fields for the cultivation of various species of macroalgae in a protected and exposed environment and has recommended an additional NOK 2 million investment in 2020 in the project they have named Ocean Seaweed Centre. Based on experience from the Akvalab and Tareal projects, we want to explore the possibilities to go further offshore to maximize the biological growth potential of seaweed and at the same time minimize conflicts with e.g. shipping traffic, fishery, salmon farming and other interests. A promising use of cultivated seaweed is to capture CO2. This will require large cultivation areas to make a climate impact. Some rough estimates indicate nevertheless that it can be cost efficient compared to other alternatives with the same impact.
Going forward, the county has ordered a research project to evaluate potential technologies for processing of macroalgae. Møreforsking AS, the local research institute with expertise within marine raw materials, will conduct this research to find the most feasible processing technology to set up in a testing facility. One of the key challenges for the industry is to maintain high quality after harvest, as large amounts of biomass will be harvested within a limited period (approx. 4-6 weeks). A market research must also be conducted to find the right market segments and compile this with the best processing pathway for the seaweed.
Innovative and existing technologies can be transferred from other industries with some modifications. The most promising concepts include:
• Sensors for monitoring environmental conditions, seaweed growth and integrity of seaweed farms.
• Real time camera surveillance using ROV/AUV.
• New or modified vessels with mechanized and automated harvesting tools.
• Process technologies to create different products (testing other seaweed species and mix with other marine raw materials).
References
ALVER, M. O., SOLVANG, T. & DYBVIK, H. 2018. D5.4 State of the art - MACROSEA WP5. SINTEF report 2018:00045, ISBN: 978-82-14-06664-7
BAK, U. G. 2019. Seaweed cultivation – company experiences from the Faroe Islands. SIG Seaweed 5 Conference. Trondheim.
BAK, U. G., MOLS-MORTENSEN, A. & GREGERSEN, O. 2018. Production method and cost of
commercial-scale offshore cultivation of kelp in the Faroe Islands using multiple partial harvesting.
Algal Research-Biomass Biofuels and Bioproducts, 33, 36-47.
BALE, E. S. 2017. Development of area efficient and standardized structures for large-scale macroalgae cultivation. SINTEF report OC2017A171, ISBN: 978-82-7174-310-9.
BERGGREN, C. E. L. 2018. Exploration and evaluation method for seaweed cultivation installations in Europe. NTNU.
BERGGREN, C. E. L. 2019. Design of a seaweed cultivation vessel for inshore operations. Master thesis, NTNU.
BROCH, O. J., ALVER, M. O., BEKKBY, T., GUNDERSEN, H., FORBORD, S., HANDÅ, A., SKJERMO, J. & HANCKE, K. 2019. The Kelp Cultivation Potential in Coastal and Offshore Regions of Norway. Frontiers in Marine Science, 5.
BROCH, O. J., SKJERMO, J. & HANDÅ, A. 2016. Potensialet for storskala dyrking av makroalger i Møre og Romsdal. SINTEF rapport A27869, ISBN: 978-82-14-06099-7
DNV GL 2010. Recommended Practice DNV-RP-C205, Environmental Conditions and Environmental Loads.
DNV GL 2015. DNVGL-OS-C101 Design of offshore steel structures, general - LRFD method. DNV GL.
ENDRESEN, P. C., NORVIK, C., KRISTIANSEN, D., BIRKEVOLD, J. & VOLENT, Z. Current induced drag forces on cultivated sugar kelp. OMAE2019. ASME 2019 38th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, 2019 Glasgow. ASME.
ESEA MARINE 2019. Oppdragsrapport - Kartlegging av bunnforhold - Klovningen.
FAO 2018. The global status of seaweed production, trade and utilization. Globefish Research Programme Vol. 124. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations.
GROENENDIJK, F., HUIJGEN, W. J. J., DIJKSTRA, J. W. & VAN HAL, J. W. 2016. North-Sea-Weed-Chain Sustainable seaweed from the North Sea; an exploration of the value chain. IMARES C055/16.
Energy Research Centre of the Netherlands.
NORSK STANDARD 2009. NS 9415:2009 Flytende oppdrettsanlegg - Krav til utforming, dimensjonering, utførelse, installasjon og drift. Standard Norge,.
