DE102019117471A1 - Maritime rope structure as well as a wind turbine with a maritime rope structure - Google Patents

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Abstract

Maritime Seilstruktur mit einem metallischen Kern, einer den Kern umgebenden inneren Isolation, zumindest einer auf der Isolation aufgebrachten Armierung, einer die Armierung umgebenden äußeren Isolation, wobei eine Schutzschicht die äußere Isolation umgibt und wobei die Schutzschicht als Anti-Fouling Schicht gebildet ist sowie eine Windenergieanlage mit einer solchen maritimen Seilstruktur und ein System mit zumindest zwei solchen Windenergieanlagen, wobei die Seilstruktur die Windenergieanlagen elektrisch miteinander verbindet.Maritime rope structure with a metallic core, an inner insulation surrounding the core, at least one reinforcement applied to the insulation, an outer insulation surrounding the reinforcement, with a protective layer surrounding the outer insulation and with the protective layer being formed as an anti-fouling layer, as well as a wind turbine with such a maritime cable structure and a system with at least two such wind energy installations, the cable structure electrically connecting the wind energy installations to one another.

Description

Die Erfindung betrifft eine maritime Seilstruktur sowie eine Windenergieanlage mit einer solchen Seilstruktur und ein System mit zumindest zwei solcher Windenergieanlagen.The invention relates to a maritime cable structure and a wind energy installation with such a cable structure and a system with at least two such wind energy installations.

Maritime Seilstrukturen kommen bei Offshore-Anlagen zum Einsatz. Offshore-Anlagen sind insbesondere Windenergieanlagen wie Windkraftanlagen, Substations, Transformatorstationen, Umrichter oder dergleichen. Sowohl eine mechanische Verankerung dieser Anlagen am Meeresboden oder untereinander als auch eine elektrische Kontaktierung dieser Anlagen erfolgt über eine maritime Seilstruktur.Maritime rope structures are used in offshore systems. Offshore systems are in particular wind energy systems such as wind power systems, substations, transformer stations, converters or the like. Both mechanical anchoring of these systems on the seabed or among each other and electrical contacting of these systems takes place via a maritime rope structure.

Eine Verankerung kann über ein Verankerungsseil oder eine Verankerungskette erfolgen, wobei beides als Seilstruktur zu verstehen ist. Eine elektrische Kontaktierung kann über ein elektrisches Kabel insbesondere ein Seekabel, welches ebenfalls als Seilstruktur zu verstehen ist, erfolgen.Anchoring can take place via an anchoring rope or an anchoring chain, both of which are to be understood as rope structures. Electrical contact can be made via an electrical cable, in particular a submarine cable, which is also to be understood as a rope structure.

Sowohl bei im Meeresboden gegründeten Anlagen als auch bei sogenannten Floating-Anlagen erfolgt ein elektrischer Anschluss der Anlagen an das elektrische Versorgungsnetz über Seekabel. Gerade bei schwimmenden (Floating) Anlagen sind die Kabel von einer beträchtlichen Länge, da diese nicht, wie bei gegründeten Anlagen, im Bereich des Meeresbodens in die Gründung eingeführt werden können, sondern frei hängend von der Anlage an der Wasseroberfläche bis zum Meeresboden geführt werden. Von dort sind die Kabel zu einer nächsten Anlage oder bis ans Festland geführt. Der Bereich der Seilstruktur, welcher sich unter der Wasseroberfläche befindet, ist maritimen Bewuchs ausgeliefert. Dies ist insofern problematisch, als dass Kabellängen, die im Bereich der Reißlänge des Kabels liegen, durchaus üblich sind. Maritime Kabel, jedoch auch andere Seilstrukturen, insbesondere bei schwimmenden Anlagen, können mehrere 100 m lang sein. Aufgrund ihres hohen Eigengewichts, insbesondere bei Seekabeln, ist die Reißlänge kritisch. Kommt es zu maritimen Bewuchs, steigt das Eigengewicht der Seilstruktur an, ohne dass deren Reißlänge ansteigt. Bei einem Betrieb der Anlagen über Jahre und Jahrzehnte ist maritimer Bewuchs daher von relevanter Bedeutung.Both in the case of systems set up in the seabed and so-called floating systems, the systems are electrically connected to the electrical supply network via submarine cables. Especially with floating systems, the cables are of considerable length, as they cannot be inserted into the foundation in the area of the seabed, as with established systems, but are guided freely hanging from the system on the water surface to the seabed. From there the cables are routed to the next facility or to the mainland. The area of the rope structure, which is below the water surface, is exposed to maritime growth. This is problematic in that cable lengths that are in the range of the tear length of the cable are quite common. Maritime cables, but also other rope structures, especially in floating systems, can be several 100 m long. Due to their high dead weight, especially in the case of submarine cables, the tear length is critical. If there is marine growth, the dead weight of the rope structure increases without its breaking length increasing. If the systems are operated for years and decades, marine vegetation is therefore of relevant importance.

Dem Gegenstand der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer maritimer Seilstrukturen zu erhöhen und/oder den Aufwand für eine Armierung einer Seilstruktur zu verringern.The object of the invention was therefore based on the task of increasing the service life of maritime rope structures and / or reducing the cost of reinforcing a rope structure.

