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Offshore Windenergie – Schutz und Sicherheit

Programm: Forschung für die zivile Sicherheit - Maritime Sicherheit

Kenngrößen der Kabellegung- Ein Beitrag zur Betriebssicherheit

Carsten Kassen, Deutsche Offshore Consult GmbH, Bremerhaven

Symposium 08. November 2017, Hochschule Bremerhaven

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• Arbeitsfeld der DOC gemäß Vorhabenbeschreibung ist das Einbringen von verwertbaren praktischen Erfahrungswerten aus Planung-Errichtungs- und Bauphase der Infrastruktur von Offshore Windparks, sowohl aus abgeschlossenen („Lessons Learned“) sowie aus laufenden Projekten (ggf. Bewertung von geänderten Verfahrensabläufen).

• Eingeflossene Bewertungen/Informationen: Erfahrungen aus der Installationsphase aber auch Wartung – und Betrieb in Hinsicht auf Sicherheitsrisikopotential und logistischen Abläufen.

• Informationsquelle waren hierbei die Erfahrungen und Dokumentationen der jeweiligen Projektbeteiligen

Aufgabenfeld DOC bei OwiSS

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• Begrifflichkeit: Betriebssicherheit Beginnt bei der Installation !!!

• Das System Kabel

• Ausfallszenarien

• Kabellegestrategien- und Techniken

• Parameter die zur Betriebssicherheit führen

• Zusammenfassung

Einleitung

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• Folgende kritische, generell angreifbare Punkte sind hierbei gefiltert worden (Exportkabel):

Infrastrukturelemente Kabel (Kabelsystem, Umspannwerke, Muffenbauwerke, Kabelkreuzungen, Steuerungs- IT-Einheiten)

„Angreifbarkeit/Sicherheit von Kabelsystemen dabei abhängig von Einbringtechnik, Einbringtiefe und Genauigkeit der erhobenen Daten (As Laid)

frei liegende Kabel (durch Erosion, verfehlte Einbringversuche) bieten keinen bedeckenden Schutz und sind leicht auffindbar/ angreifbar

Allgemeine Gefährdungen- und Bedrohungen System Kabel

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Allgemeine Gefährdungen und Bedrohungen System Kabel

• Mögliche Angriffsziele in einem OWP

• Zerstörung/ Beschädugung einer Umspann-/

Konverterplattform:

Sofortiger Ausfall der Stromproduktion/ -weiterleitung

Sehr lange „Lieferzeiten“ für Ersatz (> 1 Jahr)

Installationsschiffe nur mit Vorlauf charterbar

Mögliche Folgeschäden bei den Windturbinen durch Standschäden bei unzureichender Stromversorgung

• Beschädigung des Exportkabels

In stark frequentierten Seewegen kann unauffällig mit einem Anker das Kabel beschädigt werden

Reparatur ist sehr aufwendig da die Seerouten dauernd befahren werden

Ersatzlängen des Kabels beträgt nur 10%, nicht ausreichend bis in die Schifffahrtswege

Für Kabelreparatur (Muffen Installation) ist zusätzliche Korridorbreite notwendig die vor Reparatur noch von UXO zu räumen ist.

Kabelpflug, Quelle: Prysmian

Trenching ROV, Quelle: Deep Ocean

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Folge Szenarien Systemausfall Kabelreparatur

Arbeitspunkte (planungsbezogen):

• Fehlerortung

• Reparaturdistanz

• UXO Klärung

• Bodenerkundung, da der bekannte Korridor für die Reparatur in der Regel zu klein ist

• Benötigte Wetterfenster

• Schiffseignung und Verfügbarkeit

• Kabellegestrategie

• Genehmigungsfähigkeit

• Leichtigkeit des Verkehrs, Verkehrssicherung

• Technisch Ausfallzeit des Kabelsystems

• Verfügbarkeit von Personal und Gerät

• Ersatzkabel

Allgemeine Gefährdungen und Bedrohungen System Kabel

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Folge Szenarien Systemausfall Kabelreparatur

Arbeitspunkte (Umsetzung):

