EP3278414A1 - Anordnung zur übertragung von elektrischer energie - Google Patents

Anordnung zur übertragung von elektrischer energie

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Publication number
EP3278414A1
EP3278414A1 EP15728786.3A EP15728786A EP3278414A1 EP 3278414 A1 EP3278414 A1 EP 3278414A1 EP 15728786 A EP15728786 A EP 15728786A EP 3278414 A1 EP3278414 A1 EP 3278414A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cable
water
arrangement according
cable section
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP15728786.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim Knaak
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 EP3278414A1 publication Critical patent/EP3278414A1/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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for transmitting electrical energy with an electrical cable.
  • electrical energy can be transmitted over long distances. It may be necessary, at least partially, for electrical cables in a body of water
  • the invention has for its object to provide an arrangement with which electrical energy can be transmitted inexpensively through water.
  • an electrical cable having at least one cable section which is arranged below a surface of a body of water and which is arranged above the bottom of the water body.
  • the electrical cable has one or more cable sections, although below the surface, but above the bottom of the
  • this cable section is exposed to a lower water pressure than a cable section located at the bottom of the water is arranged. Therefore, this cable section can be designed to be less pressure-resistant, which can be produced cheaper this cable section. In other words, the at least one cable section is free of ground contact.
  • the arrangement may be such that the sum of the lengths of the cable sections is at least 80% of that in the
  • Variant of the arrangement may run less than 20% of the running in the water cable length at the bottom of the water. This is particularly beneficial for waters that have very shallow areas (for example, mudflats in the North Sea). In such shallow water areas, the cable may well be deposited on the bottom of the water. This is not a problem in terms of the required compressive strength of the cable, since only very low water pressures occur at very shallow depths.
  • the arrangement can also be designed so that the running in the water cable length is at least 5 km.
  • the arrangement can be designed such that the
  • Cable section extends substantially horizontally. Due to the substantially horizontal course of the cable section is achieved that at all points of the cable section in
  • Cable section are dimensioned to this intended water pressure out, so that the cable section on the one hand easily withstands the intended water pressure, however on the other hand, an unnecessary (pressure-related)
  • the arrangement may in particular be designed such that the cable section (below the surface of the body of water) is arranged at a depth that is at least L / 4.
  • the depth is therefore at least 25% of L.
  • L is the mean wavelength (typical wavelength) of on the
  • Deep water is water in which the total water depth is greater than half the wavelength L. If single large waves with a longer wavelength than the average wavelength L occur, this is not a problem. It goes with the
  • the arrangement can also be designed such that the cable section (below the surface of the
  • L is the mean wavelength of waves appearing on the water. If the cable section (s) are arranged at a depth that is at least half the wavelength of waves appearing on the waterway, then the
  • the arrangement can also be designed so that the
  • Cable section (below the surface of the water body) is arranged at a depth which is at least 48 meters.
  • a depth of at least 48 meters is particularly advantageous for the arrangement of the cable sections, because the
  • the arrangement can be designed such that the
  • Cable section (below the surface of the water) is located at a depth that is a maximum of 1000 meters.
  • the cable section can therefore be arranged, for example, at a depth which is between 48 and 1000 meters.
  • a depth of a maximum of 1000 meters has proven to be advantageous because at depths greater than 1000 meters, the cost of upgrading the cable for the water pressures occurring at such depths increases sharply.
  • the arrangement can be designed such that the
  • Cable section has a density that is less than the density of water. This density can be achieved by an appropriate choice of material of the cable section.
  • the arrangement can also be designed so that the
  • Cable section is assigned at least one buoyant body.
  • this buoyant body can be advantageously achieved that the cable section floats in the water and does not sink to the bottom of the water.
  • the buoyant body serves to generate a buoyancy force in order to keep the or the cable sections groundless.
  • buoyancy bodies are used to keep the cable portion groundless.
  • Buoyancy can also be referred to as a floating body.
  • the buoyancy body or float can float on the surface of the water body or below the surface of the water body.
  • the arrangement can also be designed so that the
  • Floating buoyant body can hang a cable section, so that the cable section does not sink to the bottom of the water. Often, the cable section depends on a plurality of such buoyant bodies.
  • the arrangement can also be designed so that the
  • Cable section is associated with at least one pump for pumping a fluid, and the pump is connected by means of a fluid line to the buoyant body.
  • a fluid in particular a gas
  • a fluid line to the buoyant body.
  • a fluid in particular a gas
  • water is forced out of the buoyant body, whereby the buoyant body in different Depths of the water can be positioned (similar to a submarine).
  • the arrangement may be configured such that the cable is a high voltage cable, in particular a high voltage DC cable.
  • the arrangement is special
  • the arrangement may also be configured such that a first end of the cable is electrically connected to a rectifier and a second end of the cable is electrically connected to an inverter.
  • HVDC high-voltage direct current
  • the high-voltage transmission device may in particular be a high-voltage DC transmission device. Also disclosed is a method of transmitting
  • electrical energy in which the electrical energy is transmitted by means of an arrangement according to the variants described above.
