Evaluation of new design concept of submerged fish farm

Abstract

Akvakulturen opplever en rask utvikling mot nye design av oppdrettsanlegg som kan plasseres i mer eksponerte farvann og tåle et tøffere klima. De nye designene for akvakulturen tar sikte på å løse problemene rundt lakselusen, samt flere av de miljømessige utfordringene som akvakultur i fjordene har møtt i løpet av de siste årene samtidig som de skal være lønnsomme og ivareta fiskens velfersstandard. Denne oppgaven kan anses som et første steg på en konsept-utredelse av et helt nytt konsept av en luftkuppel som skal forsyne et nedsenket anlegg med oksygen. Luftkuppelen som har blitt undersøkt og analysert er fremdeles under utvikling av det respektive selskapet, som har gjort at tilgjengelig informasjon har vært begrenset på grunn av konkurransemessige årsaker.

Målet med denne masteroppgaven var å forbedre kunnskapen og forstelsen av luftkup-pelen i en nedsenket tilstand. Dette førte til det første forskningsspørsmålet: ”Hva erforbindelsen mellom en innkommende kraft fra strømningen og tilt-vinkelen til luftkuppe-len ?” For det andre, for å finne et godt design for luftkuppelen prøver denne oppgaven ̊a svare på følgende forskningsspørsmål: ”Hvilke metoder eksisterer for beslutningstakingsom kan gi beslutningsstøtte til et nytt konsept som luftkuppelen til et nedsenket opp-drettsanlegg?”

For å besvare de to forskningsspørsmålene ble det gjennomført en grundig beskrivelse av luftkuppelen og det nedsenkede systemet, i tillegg til en omfattende undersøkelse vedrørende det hydrodynamisk aspekt av luftkuppelen, for å forstå oppførelsen av kuppelen i en nedsenket tilstand. Bruk av designteorien om multi-objektiv beslutningstaking og tradespace exploration ga grunnlaget for case-studiet, hvor en funksjonell nedbrytning av systemet ble etablert. Målet med case-studiet var å oppnå en forståelse av hva et godt design er for en luftkuppel i en nedsenket tilstand ved å bruke design teori og forstå det hydrodynamiske aspektet av luftkuppelen.

På grunn av begrenset informasjon og den tidlige utviklingsfasen av luftkuppelen er resultatene basert på en del antagelser og kan avvike noe fra den virkelige luftkuppelen som er utviklet. Denne oppgaven konkluderte på det første forskningsspørsmålet med at høyden og dypgangen av luftkuppelen spiller en viktig rolle for tilt-vinkelen gitt av en innkommende kraft. Det første forskningsspørsmålet ga i tillegg en del interessante opplysninger om hvordan de forskjellige parameterne til luftkuppelsystemet er koblet sammen, og hvordan endringer av disse parameterne har stor effekt på tilt-vinkelen til luftkuppelen.

Valget av design metode - tradespace exploration, viste seg å ikke være et ideelt valg av metode for å designe luftkuppelen. Hovedgrunnen til dette er utility funksjonen som inngår i tradespace analysen. Den gjør at en del av innsikten i analysen blir borte på grunn av vektingen av attributter som blir gjort før selve analysen kjøres. Det gjør at beslutningstakeren sitter med all makt over hvilke design som skal score høyest og havne på pareto fronten før selve analysen er blitt gjort. For videre arbeid ville det vært ønskelig å utforske nye design metoder for å finne frem til det mest gunstig designet for luftkuppelen i tillegg til å kjøre eksperiment som kan viste til hvordan luftkuppelen faktisk oppfører seg i en nedsenket tilstand når den blir påvirket av krefter fra strømning.

The aquaculture is experiencing a rapid development towards developing new designs of fish farms that can withstand a harsher climate in more exposed waters. The new designs for the aquaculture aim to solve the problems concerning the sea lice as well as several of the environmental challenges that the aquaculture has faced in recent years while still be profitable and satisfying the fish welfare standards. This thesis can be seen as a first step in conducting a concept study on the new concept of an air-dome supplying oxygen to a submerged fish farm. The air-dome investigated is still under development by the respective company which has made available information limited.

The main focus of this thesis was to improve the knowledge and understanding of theair-dome in a submerged condition. This leads to the first research question: What is theconnection between a force from current and the tilt-angle of the air-dome? Secondly, thefocus was on finding a good design for the air-dome which lead to the second researchquestion: Which methodologies exist for decision making that can provide decision supportfor a new concept as the air-dome for a submerged fish farm?

To answer the two research questions, a thorough description of the air-dome and the submerged system as well as a comprehensive investigation concerning the hydrodynamic aspect of the air-dome, has been conducted. In addition, the design theory concerning multi-objective decision making and tradespace exploration gave the foundation of the case study, where a functional breakdown of the system was developed. The aim of the case study was to achieve an understanding of what a good design is, for an air-dome in a submerged condition, by using the design theory and understanding the hydrodynamic aspect of the air-dome.

Due to limited information and the early phase of development of designing the air-dome system, the results are based on some assumptions and may differ somewhat from the real air-dome developed. This thesis concluded on the first research question that the height and the draft play an important role for the tilt-angle, given an incoming force. The first research question relieved interesting information on how the different parameters of the air-dome system are connected together. And that changing one of these parameters has a severe effect on the tilt-angle of the air-dome.

The choice of design method - tradespace exploration, however, proved to not be a good choice for this new concept concerning the air-dome. The main reason for this is the utility function of the tradespace analysis. The utility function reduces the insights of the analysis due to the weighting of attributes that are done beforehand. This means that the decision maker sits with all the influence over which design will end up on the pareto front before the actual analysis is performed. For further work, it would have been desirable to explore new design methods to find the most beneficial design of the air-dome as well as run experiments which can indicate how the air-dome actually behaves in a submerged state when it is affected by forces from the current.