STF Mag 特集: 分散型ファイバーセンシングが海底ケーブル監視をどのように進歩させるか

Jul 12, 2023

SubTel Forum Magazine 9 月号に掲載

1868 年に海底ケーブルを介して最初の電信メッセージが英国とカナダ間で送信されたとき、ケーブル容量と中継器の不足により、ケーブル送信は 1 分あたり 2 ワードに制限されました。 メッセージは少しずつではありましたが、次に速い送信方法である蒸気船よりも早く到着しました。蒸気船では 2 つの場所間の移動に 10 日かかります。[1] 2 年以内に、送信速度はすでに 1 分あたり 20 ワードにまで向上しました。 150 年が経ち、海底ケーブルは通信スーパーハイウェイへと進化し、海底 130 万キロメートルにわたる約 500 本の海底ケーブルを介して世界中のインターネットとクラウド トラフィックの 99% を伝送する役割を担っています。[2]

海中電力ケーブルも、水中で高電圧電力を送電するためのソリューションとして、エネルギー分野のゲームチェンジャーとして注目されています。 海底ケーブルの使用例は発展し続けています。 これらは洋上エネルギーの活用において中心的な役割を果たしており、最近完成したノースシーリンク[3]のような印象的なプロジェクトは、優れた海洋風力活動と潮力発電の恩恵を享受する各国のニーズに注目を集めています。 世界経済が接続 (インターネットとクラウド) と送電の両方にますます依存していることを考えると、海底ケーブルの重要性はますます高まっています。そのため、重要な接続と電力を確実に確実に提供するために、脅威を軽減するイノベーションを進化させ続けることが重要です。私たちのコミュニティ。

海底ケーブル自体の進化と同様に、分散型光ファイバーセンシング、特に振動検出および測距 (VID+R) テクノロジーは急速な成長を遂げており、導入においては変曲点に達しつつあります。 ファイバー センシングは、初めて長い直線資産のあらゆるメートルにわたる脅威を瞬時に認識できるようになり、ケーブル事業者にメリットをもたらします。 この種の実用的なリアルタイム情報により、明らかなコスト削減が促進され、ダウンタイムが回避されます。 光ファイバーセンシングは通信ケーブルに採用されることが増えていますが、電力ケーブルのソリューションとしてはまだあまり知られていません。 分散型ファイバーセンシング (DFS) 市場は、今後 8 年間で年平均成長率 7.3% で成長し、2030 年までに市場総額が 25 億 5,350 万ドルに達すると見込まれているため [4]、海底電力事業者はこれまでに多くの利益を得ることができます。今後数年間でこのテクノロジーに注目が集まっています。

海底電力ケーブル監視のための分散型ファイバーセンシングの進化

疑いもなく、毎年の海底ケーブルの停止の大部分は、錨の抵抗や漁船による底引き網漁などの外部からの攻撃によって引き起こされています。 津波などの自然災害による影響は、地質学的変化と並んで、混乱のもう 1 つの主な原因です。 2008 年に地中海で海底ケーブルが寸断され、数百万人がインターネットに接続できなくなった [5] や、2020 年に海底電力ケーブルが切断され、スカイ島の 18,000 戸が停電し、プロバイダーの利用を余儀なくされたなど、被害が大規模で明らかな場合もあります。ディーゼル燃料発電所にバックアップ電力の供給を要請する[6]。 また、ニアミスや部分的なストライキにより、すぐに電源が遮断されずにケーブルが損傷する場合もあります。 このような潜在的な損傷は、避けられないケーブル障害が発生するまでの期間気付かれない可能性があり、損傷が発生してから何年も経っても修理が必要になります。 どのようなシナリオでも、ケーブルの破損や障害により重要な供給が中断されます。 修理費用は最大 1,000 万ポンドまたは 1,200 万米ドルに達する可能性があり、通常は直接的な修理費用に加えて風評被害や収益の損失が伴います。 通常、接合容器を動員する必要があり、接合作業には修理が完了するまでに 40 ～ 60 日かかることが多く [7]、コストが増加します。

