Cnode sensor med nytt bruksområde

Her testes is-sensorer som kan gjøre oljeutvinning i Arktis mulig

Avslører truende is på 200 meters dyp.

SensIS:

  • Treårig forskningsprosjekt (2012-2014/15)
  • Totalbudsjett 20 millioner kroner
  • Finansiert av Forskningsrådet og industripartnere Statoil og Kongsberg Maritime
  • Mål: Utvikle sanntids ismålinger via sensorer på havbunnen. Isvarslinger er en forutsetning for å kunne drive oljevirksomhet i arktiske strøk.

 

 

 

Deltakere:

Nortek (prosjektledelse)

Sintef IKT og NTNU – IET, Gruppe for akustikk.

Kongsberg Maritime

Statoil

HORTEN/SIMRAD ECHO: På 200 meters dyp i fjorden mellom Horten og Hurum ligger et nettverk av sensorer og kommunikasjonsutstyr. Her demonstreres resultatene av forskningsprosjektet SensIS.

I tre år har ingeniører og forskere fra Sintef, Nortek, Kongsberg Maritime og Statoil jobbet med utviklingen av et nettverksbasert sensorsystem som kan ligge på havbunnen og måle is og dens bevegelser.

Målet er å få et system som i sanntid kan fortelle mannskapet om bord på for eksempel en oljerigg eller plattform om det er faretruende is på vei mot installasjonene (se illustrasjon under). Det må skje i sanntid.

Måler hastighet

Da begynner utfordringene å toppe seg. Ikke nok med at sensorene skal måle istykkelse, de skal også fange opp driftsretning og hastighet på isen.

 I tillegg skal de kommunisere i et nettverk – under vann og opp til overflaten. Og fortsatt i sanntid – eller så nær samtidighet som mulig.

En rigg- eller plattformsjef som må nødstoppe en operasjon og koble av en borestreng eller produksjonsstrøm, trenger solid beslutningsgrunnlag i så god tid som mulig.

Les også: «Viking Neptun» er det største skipet de har bygget noen gang

Statoil vil ha et system med sensorer i ring rundt plattformen. Målet er å få så tidlig varsling som mulig av farlig is.
Statoil vil ha et system med sensorer i ring rundt plattformen. Målet er å få så tidlig varsling som mulig av farlig is. Kongsberg Maritime

Sirkelformasjon

Denne februardagen er ikke som kalenderen skulle tilsi. I stedet for tre minus, er det fire-fem plussgrader, blikkstille hav og ikke et isflak i sikte.

Kaptein Geir Øyen om bord i Kongsberg Maritimes test- og forskningsfartøy Simrad Echo, styrer ut fra kaia i Horten. Kursen legges mot stedet der sensorene er lagt ut i sirkel på rundt 200 meters dyp.

Under dekk i den ombygde passasjerbåten fra 70-tallet er det lite som minner om oppholdsrom. Et stort antall skjermer viser et hav av ulik informasjon fra sensorer og utstyr lenger ute i havet.

Les også: Her seiler 100.000 skip

Noe er feil...

Seniorforsker Arne Lie fra Sintef IKT er ivrig opptatt med å lese av kryptiske linjer fra en av skjermene. Noe har gått galt. Informasjon fra en av sensorene har ikke gått videre via en node til en annen og til «masteren» som spiller rollen som oljeplattform.

Sintef IKT er med og løser problemet med å sende mest mulig informasjon i et nettverk gjennom vann. Det kan være vanskelig nok over vann. Tunge beregninger og algoritmer som ikke står i noen pensumbøker ligger bak.

I vann bruker signalene ett sekund på 1500 meter. Fortere går det ikke, uansett. Båndbredden er også sterkt begrenset.

Sintef-forsker Tor Arne Reinen forklarer:

– Signalene fra sensorene beveger seg saktere under vann og båndbredde spises fort opp. Å sende ett signal fra ett punkt til et annet, og vertikalt, er ikke vanskelig. Det er når datamengdene vokser og skal sendes horisontalt over lange avstander via flere noder at det oppstår problemer.

