Ein Weg zur Residenz

Von Elaine Maslin4 März 2020
(Foto: Olav Bruset)
(Foto: Olav Bruset)

In den letzten 12 Monaten hat sich ein lang ersehntes Konzept in der Unterwasserwelt endlich durchgesetzt. Die Idee wird jetzt in Gesprächen von Technologiechefs bei wichtigen Branchenveranstaltungen vorgestellt, anstatt nur im Mittelpunkt kleinerer Unterwasserveranstaltungen zu stehen. Aber wird die Straße holprig sein?

Während neue unterseeische Drohnen-Technologien jetzt erprobt, demonstriert und die ersten Aufträge vergeben werden, ist noch lange nicht klar, wie die tatsächliche kommerzielle Zukunft aussehen wird.

Die Idee ist attraktiv; Unterwasserroboter dauerhaft unter Wasser zu haben, reduziert den Bedarf an Menschen und teuren Schiffen vor der Küste und die damit verbundenen Emissionen. Laut Oceaneering beträgt der jährliche CO2-Ausstoß eines ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs (ROV) etwa 25.500 Tonnen. Wenn Sie eines seiner E-ROVs auf einer vorübergehenden Mission abgeben, würde dies auf 3.600 Tonnen reduziert. Die Verwendung eines permanent eingesetzten Fahrzeugs wie seines Freedom-Fahrzeugs würde es auf 500 Tonnen reduzieren. Dies ist möglicherweise auch unvermeidlich, wenn Führungskräfte in ihrem Unternehmen nach Möglichkeiten suchen, durch Digitalisierung, Automatisierung und Remote-Betrieb zu modernisieren und Effizienz zu erzielen. Für Equinor ist dies ein Wegbereiter für Unterwasserfabriken. Für andere ist es an der Zeit, dass ROVs ins 21. Jahrhundert kommen. Justin Rounce, CTO von TechnipFMC, sagte beispielsweise gegenüber Offshore Europe, dass sich die ROV-Technologie seit Jahrzehnten nicht geändert habe. Es ist an der Zeit, Technologien wie Computer Vision in diesem Bereich einzusetzen, sagt er.

Schritte wurden gemacht. Die Fernsteuerung von ROV-Systemen wird bereits durchgeführt. i-tech 7, ein Subsea 7-Unternehmen, verfügt über Kontrollzentren in Norwegen und Großbritannien, ebenso wie andere Unternehmen wie Fugro, Oceaneering und IKM Subsea.

Die Anbieter haben auch große Fortschritte bei der Entwicklung neuer Fahrzeugsysteme für einen scheinbar hungrigen Markt gemacht. Im vergangenen Jahr demonstrierte das Unterwasser-Elektroboboter Saab Seaeye, dass sein autonomes Sabertooth-Unterwasserfahrzeug (AUV) induktives Laden und Kommunizieren an der Unterwasser-Dockingstation (SDS) von Equinor durchführt. Der norwegische Betreiber hofft, die Einführung dieser Technologie zu fördern und den Anbietern die Möglichkeit zu geben, sich zu konzentrieren bei der Fahrzeugentwicklung, wenn alle zustimmen, dasselbe Docking-Design zu verwenden (Equinor hat mit der Subsea Wireless Group, dh SWiG und Deepstar, an drahtlosen und mechanischen Standards für diese gearbeitet).

Die Standardisierung könnte die Möglichkeit eröffnen, einen Uber AUV- oder On-Demand-Unterwasserrobotikdienst bereitzustellen. Pål Atle Solheimsnes, führender Berater für Unterwasserintervention, Tauchen und Pipeline-Reparatur, sagte gegenüber Offshore Europe: „Der Plan mit der UiD (Unterwasser-Interventionsdrohne) sieht vor, dass es sich um einen Uber-Dienst handelt. Wir möchten mit anderen Lizenzen, 1, 2, 3, teilen, die einen ganzen Bereich bedienen. Wir müssen sie nur zuerst testen und die Dockingstation einrichten, und dann werden wir diesen Service anbieten. Das ist Teil des großen Plans. “ John Brian von Chevron machte auf derselben Veranstaltung einen ähnlichen Kommentar. „Was ist mit UiD Uber? Im gesamten Becken investieren Unternehmen in ansässige Roboter, die jeder über seine App aufrufen kann, um zu sehen, welche verfügbar sind. “

