Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Trên thế giới, ở bất kỳ quốc gia nào thì hệ thống giao thông đều là huyết mạch của nền kinh tế bởi khả năng đáp ứng cho việc vận chuyển hàng hóa và phục vụ nhu cầu đi lại của người dân. Hiện nay, phần lớn các phương tiện giao thông đều sử dụng động cơ đốt trong với nhiều ưu điểm là: công suất riêng lớn; có thể chế tạo nhiều kích cỡ động cơ khác nhau, từ cỡ nhỏ có công suất một vài mã lực (động cơ xe máy, các máy công cụ cầm tay…) cho đến các động cơ cỡ lớn có công suất vài ngàn hay vài chục ngàn mã lực (động cơ tàu hỏa, tàu thủy…); sử dụng nhiên liệu hóa thạch có trị nhiệt riêng lớn nên có thể giảm khối lượng và thể tích bình chứa nhiên liệu mà phương tiện vẫn có dự trữ hành trình dài, dễ dàng bổ sung nhiên liệu với thời gian rất ngắn. Tuy nhiên, ngoài ưu điểm mà các phương tiện giao thông nói chung và xe máy nói riêng mang lại cho đời sống thì nhược điểm đáng chú ý của các phương tiện này là: nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, hiệu suất nhiệt của động cơ đốt trong thấp và khí thải của chúng gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường.
Từ những năm 80 của thế kỷ trước, sản lượng dầu khí được tìm thấy ngày càng giảm trong khi nhu cầu tiêu thụ của thị trường thế giới ngày càng tăng lên, từ đó gây ra các cuộc khủng hoảng về giá dầu mỏ và đó cũng chính là nguyên nhân dẫn đến các cuộc khủng hoảng kinh tế [1].1: Sản lượng dầu, khí tìm thấy và lượng tiêu thụ hàng năm [1] 1 Theo ThS. Phạm Mai Chi [2], trữ lượng dầu thô thế giới năm 2015 ước tính còn khoảng 1. Cũng trong năm này, tốc độ khai thác ước đạt khoảng 87 triệu thùng/ngày. Nếu giữ nguyên tốc độ khai thác đó mà không tìm ra các mỏ dầu mới thì chỉ chưa đầy 60 năm nữa, nguồn dầu thô trên thế giới sẽ cạn kiệt.
Bên cạnh việc cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu, khí thải của động cơ đốt trong cũng là nguồn phát thải trực tiếp gây ô nhiễm môi trường, là nguyên nhân gây giảm chất lượng lượng không khí và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người [3], gây nên các bệnh nguy hiểm như ung thư hoặc đột biết gen [4]. Silva [5] cùng các cộng sự đã nghiên cứu và đưa ra kết luận là quá trình cháy của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hóa thạch thải ra gần một phần ba khí thải nhà kính trên thế giới làm gây nên hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu và nóng lên của trái đất. Kết quả nghiên cứu 6 tháng đầu năm 2017 [6] cho thấy, khí thải của phương tiện giao thông đường bộ tạo ra 55% khí NOx, 56% khí CO, 6% khí SO2. Sources of CO emissions b.
Sources of NOx emissions Hình 1.2: Biểu đồ so sánh nguồn phát thải CO (a) và NOx (b) [7] Mặc dù với lượng khí thải độc hại như vậy nhưng vì nhu cầu thiết yếu của nền kinh tế, số lượng phương tiện giao thông không ngừng tăng lên qua các năm. Việc tăng lượng phương tiện giao thông này đã làm tăng lượng khí xả hàng năm: CO tăng 18%/năm, SOx là 24%/năm, NOx tăng đến 90%/năm [8]. Sự phát thải của các phương tiện xe cơ giới không chỉ phụ thuộc vào số lượng mà còn phụ thuộc vào chất lượng 2 và các loại xe. Đối với các phương tiện như xe ô tô, xe máy qua nhiều năm sử dụng đã xuống cấp, hiệu quả sử dụng năng lượng thấp, nồng độ chất gây ô nhiễm và bụi trong khí xả ngày càng tăng.