Les også: Mens den ene industrikjempen jubler, varsler den andre ytterligere kutt

Simrad Echo ser unnselig ut, men er spekket med ultramoderne utstyr som Kongsberg Maritime tester ut.
Simrad Echo ser unnselig ut, men er spekket med ultramoderne utstyr som Kongsberg Maritime tester ut. Tore Stensvold

Pakkepost forsvinner

Data sendes som pakker, som på et nettverk på bakken. Ikke alle pakker mottas, og ikke alle pakker følger samme rute. Trafikk fram og tilbake for å sjekke om data er nådd fram, spiser opp båndbredde.

Dersom en node slutter å fungere eller tråles bort av en fisker ved et uhell, skal dataene automatisk finne en ny rute, akkurat som i et bakkenett.

Sintef mener det er lovende delresultater som indikerer datapakkeleveringsrate (PDR) på opp mot 75 % og kanskje bedre for sentrale noder. I denne sammenhegen er det jublende gode tall.

Toktet med Simrad Echo denne dagen er det siste i dette prosjektet. I noen timer skal det lyttes på signaler og sjekkes at alt fungerer som planlagt. Men først må en node byttes ut.

På akterdekket ligger en gul sylinder klar. «Cnode» står det på den. Svein-Erik Rogneflåten, produktansvarlig for Cnode i Kongsberg Maritime følger med når den klargjøres.

– Cnode er et kommersielt produkt allerede og er i bruk i andre applikasjoner. Dette er et nytt bruksområde for oss, sier Rognflåten.

Les også: Ni av de ti mest miljøvennlige skipene i verden er norske

Sintef-forskerne Arne Lie (foran) og Tor Arne Reinen følger med på signalene fra sensorene via Cnodene.
Sintef-forskerne Arne Lie (foran) og Tor Arne Reinen følger med på signalene fra sensorene via Cnodene. Tore Stensvold

Nye funksjoner

Noden tres inn i en oransje flytekrage. En striesekk med sand knyttes på med hampetau. Det er loddet som skal få noden ned på dypet, og som blir igjen. Dette er godkjente biologisk nedbrytbart materiale og sand som er godkjent for bruk i fjorden.   

Senioringeniør i R & D i Kongsberg Maritime, Finn Tore Knudsen, ser glad og fornøyd ut, selv om det ikke er så mye is å måle på fjorden.

– Vi jobber med å lære og å bygge inn nye funksjoner i teknologi vi allerede har, sier han.

Nortek har utviklet en ny generasjon sensorer som er tilpasset ismålinger. Sensorene bruker ADCP-teknologi (acoustic doppler current profiler), det vil si akustikk og dopplereffekt (endring i frekvens eller bølgelengder i bevegelse).

En transduser i midten av sensorpakken skyter lydsignaler rett opp og tar imot og tolker signalene. I en ring rundt sitter flere sensorer i 25 graders vinkel for å måle strøm og retning på is. Sensorene måler både temperatur, trykk, salinitet. De kalibreres også etter luftrykket over det aktuelle stedet for å få nøyaktig tjukkelse på isen.

Les også: Frakter olje fra Sibir med atomisbryter-følge

Klargjøring av node, som skal legges inn i flytekragen. Hampetau og striesekk med sand festets i for å gi ballast. Når sonden skal hentes opp, frigjøres den fra tauet. Tau og sekk går i oppløsning, mens sanden er godkjent for stedet.
Klargjøring av node, som skal legges inn i flytekragen. Hampetau og striesekk med sand festets i for å gi ballast. Når sonden skal hentes opp, frigjøres den fra tauet. Tau og sekk går i oppløsning, mens sanden er godkjent for stedet. Tore Stensvold

Isfri ismåling

Normalt skulle isen på denne årstiden ha ligget på fjorden ved Breiangen utenfor Hurum. Det var derfor SensIS-prosjektet planla avslutningen i februar. Det blir derfor en demo uten is.

Nortek-forskerne har likevel isdata å vise til. På vårparten i fjor ble sensorene senket ned under isen på Gjende i Jotunheimen. Praktiske forsøk og simuleringer har gitt gode resultater.

