Offshore-Knickarmkran bei einem kompensierten Hebevorgang in der Abenddämmerung, ein einzelnes gespanntes Hubseil vom Auslegerkopf bis zum Meer

WISSENSZENTRUM / AKTIVE KOMPENSATION

Aktive Seegangskompensation

Die Regelung verstehen. Spitzenleistung von der Energie über die Betriebsdauer trennen.

Von Peter Wang, COO · Oktober 2025 · Geprüft August 2026 · 10 Min. Lesezeit

BEISPIELRECHNUNG / LEISTUNG UND ENERGIE

Zwei Zahlen. Zwei unterschiedliche Auslegungsfragen.

Das bestehende Beispiel mit einer 100 t Inline-AHC liefert beide. Die Spitzenleistung des Aktuators beschreibt eine Rate; die Batterieenergie kumuliert sich über die angegebene Betriebsdauer von zehn Stunden.

MECHANISCHE SPITZENLEISTUNG DES AKTUATORS11.6 kW

Wie schnell muss Arbeit verrichtet werden?

Die höchste mechanische Leistung im angegebenen Zyklus. Sie ist weder eine installierte Anschlussleistung noch eine mittlere Entnahme aus der Batterie.

NETTO-BATTERIEENERGIE / 10 STUNDEN22.1 kWh

Wie viel Energie wird über die Betriebsdauer verbraucht?

Die ideale Nettoenergie nach den angegebenen Antriebs- und Rekuperationswirkungsgraden. Sie ist keine spezifizierte Batteriekapazität.

Der angegebene Fall

100 t Nutzlast in Luft · 1 m sinusförmige Amplitude · 10 s Periode · 10 h / 3,600 Zyklen. Inline-Architektur mit Gasunterstützung: R = 10, maximaler Hub 4 m, γ = 1.4.

Wirkungsgradkonvention: 90 % Antriebswirkungsgrad von Batterie zu Aktuator; 50 % der verfügbaren negativen mechanischen Arbeit werden an die Batterie zurückgeführt.

DIE BEIDEN ENERGIEPFADE GETRENNT BETRACHTEN

Antriebsenergiebedarf minus zurückgewonnene Energie.

Die ursprüngliche Berechnung integriert über zehn Stunden 130.2 MJ positive Arbeit und 130.2 MJ verfügbare Rückgewinnungsarbeit. Wenden Sie jeden Wirkungsgrad auf seinen eigenen Pfad an.

Batterieentnahme für den Antrieb40.2 kWh

130.2 MJ ÷ 0.90 ÷ 3.6

−

An die Batterie zurückgewonnen18.1 kWh

130.2 MJ × 0.50 ÷ 3.6

Netto-Modellenergie22.1 kWh

79.6 MJ über zehn Stunden

Die Werte der Energiepfade sind auf eine Dezimalstelle gerundet. Die vollständige Berechnung und die Definitionen der Wirkungsgrade folgen weiter unten.

DAS URSPRÜNGLICHE EIN-ZYKLUS-DIAGRAMM

Das Vorzeichen der Leistung ablesen, bevor die Arbeit addiert wird.

Rot kennzeichnet die Antriebsarbeit. Marineblau kennzeichnet die für die Rekuperation verfügbare mechanische Arbeit; nur der angegebene Anteil fließt an die Batterie zurück.

Abbildung 1 — Ein Zyklus für das angegebene Beispiel. Rote Flächen sind positive mechanische Antriebsarbeit; marineblaue Flächen sind negative mechanische Arbeit, die für die Rekuperation verfügbar ist. Die mechanische Spitzenleistung des Aktuators beträgt 11.6 kW.

