Forskere tester havrobotter for at gøre undersøiske kabelundersøgelser hurtigere og billigere

I 2016 da et olietankskib ud for det britiske fastland stødte på en plet af stormvejr nær Kanaløerne, den kastede anker for at vente på tingene. Øjeblikke senere, internethastigheder på den britiske ø Jersey styrtdykkede.

Det viser sig, da ankeret ramte bunden, den fangede et par netværkskabler på havbunden og skar dem af, forlader internetbrugere på tværs af øen midlertidigt uden adgang.

Internetkabler er ikke den eneste form for undervandsledninger, der er sårbare over for hakker på havbunden. Højspændingskabler, der leverer strøm fra fastlandet til havvindmølleparker, er også lette mål, hvis de ikke er tilstrækkeligt beskyttet. Disse sorte, gummibelagte kabler er ikke de mest glamourøse komponenter i havvind – men de er kritiske energiårer, som vindoperatører, udviklere, og kystsamfund er afhængige af at holde denne helt nye kilde til ren energi i USA i gang.

"De fleste mennesker fokuserer på vindmøllevingerne for at sikre, at et offshore vindenergiprojekt bliver vellykket, men de undersøiske kabler, der bringer den strøm til land, er lige så vigtige, " sagde Anthony Kirincich, en fysisk oceanograf hos WHOI. "Strøm kan afbrydes af kabelskader fra skibsankre, fisketrawlere, eller storme. Så, disse kabler skal rutinemæssigt undersøges og vedligeholdes for at sikre, at et projekt vil fortsætte med at levere strøm til nettet, og indtægter til operatørerne."

Behovet for fart

Undersøiske kabler er traditionelt blevet inspiceret ved hjælp af skibe med trukne instrumenter såsom sub-bottom profilers, side-scan ekkolodssystemer, og kameraer. De tjekker om kabler er begravet i den rigtige dybde, hvis de er i den rigtige position, eller hvis de er udsat på en måde, hvor de let kan blive fanget af ankre eller trawlnet.

Den skibsbaserede tilgang virker, men brugen af ​​skibe kan være ekstremt dyr og tidskrævende. Kirincich siger, at autonome undervandsfartøjer (AUV'er) - en del af oceanografisk forskning - kunne bruges i stedet for store, dyre skibe til at udføre kabelundersøgelser meget hurtigere og til langt lavere omkostninger.

"AUV'er kan skære ned på skibsomkostninger og vejrforsinkelser, samtidig med at det reducerer den tid, det tager at indsamle de data, som operatørerne har brug for for at vurdere deres undervandsinfrastruktur, " han sagde.

Kommer til en havbund nær dig

Indtil for nylig, der har ikke været et stort behov for skibsbaserede undersøgelser i den amerikanske havvindsektor, simpelthen på grund af det faktum, at kun én offshore-facilitet - Block Island-vindmølleparken ud for Rhode Island-kysten - er i drift i øjeblikket. Men det er ved at ændre sig. Nye offshore-udviklinger er i horisonten, delvist drevet af en energiregning vedtaget i Massachusetts – En lov til fremme af energidiversitet – som kræver, at statslige forsyningsselskaber trækker på mindst 1, 600 megawatt offshore vindenergi inden 2027. Vineyard Wind, en udvikler i New Bedford, Masse., nappet statens første offshore vindkontrakt og planlægger at bygge et 800 megawatt anlæg bestående af 100 turbiner i føderale farvande syd for Martha's Vineyard. Og andre firmaer opretter byggepladser og driftskontrakter for områder op og ned langs østkysten.

Flere vindmølleparker betyder flere undersøiske kabler. Så WHOI-forskere, ivrige efter at dele deres egen bedste praksis og tekniske knowhow med havvindsektoren, for nylig felttestede en REMUS (Remote Environmental Monitoring UnitS) AUV for at se, hvordan den klarede sig under en falsk kabelundersøgelse. Designet af WHOI's Oceanographic Systems Lab, REMUS er en torpedoformet havrobot, der opererer autonomt og programmeres og overvåges via laptop. Køretøjet bruger en propel og finner til styring og dykning, og er afhængig af et internt navigationssystem til uafhængigt at undersøge skår af havet.

"REMUS er en af ​​de mest dygtige AUV'er, der findes i dag til undersøgelse af havbunden, " sagde WHOI-ingeniør Robin Littlefield. "Det fungerer som en fleksibel platform for forskellige typer undervandssensorer. I den forstand det er en arbejdshest, som vi nogle gange sammenligner med en pickup truck, som man kan udstyre med stort set alt."

På en mission

WHOI-forskere indsatte AUV til at undersøge et undersøisk kabelsystem i Buzzards Bay, der forbinder Martha's Vineyard med netstrøm fra fastlandet. Til denne særlige felttest, Littlefield og hans team modificerede en standard REMUS 600 med magnetometersensorer - en indbygget i næsen af ​​køretøjet og en anden, mindre monteret ovenpå - for at spore undervandskablet. AUV'en blev transporteret offshore med en lille støttebåd, og undersøgte en en kilometer lang kabelsektion ved hjælp af et plæneklipperlignende mønster et par meter over havbunden.

Hver gang køretøjet krydsede kablet, magnetometrene opfangede det elektromagnetiske felt, der kom fra det, og registrerede en "spids". Et side-scan sonar system, også monteret på AUV, blev brugt til at afbilde og kortlægge havbunden omkring kablet for at indsamle detaljerede oplysninger såsom tilstedeværelsen af ​​huller i sedimentet, der beskytter kablet.

"Vi var i stand til at indsamle side-scan, under-bund, og magnetometerdata fra et enkelt REMUS-køretøj i løbet af få timer, sagde Littlefield. Det kan have taget dage med et skib.

Brug af støttebåden hjalp med at strømline felttestningen, men Littlefield siger, at AUV'en kan køres direkte fra land i fremtiden for at gøre processen endnu mere effektiv.

Ud over proof-of-concept

Det næste trin vil være at analysere de registrerede data, en proces, der vil involvere visuel overlejring af side-scan-ekkolod og magnetometermålinger for at sikre, at de korrelerer. Forskerne vil også sammenligne elektromagnetiske signalmålinger fra de større, indbyggede magnetometersensorer til de mindre, topmonteret sensor.

"Når vi er i stand til at sandsynliggøre ydeevnen af ​​det mindre magnetometer, vi vil se på at udvikle en billig sensorsuite baseret på den teknologi, der kan blive en standard på REMUS-køretøjer, " sagde Littlefield. "Dette vil i sidste ende gøre det endnu mere økonomisk for offshore vindindustrien at indsamle de oplysninger, de har brug for for at vurdere status for deres infrastruktur."

Kirincich er enig, og siger, at generelt, AUV'er er et godt eksempel på en gennemprøvet havteknologi, der kunne og bør udnyttes til amerikanske havvindprojekter.

"Som oceanografer, vi har en rolle at spille i at overføre nye teknologiske løsninger til havvindsektoren, " sagde han. "REMUS er et værktøj, vi i høj grad er afhængige af, som kunne overføres til industrien til fordel for det."