EP3278413A1 - Anordnung zur übertragung von elektrischer energie - Google Patents

Anordnung zur übertragung von elektrischer energie

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Publication number
EP3278413A1
EP3278413A1 EP15726581.0A EP15726581A EP3278413A1 EP 3278413 A1 EP3278413 A1 EP 3278413A1 EP 15726581 A EP15726581 A EP 15726581A EP 3278413 A1 EP3278413 A1 EP 3278413A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
electrical
water
electrical device
arrangement according
Prior art date
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Ceased
Application number
EP15726581.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Franz GIERING
Thomas Hammer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3278413A1 publication Critical patent/EP3278413A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G9/00—Installations of electric cables or lines in or on the ground or water
    • H02G9/02—Installations of electric cables or lines in or on the ground or water laid directly in or on the ground, river-bed or sea-bottom; Coverings therefor, e.g. tile
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/06—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for laying cables, e.g. laying apparatus on vehicle
    • H02G1/10—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for laying cables, e.g. laying apparatus on vehicle in or under water

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the transmission of electrical energy from a power generation plant located in a water body (offshore power generation plant) to the shore of the water body and to a method for facilitating the maintenance of such an arrangement.
  • Required device which may have, for example, a switchgear, a transformer and / or a converter.
  • a switchgear At high currents or voltages to be transmitted, such an electrical device has a considerable size and a considerable weight.
  • a separate platform In order to be able to install such an electrical device in the power generation plant, therefore, often a separate platform is needed, which is installed at or near the power plant above the surface of the water body. The construction of such a platform is complicated and expensive.
  • the invention has for its object to provide an arrangement and a method of the type mentioned above, the
  • Power plant to an electrical device runs, and with a second electrical conductor, which runs from the electrical device to the shore of the water, (to transfer electrical energy from the power plant to the shore of the water,)
  • the electrical device is installed in at least one housing, which is arranged at the bottom of the water body, and
  • the arrangement comprises a diving means for the emergence of the at least one housing to the surface of the water body.
  • the at least one housing is arranged on the bottom of the water body.
  • Emerging means for the emergence of the at least one housing to the surface of the body. This will
  • a maintenance which includes a repair
  • the electrical device can include) of the electrical device, since for the purpose of maintenance, the at least one housing by means of the emergence means for surfacing to the surface of the
  • An emergence means is a means for allowing the housing (i.e., an ascending of the housing to the surface of the body) to emerge.
  • the emergence means allows a controlled emergence of the housing.
  • the emergence agent can also act as one
  • Emergence enabling device may be referred to.
  • the arrangement can be designed such that - The housing with the electrical device is lighter than the water displaced by it, the housing is held by a bracket at the bottom of the water, and that
  • Dipping means comprising a rope for allowing the casing to rise to the surface of the body in a controlled manner after the holder has been released (with the casing fixed to the rope), or
  • the housing with the electrical device is heavier than the water displaced by it, and the dipping means comprises a device for introducing a fluid, in particular a gas, into the housing.
  • the arrangement can be designed such that
  • the housing encloses an electrical insulating means with which at least parts of the electrical device are electrically insulated.
  • the electrical insulating means may be configured as an electrically insulating gas or an electrically insulating liquid.
  • Insulating the electrical device can be isolated completely or partially reliable electrically.
  • electrically insulating gas can be, for example, air,
  • the electrically insulating liquid may be, for example, a mineral oil, an ester liquid or a silicone oil.
  • the electrical device in the housing can also be electrically insulated by means of a solid insulation, in particular, the components of the electrical
  • the arrangement can also be designed so that
  • the electrical device comprises a power converter. This can be a power converter for the conversion of
  • AC to DC (Rectifier)
  • Inverter or a converter for the conversion of alternating current into alternating current (inverter).
  • the arrangement can also be designed so that
  • the electrical device a rectifier for
  • the electrical device has a transformer
  • the electrical device has a gas-insulated switch
  • the electrical device an electric filter, in particular a smoothing choke and / or a
  • the electrical device comprises a control unit for controlling the power converter, the rectifier, the transformer, the gas-insulated switch and / or the filter.
  • the arrangement can also be designed such that
  • electrical conductor (each) is an electrical cable.
  • the first electrical conductor and the second electrical conductor can each be used to transmit
  • the arrangement can be designed such that
  • the power generation plant is a wind turbine or a solar system.
  • a method for facilitating maintenance of an arrangement arranged to transfer electrical energy from one in a body of water Energy generating plant is set up to the shore of the water body,
  • Power plant to an electrical device runs, and with a second electrical conductor, which runs from the electrical device to the shore of the water, (to transfer electrical energy from the power plant to the shore of the water,)
  • the electrical device is installed in at least one housing, which is arranged on the bottom of the water body,
  • the at least one housing by means of an emergence means for surfacing to the surface of the
  • the process can proceed in such a way that
  • the dipping means comprises a rope, wherein the holder is released and attached to the cable housing by means of Rope (controlled) to the surface of the water
  • the method also has the advantages stated above in connection with the arrangement.
  • Figure 1 shows an embodiment of a wind turbine with an electrical device, in the
  • FIG. 4 each show an exemplary embodiment of a housing with an electrical device
  • Figure 5 shows an embodiment of a housing
  • FIG. 6 further embodiment of a
  • Housing shown with a diving agent.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment with an arrangement 2 arranged in a body of water 1 for the transmission of electrical energy and with a power generation plant 3.
  • a power plant is also referred to as an offshore power plant. In the embodiment, it is in the
  • the water 1 is a sea, for example, the North Sea.
  • a first electrical conductor 7 in the form of a first electrical cable 7 extends to an electrical
  • a second electrical conductor 13 in the form of a second electrical cable 13 extends to a bank 15 of the water body.
