Golven voorspellen op zee

Ze was alvast het dek op gelopen, degene die met een vlaggetje in elke hand moest zwaaien naar de helikopterpiloot, om hem te laten weten wanneer hij precies zijn voertuig op het schip kon zetten. Op datzelfde moment haakte de kraanmachinist zijn haak op de plek waar hij de fundering voor een offshore windmolen kon optillen. Straks zou hij ‘m behoedzaam overboord zetten op de daarvoor aangewezen plek op de zeebodem. Ook het loodsbootschip lag gereed om een van de kleine bootjes overboord te zetten, waarmee later op de dag een vrachtschip de haven binnengeloodst kon worden. Alle drie bekeken ze de app die in de maritieme sector van 2030 al een tijdje gemeengoed is: de golvenradar.

Dankzij dit technische snufje, ontwikkeld door Peter Naaijen, docent Ship and Offshore Hydromechanics aan de Technische Universiteit Delft, kan iedereen op zee  zien of er de komende vijf minuten golven in de buurt zijn en hoe het schip daarop zal reageren. Het elegante aan deze nieuwe techniek is, dat vrijwel alle schepen al een navigatieradar hebben. Naaijen analyseert die radardata, waarin informatie zit over waar watergolven zich bevinden en hoe hoog die zijn. Dankzij zijn innovatie is het een stuk veiliger geworden om op zee offshore operaties te verrichten.  

Peter Naaijen

image: Jort van der Jagt

Tot op zekere hoogte zijn golfcondities op zee nu al voorspelbaar, alleen zijn die voorspellingen niet zo specifiek. “Je hebt daar niet zoveel aan, want je wil precies weten waar en wanneer die golven zijn”, zegt dr.ir. Peter Naaijen. Met die kennis kunnen namelijk ongelukken in de offshore industrie worden verminderd: helikopters crashen niet meer op schepen, omdat het dek onverwachts dichterbij komt en zware lasten kunnen voortaan van het ene op het andere schip gezet worden zonder te botsen en schade te veroorzaken. Daarnaast hoeven installateurs van windmolens niet meer te wachten tot de zee weer rustig is en al helemaal niet meer terug te varen naar de kust, omdat de golven te hoog zijn om te kunnen werken. Het is zelfs mogelijk om in slecht weer een moment te vinden dat het even rustig is. Dit bespaart enerzijds downtime, tijd die schepen aan wal moeten blijven en zorgt anderzijds ervoor dat schepen niet meer onverrichter zake uitvaren. Dit bespaart zowel tijd als geld, maar ook brandstof. “De marges in de windindustrie zijn klein”, zegt Naaijen, “je wint heel veel uren als je niet meer hoeft te wachten en je op meer uren per dag en meer dagen per jaar je offshore operaties kunt uitvoeren”. 

Het voorspellen van golven kun je het beste vergelijken met het voorspellen van regen.  “Vergelijk het met een weerbericht dat voor Nederland dertig procent kans op regen voorspelt, dan weet je ook niet precies waar en wanneer die regen gaat vallen. Een buienradar is veel plaats- en tijd-specifieker en daarom vaak zinvoller om een nat pak te voorkomen. Onze golfradar is daarom goed te vergelijken met die buienradar. Tijdens mijn promotieonderzoek heb ik aangetoond dat het mogelijk is om 2,5 minuut van tevoren te voorspellen hoe hoog de golven rondom een schip zullen zijn”, zegt Naaijen.  

Of en wanneer een schip uitvaart wordt bepaald aan de hand van de sea state, een soort kengetal om de heftigheid van de golven aan te geven, net zoals beaufort een kengetal is voor de windsterkte. “Stel dat een golf van drie meter hoogte de uiterste limiet is voor een operatie die twee minuten duurt. Bij een sea state 4 zal zo’n schip dan niet uitvaren, omdat de kans dat een golf van drie meter hoog voorbij komt dan veel te groot is”, legt Naaijen uit. “Maar in de praktijk blijkt dat 93 procent van de tijd bestaat uit intervallen van tenminste twee minuten, tijdens welke die drie meter hoogte niet wordt overschreden! Dus als je exact weet wanneer die hoge golven optreden, kun je dat moment vermijden en blijft er nog ruim voldoende tijd over om je klus veilig te klaren. Je kunt dus potentieel enorme besparingen halen doordat schepen bij hogere sea states vaker uit kunnen varen en minder lang aan wal hoeven te wachten”. 

moeilijkheden bij werkzaamheden aan boord door hoge golven

Hoe werkt zo’n golfradar precies? De meeste schepen beschikken nu al over alle hardware om golven te voorspellen, voor de technologie is dus geen grote investering vereist. “We gebruiken de navigatieradar van het schip zelf. Op dit moment geeft die aan waar andere boten zijn en waar de kust precies is, zodat het schip daar niet tegenaan vaart”, zegt Naaijen. “Maar eigenlijk ontvangt de radar nog veel meer informatie, namelijk waar alle golven in het water zich bevinden”. Dat zit zo: een radar zendt electromagnetische golfjes uit die botsen tegen watergolven aan, zodat de antenne ze weer ontvangt. Op dit moment wordt die informatie weggefilterd, omdat ze voor de kapitein niet interessant zijn. “Wij tappen die ruwe radardata juist af, zodat we ze met allerlei slimme algoritmes kunnen analyseren. Eigenlijk gebruiken we dus een afvalproduct”. 

Inmiddels is Naaijen met een oud-studiegenoot het bedrijf Next Ocean gestart en kreeg hij van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) subsidie om de golvenradar app daadwerkelijk te ontwikkelen. “Partijen uit de industrie zoals Boskalis en Allseas hebben me aangemoedigd om mijn onderzoek te vertalen naar een product, omdat daar in de offshore wereld veel vraag naar is”, zegt hij. De eerste afnemer is al bekend: het bedrijf Allseas is de eerste die haar schepen gaat uitrusten met de Next Ocean Wave Predictor. “We noemen onze software zo, maar eigenlijk is het meer een ship motion predictor”, zegt Naaijen met een trotse glimlach. Eind 2017 verwacht hij de software klaar te hebben. In 2018 zouden offshore medewerkers op schepen ook op mobiele apparaten moeten kunnen zien hoe hoog de golven zijn, zodat ze weten wanneer ze hun werk het beste kunnen uitvoeren”.