Nghiên cứu ứng dụng nguồn sáng đèn led tập trung cá trên tàu lưới vây xa bờ ở tỉnh Quảng Nam

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 69 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NGUỒN SÁNG ĐÈN LED TẬP TRUNG CÁ TRÊN TÀU LƯỚI VÂY XA BỜ Ở TỈNH QUẢNG NAM APPLIED STUDY LED LIGHT SOURCE CONCENTRATED FISH ON SHORE PURSE SEINE VESSEL IN QUANG NAM PROVINCE Nguyễn Đức Sĩ1 Ngày nhận bài: 28/9/2015; Ngày phản biện thông qua: 21/01/2016; Ngày duyệt đăng: 15/6/2016 TÓ M TẮ T Bài báo trình bày kết quả đánh bắt thử nghiệm đèn Led tập trung cá trên tàu lưới vây ở Quảng Nam nhằm xác định các thông số tối ưu của việc trang bị nguồn sáng, bố trí góc treo đèn, mức tiêu hao nhiên liệu của máy phát điện phục vụ chiếu sáng và hiệu quả khai thác trong chuyến biển. Trong 3 chuyến biển thử nghiệm đèn Led, với ba lần thay đổi công suất nguồn sáng và thay đổi góc treo đèn thì công suất nguồn sáng 2,632 kW ứng với góc treo đèn 500 cho hiệu quả đánh bắt cao nhất. Mức tiêu hao nhiêu liệu của máy phát điện phục vụ chiếu sáng đèn Led tiết kiệm được 78,5% nhiên liệu so với tàu đối chứng sử dụng nguồn sáng đèn cao áp. Hiệu quả khai thác tính trên đơn vị dầu tiêu thụ của tàu thực nghiệm sử dụng đèn Led cao hơn 6,8 lần so với tàu đối chứng sử dụng nguồn sáng đèn cao áp. Từ khó a: đèn cao áp, đèn Led, máy phát điện ABSTRACT The paper presents test results caught fi sh LED focus on purse seiners in Quang Nam in order to determine the optimal parameters of the fi tted light, hanging light angle layout, the fuel consumption of the machine generator service and effi cient lighting during sea mining. In experiment 3 LED fi shing trips, with three times the capacity of the light source changes and change the angle hanging lamp light source power 2,632 kW with 500 lamps hanging corner to catch the highest effi ciency. Fuel consumption rate of the generator serves LED lighting saves fuel 78.5% compared with the control vessels using high-pressure lamp light source. Extraction effi ciency per unit of ship oil consumption LED experimental use 6.8 times higher than the control vessels using high-pressure lamp light source. Keywords: high-pressure lamps, LED lamps, Generators 1 Viện Khoa học và Công nghệ khai thác thủy sản – Trường Đại học Nha Trang I. ĐẶ T VẤ N ĐỀ Nghề lướ i vây kế t hợ p á nh sá ng ở Quảng Nam có 351 tà u thuyề n, trong đó 236 tà u thuyề n công suấ t từ 50 CV trở lên, chiế m tỷ lệ 5,7% tổ ng số tà u thuyề n toà n tỉ nh, hoạ t độ ng ở tuyế n lộ ng và tuyế n khơi. Tuy nhiên, do công nghệ khai thác lạc hậu, chi phí chuyến biển cao, nhất là chi phí nhiên liệu chiếm 50 - 60% trong tổng số chi phí nên hiệu quả kinh tế thấp. Trang bị nguồn sáng trên tàu lưới vây của ngư dân Việt Nam nói chung và Quảng Nam nói riêng, chậm được đổi mới về công nghệ Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 70 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG để theo