Prosjektnummer
910641
Produksjonsmiljø, fisketetthet og strukturell integritet vurderinger for flytende lukkede merder (FLOprod)
De siste årene har flere lukkede merder i sjø blitt bygget både for postsmolt og matfisk. Flere tidligere studier viser at disse merdtypene har lovende biologiske og miljømessige resultater. For å sikre tilstrekkelig vannutskiftning i større enheter med høye fisketettheter, må man forvente nye vannstrømningsmønstre, og effekter på fiskeadferd og velferd. Dagens studier og anbefalinger er gjort i mye mindre enheter, og nye undersøkelser av hydrodynamikk i enheter med relevant størrelse og utforming er derfor nødvendig for å etablere relevante anbefalinger. For å sikre utvikling av løsninger som kombinerer god vannutskiftning, og levemiljø for fisken, samt høy teknisk integritet, er det viktig å etablere en helhetlig metodikk for evaluering og risikovurdering. De tre forskningsmålene som støtter dette arbeidet er beskrevet nedenfor.
Hydrodynamikk og effekt av fisketetthet
Basert på målinger utført på små fiskekar og mellomstore store lukkede merder (jf. prosjektet “Miljøkrav for god fiskevelferd og fiskehelse i lukkede merder i sjø (BIOCLOSED)” (FHF-901906)), er tettheten ikke den eneste faktoren som påvirker strømningsmønsteret. Andre parametere, som størrelse på fisken, antall individer, svømmeatferd og utforming av merdvolumet er viktig. Erfaringer fra småskala fiskekar kan dermed ikke direkte overføres til systemer i veldig stor skala.
Atferd av fisk i store lukkede merder
Det er gjennomført en rekke studier av adferd hos fisk i åpne merder, der det er funnet effekter av faktorer som lys, tid på døgnet, plassering av fôringspunkt, strøm, bølger, temperatur og oksygenforhold på laksens oppholdssted. Det er imidlertid ikke vist hvordan laks posisjonerer seg i lukkede merder med en størrelse som er relevant for kommersiell drift.
Numerisk metode for modellering av strøm, fisk og deformasjon i konstruksjoner
Det finnes noen numeriske metoder, men de fleste er komplekse og kan ikke håndtere strømning, fisk og strukturell deformasjon samtidig. Men ved bruk av spesifikke strategier som fokuserer på noen av disse parameterne, er det mulig å simulere forskjellige problemer der disse parameterne samhandler. F.eks, SINTEF Ocean har utviklet en individbasert atferdsmodell for atlantisk laks som er implementert med en strukturelle modellen for en merd i simuleringsverktøyet “FhSim”. FhSim-modellen gir høy grad av fleksibilitet til å kombinere ulike matematiske modeller, for sanntidspresentasjon av komplekse systemer. Den integrerte fiske- og merdmodellen er i stand til å simulere fullskala fiskepopulasjoner
Basert på resultater fra disse tidligere prosjektene, vil man i FLOProd først utføre målinger i storskala, kommersiell produksjon i lukkede merder med ulike design for både matfisk og postsmolt for å samle inn nye og unike data som skal brukes til validering av numerisk modellering. Videre vil man modellere hydrodynamikk og fiskeatferd ved hjelp av numeriske verktøy, og vurdere den tekniske integriteten av lukkede merder under påvirkning av salinitetsforskjeller.
Hydrodynamikk og effekt av fisketetthet
Basert på målinger utført på små fiskekar og mellomstore store lukkede merder (jf. prosjektet “Miljøkrav for god fiskevelferd og fiskehelse i lukkede merder i sjø (BIOCLOSED)” (FHF-901906)), er tettheten ikke den eneste faktoren som påvirker strømningsmønsteret. Andre parametere, som størrelse på fisken, antall individer, svømmeatferd og utforming av merdvolumet er viktig. Erfaringer fra småskala fiskekar kan dermed ikke direkte overføres til systemer i veldig stor skala.
Atferd av fisk i store lukkede merder
Det er gjennomført en rekke studier av adferd hos fisk i åpne merder, der det er funnet effekter av faktorer som lys, tid på døgnet, plassering av fôringspunkt, strøm, bølger, temperatur og oksygenforhold på laksens oppholdssted. Det er imidlertid ikke vist hvordan laks posisjonerer seg i lukkede merder med en størrelse som er relevant for kommersiell drift.
