NO20181474A1

NO20181474A1 -

Info

Publication number: NO20181474A1
Application number: NO20181474A
Authority: NO
Priority date: 2018-11-18
Filing date: 2018-11-18
Publication date: 2020-05-19
Also published as: WO2020101500A1; NO345079B1

Description

Patentsøknad Patent application

Ny UHVDC strømkabelteknologi New UHVDC power cable technology

Denne patentsøknaden omhandler en ny type elektriske strømkabler, fremgangsmåte for produksjo av strømkablene, isolering og legging av strømkablene på havbunnen. Kablene blir i denne patentsøknaden omtalt som HVDC kabler. This patent application concerns a new type of electric power cables, a method for producing the power cables, insulating and laying the power cables on the seabed. The cables are referred to in this patent application as HVDC cables.

Bakgrunn: Background:

Transport av elektrisk strøm har vært gjort i elektriske kabler helt siden man oppdaget og begynte å gjøre seg nytte av denne energiformen/energibæreren. Transport of electric current has been done in electric cables ever since people discovered and began to make use of this form of energy/energy carrier.

Overføring av større mengder elektrisk energi over en viss avstand ble som hovedregel gjort i luftisolerte høgspentledninger festet til isolatorer på stolper. Transmission of large amounts of electrical energy over a certain distance was, as a general rule, done in air-insulated high-voltage lines attached to insulators on poles.

Fordelingen av elektrisk energi i hus, ble gjort i isolerte ledninger, der papir og gummi ble brukt som isolerende stoff. The distribution of electrical energy in houses was done in insulated wires, where paper and rubber were used as insulating material.

Senere ble også ulike kunststoff bruk som isolerende materiale. Later, various plastics were also used as insulating material.

Som elektriske ledere benyttet man tråder av kobber eller aluminium. I ledere der man skulle transportere relativt små mengder elektrisk energi, benyttet man som regel en leder. I kabler der større mengder energi skal transporteres, benytter man flere (mange) tråder tvinnet sammen til en tykkere kabel. Det blir gjort på for at kabelen skal være fleksibel og bøyelig. Wires of copper or aluminum were used as electrical conductors. In conductors where relatively small amounts of electrical energy were to be transported, a conductor was usually used. In cables where larger amounts of energy are to be transported, several (many) wires are used twisted together to form a thicker cable. Care is taken to ensure that the cable is flexible and bendable.

Etter hvert ble det behov for å overføre stadig større mengder energi i isolerte kabler. Dette var båd lavspent, det vil si spenning under 1000 volt og høgspent, det vil si over 1000 volt. Gradually, there was a need to transmit ever greater amounts of energy in insulated cables. This was both low voltage, i.e. voltage below 1000 volts and high voltage, i.e. above 1000 volts.

I prinsippet ble kablene bygget opp på samme måten som tidligere, ved at mange relativt tynne ledere ble tvinnet sammen til tykkere ledninger av kobber eller aluminium, som der etter ble isolert med ulike typer isolerende materiale, for eksempel kunststoff. In principle, the cables were built up in the same way as before, in that many relatively thin conductors were twisted together into thicker wires of copper or aluminium, which were then insulated with different types of insulating material, for example plastic.

Fordelen med dette er at man får fleksible kabler som lett lar seg bøye. Dette muliggjør på en enkel måte å rulle kablene inn på store tromler for transport og senere legging i jordgrøfter eller på havbunnen. The advantage of this is that you get flexible cables that can be bent easily. This makes it possible to easily roll the cables onto large drums for transport and later laying in earthen trenches or on the seabed.

Ulempen er at kablene blir relativt dyre og de vil alltid ha en begrenset kapasitet. Kabler er cirka 10 ganger dyrere enn luftlinjer. The disadvantage is that the cables will be relatively expensive and they will always have a limited capacity. Cables are approximately 10 times more expensive than overhead lines.

Utviklingen av fornybar energi og spesielt «offshore wind», har gjort det nødvendig å kunne transportere store mengder elektrisk energi over svært store avstander. The development of renewable energy and especially "offshore wind" has made it necessary to be able to transport large amounts of electrical energy over very long distances.

I praksis har det synt seg at med dagens konvensjonelle strømkabler, er det ikke mulig å transportere så store mengder energi så langt som det nå er behov for, uavhengig av om det er vekselstrøm (AC) eller likestrøm (DC) som er transformert opp til svært høye spenningsnivå. In practice, it has appeared that with today's conventional power cables, it is not possible to transport such large amounts of energy as far as is now needed, regardless of whether it is alternating current (AC) or direct current (DC) that has been transformed up to very high voltage levels.