Zyklusdiagramm in voller Größe öffnen ↗

Ursprüngliche dreizeilige Zusammenfassung

Die Energiebilanz in drei Zeilen

Der Fall. 100 t Nutzlast in Luft, sinusförmig ζ = 1 m bei T = 10 szeta gleich 1 Meter bei einer Periode T von 10 Sekunden; Inline-AHC mit R = 10, S_max = 4 m und ideales adiabatisches Stickstoffgas γ = 1.4Gasverhältnis R gleich 10, maximaler Hub S max gleich 4 Meter, und der adiabatische Stickstoff-Exponent gamma gleich 1.4. Hier η_drive = 0.90Antriebswirkungsgrad eta drive gleich 0.90 ist der Antriebswirkungsgrad von Batterie zu Aktuator und η_regen = 0.50Rekuperationswirkungsgrad eta regen gleich 0.50 ist der Anteil der negativen mechanischen Arbeit, der an die Batterie zurückgeführt wird.
Die Physik. Über zehn Stunden betragen die positive Antriebsarbeit und die verfügbare Rückgewinnungsarbeit jeweils 130.2 MJ (36.16 kJ davon je Zyklus). Die mechanische Spitzenleistung des Aktuators beträgt 11.6 kW.
Die Antwort. E_batt = W_drive/η_drive − η_regenW_return = 79.6 MJ = 22.1 kWhBatterieenergie gleich Antriebsarbeit dividiert durch Antriebswirkungsgrad, minus Rekuperationswirkungsgrad multipliziert mit Rückgewinnungsarbeit; das Ergebnis ist 79.6 Megajoule, entsprechend 22.1 Kilowattstunden.

Dies ist eine ideale Überschlagsrechnung mit einer expliziten Gas- und Wirkungsgradkonvention. Reibung, hydraulische Verluste, Realgasverhalten und vollständige Pumpen-/Motor-/Batteriekennfelder verfeinern sie — dieses Projektmodell ist Teil einer CONSTELLATION-Studie.

Ein Überschlagsbeispiel, keine Batterieauslegung.

Dieser idealisierte Fall schließt Reibung, Nebenaggregate, Realgasverhalten und detaillierte Pumpen-, Motor- und Batteriekennfelder aus. Die Projektauslegung erfordert zudem das tatsächliche Lastprofil und Bewegungsspektrum, Verluste, Regelungsanforderungen, Reservemarge und Betriebsgrenzen.

Das vollständige Modell und die sechs ursprünglichen Gleichungen lesen ↓

Aktive Seegangskompensation (AHC) ist ein Verfahren zur Verringerung der vertikalen Bewegung einer Nutzlast, die während Offshore-Einsätzen an einem Kran oder einer Winde hängt. Im Gegensatz zur passiven Seegangskompensation, die auf mechanischen Feder-Dämpfer-Systemen beruht, verwendet aktive Seegangskompensation angetriebene hydraulische oder elektrische Aktuatoren, die von Sensoren und Algorithmen gesteuert werden, um wellenbedingter Bewegung aktiv entgegenzuwirken.

AHC-Systeme werden häufig bei Subsea-Konstruktion, Rohrverlegung, ROV-Einsätzen, Tiefwasserbohrungen und Schwerlasthebevorgängen in anspruchsvollem Seegang eingesetzt.

Auf der Suche nach Hardware? Optionen für aktive Seegangskompensatoren vergleichen — wo sich aktive Rückkopplung gegenüber passiven und adaptiven Systemen auszahlt.

Wie funktioniert aktive Seegangskompensation?

Ein aktiver Seegangskompensator besteht mindestens aus:

Einem Aktuator, der linear (z. B. Zylinder) oder rotatorisch (z. B. Winde) ausgeführt sein kann, mit Positionsmessung.
Einer Motion Reference Unit (MRU), die bei einer Inline-AHC an der AHC selbst oder bei einer integrierten AHC am Schiff angebracht sein kann.
Einer Möglichkeit, die Aktuatorposition so schnell zu verändern, dass sie der Schiffsbewegung folgen kann (z. B. Hydraulikmotor).

Ist der aktive Modus eingeschaltet, steuert der Regler den Aktuator so an, dass die Nutzlastbewegung gegenüber einer festen Referenz verringert wird. Eine Restbewegung bleibt stets bestehen — Verzögerungen bei Messung und Regelung, Bandbreite, Hub-, Kraft- und Leistungsgrenzen sowie die gekoppelte Nutzlastdynamik begrenzen, was der Regelkreis beseitigen kann.