Diese Aufgabe wird durch eine maritime Seilstruktur nach Anspruch 1 sowie durch eine Windenergieanlage nach Anspruch 12 als auch durch ein System nach Anspruch 14 gelöst.This object is achieved by a maritime cable structure according to claim 1 and by a wind energy installation according to claim 12 and also by a system according to claim 14.

Eine gegenständliche maritime Seilstruktur umfasst mindestens einen metallischen Kern. Dieser metallische Kern ist umgeben von zumindest einer inneren Isolation. Die innere Isolation kann als Isolationsschicht um den Kern gewickelt oder extrudiert sein. Die Isolation kann aus einem Kunststoff gebildet sein. Die innere Isolation kann aus einer oder mehreren Schichten gebildet sein.An objective maritime rope structure comprises at least one metallic core. This metallic core is surrounded by at least one inner insulation. The inner insulation can be wrapped or extruded around the core as an insulation layer. The insulation can be formed from a plastic. The inner insulation can be formed from one or more layers.

Jede metallische Ader eines als Seilstruktur gebildeten Kabels kann mit einer Isolation beschichtet sein. Über der Isolation kann in der Regel ein metallischer Schirm aufgebracht sein. An der inneren Isolation ist zumindest ein metallischer Schirm. Der Schirm kann dabei zusammen mit der Isolation gebildet sein oder auch auf die Isolation aufgebracht sein. Der Schirm kann insbesondere vollständig von der Isolation umgeben sein oder die Isolation vollständig umgeben. Der Schirm kann aus metallischen Fasern oder Drähten gebildet sein. Dieser metallische Schirm dient dazu elektrische Felder abzuschirmen und Fehlerströme abzuleiten. Zusätzlich können noch weitere Lagen wie ein zusätzlicher metallischer Schirm für die radiale Wasserdichtigkeit oder eine weitere Schicht aus Kunststoff aufgebracht sein. Each metallic core of a cable formed as a rope structure can be coated with an insulation. A metallic screen can usually be applied over the insulation. There is at least one metallic screen on the inner insulation. The screen can be formed together with the insulation or it can also be applied to the insulation. The shield can in particular be completely surrounded by the insulation or completely surrounded by the insulation. The screen can be formed from metallic fibers or wires. This metallic screen is used to shield electrical fields and divert fault currents. In addition, further layers such as an additional metallic screen for radial watertightness or a further layer of plastic can be applied.

Anschließend werden drei isolierte Adern miteinander verseilt. Zusätzlich können noch sogenannte Filler verwendet werden. die die drei Adern zu einem runden Gebilde formen sollen. Anschließend werden dann eine oder mehrere Lagen Armierung aufgebracht. Abschließend folgt eine optionale extrudierte Ummantelung mit Kunststoff.Then three insulated wires are stranded together. So-called fillers can also be used. which should shape the three veins into a round structure. Then one or more layers of reinforcement are applied. Finally, there is an optional extruded plastic coating.

Der Aufbau der maritimen Seilstruktur kann einen oder mehrere Kerne, eine oder mehrere Isolationsschichten und eine oder mehrere Armierungsschichten aufweisen.The construction of the maritime cable structure can have one or more cores, one or more insulation layers and one or more reinforcement layers.

Durch den schichtweisen Aufbau hat die maritime Seilstruktur ein erhebliches Gewicht. Insbesondere wenn die maritime Seilstruktur ein Seekabel ist, kann der metallische Kern Querschnitte von mehreren 100 mm2 haben. Zusammen mit der Armierung ergibt sich somit ein erhebliches Eigengewicht.Due to the layered structure, the maritime rope structure has a considerable weight. In particular if the maritime rope structure is a submarine cable, the metallic core can have cross sections of several 100 mm 2 . Together with the reinforcement, this results in a considerable dead weight.

Zur Beibehaltung der Reißfestigkeit der Seilstruktur und insbesondere zur Vermeidung von Rissen aufgrund des Eigengewichts, insbesondere bei einem Betrieb unter Wasser über mehrere Jahre oder Jahrzehnte, wird vorgeschlagen, dass eine Schutzschicht die äußere Isolation umgibt und dass die Schutzschicht als Anti-Fouling Schicht gebildet ist. Eine Anti-Fouling Schicht ist dadurch gekennzeichnet, dass diese gegenüber herkömmlichen Beschichtungen einen maritimen Bewuchs hemmt. Eine Hemmung eines maritimen Bewuchses ist beispielsweise dann gegeben, wenn gegenüber einer herkömmlichen Beschichtung die bewucherte Fläche nach einem Jahr bei gleichen Umweltbedingungen weniger als 70 % beträgt.To maintain the tensile strength of the rope structure and in particular to avoid cracks due to its own weight, especially when operating under water for several years or decades, it is proposed that a protective layer surround the outer insulation and that the protective layer is formed as an anti-fouling layer. An anti-fouling layer is characterized in that it inhibits marine growth compared to conventional coatings. A maritime vegetation is inhibited, for example, when the overgrown area retards compared to a conventional coating one year under the same environmental conditions is less than 70%.