Numerisk metode for modellering av strøm, fisk og deformasjon i konstruksjoner
Det finnes noen numeriske metoder, men de fleste er komplekse og kan ikke håndtere strømning, fisk og strukturell deformasjon samtidig. Men ved bruk av spesifikke strategier som fokuserer på noen av disse parameterne, er det mulig å simulere forskjellige problemer der disse parameterne samhandler. F.eks, SINTEF Ocean har utviklet en individbasert atferdsmodell for atlantisk laks som er implementert med en strukturelle modellen for en merd i simuleringsverktøyet “FhSim”. FhSim-modellen gir høy grad av fleksibilitet til å kombinere ulike matematiske modeller, for sanntidspresentasjon av komplekse systemer. Den integrerte fiske- og merdmodellen er i stand til å simulere fullskala fiskepopulasjoner
Basert på resultater fra disse tidligere prosjektene, vil man i FLOProd først utføre målinger i storskala, kommersiell produksjon i lukkede merder med ulike design for både matfisk og postsmolt for å samle inn nye og unike data som skal brukes til validering av numerisk modellering. Videre vil man modellere hydrodynamikk og fiskeatferd ved hjelp av numeriske verktøy, og vurdere den tekniske integriteten av lukkede merder under påvirkning av salinitetsforskjeller.
Hovedmål
Å muliggjøre utvikling og øke bruken av store og trygge flytende lukkede merder i sjø ved å øke forståelsen av samspillet mellom fisketetthet, atferd og hydrodynamikk i ulike typer systemer og ved å vurdere kritiske feilmekanismer for å sikre strukturell integritet
Delmål (med korresponderende arbeidspakker (AP-er))
1. Å kartlegge samspillet mellom hydrodynamikk, massetetthet og betydning av biomasse i to store lukkede merder med ulike oppsett (AP1).
2. Å dokumentere fiskeatferd inni store lukkede merder med ulike oppsett (AP2).
3. Å utvikle og utføre 3D-strømningssimulering (CFD) sammen med en individuell fiskebasert modell og validering med de utførte målingene (AP2).
4. Å simulere strømningsforhold og fiskeatferd i flere ulike konsepter for lukkede merder (AP2).
Å muliggjøre utvikling og øke bruken av store og trygge flytende lukkede merder i sjø ved å øke forståelsen av samspillet mellom fisketetthet, atferd og hydrodynamikk i ulike typer systemer og ved å vurdere kritiske feilmekanismer for å sikre strukturell integritet
Delmål (med korresponderende arbeidspakker (AP-er))
1. Å kartlegge samspillet mellom hydrodynamikk, massetetthet og betydning av biomasse i to store lukkede merder med ulike oppsett (AP1).
2. Å dokumentere fiskeatferd inni store lukkede merder med ulike oppsett (AP2).
3. Å utvikle og utføre 3D-strømningssimulering (CFD) sammen med en individuell fiskebasert modell og validering med de utførte målingene (AP2).
4. Å simulere strømningsforhold og fiskeatferd i flere ulike konsepter for lukkede merder (AP2).
5. Å bidra til økt kunnskap og forståelse av dynamisk respons ved ulik salinitet i en fleksibel lukket merd med duk (AP3).
Resultatene fra FLOProd-prosjektet vil være relevante for alle som oppdretter (eller har planlagt) laks (både nasjonalt og internasjonalt) i lukkede merder, fiskehelsetjenester, utstyrsleverandører, regionale og nasjonale tilsynsmyndigheter (f.eks. Mattilsynet) og andre interessenter.
Prosjektets funn og leveranser vil bidra til en forbedret forutsigbarhet og kontroll på produksjonen gjennom økt kontroll av produksjonsmiljøet i forskjellige typer av store lukkede merder.
Mer spesifikt vil prosjektet:
1. søke å finne optimale tettheter for produksjon av laks i store lukket merd i sjø, sett i sammenheng med hydrodynamikk som er avhengig av design av systemer. Resultatene fra prosjektet vil være generiske for flytende, lukkede merder, dvs ikke knyttet spesifikt til det produksjonssystemet som vi har valgt å benytte i dette prosjektet
2. dokumentere fiskens atferd i store lukkede merder under ulike miljøforhold, noe som kan brukes til å optimalisere drift som for eksempel fôring
3. gi nyttige opplysninger til oppdrettere og leverandører angående utfordringer med teknisk integritet under spesifikk drift, som for eksempel salinitetsforskjeller og mulig kollaps av fleksible duk-baserte merdsystemer
Prosjektets funn og leveranser vil bidra til en forbedret forutsigbarhet og kontroll på produksjonen gjennom økt kontroll av produksjonsmiljøet i forskjellige typer av store lukkede merder.