  • electrical energy in which the electrical energy is transmitted by means of an arrangement according to the variants described above.
  • 1 is an embodiment of a in a
  • Figure 6 shows an embodiment of an arrangement in which the electrical cable is provided with buoyancy bodies, and in
  • Figure 7 shows an embodiment of an arrangement in which the electrical cable is fixed by means of cables at the bottom of the water.
  • Cable 3 is arranged in a body of water 5. Recognizable is the bottom 7 of the water body 5 and the surface 9 of the water body 5 (water surface 9) and a first bank 11 of the water body and a second bank 13 of the water body.
  • the electrical cable 3 extends from the first bank 11, starting through the water 5 to the second bank 13. Only in the area of the first bank and the second bank of the cable 3 touches the bottom of
  • a first cable section 3 a extends in the first bank 11 to
  • a second cable section 3b extends below the surface 9 of the water body and above the bottom 7 of the water body (in the direction of the second bank 13).
  • a third cable section 3c extends in the second bank 13.
  • the second cable section 3b is free of ground contact, i. he does not touch the bottom 7 of the waters 5.
  • Cable section 3b is substantially horizontal, i. it runs horizontally. Therefore, the cable portion 3b is arranged substantially at a constant depth (below the surface 9 of the water).
  • the water pressure (hydrostatic pressure) is lower than at the bottom 7 of the water. Furthermore, it is advantageous that when laying the cable above the
  • Reason of the water body may be a contact between the cable and possibly at the bottom of the water body
  • Essentially horizontal arrangement of the cable in the water (that is, a "floating" arrangement of the cable in the water, so to speak) can be the electrical connection with a minimum length of the cable section 3b realize.
  • Water body 5 is arranged.
  • the cable 3 may also have a plurality of cable sections, which are arranged below the surface 9 and above the bottom 7 of the body of water 5.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in which a wind power plant 202 on the body of water 5
  • the wind turbine 202 is anchored by means of a schematically illustrated pile 204 in the bottom 7 of the body of water 5.
  • the wind turbine 202 has a generator which generates alternating current.
  • the alternating current is raised to a high voltage level by means of a transformer
  • the resulting high-voltage direct current is arranged via the cable 3 to one on the second bank 13
  • Inverter 208 transmitted. Similar to the
  • Cable section 3b which extends below the surface 9 of the water body and above the bottom 7 of the water body. This cable section 3b is ground free and runs substantially horizontally.
  • High-voltage direct current (HVDC) transmission realized by means of which the power generated by the wind turbine 202 can be transmitted to the second bank 13 with low loss.
  • the running in the waters 5 cable length of the cable 3 is 5km in this embodiment, in others
  • this cable length can also be up to several hundred kilometers.
  • the length of the second cable section 3b essentially corresponds to that in FIG.
  • Cable section 3b but also be significantly shorter than the total running in the water cable length. This is the case, for example, when the second bank 13 of the Water body runs very flat (for example, a watts is available) and the cable 3 rests in the region of the second bank 13 in appreciable length on the bottom of the shallow shore. It is advantageous if the cable sections extending horizontally and above the ground have, in total, a total length which corresponds to at least 80% of the cable length running in the water.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which a wave 302 is shown schematically on the water surface 9.
  • the shaft 302 has the wavelength L. in the
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which the second cable section 3b extends at a depth
  • L is the mean length of on the water
  • the cable portion 3b is at a depth
  • the cable section 3b does not interfere with shipping because today's ships have a maximum draft of about 24m
  • FIG. 5 shows another arrangement with the cable 3
  • the second cable section 3b is attached by means of cables 502 to buoyancy bodies 504, which are designed as floating bodies 504. Thus, it is prevented that the second cable section 3b drops to the bottom 7 of the water. Because the ropes 502 are all substantially the same length
  • the floating body 504 indicate the course of the second cable section 3b in the water, so that, for example, skipper on the
  • Buoyant body be sufficient to the second
  • the second cable section 3b can be gimballed to the buoyancy bodies, so that the second cable section 3b, even with shaft movements its original position
  • buoyant bodies can also be like one
  • the buoyancy bodies can a large volume below the water surface and a smaller volume above the water surface exhibit. Between the two volumes, one or more small volume fasteners are arranged. Such a half-diver is insensitive to wave motion.
  • Laying a cable by means of buoyancy bodies floating beneath the surface of the water body is, for example, advantageously applicable in the Mediterranean.
  • the electrical cable with the buoyant bodies would then sink to a certain depth, where an equilibrium of forces between the weight and the buoyancy force develops.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment in which the second cable section 3b, by means of at least one buoyant body 602, floats between the bottom of the
  • the buoyancy bodies 602 are each connected to a pump 606 by means of a fluid line 604.