Was wurde also getan? Es gibt viel Arbeit, Roboter für den permanenten Unterwasserdienst zu haben. Das US-amerikanische Unterwasser-Dienstleistungs- und Technologieunternehmen Oceaneering hat Arbeiten in sein Freedom-Fahrzeug gepflügt, dessen maßstabsgetreue Version für die intensive Softwareentwicklung in Norwegen verwendet wurde. Anschließend wurde demonstriert, wie das Andocken am Sicherheitsdatenblatt mithilfe von Akustik, visuellen Markern und Bildverarbeitung durchgeführt wird. und das Magnetfeld eines induktiven Verbinders, um in die Andockplatte einzusteigen. Offshore-Versuche mit einem vollwertigen Fahrzeug im Rahmen eines Pipeline-Inspektionsprojekts in Großbritannien werden in diesem Jahr erwartet, bevor es in Betrieb genommen wird. In der Zwischenzeit hat Saipem intensiv an seiner HyDrone-Fahrzeugreihe gearbeitet, von denen eines im Rahmen eines Handelsvertrags in diesem Jahr auf dem Njord-Feld von Equinor eingesetzt werden soll. Ein anderes Unternehmen, Subsea 7, verfügt über ein autonomes Inspektionsfahrzeug (AIV), das eine strukturierte Inspektion eines Unterwasserbaums im „vollständig autonomen Modus“ durchgeführt hat, nachdem es selbstständig dorthin navigiert ist.

Ein Großteil - aber nicht alle - dieser Aktivitäten wurde von Equinor vorangetrieben, das den Bau von Sicherheitsdatenblättern bezahlte, wobei eines an einem Teststandort vor Trondheim installiert wurde, eines auf dem Åsgard-Feld, um eine angebundene Version eines anderen Konzepts zu testen. Eelume wurde von einem in Trondheim ansässigen Unternehmen gebaut - und das dritte wird von Saipem vor seiner Bereitstellung zum Testen verwendet. Es wird davon ausgegangen, dass das Unternehmen sieben Mitarbeiter für das Snorre-Erweiterungsprojekt in Betracht zieht, um dort ansässige Drohnen zu installieren. Rune Aase, VP bei Equinor, berichtete einer Drohnen-Demonstrationsveranstaltung, die im vergangenen Jahr von Stinger AS, einem spezialisierten Unterwassertechnologieunternehmen in Norwegen, organisiert wurde, dass andere Bereiche für UiDs in Betracht gezogen werden, darunter Johan Sverdrup, Johan Castberg und Bay du Nord. "Dann gibt es all die Brachflächen, die von einigen Drohnen unterstützt werden sollten, und wir müssen untersuchen, wie wir das tun werden."

(Bild: Eelume)

Dazu muss eine Infrastruktur vorhanden sein - beispielsweise Stromnetze zum Aufladen von Fahrzeugen - und die Unterwasserausrüstung muss fahrzeugfreundlich sein. Wie wird die Verbindung zu verschiedenen Daten- und Steuerungsnetzwerken in einer Welt verwaltet, in der Fahrzeuge verschiedener Anbieter an unterschiedliche Dockingstationen andocken können? Dies ist etwas, worüber Jan Christian Torvestad von Equinor nachgedacht hat.

„Wenn ich ein Handy mit norwegischem Abonnement habe, kann ich trotzdem nach Amerika reisen und es nutzen, auch wenn der Dienst nicht dort ist - wir haben Vereinbarungen. Mit einer standardisierten Dockingstation kann ich Strom und Kommunikation erhalten und dann von einem Dienstanbieter sicherstellen, dass eine Drohne, die an einer Equinor-Dockingstation andockt, mit dem richtigen Kontrollraum verbunden ist “, sagt er. „Wenn es zu einer Shell-Dockingstation geht, bekommt es dann immer noch den gleichen Kontrollraum? Die Service-IT und -Architektur im Hintergrund müssen berücksichtigt werden. Es ist Teil des Puzzles. Es könnte ein Äquivalent zu einer SIM-Karte sein, die beweist, wer eine Verbindung herstellt, und dann einen dynamischen Datenfluss dorthin, wo sie benötigt wird. die Cloud, den Kontrollraum, den Bediener usw. “

Wie priorisieren Sie dann die Bandbreite und gewährleisten die Datensicherheit? Wie funktioniert das kommerziell? Es kann sogar Gebühren für das Anlegen und Aufladen eines Fahrzeugs an verschiedenen Dockingstationen geben, schlägt er vor. Beantworten Sie diese Fragen und „dann können Sie das Uber AUV und eine hohe Auslastung haben, da Sie von einer Mission zur nächsten und zwischen Unternehmen wechseln können“, sagt Torvestad. "Stellen Sie sich vor, wir haben eine ausreichende Anzahl von Betreibern im NCS (mit Drohnen), bei denen wir eine kritische Masse erhalten und die Standardisierung mechanisch, elektrisch und in der IT verwalten." Dies setzt voraus, dass alle gerne dieselben standardisierten Dockingstationen verwenden.