OCEAN FOREST 2017. Offentleg høyring - Søknad om løyve til oppdrett av blåskjel og tare - Toneset.
Tysnes kommune.
PEREIRA, R. & YARISH, C. 2008. Mass Production of Marine Macroalgae. Ecological Engineering.
SAMFERDSELSDEPARTEMENTET 2013. Forskrift om farvannsskilt og navigasjonsinnretninger.
SINTEF OCEAN. u.d. FhSim - Simulation of Marine Operations and Systems [Online]. https://fhsim.no/.
SKJERMO, J., BROCH, O. J., ENDRESEN, P. C., FORBORD, S. & LONA, E. 2020. Utgreiing av vekst hos dyrkede makroalger på en eksponert og en skjermet lokalitet i Møre og Romsdal - Tareal 2.
SINTEF rapport 2020:01053. ISBN: 978-82-14-06496-4.
SLAGSTAD, D. & MCCLIMANS, T. A. 2005. Modeling the ecosystem dynamics of the Barents sea including the marginal ice zone: I. Physical and chemical oceanography. Journal of Marine Systems, 58, 1-18.
Appendices
A : Evaluation of pilot rig from Proaqua... 36 B : Evaluation of alternative concepts ... 42 C : Field layout Klovningen – bathymetric map provided by eSea Marine ... 44 D : Estimated extreme currents and waves at Klovningen ... 46 E : Test rig at Klovningen – simulation results from FhSim ... 54 F : Dimensioning of test rigs for Klovningen and Orstranda ... 56 G : Sketches of test rigs at Klovningen and Orstranda ... 58
A : Evaluation of pilot rig from Proaqua
Detaljer
Lengde svivel/anker [m] 8 (ifra svivel ned til bunn/anker)Diameter [m] 0.024
Vekt pr. fortøyning [kg] 180 (samlet vekt 4x180 kg)
Stivhet [GPa] 2
Ring
Diameter [m] 24
Vekt pr. lengde [kg/m] 20.6 (dette tilsvarer nøytral vekt i vann)
Rørdiameter [m] 0.16
Ønsket dybde [m] 10 (evt. posisjon avhenger av strømmen som kan dra ringen opp og ned)
Svivel
Vekt [kg] 200
Oppdrift [kg] 300 (bøye)
Tare og dyrkningsmatte
Maksimal vekt [kg] 1500 (totalt, tare + dyrkningsmatte)
Lengde på tau med tare [m] 150 (samlet lengde, antatt 2 m avstand mellom tauene)
Konfigurasjon
Bunn dybde [m] 38
Ønsket dybde på ringen [m] 10 (evt. posisjon avhenger av strømmen som kan dra ringen opp og ned)
Miljøtilstander i simuleringene
Håndberegninger av dragkrefter på tare oppsummeres i Vedlegg.
Resultater fra simuleringene
Tilstand 1 (kun strøm)
Simuleringen viser at med 180 kg på hver fortøyning kan anlegget ha tilstrekkelig horisontalstivhet for å motvirke strøm på 0.6 m/s når det er maks 1.5 tonn tare på ringen. For å sikre at ringen ikke blir dratt opp og ligger i horisontal posisjon, anbefales det at den må ha minst 50-100 kg vekt i vann.
Bøyene på nedstrøms side må ha minst 1.5 tonn samlet oppdrift (750 kg netto oppdrift per bøye), ellers kan alle bøyene blir dratt betydelig ned under vann når fortøyningene er strammet av ringen pga. strøm. Bøyene på oppstrøms side har lite å gjøre med horisontale krefter på ringen.
I en statisk tilstand blir ankerkreftene ca. 1.4 tonn i både horisontal og vertikal retning.
1.3
Diverse bilder av anlegget (Tilstand 1: Vc = 0.6 m/s, ingen bølger)
Tilstand 2 (strøm og bølger)
Selv om ringen ligger på 10 m dyp, kan det være betydelig større dragkrefter på tare og selve ringen når det er bølger på ca. 2 m (T = 4 s), i tillegg til strømmen (Vc = 0.6 m/s). Hvis ringen er nøytral i sjøen, er det ingenting som kan holde den horisontalt på 10 m dyp. I denne situasjoner er det stor risiko at ringen blir dratt opp mot overflaten hvor bølgeeffekten er enda større.
