Característica de STF Mag: Cómo la detección de fibra distribuida está avanzando en el monitoreo de cables submarinos

Jul 12, 2023

Tal como se publicó en la edición de septiembre de SubTel Forum Magazine

Cuando el primer mensaje telegráfico enviado por cable submarino se transmitió en 1868 entre el Reino Unido y Canadá, la falta de capacidad del cable y los repetidores restringieron la transmisión por cable a 2 palabras por minuto. Aunque poco a poco, los mensajes llegaron más rápido que el siguiente método de transmisión más rápido: los barcos de vapor, que requerirían 10 días para viajar entre los dos lugares.[1] En dos años, la velocidad de transmisión ya había mejorado a 20 palabras por minuto. 150 años después, los cables submarinos han evolucionado para convertirse en superautopistas de comunicación, responsables de transportar el 99 % del tráfico de Internet y de la nube a nivel mundial a través de aproximadamente 500 cables submarinos que se extienden por 1,3 millones de kilómetros de fondo oceánico.[2]

Los cables de alimentación submarinos también se consideran un cambio de juego en el sector energético como la solución para transmitir electricidad de alto voltaje bajo el agua. Los casos de uso de cables submarinos continúan desarrollándose. Desempeñan un papel central en el aprovechamiento de la energía en alta mar, con proyectos impresionantes como el North Sea Link[3] recientemente completado que llama la atención sobre la necesidad de los países de cosechar los beneficios de la actividad eólica oceánica superior y la generación de energía mareomotriz. Dada la creciente dependencia que tiene la economía global tanto de la conectividad (Internet y la nube) como de la transmisión de energía, los cables submarinos son cada vez más vitales, por lo que es crucial que las innovaciones en la mitigación de amenazas sigan evolucionando para garantizar la entrega confiable de conectividad y energía críticas para nuestras comunidades.

Al igual que la evolución de los propios cables submarinos, la detección de fibra óptica distribuida y, específicamente, las tecnologías de detección y medición de vibraciones (VID+R), han experimentado un rápido crecimiento y están alcanzando un punto de inflexión en su adopción. La detección de fibra beneficia a los operadores de cable al proporcionar por primera vez una conciencia instantánea de las amenazas en cada metro del activo lineal largo. Este tipo de información procesable en tiempo real genera claros ahorros de costos y evita el tiempo de inactividad. Si bien la detección de fibra óptica se está adoptando cada vez más para los cables de telecomunicaciones, sigue siendo una solución menos conocida para los cables de alimentación. Dado que se espera que el mercado de detección de fibra distribuida (DFS) crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta del 7,3 % durante los próximos ocho años, alcanzando un valor de mercado total de 2553,5 millones de dólares para 2030[4], los operadores de energía submarina tienen mucho que ganar para prestando atención a esta tecnología en los próximos años.

La evolución de la detección de fibra distribuida para el monitoreo de cables de alimentación submarinos

Sin duda, la gran mayoría de las interrupciones de los cables submarinos cada año son causadas por agresiones externas, incluidos los eventos de arrastre de anclas y de arrastre de fondo de los barcos pesqueros. Los impactos de los desastres naturales como los tsunamis son otra de las principales causas de interrupción, junto con los cambios geológicos. A veces, el daño es masivo y evidente, como la interrupción del cable submarino en el mar Mediterráneo en 2008 que dejó a millones sin Internet[5], o el corte del cable de alimentación submarino en 2020 que dejó sin electricidad a 18 000 hogares en la isla de Skye, lo que obligó al proveedor a llamar a una central eléctrica alimentada con diésel para proporcionar electricidad de respaldo[6]. Otras veces, los casi accidentes o los impactos parciales pueden dañar los cables sin cortar inmediatamente la energía. Tal daño latente puede pasar desapercibido por un período antes de que ocurra la falla inevitable del cable, lo que requiere reparaciones incluso años después del evento dañino. En cualquier escenario, las roturas de cables y las fallas interrumpen el suministro vital. Los costos de reparación pueden ser de hasta 10 millones de libras, o $12 millones de dólares, y generalmente van acompañados de daños a la reputación y pérdida de ingresos además de los costos directos de reparación. Por lo general, será necesario movilizar un buque de unión y la operación de unión a menudo puede demorar entre 40 y 60 días para completar la reparación[7], lo que se suma a los costos.

