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Title:
GUY ROPE SYSTEM FOR AN OFFSHORE INSTALLATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/164761
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a guy rope system (100, 200, 300, 400) for an offshore installation (450), in particular for fastening an offshore installation (450) to underwater soil (456), comprising at least one guy rope (102, 202) enclosed by at least one covering (106, 206), and at least one state sensor (104, 204) formed by at least one optical waveguide (104, 204).

Inventors:
JAHN CHRISTIAN (DE)
OBERMEYER SEBASTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/076936
Publication Date:
August 20, 2020
Filing Date:
October 04, 2019
Export Citation:
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Assignee:
INNOGY SE (DE)
International Classes:
B63B21/00; B63B21/50; D07B1/14; G01L5/04; G01L5/10; G01N33/18; G02B6/44
Domestic Patent References:
WO2001098743A12001-12-27
WO2016063904A12016-04-28
WO2016114671A12016-07-21
Foreign References:
US20050226584A12005-10-13
US20150088346A12015-03-26
GB2402944A2004-12-22
Other References:
"MONEY FOR NEW ROPE - BRIDON PLC", STEEL TIMES, FUEL & METALLURGICAL JOURNALS LTD. LONDON, GB, vol. 225, no. 5, 1 May 1997 (1997-05-01), pages 194/195, XP000692298, ISSN: 0039-095X
Attorney, Agent or Firm:
COHAUSZ & FLORACK PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT MBB (DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Ankerseilsystem (100, 200, 300, 400) für eine Offshore-Vorrichtung (450),

insbesondere zum Befestigen einer Offshore-Vorrichtung (450) an einem

Unterwasserboden (456), umfassend:

mindestens ein von mindestens einer Ummantelung (106, 206) umschlossenes Ankerseil (102, 202), und

mindestens einen durch mindestens einen Lichtwellenleiter (104, 204) gebildeten Zustandssensor (104, 204).

2. Ankerseilsystem (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass

der Lichtwellenleiter (104, 204) in dem Ankerseilsystem (100, 200, 300, 400) benachbart zu dem Ankerseil (102, 202) angeordnet ist.

3. Ankerseilsystem (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass

das Ankerseilsystem (100, 200, 300, 400) eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsfläche aufweist, und

der mindestens eine Lichtwellenleiter (104, 204) in der Mitte der im

Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsfläche des Ankerseilsystems (100, 200, 300, 400) verläuft.

4. Ankerseilsystem (100, 200, 300, 400) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der mindestens eine Lichtwellenleiter (104, 204) mindestens eine optische Faser (208) umfasst, vorzugsweise mindestens zwei optische Fasern (208), wobei die mindestens eine optische Faser (208) in einem Rohrelement (212) des Lichtwellenleiters (104, 204) angeordnet ist.

5. Ankerseilsystem (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, dass

der Lichtwellenleiter (104, 204) ein das Rohrelement (212) umschließende Armierungsschicht (214) umfasst.

6. Ankerseilsystem (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet, dass

in dem Rohrelement (212) des Lichtwellenleiters (104, 204) ein viskoelastisches Fluid (210) angeordnet ist.

7. Ankerseilüberwachungssystem (330, 430) zum Überwachen des Zustands eines Ankerseilsystems (100, 200, 300, 400) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend:

mindestens eine mit dem mindestens einen Lichtwellenleiter (104, 204) des zu überwachenden Ankerseilsystems (100, 200, 300, 400) verbindbare

Überwachungsvorrichtung (332, 432),

wobei die Überwachungsvorrichtung (332, 432) eine Auswerteeinrichtung (338) umfasst, eingerichtet zum Auswerten mindestens eines von dem

Lichtwellenleiter (104, 204) empfangbaren Sensorsignals.

8. Ankerseilüberwachungssystem (330, 430) nach Anspruch 7, dadurch

gekennzeichnet, dass

die Auswerteeinrichtung (338) eingerichtet ist zum Vergleichen des

empfangenen Sensorsignals mit mindestens einem Referenzkriterium, wobei das Referenzkriterium auf mindestens einem historischen Sensorsignal des zu überwachenden Ankerseilsystems (100, 200, 300, 400) basiert.

9. Verfahren zum Betreiben eines Ankerseilüberwachungssystem (330, 430), insbesondere eines Ankerseilüberwachungssystems (330, 430) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend:

Bewirken eines Einkoppelns eines optischen Messsignals in mindestens einen Lichtwellenleiter (104, 204) eines zu überwachenden Ankerseilsystems (100,

200, 300, 400),

Auswerten mindestens eines empfangenen Sensorsignals von dem

Lichtwellenleiter (104, 204) in Reaktion auf das eingekoppelte optische

Messsignal,

- wobei das Auswerten das Bestimmen des Zustands des zu überwachenden

Ankerseilsystems (100, 200, 300, 400) umfasst, basierend auf dem empfangenen Sensorsignal und auf mindestens einem Referenzkriterium.

10. Computerprogramm mit Instruktionen ausführbar auf einem Prozessor derart, dass ein Ankerseilüberwachungssystem (330, 430) gemäß dem Verfahren nach Anspruch 9 betrieben wird.

11. Verwendung eines Ankerseilsystems (100, 200, 300, 400) nach einem der

Ansprüche 1 bis 6 zum Befestigen einer Offshore-Vorrichtung (450),

insbesondere einer Offshore-Windenergievorrichtung (450), an einem

Unterwasserboden (456).