kịp tốc độ phát triển của nghề đánh cá kết hợp ánh sáng trên thế giới. Tàu thuyền đánh cá kết hợp ánh sáng có sự cạnh nhau quyết liệt về trang bị nguồn sáng. Qua tìm hiểu chúng tôi nhận thấy đa số thuyền trưởng đều cho rằng trang bị nguồn sáng mạnh chừng nào, thì đánh cá được nhiều chừng ấy, trong khi đó, việc trang bị ngư cụ như thế nào để phù hợp với việc tăng công suất nguồn sáng thì ngư dân chưa quan tâm, chưa có sự điều chỉnh nào về chiều dài lưới khi tăng công suất nguồn sáng. Nguồn sáng ngư dân sử dụng trên tàu lưới vây xa bờ ở Quảng Nam đa số là loại bóng đèn cao áp có công suất 1000W, mỗi tàu trang bị từ 20 đến 30 bóng với tổ ng công suấ t nguồ n sá ng từ 20 - 30kW và có xu hướng ngày càng tăng số lượng bóng đèn. Số lượng bóng đèn càng nhiều đòi hỏi máy phát điện có công suất càng lớn, do đó mức tiêu hao nhiên liệu phục vụ phát sáng tập trung cá càng cao. Các nước có nghề cá phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc hầu như đã thay thế toàn bộ nguồn sáng bóng đèn cao áp bằng nguồn sáng đèn Led, và có xu hướng chung là đưa nguồn sáng ngầm xuống nước. Nguồn sáng bằng đèn Led được xác định là loại nguồn sáng tiết kiệm được rất nhiều chi phí về nhiên liệu, thân thiện với môi trường và cho năng suất đánh bắt cao hơn so với nguồn sáng sử dụng bóng đèn cao áp. Tuy nhiên, ở Việt Nam việc xuất hiện nguồn sáng đèn Led trên tàu lưới vây còn rất hạn chế, đang ở trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm hiệu quả sử dụng nguồn sáng này. Giá thành đèn Led có công suất lớn còn cao, rất ít ngư dân biết thông tin về loại nguồn sáng này. Do đó, việc cập nhật thông tin, nghiên cứu sử dụng và chuyển giao công nghệ đèn Led cho ngư dân đánh cá kết hợp ánh sáng là vấn đề hết sức cấp thiết, tạo điều kiện cho ngư dân có cơ hội tiếp cận công nghệ mới về ánh sáng nhân tạo, giảm tiêu hao nhiên liệu phát sáng, tăng hiệu quả đánh bắt và tăng thu nhập. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu Hiệu quả sử dụng đèn Led trong nghề lưới vây xa bờ ở Quảng Nam. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Phương pháp bố trí nguồn sáng Led thử nghiệm: Tàu được chọn làm mẫu bố trí hệ thống đèn Led là tàu lưới vây xa bờ, có công suất máy chính 450CV. Trang bị hợ p lý đèn Led trên tà u lướ i vây thự c nghiệ m có phạ m vi chiế u sá ng tương ứ ng vớ i phạ m vi chiế u sá ng củ a nguồ n sá ng tàu đối chứng, cần phả i tí nh số lượ ng bó ng đè n trên tàu theo công thứ c: (1) Trong đó: n - số lượng bóng đèn ETB: độ rọi trung bình tính theo phương nằm ngang từ vị trí đặt nguồn sáng đến vị trí độ rọi 1lux. S: diện tích bề mặt được chiếu sáng theo phương nằm ngang (m2) k: hệ số sử dụng, phụ thuộc hiệu suất quang của bộ đèn và phương án bố trí đèn, thường lấy từ 2 ÷ 3. Chọn k = 2; Ф - Quang thông bóng đèn (lumen). Số lượng bóng đèn Led tính theo công thức (1) được bố trí làm 3 đợt thực nghiệm trong 3 chuyến biển như sau: - Chuyến biển thứ nhất: Trang bị 15 bóng đèn Led, công suất mỗi bóng là 100W, được bố trí ở 2 bên cabin tàu, mỗi bên 6 bóng; bố trí 3 bóng ở phía sau lái. Độ cao treo đèn 5m, góc treo đèn 450. Tổng công suất nguồn sáng là 1,5kW. - Chuyến biển thứ hai: Số lượng đèn Led bố trí tăng lên 14 bóng so với chuyến biển thứ nhất, nâng tổng số bóng đèn Led lên 29 bóng, được phân bố về 2 phía cabin tàu, mỗi bên 11 đèn pha Led cùng với 7 bóng tuýp Led đặt trên giá đèn. Độ cao treo đèn của pha đèn Led không thay đổi, máng đèn tuýp Led đặt ở độ cao 4,5m so với đợt thử nghiệm lần 1, góc treo đèn 480. Tổng công suất nguồn sáng là 2,368 kW. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 71 - Chuyến biển thứ ba: Số lượng đèn Led được tăng lên 11 bóng, nâng tổng số lượng đèn Led bố trí trên tàu là 40 bóng. Trong đó, 11 pha đèn Led cùng với 1 máng đèn 5 tuýp Led bố trí ở mỗi bên cabin tàu, 8 tuýp Led bố trí trên 2 máng đèn sau đuôi tàu. Có 18 pha Led đặt ở độ cao 5m; 4 pha Led và 10 tuýp Led đặt ở độ cao 4,5m, góc treo đèn là 500. Tổng công suất nguồn sáng thử nghiệm lần 3 là 2,632 kW. Từ vị trí chiếu sáng trên mặt nước ứng với các khoảng cách 0m; 5m; 10m, 15m, 20m vv đo từ mạn tàu, thả đĩa Secchi xuống nước theo từng độ sâu khác nhau, đọc giá trị độ trong của nước biển khi không còn nhìn thấy màu trắng của đĩa. Số lần đo: 15 lần Thể tích vùng nước được chiếu sáng trên tàu thử nghiệm tính gần đúng theo công thức: (2) Trong đó: di: khoảng cách theo phương nằm ngang tính từ vị trí đặt nguồn sáng đến vị trí Lux kế chỉ 1 lux; hi: độ sâu tính từ mặt nước được chiếu sáng đến vị trí độ rọi bằng 1 lux. 2.2. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu Trên tàu đối chứng và tàu thực nghiệm hệ thống đèn Led, bố trí cán bộ kỹ thuật đi theo để ghi chép số liệu về ngư trường, vị trí đánh bắt, thời gian thắ p đèn, thời điểm vây lưới, sản lượng từng loài... Dựa trên những số liệu ghi chép qua các chuyến biển thử nghiệm, đánh giá hiệu quả khai thác, hiệu quả sử dụng nhiên liệu của tàu thực nghiệm và tàu đối chứng. Xử lý số liệu theo thống kê mô tả trên phần mềm Microsoft Excel 2003. 2.3. Phương pháp đánh giá hiệu quả sử dụng nguồn sáng đèn Led 2.3.1. Đánh giá về thông số kỹ thuật nguồn sáng: Trên cơ sở xác định độ rọi của nguồn sáng đèn Led sau 3 chuyến biển thử nghiệm kết hợp quan sát mật độ cá tập trung trên máy dò cá và sản lượng đánh bắt thực tế, chúng tôi xác định được công suất nguồn sáng, độ cao treo đèn và góc treo đèn tối ưu. 2.3.2. Đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu phục vụ phát sáng đèn Led Đánh giá mức độ tiêu hao nhiên liệu chạy máy phát điện phục vụ chiếu sáng tập trung cá trên tàu thử nghiệm sử dụng đèn Led dựa vào định mức tiêu hao nhiên liệu: 200g nhiên liệu/ mã lực/giờ chiếu sáng * số giờ chiếu sáng/đêm * 60% công suất định mức. So sánh mức tiêu hao nhiên liệu chạy máy phát điện của tàu thử nghiệm sử dụng đèn Led và tàu đối chứng sử dụng đèn cao áp, trong