Bekannte Anti-Fouling Schichten beruhen sowohl auf dem Prinzip der bewuchsabweisenden Wirkung durch physikalische Mechanismen (sogenannte Biozid-freie Anti-Fouling Schicht) als auch auf dem Entlassen von toxischen Bioziden aus der Anti-Fouling Schicht (sogenannte Biozid-haltige Anti-Fouling-Schicht), die beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt sein kann. Die Biozid-haltige Anti-Fouling Schicht kann insbesondere eine selbstpolierende, ablative oder selbsterodierende Anti-Fouling Schicht sein.Known anti-fouling layers are based both on the principle of the fouling-repellent effect through physical mechanisms (so-called biocide-free anti-fouling layer) and on the release of toxic biocides from the anti-fouling layer (so-called biocide-containing anti-fouling layer ), which can be made of a plastic, for example. The biocide-containing anti-fouling layer can in particular be a self-polishing, ablative or self-eroding anti-fouling layer.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht eine Biozid-haltige Anti-Fouling Schicht ist. Die Biozid-haltige Anti-Fouling Schicht kann gängige Biozide umfassen, insbesondere Dikupferperoxid, Kupferpyrithion, Kupferthiocyanat, Zinkpyrithion, Zineb, Isothiazolinon, Dichlofluanid, Tolyfluanid, Tralipyril, Medetomidin oder deren Mischungen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht eine Biozid-freie Anti-Fouling Schicht ist. Biozid-freie Anti-Fouling Schichten weisen den Vorteil auf, dass sie gegenüber der Meeresfauna nicht oder nur in geringem Maße toxisch sind. Ferner basiert das Funktionsprinzip einer Biozidfreien Anti-Fouling Schicht nicht auf der kontinuierlichen Freisetzung eines Biozids, sondern auf bewuchsabweisender Wirkung durch physikalische Mechanismen. Dies sind insbesondere das Einstellen bestimmter Oberflächenspannungen und/oder Oberflächentopographien, die eine Anhaftung von maritimem Bewuchs erschweren oder vermindern. Für die kritische Oberflächenspannung ist dem Fachmann die sogenannte „Baier-Kurve“ geläufig (R. E. Baier, V. A. DePalma, in Management of Occlusive Arterial Disease, Year Book Medical Publishers, Chicago, 1971, 147-163), die bei etwa 25 mN·m-1 sowie bei >70 mN·m-1 ein Minimum aufweist und in diesen Bereichen auf eine schwache Adsorption des maritimen Bewuchses hinweist. Die Biozid-freie Anti-Fouling Schicht kann insbesondere eine Oberflächenspannung im Bereich von 10 bis 30 mN·m-1, bevorzugt 20 bis 30 mN·m-1, oder >70 mN·m-1 aufweisen. Im Gegensatz zu Biozid-haltigen Anti-Fouling Schichten, die sich zur Freisetzung des Biozids kontinuierlich abbauen und/oder deren Hemmung des maritimen Bewuchses mit der Zeit durch das Freisetzen des Biozids abnimmt, weisen Biozid-freie Anti-Fouling Schicht den Vorteil auf, dass sie eine deutlich längere Anwendungsdauer erlauben.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the protective layer be a biocide-containing anti-fouling layer. The biocide-containing anti-fouling layer can include common biocides, in particular dicopper peroxide, copper pyrithione, copper thiocyanate, zinc pyrithione, zineb, isothiazolinone, dichlofluanid, tolyfluanide, tralipyril, medetomidine or mixtures thereof.
According to an alternative embodiment of the invention, it is proposed that the protective layer is a biocide-free anti-fouling layer. Biocide-free anti-fouling layers have the advantage that they are not or only slightly toxic to marine fauna. Furthermore, the functional principle of a biocide-free anti-fouling layer is not based on the continuous release of a biocide, but on a fouling-repellent effect through physical mechanisms. These are, in particular, the setting of certain surface tensions and / or surface topographies that make it difficult or less difficult for marine vegetation to adhere. The person skilled in the art is familiar with the so-called “Baier curve” for the critical surface tension (RE Baier, VA DePalma, in Management of Occlusive Arterial Disease, Year Book Medical Publishers, Chicago, 1971, 147-163), which is at about 25 mN · m -1 and at> 70 mN · m -1 and indicates a weak adsorption of marine vegetation in these areas. The biocide-free anti-fouling layer can in particular have a surface tension in the range from 10 to 30 mN · m −1 , preferably 20 to 30 mN · m −1 , or> 70 mN · m −1 . In contrast to biocide-containing anti-fouling layers, which continuously degrade to release the biocide and / or whose inhibition of maritime growth decreases over time due to the release of the biocide, biocide-free anti-fouling layers have the advantage that they allow a significantly longer period of use.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht eine mikro- und/oder nanostrukturierte Oberfläche aufweist. Ziel der mikro- und/oder nanostrukturierte Oberfläche ist das Verhindern oder Verringern der Haftung des maritimen Bewuchses. Die mikro- und/oder nanostrukturierte Oberfläche kann beispielsweise ein nanoskaliertes Porenrelief gemäß EP 1 249 476 A2 umfassen.
Dabei kann die mikro- und/oder nanostrukturierte Oberfläche durch das Verfahren des Aufbringens der Schutzschicht, durch Mikrophasenseparation des Materials aus dem die Schutzschicht aufgebaut ist, durch in die Schutzschicht eingebrachte oder nachträglich aufgebrachte Fasern, insbesondere Mikro- und/oder Nanofasern, Mikro- und/oder Nanopartikel, oder deren Mischungen, durch ein nachträgliches Behandeln der noch nicht ausgehärteten Schutzschicht, insbesondere durch Stempeln oder Prägen der Oberfläche der Schutzschicht, oder durch nachträgliches Behandeln der ausgehärteten Schutzschicht, insbesondere durch teilweises lokales Abtragen der Oberfläche der Schutzschicht, erhalten werden. Für das teilweise lokale Abtragen der Oberfläche können die dem Fachmann bekannten Verfahren verwendet werden. Die mikro- und/oder nanostrukturierte Oberfläche kann eine Oberfläche sein, die polyzwitterionisch oder amphiphil ist. Eine polyzwitterionische Oberfläche kann beispielsweise durch Beschichtung mit Poly(sulfobetainmethacrylat) (PSBMA), Poly(sulfobetainvinylbenzol) (PSBVB) oder Poly(sulfobetainvinylimidazolium) (PSBVI) erhalten werden. Amphiphile Oberflächen können insbesondere durch eine amphiphile Silikonbeschichtung erhalten werden, die hydrophile Polyethylenglykolmodifizierte Poly(organo)siloxane und hydrophobe Poly(organo)siloxane umfasst oder durch eine Beschichtung mit hyperverzweigtem Fluoropolymer-Poly(ethylenglykol) (HBFP-PEG).According to a further exemplary embodiment, it is proposed that the protective layer have a micro- and / or nano-structured surface. The aim of the micro- and / or nano-structured surface is to prevent or reduce the adhesion of marine vegetation. The micro- and / or nanostructured surface can, for example, be a nanoscale pore relief according to EP 1 249 476 A2 include.