Eine Unterwasser-Dockingstation mit offenem Standard (Bild: Blue Logic)

Funktionieren die kommerziellen Modelle auch dann noch? Der Erfolg dieses Konzepts könnte zu einigen wesentlichen Änderungen bei der Durchführung von Unterwasseroperationen führen. "Wir stehen am Rande einiger wirklich großer Veränderungen in unserer Branche", sagte Stephen Gray, CEO des britischen ROV-Dienstleistungsunternehmens ROVOP, während der Unterwasserrobotik-Konferenz von Subsea UK in Aberdeen. Gray schlägt vor, dass die Änderung eine Änderung widerspiegeln wird, die bereits in anderen Branchen wie der Telekommunikation stattgefunden hat (denken Sie an Mobiltelefone und was mit Nokia passiert ist, als Apple aus dem Nichts kam).

Was weitere Fragen hinterlässt. Jim Jamieson, Strategie und Technologie, Entwicklungsmanager i-Tech 7, kommentierte auf der Veranstaltung von Underwater Robotics, dass mit zunehmender Automatisierung das Risiko von Schäden durch diese Fahrzeuge besteht und wann Sie einen Menschen in der Stadt brauchen oder nicht Schleife? Steffan Lindsø, Direktor für aufstrebende Technologie in Europa bei Oceaneering, sagte auf derselben Veranstaltung: „Es ist nicht die Technologieentwicklung, die zurückbleibt, sondern die kommerzielle Entwicklung, um sie zu nutzen. Der Kampf findet kommerziellen Wert. “ Einige Felder sind möglicherweise nicht dicht genug, damit ein residentes System Sinn ergibt. Wenn man sich jedoch Karten von Feldern in einem Gebiet ansieht, gibt es eine Dichte, aber die Felder werden von vielen verschiedenen Operatoren betrieben, sagt er. "Das wäre sehr sinnvoll, wenn es mit allen geteilt würde", sagt er. Für die Inspektion der dichten Offshore-Windparkinfrastruktur könnte dies ebenfalls sinnvoll sein, sagt er. Aber "Denkweisen müssen sich ändern, wie man Dinge macht und Treiber kostet."

Es gibt auch andere Ansätze, die gewählt werden könnten. Während Rounce daran interessiert war, die Weiterentwicklung von Unterwasserfahrzeugen voranzutreiben, hat sein Unternehmen auch Robotik - oder genauer gesagt Mechatronik - in die Unterwasserinfrastruktur eingebettet. Im August 2018 installierte TechnipFMC, das durch die Übernahme von FMC Technologies im Jahr 2017 den Manipulator und ROV-Hersteller Schilling Robotics übernahm, einen kompakten Roboterverteiler im brasilianischen Wasserwechsel-Gasverteiler mit vier Schlitzen. Ein Roboterarm wurde später installiert. Es kann 30 Ventile betätigen (die sonst jeweils einen Stellantrieb benötigen würden) und 30.000 Zyklen ausführen, sagt Rounce. Der Roboterarm wurde vier bis fünf Monate lang ohne Probleme betrieben und dann abgerufen, um die Auswirkungen eines langfristigen Einsatzes in der damaligen Unterwasserumgebung zu messen. Es sollte später im Jahr 2019 neu installiert werden. Ein zweiter Verteiler wird ebenfalls installiert. "Ich denke, wir kratzen nur an der Oberfläche der Möglichkeiten in diesen Bereichen", sagt Rounce.

Das würde eine weitere Sicht auf das Thema Robotik eröffnen. Welches Konzept - selbst die Anzahl der ansässigen Systeme, Fahrzeuge und sogar Dockingstationen - gewinnt, bleibt abzuwarten. Während Equinor seine Vision gefördert hat, waren andere Betreiber nicht so lautstark. Das Risiko besteht darin, dass sie unterschiedliche Anforderungen erfüllen und dass kein einzelnes Fahrzeug die Anforderungen eines einzelnen Betreibers erfüllt. Was den Markt einschränken würde. „Es wäre interessant, in 10 Jahren zu sehen, ob jemand Recht hat“, sagt Lindsø. Tatsächlich.