Tidsseriene nedenfor viser ankerkrefter for både 2m og 10 m dyp på ringen. Hvis man klarer å sikre ringen på 10 m dyp (ved f.eks. ekstra vekt) da blir maks ankerkreftene i både horisontal og vertikal retning ca. 4.5 tonn. Hvis ringen kommer delvis på overflaten, kan ankerkreftene bli ca. 9 tonn både horisontalt og vertikalt.
Krefter på anker når ringen ligger på 10 m dyp
0 50 100 150 200
Krefter på anker når ringen ligger på 2 m dyp
Ring med ekstra vekt
Det ble forsøkt "å rette" ringen når den ligger skjevt pga. bølger og strøm (Tilstand 2) ved å legge ekstra vekt på den. Bildene nedenfor viser at ringen må ha minst 500 kg ekstra vekt for at den kan balansere seg selv og motvirke store vertikale bevegelser.
Ring med nøytral vekt i vann
0 20 40 60 80 100
Ring med 100 kg vekt i vann
Ring med 500 kg vekt i vann
Konklusjon
Større bøyer og tyngre fortøyninger (se avsnitt Detaljer) kan holde anlegget i en akseptabel tilstand i en strøm på 0.6 m/s med forbehold at det er maks 1.5 tonn tare på dyrkningsmatte (tilsvarende 150 m tau med maks 10 kg tare pr meter lengde), og ringen er sikret mot tilt ved f.eks. 50-100 kg ekstra vekt på. Ankerkreftene blir ca. 1.4 tonn i både horisontal og vertikal retning.
Anlegget virker ustabilt i bølger. Selv om ringen ligger på 10 m dyp i strøm på opp til 0.6 m/s, blir den dratt opp når bølger kommer i tillegg. For å sikre at ringen forblir på ønsket dybde, må den ha minst 500 kg vekt i vann. I tillegg må bøyene på nedstrøms side ha samlet oppdrift på 2.5 tonn (1,25 tonn per bøye), og anker må klare å holde 4.5 tonn i både horisontal og vertikal retning.
B : Evaluation of alternative concepts
Results from simulation of vLine-concept:
Visualisation of vLine-concept in extreme wave condition:
Results from simulation of hLine-concept:
Visualisation of hLine-concept in extreme wave condition:
C : Field layout Klovningen – bathymetric map provided by eSea Marine
7006600 7006600
Klovningen: Dybder i sjøkart null - målt juni 2019
-60
D : Estimated extreme currents and waves at Klovningen
Contents
General ... 2
Waves ... 3
Currents ... 4
List of Tables and Figures
Table 1 Return values of significant wave height ... 3Table 2 Return values of current speed (depth=5m) ... 5
Table 3 Maximum current speed per directional sector ... 6
Figure 1 Map of the area ... 2
Figure 2 Return values of significant wave height ... 3
Figure 3 Projection of an arbitrary current vector (blue line) to all the neighboring sectors (green lines) . 4 Figure 4 Return values of current speed (depth=5m) ... 5
Figure 5 Maximum current speed per directional sector ... 6
General
Figure 1 Map of the area
In Figure 1, the location of the site is depicted (blue circle; partially overlapping with the current circle), as well as the data analyzed. Wave data (red circle) comes from the newly released ERA5 global dataset (https://www.ecmwf.int/en/forecasts/datasets/reanalysis-datasets/era5) and covers a 39- year long period (1979-2017) with 1-hourly data. Current data (green circle) comes from SINMOD run, refers to Depth=5m, and covers the period 2016.03.01–2017.01.23.
Waves
Extreme-value analysis for the wave location depicted in Figure 1 has been performed, using the Method of moments for return periods 10:10:100 years. The corresponding return wave height is given in Table 1, and plotted in Figure 2.
