạch quản lý hiệu quả năng lượng trên tàu
Cùng với khái niệm EEDI áp dụng cho các tàu đóng mới, tổ chức hàng
hải quốc tế đã xây dựng một công cụ đặc biệt để kiểm soát và hạn chế việc thải
GHG từ tàu, cho tàu sau khi đã đưa vào khai thác, đó là kế hoạch quản lý hiệu
quả năng lượng của tàu (SEEMP- ship energy efficiency management plan).
SEEMP có thể được coi như một giải pháp thực hành, tạo cơ chế nâng cao
hiệu quả sử dụng năng lượng trên tàu theo hướng có lợi về mặt kinh tế. SEEMP
7


cũng đưa ra các giải pháp cho các công ty trong việc quản lý hiệu quả hoạt động
của tàu hoặc đội tàu, với EEOI (chẳng hạn) làm công cụ theo dõi.
SEEMP là một văn bản “sống”, bao gồm các biện pháp do chủ tàu quyết
định nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng và cần được lưu giữ trên tàu. SEEMP
cần được áp dụng tới hoạt động của con tàu và đội tàu. Mỗi bản SEEMP được
xây dựng cho từng tàu cụ thể nhưng cần có sự liên kết với chính sách quản lý
năng lượng của công ty.
Trong một số trường hợp, SEEMP có thể là một phần của hệ thống quản
lý an toàn của tàu (SMS- safety management system). Theo tiêu chuẩn ISO
14001, trong đó có các biện pháp thực hành nhằm nâng cao vấn đề môi trường
trong hoạt động của công ty, cũng có thể áp dụng các giải pháp này nhằm nâng
cao hiệu quả của SEEMP.
1.2.2 Xây dựng kế hoạch quản lý hiệu quả năng lượng trên tàu
SEEMP được xây dựng cho tàu theo 4 bước: Lập kế hoạch (planning), áp
dụng kế hoạch (implementation), theo dõi (monitoring), tự đánh giá và cải tiến
(self-evaluation and improvement) theo chu trình kép kín như được thể hiện
trong hình 1.2.

Hình 1.2 Các bước xây dựng SEEMP

8


1.2.2.1 Lập kế hoạch
Đây là giai đoạn cốt yếu nhất của việc xây dựng SEEMP. Công ty tàu cần
xác định rõ thực trạng sử dụng năng lượng trên tàu và mức tăng hiệu quả năng
lượng dự kiến. Vì vậy, cần dành nhiều thời gian để nghiên cứu, xác định chính
xác trong việc lập kế hoạch, trong đó tập trung vào các điểm:
Các biện pháp cụ thể, riêng biệt cho tàu: có nhiều biện pháp có thể áp
dụng cho tàu, chẳng hạn như tốc độ tối ưu, hàng hải khí tượng hoặc công tác
bảo dưỡng thường xuyên vỏ tàu. Tuy nhiên, việc áp dụng các biện pháp nào,
mức độ áp dụng tới đâu là tốt nhất lại không giống nhau mà phụ thuộc nhiều vào
loại tàu, loại hàng hóa vận chuyển, tuyến đường vận chuyển và các yếu tố khác.
Vì vậy, cần xác định rõ các biện pháp hiện đang áp dụng trên tàu, tác động của
từng biện pháp tới việc tăng hiệu quả năng lượng và các biện pháp có thể thực
hiện được để nâng cao hiệu quả năng lượng của tàu. Các biện pháp được lựa
chọn cuối cùng được lập thành một danh sách cung cấp cái nhìn tổng thể về các
hoạt động của tàu.
Các biện pháp riêng biệt của công ty: việc phối hợp hoạt động chính xác,
phù hợp giữa các bên tham gia vào quá trình vận chuyển hàng hóa có đóng góp
tích cực cho việc sử dụng hiệu quả năng lượng trên tàu. Chẳng hạn, thông tin
liên lạc tốt giữa người khai thác, cảng, chủ hàng…cho phép lựa chọn phương án
chạy tàu hợp lý để tàu đến cảng đúng giờ dự kiến, với chế độ máy tiết kiệm
nhiên liệu. Công ty cũng có thể lập kế hoạch quản lý năng lượng để quản lý đội
tàu của mình, trên cơ sở đó đề ra các yêu cầu liên lạc đối với các bên liên quan.
Phát triển nhân lực: để áp dụng hiệu quả và vững chắc các biện pháp đã
lựa chọn, các cá nhân làm việc trên tàu cũng như trên bờ cần được nâng cao
nhận thức hoặc được đào tạo phù hợp. Vấn đề này cũng cần được cân nhắc khi