(Foto: Transmark Subsea)

Verbindungen herstellen
Die norwegische Transmark Subsea, die im vergangenen Jahr WiSub mit Sitz in Bergen gekauft hat, hat den stiftlosen 3-kW-Strom- und Kommunikationsanschluss Torden mit flachem Wandlerstil für den Einsatz in gebietsansässigen Fahrzeugen oder UiD-Dockingstationen entwickelt. Die Entwicklung, die eine gewisse Spalttoleranz beinhaltet, wurde im Rahmen eines gemeinsamen Industrieprojekts gestartet, an dem Equinor und ansässige Fahrzeughersteller beteiligt waren. 3 kW erfüllen die Anforderungen von inländischen Fahrzeugen, auch bei der Arbeit mit DCFO-Stromversorgungssystemen (kombinierte Gleichstromversorgung, Glasfaserkommunikationskabelsysteme, die Equinor untersucht hat).

Das Unternehmen verfügt außerdem über ein Fonn-System, ein 250-W-System, und Maelstrom mit 1.000 W. Im vergangenen Jahr lieferten WiSub und Transmark vor der Übernahme Produkte für ihre Dockingstationen an Equinor. Das Unternehmen hofft, den Auftrag zum Bau von sieben Dockingstationen für das geplante Snorre-Erweiterungsprojekt zu erhalten.

(Foto: SMD)

Um die Ecke denken
Alle elektrischen Systeme beginnen, Unternehmen von den traditionellen strengen Formfaktoren zu befreien, die ROVs traditionell annehmen. Mit einem flexibleren modularen Gurt können Fahrzeuge aus standardisierten Bausteinen gebaut werden.

Saab Seaeye hat Geräusche in diese Richtung gemacht und dabei die Smarts verwendet, die es für den Sabertooth für neue Elektrofahrzeuge entwickelt hat.

Eine andere Firma, die den Raum für Fahrzeuge betreten möchte, ist SMD. Letztes Jahr hat es sein Quantum EV ROV auf den Markt gebracht. Während das Quantum EV ROV für Schlagzeilen sorgte, startete SMD eine Technologie-Suite anstelle eines einzelnen ROV, das auf einem offenen elektrischen Rahmen für jedes Fahrzeug basiert und für eine Vielzahl von angebundenen oder nicht angebundenen Vorgängen angepasst werden kann.

Mark Collins, SMD-Direktor für Remote- und autonome Technologien, sagte, dass vier Jahre Arbeit in das Design gesteckt wurden, das 2020 als Produkt erhältlich sein wird - aber auch als Kabelbaum für andere Formfaktorsysteme wie AUVs verwendet werden soll wegen seiner Modularität.

Laut Collins wurde Key vollelektrisch mit einem eigens entwickelten elektrischen 25-kW-Gleichstromantriebssystem betrieben, um es umweltfreundlicher und gleichzeitig energieeffizienter zu machen als mit hydraulisch angetriebenen Systemen. Dazu gehören ein neues Triebwerk, das auf einem geschlossenen Magnetgetriebe mit nur zwei beweglichen Teilen basiert, und ein neues HV-DC-Übertragungssystem. Dies bedeutet, dass Versorgungsleitungen mit kleinerem Durchmesser verwendet werden können und bis zu 6.000 Meter tief sind, wodurch ein 680-Volt-Ring-Haupt-Gleichstromsystem mit Strom versorgt wird, das Plug-and-Play-Systeme ermöglicht.

Es wurde für den Betrieb mit oder ohne Kabel mit einer Batterie als residentes System entwickelt oder von bemannten oder unbemannten Schiffen aus eingesetzt. Das Design zielt darauf ab, die einfache Integration zukünftiger Technologien zu ermöglichen, beispielsweise Entwicklungen in der künstlichen Intelligenz.

Laut Collins wird der EV im Vergleich zu Hydrauliksystemen 20% mehr Schub und 50% weniger bewegliche Teile haben. Es ist außerdem 20% kompakter und 20% leichter, sodass es von kleineren Schiffen aus bedient werden kann. Für die Verwendung von Hydraulikwerkzeugen - bis zur Entwicklung vollelektrischer Werkzeuge - wurde ein Hydraulikaggregat mit den neuen Gleichstrommotormotoren und neuen Hydrauliksteuergeräten entwickelt. Wenn Elektrowerkzeuge kommen, können sie in dem durch Entfernen der Hydraulik freigewordenen Raum im Fahrzeug aufbewahrt werden, anstatt dass Kufen hinzugefügt werden müssen.

