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Die vorliegende Erfindung betrifft das Andocken von Schiffen, insbesondere Transferwasserfahrzeugen, an Strukturen, wie beispielsweise aber nicht ausschließlich Offshore-Strukturen, einschließlich Monopiles von Windparkeinrichtungen.
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Wenn Offshore-Windparks betrieben werden, ist es erforderlich, Servicepersonal und Ausrüstung etc. zu dem Windpark für Service, Wartung und dergleichen zu transportieren. Dies geschieht in der Regel über das Meer mit Transferwasserfahrzeugen. Diese Transferwasserfahrzeuge müssen in der Lage sein, an den verschiedenen unterschiedlichen Arten von Einrichtungen, wie beispielsweise Plattformen, Windkraftanlagengründungen, oder anderen Wasserfahrzeugen anzudocken.
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Zum Andocken wird das Schiff in der Regel mit eigener Motorleistung gegen eine geeignete Anlegestruktur der Einrichtung gedrückt. Bei auf Monopiles angeordneten Windkraftanlagen ist die Anlegestruktur in der Regel ein in einem geeigneten Abstand zu dem Monopile angeordnetes Paar vertikaler Schutzsäulen, wodurch unter anderem der Monopile vor Zerkratzen oder Einbeulen geschützt wird, wobei letzteres die strukturelle Unversehrtheit des Monopiles möglicherweise gefährdet.
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Beispiele für solche Schutzsäulen zum Schutz einer Monopile-Windkraftanlagengründung finden sich unter anderem in den veröffentlichten Patentanmeldungen
GB2473490 ,
GB2520094 und
GB2489679 .
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Bereitstellen und Warten der Anlegestruktur an einem Monopile auf See hat jedoch zusätzliche Kosten zur Folge und daher besteht zumindest ein wirtschaftlicher Anreiz, den Einsatz der Anlegestruktur zu vermeiden. Dies wiederum sorgt für das infrastrukturelle Problem, dass bestehende Transferwasserfahrzeuge, wie beispielsweise jene, die auch in
GB2473490 ,
GB2520094 und
GB2489679 offenbart sind, eigens angepasst sind, an den bestehenden Anlegestrukturen anzudocken. Dies macht sie ungeeignet, z.B. direkt an dem Monopile direkt anzudocken, da ein erhöhtes Risiko des Zerkratzens, Einbeulens oder gar Gefährdens der strukturellen Unversehrtheit des Monopiles bestünde.
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Genauer gesagt weist
GB2520094 zwei gerade Fender auf beiden Seiten einer keilförmigen Spalte auf, die eigens angepasst sind, mit der Schutzsäule der herkömmlichen Anlegestruktur in Eingriff zu gelangen.
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GB2489679 offenbart die Verwendung von zwei oder mehr, insbesondere drei, konvexen, nach vorne weisenden, durch Lücken getrennte Fender, die angepasst sind, eine oder beide Schutzsäulen aufzunehmen und damit in Eingriff zu gelangen.
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In etwa ähnlicher Weise offenbart
GB2473490 eine große Anzahl konvexer, nach vorne weisender, durch Lücken getrennter Fender, die angepasst ist, eine oder beide Schutzsäulen aufzunehmen und damit in Eingriff zu gelangen.
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Basierend auf diesem Stand der Technik ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, Offshore-Strukturen, insbesondere aber nicht ausschließlich die zur Gründung von Offshore-Windkraftanlagen verwendeten Monopiles, zu vereinfachen.
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Basierend auf diesem Stand der Technik ist es eine zweite Aufgabe, ein Schiff vorzusehen, das in der Lage ist, an Strukturen anzudocken, bei denen eine schützende Anlegestruktur fehlt, insbesondere aber nicht ausschließlich, Monopiles von Windparkanlagen.
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Basierend auf diesem Stand der Technik ist es eine dritte Aufgabe, ein Schiff vorzusehen, das in der Lage ist, an Strukturen anzudocken, bei denen eine schützende Anlegestruktur fehlt, und zusätzlich noch das Andocken an Anlegestrukturen in Fällen ermöglicht, in denen die Anlegestruktur vorhanden ist.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden zumindest einige dieser Aufgaben durch ein Schiff gelöst, aufweisend mindestens einen Rumpf und ein eine Vorwärtsrichtung des Schiffs definierendes Bugteil, bei dem das Bugteil mindestens einen elastisch verformbaren Fender aufweist, der sich zumindest teilweise quer über das Bugteil mit einer gegebenen Krümmung in der Querrichtung erstreckt und mindestens eine gekrümmte Eingriffsfläche in der Querrichtung aufweist, bei dem die Eingriffsfläche in die Vorwärtsrichtung weist und angepasst ist, bei Andocken des Schiffs an einer Struktur mit der Struktur in Eingriff zu gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass der Fender mindestens eine konkave Eingriffsfläche aufweist, in Querrichtung von der Vorwärtsrichtung aus gesehen.