Mer spesifikt vil prosjektet:
1. søke å finne optimale tettheter for produksjon av laks i store lukket merd i sjø, sett i sammenheng med hydrodynamikk som er avhengig av design av systemer. Resultatene fra prosjektet vil være generiske for flytende, lukkede merder, dvs ikke knyttet spesifikt til det produksjonssystemet som vi har valgt å benytte i dette prosjektet
2. dokumentere fiskens atferd i store lukkede merder under ulike miljøforhold, noe som kan brukes til å optimalisere drift som for eksempel fôring
3. gi nyttige opplysninger til oppdrettere og leverandører angående utfordringer med teknisk integritet under spesifikk drift, som for eksempel salinitetsforskjeller og mulig kollaps av fleksible duk-baserte merdsystemer
Prosjektorganisering
Prosjektet vil være et forskningssamarbeid mellom SINTEF Ocean, Danmarks Tekniske Universitet (DTU), Nova Sea AS, AquaFarm AS og Cermaq AS. Prosjektet vil ledes av SINTEF Ocean. SINTEF Ocean skal bidra innen fagområder som hydrodynamikk, fiskeatferd, avanserte målemetoder og numeriske modeller. Danmarks Tekniske Universitet med seksjon for fluidmekanikk, kyst- og maritim teknikk, skal bidra med sine langvarig ekspertise innen simuleringsmodeller med avanserte analytiske og numeriske modeller for lukkede og åpne fiskemerd i bølger og strømmer. Nova Sea AS er blant landets største oppdrettsselskaper og bruker av en 30.000 m3 fullskala lukket merd fra Fishglobe, som skal brukes til målingene inni prosjektet. Aquafarm Equipment AS utvikler og leverer teknologi for lukkede merder med særlig fokus på vannfordeling, vannkvalitet og fiskevelferd. I prosjektet vil målingene bli utført inne i den nyeste generasjonen av lukkede merd (21.000 m3) fra AquaFarm på en lokasjon fra CERMAQ.
Gjennomføringen er organisert i fire arbeidspakker (AP-er).
AP1: Hydrodynamikk, massetetthet og betydning av biomasse
Ansvarlig: Pascal Klebert (SINTEF Ocean AS)
Prosjektet vil være et forskningssamarbeid mellom SINTEF Ocean, Danmarks Tekniske Universitet (DTU), Nova Sea AS, AquaFarm AS og Cermaq AS. Prosjektet vil ledes av SINTEF Ocean. SINTEF Ocean skal bidra innen fagområder som hydrodynamikk, fiskeatferd, avanserte målemetoder og numeriske modeller. Danmarks Tekniske Universitet med seksjon for fluidmekanikk, kyst- og maritim teknikk, skal bidra med sine langvarig ekspertise innen simuleringsmodeller med avanserte analytiske og numeriske modeller for lukkede og åpne fiskemerd i bølger og strømmer. Nova Sea AS er blant landets største oppdrettsselskaper og bruker av en 30.000 m3 fullskala lukket merd fra Fishglobe, som skal brukes til målingene inni prosjektet. Aquafarm Equipment AS utvikler og leverer teknologi for lukkede merder med særlig fokus på vannfordeling, vannkvalitet og fiskevelferd. I prosjektet vil målingene bli utført inne i den nyeste generasjonen av lukkede merd (21.000 m3) fra AquaFarm på en lokasjon fra CERMAQ.
Gjennomføringen er organisert i fire arbeidspakker (AP-er).
AP1: Hydrodynamikk, massetetthet og betydning av biomasse
Ansvarlig: Pascal Klebert (SINTEF Ocean AS)
Aktiviteter
Målinger av fiskedistribusjon i vannsøyle og strømningsforhold i to forskjellige store lukkede konsepter med forskjellige fiskestørrelser og så tettheter. Feltmålinger vil bli utført i en definert tidsperiode ved Novasea og Cermaq sine merder som består av to forskjellige lukkede konsepter. Hos Nova Sea er det planlagt å starte produksjonen med 3 kg fisk til matfisk, mens hos Cermaq er det planlagt produksjon av postsmolt; I begge merdene er det forventet tettheter mellom 45–50 kg/m3 på slutten av produksjon. Data vil bli korrelert med resultater fra modellering av hydrodynamikk og fiskefordeling (AP2).
