Voith: Service-Schiffe für Offshore Windparks

Das Voith Offshore Shuttle

Die Voith Turbo Marine Engineering hat ein Service-Schiff für Off-shore-Windparks entwickelt, das neben dem Personentransport vielfältige Wartungs- und Reparaturarbeiten an Windkraftanlagen vornehmen kann. Im Folgenden werden die Entwurfsdetails, Antrieb und Überstiegssystem beschrieben und Möglichkeiten aufgezeigt, mit diesem Schiff Personentransfer bis zu einer Wellenhöhe von Hs 2,5 m sicher vorzunehmen, ohne die zulässigen Anprall-Lasten an den Boat Landings zu überschreiten. Die Ergebnisse wurden bereits mittels einer Studie im Schiffssimulator nachgewiesen.

Hier zunächst die Hauptdaten des auf der Basis unterschiedlichster Reederei-Anforderungen entwickelten Schiffs:

Die vielfältigen Aufgaben des Voith Offshore Shuttles umfassen alle Arbeiten, die zur Reparatur und Wartung erforderlich sind, mit Ausnahme des Austausches großer Komponenten:

• Personen-Transfer auch bei harten Einsatzbedingungen
• Transport von Ersatzteilen
• Inspektionsarbeiten an den Fundamenten mittels ROVs / Taucher
• Wartungsarbeiten an den Turbinen
• Austausch von Betriebsflüssigkeiten an der WKA

Für Ersatzteile und Werkzeuge stehen auf dem Achterdeck bis zu vier 10’ Container bereit. Zum Optimieren der Einsatzzeiten sind Unterkünfte für Besatzung im 2-Schicht-Betrieb vorgesehen. Die Anzahl der Service-Techniker hängt von den Anforderungen des Windpark-Betreibers ab.

Voith Schneider Propeller

Für den Antrieb sorgen zwei Voith Schneider Propeller (VSP). Diese sind der ideale Antrieb für alle Schiffe mit hohen Anforderungen an Manövriereigenschaften bei starkem Seegang. Der VSP erzeugt Schub in alle Richtungen, ist schnell und präzise umsteuerbar und ist gleichzeitig Schiffsantrieb, Ruder und aktive Rollstabilisierung. Schiffe angetrieben mit VSP erfüllen höchste Sicherheitsstandards, was gerade für den Personenversatz auf See besonders wichtig ist.

Zudem sorgt die Voith Rollstabilisierung für eine effiziente Dämpfung der Schiffsrollbewegungen durch den Seegang. Dies erhöht die Sicherheit beim Manövrieren und während des Personenüberstiegs und trägt entscheidend zum Komfort der Service-Techniker an Bord bei. Ausfallzeiten durch Seekrankheit während der Überfahrt werden so minimiert.

Voith Rollstabilisierung – Wirkungsweise

Zum sicheren Personenüberstieg ist am Bug ein Zugangssystem vorgesehen, hier beispielhaft veranschaulicht durch die Lösungen der Firma momac (Näheres s. S. 64). Prototypen mit Korb und Gangway sind in der Erprobung, auf verschiedenen Schiffen wurde der MOTS schon vorgestellt. Es handelt sich dabei um einen Indus-trie-Roboter, der die Schiffsbewegungen kompensiert. So kann der Techniker ohne Relativ-Bewegung zwischen seinem Standort und der Leiter der Boat Landings gefahrlos übersteigen.

MOTS-G

In der oben erwähnten Studie haben wir uns besonders mit folgenden Fragestellungen beschäftig:

Bis zu welchem Seegang ist ein direkter Überstieg ohne Zugangssystem möglich?

Bei welcher Wellenhöhe und Strömung ist ein Andocken des Schiffs an die Boat Landing ohne Überschreiten der zulässigen Anpralllasten gegeben?

In welchem Seegangsbereich kann sich das Schiff stabil in einem definierten Abstand sicher vor der Boat Landing positionieren, so dass der Service-Techniker über die Gangway zur Windkraftanlage gelangt?