  • the pump 606 serves a fluid (for example, a gas) in the respective
  • buoyancy bodies 504 and 602 serve for
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment in which the second cable section 3b is held below the surface 9 of the body by means of one or more cables 702. One end of the cable 702 is connected to the Cable section 3b connected, the other end of the cable 702 is attached (for example by means of an anchor 704) to the bottom 7 of the water. Such a hold of the
  • Cable section 3b by means of at least one rope
  • At least one anchoring (or weight) at the bottom 7 can be used, for example, for the laying of the cable in the (relatively shallow) North Sea.
  • High voltage cables in particular a high voltage
  • the arrangements described form, for example, a high-voltage transmission device, in particular a high-voltage DC transmission device.
  • electrical energy can be transmitted. It can the
  • an electrical cable has one or more cable sections, which are arranged both below the surface of the water body and above the bottom of the water body.

Landscapes

  • Laying Of Electric Cables Or Lines Outside (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zur Übertragung von elektrischer Energie mit einem elektrischen Kabel (3), das mindestens einen Kabelabschnitt (3b) aufweist, der unterhalb einer Oberfläche (9) eines Gewässers (5) und oberhalb des Grundes (7) des Gewässers (5) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Anordnung zur Übertragung von elektrischer Energie Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung von elektrischer Energie mit einem elektrischen Kabel. Mittels eines elektrischen Kabels kann elektrische Energie über weite Entfernungen übertragen werden. Dabei kann es notwendig sein, elektrische Kabel zumindest teilweise in einem Gewässer
(beispielsweise in einem Fluss, einem See, einem Meer oder einem Ozean) zu verlegen.
Oft werden elektrische Kabel auf dem Grund des Gewässers verlegt. Insbesondere bei tiefen Gewässern (Meer, Ozean o. ä.) müssen die Kabel dabei einem erheblichen Wasserdruck standhalten. Die Kabel müssen dementsprechend robust
ausgeführt sein und sind daher teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit der elektrische Energie kostengünstig durch Gewässer übertragen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Anordnung nach dem unabhängigen Patentanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind in den abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
Offenbart wird eine Anordnung zur Übertragung von
elektrischer Energie mit einem elektrischen Kabel, das mindestens einen Kabelabschnitt aufweist, der unterhalb einer Oberfläche eines Gewässers angeordnet ist und der oberhalb des Grundes des Gewässers angeordnet ist. Bei dieser
Anordnung ist besonders vorteilhaft, dass das elektrische Kabel einen oder mehrere Kabelabschnitte aufweist, die zwar unterhalb der Oberfläche, aber oberhalb des Grundes des
Gewässers angeordnet sind. Aufgrund der geringeren Tiefe ist dieser Kabelabschnitt einem geringeren Wasserdruck ausgesetzt als ein Kabelabschnitt, der auf dem Grund des Gewässers angeordnet ist. Daher kann dieser Kabelabschnitt weniger druckfest ausgeführt sein, wodurch sich dieser Kabelabschnitt kostengünstiger produzieren lässt. Mit anderen Worten gesagt, ist der mindestens eine Kabelabschnitt grundberührungsfrei .
Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass die Summe der Längen der Kabelabschnitte mindestens 80 % der in dem
Gewässer verlaufenden Kabellänge entspricht. Bei dieser
Variante der Anordnung können weniger als 20% der in dem Gewässer verlaufenden Kabellänge auf dem Grund des Gewässers verlaufen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Gewässern, die sehr flache Gebiete aufweisen (beispielsweise Wattgebiete in der Nordsee) . In derartigen Flachwassergebieten kann das Kabel durchaus auf dem Grund des Gewässers abgelegt werden. Dies ist bezüglich der benötigten Druckfestigkeit der Kabel kein Problem, da in sehr geringen Tiefen nur sehr geringe Wasserdrücke auftreten.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass die in dem Gewässer verlaufende Kabellänge mindestens 5 km beträgt.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung bei Kabellängen ab 5 km Länge, weil bei derart ausgedehnten Gewässern an deren Grund oftmals erhebliche Tiefen und damit starke
Druckbelastungen auftreten. Außerdem spielen bei derart großen Kabellängen die Kosten für das Kabel eine gewichtige Rolle .
Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass der
Kabelabschnitt im Wesentlichen horizontal verläuft. Durch den im Wesentlichen horizontalen Verlauf des Kabelabschnitts wird erreicht, dass an allen Stellen des Kabelabschnitts im
Wesentlichen der gleiche Wasserdruck auftritt. Da Kabel üblicherweise über weite Längen den gleichen Aufbau und damit die gleiche Druckfestigkeit aufweisen, kann der
Kabelabschnitt auf diesen vorgesehenen Wasserdruck hin dimensioniert werden, so dass der Kabelabschnitt einerseits dem vorgesehenen Wasserdruck problemlos widersteht, jedoch andererseits eine unnötige (druckbezogene)
Überdimensionierung des Kabelabschnitts vermieden wird.