Description:
Ankerseilsystem für eine Offshore-Vorrichtung

Die Anmeldung betrifft ein Ankerseilsystem für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere zum Befestigen einer Offshore-Vorrichtung an einem

Unterwasserboden. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung ein

Ankerseilüberwachungssystem, ein Verfahren zum Betreiben eines

Ankerseilüberwachungssystem, ein Computerprogramm und eine Verwendung.

Zur Bereitstellung von elektrischer Energie aus so genannten erneuerbaren

Energiequellen werden vermehrt Windenergiesysteme mit mindestens einer

Windkraftanlage eingesetzt. Eine Windkraftanlage ist insbesondere zum Wandeln der kinetischen Windenergie in elektrische Energie eingerichtet. Um den Energieertrag bei derartigen Systemen zu steigern, werden Windenergiesysteme an Standorten mit einer hohen Windwahrscheinlichkeit angeordnet. Insbesondere Offshore-Standorte zeichnen sich üblicherweise durch relativ kontinuierliche Windbedingungen und hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten aus, so dass vermehrt so genannte

Offshore-Windenergiesysteme bzw. Offshore-Windparks errichtet werden. ln der Regel weist ein Offshore-Windenergiesystem bzw. -park eine Vielzahl an Offshore-Vorrichtungen auf, wie eine Vielzahl von Offshore-Windkraftanlagen und mindestens eine Offshore-Substation, über die das Offshore-Windenergiesystem elektrisch beispielsweise mit einer Onshore-Substation oder einer weiteren Offshore- Substation bzw. Offshore-Converterstation verbunden ist. Eine Onshore-Substation wiederum kann mit einem öffentlichen Stromnetz verbunden sein. Zum Übertragen von elektrischer Energie zwischen zwei Offshore-Vorrichtungen oder einer Offshore- Vorrichtung und einer Onshore-Vorrichtung werden Offshore-Energiekabel in Form von Seekabeln verlegt. Während es bisher bei Offshore-Windenergiesystemen üblich war, diese durch eine Gründungsstruktur (z.B. Monopile-, Tripod-, Tripile- oder Jacket-Gründungen) auf dem Unterwasserboden, insbesondere einem Meeresboden, zu verankern, gibt es vermehrt Überlegungen dazu, schwimmende Offshore-Vorrichtungen, beispielsweise schwimmende Offshore-Windenergievorrichtungen, zu installieren, um insbesondere in Gebieten mit einer großen Wassertiefe, beispielsweise von mehr als 400 m, Offshore-Windenergiesysteme bereitzustellen.

Um die beschriebenen schwimmenden (aber während des Betriebs stationären) Offshore-Windenergievorrichtungen, aber auch andere Offshore-Vorrichtungen, zu installieren, ist es bekannt, diese mit Ankersystemen an dem Unterwasserboden zu befestigen, insbesondere zu verankern. Derzeit werden hierfür typischerweise aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Stahlringen gebildete Ankerketten eingesetzt.

Da derartige Ankerketten relativ schwer sind sowie die Herstellungs- und

Verlegungskosten insbesondere mit steigender Wassertiefe deutlich steigen, wird angenommenen, dass insbesondere in großen Tiefen als Alternative zu den bekannten Ankerkettensysteme vermehrt so genannten Ankerseilsysteme (manchmal auch kurz mit Ankerseile bezeichnet) eingesetzt werden. Ein Ankerseilsystem weist in der Regel zumindest ein oder mehrere Ankerseile (z.B. aus Metall) und eine das mindestens eine Ankerseil umgebende Ummantelung auf. Ankerseilsysteme können im Vergleich zu Ankerkettensysteme, insbesondere bei Wassertiefen größer 400 m, einfacher installiert und zudem mit geringeren Kosten produziert werden.

Problematisch bei über derartige Ankerseilsysteme verankerten Offshore- Vorrichtungen ist jedoch, dass eine Beschädigung eines Ankerseilsystems,

insbesondere ein Durchreißen eines Ankerseilsystems, also ein so genannter

Seilbruch, zu erheblichen Beeinträchtigungen des Betriebs der Offshore-Vorrichtung führt. Insbesondere bei einer schwimmenden Offshore-Windenergievorrichtung kann dies die Stromproduktion für eine erhebliche Zeit stilllegen. Daher liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, ein Ankerseilsystem für Offshore- Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, welches das Risiko eines Seilbruchs zumindest reduziert.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Anmeldung gelöst durch ein Ankerseilsystem für eine Offshore-Vorrichtung, insbesondere zum Befestigen einer Offshore-Vorrichtung an einem Unterwasserboden nach Anspruch 1. Das

Ankerseilsystem umfasst mindestens ein von mindestens einer Ummantelung umschlossenes Ankerseil. Das Ankerseilsystem umfasst mindestens einen durch mindestens einen Lichtwellenleiter gebildeten Zustandssensor.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird anmeldungsgemäß ein Ankerseilsystem bereitgestellt, bei dem das Risiko eines Seilbruchs zumindest reduziert ist, indem ein Zustandssensor in dem Ankerseilsystem vorgesehen ist, insbesondere in dem

Ankerseilsystem integriert ist. Bereits kleine Beschädigungen an einem

Ankerseilsystem können frühzeitig mit einem geringen Aufwand erkannt werden, so dass frühzeitig Maßnahme zur Beseitigung der Beeinträchtigung veranlasst werden können. Ein Produktionsstillstand einer Offshore-Windenergievorrichtung aufgrund eines Seilbruchs kann verhindert, zumindest minimiert, werden.