„Die Technologie ist eine Familie industrialisierter Bausteine für Unterwassermaschinen“, sagt Collins. „Diese sind skalierbar und können zu verschiedenen Maschinen zusammengeführt werden. Wir haben ein Work Class ROV mit der Technologie für den ersten Start erstellt, aber das liegt daran, dass es bekannt ist. Wir hätten leicht eine Unterwasser-Interventionsdrohne oder einen anderen Fahrzeugtyp entwickeln können. “

(Bild: Teledyne)

Unterwasseraufladung
Teledyne hat einen auf Brennstoffzellen basierenden „Subsea Supercharger“ entwickelt, der ferngesteuerte Energie für Fahrzeuge unter Wasser liefert - oder für alles andere, was Strom auf dem Meeresboden benötigt. Das Unternehmen stellt seit Jahren Brennstoffzellen her, und obwohl es viele verschiedene Typen für die Vielzahl von Unterwasserfahrzeugen herstellen kann, hielt es das Unternehmen auch für ordentlich, eines zu haben, das viele Fahrzeuge verwenden können, Dr. Thomas Valdez, Teledyne , Manager, Chemical Engineering, sagte auf einem Treffen der Society of Underwater Technology in Aberdeen. "Die meisten Kunden wollen kein Oberflächensystem, sie wollen das Fahrzeug abstellen und ein System haben, mit dem es aufgeladen werden kann", sagte Valdez. Diese Technologien - ansässige Fahrzeuge - sind noch ziemlich im Entstehen begriffen, daher hat sich Teledyne mit anderen Anwendungen befasst, z. B. wo Unterwassersysteme möglicherweise zusätzlichen Strom benötigen - wo Brownfield-Bedarf an Strom zum Einspritzen oder Boosten besteht oder Probleme mit ausgefallenen Versorgungsleitungen auftreten, sagte Valdez.

Valdez ist ein Elektrochemiker, der seit 25 Jahren im Weltraum an Stromversorgungssystemen wie dem thermoelektrischen Radioisotop-Generator (RTG) von Mars Rovers arbeitet. Während RTGs im Weltraum gut funktionieren, erfordern sie die Verwendung von Plutonium. Für Unterwasser konzentrierte sich Teledyne auf eine Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran (PEM) - eine Technologie, die andere auch für den Einsatz mit größeren unbemannten Unterwasserfahrzeugen entwickelt haben.

In einer PEM-Brennstoffzelle werden Wasserstoff und Sauerstoff einem Polymermembranelektrolyten und Elektroden auf Platinbasis zugeführt, um mit Wärme und Wasser als Nebenprodukt Strom zu erzeugen. „Die Technologie gibt es seit den 1950er Jahren, sie war jedoch teuer, sodass sie nicht abgenommen wird“, sagt Valdez. "Es beginnt mit großen Systemen wie Zügen, aber nicht mit persönlichen Transportmitteln." Eine Variation dieser Technologie ist eine Ejektor-Reaktor-Brennstoffzelle (EDR). Dies hat keine beweglichen Teile, sondern verwendet eine Änderung des Brennstoffzellendrucks während des Stromerzeugungsprozesses, um die Zirkulation der Reaktanten und die Entfernung des Wassers durch Wasser als Nebenprodukt zu ermöglichen. Eine Unterwasserversion mit einer Leistung von 8 kWh ist in einem Druckbehälter mit einem Wasserausstoßsystem untergebracht - der einzigen neuen Komponente für den Unterwassereinsatz -, da sie mit 5 psig arbeiten muss. Das Gerät, das zuletzt in Stavanger war (wo Teledyne Versuche zu finden hofft), wiegt 1,2 Tonnen und enthält Teledyne Wet Mate-Steckverbinder und ein akustisches Teledyne Benthos-Modem. Laut Valdez sind die Einheiten mit einer Leistung von mehr als 1 MWh in der Größe eines 20-Fuß-ISO-Containers Hot-Swap-fähig und können jeweils bis zu 30 Mal betankt werden, bevor sie wieder aufgebaut werden müssen. Anstatt sie unter Wasser zu tanken, können sie einfach ausgetauscht werden. Die Testeinheit wurde durch Vibrationstests, vollständige Fehlermodus- und Effektanalyse bei -20 bis 70 ° C und simulierte Tests auf 1.000 m bei 1.500 psi getestet. Der nächste Schritt von Teledyne wäre die Qualifizierung auf 1.000 und möglicherweise 2.000 Meter.

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