Die Welle messen, dagegen wirken – und wissen, was das an Leistung kostet.
Aktive Seegangskompensation
Von Tord Martinsen, CEO · Oktober 2025
Praktische Anwendung: Zur praktischen Anwendung dieses Themas siehe ANTARES Adaptiv-PHC und technische Studien und Analysen.
Aktive Seegangskompensation (AHC) ist ein Verfahren zur Reduzierung 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 die aktive Seegangskompensation angetriebene hydraulische oder elektrische Aktuatoren, die von Sensoren und Algorithmen gesteuert werden, um der wellenbedingten Bewegung aktiv entgegenzuwirken.
AHC-Systeme werden häufig im Subsea-Bau, bei der Rohrverlegung, beim ROV-Einsatz, bei Tiefwasserbohrungen und bei Schwerlast-Hebevorgängen in anspruchsvollem Seegang eingesetzt.
Wie funktioniert aktive Seegangskompensation?
Ein aktiver Seegangskompensator besteht mindestens aus:
- Einem Aktuator mit Positionsmessung, der linear (z. B. Zylinder) oder rotierend (z. B. Winde) ausgeführt sein kann.
- Einer Bewegungsreferenzeinheit (MRU), die bei einem Inline-AHC am AHC selbst oder bei einem integrierten AHC am Schiff angebracht sein kann.
- Einer Form der Aktuatorpositionssteuerung, die schnell genug ist, um der Schiffsbewegung folgen zu können (z. B. Hydraulikmotor).
Wenn der aktive Seegangskompensationsmodus aktiviert ist, hält das Steuerungssystem die Nutzlast bezogen auf ein ortsfestes Referenzsystem stationär, indem es der Wellenbewegung mithilfe des Aktuators aktiv entgegenwirkt.
Aktive Seegangskompensation kann Wirkungsgrade von über 90% erreichen. Aktive Seegangskompensatoren arbeiten in der Regel bei längeren Wellenperioden am besten.
Die wichtigsten AHC-Typen
Es gibt viele Arten von aktiven Seegangskompensatoren – hier sind einige der wichtigsten:
- Elektrisches rotierendes AHC, meist am besten für leichtere Nutzlasten geeignet.
- Hydraulisches rotierendes AHC, für schwere Nutzlasten.
- Deckbasiertes Seilrollen-AHC, für Nachrüstungen.
- Topside-Inline-AHC, für grundlegende AHC-Aufgaben auf der Topside.
- Subsea-Inline-AHC, kombiniert AHC mit vielen Eigenschaften eines Adaptiv-PHC.
| AHC-Typ | Nutzlastklasse | Einsatzbereich |
|---|---|---|
| Elektrisch rotierend (Winde) | Leichtere Nutzlasten | Schnelle, saubere Installationen ohne Hydraulik |
| Hydraulisch rotierend (Winde) | Schwere Nutzlasten | Kontinuierliche Kompensation mit hoher Kraft |
| Deckbasierte Seilrolle | Bestehende Kransysteme | AHC-Nachrüstung ohne Austausch der Winde |
| Topside-Inline | Allgemein | Grundlegende AHC-Aufgaben oberhalb des Hakens |
| Subsea-Inline | Allgemein / Subsea | Aktive Steuerung plus viele Adaptiv-PHC-Eigenschaften in einem Gerät |
Die Inline-Architektur ist in den meisten Fällen die kosteneffiziente Lösung – die Gasfeder trägt die Last, der Aktuator steuert sie nur.
Aktive vs. passive Seegangskompensation
| Merkmal | Aktiv (AHC) | Passiv (PHC) |
|---|---|---|
| Energiequelle | In der Regel externe Energieversorgung (HPU) – NDs VEGA (in Entwicklung) läuft batteriebetrieben, ohne Umbilical | Autark (Gasfeder) |
| Genauigkeit | Sehr hoch (>95%) | Gut (70-90%) |
| Komplexität | Hoch | Niedrig |
| Kosten | Höher | Niedriger |
| Am besten für | Präzise Positionierung, Rohrverlegung | Spritzwasserzone, Subsea-Landungen |
Für viele Offshore-Hebevorgänge bietet passive Seegangskompensation bei geringeren Kosten und geringerer Komplexität ausreichende Leistung. Norwegian Dynamics ist spezialisiert auf fortschrittliche passive Seegangskompensatoren, die Leistungsniveaus nahe an AHC-Systemen erreichen.
Wie viel Energie wird verbraucht?