The micro- and / or nano-structured surface can be created by the process of applying the protective layer, by micro-phase separation of the material from which the protective layer is built up, by fibers that are introduced into the protective layer or are subsequently applied, in particular micro and / or nano fibers, micro and / or nanoparticles, or mixtures thereof, are obtained by subsequent treatment of the not yet hardened protective layer, in particular by stamping or embossing the surface of the protective layer, or by subsequent treatment of the hardened protective layer, in particular by partial local removal of the surface of the protective layer. The methods known to those skilled in the art can be used for the partial local removal of the surface. The micro- and / or nano-structured surface can be a surface that is polyzwitterionic or amphiphilic. A polyzwitterionic surface can be obtained, for example, by coating with poly (sulfobetaine methacrylate) (PSBMA), poly (sulfobetaine vinylbenzene) (PSBVB) or poly (sulfobetaine vinylimidazolium) (PSBVI). Amphiphilic surfaces can be obtained in particular by an amphiphilic silicone coating that comprises hydrophilic polyethylene glycol-modified poly (organo) siloxanes and hydrophobic poly (organo) siloxanes or by a coating with hyperbranched fluoropolymer poly (ethylene glycol) (HBFP-PEG).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schutzschicht ein Material ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Polymer auf Siliciumbasis, insbesondere einem Poly(organo)siloxan, bevorzugt einem Poly(dimethylsiloxan) (PDMS), einem PDMS- Urethan-Copolymer, einem PDMS-Harnstoff-Copolymer, einem PMDS-Epoxy-Copolymer oder einem PDMS-Oxetan-Copolymer, einem Polyethylenglykol-modifzierten Poly(organo)siloxan, insbesondere einem Polyethylenglykol-modifizierten Poly(dimethyl)siloxan, einem Fluor-haltigen Polymer, insbesondere einem Polytetrafluorethylen (auch bekannt als Teflon®), einem Perfluoropolyether (PFPE) einem fluorierten Polyethylenglycol, einem Perfluoro(methacrylate)-Acrylsäure-Copolymer, einem (2-Isopropenyl-2-oxazolin)-Methacrylat-Copolymer oder einem fluorierten Ethylen-Propylen-Copolymer, einem Polyethylenglycol, einem Poly(sulfobetainmethacrylat) (PSBMA), einem PSMBA-Polystyrol-Diblockcopolymer, einem PSMBA-Poly(methylmethacrylat)-Diblockcopolymer, einem Poly(sulfobetainvinylbenzol) (PSBVB) oder einem Poly(sulfobetainvinylimidazolium) (PSBVI) oder kolloidalem Silica sowie deren Mischungen, umfasst oder daraus besteht. Besonders bevorzugt umfasst die Schutzschicht ein Material ausgewählt aus der Gruppe Poly(organo)siloxan, insbesondere Poly(dimethylsiloxan, Polytetrafluorethylen oder besteht daraus.According to a further embodiment of the invention, the Protective layer a material selected from the group consisting of a silicon-based polymer, in particular a poly (organo) siloxane, preferably a poly (dimethylsiloxane) (PDMS), a PDMS urethane copolymer, a PDMS urea copolymer, a PMDS Epoxy copolymer or a PDMS-oxetane copolymer, a polyethylene glycol-modified poly (organo) siloxane, in particular a polyethylene glycol-modified poly (dimethyl) siloxane, a fluorine-containing polymer, in particular a polytetrafluoroethylene (also known as Teflon® ), a Perfluoropolyether (PFPE) a fluorinated polyethylene glycol, a perfluoro (methacrylate) acrylic acid copolymer, a (2-isopropenyl-2-oxazoline) methacrylate copolymer or a fluorinated ethylene-propylene copolymer, a polyethylene glycol, a poly (sulfobetaine methacrylate) ( PSBMA), a PSMBA-polystyrene diblock copolymer, a PSMBA-poly (methyl methacrylate) diblock copolymer, a poly (sulfobetaine vinylbenzene) (PSBVB) or a poly (sulfob etainvinylimidazolium) (PSBVI) or colloidal silica and mixtures thereof, includes or consists of them. The protective layer particularly preferably comprises a material selected from the group consisting of poly (organo) siloxane, in particular poly (dimethylsiloxane, polytetrafluoroethylene, or consists thereof.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht aus einer Folie gebildet ist. Eine Folie eignet sich insbesondere für die Ummantelung der Seilstruktur, da diese besonders einfach um die Seilstruktur gewickelt werden kann. Entsprechende Wickelvorrichtungen sind bekannt. Durch Verwendung einer Folie muss die Seilstruktur, nachdem diese die äußere Isolation erhalten hat, keiner weiteren Verarbeitung unterzogen werden. Vielmehr kann die Folie nachträglich bedarfsgerecht aufgetragen werden. Auch ist es möglich, dass die Folie abschnittsweise auf der Seilstruktur aufgebracht wird. Hierdurch ist es möglich, die Seilstruktur auf den Anwendungsfall maß zu schneidern. Es ist möglich, dass die Schutzschicht in Abschnitten aufgebracht ist und in anderen Abschnitten keine Schutzschicht aufgebracht ist.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the protective layer be formed from a film. A film is particularly suitable for sheathing the rope structure, since it can be wrapped around the rope structure particularly easily. Corresponding winding devices are known. By using a film, the rope structure does not have to be subjected to any further processing after it has received the outer insulation. Rather, the film can be applied subsequently as required. It is also possible for the film to be applied in sections to the rope structure. This makes it possible to tailor the rope structure to the application. It is possible that the protective layer is applied in sections and no protective layer is applied in other sections.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Seil als elektrisches Kabel gebildet ist. Ein solches Kabel kann als AC- oder DC-Kabel gebildet sein. Das Kabel kann eine oder mehrere Kabelseelen (Kabeladern), die den metallischen Kern bilden, aufweisen. Die Kabelseelen können gegeneinander isoliert sein. Ein Leiterquerschnitt des Kabels kann pro Kabelseele kann 100 mm2 und mehr betragen.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the rope be designed as an electrical cable. Such a cable can be designed as an AC or DC cable. The cable can have one or more cable cores (cable cores) which form the metallic core. The cable cores can be insulated from one another. A conductor cross-section of the cable can be 100 mm 2 and more per cable core.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der metallische Kern aus zumindest einer Litzenleitung mit zumindest einer Isolation gebildet ist. Eine Litzenleitung kann als Kabelseele aus einer Vielzahl von Einzellitzen gebildet sein. Die Litzen sind in einer gemeinsamen Isolation geführt. Eine Litzenleitung hat den Vorteil einer erhöhten Flexibilität gegenüber einer Leitung aus vollem Material.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the metallic core be formed from at least one stranded wire with at least one insulation. A stranded wire can be formed as a cable core from a large number of individual strands. The strands are guided in a common insulation. A stranded wire has the advantage of increased flexibility compared to a wire made of solid material.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Litzen der jeweiligen Litzenleitung verseilt sind und/oder das zumindest zwei Litzenleitungen untereinander verseilt sind. Hierdurch wird eine erhöhte Stabilität der Seilstruktur erreicht.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the strands of the respective stranded wire are stranded and / or that at least two stranded wires are stranded with one another. This increases the stability of the rope structure.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Folie eine Dehnung von +/-12% hat und/oder Temperaturbeständig bis 90 °C ist.According to one embodiment it is proposed that the film has an elongation of +/- 12% and / or is temperature-resistant up to 90 ° C.