Die Kompensationsleistung ist fall- und frequenzabhängig: Die erreichte Restbewegung hängt vom Eingangssignal, der Nutzlast, dem verfügbaren Hub und der verfügbaren Kraft sowie den Regelgrenzen ab. Geben Sie einen Kompensationsgrad nur zusammen mit Angaben dazu an, wie und wo er gemessen wurde.

Die wichtigsten Arten von AHC

Es gibt viele Arten von aktiven Seegangskompensatoren. Die wichtigsten sowie die jeweils passende Einsatzart werden in der folgenden Tabelle verglichen:

Eine Inline-AHC kann geeignet sein, wenn Installation, Kraft, Hub, Geschwindigkeit, Leistung und Regelungsbereich zur Einsatzart passen. VEGA, der batteriebetriebene aktive Seegangskompensator von ND, befindet sich derzeit in der Entwicklung. Eine Subsea-Inline-Architektur kann aktive Regelung mit ausgewählten adaptiven PHC-Funktionen kombinieren; die Eignung muss für den jeweiligen Projektfall noch nachgewiesen werden.

Architekturen der aktiven Seegangskompensation und die Projektprüfungen, die sie unterscheiden.
AHC-Typ	Integration	Projektprüfungen
Elektrisch rotatorisch (Winde)	Windenantrieb	Drehmoment, Drehzahl, thermische Belastung, Leistung und Rekuperation
Hydraulisch rotatorisch (Winde)	Windenantrieb	Kraft, Durchfluss, HPU-/Speicherkapazität, Wärme und Regelbandbreite
Decksseitige Seilrolle	Vorhandener Kran-/Lastpfad	Deckintegration, Einscherung, Hub, Kraft und Ausfallzustand
Topside-Inline	Lastpfad oberhalb des Hakens	Kopffreiheit, hängende Masse, Hub, Leistung und Regelungstechnik
Subsea-Inline	Subsea-Lastpfad	Tiefenauslegung, lokale Sensorik/Regelung, Energie, Bergung und Wartung

Keine Architektur wird allein anhand der Nutzlastmasse ausgewählt. Vergleichen Sie die vollständige Kraft-Hub-Geschwindigkeits-Hüllkurve, den Betriebszyklus, die Energiequelle, die Installation und den Ausfallzustand als Grundlage.

Aktive vs. passive Seegangskompensation

Am selben Einsatz vergleichen.

Aktive, adaptiv-passive und passive Ausrüstung weist unterschiedliche Regelungs-, Leistungs- und Integrationskonzepte auf. Bewerten Sie die geforderte Reaktion, die Betriebsgrenzen, das Ausfallverhalten und die Kosten auf derselben Projektgrundlage.

Den vollständigen Vergleich zwischen aktiv und passiv lesen →

Passive, adaptiv-passive und aktive Architekturen weisen unterschiedliche Kraft-, Hub-, Bandbreiten-, Leistungs- und Integrationsbereiche auf. Vergleichen Sie sie auf derselben Grundlage von Projektbewegung und -last; kein Leistungsprozentsatz lässt sich von einem System oder Hebevorgang auf einen anderen übertragen.

Wie viel Energie wird verbraucht?

Dieses idealisierte Beispiel betrachtet eine 100 t Nutzlast, die in Luft von einer Inline-AHC kompensiert wird. Der Aktuator folgt zehn Stunden lang einer sinusförmigen Verschiebung mit einer Amplitude von 1 m und einer Periode von 10 s.

Bewegung: S(t) = ζ cos(ωt), mit ζ = 1 m, T = 10 s und ω = 2π/T. Daher gilt Ṡ(t) = −ζω sin(ωt).
Gasfeder: Gas-Öl-Verhältnis R = 10, maximaler Hub S_max = 4 m und γ = 1.4, die Annahme für ideales adiabatisches Stickstoffgas, die dieser transparenten Überschlagsrechnung zugrunde liegt.
Energiekonvention: η_drive = 0.90 ist der Antriebswirkungsgrad von Batterie zu Aktuator; η_regen = 0.50 ist der Anteil der negativen mechanischen Arbeit, der an die Batterie zurückgeführt wird.
Dauer: τ = 10 h = 3,600 Zyklen. Reibung, Nebenaggregate, Realgasverhalten und detaillierte Pumpen-, Motor- und Batteriekennfelder sind ausgeschlossen.