Ny teknologi: New technology:

Denne patentsøknaden omhandler som tidligere sagt en helt ny type likestrøms kabler designet for kunne overføre enormt store mengder HVDC elektrisk energi over lange avstander. Kablene er såkalte «en- ledere», der to kabler med en viss innbyrdes avstand blir lagt ut samtidig. As previously stated, this patent application concerns a completely new type of direct current cables designed to be able to transmit enormous amounts of HVDC electrical energy over long distances. The cables are so-called "single conductors", where two cables with a certain distance from each other are laid out at the same time.

Kabelens oppbygning; The structure of the cable;

En en-leder kabel er bygget opp med en massiv kjerne av aluminium. Rundt aluminiums kjerne er et tym lag med halvleder. Dette kan være for eksempel en blending av sot og polyuretan. A single-conductor cable is built up with a massive aluminum core. Around the aluminum core is a thin layer of semiconductor. This could be, for example, a blend of soot and polyurethane.

Uten på dette leget blir det lagt et strømisolerende sjikt av polyuretan. Deretter et nytt tynt lag med halvleder som også kan være en blanding av sot og polyuretan. Outside of this layer, a current-insulating layer of polyurethane is laid. Then another thin layer of semiconductor which can also be a mixture of carbon black and polyurethane.

Dersom kabelen skal ligge i sjøen vil det i de fleste tilfaller være aktuelt å legge et beskyttende lag utenpå det strømisolerende laget med halvledere. Dette laget skal både beskytte de andre lagene og samtidig gi kabelen oppdrift i siden. Dette laget kan være av for eksempel Ekspandert Polyester (EPS) Helt ytterst kan vil det være formålstjenlig å legge et lag Polyurea eller noe tilsvarende. If the cable is to lie in the sea, it will in most cases be appropriate to lay a protective layer on top of the current-insulating layer with semiconductors. This layer should both protect the other layers and at the same time give the cable lateral buoyancy. This layer can be of, for example, Expanded Polyester (EPS). At the very end, it may be appropriate to add a layer of Polyurea or something similar.

. Dette blir gjort for å beskytte EPS laget for mekanisk påkjenning men også for å hindre venninntrenging i EPS-laget Polyurea-laget vil også beskytte kabelen ved utlegging i sjøen fra et fartøy. . This is done to protect the EPS layer from mechanical stress but also to prevent friend penetration into the EPS layer. The polyurea layer will also protect the cable when laid out in the sea from a vessel.

Produksjonen eg leggingen av kablene kan gjøres på flere forskjellige måter, i denne patentsøknaden skal vi vise 4 ulike eksempler. The production and laying of the cables can be done in several different ways, in this patent application we will show 4 different examples.

Eksempel 1 Example 1

I dette eksemplet blir to parallelle kabler produsert fortløpende og lagt ut i sjøen og spylt ned i bunnsedimentet. Det blir også lagt ut avgrelninger for senere tilkopling til kablene. In this example, two parallel cables are produced continuously and laid out in the sea and washed down into the bottom sediment. Demarcations are also laid out for later connection to the cables.

For å kunne gjennomføre en slik operasjon kreves det et stort skip, det v sl et kabelproduksjonsskip med mye teknisk utstyr. Aluminiums- lederne, som vil være runde bolter av aluminium, blir produsert på aluminiumsverk og fortløpende skipet ut til kabelproduksjonsskipet og lastet om bord på dette og lagret på en dertil egnet plass 1 skipet. To be able to carry out such an operation, a large ship is required, namely a cable production ship with a lot of technical equipment. The aluminum conductors, which will be round bolts of aluminium, are produced at an aluminum works and subsequently shipped out to the cable production ship and loaded on board this and stored in a suitable place on the ship.

I dette eksemplet bruker vi aluminiums bolter som har en diameter på 400 mm og en lengde på 25 000 mm. In this example, we use aluminum bolts that have a diameter of 400 mm and a length of 25,000 mm.

Når man skal starte produksjon og legging av en silk kabel, vil det i de fleste tilfaller væra mest praktisk å starte vad land. Kabelproduksjonsskipet bakker så nærme land som det er praktisk mulig før produksjonen starter. When starting the production and laying of a silk cable, it will in most cases be most practical to start with wad land. The cable production vessel backs up as close to shore as is practically possible before production begins.