Das anmeldungsgemäße Ankerseilsystem dient insbesondere dem Befestigen einer Offshore-Vorrichtung, insbesondere einer schwimmenden (jedoch vorzugsweise im Betrieb stationären) Offshore-Vorrichtung. Eine weitere Anwendung eines anmeldungsgemäßen Ankerseilsystems ist die Anbindung mindestens eines weiteren (unter der Wasseroberfläche liegenden) Strukturelements an die Offshore- Vorrichtung, insbesondere den Schwimmkörper der Offshore-Vorrichtung. Eine schwimmende Offshore-Vorrichtung kann insbesondere über mindestens einen Schwimmkörper verfügen. Vorzugsweise handelt es sich bei der schwimmenden Offshore-Vorrichtung um eine schwimmende Offshore-Windenergievorrichtung, insbesondere eine Offshore-Windkraftanlage oder eine Offshore-Umspannstation. Eine derartige Offshore-Vorrichtung kann über mindestens ein anmeldungsgemäßes Ankerseilsystem, insbesondere einer Mehrzahl von Ankerseilsystemen, an einem Unterwasserboden (z.B. Meeresboden) befestigt, insbesondere verankert werden.

Dies erlaubt es insbesondere, schwimmende Offshore-Windenergievorrichtungen in Gebieten mit einer großen Wassertiefe, beispielsweise von mehr als 400 m zu installieren. Es versteht sich, dass das Ankerseilsystem auch in geringeren

Wassertiefen einsetzbar ist.

Unter einem anmeldungsgemäßen Ankerseilsystem ist vorliegend ein längliches (insbesondere rohrförmiges) Element zu verstehen, welches zumindest teilweise aus mindestens einer Naturfaser und/oder Kunstfaser und/oder mindestens einem Draht bzw. Drahtseil gebildet ist. Insbesondere weist ein Ankerseilsystem keine

Kettenelemente auf.

Vorliegend weist das (seilförmige) Ankerseilsystem mindestens ein Ankerseil auf, welches aus Metall, insbesondere Stahl, und/oder Kunststoff, insbesondere

mindestens einem Faserverbundwerkstoff, gebildet ist. Vorzugsweise können zwei oder mehr Ankerseile vorgesehen sein. Insbesondere können zwei oder mehr

Ankerseile miteinander verdrillt sein. Durch das mindestens eine Ankerseil kann insbesondere die mechanische Befestigung der Offshore-Vorrichtung an dem

Unterseeboden sichergestellt werden.

Zum Schutz des mindestens einen Ankerseils weist das Ankerseilsystem eine (äußere) Ummantelung auf. Die Ummantelung umgibt bzw. umschließt das mindestens eine Ankerseil in radialer Richtung. Vorzugsweise kann die Ummantelung aus Kunststoff, insbesondere mindestens einem Faserverbundwerkstoff, gebildet sein.

Um frühzeitig auch geringe Beschädigungen (z.B. Mikrorisse) zu detektieren und somit dem Risiko eines Seilbruchs vorzubeugen, wird anmeldungsgemäß

vorgeschlagen, ein Ankerseilsystem mit einem Zustandssensor in Form eines Lichtwellenleiters auszustatten. Der Lichtwellenleiter ist insbesondere als

linienförmiger Zustandssensor ausgebildet. Der Lichtwellenleiter kann mindestens eine optische Faser aufweisen. Der Lichtwellenleiter ist insbesondere eingerichtet, Ankerseilsystemparameter zu erfassen, die zumindest ein Indiz über den

mechanischen bzw. strukturellen Zustand des Ankerseilsystems sind. Beispielsweise können Vibrationen (oder Schallemissionen) des Ankerseilsystems durch den

Zustandssensor erfasst werden. Diese können dann ausgewertet werden, um

Rückschlüsse auf den mechanischen bzw. strukturellen Zustand des Ankerseilsystems zu gewinnen.

Der Lichtwellenleiter ist insbesondere in dem Ankerseilsystem integriert, also von der (äußeren) Ummantelung (in radialer Richtung) umgeben bzw. umschlossen und kann sich vorzugsweise (in Längsrichtung des Ankerseilsystem gesehen) entlang des im Wesentlichen gesamten Ankerseilsystems erstrecken. Anders ausgedrückt kann, gemäß einer Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Ankerseilsystems, sich der mindestens eine Lichtwellenleiter vorzugsweise im Wesentlichen von einem ersten Ende des Ankerseilsystems, welches an der Offshore-Vorrichtung, insbesondere dem Schwimmkörper der Offshore-Vorrichtung, befestigt sein kann, bis zu dem anderen Ende des Ankerseilsystems erstrecken, wobei das andere Ende mit einem

Verankerungselement (z.B. ein Fundament) verbunden oder dieses aufweisen kann. Hierdurch kann im Wesentlichen das gesamte Ankerseilsystem überwacht werden.

Der mindestens eine Lichtwellenleiter kann als Zustandssensor eines (optischen) Ankerseilüberwachungssystems dienen, und vorzugsweis auf Basis der optischen Zeitbereichsreflektometrie, auch bekannt unter der englischen Bezeichnung Optical- Time-Domain-Reflectometry (OTDR) betrieben werden. Insbesondere erlaubt ein derartiger Lichtwellenleiter eine ortsabhängige Überwachung, so dass neben einer evtl. Beschädigung, wie ein Mikroriss, auch der Ort des Mikrorisses an dem

Ankerseilsystem bestimmt werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Ankerseilsystems kann der Lichtwellenleiter in dem Ankerseilsystem (unmittelbar) benachbart zu dem (mindestens einen) Ankerseil angeordnet sein. Beispielsweise kann der

Lichtwellenleiter an zumindest einem Ankerseil anliegen, dieses also zumindest abschnittsweise kontaktieren. Hierdurch kann die Überwachung des mindestens einen (mechanisch) tragenden Ankerseils verbessert werden.