Lignende sensortyper vil benyttes ved målinger i hver enkelt merd: Målinger av 3D strømhastigheter, andre miljøvariabler (oksygen, temperatur, salinitet, CO2) og fiskeadferd (ekkolodd og undervannkameraer). Datainnsamling og analyser skal gjøres i AP-en. Alle sensorer er tilgjengelig hos SINTEF Ocean.
A1.1: Målinger hos Nova sea (System 1)
Målingene vil bli utført i et flytende kar på 30.000 m3, designet for matfiskproduksjon (system 1). Denne har en diameter på 45 meter og en høyde på 26,5 meter. Vann tilsettes gjennom innløps i tolv vertikale rør bygget inn i tankvolumet, som etablerer et sirkulært strømmønster. Fisk overføres til lukket merd med fisketetthet på 17 kg/m3 (3Kg). Måleperiodene på (ca) 2–3 måneder utføres fram til slakt, da med økende tetthet og biomasse. To tettheter ved slakting brukes: 27 kg/m3 (trinn 1/195000 stk.) og 51 kg/m3 (trinn 2/ 289000 stk.) (4,5 kg). Det er planlagt å utføre målinger før begge slaktetrinn. Kunstig lys skal brukes gjennom hele produksjonen. Målinger vil bli utført i løpet av en periode fra 4. kvartal 2026 til 1. kvartal 2027 (Trinn1) og i 3. kvartal 2027 (trinn 2). Varighetene av målingene er avhengige av produksjonsplanen, som kan endre seg.
A1.2: Målinger hos Cermaq (System 2)
Hos Cermaq benyttes en ny generasjon av Aquafarm Equipment (system 2). Enheten består av et sirkulært, flytende kar på 21.000 m3 med en vertikal høyde på 23 meter og en diameter på 40 meter. Konstruksjonen er hovedsakelig helt lukket, med unntak av enkelte luker som brukes til å slippe ut vann, Alt vannet kan byttes ut på 50 minutter. Fisk skal stå i (ca.) 6 måneder i sjøen og måleperioden på (ca) 2–3 måneder utføres fram til flytting av postsmolt. Målinger vil bli utført i en period mellom 2. kvartal 2026 til 3. kvartal 2026 (45 kg/m3 er forventet tettheten på slutten med 1,5 kg fisk). Perioden er avhengige av produksjonsplanen, som kan endre seg.
AP2: Utvikling av modellering av hydrodynamikk og fiskeadferd
Ansvarlig: Pascal Klebert (SINTEF Ocean AS)
Aktiviteter
En 3D-strømningsmodell knyttet til en dynamisk fiskeadferdsmodell vil bli brukt til først å simulere de målte dataene og videre brukes til å utvikle kunnskap og anbefalinger.
A2.1: Hydrodynamikk
Numeriske strømningssimuleringer vil bli utført med CFD-verktøy som ligner på det (Klebert et al., 2018) utfører i en flytende, lukket merd. Disse simuleringene vil ta hensyn til utformingen av disse merdstrukturene. Måleseriene fra AP1.1 vil benyttes fortløpende for validering av de numeriske simuleringene og skal gi en oversikt over 3D strømmønster.
A2.2: Fiskeadferd i system
Kartlegging av fiskeadferd i produksjonsvolum med høy fisketetthet og stor variasjon i strøm, lys, fiskestørrelse, -tetthet osv. har i liten grad blitt gjort tidligere. Målinger fra AP1 og simuleringer fra oppgave 2.1 vil gi informasjon om strømningsmønsteret i volumet, og fra ekkoloddregistreringen, fiskens posisjon i vannsøylen på forskjellige steder i dette volumet. Undervannskameraer (fra SINTEF og muligens fra oppdretterne) kan gi ekstra informasjon om svømmemønsteret til fisken (som utført i prosjektet BIOCLOSED). For målingene ved Novasea, kan ekstra informasjon samles inn gjennom FLOpilot-prosjektet (ansvarlig NMBU se 4.2) hvor ekstra informasjon om fysiologi og stress kan gi verdifull informasjon. For å øke grunnlaget for å utvikle en numerisk modell for fiskeadferd, vil det i tillegg gjennomføres en kartlegging av kunnskap om forventet fiskeadferd ved de observerte miljøforholdene, basert på studier av laks observert under andre forhold (f.eks. i åpne merder og i kar).