Como saben los operadores de cables submarinos, son una de las pocas piezas de infraestructura crítica que son esencialmente invisibles una vez desplegadas en el fondo del océano; a diferencia de casi todas las demás infraestructuras críticas, los propietarios de cables submarinos prácticamente no tienen idea de lo que está sucediendo. en torno a sus bienes. Ha habido técnicas de protección que monitorean lo que sucede directamente sobre sus cables. Los métodos tradicionales incluyen el monitoreo de balizas AIS, patrullas de barcos de superficie y reconocimiento aéreo; sin embargo, estos métodos son fáciles de evitar (las balizas AIS están apagadas), tienen grandes brechas de tiempo/espacio en la vigilancia del activo, son costosos y sus tiempos operativos son limitados y se ven afectados por el clima. Fundamentalmente, estos enfoques de vigilancia no están directamente en el activo y no son la longitud total del activo 24/7/365. Ingrese a la tecnología de detección de fibra distribuida.

Como se mencionó anteriormente, la detección de fibra óptica se está adoptando cada vez más para los cables de telecomunicaciones, pero es una solución menos conocida para los cables de energía submarinos. Sin embargo, muchos cables de alimentación están construidos con fibra óptica incorporada para cumplir una doble función como cables de telecomunicaciones y como transportadores de electricidad. Esto permite el monitoreo de cables submarinos a través de DFS y, más específicamente, la categoría revolucionaria de VID+R. VID+R se encuentra junto a la temperatura distribuida y la detección de tensión en la cartera de DFS, pero es único en un aspecto muy poderoso: la muy alta sensibilidad de VID+R es un cable de detección y clasificación de objetos y eventos que están dentro pero también fuera del cable. Esto también se logra en una longitud larga y continua a través de la detección y el análisis de las firmas de vibración únicas de un objeto y/o evento dado. En este contexto, VID+R brinda una capacidad de vigilancia de área amplia total y sostenida alrededor del cable marino para un conocimiento de la situación sin precedentes para los propietarios del cable. Esta capacidad de vigilancia se implementa fácilmente sobre los hilos de fibra óptica ya integrados en los cables de alimentación submarinos para medir los cambios de temperatura y la integridad estructural.

Debido a su amplio alcance, la infraestructura de fibra óptica se puede aprovechar como un conjunto de detección sin espacios masivo, denso y de largo plazo. Utilizando avances en fotónica, computación en la nube híbrida, aprendizaje automático e inteligencia artificial, DFS dentro de los cables submarinos esencialmente aprovecha la fibra óptica de telecomunicaciones estándar para un nuevo caso de uso. Con DFS, los nuevos productos de concientización digital de detección como servicio brindan observación de cables las 24 horas del día, los 7 días de la semana, los 365 días del año que detecta una amplia gama de eventos alrededor de los cables, que incluyen:

Para las empresas de energía submarina, se pueden obtener ventajas significativas con la aplicación de esta tecnología comprobada. Los cables de telecomunicaciones submarinos son igualmente vulnerables y están desprotegidos como los cables de energía submarinos. Históricamente, ambas clases de infraestructura han carecido de alertas en tiempo real que protejan contra eventos que conducen a roturas de cables y dan como resultado una pérdida significativa de ingresos.

El caso de DFS para el monitoreo de cables de alimentación submarinos

Los avances de Distributed Fiber Sensing están cambiando la forma en que monitoreamos los cables submarinos y, en particular, la detección como servicio representa el futuro de DFS para la detección y clasificación en tiempo real de agresores externos, la localización precisa de daños y la capacidad de ayudar en la asignación de culpabilidad. Debido a su amplio alcance a través de los cables de fibra óptica existentes, la tecnología VID+R es superior para el monitoreo de cables submarinos en varias formas clave:

Conciencia total de la situación por primera vez

Esta forma de protección de vigilancia "siempre activa" y de longitud total en el cable permite el monitoreo continuo de amenazas con informes en tiempo real servidos las 24 horas del día, los 7 días de la semana en el activo y la opción de contactar o interceptar la amenaza antes de que ocurra el daño.

Diagnóstico, tiempo de recuperación y costo

Las reclamaciones por pérdidas consecuentes resultantes del daño del cable de alimentación pueden ser sustanciales y los cables de alimentación submarinos cuestan aproximadamente $ 1200 por metro, o $ 1,2 millones por kilómetro, lo que hace que el monitoreo sea una forma importante de seguro. La precisión y la precisión en la localización de fallas redujeron el tiempo para localizar problemas a lo largo de cientos de kilómetros de cables submarinos, lo que aceleró la reparación y redujo los costos con el tiempo. Eliminar las interrupciones de energía no planificadas también aumenta los ingresos y disminuye las penalizaciones por suministro.?