Produksjonen vil kunne skje på følgende måte; The production will be able to take place in the following way;

En innvendig kran, gjerne en traverskran, griper fatt i an sluminiums-bolt og anbringer den i en rotasjonsbenk. Der etter blir det hentet en ny aluminiums-bolt og anbrakt i den andre rotasjonsbenken. Det er to helt like parallelle produksjonslinjer. An internal crane, preferably a traverse crane, grips a sluminium bolt and places it in a rotary bench. After that, a new aluminum bolt is retrieved and placed in the second rotary bench. There are two completely identical parallel production lines.

De to boltene blir deretter trukket en lengde bakover i skipet, i vårt eksempel vil det si 25000 mm. Boltene blir deretter skrudd fast, slik at de ikke kan rotere rundt sin egen aksa, The two bolts are then pulled a length backwards in the ship, in our example this would mean 25000 mm. The bolts are then screwed down so that they cannot rotate around their own axis,

To nye aluminiums-bolter blir deretter hentet på lageret og anbrakt i rotasjonsbenken. De blir deretter med stor kraft trykket og rotert mot de to aluminiums-boltene som er fastskudd. Det som da skjer er st aluminiums-boltene meget hurtig blir friksjonssvelset sammen til en bolt. Two new aluminum bolts are then retrieved from the warehouse and placed in the rotary bench. They are then pressed with great force and rotated against the two aluminum bolts which are fixed. What then happens is that the st aluminum bolts very quickly become friction welded together into a bolt.

Boltene blir så trukket videre bakover 25000 mm. Samtidig blir friksjonssveisen kjølt hurtig ned. Dette kan for eksempel skje ved hjelp av gass eller sterk underkjølt væske. Friksjonssveisen blir også slipt, slik at den danner en helt glatt overflate og skjøten ikke er mulig å se. The bolts are then pulled further back 25,000 mm. At the same time, the friction weld is cooled down quickly. This can, for example, be done with the help of gas or strongly supercooled liquid. The friction weld is also ground, so that it forms a completely smooth surface and the joint cannot be seen.

Flere kraftige bremshjul griper også rundt aluminiums-bolten. Disse hjulene skai holde igjen kablene når skipet kommer ut på dypt vann, i oppstarten vil de ikke benytte sin bremseeffekt. Several powerful brake wheels also grip around the aluminum bolt. These wheels must hold the cables when the ship comes out into deep water, they will not use their braking effect during start-up.

Nye aluminiums-bolter blir hentet fra lageret og anbrakt i rotasjonsbenkene etter hvert som aluminiums-kablene blir trukket bakover. New aluminum bolts are taken from the warehouse and placed in the rotary tables as the aluminum cables are pulled backwards.

På de neste 25 meterne bakover blir aluminiums-boltene sprayet med et tynt lag halvleder-stoff. Dette kan for eksempel bestå av polyuretan blandet med sot. On the next 25 meters backwards, the aluminum bolts are sprayed with a thin layer of semiconductor material. This can, for example, consist of polyurethane mixed with soot.

Der etter blir kablene påført et lag med strømisolerende stoff. Det mest hensiktsmessige vil være å benytte polyuretan som blir påført i en tykkelse på 50 mm. Dette blir ekstrudert på fortløpende. The cables are then coated with a layer of electrically insulating material. The most appropriate thing would be to use polyurethane which is applied in a thickness of 50 mm. This is continuously extruded.

Polyuretan blir så meget hurtig kjølt ned slik at den får sin naturlige hardhet og deretter blir det på nytt sprøytet på et tynt lag halvleder. Polyurethane is then cooled down very quickly so that it acquires its natural hardness and then it is re-sprayed onto a thin layer of semiconductor.

Den neste prosessen er å påføre kablene et beskyttende lag som også gir kablene oppdrift i sjøen. Dette laget kan besta av Ekspander Polyester (EPS). Tykkelsen på dette laget vil måtte variere i forhold til dybden der kablene skal legges. Til dypere sjøen er, til tykkere må dette laget være. The next process is to apply a protective layer to the cables which also gives the cables buoyancy in the sea. This layer can consist of Expanded Polyester (EPS). The thickness of this layer will have to vary in relation to the depth where the cables are to be laid. The deeper the sea, the thicker this layer must be.

Kablene vil bli svært tunge og på store dyp vil deres vekt bli uhåndterlig under utlegging, dersom de ikke er blitt gitt oppdrift. The cables will be very heavy and at great depths their weight will become unmanageable during laying, if they have not been given buoyancy.