Definieren Sie die mechanische Aktuatorleistung als P(t) = F(t)Ṡ(t). Positive Leistung ist Antriebsarbeit; negative Leistung ist für die Rekuperation verfügbare Energie. Die beiden müssen getrennt integriert werden:

W_{\rm drive}=\int_0^{\tau}\max(P(t),0)\,dt,\qquad W_{\rm return}=\int_0^{\tau}\max(-P(t),0)\,dt

Antriebsarbeit gleich dem Integral von null bis tau über das Maximum von P von t und null, nach der Zeit; Rückgewinnungsarbeit gleich dem Integral von null bis tau über das Maximum von negativem P von t und null, nach der Zeit

Bezogen auf die Stützkraft bei mittlerem Hub ergibt sich für die idealisierte Gasfeder-Aktuatorkraft:

F(t)=mg\left[\left(\frac{S_{\rm max}(R-0.5)}{S_{\rm max}(R-0.5)-S(t)}\right)^{\gamma}-1\right]

Aktuatorkraft F von t gleich m mal g, multipliziert mit der Größe: maximaler Hub S max mal R minus 0.5, geteilt durch S max mal R minus 0.5 minus S von t; dieses Verhältnis wird mit gamma potenziert, dann wird 1 subtrahiert

mit:

S(t)=\zeta\cos(\omega t),\quad \dot S(t)=-\zeta\omega\sin(\omega t),\quad \omega=2\pi/T,\quad P(t)=F(t)\dot S(t)

S von t gleich zeta mal Kosinus von omega t; S Punkt von t gleich negativem zeta omega mal Sinus von omega t; omega gleich 2 pi geteilt durch T; P von t gleich F von t multipliziert mit S Punkt von t

Die numerische Integration ergibt 36.16 kJ positive Antriebsarbeit und 36.16 kJ verfügbare Rückgewinnungsarbeit je Zyklus. Über 3,600 Zyklen:

W_{\rm drive}=130.2\,\mathrm{MJ},\qquad W_{\rm return}=130.2\,\mathrm{MJ}

Antriebsarbeit gleich 130.2 Megajoule; Rückgewinnungsarbeit gleich 130.2 Megajoule

Die Batteriebilanz verwendet die angegebenen Wirkungsgrade auf ihren jeweiligen Energiepfaden:

E_{\rm batt}=\frac{W_{\rm drive}}{\eta_{\rm drive}}-\eta_{\rm regen}W_{\rm return}

Batterieenergie gleich Antriebsarbeit dividiert durch Antriebswirkungsgrad, minus Rekuperationswirkungsgrad multipliziert mit Rückgewinnungsarbeit

E_{\rm batt}=\frac{130.2}{0.90}-0.50(130.2)=79.6\,\mathrm{MJ}=22.1\,\mathrm{kWh}

Batterieenergie gleich 130.2 geteilt durch 0.90, minus 0.50 multipliziert mit 130.2; das Ergebnis ist 79.6 Megajoule, entsprechend 22.1 Kilowattstunden

Die mechanische Spitzenleistung des Aktuators beträgt 11.6 kW. Das Ergebnis ist ein idealer Überschlagswert, keine Batterieauslegung: Die Projektarbeit umfasst zudem Reibung, hydraulische und elektrische Verluste, Nebenaggregate, Regelungsaufwand, Realgasverhalten, Reservemarge und das tatsächliche unregelmäßige Bewegungsspektrum.

Wann aktive oder passive Kompensation gewählt werden sollte

Angetriebene Korrektur bewerten

Wenn die geprüften passiven Optionen eine geforderte Anforderung an Restbewegung, Lastreaktion oder Positionierung nicht erfüllen können.