lập SEEMP.
Đề ra mục tiêu: việc đề ra mục tiêu sử dụng hiệu quả năng lượng không
phải là bắt buộc và không chịu sự kiểm tra bên ngoài, tuy nhiên, đó là động lực
cho công ty và thuyền viên trong việc tăng hiệu quả năng lượng, góp phần bảo
9


vệ mội trường. Mục tiêu có thể được đặt ở dạng chỉ số EEOI hoặc các chỉ số
khác.
1.2.2.2 Áp dụng kế hoạch
Sau giai đoạn lập kế hoạch, cần xây dựng trình tự áp dụng cho từng biện
pháp được lựa chọn và chỉ định các cá nhân ( thuyền viên) chịu trách nhiệm thực
hiện các biện pháp đó. Các yếu tố này cũng cần được ghi rõ trong SEEMP và có
thể được coi là một phần của việc lập kế hoạch.
Các biện pháp thực hiện trong quá trình khai thác tàu cần phải tuân thủ
SEEMP và cần ghi lại để phục vụ việc đánh giá hiệu quả các biện pháp cũng
như việc chỉnh sửa nếu cần.
1.2.2.3 Theo dõi
Cách duy nhất để đảm bảo các biện pháp được lựa chọn có hiệu quả là
theo dõi kết quả sử dụng biện pháp này. Công ty tàu có thể thiết lập các cơ chế
theo dõi riêng hoặc dùng các cơ chế sẵn có, tuy nhiên, cần bám sát các tiêu
chuẩn quốc tế đã được thừa nhận.
Theo khuyến cáo của IMO, chỉ số EEOI có thể được sử dụng là tiêu chí
theo dõi hiệu quả năng lượng trên tàu.
1.2.2.4 Tự đánh giá và cải tiến
Đây là giai đoạn sau cùng của việc xây dựng, áp dụng và pháp triển
SEEMP. Giai đoạn này, từng biện pháp sẽ được đánh giá hiệu quả riêng biệt,
làm cơ sở cho việc cải tiến SEEMP lần tiếp theo. Ngoài việc đánh giá hiệu quả
của biện pháp, quy trình áp dụng biện pháp đó cũng cần được xem xét để phát
hiện những điểm cần sửa đổi. Việc đánh giá và cải tiến cần được làm định kỳ để

có các thay đổi kịp thời.
1.2.3 Một số biện pháp nâng cao hiệu quả năng lượng
Theo hương dẫn của IMO, một số biện pháp nâng cao hiệu quả năng
lượng cho tàu biển có thể được xem xét và lựa chọn bao gồm:
1.2.3.1 Khai thác năng lượng hiệu quả
- Lập kế hoạch chuyến đi tốt hơn
- Sử dụng phương pháp hàng hải khí tượng
10


- Sử dụng phương pháp cận giờ (Just in time)
- Tối ưu tốc độ chạy tàu (tối ưu hóa máy).
1.2.3.2 Tối ưu hóa tính năng điều động của tàu
- Sử dụng ballast phù hợp
- Sử dụng hiệu quả hiệu số mớn nước (độ chúi) phù hợp
- Tối ưu hóa việc điều động tàu trên tuyến (lựa chọn chế độ lái, đặt các
thông số lái tự động…).
1.2.3.3 Bảo dưỡng tàu thường xuyên, theo đúng quy định
- Bảo dưỡng vỏ tàu, chân vịt, bánh lái
- Bảo dưỡng hệ thống động lực.
1.2.3.4 Các giải pháp khác áp dụng cho tàu
- Vận hành hiệu quả hệ thống thu hồi nhiệt thải
- Tăng hiệu quả quản lý năng lượng
- Lựa chọn nhiện liệu thích hợp
- Các phương pháp khác như dùng nguồn điện bờ, dùng máy tính hỗ trợ
tính toán phương án vận hành tàu tối ưu
- Tăng hiệu quả quản lý đội tàu.
1.3 Tốc độ tối ưu trong hàng hải - Speed Optimization and JUST-IN-TIME
Duy trì tốc độ khai thác tàu cao (hay vòng tua chân vịt lớn) sẽ giúp giảm
thời gian chạy tàu, quay vòng tàu nhanh và vì vậy trong nhiều trường hợp đem

