Mehr Sicherheit und Effizienz durch detaillierte Zustandserfassung und Vorhersagen Neue Produkte zur Unterstützung der Offshore-Windenergie Blick in die Praxis 28.Nov. 2013 - Florian Stempinski HOCHTIEF Solutions AG 12/19/2013 1
HOCHTIEF Solutions AG Niederlassung Civil Engineering Marine and Offshore Planung/Design von Offshore Windparks Errichtung von Offshore Windparks Gerätevermietung Mattis Hansen Udo Thomas HOCHTIEF Logistik Asset-Management Partnerschaftliche Vertragsmodelle Boris Szczesik HOCHTIEF istockphoto/wragg 12/19/2013 2
Mattis Hansen HOCHTIEF HOCHTIEF Solutions AG Niederlassung Civil Engineering Marine and Offshore 4D-Simulation Ausführungsplanun g Wettersimulation HOCHTIEF HOCHTIEF Lastrechnung am Gesamtmodell Geotechnik Schlüsselfertige Planung HOCHTIEF HOCHTIEF HOCHTIEF 12/19/2013 3
HOCHTIEFS Gerätemanagement Arbeitspontons Odin Thor Vidar INNOVATION* * verfügbar über HGO InfraSea Solutions 12/19/2013 4
Projekte in Ausführung Offshore-Windparks Offshore-Windpark Baltic 2 Bauherr: EnBW Baltic 2 GmbH Anlagen: 80 x Siemens 3.6 MW Fundamente: 39x Monopile, 41 Jacket Auftragswert: 382 Mio. EUR Offshore-Windpark Global Tech I Bauherr: Global Tech I Offshore Wind GmbH Anlagen: 80x Areva M5000 (5MW) Fundamente: 80x Tripod (postpiling) Auftragswert: 175 Mio. EUR 12/19/2013 5
Welche Rolle spielt das Wetter im Design von Offshore-Windanlagen-Fundamenten und bei der Installation von Offshore-Windparks? 12/19/2013 6
Lasten auf Offshore-Fundamente Turbinenlasten Dynamische Lasten durch Eigenschwingungen Wind und Seegang : 50-Jahres-Sturm (Design-Welle eingebettet in einen irregulären Wellenzug) Ermüdungslasten basierend Scatterdiagrammen Kombinationslastfälle zwischen Wind und Welle (Misalignment) u.v.m. (siehe DIN EN 61400-1) Eislasten Lasterhöhung durch Bewuchs / Kolk Bodeneinfluss 12/19/2013 7
Offshore-Installation heißt Planung, Planung, Planung - Planungsleistungen - Nachunternehmervergaben - Ausführung - Soll-IST Vergleiche Wie machen wir das Wetter planbar? 12/19/2013 8
Bestimmung der Einsatzgrenzen: Beispiel Seakeeping Analyse der Schiffsbewegungen im Seegang Radiation/Diffraction Analysis (AQWA) Bewegungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen Lasten auf Ladung und Seefestmachungen Abstand der Komponenten zur Wasseroberfläche 12/19/2013 9
Definition of a workability of an operation Hindcastdaten synthetische Registrierungen (CoastDat2, Mike21, ) Die Workability ist der Prozentsatz der Zeit, in dem die drei Bedingungen sign. Wellenhöhe Windgeschwindigkeit Wetterfenster (Persistenz) erfüllt sind. WoW Working (Hs < 2.0m) WoW Data: coastdat / WAM Integrated Parameter Status: Production Source: GKSS/IfK - North Sea FG/FP1 Position: 54.50 North, 6.40 East ff - Wind speed in m/s dd - Wind direction in deg (coming from) Hs - Significant wave height in m Thq - Mean wave direction in deg (coming from) Tm02 - Tm02 period in s Date ff dd Hs Thq Tm02! -------------------------------------------! ------------------------... 