Tryggere eksponert havbruk – med presis modellering

Slike eksponerte områder kjennetegnes av sterkere strømmer, høyere vindhastigheter og større bølger. Disse forholdene medfører nye utfordringer for fiskevelferd, konstruksjonenes integritet og sikkerheten til personellet. 

Ved å utnytte presise numeriske modeller har vi muligheten til å forutse og redusere risiko før den oppstår – nesten som å se inn i fremtiden. Modellene gjør det mulig å simulere komplekse havbruksoperasjoner under en rekke ulike forhold og scenarier. Slik kan vi identifisere potensielle svakheter, optimalisere systemdesign og planlegge tryggere prosedyrer. 

Utfordringen med eksponerte lokaliteter 

Når produksjonen flyttes til mer eksponerte farvann, vil ulike havbrukskonstruksjoner utsettes for økte belastninger og bevegelser. Disse økte belastningene fra omgivelsene krever strengere regler og standarder for å opprettholde den strukturelle integriteten i merder, fortøyningssystemer og fartøy. Mange havbrukskonstruksjoner består av fleksible og ulineære systemer som skal fungere sammen, noe som ytterligere øker kompleksiteten og utfordringen ved eksponert drift. 

I dag er havbruksnæringen den nest farligste næringen å jobbe i, i Norge. Å skulle opprettholde eller redusere dagens risikonivå under enda tøffere forhold er en betydelig utfordring. Dette understreker behovet for forutseende verktøy som kan simulere komplekse samspill under krevende forhold. 

Hvorfor er presis modellering viktig? 

For å redusere risiko og øke sikkerhet, pålitelighet og effektivitet i operasjoner, kan vi ta i bruk presise numeriske modeller. Disse modellene må kunne gi nøyaktige og effektive beregninger av belastninger og bevegelser på strukturer ved gitte havbruksoperasjoner. Slike realistiske og nøyaktige modeller fungerer som en sandkasse for å analysere ulike forhold og konsepter – uten behov for kostbare og risikofylte forsøk til havs. 

For å sikre at modellene er presise, må de valideres mot virkelige data. Dette er utfordrende, spesielt i uforutsigbare marine miljøer. Derfor gjennomføres ofte skalerte laboratorieforsøk der miljøforholdene kan kontrolleres og målinger gjøres nøyaktig. Ulempen med slike forsøk er såkalte skaleringseffekter, hvor den redusert størrelsen kan påvirke hvordan konstruksjonen oppfører seg, noe som gjør det vanskelig å gjenskape realistiske forhold. 

For å vurdere nøyaktigheten og anvendeligheten av simuleringsverktøyet SIMA (utviklet og vedlikeholdt av SINTEF Ocean) ble det gjennomført to valideringsstudier – én basert på fullskalamålinger og én med kontrollerte modellforsøk. 

Fullskala validering på Tristeinen 

Den første studien tok for seg et scenario der et fartøy er fortøyd til en fleksibel merd, som f.eks. ved uttak av slakteklar fisk (Figur 1). Fullskalamålinger ble utført på Tristeinen, en eksponert lokalitet i Frohavet utenfor Trøndelagskysten (Figur 2). Målingene ble muliggjort gjennom SINTEF ACE, et fullskala laboratorium for utvikling og testing av ny havbruksteknologi. 

En numerisk modell ble utviklet i SIMA for å gjenskape scenarioet, og resultatene ble sammenlignet med målingene. SIMA viste seg å kunne gjenskape systemets oppførsel med tilfredsstillende nøyaktighet. Studien avdekket også utfordringer med fullskala validering – særlig manglende kontroll over fysiske forhold og lang beregningstid, noe som i dag begrenser muligheten for beslutningsstøtte i sanntid. For en grundigere gjennomgang av funnene kan du lese hele studien: Numerical model validation using full-scale data: Well boat moored to fish cage. 

Modellforsøk i havbassenget 

For å supplere fullskalastudien ble det gjennomført modellforsøk i Havbassenget i Trondheim. Så vidt vi vet, er dette den første eksperimentelle valideringen av en koblet numerisk modell av et fartøy fortøyd til en merd under eksponerte forhold. Fartøyet ble testet i både sidesjø og motsjø under identiske forhold (Figur 3 og 4). 

Valideringen ble gjort ved å sammenligne: 

• Fartøyets bevegelser i alle seks frihetsgrader 
• Krefter i haneføtter, anker- og fortøyningsliner
• Statistiske mål som gjennomsnittsverdier, standardavvik og feil i topp- og bunnpunkter. 

Resultatene viste god overensstemmelse mellom modell og måledata, spesielt i gjennomsnittsverdier og faseoppførsel, og bekreftet SIMAs evne til å fange opp dynamikken i konstruksjonene under eksponerte forhold. Resultatene er nærmere beskrevet i studien: Exposed vessel operations in aquaculture: Experimental validation of numerical models. 

Veien videre 

For å styrke operasjonell planlegging og risikostyring, bør fremtidig arbeid med SIMA sette søkelys på: 

• Forbedret friksjonsmodellering 
• Bedre inkludering av flyterdeformasjoner 
• Reduksjon av beregningstid 

Videre kan integrering av maskinlæring og metoder for modellreduksjon gi betydelig bedre beregningsevne og muliggjøre sanntidssimulering og -prognoser. En slik hybrid tilnærming kan gjøre SIMA til et kraftfullt beslutningsverktøy for tryggere og mer effektiv drift av eksponert havbruk. 

Smartere og tryggere havbruk i fremtiden 

Etter hvert som næringen beveger seg mot mer eksponerte lokaliteter, vil betydningen av presise numeriske simuleringer øke. Fremtidige løsninger kan inkludere sanntidsintegrasjon med sensordata, som muliggjør dynamiske beslutningsstøttesystemer som tilpasser seg skiftende forhold. Dette kan forandre hvordan vi overvåker, vedlikeholder og driver eksponerte havbruksanlegg. 

Til syvende og sist betyr smartere og bedre modellering tryggere havbruk – ikke bare for strukturer og systemer, men også for menneskene og økosystemene som er avhengige av dem.