Meeresautonomie über und unter Wasser

Elaine Maslin • 11 Februar 2020

L3 Harris UKs C-Worker 7 arbeitet mit einem ROV vor der britischen Südküste. Fotos von L3 Harris UK.

Marine Tech hat IMODCO mit RSV-ROV-Systemen für die Inspektion von CALM-Bojen ausgestattet. Foto von IMODCO.

Marine autonome Systeme und Kombinationen solcher Systeme werden im Offshore-Raum zunehmend auf die Probe gestellt. Elaine Maslin untersucht, wie hybride entfernte und autonome Systeme derzeit getestet werden.

Konzepte wie ansässige Unterwasserfahrzeuge für Inspektion, Reparatur und Wartung sind attraktive Optionen, die jedoch nicht die einzigen sind, die derzeit erprobt werden. Der Einsatz von ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs) von unbemannten Überwasserschiffen (USVs) wird ebenfalls getestet und eingesetzt. Dies ist eine weitere Möglichkeit, den Bedienern den Weg zu ebnen, die Abläufe zu zentralisieren und die Kosten und die Umweltbelastung zu senken. Aber es ist noch ein langer Weg, bis diese Systeme den rauen Bedingungen der Nordsee gewachsen sind.

Frühzeitige Anwender
Das französische Unternehmen Marine Tech kombiniert seit 2017 USV- und ROV-Fähigkeiten mit kommerziellem Erfolg. Die Gründer des 2014 gegründeten Unternehmens beliefern die Öl- und Gasindustrie seit 2012 mit so genannten Remote Surface Vessels (RSVs). in Marine Survey Operationen im Nahen Osten.

Marine Tech hat im Jahr 2016 mit einem Projekt mit dem Survey & Diving-Team der National Petroleum Construction Company (NPCC) in Abu Dhabi begonnen, die Möglichkeit zu prüfen, ROV-Fähigkeiten zu seinen RSV hinzuzufügen. NPCC wünschte sich eine Lösung für Vermessungs- und Überwachungsmissionen, auch in explosionsgefährdeten oder eingeschränkten Bereichen, mit der ein ROV gestartet und wiederhergestellt werden kann.

L3 Harris UKs C-Worker 7 arbeitet mit einem ROV vor der britischen Südküste. Fotos von L3 Harris UK.

Magali Mouries, Mitbegründerin von Marine Tech und gleichzeitig deren kaufmännischer Leiterin, sagte: „Sie wollten Kosten sparen und die Sicherheit von Personal und Tauchern verbessern sowie die technischen Mittel reduzieren, die sie zur Durchführung dieser Missionen einsetzen müssen. Ein RSV ersetzt Taucher und Schiffe sowie alle Teams, die für diese konventionellen Missionen benötigt werden. “

Das Ergebnis war die Verwendung ihres 4,2 m langen, 2,1 m breiten RSV Sea Observer mit Mehrstrahl-Echolot und einem an Bord befindlichen Teledyne Seabotix vLBV300 ROV zur Sichtprüfung. Das batteriebetriebene RSV, das eine 24-Stunden-Lebensdauer hat und mit 10 kn fahren kann, wurde mit einer Winde, einem Spannsystem und einer Gelenkplattform für den ROV-Einsatz bis zu einer Wassertiefe von 100 m ausgestattet. Die Steuerung und Kontrolle erfolgt über UHF mit denselben Systemen, die für die gesamte RSV-Flotte von Marine Tech eingesetzt werden, und über WLAN, um die von den integrierten Sensoren erfassten Daten wiederherzustellen. Die Kommunikation zwischen ROV und RSV war Teil der Entwicklung sowie die Autopilotierung mit Positionserfassung des RSV und des ROV-Tether-Managements.

Nach Demonstrationen im Jahr 2017 wurde das RSV, das derzeit in bis zu 1,8 m Höhe eingesetzt werden kann, als erstes Offshore-RSV (oder ASV / USV) eingesetzt, so Mouries. Es wurde im Zakum-Feld, 16 km vor Abu Dhabi, eingesetzt, um die Pipeline zu inspizieren, bathymetrische Vermessungen durchzuführen und das ROV für eine detaillierte Inspektion einzusetzen, wenn etwas entdeckt wurde. Es arbeitet seitdem für NPCC, sagt Mouries, ein ausgebildeter Ozeanograph mit 12 Jahren Erfahrung in der Meeresumwelt und der Meeresverschmutzung.

Das Fahrzeug kann 24 Stunden lang betrieben werden, einschließlich Stromverbrauch durch das ROV. Laut Mouries wird es jedoch oftmals für diesen Zeitraum nicht verwendet, da Vermessungsarbeiten / hydrografische Arbeiten während dieser Zeit nicht ununterbrochen durchgeführt werden müssen.