20030123210000 12.13 346.2 3.31 341.2 6.5! No 20030123220000 11.42 346.3 3.09 341.5 6.4! No 20030123230000 10.67 346.6 2.87 341.8 6.2! No 20030124000000 9.77 347.8 2.64 342.0 6.1! No 20030124010000 8.69 349.2 2.41 342.2 5.9! No 20030124020000 7.48 348.9 2.20 342.3 5.9! No 20030124030000 6.31 346.5 2.01 342.2 5.9! No 20030124040000 5.26 341.2 1.85 342.1 5.9! Yes 20030124050000 4.31 333.7 1.72 342.0 5.9! Yes 20030124060000 3.30 322.9 1.60 341.9 6.0! Yes 20030124070000 2.44 296.4 1.50 341.9 6.1! Yes 20030124080000 2.47 252.5 1.42 341.9 6.2! Yes 20030124090000 3.59 227.5 1.35 341.8 6.2! Yes 20030124100000 4.96 218.0 1.29 341.8 6.1! Yes 20030124110000 6.21 211.5 1.24 341.6 6.0! Yes 20030124120000 7.34 207.0 1.24 339.5 4.4! Yes 20030124130000 8.29 204.7 1.28 330.1 4.2! Yes... 20030125050000 10.85 226.1 1.91 241.1 4.6! Yes 20030125060000 11.40 225.8 1.98 240.8 4.6! Yes 20030125070000 11.77 224.4 2.07 240.6 4.7! No 20030125080000 12.06 224.5 2.17 240.5 4.8! No 20030125090000 12.44 225.5 2.29 240.6 4.9! No 12/19/2013 10
Bestimmung von Wetterausfalltagen Bestimmung der Anzahl von Wetterfenstern Erstellung einer monatlichen Statistik Akkumulation unterschiedlicher Wetterfenstern zu einer Workability Monte Carlo-Simulation 12/19/2013 11
WoW basierend auf der Workability eines ganzen Cycles jan feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec 38% 32% 25% 14% 8% 8% 7% 8% 17% 27% 40% 41% 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 12 9 8 4 2 2 2 3 5 8 12 13 P95 worst case: 31*0.68 = 20.5 days P05 - best case: 31*0.27= 8.4 days P95 worst case: 31*0.13 = 4.0 days 12/19/2013 12
Monte-Carlo-Simulation Ableitung des Monatlichen Wetter- Risikos WDT- Foundation Installation: jan feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec p05 days 8 6 5 2 1 1 1 1 3 6 9 10 P50 days 14 10 8 4 3 2 2 3 5 9 13 14 p95 days 21 17 14 7 4 4 4 4 9 14 18 20 p95 workability 32% 39% 55% 77% 87% 87% 87% 87% 70% 55% 40% 35% Monte-Carlo-Simulation: Ansatz des klassischen Risiko-Managements Schnell, robust, einfach, konsistent Aber: Keine Berücksichtigung der Reihenfolge der Wetterfenster 12/19/2013 13
Alternative: Direkte Installations- Simulation auf historischen Zeitreihen Projektsimulation: Was wäre wenn? Hoher Detaillierungsgrad der Prozesse Unterbrechungen, Konditionierung von Operationen (wenn, dann ) und Interaktionen können modelliert werden Aber: Es gibt nur So viele Simulationen wie Hindcast-Jahre 12/19/2013 14
Fragen: 1. Wie gehen wir mit Vorhersageungenauigkeit bzgl. von Hs und Hmax um? 2. Gibt es Monats-Vorhersagen die eine Tendenz auf die kommende Saison zulassen? 3. Wann werden die CoastDat1 Daten komplett kommerziell verfügbar? 12/19/2013 15
Fragen: aber jetzt erstmal Ihre Fragen! 12/19/2013 16
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr.-Ing. Florian Stempinski Fuhlsbüttler Straße 399 22309 Hamburg florian.stempinski@hochtief.de Tel.: +49 40 300321-5370 Mobil: +49 172 6899352 12/19/2013 17