Ulempen med å påføre kablene et slikt lag er at dette laget vil ha meget god termisk isolasjon, noe som vil kunne redusere aluminiums-boltenes ledekapasitet. Dette kan man løse ved å legge dette sjiktet på lagvis, for eksempel 50 cm med EPS og 50 cm uten EPS. The disadvantage of applying such a layer to the cables is that this layer will have very good thermal insulation, which could reduce the aluminum bolts' conducting capacity. This can be solved by laying this layer in layers, for example 50 cm with EPS and 50 cm without EPS.

Man kan også tenke seg at man benytter EPS med lav trykk-fasthet, slik at sjøvann på grunn av det store trykket på sjøbunnen vil relativt hurtig trenge inn i og gjennom EPS-laget og på den måten kjøl ned aluminiums-boltene. One can also imagine using EPS with low compressive strength, so that due to the great pressure on the seabed, seawater will relatively quickly penetrate into and through the EPS layer and in that way cool down the aluminum bolts.

Helt til slutt i denne prosessen kan det være aktuelt å påføre EPS laget et tynt beskyttende lag, for eksempel Polyurea som skal beskytte EPS laget og hindre vanninntrenging. Men der man benytter et EPS lag med lav strekkfasthet og der vanninntrenging i EPS laget er ønskelig på grunn av kjøleeffekten fra sjøvannet, vil det ikke være aktuelt å benytte for eksempel polyurea helt ytterst. At the very end of this process, it may be appropriate to apply a thin protective layer to the EPS layer, for example Polyurea, which will protect the EPS layer and prevent water penetration. But where an EPS layer with low tensile strength is used and where water penetration into the EPS layer is desirable due to the cooling effect from the seawater, it will not be relevant to use, for example, polyurea at the very end.

Når aluminiumskablene har blitt påfør det ønskelige antall isolerende og beskyttende lag, blir det til slutt montert stag mellom de to kablene, for å holde avstanden mellom dem konstant. Disse stagene kan for eksempel monteres med 25 meters mellomrom. Stagene kan besta av for eksempel aluminium eller av ulike former for kunststoff. When the aluminum cables have been applied the desired number of insulating and protective layers, braces are finally mounted between the two cables, to keep the distance between them constant. These struts can, for example, be mounted at 25 meter intervals. The struts can consist of, for example, aluminum or various forms of plastic.

Når alt dette er blitt gjort, blir de to isolerte og beskyttede aluminiums-kablene forsiktig sluppet ut i sjøen bak skipet. De kraftige bremsehjulene sørger for at de to kablene på en kontrollert måte blir sluppet ut i sjøen. When all this has been done, the two insulated and protected aluminum cables are carefully released into the sea behind the ship. The powerful brake wheels ensure that the two cables are released into the sea in a controlled manner.

Bak kabelproduksjonsskipet henger det en undervannsdrone (ROV) på slep. Denne dronen ligger o de to kablene, når kablene er på plass på bunnen. Dronen er utstyrt med kraftige elektriske dyser, som med stor kraft spyler vann ned mot de to kablene, med den følge at kablene blir spylt ned i bunnsedimentet og dekket med mudder/slam. De vil da ikke risikere å bli hektet fast av for eksempel bunntrål. Behind the cable production ship hangs an underwater drone (ROV) in tow. This drone lies on the two cables, when the cables are in place on the bottom. The drone is equipped with powerful electric nozzles, which with great force flush water down towards the two cables, with the result that the cables are flushed into the bottom sediment and covered with mud/sludge. They will then not risk being hooked by bottom trawls, for example.

Når det blir lagt kabler med denne kapasiteten vil det være ønskelig å ha tilkoblingspunkt på kablen for fremtidig bruk. Bruks steder som man gjerne ikke har oversikt over når kablene blir lagt. Dette må være enkelt og kunne gjøres på en rask måte. Det kan løses på følgende måte: When cables with this capacity are laid, it will be desirable to have a connection point on the cable for future use. Used in places where you don't have an overview of when the cables are laid. This must be simple and can be done quickly. It can be solved in the following way:

Når man legger på det beskyttende oppdriftslaget av for eksempel EPS, lar man en kort del av de to kablene være uten dette beskyttende laget. When you put on the protective buoyancy layer of, for example, EPS, you leave a short part of the two cables without this protective layer.

