HAVBRUK2-Stort program for havbruksforskning

Dette prosjektet har hatt som hovedmål å øke forståelsen av oppførselen til flytende lukkede fleksible merder i bølger og strøm. Utviklingen av lukkede merder er motivert av ønske om å kunne kontrollere vannkvaliteten i merden, og dermed kunne eliminere viktige problem, f.eks. lakselus. Å gå fra en nettbasert merd til en lukket merd er det en del hydrodynamiske og konstruksjonsmessige utfordringer knyttet til. Når man lukker en merd endres konstruksjonens oppførsel signifikant, og en fleksibel lukket merd er en flytende konstruksjon som er svært forskjellig fra de aller fleste andre flytende konstruksjoner. Dette skyldes hovedsakelig den store massen konstruksjonene får når vannvolumet lukkes, samt at konstruksjonene er deformerbare. Det finnes svært lite tilgjengelig kunnskap om hvordan disse konstruksjonene oppfører seg i bølger og strøm, og fokuset i prosjektet er derfor å etablere slik kunnskap. Da dette prosjektet ble initiert i 2011 var det betydelig færre initiativ innen område lukkede merder en det er i dag (2017). Med bakgrunn i hvilke konsept som fantes da ble det valgt å fokusere på fleksible poser i dette prosjektet. Dette ble hovedsakelig valgt fordi poser ble ansett som den enkleste måten å koble lukkede merder til allerede eksisterende konstruksjoner og infrastruktur gjennom at f.eks. flytere fra konvensjonelle merder kunne brukes til posene også. Prosjektet har blitt ledet av SINTEF Fiskeri og havbruk, og det har hatt tre andre forskningspartnere: University of New Hampshire, United States Naval Academy (begge USA) og Norges Teknisk Naturvitenskapelige Universitet. I tillegg har prosjektet hatt åtte norske industripartnere. Prosjektet har også hatt en PhD stipendiat. Arbeidet i prosjektet har i hovedsak vært eksperimentelt forankret. Fem omganger med modellforsøk har blitt gjennomført. Modeller av merder med forskjellig form og konfigurasjon har blitt testet i bølger og strøm i slepe- og bølgetank. Måling av deformasjon, bevegelser og strømning i og rundt posene har blitt foretatt. Resultatene er rapportert gjennom vitenskapelig publikasjoner. Ved avslutningen av prosjektet har det totalt blitt publisert seks fagfellevurderte artikler, mens to artikler p.t. er under vurdering. Prosjektet har gjennomført to lengre (fler-dags) arbeidsmøter, og tre en-dags møter med industripartnerne. Dette har vært koordinert slik at industripartnerne har vært viktige bidragsytere inn mot forsøksplanlegging, samt at resultatene i prosjektet har blitt kommunisert ut til partnerne. Resultatene i prosjektet har vist at oppførselen til disse konstruksjonene er kompleks. En parameter som har vært undersøkt er fyllingsgrad. Ved normalt drift vil posene være fylt slik at det er et lite overtrykk inne i posen, og derigjennom ha en definert form. I visse tilfeller (pga. skade eller gitte operasjonelle betingelser) kan posen være underfylt. Det vil da ikke være et overtrykk i posen som opprettholder formen, og posen kan deformeres. I strøm vil en underfylt pose oppleve betydelig (opp mot 2.5x) større krefter enn en fylt pose. Dette vil kunne være kritisk i gitte situasjoner, og det vil være viktig å unngå sammenfall mellom underfylt tilstand og høye strømhastigheter. I bølger derimot, gir underfylt tilstand forbedret oppførsel. Bølgeforsøk med fylt pose viser at posene tåler svært lite bølger før det oppstår betydelig overslag av bølger slik at det transporteres vann utenifra og inn i posen. Dette fører så til at posen overfylles så mye at flyteren synker under overflaten og det oppstår en kritisk situasjon. Årsaken til at dette skjer er at den store massen som den fylte posen representerer ikke er i stand til å bølge bølgene i tilstrekkelig grad, og at tyngdepunktet til konstruksjonen omtrent ikke beveger seg i vertikal retning, og dette holder så igjen flyteren fra å bevege seg vertikalt. Følgelig skyller bølgene over flyteren. Hvis man har en underfylt pose derimot, vil flyterens bevegelse i større grad bli frikoblet fra posen. Dette gjør så at flyteren i større grad følger bølgene, og overslag unngås. Kvalitativ observasjon av lokal deformasjon av posen viser også at en overfylt pose vil kunne ha store utfordringer i form såkalte "snap-loads" i duken ved bølgeeksponering. Dette vil ha mindre effekt når posen er underfylt. Hovedkonklusjonene fra prosjektet er at slike poser vil ha en kompleks oppførsel i bølger, og vil i utgangspunktet være svært ømfintlig for bølgepåvirkning. Det er allikevel mulig å påvirke oppførselen i bølger, og en kan se for seg dette prinsippet brukt i konstruksjoner ved at automatisk kontroll justerer egenskapene til posen slik at den i best mulig grad følger bølgene. Det er et stort potensiale for havbruksnæringen som ligger i lukkede merder, men det er enda en vei å gå før disse konstruksjonene er forstått i tilstrekkelig grad til å kunne konstruere trygge og robuste løsninger.

Closed flexible cages (CFC) offers a route for developing closed fish production systems (CFPS) that might be faster than developing new CFPS in rigid material. The rationale behind this is that flexible floating systems are not far from the current net c age floating fish farm systems, and can be used in existing floating fish farms in combinations with net cages. It is important that any new system really do reduce sea lice infestation, reduce release of nutrients and reduce the probability of fish esca ping. The CFCs are structures that differ from most other ocean structures and since there is little previous experience with these kinds of structures, the importance of conducting basic research related to behaviour and operation, to avoid accidents an d unforeseen incidents, cannot be emphasized enough. The flexibility and deformation of the bag is closely coupled to the hydrodynamic forces, making the hydrodynamic load far more difficult to understand than that for a rigid structure. Therefore, techni ques to estimate dynamic movements and internal stresses need to be developed in order to limit the risk of fish escaping due to structural collapse or operational failures. In addition the enclosed body of water must be properly maintained to obtain goo d water quality, fish welfare and high bio-security. This project proposes to establish a better understanding of the internal flow and to look into ways of maintaining good water quality even as the bag deforms. The CFC system to be considered in this pr oject will use technology to remove seal lice and sludge. Reaching the objectives of the project will give the industry a better understanding of the behaviour, operation and reliability of closed flexible cages, and it will give the scientific community a starting point for further work on these systems. The contribution from the project will help the industry to increased reliability, safety and predictability of their CFC products.