Xét trên cùng một chiều dài quãng đường di chuyển, xe máy có lượng tiêu hao nhiên liệu và phát thải thấp hơn so với xe ô tô. Nhưng xét về mặt hiệu quả năng lượng, suất tiêu hao nhiên liệu của xe máy lại cao hơn ô tô, nguyên nhân chủ yếu là do kết cấu động cơ dung tích nhỏ kém tối ưu hơn. Đồng thời xe máy chủ yếu được sử dụng trong điều kiện đường thành phố với các quãng đường di chuyển ngắn ở dải tốc độ và tải thấp, tăng giảm tốc độ liên tục. Do đó động cơ xăng hầu như không thể duy trì hoạt động ở vùng hiệu suất cao.
Cùng với việc không có trang bị bộ xử lý khí thải như trên xe ô tô nên khí thải của xe máy chứa nhiều thành phần độc hại không được xử lý trước khi phát thải trực tiếp ra môi trường. Tuy vậy, ở châu Á nói chung và Việt Nam nói riêng, đặc biệt là ở các thành phố lớn thì phương tiện giao thông chủ yếu của người dân vẫn là xe máy [9] vì xe máy có tính cơ động cao, di chuyển nhanh, dễ dàng đỗ xe…. Trong bối cảnh cơ sở hạ tầng giao thông tại Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) và nước ta còn thấp, giá ô tô khá cao so với khu vực và trên thế giới, không phù hợp với thu nhập, trong khi phương tiện giao thông công cộng chưa phát triển đáp ứng được nhu cầu đi lại của người dân thì xe máy đã và đang là một phương tiện giao thông cá nhân phổ biến bởi chi phí đầu tư thấp, tiện dụng và phù hợp với mức sống.3: Tăng trưởng phương tiện giai đoạn 2011 – 2015 ở TPHCM [10] 3 Theo số liệu thống kê của Sở Giao thông vận tải TPHCM, cuối năm 2015 toàn thành phố có 6,86 triệu xe máy và 0,56 triệu ô tô nhưng đến quý II năm 2017 đã tăng lên khoảng 7,6 triệu xe máy và 0,7 triệu ô tô, đến cuối năm 2018 có khoảng 8,5 triệu xe máy [11]. Đó là chưa kể đến khoảng hơn 1 triệu xe máy của nhân dân các địa phương khác chuyển đến TPHCM làm ăn sinh sống.
Khi so sánh tỉ lệ phương tiện giao thông cá nhân tại TPHCM ta thấy số lượng xe máy nhiều gấp hơn 12 lần xe ô tô nhưng chính sách của TPHCM là tiếp tục chưa cấm xe máy đến năm 2030 [12], trong khi đó tại Việt Nam chưa có chế tài nào qui định việc kiểm định định kỳ đối với chất lượng khí thải của động cơ đốt trong lắp trên các loại xe máy. Do vậy, tính kinh tế nhiên liệu và giảm thiểu phát thải là bài toán cấp thiết đặt ra đối với phương tiện giao thông, đặc biệt là đối với xe máy. Chính điều này đã tạo động lực cho các nghiên cứu xoay quanh việc phát triển các dòng xe máy sử dụng nguồn năng lượng mới “sạch” hơn và tiết kiệm hơn, trong đó xe điện (EV) là một bước tiến lớn khi giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường và vấn đề nhiên liệu hóa thạch đang ngày một cạn dần. Mặc dù bằng sáng chế xe máy điện đầu tiên đã được cấp cho H.
