Prosjektnummer
901506
Revisjon av Norsk Standard NS 9415 for flytende oppdrettsanlegg: Ekstremverdianalyse av strøm basert på korte tidsserier
Analysert hvordan strømmålinger bør gjennomføres for å ta høyde for at man sjelden måler i perioder med ekstremverdier, og hvordan dette bør hensyntas ved revisjon av NS9415 som bidrag til å redusere risiko for havari og rømming uten at fortøyninger må over-dimensjoneres unødig og kostbart
• Strømmålinger i en måned anses å være en for kort periode til å kunne fastsette pålitelige ekstremverdier for mange lokaliteter.
• Det anbefales at strøm måles i minst ett år med påfølgende ekstremverdianalyse for å fastsette 10- og 50-årsstrøm.
• I gitte situasjoner kan det være fornuftig å åpne for bruk av kortere måleperioder. I slike tilfeller anbefales 3 måneder som korteste tillate periode og det er gitt omregningsfaktorer avhengig av måleperiodens lengde for beregning av ekstremstrøm.
• Det er ikke funnet noen entydig sammenheng mellom strømstyrke og årstid, og det anbefales derfor at praksisen med å komplettere hull i tidsserien med påfølgende målinger neste år avvikles.
• For framtida bør det tilstrebes overgang til 10 minutters vektorielt middel som standard for målt strøm.
• Resultatet av ekstremverdianalyse basert på langtidsmålinger viste at verdiene var innenfor 20 % av “fasit” etter tre måneder, innenfor 10 % etter 9 måneder og innenfor 5 % etter vel ett år. Samme analyse bør kjøres på flere tidsserier for å få denne relasjonen validert.
• Det anbefales at strøm måles i minst ett år med påfølgende ekstremverdianalyse for å fastsette 10- og 50-årsstrøm.
• I gitte situasjoner kan det være fornuftig å åpne for bruk av kortere måleperioder. I slike tilfeller anbefales 3 måneder som korteste tillate periode og det er gitt omregningsfaktorer avhengig av måleperiodens lengde for beregning av ekstremstrøm.
• Det er ikke funnet noen entydig sammenheng mellom strømstyrke og årstid, og det anbefales derfor at praksisen med å komplettere hull i tidsserien med påfølgende målinger neste år avvikles.
• For framtida bør det tilstrebes overgang til 10 minutters vektorielt middel som standard for målt strøm.
• Resultatet av ekstremverdianalyse basert på langtidsmålinger viste at verdiene var innenfor 20 % av “fasit” etter tre måneder, innenfor 10 % etter 9 måneder og innenfor 5 % etter vel ett år. Samme analyse bør kjøres på flere tidsserier for å få denne relasjonen validert.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapportering
Oppsummeringen i sluttrapporten er basert på følgende underliggende rapporter:
• Aquastructures: Teknisk notat TN-30090-5620-1. Revisjon 2. 29.10.2018.
• Multiconsult: NS9415 Strømprosjekt. Metoder for fastsettelse av ekstremstrøm. Dokumentkode: 10205468-RIMT-RAP-001. Revisjon 3. 12.11.2018.
• Åkerblå: NS9415 Strømprosjekt. Omregningsfaktorer for 10 og 50 år basert på måleperiodens lengde. 12.11.2018 – versjon 02.
• Åkerblå: Sammenligning 50 års strøm. Maksimal strøm målt per måned x 1.85 og beregnet 50 års strøm fra EVA. 12.11.2018 – versjon 2.
• SINTEF Ocean: Revisjon av NS 9415 – Fastsettelse av ekstremstrøm fra korte tidsserier. Rapportnr. 2018:01070. 24.10.2018
Hver av partene er ansvarlig for sine underliggende rapporter, og partene deler ikke nødvendigvis de resultater, oppfatninger og konklusjoner som er omtalt i de andres rapporter.
Det er konsensus i prosjektgruppen om de oppsummerende konklusjoner og anbefalinger gitt nedenfor.