Die Kabel können bei Starkwind sehr hohe Ströme tragen und Temperaturen bis zu 90° C und mehr aufweisen. Die Schutzschicht muss eine entsprechende Temperaturbeständigkeit aufweisen, so dass diese auch bei diesen extremen Temperaturbedingungen dauerhaft stabil ist.The cables can carry very high currents in strong winds and have temperatures of up to 90 ° C and more. The protective layer must have a corresponding temperature resistance so that it is permanently stable even under these extreme temperature conditions.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht um die äußere Isolation gewickelt ist. Eine Wicklung eignet sich insbesondere für ein nachträgliches Aufbringen der Schutzschicht, so dass bedarfsgerecht die Schutzschicht aufgebracht werden kann.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the protective layer is wrapped around the outer insulation. A winding is particularly suitable for a subsequent application of the protective layer, so that the protective layer can be applied as required.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Schutzschicht mit einer Schlaglänge von zumindest 1 m gewickelt.According to one embodiment, the protective layer is wound with a lay length of at least 1 m.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht mit einer Überlappung von bis zu 50 % gewickelt ist. Die Überlappung sollte 10 % nicht unterschreiten. Durch die große Überlappung wird sichergestellt, dass kein oder wenig maritimer Bewuchs nicht in den Zwischenräumen zwischen den Lagen entsteht. Durch eine Überlappung von 50 % wird eine möglichst glatte Oberfläche erreicht.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the protective layer be wound with an overlap of up to 50%. The overlap should not be less than 10%. The large overlap ensures that little or no marine vegetation does not develop in the spaces between the layers. The smoothest possible surface is achieved with an overlap of 50%.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht auf die äußere Isolation extrudiert istAccording to one embodiment, it is proposed that the protective layer is extruded onto the outer insulation