Ein Ankerseilsystem kann, in herkömmlicher Weise, eine im Wesentlichen

kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der mindestens eine Lichtwellenleiter in der Mitte der im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsfläche des Ankerseilsystems verlaufen. Um den die Längsachse bildendenden Lichtwellenleiter können dann vorzugsweise eine Mehrzahl von Ankerseilen angeordnet, insbesondere gewickelt, beispielsweise verdrillt, sein. Durch die Anordnung des Lichtwellenleiters in der Mitte der im

Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsfläche des Ankerseilsystems kann insbesondere ein (im Wesentlichen) symmetrischer Aufbau des Ankerseilsystems bereitgestellt werden. Zudem kann die Überwachung der bevorzugt Mehrzahl von um den Lichtwellenleiter gewickelten Ankerseilen noch weiter verbessert werden.

Wie bereits beschrieben wurde, kann der mindestens eine Lichtwellenleiter mindestens eine optische Faser umfassen, vorzugsweise mindestens zwei optische Fasern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Ankerseilsystems kann die mindestens eine optische Faser in einem Rohrelement des Lichtwellenleiters angeordnet sein. Anders ausgedrückt kann die mindestens eine optische Faser von mindestens einer Schutzschicht, insbesondere einem Schutzrohr, (in radialer Richtung) umgeben sein. Die mindestens eine optische Faser kann eine Monomodefaser oder eine Multimodefaser sein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des anmeldungsgemäßen

Ankerseilsystems kann das Rohrelement aus einem Kunststoffmaterial und/oder einem Glasfasermaterial und/oder einem Kohlefasermaterial und/oder dem Material gebildet sein, aus dem das mindestens eine Ankerseil gebildet ist. Eine Reduzierung der durch das mindestens eine Ankerseil auf die mindestens eine optische Faser ausgeübten Kräfte kann erreicht werden.

Auch kann insbesondere ein Rohr aus Glas als Rohrelement für die mindestens eine optische Faser eingesetzt werden.

Besonders bevorzugt kann das Rohrelement aus dem Kunststoffmaterial High Density Polyethylen (HDPE) sein. Es hat sich gezeigt, dass ein entsprechendes

Kunststoffmaterial die Anforderungen eines Ankerseilsystems besonders gut erfüllt.

Vorzugsweise kann der Lichtwellenleiter eine das Rohrelement umschließende Armierungsschicht umfassen. Die Armierungsschicht kann vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Armierungsseilen gebildet sein. Diese Armierungsseile können vorzugsweise aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der Armierungsseile aus Metall, insbesondere Stahl, gebildet sein. Der Schutz der mindestens einen optischen Faser des

Lichtwellenleiters kann weiter verbessert werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Ankerseilsystems kann in dem Rohrelement des Lichtwellenleiters ein

viskoelastisches Fluid angeordnet sein. Anders ausgedrückt kann die mindestens eine optische Faser in einem mit einem viskoelastisches Fluid gefüllten Rohrelement verlaufen. Der Schutz der mindestens einen optischen Faser kann noch weiter verbessert werden. Vorzugsweise kann als viskoelastisches Fluid ein Gelmaterial bzw. eine gelartige Masse eingesetzt sein. Besonders geeignet ist ein Silikongel.

Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des

anmeldungsgemäßen Ankerseilsystems vorgesehen sein, dass zwischen dem mindestens einen Ankerseil, insbesondere der Vielzahl von Ankerseilen, und der (äußeren) Ummantelung mindestens eine Barriereschutzschicht angeordnet ist, insbesondere eine Sandschutzschicht. Die Ankerseile werden hierdurch noch besser geschützt.

Es versteht sich, dass bei anderen Ausführungsformen ein Ankerseilsystem weitere Elemente umfassen kann, wie Füllmaterialien, eine sich an die Armierungsschicht anschließende Kunststoffschicht, die insbesondere vorgesehen sein kann, die unter der Kunststoffschicht liegenden Komponenten zusammen zu halten, etc..

Wie bereits beschrieben wurde, kann zumindest ein Ankerseil aus einem

Faserverbundwerkstoff gebildet sein. Bevorzugt kann die Mehrzahl von Ankerseilen zumindest teilweise aus Metall, insbesondere Stahl, und zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sein. Entsprechendes gilt vorzugsweise für eine Mehrzahl von Armierungsseilen. Hierbei können unterschiedliche

Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden. Bevorzugt kann als

Faserverbundwerkstoff Kohlefaser verwendet werden, um ein besonders widerstandsfähiges Ankerseilsystem bereitzustellen. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten auch zusätzlich oder alternativ andere Faserverbundwerkstoffe verwendet werden können, beispielweise Glasfaser und/oder Aramidfaser oder dergleichen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist ein

Ankerseilüberwachungssystem zum Überwachen des Zustands eines zuvor beschriebenen Ankerseilsystems. Das Ankerseilüberwachungssystem weist mindestens eine mit dem mindestens einen Lichtwellenleiter des zu überwachenden Ankerseilsystems verbindbare Überwachungsvorrichtung auf. Die

Überwachungsvorrichtung umfasst eine Auswerteeinrichtung. Die

Auswerteeinrichtung ist eingerichtet zum Auswerten mindestens eines von dem Lichtwellenleiter empfangbaren Sensorsignals.