Måleperiodens lengde, månedsmaksimum og omregningsfaktorer
Månedsmaksima på en stasjon varierer fra en måned til den neste. I de undersøkte tidsseriene var det ingen umiddelbar sammenheng i hvilken måned strømmaksimumet var høyt eller lavt. Den største forskjellen mellom høyeste og laveste månedsmaksimum var 3,8. De høye forholdstallene mellom de forskjellige månedsmaksima avspeiler de store naturlige variasjonene det kan være i strømmens hastighet. Målinger i en måned anses å være en for kort periode til å kunne fastsette pålitelige ekstremverdier for mange lokaliteter.
Prosjektgruppen konkluderer med en anbefaling om at strøm bør måles i minst ett år og med påfølgende ekstremverdianalyse for å fastsette 10- og 50-årsstrøm. Det er et uttalt mål at næringen foretar de nødvendige tiltak for å iverksette denne endringen framover. Samtidig ser man at det av praktiske hensyn, og som følge av forskjellige krav ved etablering av en lokalitet, vil være fornuftig å åpne for bruk av kortere måleperioder og å estimere ekstreme strømhastigheter ved bruk av maksimal måleverdi og omregningsfaktorer.
En statistisk analyse basert på lange tidsserier fra 22 forskjellige lokaliteter langs norskekysten har beregnet forholdet mellom strømmaksima og tilhørende ekstremverdier. Analysen viser for eksempel at ved bruk av måleserier med 3 måneders lengde vil en omregningsfaktor på 1,90 gi et estimat av 50-års strømmen som for 80 % av måleseriene (80-prosentilen) vil være høyere enn den reelle ekstremverdien. I tilfellene nevnt ovenfor, der det vil være fornuftig å tillate bruk av kortere måleperioder, anbefales det at minste tillatte måleperiode er 3 måneder, og at omregningsfaktorene for beregning av ekstremstrøm baseres på 80-prosentilen i analysen nevnt ovenfor. Det gir følgende omregningsfaktorer (som avtar ettersom måleseriens lengde øke):
Måleperiodens lengde (mnd.) 3 4 6 8 10
10 års returperiode 1,68 1,57 1,43 1,33 1,27
50 års returperiode 1,90 1,76 1,61 1,49 1,44
Omregningsfaktoren anvendes på den høyeste strømfarten som er registrert i måleperioden. Det forutsettes da at det er gjennomført en kvalitetskontroll som sikrer at denne verdien er reell og ikke en “spiker”.
Siden det ikke er funnet noen entydig relasjon mellom strømstyrke og årstid, anbefaler prosjektgruppen at praksisen med å komplettere hull i tidsserien med påfølgende målinger neste år, avvikles. I stedet kan det stilles et krav til datagjenfangst (dvs. relativ andel av gode data) på for eksempel 90 %.
Kort midlingstid – “burst mode”
Det er viktig at målte variabler er sammenlignbare. Det bør derfor tilstrebes en felles måleteknikk. “Burst mode” gir jevnt over en litt høyere strømverdi enn et 10 minutters vektorielt middel. Det virker i så måte konservativt. Målinger i “burst mode“ var i utgangspunktet begrunnet i behovet for å spare batteri og forlenge måleperioden. Dette behovet er i dag mindre begrensende fordi batterikapasiteten er blitt bedre. I henhold til dagens standard skal strømmen måles som et vektorielt middel over 10 minutter. Eksisterende, lange tidsserier av strøm basert på kortere midlingsperioder enn 10 minutter kan fortsatt brukes uten ytterligere omregningsfaktorer. For framtiden bør man likevel tilstrebe overgang til 10 minutters vektorielt middel som standard for målt strøm.
Lang midlingstid – subsampling
Sammenlikninger mellom 10 minutters måle- og midlingsperioder og 30 minutters måleperioder med 10 minutters midling viste at månedsmaksima for den siste metoden kunne reduseres med opptil 35 %. De store forskjellene gjør at prosjektgruppen anbefaler at denne målemetoden ikke benyttes.
Nedre grense for 50-års strøm
Dagens standard sier at dersom høyeste strømhastighet med en returperiode på 50 år, blir lavere enn 50 cm/s, skal 50-års dimensjonerende strømhastighet på lokaliteten uansett settes til 50 cm/s. Denne regelen opprettholdes for tidsserier som av ulike grunner nevnt ovenfor er kortere enn ett år. For målinger over ett år eller mer kan kravet om en nedre grense for 50-års strømmen avvikes.