lại hiệu quả khai thác tàu tốt. Tuy nhiên, mức độ tiêu thụ nhiên liệu cũng tăng
mạnh khi tốc độ tàu tăng lên.
Hình 1.3 thể hiện mức độ tiêu thụ nhiên liệu tùy thuộc vào tốc độ tàu của các tàu
Container có kích cỡ khác nhau. Chẳng hạn, với tàu 8000-9000 TEU, khi khai
thác ở tốc độ 18 kts thì lượng tiêu thụ nhiên liệu ở mức khoảng 85 tấn/ngày còn
nếu khai thác ở tốc độ 25 kts thì mức tiêu thụ nhiên liệu vào khoảng 230
tấn/ngày. Như vậy, với một hành trình dài 1728 NM, lượng nhiên liệu tiêu thụ
tương ứng là:
- Tốc độ 24 kts (3 ngày): 230 x 3 = 690 Tấn
- Tốc độ 18 kts (4 ngày): 85 x 4 = 340 Tấn
11


Rõ ràng, ở tốc độ 18 kts, mặc dù thời gian chạy tàu dài hơn nhưng lượng tiêu thụ
nhiên liệu nhỏ hơn rất nhiều, theo đó, mức độ ô nhiễm cũng giảm. Vì vậy, việc
giảm tốc độ khai thác tàu đang là xu hướng được xem xét một cách nghiêm túc
trong chương trình tăng hiệu quả năng lượng, phòng ngừa ô nhiễm môi trường,
kèm theo đó là các thuật ngữ Slow Steaming (khai thác tàu tốc độ thấp) và Extra
Slow Steaming (Khai thác tàu tốc độ rất thấp).

Hinh 1.3 Mức tiêu thụ nhiên liệu theo tốc độ và kích cỡ tàu
Trong quá trình khai thác tàu, dựa trên việc trao đổi thông tin đầy đủ,
chính xác giữa các bên, người khai thác có thể biết chính xác thời điểm tàu cần
có mặt tại cảng đến và khi đó, có thể tính toán chạy tàu với tốc độ phù hợp để
đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu nhờ chạy tàu với tốc độ thấp và tàu vẫn có mặt tại
cảng đích đúng thời hạn. Phương pháp này được gọi chung là Tối ưu tốc độ tàu
(Speed Optimization) bằng kỹ thuật JUST-IN-TIME (kịp lúc).
Vẫn với ví dụ nêu trên, chẳng hạn thời điểm tàu cần có mặt ở cảng đến (chẳng
hạn vị trí đón hoa tiêu) trong 4 ngày (96 giờ) sau, thuyền trưởng có thể quyết
định cho tàu chạy với tốc độ 18 kts để tàu đến cảng vừa kịp lúc (JUST-INTIME), với lượng tiêu thụ nhiên liệu được tiết kiệm tối đa. Phương án này cũng

giúp tiết kiệm chi phí cho việc tàu nằm chờ tại cảng hoặc khu neo.
Tuy nhiên, khi áp dụng kỹ thuật này, cần chú ý để có khoảng thời gian dự trữ
thích hợp, tránh trường hợp tàu bị phạt vì đến muộn.
12