Man fjerner der etter et lite stykke av det strømisolerende polyuretan-laget og halvleder-laget, slik at men kommer inn på aluminiums-boltene. Der etter blir det skrudd fast en aluminiums klemme på hver bolt. Til disse klemmene blir det så festet to konvensjonelle dynamiske likestrøms kabler. En beskyttelseskasse blir deretter anbrakt over de to store kablene. Det vil si kablene går gjennom kassen og de to konvensjonelle dynamiske kablene blir ført ut i to hull mellom de store kablene i retning fremover på skipet. Det isolerende polyuretan-laget og halvlederlagene blir deretter repar rundt i to klemmene. Til slutt blir hele kassen fylt med polyuretan. Kassen følger deretter de to kablene ned i sjøen og ned på bunnen. You then remove a small piece of the current-insulating polyurethane layer and the semiconductor layer, so that you get onto the aluminum bolts. After that, an aluminum clamp is screwed onto each bolt. Two conventional dynamic direct current cables are then attached to these clamps. A protective box is then placed over the two large cables. That is, the cables go through the box and the two conventional dynamic cables are led out into two holes between the large cables in the forward direction of the ship. The insulating polyurethane layer and the semiconductor layers are then repaired around the two clamps. Finally, the entire box is filled with polyurethane. The box then follows the two cables into the sea and down to the bottom.

De to dynamiske kablene blir matet ut og med visse mellomrom festet mellom de to store kablene. Lengden på de dynamiske kablene blir tilpasset sjø-dybden der de blir lagt ut. Disse kablene blir så p en forsvarlig måte isolert i endene før de slippes ut i sjøen. The two dynamic cables are fed out and fixed at certain intervals between the two large cables. The length of the dynamic cables is adapted to the sea depth where they are laid out. These cables are then properly insulated at the ends before they are released into the sea.

På denne måten kan vi lage en rekke tilkoblingspunkter på de store hoved-kablene som det vil være enkelt å koble seg på senere. Man kan enkelt gå ned med for eksempel en ROV, ta tak i de to ende på de konvensjonelle dynamiske kablene og dra de opp til sjøens overflate og opp på en flyende bunnfast omformer-plattform. Kapasiteten på disse kablene vil typisk kunne være 3 GW. In this way, we can create a number of connection points on the large main cables that will be easy to connect later. One can easily go down with, for example, an ROV, grab the two ends of the conventional dynamic cables and pull them up to the surface of the sea and onto a flying bottom-fixed converter platform. The capacity of these cables will typically be 3 GW.

Når det blir lagt ut en kabel som beskrevet i denne patentsøknaden, med en kapasitet på mange titalls GW, vil det være utfordrende og svært lite ønskelig å stenge ned strømmen på en slik kabel. En kabel som i teorien vil kunne forsyne nesten halv Europa med elektrisk energi. Det er derfor viktig å utvikle systemer og løsninger som gjør at man kan koble inn nye tilkoblingspunkt uten å måtte bryte strømmen i hoved-kabelen. When a cable is laid out as described in this patent application, with a capacity of many tens of GW, it will be challenging and very undesirable to shut down the current on such a cable. A cable which, in theory, will be able to supply almost half of Europe with electrical energy. It is therefore important to develop systems and solutions that enable new connection points to be connected without having to interrupt the current in the main cable.

Dette kan gjøres på følgende måte: This can be done in the following way:

De to isolerte endene som blir tatt opp på en plattform er designet på følgende måte: På hvert endestykke er det krypet på et aluminiums rør over hver leder før disse blir påført et isolerende lag av polyuretan. The two insulated ends that are taken up on a platform are designed in the following way: On each end piece, an aluminum tube is crawled over each conductor before an insulating layer of polyurethane is applied to these.

Når de isolerte endene blir tatt opp på en plattform, blir de anbrakt i en benk og skrudd fast. Man tilfører deretter varme, slik at polyuretan på de to aluminiums rørene smelter. When the insulated ends are taken up on a platform, they are placed in a bench and screwed. Heat is then added, so that the polyurethane on the two aluminum tubes melts.

