Klimaendringer og konstruksjonssikkerhet

Arne Kvitrud, Sondre Nordheimsgate 9, 4021 Stavanger. (arne.kvitrud@online.nox - men ikke bruk x-en!! Don’t use the x!)

Versjon 2007.

Retur

Jeg har med bakgrunn i klimarapporten utgitt av World Meteorological Organization (WMO) gjort en vurdering av hvilke effekter de angitt endringene vil medføre for petroleumsvirksomheten til sjøs og på landanlegg. Betydningen av klimaendringer vil være avhengig av størrelsen av endringene. Vi har lagt til grunn en økning av lufttemperaturen fram til år 2100 mellom 2,3 og 5,3 grader - i samsvar med minste og største forvente temperaturøkning (WMO, 2007, side 854 og 873). Med et så langt tidsperspektiv vil bare deler av dagens innretninger fortsatt være i bruk, men nye kan komme til underveis og de vil lettere kunne tilpasses de endringene som skjer.

Lufttemperatur

Økt lufttemperatur vil isolert sett i hovedsak ha positive effekter. En vil ha mindre behov for vinteriseringstiltak, og innretninger uten spesielle vinteriseringstiltak vil kunne brukes lengre nord. Flere innretninger er bygget for områder med temperaturer ned til minus 20 grader. Disse vil kunne brukes lengre nord gjennom hele vinteren.

Det vil være mindre behov for oppvarming i bolig- og arbeidsområder.

Økt temperatur kan føre til at korrosjonshastigheter øker - hastighetsendringene vil være avhengig av temperaturendringene og endringen i luftfuktigheten. Ved ekvator - utenfor Afrika, er korrosjonshastigheten vesentlig større enn på norsk sokkel, men ingen av scenariene vil bringe temperaturen opp til samme nivå som i Afrika, verken i sjøen eller i lufta. Økt korrosjon vil medføre økte utgifter til korrosjonsbeskyttelse og vedlikehold.

Temperaturøkninger vil føre til at materialer utvider seg. Det vil kunne føre til økte tvangslaster i konstruksjonene, men virkningen er antatt å være liten.

Sjøtemperatur

Temperaturene i seg selv vil ikke virke inn på konstruksjoner i særlig grad, men økt sjøtemperatur vil kunne medføre økte korrosjonshastigheter.

En økt sjøtemperatur vil medføre en bedring dersom en skulle falle i sjøen. En har i snitt en slik ulykke i året.

Temperaturøkninger vil føre til at materialer utvider seg. Det vil kunne føre til økte tvangslaster i konstruksjonene, men virkningen er antatt å være liten.

Begroing på innretninger

Økt sjøtemperatur vil kunne føre til endringer i dyre- og plantelivet omkring innretninger.

For slanke innretninger (jack-up`er og jacketer) bidrar marin begroing til en økning av bølge- og strømlastene. Konstruksjonsdeler som er begrodd vil få større arealer som bølgene kan virke på og de gjør at bølgene ikke så lett passerer, med den følge at belastningen øker. Av de viktigste bidragsyterne er rur og blåskjell. Vi vet ikke hvor avhengige de er av temperaturen. Men vi ser at det er en effekt ved at begroingen avtar fra Nordsjøen til Norskehavet. Ved temperaturøkninger vil en i Norskehavet kunne forvente like stor eller større begroing enn i Nordsjøen i dag. For storvoluminnretninger betyr begroing lite, og da heller ikke endringer i begroingen. En har bare storvolumkonstruksjoner i Norskehavet slik at betydningen er minimal. Effekten av temperaturendringene i Nordsjøen er derimot mer usikker.

Havstrømmer

Økt sjøtemperatur kan medføre større temperaturvariasjoner mellom ulike vannmasser. Ved storstilt smeltingen av breene i Antarktis og Grønland, vil dette medføre økte mengder av ferskvann i havene. Det er uvisst hvordan dette vil virke inn. Hurtige klimaendringer vil kunne medføre større forskjeller mellom lagene, og at hastighetene i havstrømmene øker. Det vil medføre at strømbelastningene på konstruksjoner vil øke. Effektene av en langsom smelting eller et tidspunkt lenge etter at breene har smeltet er vanskeligere å forutsi.

En endring av vindhastigheten (se under) vil påvirke strømhastighetene i overflaten direkte og tilnærmet proporsjonalt med endring i vindhastigheten. Endringen i strømmen vil likevel ikke være i samme retning som endringen i vindretningen.

Strømmen er bare i sjeldne tilfeller den viktigste lasten, og en økning av strømhastighetene vil trolig bare føre til mindre lastøkninger. Strøm vil typisk bidra med 5-10 % av totallastene.