  • the second electrical conductor 13 extends to a further electrical device 17, which is arranged outside of the water body 1 onshore (onshore).
  • Electrical device 17 may be, for example, a high-voltage DC transmission station or a power converter, which with an electric
  • Energy transmission network are connected.
  • components of the electrical device 9 are installed in five housings 20 - 24, which are each arranged on the base 11 of the body of water 1.
  • the first housing 20 encloses a gas-insulated switch (GIS)
  • the second housing 21 encloses a
  • the third housing 22 encloses a
  • the fourth housing 23 encloses a gas-insulated switch and the fifth
  • Housing 24 encloses a control unit for controlling the gas-insulated switch, the transformer and / or the
  • the housings 20, 21, 22 and 23 are by means of electrical
  • Device 9 thus divided into several (here: five) housing 20 to 24.
  • the housing 9 thus divided into several (here: five) housing 20 to 24.
  • electrical device 9 also be divided into a different number of housings; It may also be the entire electrical device 9 incorporated in a single housing.
  • Device 9 is arranged below the surface 27 of the body of water 1.
  • the electrical device 9 is located at a considerable depth below the surface 27 of the water body 1. This depth is at least 25 m. This ensures that the electrical equipment is not affected by storms or by waves and that shipping on the water 1 is not or only slightly hampered.
  • 2 shows an embodiment of a housing 201 is shown, in which a further electrical device 203 is installed.
  • the further electrical device 203 has a transformer 205, a rectifier 207 (AC-DC converter), an electrical filter 209 and a
  • Control unit 211 on.
  • the control unit 211 controls the transformer 205, the rectifier 207 and / or the
  • control unit 211 also provides a protection function (protection) for the electrical
  • the electrical filter 209 has a smoothing choke 213 and / or a smoothing capacitor 215.
  • the transformer 205 is electrically connected to an AC power terminal 217; the electric filter 209 is electrically connected to a DC voltage terminal 220.
  • the electrical device 203 converts one to the AC voltage terminal 217
  • an electrical insulating means in the housing 201 is located in the housing 201, an electrical insulating means in the
  • Embodiment is an electrically insulating gas 222 (for example, nitrogen).
  • the housing 201 with the electrically insulating gas 222 for example, nitrogen.
  • Electrical device 203 may also be referred to as a "power box”.
  • Housing 301 shown in which a further electrical device 303 is installed.
  • the electrical device 303 has a gas-insulated switch 305 for
  • the filter 311 has a
  • the control unit 314 controls the gas-insulated switches 305 and 313, the transformer 307, the rectifier 309
  • the gas-insulated switch 305 is electrically connected to an AC voltage terminal 320, the gas-insulated switch 313 is connected to a
  • the electrical device 303 built into the housing 301 converts AC current (which is input to the AC voltage terminal 320) into DC current that is applied to the
  • DC voltage terminal 322 is output.
  • an electrical insulating means in the
  • Embodiment is an electrically insulating liquid 324.
  • the flow of energy can also be done in the opposite direction, that is, these devices can each also DC, at the DC voltage terminals 220 and 322nd
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a
  • the electrical device 403 has a first gas-insulated switch 405 for AC voltage, a transformer 407, a second gas-insulated switch 409 for AC voltage and a control unit 411.
  • the control unit 411 controls the first gas-insulated switch
  • the first gas-insulated switch 405 is electrically connected to a first AC voltage terminal 413
  • the second gas-insulated switch 409 is electrically connected to a second AC voltage terminal 415.
  • the electrical device 403 transformed
  • AC voltage at the first AC voltage port 413 is applied to a higher voltage level by means of the transformer 407 and outputs this step-up AC voltage at the second AC voltage terminal 415.
  • the flow of energy can also take place in the opposite direction, that is, the energy is from the second
  • the housing 502 with the electrical device is lighter than the water displaced thereby, so that the housing 502 would float (rise) to the surface 27 of the body of water 1.
  • the housing 502 is attached to the base 11 of the body 1 by means of a holder 504.
  • the housing 502 is attached to a cable 506, the cable 506 on a
  • Winch 508 is rolled up.
  • the housing 502 is located at the bottom of the water, as shown in FIG. Should, however, at the electrical device, for example
  • the holder 504 is released, whereupon the housing 502 rises to the surface 27 of the body of water 1 out.
  • the housing 502 is controlled to the surface 27th
  • the cable 506 and the winch 508 are here
  • Emergence means a controlled emergence of the
  • Floats can be relative (for example, from a ship) simply the electrical equipment to be serviced / repaired. Once the maintenance / repair work on the electrical equipment is completed, the housing with the electrical device is pulled down by means of the cable 506 to the bottom 11 of the water. Then that will
  • the housing 601 with the electrical device is heavier than the water displaced by it, so that the housing 601 with the electrical device
  • Embodiment of Figure 5 is necessary. In case of a necessary maintenance / repair the housing 601 for
  • the housing 601 is connected by means of a fluid line 603 with a device 605 for introducing a fluid into the housing 601.
  • the fluid may in particular be a gas
  • the device 605 is a device for introducing a gas into the housing 601 (eg a pressurized gas container 605, in particular a compressed gas cylinder 605)
  • the fluid line 605 is a gas line 603.
  • Emergence means a controlled emergence of the
  • the housing 601 In normal operation, the housing 601 is located at the bottom 11 of the body of water 1, as shown in FIG. In a necessary maintenance / repair, a fluid is introduced into the housing 601 by means of the device 605, whereupon in the housing 601 existing liquid (for example Seawater) is forced out of the housing by the fluid. As a result, the housing 601 is connected to the electrical
  • the housing 601 may also be attached to a cable, as shown in Figure 5 in connection with the cable 506 and the winch 508. Also regarding the necessary separation of the
  • each housing may have an emerging means
  • the housings are each as a waterproof housing
  • the housings with the electrical device can each also be referred to as a "power box.”