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzschicht eine mittlere Oberflächenrauheit Sa gemessen nach ISO 25178 von maximal 0,1µm hat. Auch kann die Schutzschicht eine gemittelte Rautiefe Sz gemessen nach ISO 25178 von maximal 0,1 µm haben.According to one exemplary embodiment, it is proposed that the protective layer have an average surface roughness S a, measured according to ISO 25178, of a maximum of 0.1 μm. The protective layer can also have an average surface roughness S z measured in accordance with ISO 25178 of a maximum of 0.1 μm.

Ein weiterer Aspekt ist eine Windenergieanlage mit einer maritimen Seilstruktur der vorangehenden Ansprüche.A further aspect is a wind energy installation with a maritime cable structure of the preceding claims.

Die Windenergieanlage kann dabei z.B. eine Windkraftanlage, eine Trafostation oder eine Substation sein. Die Windenergieanlage kann elektrisch über die Seilstruktur mit einem Energieversorgungsnetz oder einem Inselnetz eines Windparks verbunden sein. Auch kann die Seilstruktur zur Verankerung der Windenergieanlage dienen. Die Windenergieanlage ist insbesondere eine sogenannte Floating-Anlage, d.h. dass sie nicht im Meeresboden gegründet ist und auf der Wasseroberfläche schwimmt. Eine solche schwimmende Anlage kann über eine maritime Seilstruktur am Meeresboden verankert sein. Solche schwimmenden Anlagen könne bei Meerestiefen von mehreren 100 m eingesetzt werden. Daher kann die maritime Seilstruktur mehrere 100 m lang sein und somit länger sein, als die Reißfestigkeit der Seilstruktur mit maritimem Bewuchs ist.The wind turbine can e.g. be a wind turbine, a transformer station or a substation. The wind energy installation can be electrically connected to an energy supply network or an island network of a wind farm via the cable structure. The rope structure can also serve to anchor the wind energy installation. The wind energy installation is in particular a so-called floating installation, i.e. that it is not established in the seabed and that it floats on the surface of the water. Such a floating installation can be anchored to the sea floor via a maritime rope structure. Such floating systems can be used at sea depths of several 100 m. Therefore, the maritime rope structure can be several 100 m long and thus longer than the tear strength of the rope structure with maritime vegetation.

Ein weiterer Aspekt ist ein System mit zumindest zwei Windenergieanlagen wobei die Seilstruktur die Windenergieanlagen elektrisch mit einander verbindet.Another aspect is a system with at least two wind turbines, the cable structure electrically connecting the wind turbines to one another.

Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 ein System mit Windenergieanlagen und maritimen Seilstrukturen;
  • 2 den Aufbau eines maritimen Seekabels;
  • 3 eine Wicklung einer Schutzschicht um ein maritimes Seekabel.
The subject matter is explained in more detail below with the aid of a drawing showing an exemplary embodiment. In the drawing show:
  • 1 a system with wind turbines and maritime rope structures;
  • 2 the construction of a marine submarine cable;
  • 3 a winding of a protective layer around a marine cable.

Maritime Anlagen, insbesondere schwimmende Anlagen wie Windkraftanlagen, Trafostationen und/oder Substations von Windparks werden in tiefen Gewässern errichtet. Die Verankerung dieser schwimmenden Anlagen als auch die elektrische Verbindung sowohl mittelspannungsseitig als auch hochspannungsseitig der Anlagen untereinander sowie mit dem festlandseitigen Netz stellt eine große Herausforderung dar.Maritime systems, especially floating systems such as wind turbines, transformer stations and / or substations of wind farms, are built in deep waters. The anchoring of these floating systems as well as the electrical connection both on the medium-voltage side and on the high-voltage side of the systems with each other and with the mainland network represents a major challenge.

Da die Kabel nicht mechanisch geführt sind und teilweise bis zum Meeresboden verlaufen, haben sie enorme Längen. Solch große Kabellängen erfordern zunächst sehr große Kabelquerschnitte, um die elektrische Verlustleistung in den Kabeln so gering wie möglich zu halten. Dies macht die Kabel schwer und steif.Since the cables are not mechanically routed and some of them run down to the sea floor, they have enormous lengths. Such large cable lengths initially require very large cable cross-sections in order to keep the electrical power loss in the cables as low as possible. This makes the cables heavy and stiff.

Durch Armierungen werden die Kabel vor Beschädigung geschützt, was jedoch zu Außendurchmessern von 250 mm und mehr führen kann. Durch die großen Kabelquerschnitte als auch die Armierung haben Kabel, welche für die gegenständliche Struktur zum Einsatz kommen, Dichten von 1.300 kg/m3 und mehr.The cables are protected from damage by armouring, but this can lead to outer diameters of 250 mm and more. Due to the large cable cross-sections as well as the armouring, cables that are used for the structure in question have densities of 1,300 kg / m 3 and more.

