Veilig en efficiënt werken op zee met AQUAFIND

Het hijsen, plaatsen en aansluiten van grote onderdelen van een windturbine op zee is precies werk. Het schip mag daarbij maar beperkt bewegen. Als de golven veranderen, kan de beweging te groot worden en moet de bemanning het werk stilleggen. Materieel en mensen staan dan te wachten, terwijl de kosten doorlopen.

Radar brengt inkomende golven in beeld, maar kijkt niet meer dan een paar minuten vooruit. Dat laat weinig tijd om materieel klaar te zetten, het werk af te stemmen of een operatie veilig stil te leggen. AQUAFIND voorspelt de golven een halfuur tot een uur vooruit. Zo krijgt het team op zee meer tijd om een kritieke installatiefase voor te bereiden.

AQUAFIND meet de zee met drones (Observe), voorspelt de golven met machine learning (Forecast) en vertaalt die voorspelling naar beslissingen op zee (Operate). Zo krijgt de bemanning meer tijd om het werk veilig voor te bereiden.

Observe: breng de golven in beeld

De eerste stap is een dronemeting van het zeeoppervlak vóór de werklocatie, aan de kant waar de golven vandaan komen. Die meting levert een golfspectrum op: een kaart van de golfenergie per periode en richting.

Die kaart vertelt meer dan alleen hoe hoog de golven zijn. Ze laat zien welke golfperioden en richtingen voorkomen, bijvoorbeeld langere deining en kortere windgolven. Beide beïnvloeden de beweging van het schip.

In deze ontwikkelfase werkt AQUAFIND met golfspectra uit simulaties met het golfmodel SWAN in plaats van met dronemetingen. Daarmee brengt het team in kaart hoe het spectrum verandert tussen het punt waar de golven binnenkomen en de werklocatie.

Forecast: voorspel hoe de zee verandert

AQUAFIND gebruikt het inkomende spectrum van de drone om te voorspellen hoe het spectrum er op de werklocatie uitziet. Het model voorspelt niet waar een afzonderlijke golf precies zal zijn. Het berekent hoe de golfenergie daar over perioden en richtingen is verdeeld. Daaruit volgen onder meer de significante golfhoogte, periode, richting en spreiding.

Het voorspellende model is een convolutioneel neuraal netwerk (CNN). Het leert patronen in opeenvolgende golfspectra herkennen en voorspelt hoe die patronen op de werklocatie veranderen.

Elke voorspelling gaat zowel langs het hele spectrum als langs de afzonderlijke golfsystemen: deining en windgolven apart. Een voorspelling kan de totale energie goed benaderen, maar een golfsysteem op de verkeerde plek zetten. Daarom toetst het team drie aspecten:

• Voorspelt het model de totale hoeveelheid golfenergie goed?
• Klopt de algemene vorm van het spectrum?
• Staat de energie op de juiste plek in de kaart met frequenties en richtingen?

Door de golfsystemen apart te bekijken, ziet het team ook of het model de juiste deining en windgolven herkent en hun energie, richting, spreiding en periode goed beschrijft.

Vergelijking van voorspelde golfspectra met spectra uit SWAN-simulaties. Links staat het spectrum uit de simulatie, in het midden de voorspelling van het model en rechts het verschil tussen beide. Elke stap staat voor 10 minuten, met een totale simulatie-tijd van 12 uur. De animatie laat zien hoe het model de veranderingen in deining en windgolven volgt terwijl de zeetoestand zich ontwikkelt.

Operate: van voorspelling naar beslissing

Een voorspelling is pas bruikbaar als die aansluit op de eisen van de operatie. Daarom toetst AQUAFIND elke voorspelling aan de veiligheidsgrenzen van het werk.

De uitkomst is concreet: Doorgaan of pauzeren

Het model geeft informatie, maar neemt de beslissing niet. De bemanning, de maritiem coördinator en de geldende veiligheidsprocedures bepalen samen wat er gebeurt.

Deze aanpak ondersteunt uiteenlopende operaties op zee, zoals zware hijsklussen, het koppelen van onderdelen van drijvende windturbines, het vervangen van grote turbineonderdelen en onderhoud op zee. Met een betere voorspelling heeft het team meer tijd om risico’s af te wegen, het werk af te stemmen en te handelen voordat een kritieke fase begint.

Observeer de zee (Observe). Voorspel hoe deze zich zal ontwikkelen (Forecast). Handel met betere informatie (Operate).