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Aktive Seegangskompensation bei Offshore-Krane

Beschreibung

Obwohl der Anteil an erneuerbaren Energien stetig steigt, wird weiterhin der Hauptanteil der verbrauchten Energie aus klassischen fossilen Energieträgern wie Erdöl und Erdgas gewonnen. Um den aktuellen und zukünftigen Bedarf an diesen Energieträgern abzudecken, wird die Förderung von Öl und Gas auch in Zukunft ein zentrales Thema darstellen. Speziell  die Offshore-Förderung wird dabei immer weiter in den Vordergrund rücken und zu neuen technologischen Herausforderungen führen. So ist schon aktuell ein stetiger Anstieg an Förderanlagen, welche komplett auf dem Meeresgrund aufgebaut werden, zu erkennen.
Für den Aufbau und die Wartung dieser Anlagen müssen Lasten auf den Meeresgrund abgelassen und vom Meeresgrund zurück an die Oberfläche gehoben werden. Dies wird im Allgemeinen von Schiffen aus mit speziellen Kranen bei sogenannten Tiefseehüben durchgeführt. Erschwerend kommt dabei hinzu, dass jedes Schiff auf dem offenen Meer Wellen, Wind und Strömungen ausgesetzt ist und sich dadurch sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung bewegt. Speziell die Vertikalbewegung des Schiffs hat einen immensen Einfluss auf Tiefseehübe, da sich diese direkt auf die vertikale Lastbewegung auswirkt und somit bei stärkerem Seegang ein genaues Platzieren der Last unmöglich macht und zu sehr großen Spannungen im Seil führt. Um diese Problematiken zu vermeiden, werden Tiefseehübe häufig nur bei schönem Wetter und ruhiger See durchgeführt. Die Abbildung zeigt ein solches Schiff mit darauf angebrachtem Kran.

Vessel with offshore crane
                                                                                                                      Quelle: Liebherr


Um die Zeitfenster für solche Tiefseehübe zu erhöhen können allerdings Systeme zur Seegangskompensation eingesetzt werden. Das Ziel dieser Systeme ist eine Entkopplung der vertikalen Lastbewegung von der vertikalen Schiffsbewegung. Da der Kranfahrer aufgrund eines solchen Systems die vertikale Schiffsbewegung nicht mehr beachten muss, kann auch bei unruhiger See ohne erhöhtes Risiko gearbeitet werden.
Innerhalb dieses Projekts arbeitet das Institut für Systemdynamik in Kooperation mit der Firma LIEBHERR an der Entwicklung eines Systems zur aktiven Seegangskompensation. Bei dem verfolgten Ansatz wird die periodische Form des Seegangs ausgenutzt und auf der Basis dessen eine Prognose der Schiffsbewegung durchgeführt. Dadurch können Totzeiten im System überbrückt und Antriebsbeschränkungen im Voraus bei der Trajektorienplanung explizit berücksichtigt werden. Die Aufgaben am Institut sind bei diesem Projekt:

  • Erfassung der zu kompensierenden Vertikalbewegung aus Beschleunigungs- und Gyroskopsignalen.
  • Prognose der geschätzten Vertikalbewegung.
  • Trajektoriengenerierung unter Beachtung von Antriebsbeschränkungen.
  • Aktive Regelung der Hubwinde zur Kompensation der vertikalen Schiffsbewegung.
     

Partner

http://www.liebherr.com/lh/

Kontakt

Dipl.-Ing. Markus Richter

Veröffentlichungen

  • S. Küchler, O. Sawodny, Nonlinear Control of an Active Heave Compensation System with Time-Delay. IEEE International Conference on Control Applications (CCA), Yokohama (Japan), September 8-10, 2010, p. 1313-1318.
  • S. Küchler, T. Mahl, J. Neupert, K. Schneider, O. Sawodny, Active Control for an Offshore Crane Using Prediction of the Vessel's Motion. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 16(2), 2011, p. 297-309.
  • S. Küchler, O. Sawodny, Beobachtergestützte Prognose der Vertikalbewegung eines Schiffes. at-Automatisierungstechnik, 59(8), 2011, S. 502-511.
  • S. Küchler, C. Pregizer, J. Eberharter, K. Schneider, O. Sawodny, Real-Time Estimation of a Ship's Attitude. American Control Conference (ACC), San Francisco, CA (USA), June 29 - July 1, 2011, p. 2411-2416.
  • S. Küchler, J. Eberharter, K. Langer, K. Schneider, O. Sawodny, Heave Motion Estimation of a Vessel Using Accelerometer Measurements. 18th IFAC World Congress, Milano (Italy), August 28 - September 2, 2011, p. 14742-14747.