• Fehler tritt auf Alarmierung

• Fehlereingrenzung durch Messung

• Mobilisierung Personal und Schiffseinheiten

• Freispülen und Schnitt in Fehlerstelle

• Bereinigung/Aufnehmen des Kabels/ freischneiden,

Enden ablegen, markieren und Sichern

• Anspleiß (Jointen) Ersatzkabel an Ende 1

• Bergung Ende 2 und finaler Spleiß (Joint), Überprüfung durch

Messung

• Ablegen der Kabelüberlänge in einer „Omega“ Bucht

• Einspülen der Reparaturstelle mit Spülgerät, Berichtigung

der Seekarten

Allgemeine Gefährdungen und Bedrohungen System Kabel

Spüllanze, Quelle: DOC

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Voruntersuchungen Kabeltrasse: Surveys

• Geophysikalisch (Seebodenberfläche, oberflächennahe Sedimente)

Multibeam Echosounding (MBES)

Side Scan Sonar (SSS)

Subbotom Profiling (SBP)

Magnetometer Survey (MAG)

• Geotechnisch (Aufschluss über Bearbeitbarkeit Boden)

Bohrung, Vibrocorer

Ducksondierung (CPT)

• Eckpunkte Survey und Berichtswesen:

• Kombinierte Verfahren

• Sinnvoll gewählte Routenpunkte für geotechnische Erkundung

• Ein kompakter zusammenführender Bericht mit Empfehlung als nachhaltige Grundlage für das nachfolgende Burial Assessment (BAS ) und zur Verfahrenswahl auf den jeweiligen Trassenabschnitten

Allgemeine Auswahl Kriterien Schiffe und Geräte

Quelle: DOC

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Die Korngrößenverteilung ist ein wichtiges Merkmal zur Charakterisierung von Böden. Sie dient deren Klassifikation und ist eigenschaftsbestimmend, beispielsweise bei Wasserhaushalt, Verdichtungspotential oder Hangstabilität.

Randbedingung Geologie

Quelle: Augner

Die Scherfestigkeit ist für eine Aussage über die Bearbeitbarkeit eines Bodens sowie dessen Festigkeit ausschlaggebend Spülbar/ nicht spülbar

Quelle: DOC

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• Vorliegende Bodenverhältnisse (Erkundung Geophysik und Geotechnik) Surveys mit zeitlichen Vorlauf sowie entsprechendem redundanten Burial Assessment Studies (BAS)

• Kabelsystemlängen (zu installierende Teil- und Gesamtlängen, Massen, Anzahl Muffen)

• Kabel Typ (HVAC; HVDC&FO)

• Wassertiefe Kabelkorridore und Abstände zu Parallelsystemen/Kreuzungen mit anderen Bauwerken)

• Entfernung Land und Basis Hafen (Reichweite, Versorgungsbedarf, Turnus Crewwechsel)

• Wetterbedingungen/ saisonale Beschränkungen

• Wetterfenster Schiff und Geräte

• Umweltauflagen (z.B. 2K Kriterium, Biotope)

• UXO Bestand

Allgemeine Auswahl Kriterien Schiffe und Geräte

Quelle: DOC

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Begrifflichkeiten

• SLB - Simultaneous Lay and Burial: Kabelgraben herstellen und Einbringen des Kabels in einem Arbeitsschritt mit einem Gerät

• PLB - Post Lay Burial: Erster Arbeitsschritt Ablegen des Kabels, zweiter Arbeitsschritt Eingraben

Voraussetzungen/ Randbedingungen:

• Kabelparameter

• Bodeneigenschaften

• Schiffseinheiten

• Deckslayout

• Gerätschaft

• Wettergrenzen (Launch)

• Bauwerksannäherung

• Wassertiefe

• Personalbedarf (Jointing/TROV)

Kabellegestrategien

Quelle: DOC

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Legen und Eingraben (SLB mit dem Spülschwert)

Kabellegestrategien

Quelle: DOC

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Trenchen mit TROV (PLB):

Kabellegestrategien

ROV

2nd trenching run

ROV1st trenching run

ROV

1.7

m

0.7

m1

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0.7

m

Quelle: DOC

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Kabellegestrategien

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Virgin Seabed

Quelle: DOC

Trenchen mit TROV (PLB):

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PLB vs SLB am Seeboden

Kabellegestrategien

Quelle: DOC

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Einflussfaktoren Lagegenauigkeit Kabel

Parameter Genauigkeiten

• Kalibrierungsroutine

• Verschiedene Techniken: DGPS, USBL RTK

• Kabellegen: Kettenlinie, konstante Kabelzugspannung, Touch Down Monitoring,

Kabellegesoftware Slack

• Genauigkeiten: +/- 2,5 m (bezogen auf 50 m Wassertiefe auf der Kabeltrasse)

+/- 5-10 m in Kurven auf der Kabeltrasse

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Begrifflichkeiten Eingrabe Tiefe

SEABED Oberfläche Seeboden

TOP OF CABLE (TOC) Von „Kabeloberkante“ gemessen

DEPTH OF BURIAL (DOB) Distanz zwischen ungestörter Seebodenoberfläche und „Kabeloberkante“

DEPTH OF COVER (DOC) Mächtigkeit der das Kabel überlagernden Bodenmaterials. Ein offener Graben wird mit der Zeit durch Strömung und Sedimenttransport wieder verfüllt.