Ekstremverdianalyse
Resultatet av ekstremverdianalysen basert på langtidsmålinger viste at verdiene var innenfor 20 % av “fasit” etter tre måneder, innenfor 10 % etter ca. 9 måneder og innenfor 5 % etter vel et år. Selv om grunnlaget her bare er tre tidsserier, er resultatet oppløftende. Slik resultatene nå antyder, kan ekstremverdianalyse basert på f.eks. 9 måneder med data angi ekstremverdier innenfor ±10 % og ca. 1 år med data med en feilmargin på ca. 5 %. Flere tidsserier er tilgjengelig for ekstremverdianalyse, og det anbefales å få kjørt tilsvarende beregninger for flere av dem for å få validert sammenhengen nevnt ovenfor.
Oppsummeringen i sluttrapporten er basert på følgende underliggende rapporter:
• Aquastructures: Teknisk notat TN-30090-5620-1. Revisjon 2. 29.10.2018.
• Multiconsult: NS9415 Strømprosjekt. Metoder for fastsettelse av ekstremstrøm. Dokumentkode: 10205468-RIMT-RAP-001. Revisjon 3. 12.11.2018.
• Åkerblå: NS9415 Strømprosjekt. Omregningsfaktorer for 10 og 50 år basert på måleperiodens lengde. 12.11.2018 – versjon 02.
• Åkerblå: Sammenligning 50 års strøm. Maksimal strøm målt per måned x 1.85 og beregnet 50 års strøm fra EVA. 12.11.2018 – versjon 2.
• SINTEF Ocean: Revisjon av NS 9415 – Fastsettelse av ekstremstrøm fra korte tidsserier. Rapportnr. 2018:01070. 24.10.2018
Hver av partene er ansvarlig for sine underliggende rapporter, og partene deler ikke nødvendigvis de resultater, oppfatninger og konklusjoner som er omtalt i de andres rapporter.
Det er konsensus i prosjektgruppen om de oppsummerende konklusjoner og anbefalinger gitt nedenfor.
Måleperiodens lengde, månedsmaksimum og omregningsfaktorer
Månedsmaksima på en stasjon varierer fra en måned til den neste. I de undersøkte tidsseriene var det ingen umiddelbar sammenheng i hvilken måned strømmaksimumet var høyt eller lavt. Den største forskjellen mellom høyeste og laveste månedsmaksimum var 3,8. De høye forholdstallene mellom de forskjellige månedsmaksima avspeiler de store naturlige variasjonene det kan være i strømmens hastighet. Målinger i en måned anses å være en for kort periode til å kunne fastsette pålitelige ekstremverdier for mange lokaliteter.
Prosjektgruppen konkluderer med en anbefaling om at strøm bør måles i minst ett år og med påfølgende ekstremverdianalyse for å fastsette 10- og 50-årsstrøm. Det er et uttalt mål at næringen foretar de nødvendige tiltak for å iverksette denne endringen framover. Samtidig ser man at det av praktiske hensyn, og som følge av forskjellige krav ved etablering av en lokalitet, vil være fornuftig å åpne for bruk av kortere måleperioder og å estimere ekstreme strømhastigheter ved bruk av maksimal måleverdi og omregningsfaktorer.
En statistisk analyse basert på lange tidsserier fra 22 forskjellige lokaliteter langs norskekysten har beregnet forholdet mellom strømmaksima og tilhørende ekstremverdier. Analysen viser for eksempel at ved bruk av måleserier med 3 måneders lengde vil en omregningsfaktor på 1,90 gi et estimat av 50-års strømmen som for 80 % av måleseriene (80-prosentilen) vil være høyere enn den reelle ekstremverdien. I tilfellene nevnt ovenfor, der det vil være fornuftig å tillate bruk av kortere måleperioder, anbefales det at minste tillatte måleperiode er 3 måneder, og at omregningsfaktorene for beregning av ekstremstrøm baseres på 80-prosentilen i analysen nevnt ovenfor. Det gir følgende omregningsfaktorer (som avtar ettersom måleseriens lengde øke):
Måleperiodens lengde (mnd.) 3 4 6 8 10
10 års returperiode 1,68 1,57 1,43 1,33 1,27
50 års returperiode 1,90 1,76 1,61 1,49 1,44
Omregningsfaktoren anvendes på den høyeste strømfarten som er registrert i måleperioden. Det forutsettes da at det er gjennomført en kvalitetskontroll som sikrer at denne verdien er reell og ikke en “spiker”.