A2.3: Modellering av fiskeadferd
Modelleringene av fiskeadferd i lukket merd: en dynamisk modell (FhSim) utviklet av SINTEF Ocean (Klebert et al., 2023b; Su et al., 2023) vil brukes. En fiskemodell er implementert i FhSim som tar hensyn til miljøparametere (strømhastighet, temperatur og saltholdighet), lys (inne i merd og dagslys) og fôring. Ekkolodd-data vil bli brukt for å validere modellen mot strømmønster.
A2.4: Konseptbevisstudie av Hydrodynamikk og fisk fordeling i diverse FLO
Den numeriske modellen som ble brukt i aktivitet 2.1–2.3 vil bli brukt på to konsepter med en annen type konstruksjon enn system 1 og 2. Formålet med denne oppgaven er å demonstrere bruken av slike numeriske verktøy for å simulere adferd, når man ikke forventer sirkulær strømning. De to konseptene som vil bli testet er tegnet i figur 1 med store volum (ca. 10–20.000 m3): det ene har en sylindrisk form og vannet tilføres fra bunnen, mens det andre har en smultringform med sirkulerende vannstrøm. Simuleringen vil bli utført med postsmoltstørrelse og matfisk med tre forskjellige tettheter: 25 kg/m3, 50 kg/m3 og 75 kg/m3. Simuleringsdataene vil gi detaljert bilde av beregnet fiskeadferd i slike konsept.
AP3: Teknisk integritet
Ansvarlig: Biao Su (SINTEF Ocean AS)
Aktiviteter
En kombinert strukturell og hydrodynamisk modell utviklet ved SINTEF vil bli brukt til å studere prosessen med drenering og kollaps av en flytende, lukket, fleksibel posestruktur. Skalerte fysiske modelleksperimenter med oppdriftsdrevet drenering av en halvkuleformet posestruktur vil bli utført og sammenlignet med resultater fra numeriske simuleringer.
En fluid-struktur-interaksjonsmodell utviklet av SINTEF Ocean (jf. prosjektet “Sjøegenskaper og forankring til flytende lukkede oppdrettsanlegg (SJØFLO)” (FHF-901287) som pågikk fra høsten 2016 til primo 2018) vil bli utvidet til simulering av en lukket, fleksibel merd under komplekse strømningsforhold, med tanke på effektene av saltinnhold/tetthet, pumpesystemer og mulige årsaker til drenering og kollaps. Modelltester vil bli utført for validering av de numeriske modellene og for å få kunnskap om skalering av materialegenskaper for slike eksperimenter. Kombinasjonen av godt utformede modelltester og omfattende numeriske simuleringer vil være en svært effektiv måte for analyser av ulike driftsscenarier, strukturell integritet og påvirkninger på fisken.
A3.1: Laboratoriemålinger
Skalertester av modeller vil bli utført for å identifisere mulige årsaker til drenering og kollaps av lukkede fleksible merder, og få kunnskap om skalering av materialegenskaper for slike eksperimenter. Modelloppsettet vil være likt det som brukes i prosjektet SJØFLO. (Kristiansen et al., 2018), mens både høyere og lavere saltinnhold vil bli brukt for den interne strømningen, samt et sirkulasjons-/pumpesystem.
A3.2: Hydrodynamisk modellering (Danmarks Tekniske Universitet (DTU))
Denne oppgaven skal bygges på resultatene fra SFI Blues-prosjektet, der DTU utviklet den åpen kildekode-løseren WaveVegetationInteraction (Wei og Shao, 2023) for hydrodynamisk og strukturell respons hos svært fleksible tang og alger. Oppgaven vil fremme hydrodynamisk modellering av fleksible merder. Mer spesifikt vil en effektiv og nøyaktig hydrodynamisk modell bli utviklet for simulering av drenering og kollaps av lukkede fleksible merder, og validert av eksperimentelle data hentet fra oppgave 3.1.
A3.3: Integrert fluid-struktur interaksjonsmodell og simuleringscasestudier
Den eksisterende fluid-struktur-interaksjonsmodellen (Kristiansen et al., 2018) vil bli utvidet i henhold til innspillene fra oppgavene 3.1 og 3.2. Simuleringscasestudier vil bli utført for analyser av både strukturell integritet og fiskeatferd under ulike driftsforhold.