Libbey từ năm 1895, và trong suốt thế kỷ 20, một số mẫu xe máy điện đã được nghiên cứu bởi nhiều công ty khác nhau và có một số bước phát triển đáng kể như: chiếc Quick Silver của Mike Corbin đã đạt được tốc độ 266 km/h vào năm 1974 hay chiếc KillaCycle có thể chạy được quãng đường 400 m chỉ mất 9,45 giây vào năm 2000 [13]. Tuy nhiên vì nhiều lý do như giá thành cao, công nghệ chế tạo phức tạp, tổng dự trữ hành trình nhỏ, thời gian nạp quá lâu… nên các mẫu xe trên chưa thể thương mại hóa. Mãi đến năm 1996, hãng xe Peugeot của Pháp đã cho ra đời và bắt đầu thương mại hóa sản phẩm xe máy điện đầu tiên trên thế giới là Peugeot Scoot’Elec dựa trên nguyên bản xe gắn máy dùng động cơ đốt trong Zenith. Scoot’Elec có khối lượng 115 kg, được lắp động cơ điện một chiều (DC) có công suất 3,8 Hp (2,8 kW), sử dụng pin Niken – Cadimi (Ni-Cd) 18V – 100Ah cho hành trình tối đa 40 km (ở tốc độ 45 km/h), hành trình này có thể dài hơn nếu chạy ở chế độ kinh tế (30 km/h) [14].
Tuy 4 giá thành còn cao (khoảng 2500 $) nhưng trong vòng 10 năm (1996 - 2006), số lượng mẫu xe bán ra đạt khoảng 3.4: Xe máy điện Peugeot Scoot’Elec [14] Theo sau Peugeot, trong những năm đầu thế kỷ 21, các mẫu xe máy điện liên tục được tung ra thị trường với nhiều tính năng được cải thiện và mức giá khác nhau cho từng phân khúc, các mẫu xe điển hình được liệt kê như bảng dưới: Bảng 1.1: Thống kê các mẫu xe máy điện điển hình giai đoạn 2000 – 2012 [15-20] Kiểu loại Nhà SX Hành trình (km) Giá bán ($) Chi tiết Passol Yamaha 32 1.995 5 Các dòng xe trên chủ yếu được thương mại ở các thị trường các nước phát triển như: Nhật Bản, Trung Quốc, Châu Âu và Bắc Mỹ… vì giá thành quá cao nên chỉ có một số lượng rất ít được nhập khẩu về Việt Nam dưới dạng hàng mẫu hoặc quà biếu. Từ đầu năm 2019, thị trường xe điện Việt nam bắt đầu có dấu hiệu ấm lên với sự kiện tập đoàn Vin Group đã chính thức chào bán xe máy điện Vinfast Klara kể từ ngày 20/10/2018 và chính thức giao xe vào 21/11/2018, với hai phiên bản Klara A1 (ắc quy Axit – chì) và Klara A2 (pin Li – ion) có kiểu dáng tương tự các mẫu xe tay ga chạy xăng với các thông số cơ bản: Bảng 1.2: Thông số cơ bản xe máy điện Vinfast Klara [21] Thông số Klara A1 (ắc quy axit – chì) Klara A2 (pin Li-ion) Bộ nguồn ắc quy 12V – 20Ah x 5 60V-22Ah Thời gian sạc (giờ) 12 7 Động cơ BLDC 60V – 800W BLDC 60V – 1000W Tốc độ tối đa (km/h) 50 50 Hành trình (km) 55 70 Giá niêm yết 34 57 (triệu đồng) Tiếp sau Vinfast, trong những tháng đầu năm 2019, một số hãng đã cho ra mắt một số mẫu xe điện mới với tính năng và giá bán khá tương đồng so với Vinfast Klara, nổi bật trong đó là: - Ngày 05/4/2019, Công ty TNHH Green Speed khai trương Showroom đầu tiên tại Quận 3, TPHCM với 2 mẫu xe nhập khẩu theo tiêu chuẩn Châu Âu là Niu – NSport trang bị động cơ BLDC 1500W, bộ nguồn Li-ion 60V-29Ah, hành trình tối đa 90 km, vận tốc tối đa đạt 70 km/h với giá chào bán 58 triệu đồng và mẫu thứ hai là Niu – NGT được trang bị 2 bộ nguồn cho hành trình đến 170-180 km với giá chào bán 78 triệu đồng.