Ein einfaches Beispiel: 100t werden in Luft für eine sinusförmige Bewegung mit einer Amplitude von 1 m und einer Periode von 10 s kompensiert. Nehmen wir an, das AHC ist ein Inline-AHC mit folgenden Eigenschaften:
- Gas-zu-Öl-Verhältnis von 10:1 und 4 m Hub.
- Wirkungsgrad der AHC-Komponenten 90%.
- 50 % Energierückgewinnung.
Bei einem Inline-AHC wird die Nutzlast durch passiven Gasdruck in Mittelstellung gehalten. Aus der Mittelstellung wird sie durch den Hydraulikmotor herausbewegt. Unser Energieverbrauch ergibt sich somit wie folgt:
Im ersten roten Bereich müssen wir Energie zuführen, um den Zylinder auszufahren; anschließend lassen wir den Zylinder einfahren und gewinnen Energie zurück, bis wir die Mittelstellung erreichen, wo wir Energie zuführen müssen, um weiter einzufahren; abschließend gewinnen wir Energie zurück, indem wir den Zylinder bis zur Mittelstellung ausfahren lassen. Es lässt sich zeigen, dass die vom AHC-System aufzubringende Kraft wie folgt lautet:
Da S der sinusförmigen Bewegung folgt, können wir sie wie folgt umschreiben:
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 lässt sich dann wie folgt schreiben:
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
Abschließend berücksichtigen wir die Wirkungsgrade 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 dafür ein Wert von 207 MJ bzw. 57 kWh.
Wie wir sehen, ist die erforderliche Batteriekapazität selbst für eine schwere Nutzlast, die über einen längeren Zeitraum kompensiert wird, nicht besonders groß – vergleichbar mit einer EV-Batterie.
Für genauere Berechnungen, die Reibung, hydraulische Verluste, präzisere Wirkungsgradmodelle für Pumpe/Motoren/Batterie, eine genaue Zustandsgleichung usw. berücksichtigen, kontaktieren Sie bitte Norwegian Dynamics.
Das Energiebudget in drei Zeilen
- Der Fall. 100 t Nutzlast, kompensiert in Luft, sinusförmig ζ = 1 m bei T = 10 s; Inline-AHC mit R = 10, S = 4 m; 90% Komponentenwirkungsgrad, 50% Rückgewinnung.
- Die Physik. Die Gasfeder hält die Nutzlast in Mittelstellung; der Motor führt nur während der halben Zyklusdauer Energie zu und gewinnt sie während der anderen Hälfte zurück – Spitzenleistung des Aktuators ≈ 12 kW.
- Die Antwort. Zehn Stunden kontinuierliche Kompensation ≈ 207 MJ = 57 kWh – ein Akkupack der EV-Batterie-Klasse. Deshalb ist eine batteriebetriebene aktive Einheit ohne Umbilical realisierbar.
Zahlen aus der obigen Integration; Reibung, hydraulische Verluste und vollständige Wirkungsgradmodelle für Pumpe/Motor/Batterie verfeinern sie – dieses vollständige Modell ist Teil einer CONSTELLATION-Studie.
Wann AHC statt PHC wählen
Wählen Sie aktive Seegangskompensation, wenn:
- Sehr hohe Kompensationsgenauigkeit erforderlich ist (>95%)
- Der Einsatz eine präzise Subsea-Positionierung erfordert
- Kontinuierliche Kompensation über längere Zeiträume erforderlich ist
- Das Schiff bereits über eine HPU verfügt
Wählen Sie passive Seegangskompensation, wenn:
- Die Spritzwasserzonen-Durchquerung im Vordergrund steht
- Kosten und Einfachheit im Vordergrund stehen
- Der Kompensator autark sein muss
- Stoßdämpfung die Hauptanforderung ist
→ Nicht sicher, was das Richtige ist? Kontaktieren Sie unsere Ingenieure für eine kostenlose Beratung.
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Weiterführende Informationen
Aktive Seegangskompensation – häufig gestellte Fragen
Was ist aktive Seegangskompensation?
Woraus besteht ein AHC?
Wie effizient ist es?
Wie viel Energie verbraucht es?
Aktiv oder passiv – was brauche ich?
Arbeiten Sie an einem Hebevorgang, der das erfordert?
AHC ist isoliert betrachtet selten die richtige Antwort – meist wird es mit passiver Dämpfung kombiniert. Teilen Sie uns Ihre Anforderungen an Genauigkeit, Seegang und Energieversorgung mit, und wir kommen mit der passenden Architektur auf Sie zu.