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Durch Vorsehen mindestens einer konkaven Eingriffsfläche kann die Aufprall- und Druckfläche gegen die kreisförmigen Teile der Struktur, insbesondere eine kreisförmige Außenkrümmung eines Monopiles, im Vergleich zu dem Aufprallpunkt der konvexen Fender des Standes der Technik reduziert werden. Sie kann darüber hinaus einen großen Reibeingriffsbereich ermöglichen, welcher die seitliche und vertikale Position des Bugs in Bezug auf den Monopile gegen Wellen und Strömungen während des Transfers von Personal und Ausrüstung sichert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird zumindest eine dieser Aufgaben durch ein Verfahren zum Andocken eines Schiffs gelöst, wobei ein Schiff gemäß dem ersten Aspekt unter Verwendung der Motorleistung des Schiffs gegen eine Struktur gedrückt wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die erste Aufgabe durch die Verwendung eines Monopiles ohne Schutzsäulen für die Gründung einer Offshore-Windkraftanlage gelöst. Durch Ändern der Schiffe und Verfahren zur Wartung von Offshore-Windkraftanlagengeneratoren durch die Umsetzung des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung wird die kostspielige Errichtung und Wartung der Schutzsäulen der Anlegestruktur an den für Offshore-Windkraftanlagengeneratoren verwendeten Monopiles vermieden.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird zumindest eine dieser Aufgaben durch ein System gelöst, aufweisend einen Monopile und ein Schiff gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung weist die Krümmung der konkaven Eingriffsfläche mindestens einen Kreissektor entlang der Krümmung auf. Dies ermöglicht der Krümmung, auf Strukturen abgestimmt zu werden, an denen das Schiff häufig andockt, was wiederum Reibung maximiert und Aufprallkraft minimiert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung weist der Kreissektor einen Radius von mehr als 1 Meter, vorzugsweise zwischen 3 und 10 Metern, bevorzugter zwischen 4 und 8 Metern und am meisten bevorzugt zwischen 5 und 7 Metern auf. Dies macht das Schiff besonders geeignet für Monopiles von Windkraftanlagen, aber auch für andere Gründungsstrukturen großer Abmessungen, wie beispielsweise schwimmende Windkraftanlagengründungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung ist die Mitte des Kreissektors vor dem Schiff angeordnet ist, vorzugsweise geradeaus mit der Vorwärtsrichtung des Schiffs zusammenfallend. Dies erleichtert das frontale Andocken des Schiffes unter Verwendung der Schiffshauptmotoren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung weist das Schiff ferner mindestens ein plastisch verformbares Element auf, das zwischen dem elastisch verformbaren Fender und dem mindestens einen Rumpf angeordnet ist. Ein solches plastisch verformbare Element versieht das Schiff mit Knautschzonen, die wiederum den Monopile vor schädigenden Stößen von dem Schiff schützen. Im Gegensatz zu dem Monopile können die plastisch verformbaren Elemente an Land mit geringen Kosten im Vergleich zu den Kosten zur Reparatur z.B. eines Offshore-Monopile repariert oder ersetzt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung ist das mindestens eine plastisch verformbare Element in einer Aussparung in der Rückseite des elastisch verformbaren Fenders, in der Vorwärtsrichtung gesehen, angeordnet. Dies ermöglicht die austauschbare Bereitstellung des plastisch verformbaren Elements nahe der potenziellen Aufprallzonen des Fenders, wodurch ein guter Schutz der Struktur, wie beispielsweise ein Monopile, an dem das Schiff anzudocken hat, gewährleistet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung ist die Struktur eine Offshore-Struktur. Dadurch kann die kostspielige Bereitstellung und Wartung von Anlegestrukturen an Offshore-Strukturen vermieden werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens die Offshore-Struktur ein Monopile einer Windkraftanlage ist.