một đêm phát sáng sẽ xác định được mức tiết kiệm nhiên liệu giữa hai tàu. 2.3.3. Đánh giá về hiệu quả khai thác Xác định hiệu quả khai thác của tàu thử nghiệm đèn Led và tàu đối chứng dựa vào chỉ tiêu sản lượng trên đơn vị dầu tiêu thụ trong từng chuyến biển. Sản lượng đánh bắt của chuyến biển được xác định thông qua số mẻ lưới đánh bắt. mMức tiêu hao nhiên liệu của động cơ chạy máy phát điện được xác định theo mức tiêu hao nhiên liệu qua mỗi đêm phát sáng. 2.4. Phương tiện, dụng cụ nghiên cứu: Máy đo độ rọi: Lux kế có thang đo: x 200; x 2000; x 20.000 lux; dây đầu dò đo độ rọi dưới nước: Tự chế; đĩa Secchi; máy quay phim; máy ảnh; thước đo góc. 2.5. Thời gian thử nghiệm: Đợt 1: Từ ngày 10/11/2014 - 30/11/2014; đợt 2: 06/4/2015 - 26/4/2015; đợt 3: 06/7/2015 - 25/7/2015. Vị trí ngư trường đánh bắt: Vĩ độ j = 15030’ ÷ 15040’ N; kinh độ l = 113059’÷114034’ E. Độ trong nước biển đo theo đĩa Secchi lấy mức trung bình 30m. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 72 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông số nguồn sáng đèn Led trên tàu tàu thử nghiệm Bảng 1. Thông số nguồn sáng đèn Led tàu thử nghiệm Thử nghiệm Tổng công suất nguồn sáng (kW) Độ cao treo đèn (m) Góc treo đèn (độ) Diện tích chiếu sáng (m2) Thể tích chiếu sáng (m3) Chuyến 1 1,50 5,0 45 1095 26.166 Chuyến 2 2,368 5,0 48 1163 21.195 Chuyến 3 2,632 5,0 50 1185 22.896 Bảng 2. Thông số nguồn sáng đèn cao áp tàu đối chứng Thử nghiệm Tổng công suất nguồn sáng (kW) Độ cao treo đèn (m) Góc treo đèn Diện tích chiếu sáng (m2) Thể tích chiếu sáng (m3) Chuyến 1 15 4,5 360 7.793 31.662 Chuyến 2 15 4,5 360 8.070 26.166 Chuyến 3 15 4,5 360 7.635 24.858 Hình 1. Phân bố độ rọi nguồn sáng tàu thử nghiệm đèn Led đo lần 1 Hình 2. Nguồn sáng đèn Led tập trung cá Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 73 Hình 3. Phân bố độ rọi nguồn sáng tàu thử nghiệm đèn Led đo lần 2 Hình 4. Phân bố độ rọi nguồn sáng tàu thử nghiệm đèn Led đo lần 3 Hình 5. Độ rọi nguồn sáng tàu đối chứng đo lần 1 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 74 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Từ bảng 1, bảng 2 và các hình 1;3;4;5;6;7 cho thấy: - Công suất nguồn sáng đèn Led, diện tích chiếu sáng trên mặt nước, thể tích vùng sáng dưới nước của tàu thực nghiệm thấp hơn so với tàu đối chứng sử dụng đèn cao áp theo tỷ lệ: 1:6,9; 1:6,8; 1:1,18. - Sự phân bố độ rọi sáng đèn Led trên mặt nước và dưới nước thay đổi theo góc treo đèn; ứng với công suất nguồn sáng 2,632kW, góc treo đèn 500 cho diện tích chiếu sáng trên mặt nước và thể tích vùng sáng dưới nước là lớn nhất. - Các đường đẳng lux phân bố không đều nhau là do sai số hệ thống của máy đo và do tác động của điều kiện ngoại cảnh lúc đo (sóng gió, thuyền thúng bị lắc). 