TD: TRENCH DEPTH (TD) Distanz zwischen Seebodenoberfläche und Sohle des Kabelgrabens.

DOC gleich null: Das Kabel liegt ohne Überdeckung frei auf Solltiefe. DOC ist gleich DOB: Der Kabelgraben ist vollständig gefüllt.

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Burial Protection Index (BPI) Definition BPI Risiko auf das Kabel relativ zu den geophysischen und geotechnischen Eigenschaften des Bodens auf der Trasse: Definition der erforderlichen Eingrabe Tiefe in unterschiedlichen Bodentypen (indizierter Schutzlevel, Industriestandard) BPI=1 Eingabetiefe ist ausreichend um Kabel gegen über den Grund geschleppte Fischernetze zu schützen BP=2 Eingabetiefe ist ausreichend um Kabel gegen Anker bis 2 t Gewicht zu schützen. Gegen von größeren Schiffen gesetzte oder geschleppte Anker ist der Schutz nicht ausreichend BP=3 Eingabetiefe ist ausreichend um Kabel gegen gesetzte oder geschleppte Anker größerer Schiffe zu schützen

„Sichere Eingrabe Tiefe“

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Verifizierung z.B. durch Ankerzugversuche Voraussetzung: Überdeckung des Kabels gewährleistet Eingrabe Tiefe und vorherrschende Bodenart als einziger Parameter des Designs des Kabelschutzes

„Sichere Eingrabe Tiefe“

Quelle: van Oord

Quelle: Mole et al

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Alternative Schutzmechanismen bei Nichterreichen der Anforderungen durch Eingraben

• Steinschüttungen

• Sperrzonen

• Cable Awareness Programm/Veröffentlichung

• Betonmatratzen

• Geotextilien

• Split Pipes (nur an Kabelenden)

• Tekmar & UraDuct (nur an Kabelenden/Crossings)

Alternative Schutzmechanismen

Metall Halbschalen (Split Pipes)- Quelle: Vos Prodect

Beton/Geo Matrazen- Quelle: subseaprotecionsystems

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• Kabelschutz als wesentlicher Bestandteil der Betriebssicherheit des Kabelsystems

• Effektivster Kabelschutz Nachhaltige Eingrabe Tiefe (DOB)

• Steinschüttungen, Betonmatratzen nur temporär

• Gewährleistung/ Sicherstellung Kabelschutz durch:

Geotechnische und Geophysikalische Surveys mit anschließender BAS (Vorlauf-/ Nachlaufzeit !)

Auswahl Einbringgerät nach vorgefundenen Trasseneigenschaften (Wassertiefen, Böden, Strömung, Hindernisse)

Legung der Kabel mit ausreichend Überlänge!

Regelmäßige Kalibrierung der Messeinheiten für Positionierung der Geräte

Nach Möglichkeit Lifetime Aufnahme der Legedaten (ggf. schnelle Korrektur möglich)

Regemäßige Kontrolle der Überdeckung (BSH Auflagen)

Nachhaltige Kontrolle in Bereichen von Flussmündungen oder Bereichen von bekannt großen Sedimentverlagerungen

Entwicklung Messmethoden zur Überdeckungsüberprüfung ohne/ mit reduzierter Survey Befahrung (wetterunabhängig)

Zusammenfassung/ Ausblick

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

Kenngrößen der Kabellegung- Ein Beitrag zur Betriebssicherheit

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Kontakt

Deutsche Offshore Consult GmbH

Lise-Meitner-Straße 2

28359 Bremen

Phone: +49 (0) 421 – 69 64 24 – 10

Email: info@deutscheoffshore.de

Deutsche Offshore Consult GmbH t.i.m.e.Port III, Barkhausenstr. 4

27568 Bremerhaven

Phone: +49 (0) 471 - 95 84 66 -10

E-Mail: info@deutscheoffshore.de