  • the electrical device arranged at the bottom of the body of water can also be referred to as a "subsea power station”.
  • Device that can not be arranged within the power generation plant, is located inexpensively under water at the bottom of the water body. This is more cost effective than building an additional platform above the water surface for the electrical equipment (eg, a platform on a wind turbine tower or a separate platform). As a result, for example, no reinforced foundations of the wind turbine are required or, of course, no foundations are needed for a separate platform. This significantly reduces the costs for design, manufacture, assembly, transport and installation (offshore installation).
  • the electrical equipment eg, a platform on a wind turbine tower or a separate platform.
  • housings Operating and auxiliary systems may be required) are arranged in one or more housings, these housings can be made uniform in terms of their size and / or their electrical connections. For electrical insulation of the electrical device, the housing can partially or completely with a
  • Be filled insulating liquid and / or an insulating gas are advantageousously, arranged in the housing or the components of the electrical device
  • Power generation plants are used: for example, a solar system, which generates electrical energy in the form of DC / DC, or a
  • Tidal power plant An arrangement and a method has been described with which low-cost electrical energy can be transmitted from an offshore power generation plant to the shore of a body of water.
  • cost-effective maintenance / repair of the electrical device is possible because the housing or the housing are brought with the electrical device in a simple manner from the bottom of the water to the surface of the water in order to carry out the repair / maintenance in a simple and cost-effective manner.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (2) zur Übertragung von elektrischer Energie von einer in einem Gewässer (1) angeordneten Energieerzeugungsanlage (3) zum Ufer (15) des Gewässers. Die Anordnung weist einen ersten elektrischen Leiter (7), der von der Energieerzeugungsanlage (3) zu einer elektrischen Einrichtung (9) verläuft, und einen zweiten elektrischen Leiter (13), der von der elektrischen Einrichtung (9) zum Ufer (15) des Gewässers verläuft, auf. Dabei ist die elektrische Einrichtung (9) in mindestens ein Gehäuse (20, 21, 22, 23, 24) eingebaut, das auf dem Grund (11) des Gewässers angeordnet ist. Die Anordnung weist ein Auftauchmittel (504, 506, 508, 603, 605) zum Auftauchen des mindestens einen Gehäuses (20, 21, 22, 23, 24) zur Oberfläche (27) des Gewässers auf.

Description

Beschreibung
Anordnung zur Übertragung von elektrischer Energie Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung von elektrischer Energie von einer in einem Gewässer angeordneten Energieerzeugungsanlage (Offshore-Energieerzeugungsanläge) zum Ufer des Gewässers sowie ein Verfahren zur Erleichterung der Wartung einer solchen Anordnung. Derartige in einem
Gewässer angeordnete Energieerzeugungsanlagen können
beispielsweise Windkraftanlagen sein, die elektrische Energie in Form von Wechselspannung/Wechselstrom erzeugen, oder Solarkraftwerke, die elektrische Energie in Form von
Gleichspannung/Gleichstrom erzeugen. Für die Übertragung der elektrischen Energie wird oftmals eine elektrische
Einrichtung benötigt, die beispielsweise eine Schaltanlage, ein Transformator und/oder einen Konverter aufweisen können. Bei hohen zu übertragenden Strömen bzw. Spannungen weist eine solche elektrische Einrichtung eine beträchtliche Größe und ein beträchtliches Gewicht auf. Um eine derartige elektrische Einrichtung bei der Energieerzeugungsanlage installieren zu können, wird daher oftmals eine eigene Plattform benötigt, welche an oder in der Nähe der Energieerzeugungsanlage oberhalb der Oberfläche des Gewässers installiert wird. Der Bau einer solchen Plattform ist aufwendig und teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren der oben genannten Art anzugeben, die
kostengünstig realisiert werden können und die eine
kostengünstige Wartung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Anordnung und durch ein Verfahren nach den unabhängigen
Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung und des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben . Offenbart wird eine Anordnung zur Übertragung von elektrischer Energie von einer in einem Gewässer angeordneten Energieerzeugungsanlage zum Ufer des Gewässers
- mit einem ersten elektrischen Leiter, der von der
Energieerzeugungsanlage zu einer elektrischen Einrichtung verläuft, und mit einem zweiten elektrischen Leiter, der von der elektrischen Einrichtung zum Ufer des Gewässers verläuft, (um elektrische Energie von der Energieerzeugungsanlage zum Ufer des Gewässers zu übertragen, )
- wobei die elektrische Einrichtung in mindestens ein Gehäuse eingebaut ist, das auf dem Grund des Gewässers angeordnet ist, und
- wobei die Anordnung ein Auftauchmittel zum Auftauchen des mindestens einen Gehäuses zur Oberfläche des Gewässers aufweist.
Bei dieser Anordnung ist vorteilhaft, dass das mindestens eine Gehäuse auf dem Grund des Gewässers angeordnet ist.
Dadurch wird keine kostenintensive Plattform oder keine ähnliche Konstruktion zur Anordnung der elektrischen
Einrichtung nahe der Energieerzeugungsanlage benötigt.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Anordnung ein
Auftauchmittel zum Auftauchen des mindestens einen Gehäuses zur Oberfläche des Gewässers aufweist. Dadurch wird
insbesondere eine Wartung (die auch eine Reparatur
einschließen kann) der elektrischen Einrichtung erleichtert, da zum Zwecke der Wartung das mindestens eine Gehäuse mittels des Auftauchmittels zum Auftauchen zur Oberfläche des
Gewässers gebracht werden kann. Ein Auftauchmittel ist ein Mittel, das ein Auftauchen des Gehäuses (d.h. ein Aufsteigen des Gehäuses zur Oberfläche des Gewässers) ermöglicht. Dabei ermöglicht das Auftauchmittel ein kontrolliertes Auftauchen des Gehäuses. Das Auftauchmittel kann auch als eine
Auftauchvorrichtung oder als eine
Auftauchermöglichungsvorrichtung bezeichnet werden.
Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass - das Gehäuse mit der elektrischen Einrichtung leichter als das von ihm verdrängte Wasser ist, das Gehäuse mittels einer Halterung am Grund des Gewässers gehalten ist, und das
Auftauchmittel ein Seil zum kontrollierten Aufsteigenlassen (Auftauchenlassen) des Gehäuses zur Oberfläche des Gewässers nach Lösen der Halterung aufweist, (wobei das Gehäuse an dem Seil befestigt ist) , oder
- das Gehäuse mit der elektrischen Einrichtung schwerer als das von ihm verdrängte Wasser ist, und das Auftauchmittel eine Vorrichtung zum Einleiten eines Fluids, insbesondere eines Gases, in das Gehäuse aufweist. Damit sind zwei
vorteilhafte Varianten der Anordnung angegeben, mit denen sowohl ein Gehäuse, das inklusive seines Inhalts leichter als das von ihm verdrängte Wasser ist (also ein Gehäuse, welches auf dem Gewässer schwimmen würde) , als auch ein Gehäuse, welches inklusive seines Inhalts schwerer als das von ihm verdrängte Wasser ist (also ein Gehäuse, welches in dem
Gewässer auf den Grund des Gewässers absinken würde) , kontrolliert zum Auftauchen gebracht werden kann.
Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass
- das Gehäuse ein elektrisches Isoliermittel umschließt, mit dem zumindest Teile der elektrischen Einrichtung elektrisch isoliert sind.
Dabei kann das elektrische Isoliermittel als ein elektrisch isolierendes Gas oder eine elektrisch isolierende Flüssigkeit ausgestaltet sein. Mittels derartiger elektrischer
Isoliermittel kann die elektrische Einrichtung ganz oder teilweise zuverlässig elektrisch isoliert werden. Das
elektrisch isolierende Gas kann beispielsweise Luft,
Stickstoff oder Schwefelhexafluorid SF6 sein, die elektrisch isolierende Flüssigkeit kann beispielsweise ein Mineralöl, eine Esterflüssigkeit oder ein Silikonöl sein. Alternativ kann die elektrische Einrichtung in dem Gehäuse aber auch mittels einer Feststoffisolation elektrisch isoliert sein, insbesondere können die Komponenten der elektrischen
Einrichtung in ein Gießharz eingegossen sein. Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass
- die elektrische Einrichtung einen Stromrichter aufweist. Dies kann ein Stromrichter für die Umwandlung von
Wechselstrom in Gleichstrom (Gleichrichter) , ein Stromrichter für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom
(Wechselrichter) oder ein Stromrichter für die Umwandlung von Wechselstrom in Wechselstrom (Umrichter) sein. Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass
- die elektrische Einrichtung einen Gleichrichter zum
Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom aufweist,
- die elektrische Einrichtung einen Transformator aufweist,
- die elektrische Einrichtung einen gasisolierten Schalter aufweist,
- die elektrische Einrichtung ein elektrisches Filter, insbesondere eine Glättungsdrossel und/oder einen
Glättungskondensator, und/oder
- die elektrische Einrichtung eine Steuereinheit zum Steuern des Stromrichters, des Gleichrichters, des Transformators, des gasisolierten Schalters und/oder des Filters aufweist.
Die Anordnung kann auch derart ausgestaltet sein, dass
- der erste elektrische Leiter und/oder der zweite
elektrische Leiter (jeweils) ein elektrisches Kabel ist.
Je nach Art der Energieerzeugungsanlage und der elektrischen Einrichtung können dabei der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter jeweils zum Übertragen von
Gleichstrom oder von Wechselstrom ausgestaltet sein.
Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass
- die Energieerzeugungsanlage eine Windkraftanlage oder eine Solaranlage ist. Offenbart wird weiterhin ein Verfahren zum Erleichtern einer Wartung einer Anordnung, die zur Übertragung von elektrischer Energie von einer in einem Gewässer angeordneten Energieerzeugungsanlage zum Ufer des Gewässers eingerichtet ist,
- mit einem ersten elektrischen Leiter, der von der
Energieerzeugungsanlage zu einer elektrischen Einrichtung verläuft, und mit einem zweiten elektrischen Leiter, der von der elektrischen Einrichtung zum Ufer des Gewässers verläuft, (um elektrische Energie von der Energieerzeugungsanlage zum Ufer des Gewässers zu übertragen, )
- wobei die elektrische Einrichtung in mindestens ein Gehäuse eingebaut ist, das auf dem Grund des Gewässers angeordnet ist,
wobei bei dem Verfahren
- zum Zwecke der Wartung das mindestens eine Gehäuse mittels eines Auftauchmittels zum Auftauchen zur Oberfläche des
Gewässers gebracht wird.
Das Verfahren kann so ablaufen, dass
- bei einem Gehäuse mit der elektrischen Einrichtung, das leichter als das von ihm verdrängte Wasser ist und das mittels einer Halterung am Grund des Gewässers gehalten ist, das Auftauchmittel ein Seil aufweist, wobei die Halterung gelöst wird und das an dem Seil befestigte Gehäuse mittels des Seils (kontrolliert) zur Oberfläche des Gewässers
aufsteigen gelassen wird, oder
- bei einem Gehäuse mit der elektrischen Einrichtung, das schwerer als das von ihm verdrängte Wasser ist, das
Auftauchmittel eine Vorrichtung zum Einleiten eines Fluids, insbesondere eines Gases, in das Gehäuse aufweist, und mittels der Vorrichtung ein Fluid in das Gehäuse eingeleitet wird, wodurch das Gehäuse zur Oberfläche des Gewässers aufsteigt .