Insbesondere ist erkannt worden, dass durch eine Auswertung des von dem

Lichtwellenleiter empfangbaren Sensorsignals auf den (augenblicklichen) mechanischen und/oder strukturellen Zustand des überwachten Ankerseils geschlossen werden kann. Beispielsweise kann basierend auf der Auswertung des Sensorsignals erkannt werden, ob das Ankerseilsystem mechanisch bzw. strukturell beeinträchtigt ist, beispielsweise ein Ankerseil einen oder mehrere (Micro-) Riss/e aufweist. Hierdurch kann frühzeitig eine Beschädigung des Ankerseilsystems erkannt und insbesondere Maßnahmen zur Behebung der Beschädigung des Ankerseilsystems eingeleitet werden, bevor es zu einer den Betrieb der Offshore-Vorrichtung beeinträchtigen Beschädigung des Ankerseilsystems, insbesondere einem Seilbruch, kommen kann.

Die Überwachungsvorrichtung kann vorzugsweise auf bzw. in der Offshore- Vorrichtung installiert sein. Die Auswertung kann insbesondere die Auswertung der Amplitude, Frequenz, Phase und dergleichen umfassen.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des anmeldungsgemäßen

Ankerseilüberwachungssystems kann die Auswerteeinrichtung eingerichtet sein zum Vergleichen des Sensorsignals mit mindestens einem Referenzkriterium.

Beispielsweise kann das Referenzkriterium ein Grenzwert und/oder ein zulässiger Parameterbereich sein. Wird beispielsweise der durch mindestens einen Grenzwert definierbare zulässige Parameterbereich durch die aus dem Sensorsignal gewonnenen Parameterwerte überschritten, führt die Auswertung insbesondere zu einem

Auswerteergebnis, dass der Zustand des Ankerseilsystems beeinträchtigt ist. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn erfasste Ankerseilsystemvibrationen und/oder Schallemissionen außerhalb des zulässigen Vibrations- bzw, Schallbereichs liegen. Hierbei kann dann eine entsprechende Mitteilung/Nachricht über die detektierte Abweichung ausgegeben werden.

Vorzugsweise kann die Stärke bzw. Grad der Beeinträchtigung bzw. Beschädigung, beispielsweise aufgrund der bestimmten Diskrepanz zwischen dem mindestens einen gemessenen Parameterwert und einem Grenzwert, bestimmt werden. Wie ferner bereits beschrieben wurde, kann auch die Beschädigungsposition an dem

Ankerseilsystem bestimmt werden.

Liegt hingegen der mindestens eine aus dem Sensorsignal gewonnene Parameterwert innerhalb des zulässigen Parameterbereichs, wird also beispielsweise der mindestens eine Grenzwert nicht überschritten, führt die Auswertung insbesondere zu dem Auswerteergebnis, dass der Zustand des Ankerseilsystems nicht beeinträchtigt ist. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn erfasste

Ankerseilsystemvibrationen innerhalb des zulässigen Vibrationsbereichs liegen.

Das Referenzkriterium kann beispielsweise fest vorgegeben sein und beispielsweise vorab durch Simulationen berechnet und/oder durch Tests ermittelt worden sein. Bevorzugt kann das mindestens eine Referenzkriterium, also insbesondere der mindestens eine (ortsabhängige) Grenzwert und/oder der mindestens eine

(ortsabhängige) zulässige Parameterbereich, individuell für jedes Ankerseilsystem bestimmt sein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das mindestens eine Referenzkriterium auf mindestens einem historischen Sensorsignal des zu überwachenden Ankerseilsystems basieren. Insbesondere ist erkannt worden, dass aufgrund der Fertigungstoleranzen, der Dimensionen eines Ankerseilsystems (insbesondere unterschiedliche Längen) und/oder der am Installationsort des Ankerseilsystems anzutreffenden Umgebungsbedingungen sich der tatsächlich zulässige (ortsabhängige) Parameterbereich (z.B. zulässige Stärke der Vibrationen) eines erstes Ankerseilsystems von dem tatsächlich zulässigen (ortsabhängigen) Parameterbereich eines weiteren Ankerseilsystems unterscheiden kann.

Um eine optimierte und für jedes Ankerseilsystem abhängig von den individuellen Eigenschaften des jeweiligen Ankerseilsystems und/oder den individuellen

Umgebungseigenschaften des jeweiligen Installationsorts Überwachung zu

ermöglichen, wird insbesondere vorgeschlagen, zunächst eine Mehrzahl von

Sensorsignalen für jedes Ankerseilsystem nach der Installation aufzuzeichnen. Unter der Annahme, dass sich ein Ankerseilsystem (unmittelbar) nach der Installation in einem guten bzw. ordnungsgemäßen strukturellen Zustand, also beschädigungsfreien Zustand, befindet, kann vorzugsweise eine Mehrzahl Sensorsignal (die zu

unterschiedlichen Zeitpunkten und für einen bestimmten Zeitraum (z.B. X Wochen, X Monate etc.) erfasst wurden) aufgezeichnet werden. Diese Sensorsignale können als zulässige Sensorsignale angesehen werden, so dass basierend auf diesen

Sensorsignalen das mindestens eine Referenzkriterium bestimmt werden kann (z.B. durch Mittelung, Extremwertbildung etc.). Beispielsweise kann hierdurch für jedes Ankerseilsystem die maximal zulässige Vibrationsstärke und/oder Schallpegel ermittelt werden. Anschließend kann in einfacher und gleichzeitig zuverlässiger Weise durch eine Vergleichsoperation das Ankerseilsystem überwacht werden.