Utviklingssjef Morten Jørgensen i Nortek er fornøyd. Fire års utvikling av en ny serie sensorer med bredbånsprosessering av data gir resultater. Signatur 55 kHz har stor rekkevidde, opp til 1000 meter, mens 250 kHz har 200 meter som grense. Sensorene egner seg godt til å ligge på 100 meters dyp og måle is og strømprofiler i hele vannsøylen.

–  Ismålinger blir et nytt bruksområde for oss, sier Jørgensen.

Det er Statoil som er pådriver for prosjektet. Skal de nærme seg den flytende iskanten, gjelder det å ha et øye med den.

– Statoil ser denne teknologien som svært spennende. Den passer godt inn i vår teknologiutvikling for en mer integrert miljøovervåkingsløsning basert på sensorteknologi, sier Christian Collin-Hansen, Statoils prosjektleder i SensIs-prosjektet.

Les også: Disse tre oljeblokkene kan vise at Norge har hatt rett om Svalbard siden 1920

 

En Cnode fiskes opp.
En Cnode fiskes opp. Tore Stensvold

Alarmmodus

Simrad Echo ligger stille på fjorden og spiller rollen som oljeplattform i arktiske strøk. Sensorene sender ut informasjon som plukkes opp av fem noder og sendes til skipet.

Sintef-forsker Arne Lie gransker dataene som strømmer inn. I og med at det er utfordrende å sende mye data, gjelder det å minimere behovet. Sensorene samler inn data fortløpende, men behøver ikke å sende det mer enn en gang i timen.

– Det vi utvikler nå er intelligente sensorer som forstår når isdannelsen over er i ferd med å bli kritisk. Da går systemet over i alarmfunksjon og sender data til «master», det vil si plattformen, oftere og oftere, ned til hvert femte sekund, sier Lie.

Les også: Derfor er åpningen av nye arealer i Barentshavet kontroversiell

Salgssjef for Subsea Monitoring i Kongsberg Maritime, Arild Brevik diskuterer med Norteks utviklingssjef Morten Jørgensen (stående) og  Martin Alvsaker.
Salgssjef for Subsea Monitoring i Kongsberg Maritime, Arild Brevik diskuterer med Norteks utviklingssjef Morten Jørgensen (stående) og Martin Alvsaker. Tore Stensvold

Metanovervåking

Salgssjef for Subsea Monitoring i Kongsberg Maritime, Arild Brevik, sier at olje- og gassindustrien er hovedkunder for deres overvåkingsutstyr på havbunnen og ellers i sjøen. Samarbeidet med Nortek og forskningsmiljøene er med på å drive teknologien framover og bruksområdene blir flere.

Kongsberg Maritime har akkurat fått en kontrakt med det japanske selskapet Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) om å levere overvåkingsutstyr. JOGMEC skal produsere metan fra hydrat på havbunnen.

– Vårt utstyr skal overvåke metanutslipp, måle konsentrasjon og om havbunnen deformeres. Vi vil bruke integrerte sensornoder for sanntidsovervåking, sier Brevik.

Japan er først ute i verden med å produsere gass kommersielt fra metanhydrat på havbunnen. Brevik er stolt over at JOGMEC velger Kongsberg-produkter.

– Det er litt av den samme teknologien vi bruker i SensIS, men tilpasset JOGMEC, sier Brevik.

Les også: Regjeringen med ny grense for iskanten

Klar for bruk

Toktet med Simrad Echo går mot slutten. Cnoder og sensorer blir fjernutløst og stiger sakte til overflaten. Forskerne fra Kongsberg Maritime, Sintef og Nortek fisker opp utstyret og legger det på dekk.

– Nå er det hjem og skrive sluttrapport. Den er klar i mars, sier Jørgensen i Nortek.

Totalt sett har både is-sensorer og kommunikasjonsnettverk fungert som planlagt.

Konklusjonen blir at SensIS er mer eller mindre klar for bruk. Så er det opp til politikerne å finne ut hvor iskanten går og om Statoil og andre oljeselskap skal få lov til å bore. I så fall er SensIS er kommersielt produkt.

Les mer:

Flytebrygge skal ta imot cruiseskip, lagre drivstoff, huse ansatte og laboratorium

Skal fly med nattbriller i Arktis  

 

Slik skal forskerne lage materialer som tåler kulden i Arktis