"Dies ist der erste und ich denke immer noch der einzige, der mit einem kleinen Bruder, dem RSV Sea Observer Compact, operiert", fügt Mouries hinzu. Nach der Zusammenarbeit mit NPCC lieferte Marine Tech 2018 einen 3,2 m langen RSV Sea Observer Compact mit BlueROV2 an IMODCO (ein Offshore-Verladeterminal-Technologieunternehmen des schwimmenden Produktionstechnologieunternehmens SBM Offshore). . Für IMODCO wird es als Teil der Wartung von Offshore-Lade- / Entladebojen verwendet, einschließlich der Vermessung einzelner Festmacher. Auch diesmal wird es noch verwendet, seit es vor zwei Jahren zur Arbeit gegangen ist.

"Wir haben fast 10 Jahre in diesem Bereich gearbeitet", sagt Mouries. „Wir haben mehr als 10 Plattformen in Europa, im Nahen Osten und in Asien hergestellt, weshalb wir diese Art von Plattformen entwickeln können.“ Um diese Technologien in immer mehr Unternehmen einzuführen, müssen sich die Denkweisen ändern, sagt sie. „Die Industrie muss bereit sein, ihren Arbeitsprozess zu ändern, und dazu braucht es Zeit. Der Markt entwickelt sich jedoch jetzt. Die Gedanken ändern sich. “

Marine Tech hat IMODCO mit RSV-ROV-Systemen für die Inspektion von CALM-Bojen ausgestattet. Foto von IMODCO. Steigerung der Autonomie in rauen Umgebungen
Tatsächlich hat sich BP mit dieser Technologie befasst. Das Unternehmen, das von dem Ziel spricht, bis 2025 100% seiner Untersee-Inspektionsaktivitäten mit unbemannten Systemen durchzuführen, hat den in Großbritannien ansässigen USV-Hersteller L3Harris UK beim Projekt ARISE unterstützt. Es steht für Autonomous Robotic Intervention System für extreme Seeumgebungen, ein innovatives britisches Teilprojekt, an dem die University of Exeter als akademischer Partner beteiligt war.

James Cowles, Commercial Technical Sales Manager von L3Harris UK, sagt, dass die Durchführung einer autonomen Unterwasserinspektion die „langweilige, schmutzige und gefährliche“ Arbeit von Menschen abschafft. Anstatt ein 24 m langes Schiff zu haben, auf dem Menschen herumhüpfen, kann ein 7 m langes unbemanntes Boot verwendet werden. Das gilt nicht nur für Öl und Gas, sondern auch für Offshore-Windkraftanlagen, bei denen Tausende von Bauwerken inspiziert werden müssen, sowie für die Kabel zwischen ihnen. Dies senkt auch die Kosten und erhöht die Wiederholbarkeit, sagt Cowles.

Phase 1 des ARISE-Projekts war eine Machbarkeitsstudie, die zum Teil von Innovate UK finanziert wurde. Dabei wurde ein Falcon ROV der Saab Seaeye-Inspektionsklasse von einem C-Worker 7 ASV mit einem Mondpool von 2,5 x 1 m eingesetzt. Das ROV wurde mit einer Winde in einem Aufhänger gehalten, um bis zu 50 m Halteseil auszugeben, und mit einem angetriebenen Hüllrad, um die Spannung aufrechtzuerhalten. Die gesamte Elektronik befand sich in einem Elektronikgehäuse und war vom Hauptsteuersystem getrennt. Die ROV-Steuerung wurde ähnlich wie bei anderen Nutzlasten behandelt, mit einer Remote-Desktop-Verbindung über eine Funkverbindung, die eine robuste Steuerung des ROV ermöglicht. Das ROV wurde mit einem Ultra-Short BaseLine (USBL) -System verfolgt.

Diese Einrichtung wurde Anfang 2019 in Cawsand Bay, Plymouth, getestet. In Cawsand Bay gab es auch nichts zu besichtigen. Daher beauftragte L3Harris UK das portugiesische Visualisierungs- und Simulationsunternehmen Aybssal Systems mit dem Aufbau einer synthetischen Umgebung, damit auf dem Meeresboden Dinge „angeschaut“ werden konnten. Die Schiffspiloten konnten überwachen, was vor sich ging, und BP-Mitarbeiter aus Sunbury, Großbritannien, oder Houston, USA, konnten sich ebenfalls einloggen und sehen, was gerade geschah. Zehn Tauchgänge wurden in einem feenfreundlichen Seegebiet 3 (leicht) durchgeführt. Die Tauchgänge umfassten das Testen der vertikalen Inspektion, das Erreichen eines Standorts und das Schweben, das manuelle Fliegen des ROV (vom Ufer aus), das Halten des ASV und das Fliegen des ROV darunter sowie das Testen eines Docking-Algorithmus.

"Eine der größten Herausforderungen war die Winde", sagt Cowles. „Früher haben wir gelernt, dass es schnell schief geht, wenn Sie diese nicht synchronisieren.“ Außerdem wird es nicht immer eine Bandbreite von 10 MB vor der Küste geben, sagt Cowles, und es kann Zeiten geben, in denen sich das Schiff direkt über dem ROV befindet und es schwierig macht verfolgen. Aber das sind Lektionen, fügt er hinzu.