Die Anordnung kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass der Kabelabschnitt (unterhalb der Oberfläche des Gewässers) in einer Tiefe angeordnet ist, die mindestens L/4 beträgt. Die Tiefe beträgt also mindestens 25% von L. Dabei ist L die mittlere Wellenlänge (typische Wellenlänge) von auf dem
Gewässer auftretenden Wellen. Es hat sich herausgestellt, dass in einer Tiefe von mindestens L/4 (also in einer Tiefe, die mindestens einem Viertel der mittleren Wellenlänge L entspricht) die Bewegung der Wasserteilchen durch die Wellen bereits deutlich abgenommen hat. Dadurch werden der oder die Kabelabschnitte, die sich in einer Tiefe von mindestens L/4 befinden, durch die auf dem Gewässer auftretenden Wellen nur wenig bewegt und sind daher durch die Wellen auch nur wenig mechanisch belastet.
Dies trifft insbesondere auf sogenanntes Tiefwasser zu.
Tiefwasser ist Wasser, bei dem die Gesamt-Wassertiefe größer ist als die halbe Wellenlänge L. Wenn einzelne große Wellen mit einer größeren Wellenlänge als die mittlere Wellenlänge L auftreten, ist dies unproblematisch. Es geht bei der
offenbarten Anordnung nicht darum, jede Beanspruchung des Kabels durch Wellen zu vermeiden. Vielmehr geht es darum, die mittlere Beanspruchung des Kabels gering zu halten, so dass die Lebensdauer des Kabels aufgrund einer geringeren
mittleren Beanspruchung erhöht wird. Vorteilhafterweise kann die Anordnung auch so gestaltet sein, dass der Kabelabschnitt (unterhalb der Oberfläche des
Gewässers) in einer Tiefe angeordnet ist, die mindestens L/2 beträgt (also mindestens 50% von L) . Dabei ist L die mittlere Wellenlänge von auf dem Gewässer auftretenden Wellen. Wenn der oder die Kabelabschnitte in einer Tiefe angeordnet sind, die mindestens der halben Wellenlänge von auf dem Gewässer auftretenden Wellen entspricht, dann werden die
Wasserteilchen in dieser Tiefe durch die Wellen nur noch sehr wenig bewegt. Beispielsweise treten Fälle auf, bei denen in einer Tiefe von L/2 die Bewegung der Wasserteilchen lediglich ca . 5% beträgt, bezogen auf die Bewegung der Wasserteilchen an der Wasseroberfläche. Die in einer Tiefe von mindestens L/2 angeordneten Kabelabschnitte werden daher durch die
Wellen nur sehr wenig bewegt und sind folglich auch nur sehr geringen mechanischen Belastungen durch die Wellenbewegungen ausgesetzt. Dies trifft insbesondere auf Tiefwasser zu. Dies trägt dazu bei, dass die Kabelabschnitte besonders
kostengünstig hergestellt werden können.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass der
Kabelabschnitt (unterhalb der Oberfläche des Gewässers) in einer Tiefe angeordnet ist, die mindestens 48 Meter beträgt. Eine Tiefe von mindestens 48 Metern ist für die Anordnung der Kabelabschnitte deshalb besonders vorteilhaft, weil die
Kabelabschnitte in dieser Tiefe den Schiffsverkehr nicht behindern. Üblicherweise haben heute gebräuchliche Schiffe einen maximalen Tiefgang von ca. 24 Metern. Bei einer
Verlegung in einer Tiefe von mindestens 48 Metern besteht ein großer Sicherheitsabstand zwischen dem Kiel der Schiffe und den verlegten Kabelabschnitten. Weiterhin besteht bei einer Verlegung in einer Tiefe von mindestens 48 Metern ein auch noch ausreichend großer Sicherheitsabstand zu zukünftigen Schiffen, die möglicherweise einen größeren Tiefgang haben.
Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass der
Kabelabschnitt (unterhalb der Oberfläche des Gewässers) in einer Tiefe angeordnet ist, die maximal 1000 Meter beträgt. Der Kabelabschnitt kann also beispielsweise in einer Tiefe angeordnet sein, die zwischen 48 und 1000 Metern beträgt. Eine Tiefe von maximal 1000 Metern hat sich als vorteilhaft herausgestellt, weil bei Tiefen größer als 1000 Metern der Aufwand für die Ertüchtigung der Kabel für die in solchen Tiefen auftretenden Wasserdrücke stark ansteigt.
Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass der
Kabelabschnitt mittels mindestens eines am Grund des Gewässers befestigten Seils unterhalb der Oberfläche des Gewässers gehalten ist. Bei dieser Anordnung wird ein
schwimmender Kabelabschnitt mittels des Seils unterhalb der Oberfläche des Gewässers gehalten. Dabei weist der
Kabelabschnitt eine Dichte auf, die geringer als die Dichte von Wasser ist. Diese Dichte kann durch eine entsprechende Materialwahl des Kabelabschnitts erreicht werden.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass dem
Kabelabschnitt mindestens ein Auftriebskörper zugeordnet ist. Mittels dieses Auftriebskörpers kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass der Kabelabschnitt in dem Gewässer schwimmt und nicht auf den Grund des Gewässers absinkt. Der Auftriebskörper dient zum Erzeugen einer Auftriebskraft, um den oder die Kabelabschnitte grundberührungsfrei zu halten.