Table 1 Return values of significant wave height
Return period
(years) Return Hs 10 12.03 (m)
20 12.71
30 13.09
40 13.36
50 13.58
60 13.75
70 13.90
80 14.02
90 14.13
100 14.23
Figure 2 Return values of significant wave height
Currents
Figure 3 Projection of an arbitrary current vector (blue line) to all the neighboring sectors (green lines)
Before the analysis, all current vectors have been projected to the centerline of each directional sector (i.e., 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315 deg). In this way, their contribution is taken into account (proportionally) not only to the dir. sector where they belong to, but also the neighboring sectors.
In Figure 3, an example is given with an arbitrary current vector (blue line) is heading towards a direction of ~263 deg. According to the traditional analysis, this vector belongs to the directional sector [247.5 292.5]. However, by projecting it to the centerlines of all sectors, we clearly see that that there is a contribution also from the neighboring sectors (green lines 1-4): [157.5 202.5], [202.5 247.5], [247.5 292.5], [292.5 337.5]. A side effect is that the contribution to its own sector (in the present example [247.5 292.5]) is slightly decreased.
Table 2 Return values of current speed (depth=5m)
Return period
(years) Return v (m/s)
0.04 0.37
0.2 0.44
1 0.50
10 0.57
25 0.59
50 0.61
75 0.62
100 0.63
Figure 4 Return values of current speed (depth=5m)
NOTE. These extreme-value predictions seem to be a bit low and they should be used with caution.
Probable reason is that current data cover a short period of less than one year (2016.03.01-2017.01.22).
Table 3 Maximum current speed per directional sector
Direction
(deg) Max current speed (m/s)
0 0.2221
45 0.4958
90 0.5261
135 0.2491
180 0.2185
225 0.3514
270 0.4058
315 0.2649
Figure 5 Maximum current speed per directional sector
Alternative for Figure 5
E : Test rig at Klovningen – simulation results from FhSim
Results from simulation of vLine-concept, maximum tension in mooring lines (kN) in ULS (Ultimate Limits State) condition:
Results from simulation of vLine-concept, maximum tension in mooring lines (kN) in ALS (Accidental Limits State) condition:
Visualisation of vLine-concept in extreme wave condition:
F : Dimensioning of test rigs for Klovningen and Orstranda
Tabell 1: Dimensjonerende krefter i bruddgrensetilstand / ULS – Ultimate Limit State - Klovningen
Komponent
Tabell 2: Kapasitetskontroll av komponenter - Klovningen Komponent
Ankerliner - sjakler 5,5 11,0 40 0,28 Fortøyningssjakkel, Gunnebo,
MBL 40t
Ankerliner - løkke 5,5 11,0 68 0,16 Ring 32.0.6 Alloy Galvanisert
(32mm, MBL 68t)
Rammetau-sjakler 5,5 11,0 40 0,28 Fortøyningssjakkel, Gunnebo,
MBL 40t
Rammetau 5,5 16,6 16,8 0,99 3-Slått Megaline - 32mm
Bøyeline 3,1 9,3 16,8 0,55 3-Slått Megaline - 32mm
Bøyeline - sjakkel 3,1 6,2 6,5 0,96 Fortøyningssjakkel, Gunnebo,
MBL 40t
Dyrkingsline 1,0 3,1 4,5 0,69 3-Slått Megaline -16mm
Tabell 3: Dimensjonerende krefter i bruddgrensetilstand / ULS – Ultimate Limit State - Orstranda
Tabell 4: Kapasitetskontroll av komponenter - Orstranda Komponent
sjakler 1,2 2,3 60 0,04 Fortøyningssjakkel, Gunnebo, MBL 60t
Ankerliner -
løkke 1,2 2,3 68 0,03 Ring 32.0.6 Alloy Galvanisert (32mm,
MBL 68t)
Rammetau-sjakler 0,9 1,8 40 0,05 Fortøyningssjakkel, Gunnebo, MBL 40t
Rammetau 0,9 2,8 16,8 0,16 3-Slått Megaline -32mm
Bøyeline 0,8 2,4 16,8 0,14 3-Slått Megaline -32mm
Bøyeline - sjakkel 0,8 1,6 40 0,04 Fortøyningssjakkel, Gunnebo, MBL40t
Dyrkingsline 0,3 0,9 4,5 0,19 3-Slått Megaline -16mm