„In dieser Phase wollten wir nur, dass es funktioniert, die nächste Phase der kollaborativen Autonomie zwischen Fahrzeug und unterirdischem Fahrzeug“, sagt er. „Der nächste Schritt besteht also darin, die zunehmende Automatisierung und das maschinelle Lernen zu untersuchen, um Pfade zu generieren, um wieder in das Gehäuse, die Wegpunkte usw. zu gelangen.“

Die Fähigkeit, in Seestaaten über drei Jahren zu arbeiten, wird ebenso erforderlich sein wie ein größeres ROV, bei dem ein Tiger, ebenfalls von Saab Seaeye, für die nächsten Versuche im Rahmen der für dieses Jahr geplanten Phase 2 des Projekts im Auge behalten wird (2020), der hoffentlich einen realen Inspektionsbereich umfassen wird, der Daten liefert. L3Harris UK wird auch versuchen, die Länge des ROV auf 275 m zu erhöhen, um in einer Wassertiefe von 150 m arbeiten zu können, die 70-75% der Nordsee abdecken würde. Zukünftige Systeme werden auch ein Linienschneiden beinhalten, falls der ROV-Haltegurt hängen bleibt und möglicherweise ein Anker wird.
„Das Ziel ist ein robusteres Start- und Wiederherstellungssystem. Wir müssen in höheren Seegebieten arbeiten, um das Arbeitsfenster zu erhalten, das wir in der Nordsee und anderswo auf der Welt benötigen. Und wir brauchen mehr Autonomie “, sagt Cowles. Die Zukunft könnte ein 18-24 m langes Schiff mit einem leichten ROV oder größeren AUVs der Arbeiterklasse sehen.

Das Potenzial ist vorhanden, sagt Cowles und verweist auf die Fähigkeit, mit einer USV-ROV-Kombination eine Ausdauer von 20 Tagen zu erreichen. "Sie können Aberdeen oder Peterhead verlassen, durchqueren, 10 Tage arbeiten und trotzdem eine erhebliche Reserve haben", sagt er. "Auch wenn das Schiff eine Weile braucht, um zu passieren, bietet das Spielraum." Zu den verbleibenden Fragen gehört, wer das ROV steuern würde - dieselbe Person wie der USV-Pilot oder nicht? Meeresvorschriften bleiben ebenfalls eine Frage, aber L3Harris UK arbeitet mit der Maritime Autonomy Sustainability Regulatory Working Group (MASRWG) zusammen. Cowles sagt, dass es scheint, dass die aktuellen Kollisionsbestimmungen (Colregs) wahrscheinlich für die aktuellen ASV-Größen geeignet sind. Wenn die Schiffe jedoch größer werden, brauchen wir Änderungen, sagt er.

Auch andere sehen das Potenzial. XOCEAN, ein irisches Unternehmen mit Sitz in County Louth, Irland, arbeitet ebenfalls an einer Lösung für den Einsatz von Unterwasserrobotik von einer unbemannten Oberflächenplattform aus. James Ives, CEO des Unternehmens, erklärt: „Mehrere Kunden haben ihr Interesse bekundet, die Lösung auf tiefere Gewässer auszudehnen, um mehr von ihren Vermögenswerten abzudecken. Dies bedeutet zwangsläufig, Sensoren tiefer in der Wassersäule zu positionieren. XOCEAN arbeitet an dieser nächsten Technologiegeneration, um dies zu erreichen.

„Das System basiert auf der Integration eines Unterseekontrollfahrzeugs mit einem größeren XO-900 (9 m) USV. Das Inspektionsfahrzeug wird mit einer Reihe von Sensoren einschließlich Kameras und Laserscannern ausgestattet sein, die eine detaillierte Inspektion von Unterseegütern ermöglichen. Das System befindet sich derzeit in der Entwicklung und XOCEAN plant, ein System im Jahr 2021 in Betrieb zu nehmen. “

Andere haben an ähnlichen Fähigkeiten gearbeitet. Im vergangenen Jahr [2019] hat die ECA GROUP, die USVs hauptsächlich mit Möglichkeiten zur Minenabwehr ausstattet (um minenähnliche Objekte zu erkennen und anschließend zu zerstören), die Möglichkeit demonstriert, eine Unterwasserinspektion mit ihrem USV (Unmanned Surface Vehicle) INSPECTOR durchzuführen, der ein ROV vom Typ H300V einsetzt innerhalb eines Forschungs- und Entwicklungsprogramms unter der Leitung von Total und TechnipFMC. MTR hat die ECA kontaktiert, aber keine Antwort erhalten.

Marine Tech hat IMODCO mit RSV-ROV-Systemen für die Prüfung von CALM-Bojen ausgestattet. Foto von IMODCO.