Oftmals wird eine Mehrzahl von Auftriebskörpern verwendet, um den Kabelabschnitt grundberührungsfrei zu halten. Der
Auftriebskörper kann auch als Schwimmkörper bezeichnet werden. Der Auftriebskörper beziehungsweise Schwimmkörper kann auf der Oberfläche des Gewässers oder unterhalb der Oberfläche des Gewässers schwimmen.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass der
Auftriebskörper auf der Oberfläche des Gewässers schwimmt. An einem solchen auf der Oberfläche des Gewässers
schwimmenden Auftriebskörper kann ein Kabelabschnitt hängen, damit der Kabelabschnitt nicht auf den Grund des Gewässers absinkt. Oftmals hängt der Kabelabschnitt an einer Mehrzahl von solchen Auftriebskörpern .
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass dem
Kabelabschnitt mindestens eine Pumpe zum Pumpen eines Fluids zugeordnet ist, und die Pumpe mittels einer Fluidleitung mit dem Auftriebskörper verbunden ist. Mittels dieser Pumpe kann ein Fluid, insbesondere ein Gas, in den Auftriebskörper gepumpt werden. Dadurch wird Wasser aus dem Auftriebskörper herausgedrückt, wodurch der Auftriebskörper in verschiedenen Tiefen des Gewässers positioniert werden kann (ähnlich einem U-Boot) .
Die Anordnung kann so ausgestaltet sein, dass das Kabel ein Hochspannungskabel, insbesondere ein Hochspannungs- Gleichstromkabel , ist. Die Anordnung ist besonders
kostensparend bei hochwertigen Hochspannungskabeln,
insbesondere bei Hochspannungs-Gleichstromkabeln, wie sie bei Hochspannungsgleichstromübertragungsstrecken genutzt werden.
Die Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass ein erstes Ende des Kabels elektrisch mit einem Gleichrichter und ein zweites Ende des Kabels elektrisch mit einem Wechselrichter verbunden ist. Mit dieser Anordnung lassen sich vorteilhaft Hochspannungsgleichstromübertragungen (HGÜ) realisieren, bei denen die Kosten für das elektrische Kabel deutlich reduziert sind .
Offenbart ist weiterhin eine Hochspannungs- Übertragungseinrichtung mit einer Anordnung gemäß den
vorstehend beschriebenen Varianten. Die Hochspannungs- Übertragungseinrichtung kann insbesondere eine Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungseinrichtung sein . Offenbart ist auch ein Verfahren zum Übertragen von
elektrischer Energie, bei dem die elektrische Energie mittels einer Anordnung gemäß den vorstehend beschriebenen Varianten übertragen wird. Bei diesem Verfahren kann elektrische
Energie insbesondere mittels Hochspannungs-Gleichstrom übertragen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines in einem
Gewässer verlegten elektrischen Kabels, in Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines in einem
Gewässer verlegten elektrischen Kabels in Verbindung mit einer Windkraftanlage, in Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen
Kabels, das in einer Tiefe von mindestens L/4 verlegt ist (wobei L die mittlere Länge von auf dem Gewässer auftretenden Wellen ist) , in Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kabels, das in einer Tiefe von mindestens L/2 verlegt ist, in ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, bei der das elektrische Kabel an Schwimmkörpern hängt, in
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, bei dem das elektrische Kabel mit Auftriebskörpern versehen ist, und in
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung, bei dem das elektrische Kabel mittels Seilen am Grund des Gewässers befestigt ist, dargestellt .
In Figur 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung 1 zur Übertragung von elektrischer Energie mittels eines elektrischen Kabels 3 dargestellt. Das elektrische
Kabel 3 ist in einem Gewässer 5 angeordnet. Erkennbar ist der Grund 7 des Gewässers 5 und die Oberfläche 9 des Gewässers 5 (Wasseroberfläche 9) sowie ein erstes Ufer 11 des Gewässers und ein zweites Ufer 13 des Gewässers. Das elektrische Kabel 3 verläuft vom ersten Ufer 11 ausgehend durch das Gewässer 5 zum zweiten Ufer 13. Lediglich im Bereich des ersten Ufers und des zweiten Ufers berührt das Kabel 3 den Grund des
Gewässers (d.h. den festen Untergrund unterhalb des Wassers). Während des Verlaufs des Kabels vom ersten Ufer 11 zum zweiten Ufer 13 verläuft das Kabel unterhalb der Oberfläche 9 des Gewässers und oberhalb des Grundes 7 des Gewässers. Damit weist das Kabel 3 drei verschiedene Kabelabschnitte auf. Ein erster Kabelabschnitt 3a verläuft im ersten Ufer 11 zum
Gewässer 5 hin. Ein zweiter Kabelabschnitt 3b verläuft unterhalb der Oberfläche 9 des Gewässers und oberhalb des Grundes 7 des Gewässers (in Richtung des zweiten Ufers 13) . Ein dritter Kabelabschnitt 3c erstreckt sich im zweiten Ufer 13. Der zweite Kabelabschnitt 3b ist grundberührungsfrei , d.h. er berührt nicht den Grund 7 des Gewässers 5. Der
Kabelabschnitt 3b ist im Wesentlichen horizontal ausgeführt, d.h. er verläuft horizontal. Deshalb ist der Kabelabschnitt 3b im Wesentlichen in einer gleichbleibenden Tiefe (unterhalb der Oberfläche 9 des Gewässers) angeordnet.