1.4 Kết hợp hàng hải khí tượng và tốc độ tối ưu
Phương pháp hàng hải khí tượng trình bày ở trên thường được sử dụng
với mục tiêu xác định tuyến đường hàng hải tiết kiệm thời gian nhất từ điểm
xuất phát tới điểm đích ứng với một chế độ máy nhất định. Tuy nhiên, nếu xét
về mục đích tăng hiệu quả năng lượng và hiệu quả kinh tế, tuyến đường tiết
kiệm thời gian nhất chưa hẳn đã là tuyến đường tối ưu.
Để nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng năng lượng, phương pháp hàng
hải khí tượng có thể được kết hợp với phương pháp Tối ưu tốc độ tàu dựa trên
kỹ thuật Just-In-Time nhằm lợi dụng các yếu tố khí tượng đồng thời khai thác
máy ở chế độ phù hợp nhất.
Phương pháp đơn giản nhất để thực hiện việc này là lặp lại việc tính toán hàng
hải khí tượng cho tàu ở các chế độ máy (RPM -tốc độ vòng tua chân vịt) khác
nhau sau đó lựa chọn chế độ máy mà ở đó thời gian tàu tới cảng đích thỏa mãn
yêu cầu về thời gian chạy tàu, đồng thời mức tiêu thụ nhiên liệu trên hành trình
là nhỏ nhất. Tuyến đường chạy tàu được lựa chọn là tuyến đường hàng hải khí
tượng tương ứng với chế độ máy này.
Có thể thấy, theo phương pháp này, tốc độ vòng tua chân vịt (RPM) là
không thay đổi. Về mặt lý thuyết, việc thay đổi tốc độ vòng tua trong quá trình
hàng hải có thể đem lại hiệu quả nhiên liệu tốt hơn. Tuy nhiên, thực tế hiệu quả
của việc thay đổi vòng tua rất thấp và vì vậy, phương pháp này ít được sử dụng
và phương pháp cố định vòng tua vẫn được dùng trong thực tế.
1.5 Sử dụng dịch vụ tư vấn hàng hải khí tượng truyền thống
Ngày nay, trên thế giới có nhiều tổ chức dịch vụ cung cấp thông tin khí
tượng dẫn đường. Tất cả các dịch vụ khí tượng dẫn đường đều có nguyên tắc

hoạt động giống nhau. Đó là cung cấp các thông tin trợ giúp Thuyền trưởng dẫn
tàu an toàn và kinh tế. Một tổ chức uy tín của Mỹ tên là "Weathernews
Americas Inc.", địa chỉ website :www.us.weathernews.com có chi nhánh trên
khắp thế giới. Nội dung chủ yếu trong các thông tin khí tượng dẫn đường được
cung cấp bởi các tổ chức dịch vụ khác nhau bao gồm :
13


Tuyến chạy tàu tối ưu: Căn cứ vào tính năng kỹ thuật của tàu, tình trạng
hàng hóa, nhiệm vụ chuyến đi và các yêu cầu khác do tàu cung cấp. Kết hợp với
thông tin dự báo thu nhận được về tình hình thời tiết, tình trạng mặt biển, dữ liệu
thống kê tích luỹ và trang thiết bị chuyên dùng hiện đại. Các nhà dự báo chuyên
nghiệp sẽ khuyến nghị một tuyến đường chạy tàu có lợi nhất cho tàu.
Hỗ trợ công tác dẫn tàu an toàn: Sau khi khuyến nghị tuyến hành trình
ban đầu, trong quá trình chạy tàu tiếp theo, tàu và dịch vụ khí tượng dẫn đường
duy trì sự liên lạc chặt chẽ thuờng xuyên. Dịch vụ liên tục theo dõi hành trình
của tàu và kịp thời đưa ra các thông báo về tình hình thời tiết, tình trạng mặt
biển cùng các khuyến nghị điều chỉnh tuyến đường nhằm mục đích giúp thuyền
trưởng dẫn tàu an toàn.
Báo cáo hành trình: Sau khi hoàn thành chuyến đi, dịch vụ khí tượng dẫn
đường sẽ làm báo cáo toàn bộ hành trình của tàu. Nội dung bao gồm các số liệu
thời tiết, tình trạng mặt biển và tuyến đường thực tế tàu đã đi qua. Bản báo cáo
sẽ cung cấp các số liệu lưu trữ cho tàu, cơ quan quản lý và là cơ sở tham khảo
cho chuyến hành trình tiếp theo.
Một chú ý quan trọng là vấn đề áp dụng tuyến đường hàng hải hay các
điều chỉnh do dịch vụ khí tượng đưa ra hoàn toàn do Thuyền trưởng căn cứ vào
tình hình thực tế quyết định. Không vì việc áp dụng dịch vụ khí tượng dẫn
đường mà miễn giảm trách nhiệm của Thuyền trưởng. Cơ quan cung cấp dịch vụ
khí tượng dẫn đường không chịu trách nhiệm bồi thường bất kỳ một rủi ro nào
khi cung cấp các thông tin mang tính khuyến nghị.