Havis, isfjell og ising

Økte sjøtemperaturer vil føre til at havisen i Arktis trekker seg lengre nord eller forsvinner (WMO, 2007, side 878-879). En vil da ha flere isfrie områder der en kan drive petroleumsvirksomhet. Ingen av innretningene som brukes i dag er dimensjonert for å brukes i is, disse riggene kan da brukes i et større havområde. Med fem graders temperaturøkning vil det meste av den arktiske isen være borte, og være enkelt tilgjengelig for petroleumsvirksomhet.

Økt lufttemperatur kan medføre (om nedbørmengdene ikke vokser betydelig) at breer på Svalbard, Kvitøya og Franz Josephs land blir mindre. Det vil kunne føre til at de kalver færre isfjell ut i fjorder og i havet, og at kalvingen etter hvert blir borte. I området mellom Bjørnøya og Kvitøya er det nå normalt i størrelsesorden 100 isfjell. Disse representerer en risiko om vi skulle starte petroleumsvirksomhet der. Igjen vil vi kunne utvide det området vi i dag driver petroleumsvirksomhet, uten at risikoen blir større.

Smelting av polisen vil føre til økt skipstrafikk fra Asia og Sibir forbi kysten. Det vil øke kollisjonsfaren mellom innretninger og passerende skip. Det er vanskelig å anslå hvor mye trafikken vil øke og dermed kollisjonsfaren.

Saltinnhold i havet

En reduksjon av den relative saltholdigheten i sjøen (WMO, 2007, side 395-396) på grunn av avsmelting av breer eller økt nedbør vil ha minimale effekter, og da trolig bare på korrosjon.

Redusert saltholdighet vil også kunne redusere egenvekten på vann. Det vil gi noe mindre oppdrift og noe lavere strøm- og bølgelaster. Effekten antas likevel å være neglisjerbar.

Lokale økninger av saltholdigheten (WMO, 2007, side 397-398) vil på samme måte ha neglisjerbar betydning.

Nedbør og snø

WMO (2007, side 874) skriver at midlere nedbør vil øke et sted mellom 0 og 16 %.

Dette vil ikke være noe stort problem for virksomheten til sjøs. Vi vil også kunne forvente mindre nedbør i form av snø og is. Det vil gi marginalt tryggere konstruksjoner på en del tak, og andre utsatte konstruksjoner til sjøs.

På landanlegg vil økt nedbør føre til økt vannføring i elver med mulighet er for oversvømmelser. Ingen av landanleggene ligger ved større elver, og effekten på landanleggene vil trolig være små.

Økt nedbør vil også føre til at grunnvannsstanden kan øke, det kan gi lokale skred eller utrasninger. Alle landanleggene ligger imidlertid på utplanerte områder, og effekten er trolig minimal.

Skred i skjæringer på land er i stort grad avhengig av vekslinger mellom vann som fryser og tiner. Ved frysing utvider vannet seg og dermed sprekker de er i, ved tining smelter vannet og kan fylle opp nye tomrom inntil fjellet gir etter. Høyere temperaturer vil ved kysten føre til færre fryse/tine-situasjoner i løpet av året, mens økt nedbør vil sannsynlighet for at det er vann tilstede i sprekker under frysingen/tiningen.

Økt lufttemperatur og luftfuktighet vil kunne føre til økte korrosjonshastigheter, som i så fall må kompenseres med økt vedlikehold eller bedre beskyttelse.

Vannstand

Termisk utvidelse av havet og smelting av is vil føre til at havnivået vil øke ved økt temperaturer. Vannstandsøkningen fra 1993 til 2003 er 3,1mm/år (WMO, 2007, side 5). Beregninger av framtidige scenarier spriker en god del, men vannstandsøkningen er beregnet til å være i området 0,2-0,6m i år 2100 (WMO, 2007, side 821).

Siden 1987 har en i regelverket vårt (nå i NORSOK N-003) anbefalt å legge inn en sikkerhetsmargin på 30 cm økning av vannstanden for nye innretninger på grunn av klimaendringer. Eldre innretninger har ikke inne tilsvarende tiltak.

Økt vannstand vil kunne medføre at kriteriene for avbemanning blir endret for en del innretninger i forkant av storm, og for andre at det må innføres kriterier for avbemanning ved varsel av høye bølger. I verste fall vil det kunne medføre skade på innretningene. Med de endringene som er beskrevet i WMO rapporten er det neppe aktuelt å stenge ned innretninger.

For landanlegg vil økt vannstand føre til at sjøen står høyere på kaier og andre anlegg nær sjøen, men vil neppe medføre større problemer. I verste fall vil det føre til at en må bygge på anleggene i høyden eller gjøre begrensninger i bruken.

Økte ekstrembølger (se nedenfor) vil på landanlegg ha effekt ved økt stormflo. Effekten vil være avhengig av endringen.