Dabei ist vorteilhaft, dass in der Tiefe 15 des
Kabelabschnitts 3b der Wasserdruck (hydrostatischer Druck) geringer ist als am Grund 7 des Gewässers. Weiterhin ist vorteilhaft, dass bei Verlegung des Kabels oberhalb des
Grundes des Gewässers eine Berührung zwischen dem Kabel und am Grund des Gewässers möglicherweise vorhandenen
unterseeischen Felsen vermieden wird, wodurch sich die
Lebensdauer des Kabels erhöht. Weiterhin umgeht man auch das Problem, dass der Grund des Gewässers nicht immer eben ist, sondern dass dort zum Teil sehr steile „Berge" oder „Abhänge" vorhanden sein können, wodurch sich die Länge des zu
verlegenden Kabels deutlich erhöht. Durch eine im
Wesentlichen horizontale Anordnung des Kabels im Wasser (also sozusagen eine „schwebende" Anordnung des Kabels im Wasser) lässt sich die elektrische Verbindung mit einem Minimum an Länge des Kabelabschnitts 3b realisieren.
In Figur 1 ist lediglich ein Kabelabschnitt dargestellt, der unterhalb der Oberfläche 9 und oberhalb des Grundes 7 des
Gewässers 5 angeordnet ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Kabel 3 aber auch mehrere Kabelabschnitte aufweisen, die unterhalb der Oberfläche 9 und oberhalb des Grundes 7 des Gewässers 5 angeordnet sind.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem auf dem Gewässer 5 eine Windkraftanlage 202
angeordnet ist. Die Windkraftanlage 202 ist mittels eines schematisch dargestellten Pfahls 204 im Grund 7 des Gewässers 5 verankert. Die Windkraftanlage 202 weist einen Generator auf, welcher Wechselstrom erzeugt. Der Wechselstrom wird mittels eines Transformators auf Hochspannungsniveau
transformiert. Danach wird der Wechselstrom mittels eines an der Windkraftanlage angeordneten Gleichrichters 206 in
Gleichstrom umgewandelt. Der dabei entstehende Hochspannungs-Gleichstrom wird über das Kabel 3 zu einem am zweiten Ufer 13 angeordneten
Wechselrichter 208 übertragen. Ähnlich wie im
Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist das Kabel 3 einen
Kabelabschnitt 3b auf, welcher unterhalb der Oberfläche 9 des Gewässers und oberhalb des Grundes 7 des Gewässers verläuft. Dieser Kabelabschnitt 3b ist grundberührungsfrei und verläuft im Wesentlichen horizontal. Mittels des Gleichrichters 206, des Kabels 3 und des Wechselrichters 208 ist eine
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) realisiert, mittels der der von der Windkraftanlage 202 erzeugte Strom verlustarm zu dem zweiten Ufer 13 übertragen werden kann. Die in dem Gewässer 5 verlaufende Kabellänge des Kabels 3 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 5km, in anderen
Ausführungsbeispielen kann diese Kabellänge aber auch bis zu mehreren hundert Kilometern betragen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 entspricht die Länge des zweiten Kabelabschnitts 3b im Wesentlichen der in dem
Gewässer 5 verlaufenden Kabellänge. In anderen
Ausführungsbeispielen kann die Länge des zweiten
Kabelabschnitts 3b aber auch deutlich kürzer sein als die insgesamt in dem Gewässer verlaufende Kabellänge. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das zweite Ufer 13 des Gewässers sehr flach verläuft (beispielsweise ein Watt vorhanden ist) und das Kabel 3 im Bereich des zweiten Ufers 13 in nennenswerter Länge auf dem Grund des flachen Ufers aufliegt. Vorteilhaft ist dabei, wenn die horizontal und oberhalb des Grundes verlaufenden Kabelabschnitte insgesamt in Summe eine Länge aufweisen, die mindestens 80% der in dem Gewässer verlaufenden Kabellänge entspricht.
Figur 3 zeigt ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf der Wasseroberflächen 9 schematisch eine Welle 302 dargestellt ist. Die Welle 302 weist die Wellenlänge L auf. Im
Ausführungsbeispiel der Figur 3 verläuft der zweite
Kabelabschnitt 3b in einer Tiefe, die größer ist als ein Viertel der Wellenlänge (also größer als L/4) der Welle 302. In einer solchen Tiefe größer oder gleich L/4 hat die
Bewegung der Wasserteilchen durch die Welle 302 schon stark abgenommen, so dass der zweite Kabelabschnitt 3b durch die Welle 302 nur noch wenig bewegt wird. Somit tritt nur eine geringe mechanische Belastung des zweiten Kabelabschnitts 3b durch die Welle 302 auf.