Durch maritimen Bewuchs kann ein Zusatzgewicht von mehr als 50 kg/m Kabel entstehen. Dieses Zusatzgewicht führt bei Wassertiefen von mehreren 100 m bis 1.000 m und mehr zu enormen Zusatzgewicht von mehreren 10 t. Durch den maritimen Bewuchs verschlechtert sich darüber hinaus die Strömungseigenschaft der Seilstruktur, so dass durch Strömung verursachte Zugkräfte erheblich erhöht werden.Maritime vegetation can result in an additional weight of more than 50 kg / m of cable. In water depths of several 100 m to 1,000 m and more, this additional weight leads to an enormous additional weight of several 10 t. In addition, the maritime vegetation worsens the flow properties of the rope structure, so that tensile forces caused by the flow are significantly increased.

All dies führt dazu, dass bedingt durch den Bewuchs die Reißlänge des Kabels überschritten werden kann und das Kabel reißen kann. Um dies zu verhindern, wird eine Schutzschicht vorgeschlagen, die die maritime Seilstruktur vor maritimen Bewuchs schützt. Eine solche Schutzschicht wird auf der äußeren Umfangsfläche der Seilstruktur aufgebracht, wie nachfolgend beschrieben.All of this means that, due to the vegetation, the breaking length of the cable can be exceeded and the cable can tear. To prevent this, a protective layer is proposed that protects the maritime rope structure from maritime growth. Such a protective layer is applied to the outer peripheral surface of the rope structure, as described below.

1 zeigt einen Windpark mit mehreren Windenergieanlagen und maritimen Seilstrukturen. In der 1 ist zu erkennen, dass mehrere Windkraftanlagen 2 auf der Wasseroberfläche 4 schwimmend angeordnet sind. Eine Verankerung im Meeresboden 6 erfolgt, wenn überhaupt optional, über ein Ankerseil 8. Neben den Windkraftanlagen 2 kann eine Substation 10 vorgesehen sein, die als Offshore-Umspannwerk fungiert und den Windpark mit dem festlandseitigen Versorgungsnetz verbindet. 1 shows a wind farm with several wind turbines and maritime rope structures. In the 1 can be seen that several wind turbines 2 on the water surface 4th are arranged floating. An anchorage in the seabed 6th takes place, if at all optional, via an anchor rope 8th . Next to the wind turbines 2 can be a substation 10 be provided, which acts as an offshore substation and connects the wind farm with the mainland-side supply network.

Die Windkraftanlagen 2 untereinander als auch die Windkraftanlagen 2 mit der Substation 10 und die Substation 10 mit dem festlandseitigen Versorgungsnetz sind elektrisch über Seekabel 12 miteinander verbunden.The wind turbines 2 among each other as well as the wind turbines 2 with the substation 10 and the substation 10 with the mainland supply network are electrically via submarine cables 12 connected with each other.

Die Wassertiefe 14 kann mehrere 100 m bis über 1.000 m betragen. Der Abstand 16 zwischen zwei Windkraftanlagen 2 oder einer Windkraftanlage 2 und der Substation 10 und dem Festland kann mehrere 100 m bis mehrere km betragen.The depth of the water 14th can be several 100 m to over 1,000 m. The distance 16 between two wind turbines 2 or a wind turbine 2 and the substation 10 and the mainland can be several 100 m to several km.

Sowohl die Verankerung 8 als auch das Kabel 12 können als maritime Seilstruktur verstanden werden.Both the anchoring 8th as well as the cable 12 can be understood as a maritime rope structure.

Bei großen Kabellängen kann es dazu kommen, dass die Kabel 12 in einem sogenannten „Lazy S“, mit einem Schwimmkörper 18 versehen, verlegt werden. Dies ist in der 1 ebenfalls dargestellt. Trotz der Schwimmkörper 18 kommt es zu Kabellängen, die hinsichtlich ihrer Reißlänge problematisch sind, insbesondere wenn es zu maritimen Bewuchs kommt.With long cable lengths it can happen that the cables 12 in a so-called "Lazy S", with a float 18th provided, relocated. This is in the 1 also shown. Despite the float 18th there are cable lengths that are problematic in terms of their tear length, especially when it comes to marine growth.

Der Aufbau eines Kabels 12 ist in der 2 dargestellt. Das Kabel 12 umfasst einen metallischen Kern, gebildet aus einem oder mehreren Litzenleitern 12a. Die Litzenleiter 12a sind mit einer oder mehreren Insolationsschichten 12b isoliert. Die isolierten Kabel sind in einer gemeinsamen inneren Isolationsschicht 12c geführt Die innere Isolationsschicht kann durch sogenannte Filler gebildet sein. Die dienen dazu die drei verseilten Kabeladern zu einem runden Gebilde zu formen. Dieses kann dann mit einer oder mehreren Lagen Armierung und einer Äußeren Isolation und der Schutzschicht versehen werden. Um die innere Isolationsschicht 12c herum oder als Teil der inneren Isolationsschicht 12c kann eine Armierungsschicht 12d vorgesehen sein. Letztlich wird eine äußere Isolationsschicht 12e um das Kabel 12 gelegt. Die äußere Isolationsschicht 12e wird gegenständlich mit einer Schutzschicht 12f versehen. Die Schutzschicht 12f kann dabei eine Folie sein, die ein Poly(organo)siloxan umfasst. Die Schutzschicht 12f kann Biozid-frei sein. Die Schutzschicht 12f kann eine mikro- und/oder nanostrukturierte Oberfläche aufweisen.The structure of a cable 12 is in the 2 shown. The cable 12 comprises a metallic core formed from one or more stranded conductors 12a . The stranded conductor 12a are with one or more layers of insulation 12b isolated. The insulated cables are in a common inner insulation layer 12c guided The inner insulation layer can be formed by so-called fillers. They are used to shape the three stranded cable cores into a round structure. This can then be provided with one or more layers of reinforcement and an outer insulation and protective layer. Around the inner layer of insulation 12c around or as part of the inner insulation layer 12c can be a reinforcement layer 12d be provided. Ultimately it becomes an outer layer of insulation 12e around the cable 12 placed. The outer insulation layer 12e becomes representational with a protective layer 12f Mistake. The protective layer 12f can be a film that comprises a poly (organo) siloxane. The protective layer 12f can be biocide-free. The protective layer 12f can have a micro- and / or nano-structured surface.