På plattformen er det to tilsvarende kabler som de som ble tatt opp av sjøen. Disse kablene er tilkoblet hver sin bryter. Bryterne er åpne, det vil si at de to kablene er frakoblet/isolert. På de to andre endene på disse kablene er det to aluminiums-rør. Den innvendige diameteren på disse røre er litt mindre enn den utvendige diameteren på rørene som er festet til de dynamiske kablene som ble tatt opp av sjøen. Det som videre skjer er at rørene som er festet til kablene på plattform blir varmet opp, slik at de utvider seg. De blir deretter koblet sammen med rørene fra de dynamiske kablene fra sjøen og kjølt ned. Rørene vil nå bli krympet sammen og man vil få en meget god elektrisk forbindelse. Når man nå lukker bryteren vil plattformen med omkringliggende vindkraftverk, kunne lever strøm til hoved-kabelen uten at man har måttet stenge ned denne. On the platform there are two similar cables to those that were taken up from the sea. These cables are connected to a separate switch. The switches are open, i.e. the two cables are disconnected/insulated. On the other two ends of these cables are two aluminum tubes. The internal diameter of these pipes is slightly smaller than the external diameter of the pipes attached to the dynamic cables that were taken up from the sea. What happens next is that the pipes attached to the cables on the platform are heated, so that they expand. They are then connected with the pipes from the dynamic cables from the sea and cooled down. The pipes will now be crimped together and you will get a very good electrical connection. When you now close the switch, the platform with surrounding wind turbines will be able to supply power to the main cable without having to shut it down.

Eksempel 2 Example 2

I dette eksemplet blir kablene prefabrikkert på land før de skipes ut til det kabelleggingsskipet. Med prefabrikkering mener man at hver aluminiums-bolt, som også i dette eksemplet har en diameter på 400mm og en lengde på 25000 mm, først blir påført et tynt lag halvleder, som kan være polyuretan blandet med sot. Der etter et 50 mm strømisolerende lag av polyuretan og så et nytt tynt halvledersjikt bestående av for eksempel polyuretan og sot. In this example, the cables are prefabricated on land before being shipped out to the cable-laying vessel. Prefabrication means that each aluminum bolt, which also in this example has a diameter of 400 mm and a length of 25,000 mm, is first applied with a thin layer of semiconductor, which can be polyurethane mixed with carbon black. There after a 50 mm current-insulating layer of polyurethane and then a new thin semiconductor layer consisting of, for example, polyurethane and soot.

Der etter blir boltene påført et beskyttende oppdriftslag av for eksempel EPS og til slutt blir kablene sprayet med et tynt lag polyurea. After that, the bolts are applied with a protective buoyancy layer of, for example, EPS and finally the cables are sprayed with a thin layer of polyurea.

I hver ende av hver aluminiums-bolt blir det ikke påført noe sjikt i det hele tatt. Disse endene kan for eksempel ha en lengde på 1500 mm. Hver aluminiums-bolt er på den måten dekket med halvleder, strømisolerende lag, beskyttende lag som har en lengde på 23000 mm. At each end of each aluminum bolt, no layer is applied at all. These ends can, for example, have a length of 1500 mm. Each aluminum bolt is thus covered with a semiconductor, current-insulating layer, protective layer that has a length of 23,000 mm.

De prefabrikkerte aluminiums-boltene blir deretter fortløpende transportert ut til et kabelleggingsskip. The prefabricated aluminum bolts are then continuously transported out to a cable-laying ship.

På kabelleggingsskipet blir nå aluminiums-boltene fortløpende friksjonssveiset sammen til to lange kabler på samme måte som i eksempel 1. On the cable-laying ship, the aluminum bolts are now continuously friction-welded together into two long cables in the same way as in example 1.

De uisolerte skjøtene mellom aluminiums-boltene, der de ble friksjonssveiset sammen blir så pusset og påført halvledere og polyetylen som strømisolerende sjikt. The uninsulated joints between the aluminum bolts, where they were friction welded together, are then sanded and applied with semiconductors and polyethylene as an insulating layer.

I dette tilfelle vil det være hensiktsmessig å ha en beskyttende kasse som dekker hele det uisolert område, som i vårt tilfelle har en lengde på 3000 mm og der polyetylen blir sprøytet/ekstrudert inn fra undersiden av den beskyttende kassen og tilslutt presset ut i hull på oversiden av kassen, slik av man er garantert at det ikke oppstår luftbobler i isolasjonen. In this case, it would be appropriate to have a protective box that covers the entire uninsulated area, which in our case has a length of 3000 mm and where polyethylene is injected/extruded from the underside of the protective box and finally pressed out into holes on the upper side of the box, so it is guaranteed that no air bubbles form in the insulation.

I dette tilfelle må også bremsehjulene eller rettere sagt holdesystemet som hindrer at kablene sklir ukontrollert ut i sjøen, utformes på en annen måte enn i eksempel 1. In this case, the brake wheels, or rather the holding system that prevents the cables from slipping out into the sea uncontrolled, must also be designed in a different way than in example 1.