Das mindestens eine aufgezeichnete Sensorsignal und/oder das mindestens eine Referenzkriterium kann/können in einem Datenspeicher des

Ankerseilüberwachungssystems gespeichert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Überwachungsvorrichtung mindestens einen Messsignalgenerator umfassen. Der Messsignalgenerator kann eingerichtet sein zum Einkoppeln eines optischen Messsignals in den

Lichtwellenleiter des zu überwachenden Ankerseilsystems. Die Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein zum Empfangen und insbesondere Auswerten des in Reaktion auf das optische Messsignal in dem Lichtwellenleiter generierten Sensorsignals. Insbesondere kann die Auswertung auf dem Messsignal und dem Sensorsignal, welches das Messsignal bewirkt hat.

Wie bereits beschrieben wurde, kann die Überwachungsvorrichtung insbesondere nach dem OTDR Verfahren betrieben werden. Beispielsweise kann der

Messsignalgenerator als Messsignal mindestens einen Lichtpuls, insbesondere Laserpuls, (mit einer Dauer zwischen z.B. 3 ns bis 20 gs) in den Lichtwellenleiter einkoppeln. Als Sensorsignal kann, insbesondere durch die Auswerteeinrichtung, das Rückstreulicht über der Zeit gemessen werden. Die Zeitabhängigkeit des

Sensorsignals kann insbesondere in eine Ortsabhängigkeit umgerechnet werden, so dass eine ortsaufgelöste Bestimmung des mechanischen strukturellen Zustands des Ankerseilsystems (beispielsweise anhand der aus dem Messsignale gewonnenen Vibrationsdaten, Schalldaten etc.) erfolgen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können vorzugsweise bei der Auswertung (augenblickliche) Umgebungsdaten (z.B. Wassertemperatur, Strömungsrichtung, Strömungsstärke, Wellenhöhe etc.) berücksichtigt werden. Die Umgebungsdaten können Einfluss auf das Sensorsignal haben, ohne dass sich der tatsächliche Zustand des Ankerseilsystems verändert hat. Indem bei der der Auswertung (augenblickliche) Umgebungsdaten (z.B. Wassertemperatur, Strömungsrichtung, Strömungsstärke, Wellenhöhe etc.) berücksichtigt werden, kann die Zuverlässigkeit der Überwachung verbessert werden.

Ein weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Verfahren zum Betreiben eines

Ankerseilüberwachungssystem, insbesondere eines zuvor beschriebenen

Ankerseilüberwachungssystems. Das Überwachungsverfahren umfasst:

Bewirken eines Einkoppelns eines optischen Messsignals in mindestens einen Lichtwellenleiter eines zu überwachenden Ankerseilsystems,

Auswerten mindestens eines empfangenen Sensorsignals von dem

Lichtwellenleiter in Reaktion auf das eingekoppelte optische Messsignal, wobei das Auswerten das Bestimmen des Zustands des zu überwachenden Ankerseilsystems umfasst, basierend auf dem empfangenen Sensorsignal und auf mindestens einem Referenzkriterium.

Ein noch weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Computerprogramm mit

Instruktionen ausführbar auf einem Prozessor derart, dass ein

Ankerseilüberwachungssystem gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren betrieben wird. Insbesondere können die Instruktionen auf einem Speichermedium gespeichert sein, welches von dem Prozessor auslesbar ist, um das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Ein noch weiterer Aspekt der Anmeldung ist eine Verwendung eines zuvor

beschriebenen Ankerseilsystems zum Befestigen, insbesondere Verankern, einer Offshore-Vorrichtung, insbesondere einer Offshore-Windenergievorrichtung, an einem Unterwasserboden.

Die Merkmale der Ankerseilsysteme, Ankerseilüberwachungssysteme, Verfahren, Computerprogramme und Verwendungen sind frei miteinander kombinierbar.

Insbesondere können Merkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen

Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert eigenständig erfinderisch sein.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das anmeldungsgemäße Ankerseilsystem, das anmeldungsgemäße Ankerseilüberwachungssystem, das anmeldungsgemäße Verfahren, das anmeldungsgemäße Computerprogramm und die anmeldungsgemäße Verwendung eines Ankerseilsystems auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung ln der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels

eines Ankerseilsystems gemäß der vorliegenden Anmeldung,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren

Ausführungsbeispiels eines Ankerseilsystems gemäß der vorliegenden Anmeldung,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines

Ankerseilüberwachungssystems gemäß der vorliegenden Anmeldung, Fig.4 eine schematische Ansicht einer Offshore-Vorrichtung mit einem

Ausführungsbeispiels eines Ankerseilüberwachungssystems gemäß der vorliegenden Anmeldung, und

Fig. 5 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung. ln den Figuren werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht, insbesondere Querschnittsansicht, eines Ausführungsbeispiels eines Ankerseilsystems 100 gemäß der vorliegenden

Anmeldung.

Das Ankerseilsystem 100 umfasst vorliegend ein Ankerseil 102 (z.B. aus Stahl), einen Lichtwellenleiter 104, der mindestens eine optische Faser aufweist, und eine das Ankerseil 102 und den Lichtwellenleiter 104 umschließende äußere Ummantelung 106 (z.B. aus einem Kunststoffmaterial).

Die Ummantelung 106 dient dem Schutz der durch die Ummantelung 106

umschlossenen Komponenten 102, 104. Das Ankerseil 102 dient im Wesentlichen dazu, die nach der Installation des Ankerseilsystems 102 auftretenden Kräfte aufzunehmen.

Insbesondere ist ein erstes Ende des Ankerseils 102 mit der vorzugsweise

schwimmenden (aber im Betrieb im Wesentlichen stationären) Offshore-Vorrichtung und das weitere Ende mit einem am Unterwasserboden befestigten Ankerungsmittel (fest) verbunden. Hierdurch kann die schwimmende Offshore-Vorrichtung an dem Unterseeboden fest verankert werden.