In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der zweite Kabelabschnitt 3b in einer Tiefe verläuft
beziehungsweise angeordnet ist, die mindestens L/2 beträgt. L ist dabei die mittlere Länge von auf dem Gewässer
auftretenden Wellen 302. In einer Tiefe größer oder gleich L/2 treten nur noch sehr geringe Bewegungen der
Wasserteilchen aufgrund der Welle 302 auf, so dass der zweite Kabelabschnitt 3b nur sehr wenig durch die Welle 302 bewegt wird. Daher treten nur sehr geringe mechanische Belastungen des zweiten Kabelabschnitts 3b durch die Welle 302 auf.
Vorzugsweise ist der Kabelabschnitt 3b in einer Tiefe
angeordnet, die mindestens 48m beträgt. Dadurch behindert der Kabelabschnitt 3b nicht die Schifffahrt, weil heutzutage übliche Schiffe einen maximalen Tiefgang von ca. 24m
aufweisen. Weiterhin kann der Kabelabschnitt 3b
vorteilhafterweise in einer Tiefe von maximal 1000m
angeordnet sein. Bei einer Tiefe von maximal 1000m ist der auftretende Wasserdruck bei vertretbaren Kosten für das Kabel technisch gut beherrschbar. Bei Tiefen von ca. 700m bis zu maximal 1000m ist von Vorteil, dass der Kabelabschnitt 3b nur selten in Kollision mit Fischernetzen gerät, weil die meisten Fischernetze in weit geringeren Tiefen als 700m eingesetzt werden .
In Figur 5 ist eine weitere Anordnung mit dem Kabel 3
dargestellt. Der zweite Kabelabschnitt 3b ist mittels Seilen 502 an Auftriebskörpern 504 befestigt, die als Schwimmkörper 504 ausgestaltet sind. Somit wird verhindert, dass der zweite Kabelabschnitt 3b auf den Grund 7 des Gewässers absinkt. Da die Seile 502 alle im Wesentlichen die gleiche Länge
aufweisen, wird erreicht, dass der zweite Kabelabschnitt 3b im Wesentlichen horizontal unterhalb der Oberfläche des
Gewässers und oberhalb des Grundes des Gewässers verläuft.
Hierbei ist weiterhin vorteilhaft, dass die Schwimmkörper 504 den Verlauf des zweiten Kabelabschnitts 3b in dem Gewässer anzeigen, so dass beispielsweise Schiffsführer über den
Verlauf des zweiten Kabelabschnitts 3b informiert werden.
In Figur 5 sind eine Mehrzahl von Auftriebskörpern 504 und eine Mehrzahl von Seilen 502 dargestellt. Im Einzelfall kann jedoch schon ein einziges Seil mit einem einzigen
Auftriebskörper ausreichend sein, um den zweiten
Kabelabschnitt 3b oberhalb des Grundes des Gewässers
(grundberührungsfrei ) zu halten. In einem anderen
Ausführungsbeispiel könnte die Anordnung also auch mit nur einem Auftriebskörper 504 realisiert sein.
Der zweite Kabelabschnitt 3b kann an den Auftriebskörpern kardanisch aufgehängt sein, so dass der zweite Kabelabschnitt 3b auch bei Wellenbewegungen seine ursprüngliche Lage
beibehält. Die Auftriebskörper können auch wie ein
Halbtaucher ausgestaltet sein, d.h. die Auftriebskörper können ein großes Volumen unterhalb der Wasseroberfläche sowie ein kleineres Volumen oberhalb der Wasseroberfläche aufweisen. Zwischen den beiden Volumina sind ein oder mehrere kleinvolumige Verbindungselemente angeordnet. Ein solcher Halbtaucher ist unempfindlich gegen Wellenbewegungen. Eine Verlegung eines Kabels mittels unterhalb der Oberfläche des Gewässers schwimmenden Auftriebskörpern ist zum Beispiel mit Vorteil im Mittelmeer anwendbar. Das elektrische Kabel mit den Auftriebskörpern würde dann bis auf eine bestimmte Tiefe absinken, wo sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der Gewichtskraft und der Auftriebskraft herausbildet.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der zweite Kabelabschnitt 3b mittels mindestens eines Auftriebskörpers 602 schwimmend zwischen dem Grund des
Gewässers und der Oberfläche des Gewässers gehalten wird. Die Auftriebskörper 602 sind jeweils mittels einer Fluidleitung 604 mit einer Pumpe 606 verbunden. Die Pumpe 606 dient dazu, ein Fluid (beispielsweise ein Gas) in den jeweiligen
Auftriebskörper 602 zu pumpen und so die Schwimmtiefe des Auftriebskörpers 602 (und damit die Schwimmtiefe des zweiten Kabelabschnitts 3b) in dem Gewässer zu regulieren. Diese Schwimmtiefenregulierung (Schwimmtiefeneinstellung) erfolgt ähnlich wie bei einem U-Boot. Die Auftriebskörper 504 beziehungsweise 602 dienen zum
Erzeugen einer Auftriebskraft, um den Kabelabschnitt 3b grundberührungsfrei zu halten.