Holdesystemet, det vil si en kraftig klemme, må ta fast i det uisolerte området på kabelen og følge den en lengde, det vil si 25000 mm bakover og så må et nytt holdesystem, altså en ny klemme, ta tak lengre fremme og holde igjen mens den første klemmen slipper taket. The holding system, i.e. a strong clamp, must take hold of the uninsulated area of the cable and follow it for a length, i.e. 25,000 mm backwards and then a new holding system, i.e. a new clamp, must take hold further forward and hold again while the first clamp releases the roof.

De andre operasjonene i dette eksemplet, vil skje på samme måte som i eksempel 1. The other operations in this example will take place in the same way as in example 1.

Eksempel 3 Example 3

I dette eksemplet blir kablene fullstendig prefabrikkerte på land på en måte tilsvarende gassrør blir i dag. In this example, the cables are completely prefabricated on land in a way similar to gas pipes today.

Det vil si aluminiums-boltene blir friksjonssveiset, påført havledersjikt, strømisolerende polyuretan sjikt og eventuelt beskyttende EPS-belegg. That is to say, the aluminum bolts are friction-welded, applied with a sea conductor layer, a current-insulating polyurethane layer and possibly a protective EPS coating.

Dette arbeidet blir gjort på et område tilsvarende de spolebasene vi har i dag. De prefabrikkerte kablene blir da laget i en lengde på for eksempel 1000 meter. This work will be done in an area corresponding to the coil bases we have today. The prefabricated cables are then made in a length of, for example, 1,000 metres.

Når tilstrekkelig mange kabler er laget, blir de hentet av spole-skip, som kan være tradisjonelle spoleskip, bygget for å legge ut gassrør. When a sufficient number of cables are made, they are picked up by spool ships, which may be traditional spool ships, built to lay gas pipes.

Disse skipene spoler nå de prefabrikkerte kablene om bord på sine spoler mens kablene fortløpend friksjons sveises ved at et kort stykke av en aluminiums-bolt hurtig roteres mens de to uisolert endene fra de lange kablene presses mot denne. These ships now wind the prefabricated cables on board onto their spools while the cables are continuously friction welded by rapidly rotating a short piece of an aluminum bolt while the two uninsulated ends from the long cables are pressed against it.

Når dette er gjort blir skjøtene pusset og det uisolerte området blir påført halvledersjikt og strømisolerende lag. When this is done, the joints are sanded and the uninsulated area is coated with a semiconductor layer and an insulating layer.

Det vil våre en fordel at disse spole-skipene har to tromler slik at de kan legge ut de to kablene parallelt. It would be an advantage for us that these spool ships have two drums so that they can lay out the two cables in parallel.

Spole-skipet går deretter ut til det aktuelle området og hurtig legger ut sin kabel-last. Men det vil måtte vente til et nytt spole-skip ankommer med en ny last ferdige kabler før det forlater området, siik at de lange kaiene kan sveises sammen. The spool ship then goes out to the area in question and quickly lays out its cable cargo. But it will have to wait for a new spool ship to arrive with a new load of finished cables before it leaves the area, so that the long quays can be welded together.

Eksempel 4 Example 4

Dette eksempel omhandler legging av kabler omtalt i denne patentsøknaden på land. Kabler av denne størrelse og med denne kapasitet vil nødvendigvis ha en relativt høy vekt. This example concerns the laying of cables mentioned in this patent application on land. Cables of this size and with this capacity will necessarily have a relatively high weight.

Det er derfor utfordrende å gjøre dette når man skal legge slike kabler i jord på land. Dett kan gjøres på følgende måte: It is therefore challenging to do this when laying such cables in the ground on land. This can be done in the following way:

Man må først lage et spesialdesignet kjøretøy, fortrinnsvis beltegående. Dersom man benytter aluminiums-bolter som har en legde tilsvarende de som er benyttet i denne patentsøknaden, det vil si 25000 mm, må dette kjøretøyet ha en lengde på litt i overkant av 50 meter. One must first create a specially designed vehicle, preferably a tracked vehicle. If one uses aluminum bolts that have a length corresponding to those used in this patent application, that is 25,000 mm, this vehicle must have a length of just over 50 metres.

Det vil her være fordelaktig å benytte prefabrikkert aluminiums-bolter tilsvarende de som er omtalt i eksempel 2. It would be advantageous here to use prefabricated aluminum bolts similar to those mentioned in example 2.