Das Verfahren weist ebenfalls die Vorteile auf, die oben im Zusammenhang mit der Anordnung angegeben sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Windkraftanlage mit einer elektrischen Einrichtung, in den
Figuren 2, 3
und 4 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses mit einer elektrischen Einrichtung, in
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses mit
einem Auftauchmittel und in
Figur 6 weiteres Ausführungsbeispiel eines
Gehäuses mit einem Auftauchmittel dargestellt .
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer in einem Gewässer 1 angeordneten Anordnung 2 zur Übertragung von elektrischer Energie und mit einer Energieerzeugungsanlage 3 dargestellt. Eine derartige Energieerzeugungsanlage wird auch als eine Offshore-Energieerzeugungsanlage bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der
Energieerzeugungsanlage um eine Windkraftanlage 3. Bei dem Gewässer 1 handelt es sich um ein Meer, beispielsweise um die Nordsee. Von einem Generator 5 der Energieerzeugungsanlage 3 verläuft ein erster elektrischer Leiter 7 in Form eines ersten elektrischen Kabels 7 zu einer elektrischen
Einrichtung 9, welche auf dem Grund 11 des Gewässers 1 angeordnet ist. Von der elektrischen Einrichtung 9 verläuft ein zweiter elektrischer Leiter 13 in Form eines zweiten elektrischen Kabels 13 zu einem Ufer 15 des Gewässers. Der zweite elektrische Leiter 13 verläuft zu einer weiteren elektrischen Einrichtung 17, welche außerhalb des Gewässers 1 an Land (onshore) angeordnet ist. Bei der weiteren
elektrischen Einrichtung 17 kann es sich beispielsweise um eine Hochspannungsgleichstromübertragungs-Station oder um einen Stromrichter handeln, die mit einem elektrischen
Energieübertragungsnetz verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind Komponenten der elektrischen Einrichtung 9 in fünf Gehäuse 20 - 24 eingebaut, welche jeweils auf dem Grund 11 des Gewässers 1 angeordnet sind. Das erste Gehäuse 20 umschließt einen gasisolierten Schalter (GIS) , das zweite Gehäuse 21 umschließt einen
Transformator, das dritte Gehäuse 22 umschließt einen
Gleichrichter (AC-DC-Converter) , das vierte Gehäuse 23 umschließt einen gasisolierten Schalter und das fünfte
Gehäuse 24 umschließt eine Steuereinheit zum Steuern der gasisolierten Schalter, des Trafos und/oder des
Gleichrichters. Mittels strichlierter Linien sind
Signalleitungen dargestellt, die von der im Gehäuse 24 angeordneten Steuereinheit zu den Gehäusen 20 - 23 verlaufen. Die Gehäuse 20, 21, 22 und 23 sind mittels elektrischer
Leiter verbunden, welche (wie der erste elektrische Leiter 7 und der zweite elektrische Leiter 13) mittels einer
durchgehenden Linie dargestellt sind.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die elektrische
Einrichtung 9 also auf mehrere (hier: fünf) Gehäuse 20 bis 24 aufgeteilt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die
elektrische Einrichtung 9 allerdings auch auf eine andere Anzahl von Gehäusen aufgeteilt sein; es kann auch die gesamte elektrische Einrichtung 9 in ein einziges Gehäuse eingebaut sein. Somit können die Komponenten der elektrischen
Einrichtung 9 entweder einzeln in Gehäuse eingebaut,
gruppiert in Gehäuse eingebaut oder sämtlich in ein Gehäuse eingebaut sein. In Figur 1 ist gut zu erkennen, dass die elektrische
Einrichtung 9 unterhalb der Oberfläche 27 des Gewässers 1 angeordnet ist. Die elektrische Einrichtung 9 befindet sich in einer erheblichen Tiefe unterhalb der Oberfläche 27 des Gewässers 1. Diese Tiefe beträgt mindestens 25 m. Damit wird sichergestellt, dass die elektrische Einrichtung nicht bei Stürmen bzw. durch Wellen beeinträchtigt wird und dass die Schifffahrt auf dem Gewässer 1 nicht oder nur geringfügig behindert wird. In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses 201 dargestellt, in das eine weitere elektrische Einrichtung 203 eingebaut ist. Die weitere elektrische Einrichtung 203 weist einen Transformator 205, einen Gleichrichter 207 (AC-DC- Konverter) , ein elektrisches Filter 209 sowie eine
Steuereinheit 211 auf. Die Steuereinheit 211 steuert den Transformator 205, den Gleichrichter 207 und/oder das
elektrische Filter 209. Die Steuereinheit 211 stellt auch eine Schutzfunktion (protection) für die elektrische
Einrichtung 203 bereit. Das elektrische Filter 209 weist im Ausführungsbeispiel eine Glättungsdrossel 213 und/oder einen Glättungskondensator 215 auf. Der Transformator 205 ist mit einem Wechselspannungsanschluss 217 elektrisch verbunden; das elektrische Filter 209 ist mit einem Gleichspannungsanschluss 220 elektrisch verbunden. Die elektrische Einrichtung 203 wandelt einen an dem Wechselspannungsanschluss 217
eingespeisten Wechselstrom in Gleichstrom um; der Gleichstrom wird an dem Gleichspannungsanschluss 220 ausgegeben. Zur Isolierung der elektrischen Einrichtung 203 befindet sich in dem Gehäuse 201 ein elektrisches Isoliermittel, das im
Ausführungsbeispiel ein elektrisch isolierendes Gas 222 ist (beispielsweise Stickstoff) . Das Gehäuse 201 mit der
elektrischen Einrichtung 203 kann auch als eine „Powerbox" bezeichnet werden.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Gehäuses 301 dargestellt, in dem eine weitere elektrische Einrichtung 303 eingebaut ist. Die elektrische Einrichtung 303 weist einen gasisolierten Schalter 305 für
Wechselspannung (AC GIS) , einen Transformator 307, einen Gleichrichter 309 (AC-DC-Konverter) , einen Filter 311, einen gasisolierten Schalter 313 für Gleichspannung (DC GIS) sowie eine Steuereinheit 314 auf. Der Filter 311 weist einen
Glättungskondensator 315 und/oder eine Glättungsdrossel 317 auf . Die Steuereinheit 314 steuert die gasisolierten Schalter 305 und 313, den Transformator 307, den Gleichrichter 309
und/oder das Filter 311. Der gasisolierte Schalter 305 ist mit einem Wechselspannungsanschluss 320 elektrisch verbunden, der gasisolierte Schalter 313 ist mit einem
Gleichspannungsanschluss 322 elektrisch verbunden. Die in das Gehäuse 301 eingebaute elektrische Einrichtung 303 wandelt Wechselstrom (der an dem Wechselspannungsanschluss 320 eingespeist wird) in Gleichstrom um, der an dem
Gleichspannungsanschluss 322 ausgegeben wird. Zur Isolierung der elektrischen Einrichtung 303 befindet sich in dem Gehäuse 301 ein elektrisches Isoliermittel, das im
Ausführungsbeispiel eine elektrisch isolierende Flüssigkeit 324 ist.
Zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 ist
hinzuzufügen, dass bei diesen elektrischen Einrichtungen der Energiefluss auch in umgekehrter Richtung erfolgen kann, das heißt, diese Einrichtungen können jeweils auch Gleichstrom, der an den Gleichspannungsanschlüssen 220 bzw. 322
eingespeist wird, umwandeln in Wechselstrom, der dann an den Wechselspannungsanschlüssen 217 bzw. 320 ausgegeben wird.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Gehäuses 401 dargestellt, in dem eine elektrische Einrichtung 403 angeordnet ist. Die elektrische Einrichtung 403 weist einen ersten gasisolierten Schalter 405 für Wechselspannung, einen Transformator 407, einen zweiten gasisolierten Schalter 409 für Wechselspannung sowie eine Steuereinheit 411 auf. Die Steuereinheit 411 steuert den ersten gasisolierten Schalter
405, den Transformator 407 und/oder den zweiten gasisolierten Schalter 409. Der erste gasisolierte Schalter 405 ist mit einem ersten Wechselspannungsanschluss 413 elektrisch
verbunden, der zweite gasisolierte Schalter 409 ist mit einem zweiten Wechselspannungsanschluss 415 elektrisch verbunden.
Die elektrische Einrichtung 403 transformiert
Wechselspannung, die an dem ersten Wechselspannungsanschluss 413 angelegt wird mittels des Transformators 407 auf ein höheres Spannungsniveau und gibt diese hochtransformierte Wechselspannung an dem zweiten Wechselspannungsanschluss 415 aus. Hier kann der Energiefluss auch in umgekehrter Richtung erfolgen, das heißt, die Energie wird vom zweiten
Wechselspannungsanschluss 415 zu dem ersten
Wechselspannungsanschluss 413 übertragen.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Anordnung dargestellt, bei der die (nicht näher dargestellte) elektrische Einrichtung in ein Gehäuse 502 eingebaut ist. Das Gehäuse 502 mit der elektrischen Einrichtung ist leichter als das von ihm verdrängte Wasser, so dass das Gehäuse 502 zur Oberfläche 27 des Gewässers 1 aufschwimmen (aufsteigen) würde. Um ein unbeabsichtigtes Aufschwimmen (Aufsteigen) zu verhindern, ist das Gehäuse 502 mittels einer Halterung 504 am Grund 11 des Gewässers 1 befestigt. Das Gehäuse 502 ist an einem Seil 506 befestigt, wobei das Seil 506 auf einer
Seilwinde 508 aufgerollt ist. Bei Normalbetrieb der Anordnung befindet sich das Gehäuse 502 am Grund des Gewässers, so wie es in der Figur 5 dargestellt ist. Sollten jedoch an der elektrischen Einrichtung beispielsweise
Wartungsarbeiten/Reparaturarbeiten notwendig werden, dann wird die Halterung 504 gelöst, woraufhin das Gehäuse 502 zur Oberfläche 27 des Gewässers 1 hin aufsteigt. An dem Seil 506 wird das Gehäuse 502 kontrolliert zur Oberfläche 27
aufsteigen gelassen. Dabei wird und die Seilwinde 508
entsprechend betätigt. (Falls aufgrund der Länge des ersten elektrischen Leiters 7 und/oder des zweiten elektrischen Leiters 13 notwendig, werden vor dem Aufsteigen des Gehäuses 502 der erste elektrische Leiter 7 und/oder der zweite elektrische Leiter 13 von der elektrischen Einrichtung getrennt.) Das Seil 506 und die Seilwinde 508 sind hier
Auftauchmittel , die ein kontrolliertes Auftauchen des
Gehäuses 502 ermöglichen.
