Phương pháp mới đánh giá nhanh rủi ro lở đất dưới nước cho các tua-bin ngoài khơi
của Đại học Heriot-Watt
Minh họa về lực động tác động lên cọc đơn và tháp, và tương tác giữa đất và kết cấu. Nguồn: Kỹ thuật Đại dương (2025). DOI: 10.1016/j.oceaneng.2025.120464
Các nhà nghiên cứu của Heriot-Watt đã phát triển một công cụ mô phỏng tiên tiến có thể dự đoán chính xác các vụ lở đất dưới nước do tua-bin gió ngoài khơi gây ra.
Phương pháp mới cho phép các nhà phát triển đánh giá độ ổn định của đáy biển không chỉ ở giai đoạn thiết kế mà còn trong suốt vòng đời của trang trại gió, giúp tối ưu hóa vị trí lắp đặt và đảm bảo khả năng phục hồi lâu dài.
Các vụ lở đất dưới nước—khi các phần của đáy biển đột nhiên dịch chuyển—có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của tua-bin gió, đặc biệt là ở những khu vực có đáy biển mềm và dốc thoai thoải.
Mặc dù các kết cấu kỹ thuật như cọc đơn (nền móng của một số tua-bin gió ngoài khơi) có thể góp phần gây ra ứng suất dưới đáy biển, nhưng việc dự đoán mức độ ảnh hưởng này vẫn còn là một thách thức.
Công cụ Heriot-Watt nhanh chóng và chính xác xác định các vùng có nguy cơ sạt lở đất, giúp các nhà phát triển tăng cường độ ổn định của đáy biển và tránh thời gian ngừng hoạt động tốn kém.
Qingping Zou, giáo sư về động lực học ven biển tại Trung tâm Lyell, Viện nghiên cứu toàn cầu về khoa học Trái đất và biển của Heriot-Watt, cho biết, "Các trang trại gió ngoài khơi đại diện cho hàng triệu bảng Anh đầu tư và có tiềm năng biến đổi nguồn cung cấp năng lượng của chúng ta.
"Để bảo vệ những tài sản này, các nhà phát triển cần có các công cụ chính xác và hiệu quả để đánh giá độ ổn định của đáy biển—không chỉ khi lựa chọn vị trí đặt tua-bin mà còn là một phần liên tục của hoạt động và giám sát trang trại gió.
"Phương pháp của chúng tôi giúp hiểu rõ và dự đoán nhanh cách đáy biển sẽ phản ứng khi các tua-bin được lắp đặt, đảm bảo rằng các địa điểm phù hợp nhất và các dự án vẫn an toàn, kiên cường và hiệu quả".
Dự đoán sự dịch chuyển của đáy biển ở mọi giai đoạn
Công cụ Heriot-Watt kết hợp lý thuyết cơ học đất với phương pháp giảm sức bền cắt để phân tích cách đáy biển giữ chặt với nhau dưới ứng suất.
Benjian Song, Tiến sĩ sinh viên tại Heriot-Watt, cho biết, "Chúng tôi đã thử nghiệm phương pháp của mình trên các mô hình 3D của đáy đại dương, bao gồm các địa điểm thực tế như Silver Pit, ngoài khơi bờ biển Lincolnshire—một khu vực có lịch sử lở đất ngầm.
"Công cụ của chúng tôi lập bản đồ các vùng lở đất tiềm ẩn và đánh giá cách nền móng tuabin ảnh hưởng đến điều kiện đáy biển theo thời gian. Quan trọng hơn, nó cũng giải quyết một vấn đề lớn đối với các mô hình hiện có, vốn gặp khó khăn trong việc mô phỏng nhiều vụ lở đất xảy ra cùng lúc."
Nền móng và bão ảnh hưởng đến độ ổn định của đáy biển
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Ocean Engineering và Soil Dynamics and Earthquake Engineering nêu bật cách nền móng tuabin và hoạt động của bão ảnh hưởng đến độ ổn định của đáy biển.
Tiến sĩ Cathal Cummins từ Trường Khoa học Toán học và Máy tính của Heriot-Watt giải thích, "Các trụ đơn, là những ống thép lớn được đóng xuống đáy biển, được sử dụng rộng rãi để neo các tuabin gió ngoài khơi.
"Các mô phỏng của chúng tôi cho thấy những cấu trúc này tạo ra sự tập trung ứng suất có thể ảnh hưởng đến độ ổn định lâu dài của đáy biển.
"Chúng tôi cũng phát hiện ra rằng việc tăng đường kính và độ sâu của cọc đơn sẽ tăng cường độ ổn định của mái dốc nói chung, đưa ra giải pháp thiết kế tiềm năng để giảm thiểu rủi ro.
"Bão làm suy yếu thêm đáy biển và tải trọng động truyền qua cọc đơn có thể làm giảm độ bền của đất.
"Công cụ của chúng tôi cho phép các nhà phát triển tính đến những tác động này và đưa ra quyết định về khả năng phục hồi của trang trại gió".
Một tiêu chuẩn mới cho độ ổn định của trang trại gió ngoài khơi
Tiến sĩ Cummins cho biết nhóm rất muốn hợp tác với các nhà phát triển ngoài khơi để tích hợp các đánh giá về độ ổn định của đáy biển vào thiết kế và bảo trì trang trại gió.
"Công cụ của chúng tôi là một cách nhanh chóng và chính xác để dự đoán lở đất dưới nước, với các yêu cầu tính toán tối thiểu.
"Bằng cách sử dụng công cụ này, các nhà phát triển có thể đảm bảo các trang trại gió ngoài khơi của họ vẫn ổn định và đạt được tiềm năng năng lượng tái tạo đầy đủ".
Thông tin thêm: Benjian Song và cộng sự, Độ ổn định của mái dốc ngầm có móng cọc đơn trong điều kiện bão, Kỹ thuật đại dương (2025). DOI: 10.1016/j.oceaneng.2025.120464
Benjian Song và cộng sự, Một phương pháp dự đoán bề mặt hỏng hóc mới cho mái dốc ngầm góc thấp và hiệu ứng liên kết với móng cọc đơn, Động lực học đất và Kỹ thuật động đất (2025). DOI: 10.1016/j.soildyn.2024.109102
Do Đại học Heriot-Watt cung cấp