Siden det ikke er funnet noen entydig relasjon mellom strømstyrke og årstid, anbefaler prosjektgruppen at praksisen med å komplettere hull i tidsserien med påfølgende målinger neste år, avvikles. I stedet kan det stilles et krav til datagjenfangst (dvs. relativ andel av gode data) på for eksempel 90 %.
Kort midlingstid – “burst mode”
Det er viktig at målte variabler er sammenlignbare. Det bør derfor tilstrebes en felles måleteknikk. “Burst mode” gir jevnt over en litt høyere strømverdi enn et 10 minutters vektorielt middel. Det virker i så måte konservativt. Målinger i “burst mode“ var i utgangspunktet begrunnet i behovet for å spare batteri og forlenge måleperioden. Dette behovet er i dag mindre begrensende fordi batterikapasiteten er blitt bedre. I henhold til dagens standard skal strømmen måles som et vektorielt middel over 10 minutter. Eksisterende, lange tidsserier av strøm basert på kortere midlingsperioder enn 10 minutter kan fortsatt brukes uten ytterligere omregningsfaktorer. For framtiden bør man likevel tilstrebe overgang til 10 minutters vektorielt middel som standard for målt strøm.
Lang midlingstid – subsampling
Sammenlikninger mellom 10 minutters måle- og midlingsperioder og 30 minutters måleperioder med 10 minutters midling viste at månedsmaksima for den siste metoden kunne reduseres med opptil 35 %. De store forskjellene gjør at prosjektgruppen anbefaler at denne målemetoden ikke benyttes.
Nedre grense for 50-års strøm
Dagens standard sier at dersom høyeste strømhastighet med en returperiode på 50 år, blir lavere enn 50 cm/s, skal 50-års dimensjonerende strømhastighet på lokaliteten uansett settes til 50 cm/s. Denne regelen opprettholdes for tidsserier som av ulike grunner nevnt ovenfor er kortere enn ett år. For målinger over ett år eller mer kan kravet om en nedre grense for 50-års strømmen avvikes.
Ekstremverdianalyse
Resultatet av ekstremverdianalysen basert på langtidsmålinger viste at verdiene var innenfor 20 % av “fasit” etter tre måneder, innenfor 10 % etter ca. 9 måneder og innenfor 5 % etter vel et år. Selv om grunnlaget her bare er tre tidsserier, er resultatet oppløftende. Slik resultatene nå antyder, kan ekstremverdianalyse basert på f.eks. 9 måneder med data angi ekstremverdier innenfor ±10 % og ca. 1 år med data med en feilmargin på ca. 5 %. Flere tidsserier er tilgjengelig for ekstremverdianalyse, og det anbefales å få kjørt tilsvarende beregninger for flere av dem for å få validert sammenhengen nevnt ovenfor.
Prosjektet har bidratt til økt kunnskap om hvordan strømmålinger bør utføres og tolkes i forbindelse med vurdering av oppdrettslokaliteter. Nytteverdien ligger særlig i at det er etablert et bedre faglig grunnlag for revisjon av NS9415 Teknisk standard for flytende oppdrettsanlegg, som igjen vil bidra til redusert risiko for feildimensjonering av anlegg og forankringer.
-
* Sluttrapport: Samlerapport – NS 9415 Strømprosjekt – Fastsettelse av ekstremstrøm
SINTEF Ocean. Rapport 2018:01257. Samlerapport. 28. november 2018. Av Grim Eidnes (SINTEF Ocean), Juliane Borge (Multiconsult), Are Berstad (Aquastructures), Jenny-Lisa Reed (Åkerblå) og Jørgen Walaunet (Sinkaberg-Hansen).