1.6 Sử dụng các công cụ hỗ trợ tính toán đường chạy tàu tối ưu
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin vệ tinh áp dụng trong hàng
hải, nhiều hệ thống dịch vụ thông tin khí tượng và tuyến đường đã được phát
triển và sử dụng, nhằm mục đích nâng cao hiệu quả và an toàn hàng hải, góp
phần bảo vệ môi trường.
Các hệ thống dịch vụ tương đối tương đồng về cấu trúc hệ thống và
nguyên lý hoạt động. Theo đó, cơ quan cung cấp dịch vụ trên bờ có nhiệm vụ
thu thập và tổng hợp thông tin dự báo khí tượng trên phạm vi toàn thế giới và
14


cung cấp cho tàu biển qua hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat. Tàu được trang bị
thiết bị kết nối với máy thu Inmarsat trên tàu và các phần mềm máy tính. Các
phần mềm được cài đặt trong máy tính trên tàu, thực hiện một số nhiệm vụ
chính bao gồm:
- Tự động thu, xử lý các bản tin (dưới dạng email) thời tiết và cập nhật
vào cơ sở dữ liệu về thông tin thời tiết trên tàu mỗi khi có thông tin mới được
phát đi từ cơ quan dịch vụ trên bờ.
- Hiển thị thông tin thời tiết theo dạng trực quan, sinh động, dễ truy cập,
theo dõi.
- Hỗ trợ tính toán tuyến đường hàng hải tối ưu cho tàu dựa trên các tiêu
chí tối ưu khác nhau.
Để minh họa rõ các chức năng của hệ thống, phần dưới đây sử dụng các
giao diện của hệ thống SPOS (Ship Performance Optimization System) để minh
họa các chức năng tổng quát của hệ thống.
1.6.1 Thông tin thời tiết
Các thông tin thời tiết được phát cho tàu hàng ngày qua Email, gồm đầy
đủ các yếu tố thời tiết như gió, sóng, dòng chảy, băng biển …
Thông qua danh sách các thông tin cần hiển thị, sỹ quan hàng hải có thể
lựa chọn hiển thị tất cả hoặc một số thông tin thời tiết nhất định cần thiết cho

hành trình. Các thông tin này có thể được hiển thị dưới dạng bản đồ thời tiết trên
màn hình hoặc có thể in ra trên giấy.
Các chế độ hiển thị thông tin thời tiết bao gồm:
- Thông tin thời tiết tại điểm (Hiển thị thông tin thời tiết tại khu vực xung quanh
1 điểm lựa chọn trước)
- Thông tin thời tiết tại vị trí tàu
- Thông tin thời tiết tại cảng
- Thông tin về bão nhiệt đới
- Các thông báo
Các thông tin thời tiết thông thường được gửi tới tàu theo định dạng theo các số
liệu tại các điểm (grid point data), tức là cho biết giá trị của các yếu tố thời tiết
15


(hướng gió, tốc độ gió, hướng sóng, …) tại các điểm trên 1 mạng lưới được quy
định trước. Các số liệu này được phần mềm SPOS onboard xử lý và hiển thị kết
quả. Các thông tin cần hiển thị dưới dạng các đường (chẳng hạn các Front, các
đường đẳng áp trong xoáy thuận, xoáy nghịch) thường được gửi đi dưới dạng
một chuỗi các điểm trên đường đó. Các điểm này được nối với nhau cho ta
thông tin về đối tượng yêu cầu.
Có thể lựa chọn hiển thị các bản thông tin dự báo thời tiết cho 6h, 12h, 18h …

Hình 1.4 Hiển thị thông tin thời tiết SOPS
Hệ thống cũng hỗ trợ hiển thị các thông tin về băng (hình 1.3). Cách đơn
giản để theo dõi băng là lựa chọn hiển thị thông tin về nguy cơ mặt biển bị đóng
băng (Icing) trong mục các dữ liệu khí tượng cần hiển thị. Khi đó, các khu vực
có nguy cơ hình thành băng sẽ được hiển thị bằng mầu trên hải đồ. Các màu
khác nhau thể hiện mức độ bao phủ của băng (tính theo %) khác nhau. Căn cứ
vào khu vực hoạt động của tàu, sỹ quan có thể có các đánh giá và hành động
thích hợp.

