Risk analysis of semi-closed containment systems operating at different exposures

Abstract

Norge er verdens største produsent av atlanterhavslaks, og regjeringen har en visjon om å femdoble produksjonen innen 2050. Produksjon av laks har stagnert de siste årene grunnet store utfordringer med lakselus og bekymringer rundt næringens påvirkning på miljø og villaksen. For å møte disse utfordringene har semi-lukkede oppdrettsanlegg blitt sett til som en potensiell løsning. Den tekniske løsningen i slike systemer er relativt ny og det er lite kunnskap rund bruken av disse som fører til at risikoen ved å bruke denne produksjonsmetoden fortsatt er ukjent. Det kreves mer kunnskap rundt semi-lukkede opp- drettssystemer og deres egenskaper til å motstå krefter fra sjøen for å fastslå risikoen ved bruk av lukket merdteknologi.

I denne oppgaven ble risikoen ved å produsere laks for tre ulike semi-lukkede merdsystemer undersøkt. Undersøkelsen ble gjort for fleksible, halvstive og stive merdsystemer. En fareidentifikasjonsmetode kalt, preliminary hazard analysis (PHA), tok for seg alle de ulike typene systemer som er lokalisert på områder med moderate bølgeeksponering. Risikoen funnet fra PHA for de forskjellige systemene ble sammenlignet med hverandre gjennom en komparativ analyse. Videre ble det gjennomført en endringsanalyse for de fleksible, halvstive og stive semi-lukkede merdsystemene for å undersøke hvordan risikoen blir påvirket og endrer seg ved å produsere laks i slike systemer på ba ̊de mindre og mer eksponerte områder.

Risikoanalysen viste at det fleksible systemet hadde store utfordringer med deformasjoner av oppdrettsvolumet ved drift på områder med høyere bølger og sterkere strøm. Den fleksible merdens har mindre mulighet til å gi beskyttelse til kritiske komponenter som vanninntaksrør og dødfisksystemer. Utfordringene med deformasjoner er mindre be- tydelige for halvstive systemer, og konstruksjonen har større mulighet til å gi beskyttelse til kritiske komponenter. Den halvstive semi-lukkede merden vil møte problemer med større skvulpebevegelser inne i tanken når den utsettes for større bølger. For stive systemer vil strukturen i merden åpne for muligheten til å beskytte kritiske komponenter ved å plassere de inne i veggen, skjermet for store krefter fra bølger og strøm, noe som vil ha en risikoreduserende effekt. I tillegg forhindrer det stive materialet strukturen fra å oppleve deformasjoner i strukturen, og samtidig gjøre systemet mer egnet til å tåle store krefter fra bølger, strøm og sammenstøt med fartøy. Konstruksjonen vil imidlertid ha store utfordringer med skvulping inne i merden på mer eksponerte områder. Dette kan skade ba ̊de strukturen og fisken inni.

Resultatene viste at risikoen som følger ved å produsere laks i semi-lukkede oppdrettsanlegg er akseptabel for alle systemtypene ved drift på lav og moderat eksponering, men at risikoreduserende tiltak bør vurderes ved produksjon i moderate eksponering. Det beste alternativet fra sett med hensyn på risiko, er det stive systemet, etterfulgt av halvstive, mens fleksible skårer dårligst i risikoanalysen for alle eksponeringsgrader. Derimot vil ingen av systemene kunne produsere laks i områder med høy eksponeringsgrad. For å kunne gjøre det er det behov for økt kunnskap og mer forskning om lukket merdteknologi og kreftene som virker på systemene.

Norway is the world’s largest producer of Atlantic salmon, and the government has a vision of five folding the production within 2050. However, production has stagnated in recent years due to challenges with sea lice and concerns regarding the industry’s im- pact on the environment and the wild stock. As a result, semi-closed containment systems (S-CCSs) have arisen as potential solutions to manage these challenges. The technology of producing in S-CCS is immature, and the risk of using this production method is still unknown. More knowledge of semi-closed containment systems and how they behave in the sea is required to determine the risk.

In this thesis the risk of producing salmon in three different types of S-CCSs were in- vestigated. The investigation was conducted for flexible, semi-rigid and rigid cages. The hazard identification method, preliminary hazard analysis (PHA), was carried out for all systems operating at sites with moderate wave exposure. The risk found in the PHA for the different systems was compared against each other by using a comparative analysis. Further, a change analysis was conducted for the flexible, semi-rigid and rigid system to investigate how the risk of producing salmon in more and less exposed areas was affected by the changed conditions.

From the risk analysis, it was clear that the flexible system had severe challenges with deformations of the structures when operating at sites with larger waves and stronger cur- rents. Flexible systems also lack the ability to provide protection of critical components such as the water inlet pipe and the dead fish system. The challenges of deformations is less significant for semi-rigid structures, and the structure offers better protection of crit- ical components. A semi-rigid cage will have problems of larger sloshing motions when exposed to larger waves. For the rigid system, the structural ability to provide shelter for critical components within the wall have a risk reducing effect. In addition, the strength of the material eliminates the risk of deformations and makes the rigid system better suited to withstand large forces from the sea or impacts with vessels. However, the rigid structure will have severe challenges with sloshing in more exposed areas.

The results showed that the risk of producing salmon in S-CCSs is acceptable for all types operating in low and moderate exposure, but when operating in moderate exposures risk reducing measures should be proposed. The best structural alternative from a risk point of view, is a rigid system followed by semi-rigid and, at last, flexible. None of the S-CCSs maintains an acceptable risk from a change to high exposure sites. To do so, there is a need for more knowledge and research regarding S-CCSs and the forces acting on the systems.