2. Mức tiêu hao nhiên liệu và hiệu quả khai thác trên tàu thử nghiệm và tàu đối chứng Mức tiêu hao nhiên liệu trên tàu đối chứng và tàu thử nghiệm được xác định dựa vào định mức tiêu hao nhiên liệu của máy phụ lai dynamo phục vụ cho chiếu sáng đèn cao áp và đèn led theo chỉ tiêu: 200g nhiên liệu/mã lực/ giờ chiếu sáng * số giờ chiếu sáng/đêm * 60% công suất định mức. Hình 6. Phân bố độ rọi nguồn sáng tàu đối chứng đo lần 2 Hình 7. Phân bố độ rọi nguồn sáng tàu đối chứng đo lần 3 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 75 Từ bảng 1 và bảng 3 cho thấy: - Nguồn sáng đèn Led trang bị trên tàu thực nghiệm có công suất 3,632kW, góc treo đèn 500 cho sản lượng đánh bắt cao nhất. - Mức tiêu hao nhiêu liệu của máy phát điện phục vụ chiếu sáng đèn cao áp trên tàu đối chứng cao hơn 4,65 lần so với mức tiêu hao nhiêu liệu của máy phát điện phục vụ chiếu sáng đèn Led trên tàu thực nghiệm. Hay nói cách khác, sử dụng nguồn sáng đèn Led tiết kiệm được 78,5% nhiên liệu so với sử dụng nguồn sáng đèn cao áp. - Hiệu quả khai thác tính trên đơn vị dầu tiêu thụ của tàu thực nghiệm sử dụng đèn Led cao hơn 6,8 lần so với tàu đối chứng sử dụng đèn cao áp. IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nguồn sáng đèn Led trang bị trên tàu thực nghiệm có công suất 3,632kW, góc treo đèn 500 cho sản lượng đánh bắt cao nhất. Sử dụng đèn Led tiết kiệm được 78,5% nhiên liệu so với sử dụng đèn cao áp. Hiệu quả khai thác của nguồn sáng đèn Led cao hơn 6,8 lần so với sử dụng đèn cao áp. Tiếp tục nghiên cứu nguồn sáng đèn Led đặt ngầm dưới nước. Tiếp tục nghiên cứu về tập tính của cá trong vùng được chiếu sáng của đèn Led. Bảng 3. Mức tiêu thụ nhiên liệu của máy phát điện trong các chuyến biển thử nghiệm Thử nghiệm Tàu đối chứng sử dụng đèn cao áp Tàu thử nghiệm sử dụng đèn Led Tổng số giờ phát sáng (giờ) Lượng tiêu hao nhiên liệu (lít) Tổng sản lượng (kg) Hiệu quả khai thác/đơn vị dầu tiêu thụ (kg/lít) Tổng số giờ phát sáng (giờ) Lượng tiêu hao nhiên liệu (lít) Tổng sản lượng (kg) Hiệu quả khai thác/đơn vị dầu tiêu thụ (kg/lít) (kg/lít) Chuyến 1 199,1 1439 7.900 5,5 199,4 353 9.800 27,8 Chuyến 2 187,5 1350 7.600 5,6 183 242 8.000 33,0 Chuyến 3 155,4 1493 10.500 7,03 154,9 326 20.150 61,8 Trung bình 180,7 1427,3 8.700 6,0 179,1 307 12.700 40,9 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Công ty Vietnam Schréder (2002), Hội thảo kỹ thuật chiếu sáng hiệu suất cao. 2. Nguyễn Đức Sĩ (2006), Nghiên cứu một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn sáng trong nghề lưới vây xa bờ kết hợp ánh sáng, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Nha Trang. 3. Nguyễn Viễn Sum (2000), Sổ tay thiết kế điện chiếu sáng, NXB Thanh Niên, Thành phố Hồ Chí Minh, 19-28. 4. Văn Thỏa (2012), Đèn LED - Sự lựa chọn tối ưu. 5. Nhicônôrôp I.V. (1963), Đánh cá bằng ánh sáng (bản dịch tiếng Việt), Mat-xcơ-va. Tiếng Anh 6. Yukiko Yamashita, Yoshiki Matsushita, Toru Azuno (2012a). Catch performance of coastal squid jigging 7. boats using LED panels in combination with metal halide lamps. Fisheries Research. Volume 113 (2012).