AP4: Formidling og kommunikasjon
Ansvarlig: Stine Wiborg Dahle (SINTEF Ocean)
Aktiviteter
Oppnådde resultater er av stor interesse for industri, myndigheter og det offentlige. Prosjektgruppen har gode forutsetninger for å kommunisere resultatene til industrien nasjonalt og internasjonalt. I tillegg, vil to manus til vitenskapelig publikasjon foreligge ved prosjektets slutt, som inkluderer arbeid fra alle arbeidspakkene .
Mot slutten av prosjektet vil de deltakende bedriftene bli invitert til et arbeidsmøte (workshop), hvor de utviklede verktøyene presenteres og diskuteres. Målet med møtet er å beskrive hvordan disse verktøyene kan tas i bruk operativt i forbindelse med design, drift og optimalisering av store lukkede anlegg. Det vil også legges vekt på å identifisere mulige veier for videre utvikling av slike verktøy, med tanke på praktisk anvendelse i industrien.
I tillegg vil resultatene fra simuleringsarbeidet bli presentert i et digitalt arbeidsmøte rettet mot hele næringen.
Målinger av fiskedistribusjon i vannsøyle og strømningsforhold i to forskjellige store lukkede konsepter med forskjellige fiskestørrelser og så tettheter. Feltmålinger vil bli utført i en definert tidsperiode ved Novasea og Cermaq sine merder som består av to forskjellige lukkede konsepter. Hos Nova Sea er det planlagt å starte produksjonen med 3 kg fisk til matfisk, mens hos Cermaq er det planlagt produksjon av postsmolt; I begge merdene er det forventet tettheter mellom 45–50 kg/m3 på slutten av produksjon. Data vil bli korrelert med resultater fra modellering av hydrodynamikk og fiskefordeling (AP2).
Lignende sensortyper vil benyttes ved målinger i hver enkelt merd: Målinger av 3D strømhastigheter, andre miljøvariabler (oksygen, temperatur, salinitet, CO2) og fiskeadferd (ekkolodd og undervannkameraer). Datainnsamling og analyser skal gjøres i AP-en. Alle sensorer er tilgjengelig hos SINTEF Ocean.
A1.1: Målinger hos Nova sea (System 1)
Målingene vil bli utført i et flytende kar på 30.000 m3, designet for matfiskproduksjon (system 1). Denne har en diameter på 45 meter og en høyde på 26,5 meter. Vann tilsettes gjennom innløps i tolv vertikale rør bygget inn i tankvolumet, som etablerer et sirkulært strømmønster. Fisk overføres til lukket merd med fisketetthet på 17 kg/m3 (3Kg). Måleperiodene på (ca) 2–3 måneder utføres fram til slakt, da med økende tetthet og biomasse. To tettheter ved slakting brukes: 27 kg/m3 (trinn 1/195000 stk.) og 51 kg/m3 (trinn 2/ 289000 stk.) (4,5 kg). Det er planlagt å utføre målinger før begge slaktetrinn. Kunstig lys skal brukes gjennom hele produksjonen. Målinger vil bli utført i løpet av en periode fra 4. kvartal 2026 til 1. kvartal 2027 (Trinn1) og i 3. kvartal 2027 (trinn 2). Varighetene av målingene er avhengige av produksjonsplanen, som kan endre seg.
A1.2: Målinger hos Cermaq (System 2)
Hos Cermaq benyttes en ny generasjon av Aquafarm Equipment (system 2). Enheten består av et sirkulært, flytende kar på 21.000 m3 med en vertikal høyde på 23 meter og en diameter på 40 meter. Konstruksjonen er hovedsakelig helt lukket, med unntak av enkelte luker som brukes til å slippe ut vann, Alt vannet kan byttes ut på 50 minutter. Fisk skal stå i (ca.) 6 måneder i sjøen og måleperioden på (ca) 2–3 måneder utføres fram til flytting av postsmolt. Målinger vil bli utført i en period mellom 2. kvartal 2026 til 3. kvartal 2026 (45 kg/m3 er forventet tettheten på slutten med 1,5 kg fisk). Perioden er avhengige av produksjonsplanen, som kan endre seg.
AP2: Utvikling av modellering av hydrodynamikk og fiskeadferd
Ansvarlig: Pascal Klebert (SINTEF Ocean AS)
Aktiviteter
En 3D-strømningsmodell knyttet til en dynamisk fiskeadferdsmodell vil bli brukt til først å simulere de målte dataene og videre brukes til å utvikle kunnskap og anbefalinger.