Der Lichtwellenleiter 104 verläuft im Wesentlichen von dem ersten Ende des

Ankerseils 102 zu dem weiteren Ende des Ankerseils 102. Der Lichtwellenleiter 104 ist als linienförmiger Zustandssensor 104 eingerichtet. Insbesondere kann durch die Nutzung des Lichtwellenleiters 104 der mechanische bzw. strukturelle Zustand des Ankerseilsystems 100, insbesondere des mindestens einen Ankerseils 102, überwacht werden.

Wie ferner in der Figur 1 zu erkennen ist, ist vorzugsweise der Lichtwellenleiter 104 unmittelbar benachbart zu mindestens einem Ankerseil 102 angeordnet, so dass dieses besonders zuverlässig überwacht werden kann.

Die Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren

Ausführungsbeispiels eines Ankerseilsystems 200 gemäß der vorliegenden

Anmeldung.

Das dargestellte Ankerseilsystem 200 weist einen Lichtwellenleiter 204, eine

Mehrzahl von Ankerseilen 202 und eine äußere Ummantelung 206 (z.B. aus einem Kunststoffmaterial) auf.

Ferner ist optional zwischen den Ankerseilen 204 und der Ummantelung 206 eine Barriereschutzschicht 218 angeordnet, insbesondere eine Sandschutzschicht 218. Diese dient insbesondere dem Schutz der Ankerseile 202.

Darüber hinaus kann das Ankerseilsystem 200 optional Füllmaterial 220 (auch fillers genannt) aufweisen. Insbesondere können in dem Ankerseilsystem 200 Hohlräume mit einem Füllmaterial 220 ausgefüllt sein, um eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform des länglichen Ankerseilsystems 200 bereitzustellen.

Wie zu erkennen ist, ist der Lichtwellenleiter 204 in der Mitte des Ankerseilsystems 200 angeordnet. Insbesondere bildet der Lichtwellenleiter 204 die Mittenachse des Ankerseilsystems 200. Um den Lichtwellenleiter 204 herum ist vorliegend eine Mehrzahl von Ankerseilen 202 unmittelbar angeordnet, insbesondere gewickelt. Die Ankerseile 204 können vorzuweise zumindest teilweise aus Metall (z.B. Stahl) und zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff (z.B. Kohlefaser) gebildet sein. Hierdurch können die positiven Eigenschaften der eingesetzten Materialien (hohe mechanische Festigkeit (Stahl), geringes Gewicht (Kohlefaser) etc.) kombiniert werden. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung sämtliche Ankerseile aus dem gleichen Material gebildet sein können.

Der Lichtwellenleiter 204 ist im vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel wie folgt gebildet:

Der Lichtwellenleiter 204 weist vorliegend eine Mehrzahl von optischen Fasern 208 auf. Die optischen Fasern 208 sind von einem Rohrelement 212 umgeben. Das

Rohrelement 212 kann aus Metall und/oder mindestens einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Das Rohrelement 212 dient insbesondere dem Schutz der innerhalb des Rohrelements 212 angeordneten optischen Fasern 208.

Um den Schutz noch weiter zu verbessern, ist eine Armierungsschicht 214, vorliegend gebildet aus zwei Sub-Armierungsschichten, jeweils aus einer Mehrzahl von

Armierungsseilen, vorgesehen. Die Armierungsschicht 214 umgibt insbesondere unmittelbar das Rohrelement 212. Vorzugsweise kann eine erste Sub- Armierungsschicht (nur) aus Armierungsseilen gebildet sein, die aus Metall (z.B.

Stahl) hergestellt sind, und die weitere Sub-Armierungsschicht (nur) aus

Armierungsseilen gebildet sein, die aus einem Faserverbundwerkstoff (z.B.

Kohlefaser) hergestellt sind. Wie oben beschrieben wurde, können hierdurch die positiven Eigenschaften der beiden eingesetzten Materialien in der Armierungsschicht kombiniert werden.

Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung auch nur eine Sub- Schicht, mehr als zwei Sub-Schichten und/oder Armierungsseile aus einem (anderen) Material, beispielsweise sämtliche Armierungsseile aus dem gleichen Material, vorgesehen sein können. Darüber hinaus ist das Rohrelement 212 mit einem viskoelastischen Fluid 210 gefüllt, beispielsweise einem Silikongel. Ferner weist der Lichtwellenleiter 204 vorliegend als äußere Schicht eine Kunststoffschicht 216 auf, insbesondere aus extrudiertem

Kunststoff. Diese hat die Aufgabe, die anderen Komponenten 208 bis 214 des

Lichtwellenleiters 204 zusammen zu halten.

Die Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines

Ankerseilüberwachungssystems 330 gemäß der vorliegenden Anmeldung auf. Das Ankerseilüberwachungssystem weist eine Überwachungsvorrichtung 332 auf, die bevorzugt an oder auf der schwimmenden Offshore-Vorrichtung installiert sein kann.

Die Überwachungsvorrichtung 332 kann zumindest teilweise durch Hardwaremittel und/oder zumindest teilweise durch Softwaremittel gebildet sein. Insbesondere ist die Überwachungsvorrichtung kommunikativ über einen

Verbindungslichtwellenleiter 334 mit dem Lichtwellenleiter des Ankerseilsystems 300 verbunden.

Bei dem Ankerseilsystem 300 kann es sich vorzugsweise um ein Ankerseilsystem entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 handeln. Der

Verbindungslichtwellenleiter 334 kann zumindest durch eine verlängerte optische Faser des Lichtwellenleiters des Ankerseilsystems 300 gebildet sein.