-
Notat: Aquastructures TN-30090-5620-1 – Teknisk notat
Aquastructures.Teknisk notat TN-30090-5620-1. 29. oktober 2018. Av Are Berstad.
-
Rapport: NS9415 Strømprosjekt – metode for fastsettelse av ekstremstrøm
Multiconsult. Rapport 10205468-RIMT-RAP-001. 31. oktober 2018. Av Juliane Borge.
-
Rapport: NS9415 Strømprosjekt – Omregningsfaktorer for 10 og 50 år basert på måleperiodens lengde
Åkerblå. Rapport 1. Juli 2018. Av Jenny-Lisa Reed.
-
Rapport: Revisjon av NS 9415 – Fastsettelse av ekstremstrøm fra korte tidsserier
SINTEF Ocean. Rapport 2018:01070. 24. oktober 2018. Av Grim Eidnes og Christos Stefanakos.
-
Rapport: Sammenligning – 50-års strøm – Maksimal strøm målt per måned x 1.85 og beregnet 50-års strøm fra EVA
Åkerblå. Rapport 2. Oktober 2018. Av Jenny-Lisa Reed.
Standardiseringskomiteen SN/K 509 Flytende oppdrettsanlegg har bedt en arbeidsgruppe utarbeide et prosjektforslag og vurdere muligheter for finansiering av utviklingsarbeid med formål å identifisere lange, eksisterende måleserier for strøm, analysere disse og foreslå nye faktorer eller andre metoder for bestemmelse av dimensjonerende strøm basert på måleseriens varighet, forventede drivkrefter og når på året målingene ble gjennomført.
Å utarbeide forbedrede eller nye metoder for beregning av dimensjonerende strømhastighet med 10 og 50 års returperiode for måleserier av strøm med forskjellig varighet, midling og opphav (tid og sted).
Resultatene vil være en viktig del av grunnlagskunnskapen for revisjon av NS9415. Denne standarden skal følges for alt utstyr og installasjoner på flytende oppdrettsanlegg, og er et viktig tiltak for å sikre en så god teknisk standard på anleggene at rømmingsrisiko minimaliseres.
I prosjektet er følgende aktiviteter planlagt:
• Samle inn eksisterende måleserier for strøm med minimum ett års varighet.
• Samle inn eksisterende måleserier for strøm med minimum ett års varighet.
• Gjennomgå og kvalitetssikre alle strømmålingene for bruk i statistisk analyse.
• Beregne ekstremverdier for strøm (10 og 50 års returperioder basert på anerkjent metode) for varierende måleperiode (måned, sesong, år og hele perioden).
• Ut fra beregningsresultatene, vurdere nødvendig lengde av måleserien for at ekstremverdiene konvergerer innenfor et gitt konfidensintervall og beregne tilhørende omregningsfaktorer.
• Beregne omregningsfaktorer for strømdata med korte midlingsperioder (1, 2 og 5 minutter) relativt 10 minutters midlingsperiode og vurdere om det er mulig å etablere pålitelige korrelerasjoner mellom disse.
• Beregne og vurdere resultatets pålitelighet, og eventuelt andre og mer pålitelige og presise metoder for ekstremverdifastsettelse.
• Utarbeide en tabell og tekst for bruk i NS 9415.
De viktigste resultatene fra prosjektet vil bli formidlet til fiskeri- og havbruksnæringen gjennom innlegg i næringens egne publikasjoner og medlemsblad. Det vil også bli utarbeidet forbedret tekst og tabell som kan benyttes direkte i den reviderte utgaven av NS 9415. Referansegruppen fra næringen vil bli holdt løpende orientert om utviklingen i prosjektet ved deltagelse på oppstart- og avslutningsmøte og ellers månedlige oppdateringer.
-
* Sluttrapport: Samlerapport – NS 9415 Strømprosjekt – Fastsettelse av ekstremstrøm
SINTEF Ocean. Rapport 2018:01257. Samlerapport. 28. november 2018. Av Grim Eidnes (SINTEF Ocean), Juliane Borge (Multiconsult), Are Berstad (Aquastructures), Jenny-Lisa Reed (Åkerblå) og Jørgen Walaunet (Sinkaberg-Hansen).