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Die Erfindung wird nunmehr basierend auf nicht einschränkenden, beispielhaften Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
- 1 eine schematische Draufsicht des Bugs eines Schiffs mit einem einzigen Fender gemäß der Erfindung ist, der direkt an eine Monopile-Struktur angedockt ist,
- 2 eine der 1 entsprechende Ansicht des Bugs eines Schiffs mit mehreren Fendern gemäß der Erfindung ist,
- 3 eine der 1 entsprechende Ansicht des Bugs eines Schiffs mit einer alternativen Ausführungsform eines Fenders gemäß der Erfindung ist,
- 4 eine Ansicht des Bugs des Schiffs von 3 unter einem Winkel zu einem Monopile mit einer herkömmlichen Anlegestruktur im Andockvorgang ist,
- 5 eine Ansicht des frontal an einem Monopile mit einer herkömmlichen Anlegestruktur angedockten Bugs des Schiffs von 3 ist,
- 6 eine schematische Draufsicht einer alternativen Form des Fenders von 1 bis 5 ist und
- 7 eine schematische Draufsicht des Bugs eines Schiffs mit einem einzigen Fender und durch plastisch verformbare Elemente gebildeten Knautschzonen ist.
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Zunächst 1 zuwendend ist eine Struktur, wie beispielsweise eine Offshore-Monopile-Gründung, eines Windkraftanlagengenerators teilweise gezeigt. In Übereinstimmung mit der Erfindung ist der Monopile 1 in dem Sinne neu, als er nicht die herkömmliche Anlegestruktur aufweist, aufweisend zwei vertikale Schutzsäulen 2, die an Abstandshaltern 3 vor einer Leiter mit Sprossen 4 und Holmen 5 angeordnet sind, die allesamt an dem Monopile 1 angeordnet sind, wie in 4 und 5 dargestellt ist. Die Anordnung der Abstandshalter 3 und/oder der Säulen ist so, dass im Falle eines Aufpralls oder einer übermäßigen Antriebskraft des Schiffes beim Andocken sie sich - eher als der Monopile 1 - verformen werden und diesen somit schützen. Außerdem wird der Reibungsabnutzung, welche die Schutzfarbschicht beschädigen und Stahl dem korrosiven Salzwasser aussetzen könnte, eher an der Schutzstruktur als an dem Monopile 1 auftreten. Sollten die Schutzsäulen oder ein anderer Teil der Anlegestruktur beschädigt sein, ist deren Reparatur oder Austausch wesentlich kostengünstiger als der Austausch des gesamten Monopiles 1.
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Meistens weist der Monopile 1 ein Übergangsstück zwischen dem Pfahl oder Rohr, der oder das in den Meeresgrund gerammt worden ist, und dem Mast der oder wem auch immer die Monopile-Gründung dient. Im Folgenden werden solche Übergangsstücke als Teil des neuen Monopiles 1 angesehen, da sie im Stand der Technik in der Regel die Teile des herkömmlichen Monopiles wären, an denen sich die Schutzstruktur befindet.
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Darüber hinaus ist in 1 der Bug 6 eines Schiffs 7 dargestellt. Das Schiff 7 kann ein Einrumpfschiff oder ein Mehrrumpfschiff, wie beispielsweise ein Katamaran, sein. Der Bug 6 des Schiffs ist vorzugsweise nicht spitz zulaufend in Vorwärtsrichtung des Schiffs 7, wie durch den Pfeil 8 angedeutet ist, sondern allgemein eben quer zu dieser Richtung. Im Allgemeinen sind Schiffe zumindest in Bezug auf den Rumpf oder die Rümpfe weitgehend symmetrisch, und der Pfeil 8 definiert somit auch eine Mitschiffslinie des Schiffs 7. Ein einziger Fender 9 ist an dem Bug 6 des Schiffs 7 angeordnet. Wenn der Fender nicht durch wesentliche äußere Kräfte beeinflusst wird, d.h. wenn er nicht durch das Schiff 7 gegen etwas gedrückt wird, weist er aus der Vorwärtsrichtung 8 gesehen eine allgemein konkave Form 10 auf. Wie zu erkennen ist, weist die konkave Form 10 des Fenders 9 allgemein eine Krümmung auf, die, zumindest in vertikaler Projektion gesehen, die Form eines Kreissektors ist. Dieser Kreissektor kann einen Radius r aufweisen, der dem Radius des Monopiles 1 entspricht, an den er am häufigsten andocken wird, um eine große Kontaktfläche zu gewährleisten, die es dem Fender ermöglicht, mit einem großen Bereich des Monopiles 1 in Eingriff zu gelangen, und jegliche Punkte hoher Belastung vermeidet, die den Monopile 1 möglicherweise beschädigen und dessen strukturelle Unversehrtheit beeinträchtigen oder den Stahl durch Verkratzen dessen Farbbeschichtung freilegen können. Gleichzeitig wird eine gute Reibung zwischen dem Fender 9, der üblicherweise eine Oberfläche mit hoher Reibung, wie beispielsweise Gummi, aufweist, und dem angestrichenen Stahlmonopile 1 erzielt. Diese Reibung ermöglicht dem Bug 6 des Schiffs 7, unter dem Druck von den Motoren des Schiffs 7 gegen den Monopile 1 stabil gehalten zu werden, sofern Wind, Wellen und Strömungen nicht zu stark sind. Es versteht sich, dass Andocken in diesem Zusammenhang breit zu fassen und der Vorgang ist, das Schiff während des Transfers von Ausrüstung und/oder Personal so stabil wie möglich gegen den Monopile 1 oder eine andere Struktur zu halten.