海底ケーブル事業者が認識しているように、海底ケーブルは、一度海底に設置されると本質的に見えなくなる数少ない重要インフラの 1 つです。他のほとんどすべての重要インフラとは対照的に、海底ケーブルの所有者は何が起こっているのか事実上まったく分かりません。彼らの資産の周り。 ケーブルの真上で何が起こっているかを監視する保護技術が存在します。 従来の方法には、AIS ビーコン監視、水上艦艇のパトロール、航空測量が含まれます。 ただし、これらの方法は回避するのが簡単で（AIS ビーコンがオフになる）、資産の監視に大きな時間/空間ギャップがあり、コストがかかり、運用時間が制限されており、天候の影響を受けます。 基本的に、これらの監視アプローチは資産に直接適用されるものではなく、24 時間 365 日体制で資産全体を監視するものでもありません。 分散型ファイバーセンシング技術に参入します。

前述したように、光ファイバー センシングは通信ケーブルに採用されることが増えていますが、海底電力ケーブルのソリューションとしてはあまり知られていません。 ただし、多くの電力ケーブルは光ファイバーを組み込んで構築されており、電気通信ケーブルと電力輸送の両方の役割を果たします。 これにより、DFS を介した海底ケーブルのモニタリングが可能になり、特に VID+R という革新的なカテゴリが可能になります。 VID+R は、DFS ポートフォリオの分散型温度およびひずみセンシングと並んでいますが、非常に強力な側面が 1 つあり、ユニークです。VID+R の非常に高い感度は、ケーブル上にあるだけでなく、ケーブルの外にある物体やイベントを検出して分類するケーブルです。 これは、特定の物体やイベントの固有の振動シグネチャを感知して分析することによって、長く連続した長さにわたって達成されます。 これに関連して、VID+R は、ケーブル所有者に前例のない状況認識を提供するために、海洋ケーブルの周囲に総合的かつ持続的な広域監視機能をもたらします。 この監視機能は、海底電力ケーブルにすでに埋め込まれている光ファイバーストランド上に簡単に導入でき、温度の変化や構造的完全性を測定できます。

光ファイバーインフラストラクチャは到達範囲が広いため、大規模で高密度の長期ギャップレスセンシングアレイとして活用できます。 フォトニクス、ハイブリッド クラウド コンピューティング、機械学習、人工知能の進歩を利用して、海底ケーブル内の DFS は基本的に標準の通信光ファイバーを新しい使用例に活用しています。 DFS を使用することで、新しい Sensing-as-a-Service デジタル アウェアネス製品は、24 時間 365 日のケーブル監視を提供し、以下のようなケーブル周囲のさまざまな出来事を検出します。

海底電力会社にとって、この実証済みのテクノロジーを適用することで大きなメリットが得られます。 海底通信ケーブルは、海底電力ケーブルと同様に脆弱であり、保護が不十分です。 これまで、どちらのクラスのインフラストラクチャにも、ケーブル切断につながり、重大な収益損失をもたらすイベントを防御するリアルタイム アラートが不足していました。

海底電力ケーブル監視のための DFS の事例

分散型ファイバー センシングの進歩により、海底ケーブルの監視方法が変化しており、特に、サービスとしてのセンシングは、外部攻撃者のリアルタイムの検出と分類、正確な損傷位置の特定、責任の特定を支援する機能といった DFS の将来を表しています。 VID+R テクノロジーは、既存の光ファイバー ケーブルを介して広範囲に到達できるため、いくつかの重要な点で海底ケーブルの監視に優れています。

初めての完全な状況認識

この「常時オン」のケーブル上の保護の完全な監視形式により、資産上で 24 時間 365 日提供されるリアルタイム レポートによる継続的な脅威の監視が可能になり、損傷が発生する前に脅威に連絡したり阻止したりするオプションが可能になります。

診断、復旧時間、費用

電力ケーブルの損傷による損害賠償請求は多額になる可能性があり、海底電力ケーブルの費用は 1 メートルあたり約 1,200 ドル、または 1 キロメートルあたり約 120 万ドルかかるため、監視は重要な保険の形式となっています。 障害位置特定の精度と精度により、数百キロメートルにわたる海底ケーブルに沿って問題を特定する時間が短縮され、それによって修理が迅速化され、時間の経過とともにコストが削減されます。 計画外の停電をなくすことにより、収益が増加し、供給ペナルティも減少します。

安全性

DFS モニタリングは、ケーブルストライキを排除し、計画外の事後対応的な緊急修理作業の量を削減することで、現場での修理作業員による事故のリスクを軽減するだけでなく、ケーブル損傷や潜在的な津波や海底火山の現場付近の第三者に対する危険も軽減します。