A2.1: Hydrodynamikk
Numeriske strømningssimuleringer vil bli utført med CFD-verktøy som ligner på det (Klebert et al., 2018) utfører i en flytende, lukket merd. Disse simuleringene vil ta hensyn til utformingen av disse merdstrukturene. Måleseriene fra AP1.1 vil benyttes fortløpende for validering av de numeriske simuleringene og skal gi en oversikt over 3D strømmønster.
A2.2: Fiskeadferd i system
Kartlegging av fiskeadferd i produksjonsvolum med høy fisketetthet og stor variasjon i strøm, lys, fiskestørrelse, -tetthet osv. har i liten grad blitt gjort tidligere. Målinger fra AP1 og simuleringer fra oppgave 2.1 vil gi informasjon om strømningsmønsteret i volumet, og fra ekkoloddregistreringen, fiskens posisjon i vannsøylen på forskjellige steder i dette volumet. Undervannskameraer (fra SINTEF og muligens fra oppdretterne) kan gi ekstra informasjon om svømmemønsteret til fisken (som utført i prosjektet BIOCLOSED). For målingene ved Novasea, kan ekstra informasjon samles inn gjennom FLOpilot-prosjektet (ansvarlig NMBU se 4.2) hvor ekstra informasjon om fysiologi og stress kan gi verdifull informasjon. For å øke grunnlaget for å utvikle en numerisk modell for fiskeadferd, vil det i tillegg gjennomføres en kartlegging av kunnskap om forventet fiskeadferd ved de observerte miljøforholdene, basert på studier av laks observert under andre forhold (f.eks. i åpne merder og i kar).
A2.3: Modellering av fiskeadferd
Modelleringene av fiskeadferd i lukket merd: en dynamisk modell (FhSim) utviklet av SINTEF Ocean (Klebert et al., 2023b; Su et al., 2023) vil brukes. En fiskemodell er implementert i FhSim som tar hensyn til miljøparametere (strømhastighet, temperatur og saltholdighet), lys (inne i merd og dagslys) og fôring. Ekkolodd-data vil bli brukt for å validere modellen mot strømmønster.
A2.4: Konseptbevisstudie av Hydrodynamikk og fisk fordeling i diverse FLO
Den numeriske modellen som ble brukt i aktivitet 2.1–2.3 vil bli brukt på to konsepter med en annen type konstruksjon enn system 1 og 2. Formålet med denne oppgaven er å demonstrere bruken av slike numeriske verktøy for å simulere adferd, når man ikke forventer sirkulær strømning. De to konseptene som vil bli testet er tegnet i figur 1 med store volum (ca. 10–20.000 m3): det ene har en sylindrisk form og vannet tilføres fra bunnen, mens det andre har en smultringform med sirkulerende vannstrøm. Simuleringen vil bli utført med postsmoltstørrelse og matfisk med tre forskjellige tettheter: 25 kg/m3, 50 kg/m3 og 75 kg/m3. Simuleringsdataene vil gi detaljert bilde av beregnet fiskeadferd i slike konsept.
AP3: Teknisk integritet
Ansvarlig: Biao Su (SINTEF Ocean AS)
Aktiviteter
En kombinert strukturell og hydrodynamisk modell utviklet ved SINTEF vil bli brukt til å studere prosessen med drenering og kollaps av en flytende, lukket, fleksibel posestruktur. Skalerte fysiske modelleksperimenter med oppdriftsdrevet drenering av en halvkuleformet posestruktur vil bli utført og sammenlignet med resultater fra numeriske simuleringer.
En fluid-struktur-interaksjonsmodell utviklet av SINTEF Ocean (jf. prosjektet “Sjøegenskaper og forankring til flytende lukkede oppdrettsanlegg (SJØFLO)” (FHF-901287) som pågikk fra høsten 2016 til primo 2018) vil bli utvidet til simulering av en lukket, fleksibel merd under komplekse strømningsforhold, med tanke på effektene av saltinnhold/tetthet, pumpesystemer og mulige årsaker til drenering og kollaps. Modelltester vil bli utført for validering av de numeriske modellene og for å få kunnskap om skalering av materialegenskaper for slike eksperimenter. Kombinasjonen av godt utformede modelltester og omfattende numeriske simuleringer vil være en svært effektiv måte for analyser av ulike driftsscenarier, strukturell integritet og påvirkninger på fisken.