3 zeigt eine Seitenansicht eines Kabels 12. Zu erkennen ist, dass die Schutzschicht 12f gewickelt um das Kabel 12 angeordnet ist. Eine Schlaglänge 20 kann einen oder mehrere Meter betragen. Die Folie kann mit einer Überlappung von zwischen 10 und 50 % um das Kabel 12 gewickelt sein. Die Breite 22 der Folie kann einen oder mehrere Meter betragen. Auch kann die Schutzschicht 12f durch Extrusion aufgebracht werden. 3 Figure 3 shows a side view of a cable 12 . It can be seen that the protective layer 12f wrapped around the cord 12 is arranged. One stroke length 20th can be one or more meters. The foil can overlap the cable with between 10 and 50% 12 be wrapped. The width 22nd the slide can be one or more Meters. Also can be the protective layer 12f be applied by extrusion.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1249476 A2 [0015]EP 1249476 A2 [0015]

Claims (15)

Maritime Seilstruktur mit - mindestens einem metallischen Kern, - einer den Kern umgebenden inneren Isolation, - zumindest einer auf der Isolation aufgebrachten Armierung, - einer die Armierung umgebenden oder durch die Armierung gebildeten äußeren Isolation, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Schutzschicht die äußere Isolation umgibt und dass die Schutzschicht als Anti-Fouling Schicht gebildet ist.Maritime rope structure with - at least one metallic core, - an inner insulation surrounding the core, - at least one reinforcement applied to the insulation, - an outer insulation surrounding the reinforcement or formed by the reinforcement, characterized in - that a protective layer surrounds the outer insulation and that the protective layer is formed as an anti-fouling layer. Maritime Seilstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schutzschicht eine Biozid-freie Anti-Fouling Schicht ist.Maritime rope structure according to Claim 1 , characterized in - that the protective layer is a biocide-free anti-fouling layer. Maritime Seilstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schutzschicht eine mikro- und/oder nanostrukturierte Oberfläche aufweist.Maritime rope structure according to Claim 1 or 2 , characterized in - that the protective layer has a micro- and / or nano-structured surface. Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schutzschicht aus einer Folie oder einer extrudierten Schicht gebildet ist.Maritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in - that the protective layer is formed from a film or an extruded layer. Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das Seil als elektrisches Kabel gebildet ist.Maritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in - that the rope is formed as an electrical cable. Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der metallische Kern aus zumindest einer Litzenleitung mit zumindest einer Isolation gebildet istMaritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in that - the metallic core is formed from at least one stranded wire with at least one insulation Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Litzen der jeweiligen Litzenleitung verseilt sind und/oder dass zumindest zwei Litzenleitungen untereinander verseilt sind.Maritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in - that the strands of the respective stranded wire are stranded and / or that at least two stranded wires are stranded with one another. Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Folie eine Dehnung von 12% und/oder temperaturbeständig bis 90°C ist.Maritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in - that the film has an elongation of 12% and / or is temperature-resistant up to 90 ° C. Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schutzschicht um die äußere Isolation gewickelt ist.Maritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in - that the protective layer is wrapped around the outer insulation. Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schutzschicht mit einer Schlaglänge von zumindest 1,1m gewickelt ist.Maritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in - that the protective layer is wound with a lay length of at least 1.1 m. Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schutzschicht mit einer Überlappung von bis zu 50% gewickelt ist.Maritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in - that the protective layer is wound with an overlap of up to 50%. Maritime Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schutzschicht eine mittlere Oberflächenrauheit Sa gemessen nach ISO 25178 von maximal 0,1µm hat und/oder dass die Schutzschicht eine gemittelte Rautiefe Zz gemessen nach ISO 25178 von maximal 0,1 µmhat.Maritime rope structure according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer has an average surface roughness S a measured according to ISO 25178 of a maximum of 0.1 µm and / or that the protective layer has an average roughness depth Z z measured according to ISO 25178 of maximum 0.1 µmhat. Windenergieanlage mit einer maritimen Seilstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche.Wind energy installation with a maritime cable structure according to one of the preceding claims. Windenergieanlage nach Anspruch 13, wobei die Windenergieanlage eine Windkraftanlage oder eine Sub-Station ist.Wind turbine after Claim 13 , the wind energy installation being a wind energy installation or a sub-station. System mit zumindest zwei Windenergieanlagen nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Seilstruktur die Windenergieanlagen elektrisch miteinander verbindet.System with at least two wind turbines Claim 13 or 14th , the cable structure electrically connecting the wind turbines to one another.
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