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2 nunmehr zuwendend ist eine alternative Ausführungsform eines Bugs 6 eines Schiffs 7 mit drei Fendern 9, 9a gezeigt. Wie in 1 ist der Monopile 1 von der neuen Bauart ohne die Schutzsäulen 2 der Anlegestruktur. Es gibt zwei seitliche Fender 9, die jeweils eine allgemein konkave Form 10 aufweisen, in der Vorwärtsrichtung 8 gesehen. Alle drei weisen die bevorzugte, mit dem Radius des Monopiles 1 übereinstimmende Kreissektorkrümmung mit Radius r auf. Der mittlere Fender 9a kann zurückziehbar sein, um die Unterbringung der Schutzsäulen 2 und/oder Leiter einer herkömmlichen Anlegestruktur zu ermöglichen, sollte es für das Schiff 7 erforderlich sein, an einem Monopile 1 des Standes der Technik anzudocken. Bei einer Alternative kann der mittlere Fender 9a gegen ein Feder- und/oder Dämpfersystem eindrückbar sein, wenn er gegen die Schutzsäulen 2 gedrückt wird. Bei einer weiteren Alternative kann der mittlere Fender 9a wesentlich weicher als die seitlichen Fender 9 sein, um durch die Schutzsäulen 2 elastisch verformt zu werden, wenn die seitlichen Fender 9 durch das Schiff 7 gegen den Monopile 1 gedrückt werden. Jede dieser drei Ausführungsformen des mittleren Fenders 9a würde auch einen guten Eingriff ermöglichen, sollte der Monopile 1 ein Monopile 1 mit einem kleineren Radius als derjenige sein, der Teil des Systems aus Monopile 1 und Fender 9, 9a bildet, für das der Radius r des Fenders 9, 9a konzipiert ist. Üblicherweise haben die Radien der Monopiles 1 im Laufe der Jahre nur zugenommen, so dass eine Rückwärtskompatibilität fast inhärent ist, falls der Radius r des Fenders 9 mit Monopiles 1 der letzten Generation übereinstimmt. Dementsprechend weist der Kreissektor, um mit aktuellen und zukünftigen Monopile-Radien übereinzustimmen und die Rückwärtskompatibilität zu gewährleisten, vorzugsweise einen Radius im Intervall zwischen 3 und 10 Metern, vorzugsweise zwischen 4 und 8 Metern und am meisten bevorzugt zwischen 5 und 7 Metern auf. Kleinere Radien können jedoch auch eingesetzt werden, wie beispielsweise ab 1 Meter und aufwärts, falls z.B. das Schiff 7 gemäß den Erfindungen zum Andocken an andere Strukturen als der in den beispielhaften Ausführungsformen verwendete Monopile 1 entworfen ist.