Sobald das Gehäuse an der Oberfläche 27 des Gewässers
schwimmt, kann (beispielsweise von einem Schiff aus) relativ einfach die elektrische Einrichtung gewartet/repariert werden. Sobald die Wartungsarbeiten/Reparaturarbeiten an der elektrischen Einrichtung abgeschlossen sind, wird das Gehäuse mit der elektrischen Einrichtung mittels des Seils 506 zum Grund 11 des Gewässers hinabgezogen. Daraufhin wird das
Gehäuse 502 mittels der Halterung 504 am Grund 11 des
Gewässers befestigt. Gegebenenfalls werden dann der erste elektrische Leiter 7 sowie der zweite elektrische Leiter 13 wieder an der elektrischen Einrichtung elektrisch
kontaktiert. Daraufhin kann dann der normale
Energieübertragungsbetrieb wieder aufgenommen werden.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die (nicht näher dargestellte) elektrische
Einrichtung in ein Gehäuse 601 eingebaut ist. Das Gehäuse 601 mit der elektrischen Einrichtung ist schwerer als das von ihm verdrängte Wasser, so dass das Gehäuse 601 mit der
elektrischen Einrichtung auf dem Grund 11 des Gewässers 1 ruht, ohne dass eine spezielle Halterung (wie bei dem
Ausführungsbeispiel der Figur 5) notwendig ist. Um im Falle einer notwendigen Wartung/Reparatur das Gehäuse 601 zur
Oberfläche 27 des Gewässers 1 zu bringen, ist das Gehäuse 601 mittels einer Fluidleitung 603 mit einer Vorrichtung 605 zum Einleiten eines Fluids in das Gehäuse 601 verbunden. Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein Gas handeln, dann ist die Vorrichtung 605 eine Vorrichtung zum Einleiten eines Gases in das Gehäuse 601 (z.B. ein Druckgasbehälter 605, insbesondere eine Druckgasflasche 605) , und die Fluidleitung 605 ist eine Gasleitung 603. Die Vorrichtung 605 zum
Einleiten des Fluids und die Fluidleitung 603 sind hier
Auftauchmittel , die ein kontrolliertes Auftauchen des
Gehäuses 601 ermöglichen.
Bei Normalbetrieb befindet sich das Gehäuse 601 am Grund 11 des Gewässers 1, wie in der Figur 6 dargestellt. Bei einer notwendigen Wartung/Reparatur wird mittels der Vorrichtung 605 ein Fluid in das Gehäuse 601 eingeleitet, woraufhin in dem Gehäuse 601 vorhandene Flüssigkeit (beispielsweise Meerwasser) durch das Fluid aus dem Gehäuse herausgedrückt wird. Dadurch wird das Gehäuse 601 mit der elektrischen
Einrichtung leichter als das von ihm verdrängte Wasser, so dass das Gehäuse 601 mit der elektrischen Einrichtung zur Oberfläche 27 des Gewässers aufschwimmt (aufsteigt) . Nach einer an der Oberfläche 27 des Gewässers erfolgten
Wartung/Reparatur wird das Fluid aus dem Gehäuse 601
abgelassen, so dass wieder Flüssigkeit in das Gehäuse 601 eindringen kann und das Gehäuse auf den Grund 11 des
Gewässers 1 absinkt. Dabei kann das Gehäuse 601 auch an einem Seil befestigt sein, so wie das in Figur 5 im Zusammenhang mit dem Seil 506 und der Seilwinde 508 dargestellt ist. Auch bezüglich der gegebenenfalls notwendigen Trennung der
elektrischen Leiter 7 und 13 von dem Gehäuse gilt das bei der Figur 5 Gesagte.
Wenn die elektrische Einrichtung in mehrere Gehäuse eingebaut ist (wie beispielhaft in Figur 1 dargestellt) , dann kann vorteilhafterweise jedem Gehäuse ein Auftauchmittel
zugeordnet sein.
Die Gehäuse sind jeweils als wasserdichte Gehäuse
(wasserdichte Container) ausgestaltet. Die Gehäuse mit der elektrischen Einrichtung können jeweils auch als „Powerbox" bezeichnet werden. Die am Grund des Gewässers angeordnete elektrische Einrichtung kann auch als eine „Subsea- Powerstation" bezeichnet werden.
Bei der beschriebenen Anordnung und dem beschriebenen
Verfahren ist besonders vorteilhaft, dass eine elektrische
Einrichtung, die nicht innerhalb der Energieerzeugungsanlage angeordnet werden kann, kostengünstig unter Wasser am Grund des Gewässers angeordnet ist. Dies ist kostengünstiger, als für die elektrische Einrichtung eine zusätzliche Plattform oberhalb der Wasseroberfläche zu bauen (beispielsweise eine Plattform an einem Windtower einer Windenergieanlage oder eine separate Plattform) . Dadurch werden beispielsweise auch keine verstärkten Fundamente der Windenergieanlage benötigt bzw. es werden selbstverständlich auch keine Fundamente für eine separate Plattform benötigt. Dadurch reduzieren sich die Kosten für Konstruktion, Herstellung, Montage, Transport und Installation (Offshore-Installation) erheblich. Die
Komponenten der elektrische Einrichtung (die auch
gegebenenfalls benötigte Betriebs- und Hilfssysteme umfassen können) werden in einem oder mehreren Gehäusen angeordnet, wobei diese Gehäuse in Bezug auf ihre Größe und/oder ihre elektrischen Anschlüsse einheitlich ausgeführt sein können. Zur elektrischen Isolation der elektrischen Einrichtung können die Gehäuse teilweise oder vollständig mit einer
Isolierflüssigkeit und/oder einem Isoliergas gefüllt sein. Vorteilhafterweise können die in dem oder den Gehäusen angeordneten Komponenten der elektrischen Einrichtung
einzeln, in Gruppen oder als Gesamtlösung vormontiert sein und brauchen unter Wasser lediglich elektrisch miteinander verbunden zu werden. Damit ergibt sich eine besonders
kostengünstige Anbindung einer Offshore- Energieerzeugungsanlage an ein landseitiges
Energieübertragungsnetz.