Dafür kann ein einziger Auftriebskörper ausreichend sein; oftmals wird jedoch eine Mehrzahl von Auftriebskörpern verwendet. In einem anderen Ausführungsbeispiel könnte die Anordnung auch mit nur einem Auftriebskörper 602 und nur einer Pumpe 606 realisiert sein. In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der zweite Kabelabschnitt 3b mittels eines oder mehrerer Seile 702 unter der Oberfläche 9 des Gewässers gehalten wird. Ein Ende des Seils 702 ist mit dem Kabelabschnitt 3b verbunden, das andere Ende des Seils 702 ist (beispielsweise mittels einer Verankerung 704) am Grund 7 des Gewässers befestigt. Ein solches Halten des
Kabelabschnitts 3b mittels mindestens eines Seils und
mindestens einer Verankerung (oder eines Gewichtes) am Grund 7 kann beispielsweise für die Verlegung des Kabels in der (relativ flachen) Nordsee zur Anwendung kommen.
Bei allen Ausführungsbeispielen kann das Kabel 3 ein
Hochspannungskabel, insbesondere ein Hochspannungs-
Gleichstromkabel sein. Die beschriebenen Anordnungen bilden beispielsweise eine Hochspannungs-Übertragungs-Einrichtung, insbesondere eine Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungseinrichtung. Mittels dieser Anordnungen kann elektrische Energie übertragen werden. Dabei kann die
Übertragung der elektrischen Energie insbesondere in Form einer Übertragung von Hochspannungs-Gleichstrom erfolgen, so dass sich eine Hochspannungs-Übertragung, insbesondere eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, realisieren lässt.
Es wurden Anordnungen und Verfahren beschrieben, mit denen elektrische Energie auf eine kostengünstige Art und Weise durch Gewässer übertragen werden kann. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass ein elektrisches Kabel einen oder mehrere Kabelabschnitte aufweist, die sowohl unterhalb der Oberfläche des Gewässers als auch oberhalb des Grundes des Gewässers angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) zur Übertragung von elektrischer Energie
- mit einem elektrischen Kabel (3) , das mindestens einen Kabelabschnitt (3b) aufweist, der unterhalb einer Oberfläche (9) eines Gewässers (5) angeordnet ist und der oberhalb des Grundes (7) des Gewässers (5) angeordnet ist.
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
- der Kabelabschnitt (3b) grundberührungsfrei ist.
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
- die Summe der Längen der Kabelabschnitte mindestens 80 % der in dem Gewässer verlaufenden Kabellänge entspricht.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die in dem Gewässer verlaufende Kabellänge mindestens 5 km beträgt .
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
- der Kabelabschnitt (3b) in Wesentlichen horizontal verläuft .
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
- der Kabelabschnitt (3b) in einer Tiefe angeordnet ist, die mindestens L/4 beträgt, wobei L die mittlere Länge von auf dem Gewässer (5) auftretenden Wellen (302) ist.
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
- der Kabelabschnitt (3b) in einer Tiefe angeordnet ist, die mindestens L/2 beträgt, wobei L die mittlere Länge von auf dem Gewässer (5) auftretenden Wellen (302) ist.
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
- der Kabelabschnitt (3b) in einer Tiefe angeordnet ist, die mindestens 48 Meter beträgt.
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
- der Kabelabschnitt (3b) in einer Tiefe angeordnet ist, die maximal 1000 Meter beträgt.
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 Kabelabschnitt (3b) mittels mindestens eines am Grund (7) des Gewässers (5) befestigten Seils (702) unterhalb der
Oberfläche (9) des Gewässers (5) gehalten 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
- dem Kabelabschnitt (3b) mindestens ein Auftriebskörper (504, 602) zugeordnet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Auftriebskörper (504) auf der Oberfläche (9) des Gewässers (5) schwimmt.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- dem Kabelabschnitt (3b) mindestens eine Pumpe (606) zum Pumpen eines Fluids zugeordnet ist, und
- die Pumpe (606) mittels einer Fluidleitung (604) mit dem Auftriebskörper (602) verbunden ist.
14. 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 Kabel (3) ein Hochspannungskabel, insbesondere ein Hochspannungs-Gleichstromkabel, ist .
15. 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
- ein erstes Ende des Kabels (3) elektrisch mit einem
Gleichrichter (206) und ein zweites Ende des Kabels (3) elektrisch mit einem Wechselrichter (208) verbunden ist.
16. Hochspannungs-Übertragungseinrichtung mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
17. Verfahren zum Übertragen von elektrischer Energie, bei dem elektrische Energie mittels einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 übertragen wird.
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