有責性

現在、海底ケーブルの損傷のほとんどは海岸端の浅瀬で発生しており、その損傷のほとんどは錨の引きずりや漁網のトロールによるものです。 高リスクエリアは、同じ事象によって複数のケーブルが引き抜かれる危険性が高いケーブル保護ゾーンや陸揚げステーションの近くにも見られます。

AIS との統合は、発生した損害の責任を特定するのに役立ちます。 船舶がそのような損害の原因であり、ケーブル事業者がその船舶の過失を証明できた場合、ケーブル事業者は船舶所有者から相当額の損害賠償を回収できる可能性があります。 また、保護されたケーブル内およびその周囲で航行する船舶がその活動が追跡可能であることを認識するようになるため、強力な抑止効果も生じ、船長がよりリスクの少ない方法で行動するインセンティブにつながります。

2028 年までに、海底電力ケーブルの市場規模は 118 億 2,000 万米ドル以上に達すると予想されています[8]。これは、海洋エネルギーへの投資の増加と国をまたぐ海底電力接続の増加により、2021 年の値から 40 億米ドル以上増加します。水中データセンター。 保護すべき費用のかかる海底インフラが長くなっていることから、電力業界は海底通信コミュニティに参加して、DFS サービスのような時間とコストを節約するテクノロジーの採用を拡大し、被害の発生を最初から防ぐという目標に近づく準備ができています。 。

中断のリスクを排除し、供給の安全性を高めることで、海底ケーブル事業者は、DFS と VID+R テクノロジーを通じて、今後数十年間にわたる海底ケーブル保護の将来を確保しながら、増大する利害関係者の期待と規制の要求に応えるという重要な役割を果たすことができます。

マーク・イングランドはFiberSenseの創設者兼CEOです。 Mark はソナー、光ファイバー技術、エンジニアリング、ビジネス構築において 25 年以上の経験があります。

彼は、新たな市場機会を早期に発見し、これらの機会を効果的に活用するためのビジネスを構築および位置付けするための実践的なアプローチをとった実績を持っています。 この実績は、エンジニア、起業家、ビジネスオーナーとして、光ファイバーネットワークとセンサーシステムのどこに主要な価値推進力があるのか​​という問題に焦点を当てて、25 年以上にわたって築かれてきました。

これらの洞察は、1) DSTO オーストラリアの光ファイバー センサー研究所の所長、2) センシングおよび通信用の高性能ファイバー ブラッグ グレーティングを供給する光ファイバー コンポーネント会社の創設者、常務取締役、CEO、3) としての多様な経験ベースから得られました。通信事業者およびスーパーテック企業に提供する 10 億ドルの海底通信ケーブル サプライヤーの米国事業開発責任者、および 4) クラウド (海底および国際、地上および国内) に関連する光ファイバー ネットワーク全体にわたる 40 億ドル事業の米国事業開発および戦略責任者データセンター）。

Mark は CDU で工学の優等学位を取得し、シドニー大学で光ファイバーセンシングの博士号を取得しており、オーストラリア企業取締役協会の会員でもあります。

マークは新しいビジネス モデルの熱心な推進者です。

[1] https://www.iscpc.org/information/learn-about-submarine-cables/timeline-history/

[2] https://www.submarinecablemap.com/

[3] https://www.cnbc.com/2021/10/04/worlds-longest-under-sea-electricity-cable-begins-operations.html

[4] https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/distributed-fiber-optic-sensor-sensing-dfos-market

[5] https://www.wired.com/2008/12/mediterranean-c/

[6] 実際、冗長性を確保するために追加のディーゼル発電機を本土から空輸する必要がありました https://www.theguardian.com/business/2020/oct/22/scottish-energy-company-ssen-investigates-blackout-caused -海底ケーブルの故障による

[7] https://iumi.com/news/iumi-eye-newsletter-march-2018/subsea-cable-and-damage-claims

[8] https://www.globenewswire.com/en/news-release/2022/03/18/2406112/0/en/Submarine-Power-Cable-Market-Size-Worth-11-82Bn-Globally-by -2028-at-6-4-CAGR-Exclusive-Report-by-The-Insight-Partners.html

ここをクリックして、SubTel Forum Magazine のオフショア エネルギー問題の記事を読むか、こちらのアーカイブ サイトでお読みください。