Ta cũng có thể lựa chọn hiển thị dự báo về các tảng băng trôi (Iceberfg)
cũng từ danh mục các thông tin lựa chọn để hiển thị.
1.6.2 Tính toán tuyến đường hàng hải tối ưu
Như đã nêu ở các phần trước, để tính toán và lựa chọn tuyến đường chạy
tàu, các thông tin cần phải sử dụng là:
- Đặc tính tàu (hay đặc tính thay đổi tốc độ tàu do ảnh hưởng của sóng, gió), đặc
tính tiêu thụ nhiên liệu
- Các thông tin dự báo thời tiết bao gồm: Sóng, gió, dòng chảy
16


Các thông tin thời tiết được tự động cập nhật và có sẵn trong cơ sở dữ liệu
thông tin thời tiết trong hệ thống. Vì vây, để sử dụng SPOS onboard trong việc
tính đường chạy tàu, các thông tin này cần được nhập vào hệ thống hoặc được
sửa đổi để phù hợp với điều kiện hoạt động hiện tại như được thể hiện trong
hình 1.4.
Các thông tin được nhập dưới dạng bảng. Trong hình 1.4, có thể thấy các
thông tin nhập bao gồm:
- Bảng mức độ giảm tốc độ (tính theo %) tùy thuộc vào hướng và tốc độ gió
- Bảng mức độ giảm tốc độ (tính theo %) tùy thuộc vào hướng và độ cao sóng
- Bảng mức tiêu thụ nhiên liệu ứng với các tốc độ khác nhau trong nước tĩnh
Căn cứ vào các đặc tính hoặc kinh nghiệm vận hành tàu thực tế, cũng như trạng
thái xếp hàng hiện tại, sỹ quan hàng hải có thể sửa đổi các s ố li ệu n ày tr ước khi
bắt đầu tính toán. Các số liệu nhập cũng có thể được l ưu v ào các file v à g ọi l ại
khi cần để tránh việc lặp lại không cần thiết

Hình 1.5. Hiển thị các yếu tố tính toán tuyến đường SOPS
Ngoài ra, hệ thống cho phép thuyền trưởng hoặc sỹ quan hàng hải lựa chọn các
điều kiện thời tiết giới hạn như:
17

- Giới hạn vĩ độ cao nhất
- Giới hạn vùng mức độ bao phủ của băng (tính theo %)
- Giới hạn cấp sóng/gió
- Giới hạn khoảng cách tối thiểu tới tâm xoáy thuận …
Các yếu tố này được lựa chọn dựa trên hiểu biết, kinh nghiệm thực tế của thuyền
trưởng hoặc sỹ quan hàng hải.
Từ các yếu tố trên, tuyến đường chạy tàu được tính và hiển thị trên màn hình.
Để tiện so sánh, tuyến này được vẽ cùng với tuyến hàng hải ngắn nhất (tuyến
đường cung vòng lớn).
Các waypoint, thời gian dự kiến tới cảng đích … cũng được hiển thị phù hợp.

Hình 1.6 Hiển thị tuyến đường lựa chọn tối ưu SOPS
Cần lưu ý rằng: Tuyến đường tối ưu chỉ là tuyến đường kuyến cáo, các thông tin
dự báo khí tượng luôn chịu ảnh hưởng của các sai số. Vì vậy, việc vận hành con
tàu an toàn, hiệu quả phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm, hiểu biết, sự mẫn cán và
phân tích hợp lý các thông tin có sẵn của thuyền trưởng, người có trách nhiệm
tối cao đối với an toàn tàu.
18