A3.1: Laboratoriemålinger
Skalertester av modeller vil bli utført for å identifisere mulige årsaker til drenering og kollaps av lukkede fleksible merder, og få kunnskap om skalering av materialegenskaper for slike eksperimenter. Modelloppsettet vil være likt det som brukes i prosjektet SJØFLO. (Kristiansen et al., 2018), mens både høyere og lavere saltinnhold vil bli brukt for den interne strømningen, samt et sirkulasjons-/pumpesystem.
A3.2: Hydrodynamisk modellering (Danmarks Tekniske Universitet (DTU))
Denne oppgaven skal bygges på resultatene fra SFI Blues-prosjektet, der DTU utviklet den åpen kildekode-løseren WaveVegetationInteraction (Wei og Shao, 2023) for hydrodynamisk og strukturell respons hos svært fleksible tang og alger. Oppgaven vil fremme hydrodynamisk modellering av fleksible merder. Mer spesifikt vil en effektiv og nøyaktig hydrodynamisk modell bli utviklet for simulering av drenering og kollaps av lukkede fleksible merder, og validert av eksperimentelle data hentet fra oppgave 3.1.
A3.3: Integrert fluid-struktur interaksjonsmodell og simuleringscasestudier
Den eksisterende fluid-struktur-interaksjonsmodellen (Kristiansen et al., 2018) vil bli utvidet i henhold til innspillene fra oppgavene 3.1 og 3.2. Simuleringscasestudier vil bli utført for analyser av både strukturell integritet og fiskeatferd under ulike driftsforhold.
AP4: Formidling og kommunikasjon
Ansvarlig: Stine Wiborg Dahle (SINTEF Ocean)
Aktiviteter
Oppnådde resultater er av stor interesse for industri, myndigheter og det offentlige. Prosjektgruppen har gode forutsetninger for å kommunisere resultatene til industrien nasjonalt og internasjonalt. I tillegg, vil to manus til vitenskapelig publikasjon foreligge ved prosjektets slutt, som inkluderer arbeid fra alle arbeidspakkene .
Mot slutten av prosjektet vil de deltakende bedriftene bli invitert til et arbeidsmøte (workshop), hvor de utviklede verktøyene presenteres og diskuteres. Målet med møtet er å beskrive hvordan disse verktøyene kan tas i bruk operativt i forbindelse med design, drift og optimalisering av store lukkede anlegg. Det vil også legges vekt på å identifisere mulige veier for videre utvikling av slike verktøy, med tanke på praktisk anvendelse i industrien.
I tillegg vil resultatene fra simuleringsarbeidet bli presentert i et digitalt arbeidsmøte rettet mot hele næringen.
Formidlingsaktiviteten skal sikre at prosjektresultatene aktivt formidles og kommuniseres til relevante interessenter, både gjennom prosjektperioden og ved ferdigstillelse.
SINTEFs konferanser TEKSET og TEKMAR er svært relevante forum for å kommunisere resultatene, samt NFRs konferanse HAVBRUK og Aqua Nor.
Prosjektets resultater vil også formidles igjennom SINTEFs podcast “Smart forklart”, sosiale medier-kanaler og forsknings- og innovasjonsklyngen NCE Aquaculture.
Ved prosjektets slutt vil det formidles en sluttrapport og arrangeres en workshop med industripartnerne i prosjektet samt en egen digital workshop for hele næringen.
Det skal utarbeides to populærvitenskapelig artikler, og to manus til vitenskapelige artikler skal sendes til to relevante tidsskrifter med fagfellevurdering, som Journal of Fluids and Structures og Journal of Aquaculture.
SINTEFs konferanser TEKSET og TEKMAR er svært relevante forum for å kommunisere resultatene, samt NFRs konferanse HAVBRUK og Aqua Nor.
Prosjektets resultater vil også formidles igjennom SINTEFs podcast “Smart forklart”, sosiale medier-kanaler og forsknings- og innovasjonsklyngen NCE Aquaculture.
Ved prosjektets slutt vil det formidles en sluttrapport og arrangeres en workshop med industripartnerne i prosjektet samt en egen digital workshop for hele næringen.
Det skal utarbeides to populærvitenskapelig artikler, og to manus til vitenskapelige artikler skal sendes til to relevante tidsskrifter med fagfellevurdering, som Journal of Fluids and Structures og Journal of Aquaculture.