Die maßgeblichen Einflussfaktoren zur Lösung dieser Fragen sind die Schiffsbewegungen sowie die maximalen Anpralllasten. Diese werden berechnet aus Fendersteifigkeit, Schiffsverdrängung und Wellenhöhe. Die Fendersteifigkeit kann vom Entwurfsbüro durch sorgfältige Materialauswahl beeinflusst werden. Sensoren im Fender sorgen für die Überwachung, so dass vor Erreichen der Ma-ximal-Werte die Schiffsführung mittels der schnell reagierenden VSPs gegensteuern kann. Dabei werden die aktuellen Anpressdrücke aufgezeichnet, um die Einhaltung der maximalen Anpralllasten dokumentieren zu können. Gegenwärtig erfolgt ein Überstieg vom Schiff auf die WKA ohne Überstiegssystem. Das Schiff drückt mit dem Bugfender gegen die Boat Landing. Bei kleinen Wellenhöhen wird durch den Anpressdruck eine Relativbewegung behindert.

Bei der Schiffsgröße ergeben sich zwei gegenläufige Bestimmungskriterien. Zum einen sollte die Schiffslänge ca. 50% der zu erwartenden Wellenlänge entsprechen, womit sich für die Nordsee eine Schiffslänge von 36-39 m ergibt. Zum anderen steigen die Anpressdrücke mit der Schiffslänge und der damit steigenden Schiffsverdrängung. Die maximal erlaubten Anpralllasten werden vom Konstrukteur der Boat Landings vorgegeben. Ein häufiger Wert sind hierbei 20 t einseitig und 30 t bei gleichzeitger Belastung beider Seiten der Boat Landings. Diese angenommenen Anprall-Lasten entsprechen Schiffen von ca. 300 t Verdrängung ohne spezielle Fendersysteme. Beschädigungen durch Schiffe sind wegen der aufwändigen Reparaturarbeiten auf See zu vermeiden.

Somit ist bei Schiffen mit Verdrängung > 300 t besondere Sorgfalt auf die Schiffsbewegungen zu legen um sicherzustellen, dass ein unkontrolliertes Anprallen des Schiffes gegen die Struktur ausgeschlossen wird. Hier zeigen die Voith Schneider Propeller ihre Vorzüge. Da der Schub innerhalb von ca. 6 sec um 180o umgelenkt werden kann, kann die Schiffsführung präzise die auf sie zu kommende Welle aussteuern. Gleichzeitig dämpft die Rollstabilisierung die Seegangsbewegungen. Unterstützt wird die Positionierung durch ein hoch reaktionsfähiges Bugstrahlruder, den Voith Inline Thruster. So werden die Schiffsbewegungen in den drei Freiheitsgraden Schnellen, Versetzen und Rollen begrenzt. Die drei übrigen Bewegungsarten Tauchen, Stampfen und Gieren werden vom Zugangssystem ausgeglichen.

Voith Turbo unterhält im Stammhaus in Heidenheim einen voll ausgerüsteten Schiffssimulator, der zur Erprobung und zum Nachweis des Manövrierverhaltens von VSP-angetriebenen Schiffen genutzt werden kann. Hierfür haben wir das Schiff mit Antrieb im System nachgebildet. Erfahrene Kapitäne haben die Installation getestet, Hinweise zur Justierung gegeben und anschließend die Manöver gefahren. Im vorliegenden Fall sollte bestimmt werden, in welchem Seegangsbereich sich das Schiff ohne Überschreitung der zulässigen Anprall-Last an der Boat Landing andrücken konnte und wie genau anschließend das Positionieren vor der WKA möglich war. Die Manöver wurden mit unterschiedlichen Wellenhöhen und Strömungsrichtungen gefahren.

Die Ergebnisse zeigen neben einem sehr guten Seegangsverhalten folgendes:

• Keine Überschreitung der zulässigen Anpralllasten bis ca. Hs = 2,0 m, danach Positionshalten vor der WKA
• Manuelle Steuerung ist schwierig bei hohem Seegang
• Automatische Steuerung ist möglich. Hierfür wurde ein einfacher Algorithmus entwickelt
• Danach war eine Schiffspositionierung innerhalb von +/- 1 m gegeben, d.h. innerhalb des Arbeitsbereichs von MOTS

• Der sichere Personenüberstieg ist somit bis Hs = 2,5 m durch das Zusammenwirken von VSP und Zugangssystem realisierbar

Schlussfolgerungen

• Schiffsantrieb und Überstiegssystem können ideal aufeinander abgestimmt werden
• Maximale Sicherheit für das Service-Personal
• Keine Überschreitung der zulässigen Anprall-Lasten auch bei Service-Schiffen mit Verdrängung > 300 t
• Personen-Transfer bis Hs = 2,5 m realisierbar
• Der VSP als Schiffsantrieb reduziert die Rollbewegungen, dadurch geringere Ausfallzeiten der Techniker durch Seekrankheit