Seguridad

Al ayudar a eliminar los golpes de cables y reducir la cantidad de trabajos de reparación de emergencia reactivos no planificados, el monitoreo DFS puede reducir los riesgos de accidentes en el sitio de los equipos de reparación, así como el peligro para terceros cerca del sitio del daño del cable o posibles tsunamis o volcanes submarinos.

Culpabilidad

Hoy en día, la mayor parte del daño a los cables submarinos se produce en aguas poco profundas y en la costa, y la mayor parte de ese daño se debe al arrastre de anclas y redes de pesca. Las áreas de alto riesgo también se encuentran en las zonas de protección de cables y cerca de las estaciones de aterrizaje, donde existe un mayor riesgo de que se desconecten varios cables por el mismo evento.

La integración con AIS puede ayudar y ayudar a asignar la culpabilidad de cualquier daño incurrido. Si un barco es la causa de tal daño, y el operador de cable puede probar la negligencia de ese barco, entonces el operador bien puede lograr recuperar sumas sustanciales en daños del propietario del barco. También surge un fuerte efecto disuasorio, ya que las embarcaciones que operan en y alrededor de cables protegidos ahora saben que sus actividades son rastreables, lo que genera incentivos para que los patrones actúen de una manera menos riesgosa.

Para 2028, se espera que el tamaño del mercado de cables de energía submarinos alcance más de $ 11,82 mil millones de dólares [8], un aumento de más de $ 4 mil millones de dólares desde su valor de 2021 debido al aumento de la inversión en energía en alta mar y aumentos en las conexiones de energía submarina entre países y centros de datos submarinos. Con mayores longitudes de infraestructura submarina costosa para proteger, la industria de la energía está preparada para unirse a la comunidad de telecomunicaciones submarinas en una mayor adopción de tecnología que ahorra tiempo y dinero, como los servicios DFS, y acercarse al objetivo de evitar que ocurran daños en primer lugar. .

Al eliminar el riesgo de interrupción y aumentar la seguridad del suministro, los operadores de cable submarino pueden desempeñar un papel importante para satisfacer las crecientes expectativas de las partes interesadas y las demandas reglamentarias, al tiempo que aseguran el futuro de la protección del cable submarino para las próximas décadas a través de la tecnología DFS y VID+R.

Mark Englund es fundador y director ejecutivo de FiberSense. Mark tiene más de 25 años de experiencia en sonar, tecnología de fibra óptica, ingeniería y creación de empresas.

Tiene un historial de detección temprana de nuevas oportunidades de mercado y un enfoque pragmático para construir y posicionar negocios para aprovechar estas oportunidades de manera efectiva. Este historial se ha construido a lo largo de 25 años como ingeniero, empresario y propietario de una empresa en torno a un enfoque singular sobre la cuestión de dónde se encuentran los impulsores de valor clave en las redes de fibra óptica y los sistemas de sensores.

Estos conocimientos provienen de una base de experiencia diversa como 1) Jefe del laboratorio de sensores de fibra óptica, DSTO Australia 2) Fundador, director ejecutivo y CEO de una empresa de componentes de fibra óptica que suministra rejillas de Bragg de fibra de alto rendimiento para detección y telecomunicaciones, 3) un ejecutivo de desarrollo comercial de EE. UU. de un proveedor de cable de telecomunicaciones submarino de $ 1 mil millones para operadores y supertecnologías y 4) un ejecutivo de estrategia y desarrollo comercial de EE. UU. de un negocio de $ 4 mil millones que abarca la red de fibra óptica total relevante para la nube (submarina e internacional, terrestre y en centro de datos).

Mark tiene una licenciatura en ingeniería de la CDU y un doctorado en detección de fibra óptica de la Universidad de Sydney y es miembro del Instituto Australiano de Directores de Empresas.

Mark es un gran promotor de nuevos modelos de negocio.

[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] De hecho, era necesario transportar por aire generadores diésel adicionales desde el continente para redundancia https://www.theguardian.com/business/2020/oct/22/scottish-energy-company-ssen-investigates-blackout-caused -por-falla-de-cable-submarino

[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-a-6-4-CAGR-Informe-exclusivo-de-The-Insight-Partners.html

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