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Als eine Alternative zu dem vorstehend beschriebenen mittleren Fender 9a könnte ein einziger Fender 9 mehrere Sektoren 9, 9a mit den vorgegebenen Krümmungen aufweisen, wie beispielsweise in 3 bis 5 dargestellt ist, wobei seitliche Fenderteile mit Radius r und ein mittlerer Fenderteil 9b mit geeigneten Aussparungen 9c beabstandet sind. Wie aus 3 ersichtlich ist, sehen die mehrfachen, gekrümmten Fenderteile einen guten Eingriff bei Andocken direkt an den neuen Monopile 1 ohne die Anlegestruktur vor, ermöglichen jedoch gleichzeitig das Andocken an einem herkömmlichen Monopile 1a mit den Schutzsäulen 2 der herkömmlichen Anlegestruktur, wie aus 4 und 5 ersichtlich ist Wie durch Vergleich mit 6 ersichtlich wird, müssen die Aussparungen nicht so breit sein wie in der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform, sondern können schmaler sein, was mehr Eingriffsfläche zum Eingreifen mit dem Monopile 1 ermöglicht. Die Krümmung 10 kann dieselbe sein, d.h. der Radius r für alle drei Eingriffsteile des Fenders, die Radien können natürlich auch zwischen den verschiedenen Fenderabschnitten unterschiedlich sein oder sie können entlang der jeweiligen konkaven Teile des Fenders 9, 9b variieren. Das gleiche gilt für die anderen offenbarten Ausführungsformen. Das heißt, die Radien r können für jeden konkaven Fender 9, 9a variieren, wenn der Gesamtfender aus mehreren einzelnen Fendern 9, 9a hergestellt ist.
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7 nunmehr zuwendend ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Schiffs 7 gemäß der Erfindung gezeigt. Die zusätzlichen Merkmale dieser nachstehend beschriebenen Ausführungsform sind alle auf die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen anwendbar und können darin umgesetzt werden und umgekehrt. Das Schiff 7 ist in geringem Abstand zu dem neuen Monopile 1 gezeigt, wie beispielsweise während der Annäherung zum Andocken an den neuen Monopile 1. Obwohl der gezeigte Monopile 1 der neue Monopile 1 ohne Anlegestruktur mit Schutzsäulen 2 ist, ist für den Fachmann offenkundig, dass die Aussparung 9d in dem Fender 9 die Aufnahme der herkömmlichen Anlegestruktur und somit das Andocken an einem herkömmlichen Monopile 1a ermöglicht.
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Um den empfindlichen Monopile 1 weiter vor Stößen zu schützen, welche die strukturelle Unversehrtheit des Monopiles 1 und folglich des gesamten Windkraftanlagengenerators beeinträchtigen könnten, kann das Schiff ferner mit Knautschzonen ausgerüstet sein. Die Knautschzonen weisen plastisch verformbare Elemente 11, 11 a auf, die zwischen dem Bug 6 des Schiffs 7 und dem Fender 9 angeordnet sind. Der Aufbau derartiger plastisch verformbarer Elemente ist an sich bekannt und ihre konstruktiven Einzelheiten sind für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Sie könnten metallische Wabenstrukturen oder ähnliche zell- oder rahmenartige Strukturen aufweisen. Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Knautschzone ein zwischen dem Bug 6 und dem Fender 9 angeordnetes plastisch verformbares Element auf. Wenn der Aufprall oder Druck des Schiffs 7 auf den Monopile 1 zu hoch ist, um von dem elastisch verformbaren Fender 9 aufgenommen zu werden, wird sich eher das plastisch verformbare Element 11 als der Monopile 1 verformen. Austauschen oder Reparieren des plastisch verformbaren Elements kann jedoch beim nächsten Hafenaufenthalt mit minimalen Kosten durchgeführt werden - zumindest im Vergleich zu Reparatur oder Austausch eines Offshore-Monopiles 1. Zusätzlich oder als eine Alternative zu dem plastisch verformbaren Element 11 könnten ein oder mehrere plastisch verformbare Elemente 11 a zwischen dem Bug 6 des Schiffs 7 und dem Fender 9 angeordnet sein, indem sie in geeigneten Aussparungen in der Rückseite des Fenders 9, in der Vorwärtsrichtung 8 gesehen, untergebracht sind. Systeme aus Federn und Dämpfern, wie beispielsweise vorstehend für das mittlere Teil 9a beschrieben sind, könnten auch nur mit einem elastisch verformbaren Fender 9, 9a, 9b davor, in der Vorwärtsrichtung 8 des Schiffs 7 gesehen, eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2473490 [0004, 0005, 0008]
- GB 2520094 [0004, 0005, 0006]
- GB 2489679 [0004, 0005, 0007]