Die Überwachungsvorrichtung 332 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Auswerteeinrichtung 338, einen Messsignalgenerator 344, einen Datenspeicher 336 und ein Kommunikationsmodul 340 auf. Die Funktionsweise der

Überwachungsvorrichtung 332 wird nachfolgend mit Hilfe der Figur 5 näher beschrieben. ln einem ersten Schritt 501 wird, durch den Messsignalgenerator 344, ein Messsignal, vorzugsweise in Form von mindestens einem Licht-, insbesondere Laserpuls, generiert und in den Lichtwellenleiter, insbesondere die mindestens eine optische Faser des Lichtwellenleiters, des Ankerseilsystems 300 eingekoppelt ln Reaktion auf das Messsignal kann von dem Lichtwellenleiter des Ankerseilsystems 300,

insbesondere durch die Auswerteeinrichtung 338 ein Sensorsignal, vorzugsweise in Form von zeitabhängigem Streulicht, empfangen werden.

Das empfangene Sensorsignal kann in Schritt 502 ausgewertet werden, insbesondere basierend auf mindestens einem Referenzkriterium, welches in dem Datenspeicher 336 gespeichert sein kann.

Beispielsweise kann bei der Auswertung das zeitabhängige Sensorsignal zunächst in ein ortsabhängiges Sensorsignal umgewandelt und dann mit einem ortsabhängigen Referenzkriterium verglichen werden, wobei das ortsabhängige Referenzkriterium insbesondere einen zulässigen ortsabhängigen Parameterbereich definieren kann.

Wird beispielsweise der durch mindestens einen Grenzwert definierbare zulässige Parameterbereich durch die aus dem Sensorsignal gewonnen Parameterwerte überschritten, führt die Auswertung insbesondere dazu, dass der strukturelle Zustand des Ankerseilsystems 300 als beeinträchtigt bewertet wird. Dann kann eine entsprechende Mitteilung/Nachricht durch das Kommunikationsmodul 340 über einen Kommunikationskanal 342 ausgegeben werden. Vorzugsweise kann hierbei die Stärke der Beeinträchtigung, beispielsweise aufgrund der bestimmten Diskrepanz des mindestens einen gemessenen Parameterwerts von einem Grenzwert, bestimmt werden.

Liegt hingegen der mindestens eine aus dem Sensorsignal gewonnene Parameterwert innerhalb des zulässigen Parameterbereichs, wird also beispielsweise der mindestens eine Grenzwert nicht überschritten, führt die Auswertung insbesondere dazu, dass der Zustand des Ankerseilsystems als nicht beeinträchtigt bewertet wird. Besonders bevorzugt kann das mindestens eine Referenzkriterium auf mindestens einem, vorzugsweise einer Vielzahl von zuvor aufgezeichneten historischen

Sensorsignalen des zu überwachenden Ankerseilsystems 300 basieren. Optional können bei der Auswertung Umgebungsdaten des überwachten Ankerseilsystems 300 (z.B. Wassertemperatur, Strömungsrichtung, Strömungsstärke, Wellenhöhe etc.) bei der Auswertung in Schritt 502 berücksichtigt werden.

Die Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht einer auf dem Wasser 458 angeordneten Offshore-Vorrichtung 450, die durch zwei Ankerseilsysteme 400 an dem

Unterseeboden 456 befestigt, insbesondere verankert ist.

Die Offshore-Vorrichtung 450 ist insbesondere eine schwimmende Offshore- Windkraftanlage 450 mit einem Schwimmkörper 452, an dem jeweils ein Ende der Ankerseilsysteme 400 mechanisch befestigt ist. Ein Ankerseilsystem 400 kann insbesondere entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ausgebildet sein.

Das jeweilige andere Ende der Ankerseilsysteme 400 ist jeweils über einen Anker 454 an dem Unterseeboden 456 befestigt, insbesondere verankert. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei Ankerseilsysteme 400 eingesetzt werden können.

Darüber hinaus ist ein Ankerseilüberwachungssystem 430 mit einer

Überwachungsvorrichtung 432 vorgesehen, an dem die jeweilige Lichtwellenleiter der Ankerseilsysteme 400 über Verbindungslichtwellenleiter 434 gekoppelt sind. Die Überwachungsvorrichtung 432 kann ähnlich der Überwachungsvorrichtung nach Figur 3 gebildet sein. Die Funktionsweise des Ankerseilüberwachungssystems 430 kann in entsprechender Weise ähnlich zu der Funktionsweise des

Ankerseilüberwachungssystems nach Figur 3 sein, so dass auf die vorherigen

Ausführungen verwiesen wird.

Optional kann die Offshore-Vorrichtung 450 über mindestens ein Strukturelement 460 verfügen. Wie zu erkennen ist, ist das mindestens eine Strukturelement 460 über mindestens ein Ankerseilsystem 400 (vorliegend beispielhaft zwei Ankerseilsysteme) mit dem Schwimmkörper 452 der Offshore-Vorrichtung 450 verbunden. Das

Strukturelement 460 kann in einer horizontalen Ebene ein Dreieck bilden, dessen (drei) Schenkel rohrförmig gebildet und über eine Vielzahl von Ankerseilsystemen 400 mit dem Schwimmkörper 452 verbunden sein können. Ein Ankerseilsystem 400 kann in zuvor beschriebener Weise überwacht werden. Ein solches Strukturelement 460 kann insbesondere ein Ballastkörper sein und vorzugsweise dazu dienen, die Stabilität der Offshore-Vorrichtung 450 zu verbessern. Insbesondere kann die aufrechte Schwimmlage der Offshore-Vorrichtung 450 während des Betriebs (mit einer höheren Sicherheit) beibehalten werden.