Bei den bisher genannten Ausführungsbeispielen ist als ein Beispiel für eine Energieerzeugungsanlage eine
Windkraftanlage angegeben. Es können aber auch andere
Energieerzeugungsanlagen eingesetzt werden: beispielsweise eine Solaranlage, welche elektrische Energie in Form von Gleichspannung/Gleichstrom erzeugt, oder ein
Gezeitenkraftwerk . Es wurde eine Anordnung und ein Verfahren beschrieben, mit denen kostengünstig elektrische Energie von einer Offshore- Energieerzeugungsanlage zum Ufer eines Gewässers übertragen werden kann. Insbesondere ist bei dieser Anordnung und bei dem Verfahren eine kostengünstige Wartung/Reparatur der elektrischen Einrichtung möglich, da das oder die Gehäuse mit der elektrischen Einrichtung auf einfache Weise vom Grund des Gewässers zur Oberfläche des Gewässers gebracht werden können, um dort auf einfache und kostengünstige Art und Weise die Reparatur/Wartung durchzuführen.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (2) zur Übertragung von elektrischer Energie von einer in einem Gewässer (1) angeordneten
Energieerzeugungsanlage (3) zum Ufer (15) des Gewässers
- mit einem ersten elektrischen Leiter (7), der von der
Energieerzeugungsanlage (3) zu einer elektrischen Einrichtung (9) verläuft, und mit einem zweiten elektrischen Leiter (13), der von der elektrischen Einrichtung (9) zum Ufer (15) des Gewässers verläuft,
- wobei die elektrische Einrichtung (9) in mindestens ein Gehäuse (20, 21, 22, 23, 24) eingebaut ist, das auf dem Grund (11) des Gewässers angeordnet ist, und
- wobei die Anordnung ein Auftauchmittel (506, 508, 603, 605) zum Auftauchen des mindestens einen Gehäuses (20, 21, 22, 23,
24) zur Oberfläche (27) des Gewässers aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Gehäuse (502) mit der elektrischen Einrichtung leichter als das von ihm verdrängte Wasser ist, das Gehäuse (502) mittels einer Halterung (504) am Grund (11) des Gewässers gehalten ist, und das Auftauchmittel ein Seil (506) zum kontrollierten Aufsteigenlassen des Gehäuses (502) zur
Oberfläche (27) des Gewässers nach Lösen der Halterung (504) aufweist, oder
- das Gehäuse (601) mit der elektrischen Einrichtung schwerer als das von ihm verdrängte Wasser ist, und das Auftauchmittel eine Vorrichtung (605) zum Einleiten eines Fluids,
insbesondere eines Gases, in das Gehäuse (601) aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Gehäuse ein elektrisches Isoliermittel (222, 324) umschließt, mit dem zumindest Teile der elektrischen
Einrichtung elektrisch isoliert sind.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das elektrische Isoliermittel ein elektrisch isolierendes Gas (222) oder eine elektrisch isolierende Flüssigkeit (324) ist .
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die elektrische Einrichtung einen Stromrichter (22 , 207, 309) aufweist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die elektrische Einrichtung einen Transformator (21, 205, 307, 407) aufweist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die elektrische Einrichtung einen gasisolierten Schalter (20, 23, 305, 313, 405, 409) aufweist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die elektrische Einrichtung ein elektrisches Filter (209), insbesondere eine Glättungsdrossel (213) und/oder einen Glättungskondensator (215), aufweist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die elektrische Einrichtung eine Steuereinheit (314) zum Steuern des Stromrichters (309), des Transformators (307), des gasisolierten Schalters (305, 313) und/oder des Filters (311) aufweist.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der erste elektrische Leiter (7) und/oder der zweite elektrische Leiter (13) ein elektrisches Kabel ist.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Energieerzeugungsanlage eine Windkraftanlage (3) oder eine Solaranlage ist.
12. Verfahren zum Erleichtern einer Wartung einer Anordnung
(2) , die zur Übertragung von elektrischer Energie von einer in einem Gewässer (1) angeordneten Energieerzeugungsanlage
(3) zum Ufer (15) des Gewässers (1) eingerichtet ist,
- mit einem ersten elektrischen Leiter (7), der von der
Energieerzeugungsanlage (3) zu einer elektrischen Einrichtung (9) verläuft, und mit einem zweiten elektrischen Leiter (13), der von der elektrischen Einrichtung (9) zum Ufer (15) des Gewässers verläuft,
- wobei die elektrische Einrichtung (9) in mindestens ein
Gehäuse (20, 21, 22, 23, 24) eingebaut ist, das auf dem Grund (11) des Gewässers angeordnet ist,
wobei bei dem Verfahren
- zum Zwecke der Wartung das mindestens eine Gehäuse (20, 21, 22, 23, 24) mittels eines Auftauchmittels (506, 508, 603,
605) zum Auftauchen zur Oberfläche (27) des Gewässers
gebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- bei einem Gehäuse (502) mit der elektrischen Einrichtung, das leichter als das von ihm verdrängte Wasser ist und das mittels einer Halterung (504) am Grund (11) des Gewässers gehalten ist, das Auftauchmittel ein Seil (506) aufweist, wobei die Halterung (504) gelöst wird und das an dem Seil (506) befestigte Gehäuse (502) mittels des Seils (506) zur Oberfläche (27) des Gewässers aufsteigen gelassen wird, oder
- bei einem Gehäuse (601) mit der elektrischen Einrichtung, das schwerer als das von ihm verdrängte Wasser ist, das
Auftauchmittel eine Vorrichtung (605) zum Einleiten eines Fluids, insbesondere eines Gases, in das Gehäuse (601) aufweist, und mittels der Vorrichtung (605) ein Fluid in das Gehäuse (601) eingeleitet wird, wodurch das Gehäuse (601) zur Oberfläche (27) des Gewässers aufsteigt.
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