Referenz und geforderte Reaktion für jede Phase definieren.
Sensorik, Bandbreite sowie Kraft-Hub-Geschwindigkeits-Grenzen prüfen.
Energieversorgung, Leistungsausfall und Energierückgewinnung bewerten.

Passive Reaktion bewerten

Wenn eine Gasfeder mit Dämpfung, bei Bedarf mit Anpassung, die Bewegungs- und Lastkriterien des Einsatzes erfüllen kann.

Nutzlast, Hydrodynamik, Abstimmung und verfügbaren Verfahrweg prüfen.
Sich ändernde Bedingungen und die Phasen des Hebevorgangs bewerten.
Installation, Wartung und Ausfallverhalten vergleichen.

Eine verfügbare HPU oder eine lange Betriebsdauer sind keine Auswahlregel. Auch die Nutzlastmasse allein bestimmt nicht die Architektur. Verwenden Sie den vollständig analysierten Einsatz und die Grenzen der Ausrüstung.

Die drei Mechanismen und Auswahlfragen vergleichen →

Weiterführende Informationen

Aktive Seegangskompensation — häufig gestellte Fragen

Was ist aktive Seegangskompensation?

Verringerung der Bewegung einer hängenden Nutzlast gegenüber einer angegebenen festen oder bewegten Referenz, indem die wellenbedingte Bewegung gemessen und angetriebene Aktuatoren in Echtzeit dagegen angesteuert werden. Zu den Anwendungen zählen Subsea-Konstruktion, Rohrverlegung, ROV-Handling, Bohrarbeiten und Schwerlasthebevorgänge.

Wie funktioniert ein aktiver Seegangskompensator?

Mindestens: ein Aktuator (Zylinder oder Winde) mit Positionsmessung, eine MRU (bei einer Inline-AHC an der Einheit, bei einer integrierten AHC am Schiff) sowie ein Regelsystem, das schnell genug ist, um der gemessenen Bewegung zu folgen. Bei aktiviertem AHC-Modus steuert der Regler den Aktuator so an, dass sich die Nutzlastbewegung gegenüber der angegebenen Referenz verringert.

Wie effizient ist aktive Seegangskompensation?

Es gibt keinen übertragbaren Prozentwert. Legen Sie fest, ob mit Effizienz eine Verringerung der Restbewegung, eine Lastreduktion oder der elektrische Wirkungsgrad gemeint ist, und überprüfen Sie dies anschließend für die Nutzlast, das Schiffsverhalten, das Wellenspektrum, die Aktuatorgrenzen und die Regelbandbreite.

Wie viel Energie verbraucht eine AHC?

Das hängt von der Architektur und dem Betriebszyklus ab. Im idealisierten Inline-AHC-Beispiel dieser Seite (100 t in Luft, 1 m Amplitude, 10 s Periode und zehn Stunden) ergibt die getrennte Integration von Antriebs- und Rückgewinnungsarbeit eine Netto-Batterieenergie von 79.6 MJ (22.1 kWh) bei 90 % Antriebswirkungsgrad und 50 % Rekuperation. Die mechanische Spitzenleistung des Aktuators beträgt 11.6 kW.

Wann sollte ich aktive statt passive Kompensation wählen?

Vergleichen Sie die geforderte Restbewegung und Lastreaktion, Nutzlast und Hydrodynamik, Hub, Betriebszyklus, Leistung sowie Integrationsrandbedingungen. Aktive Regelung kann sich für die Präzisionspositionierung eignen; passive oder adaptiv-passive Ausrüstung kann sich für die autarke Lastreduktion eignen. Das Projektmodell entscheidet.

Prüfen Sie aktive Kompensation für Ihren Einsatz?

AHC, passive Dämpfung und adaptiv-passive Regelung eignen sich jeweils für unterschiedliche Kraft-, Hub-, Bewegungs-, Leistungs- und Integrationsbereiche. Senden Sie uns das Projektziel, den Seegangszustand und die Randbedingungen, und wir vergleichen die Architekturen auf derselben Grundlage.