Vind

Dersom økningen av lufttemperaturen fører til økte temperaturforskjeller mellom sjø og land, kan det føre til økt hyppighet av lavtrykksdannelser. Modellresultatene spriker en del (WMO, 2007, side 876-878) fordi de vektlegger ulike fysiske fenomener. For Nordsjøen og Barentshavet gir modellene små endringer, men for den nordlige delen av Nordsjøen og Norskehavet gir modellene store variasjoner – fra en reduksjon i midlere vindhastighet på 5 % til en økning opp mot 10 %. En like viktig faktor som gjennomsnittsverdier er om lavtrykksbanene vil endres i et varmere klima. Målinger og observasjoner av vind sammen med de siste års temperaturøkninger spriker også (WMO, 2007, side 283).

En eventuell økning av middelverdiene kan gi konstruksjonene en utmattingslevetid som er lavere enn forventet. Det vil normalt kompenseres med en økt hyppighet av inspeksjon og vedlikehold. Vind bidrar en del til lastene, men den viktigste faktoren for offshore konstruksjoner er bølgene.

Økt vindhastigheter eller stormhyppighet vil kunne medføre at maritime operasjoner ikke kan utføres som planlagt, og medføre mer ventetid til neste godværsperiode.

I dag ligger det et nærmest konstant høytrykksområde over de arktiske strøkene. Dette tvinger lavtrykkene til å passere sør for disse. Issmelting vil føre til at vanlige lavtrykk kan gå lengre nord enn det de gjør i dag. Det vil igjen påvirke om vindhastighetene øker eller minker på norsk sokkel.

Ekstremverdiene (WMO, 2007, side 878) kan være knyttet til middelverdiene, men modellene er dårlige til å modellere slike forhold. En eventuell økning av ekstremverdier for vind kan gi konstruksjonene lokale skader. En eventuell reduksjon i vindhastigheter vil i seg selv bare ha positive effekter for konstruksjonene.

En særlig fenomen i nordområdene er polare lavtrykk som oppstår i grenseflaten mellom kald luft over havisen og oppvarmet luft like over åpen sjø. Dette gir kraftige stormer i Barentshavet og i nordlig del av Norskehavet. Dersom havisen i Arktis går lengre nord vil polare lavtrykk i kystnære farvann sannsynligvis minke. Reduksjon i antall polare lavtrykk vil ha en positiv effekt både i forhold til utmatting og styrke.

Bølger

Størrelsene på bølgene er i hovedsak styrt av styrken på vinden, hvor lenge den blåser i en bestemt retning og hvor stort område bølgene har til å bygge seg opp (strøklengde). Økt vindstyrke vil normalt gi høyere bølger, men selv om en får en økning av midlere vind eller de ekstreme vindhastighetene trenger ikke det føre til endring av bølgehøydene. I Norskehavet er det så åpent (lang strøklengde) at en endring i vindhastigheter normalt også vil føre til tilsvarende endring i bølgehøydene.

Bølgene er den viktigste belastningen på konstruksjoner, og forverring av bølgeklimaet kan få store konsekvenser for hvordan en driver og hvordan en vedlikeholder konstruksjonene, og hvor flyttbare innretninger kan brukes.

En eventuell økning av middelverdiene for bølgene kan gi konstruksjonene en utmattingslevetid som er lavere enn forventet. Det vil normalt kompenseres med en økt hyppighet av inspeksjon og vedlikehold, men kan også føre til at konstruksjoner vil få kortere levetid enn ved dagens bølgeklima.

Økt stormhyppighet vil kunne medføre at maritime operasjoner ikke kan utføres som planlagt, og medføre mer ventetid til neste godværsperiode.

Økt stormhyppighet og økte vindhastigheter vil mest sannsynlig gi økte ekstremverdier for bølger. En eventuell økning av ekstremverdier for bølger kan gi konstruksjonene store skader. En har likevel lagt seg på et nivå i dimensjoneringen som gjør at bølgene skal vokse en god del før det er umiddelbar fare. En økning kan også føre til hyppigere evakueringer av innretningene i forkant av stormer, og vedlikeholdsarbeid i etterkant av stormen. En eventuell reduksjon i bølger vil bare ha positive effekter for konstruksjonene.

Konklusjon

En global oppvarming i området 2,3-5,3 grader vil få en del konsekvenser. Temperaturendringene vil i seg selv i hovedsak ha mindre positive effekter. Størst effekt vil oppvarmingen ha dersom det skulle medføre endringer i vind og bølgeforholdene. Her uttrykker imidlertid WMO at det er usikkert om det vil bli en endring, og om det vil bli bedre eller verre hos oss.

Referanser:

NORSOK N-003

WMO: Climate Change 2007, The Physical Science Basis, 2007.