Aktive Heave-Kompensation
Von Tord Martinsen, CEO · Oktober 2025
Aktive Heave-Kompensation (AHC) ist eine Methode zur Reduzierung der vertikalen Bewegung einer Last, die während Offshore-Operationen an einem Kran oder einer Winde hängt. Im Gegensatz zur passiven Heave-Kompensation, die auf mechanischen Feder-Dämpfer-Systemen basiert, verwendet die aktive Heave-Kompensation sensorgesteuerte hydraulische oder elektrische Aktoren mit Algorithmen, um welleninduzierte Bewegungen aktiv auszugleichen.
AHC-Systeme werden häufig im Unterwasserbau, bei der Rohrverlegung, beim ROV-Einsatz, bei Tiefseebohrungen und bei Schwerlastoperationen unter schwierigen Seebedingungen eingesetzt.
Wie funktioniert aktive Heave-Kompensation?
Ein aktiver Heave-Kompensator besteht mindestens aus:
- Einem Aktor, der linear (z. B. Zylinder) oder rotierend (z. B. Winde) sein kann, mit Positionsmessung.
- Einer Bewegungsreferenzeinheit (MRU), die bei einem Inline-AHC am AHC oder bei einem integrierten AHC am Schiff platziert werden kann.
- Einer Form der Aktorpositionsmanipulation, die schnell genug ist, um der Schiffsbewegung zu folgen (z. B. Hydraulikmotor).
Wenn der aktive Heave-Kompensationsmodus eingeschaltet wird, hält das Steuersystem die Last stationär, wenn sie von einem stationären Bezugssystem aus betrachtet wird, indem die Wellenbewegung aktiv mit dem Aktor ausgeglichen wird.
Aktive Heave-Kompensation kann Wirkungsgrade über 90 % erreichen. Aktive Heave-Kompensatoren funktionieren in der Regel am besten bei längeren Wellenperioden.
Die wichtigsten Typen von AHC
Es gibt viele Arten von aktiven Heave-Kompensatoren, hier sind einige der wichtigsten:
- Elektrischer Rotations-AHC, in der Regel am besten für leichtere Lasten geeignet.
- Hydraulischer Rotations-AHC, für schwere Lasten.
- Deckbasierter Scheiben-AHC, zur Nachrüstung.
- Topside-Inline-AHC, für grundlegende AHC-Aufgaben an der Oberfläche.
- Unterwasser-Inline-AHC, kombiniert AHC mit vielen Eigenschaften eines adaptiven PHC.
Aktive vs Passive Heave-Kompensation
| Merkmal | Aktiv (AHC) | Passiv (PHC) |
|---|---|---|
| Energiequelle | Erfordert externe Energie (HPU) | Eigenständig (Gasfeder) |
| Genauigkeit | Sehr hoch (>95%) | Gut (70-90%) |
| Komplexität | Hoch | Niedrig |
| Kosten | Höher | Niedriger |
| Am besten für | Präzise Positionierung, Rohrverlegung | Splash-Zone, Unterwasserlandungen |
Für viele Offshore-Hebeoperationen bietet passive Heave-Kompensation ausreichende Leistung bei geringeren Kosten und Komplexität. Norwegian Dynamics ist spezialisiert auf fortschrittliche passive Heave-Kompensatoren, die Leistungsniveaus nahe an AHC-Systemen erreichen.
Wie viel Energie wird verbraucht?
Ein einfaches Beispiel: 100 t werden in Luft für eine sinusförmige Bewegung mit Amplitude 1 m und Periode 10 s kompensiert. Angenommen, der AHC ist ein Inline-AHC mit folgenden Eigenschaften:
- Gas-zu-Öl-Verhältnis von 10:1 und Hub von 4 m.
- Wirkungsgrad der AHC-Komponenten 90 %.
- 50 % Energierückgewinnung.
Bei einem Inline-AHC wird die Last durch passiven Gasdruck in der Mittelposition gehalten. Sie wird durch den Hydraulikmotor aus der Mittelposition bewegt. Unser Energieverbrauch wird also sein:
Im ersten roten Bereich müssen wir Energie hinzufügen, um den Zylinder auszufahren, dann lassen wir den Zylinder einfahren und regenerieren Energie, bis wir den Mittelhub erreichen, wo wir Energie hinzufügen müssen, um weiter einzufahren, und schließlich regenerieren wir Energie, indem wir den Zylinder zur Mittelposition ausfahren lassen. Es lässt sich zeigen, dass die Kraft, die das AHC-System aufbringen muss:
Da S der sinusförmigen Bewegung folgt, können wir umschreiben als:
F = m g \left[ \left( \frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{\omega t}} \right)^{\gamma} – 1 \right]Unser Integral kann dann geschrieben werden als:
Aufgrund der Symmetrie können wir wie folgt integrieren:
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}}
\left|
m g
\left[
\left(
\frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}
{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{(\omega t)}}
\right)^{\gamma}
– 1
\right]
\, \zeta \omega \sin{(\omega t)}
\right|
\, dt
Und schließlich passen wir die Wirkungsgrade an und erhalten:
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}}
\left|
m g
\left[
\left(
\frac{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5)}
{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5) – \zeta \cos(\omega t)}
\right)^{\gamma}
– 1
\right]
\, \zeta \omega \sin(\omega t)
\right|
\, dt \cdot \frac{(1-\eta_{\mathrm{regen}})}{\eta_{\mathrm{AHC}}}
\
Durch numerische Integration ergibt sich 207 MJ oder 57 kWh.
Wie wir sehen, ist selbst für eine schwere Last, die über einen längeren Zeitraum kompensiert wird, die benötigte Batteriekapazität nicht besonders groß und vergleichbar mit einer EV-Batterie.
Für genauere Berechnungen, die Reibung, hydraulische Verluste, genauere Wirkungsgradmodelle für Pumpen/Motoren/Batterien, genaue Zustandsgleichungen usw. umfassen, kontaktieren Sie bitte Norwegian Dynamics.
Wann AHC vs PHC wählen
Wählen Sie aktive Heave-Kompensation wenn:
- Sehr hohe Kompensationsgenauigkeit erforderlich ist (>95%)
- Die Operation präzise Unterwasserpositionierung beinhaltet
- Kontinuierliche Kompensation über längere Zeiträume benötigt wird
- Das Schiff bereits über eine HPU verfügt
Wählen Sie passive Heave-Kompensation wenn:
- Das Hauptanliegen die Splash-Zone-Durchquerung ist
- Kosten und Einfachheit Priorität haben
- Der Kompensator eigenständig sein muss
- Stoßdämpfung die Hauptanforderung ist
→ Nicht sicher, was das Richtige ist? Kontaktieren Sie unsere Ingenieure für eine kostenlose Beratung.
Verwandte Produkte
- ANTARES Adaptive PHC — Fortschrittlicher passiver Heave-Kompensator mit mehreren Betriebsmodi und elektronisch einstellbarer Dämpfung
- RIGEL Basic PHC — Kosteneffektiver passiver Heave-Kompensator für unkomplizierte Operationen