De prefabrikkerte aluminiums-boltene blir førts friksjonssveiset sammen. Det beltegående kjøretøyet kjører så et lite stykke fremover, slik at kablene blir dratt litt bakover på kjøretøyet. Dette kan være så langt som 25 meter slik at det er plass til to nye prefabrikkerte aluminiums-bolter forfriksjonssveising. Da vil man samstundes kunne pusse og isolere det uisolerte området, slik at prosessen går kontinuerlig. The prefabricated aluminum bolts are friction-welded together. The tracked vehicle then moves a short distance forward, so that the cables are pulled slightly to the rear of the vehicle. This can be as long as 25 meters so that there is room for two new prefabricated aluminum bolts for friction welding. Then you will be able to simultaneously plaster and insulate the uninsulated area, so that the process runs continuously.

Påføring av polyuretan, halvledere og eventuelt et beskyttende lag ytterst i de uisolerte skjøtene mellom boltene, kan skje ved at tankbiler som kjører på siden av grøten, kontinuerlig tilfører disse stoffene som vil være nødvendig for ekstruderingsprosessene. Application of polyurethane, semiconductors and possibly a protective layer at the outermost of the uninsulated joints between the bolts can be done by tankers driving on the side of the porridge, continuously supplying these substances which will be necessary for the extrusion processes.

Teststasjon på land Test station on land

Før det kan bygges en fullskala kabelproduksjonsskip som omtalt i Eksempel 1, vil det være nødvendig å bygge en fullskala teststasjon på land. Before a full-scale cable production ship can be built as discussed in Example 1, it will be necessary to build a full-scale test station on land.

Denne teststasjonen må være lik en av produksjonslinjene som skal være på kabelproduksjonsskipet og enden av den må munne ut i sjøen. This test station must be similar to one of the production lines that will be on the cable production ship and the end of it must open into the sea.

Når en testkabel blir produsert, blir den av et fartøy eller for eksempel en vinsj, dratt ut i sjøen. Men kabelen må gis kunstig oppdrift av for eksempel bøyer. When a test cable is produced, it is pulled out into the sea by a vessel or, for example, a winch. But the cable must be given artificial buoyancy by, for example, buoys.

Ved å variere pådraget fra fartøyet/vinsjen vil man også kunne simulere ulike dybder som kabelen skal legges på. By varying the pull from the vessel/winch, it will also be possible to simulate different depths at which the cable is to be laid.

Man vil også kunne teste ut teknologien med ulike spenninger på kabelen. You will also be able to test the technology with different voltages on the cable.

Praktisk eksempel Practical example

Det skal legges en tenkt HVDC kabel som beskrevet i denne patentsøknaden, fra Tyskland og opp til området utenfor Lofoten. Kabelen blir liggende på vestsiden av Norskerenna og den er omtrent 20 km lang. An imaginary HVDC cable is to be laid as described in this patent application, from Germany up to the area outside Lofoten. The cable will be laid on the west side of Norskerenna and it is approximately 20 km long.

Aluminiums kjerne i kabelen er 400 mm i diameter og det er et strømisolerende lag av Polyuretan som har en tykkelse på 50 mm. The aluminum core in the cable is 400 mm in diameter and there is a current insulating layer of Polyurethane that has a thickness of 50 mm.

Som et beskyttende lag utenpå det strømisolerende laget skal det legges et lag med Ekspandert Polyester med lav trykkfasthet. Dette laget har en tykkelse på ca. 100 mm, noe som gjør kablene neste vektløse når de kommer ned i sjøvannet. As a protective layer outside the current insulating layer, a layer of Expanded Polyester with low compressive strength must be laid. This layer has a thickness of approx. 100 mm, which makes the cables next to weightless when they enter the seawater.

Det er videre planlagt at for hver 50 km skal det legges ut grenkabler for senere tilkobling. Det blir her benytte dynamiske kabler, der også endestykkene er isolerte når de bli lagt ut og teknologien vi tillate at disse kablene kan tilkobles strømkilder uten at man må slå av strømmen på hoved kabelen. De dynamiske grenkablene har et potensial til å kunne transportere 3 GW pr kabel-par. Det vil si at de kan transportere strøm fra 30010 MW vindmøller når alle disse produserer for fullt. It is also planned that every 50 km, branch cables will be laid out for later connection. Dynamic cables will be used here, where the end pieces are also insulated when they are laid out and the technology we use allows these cables to be connected to power sources without having to switch off the power on the main cable. The dynamic branch cables have the potential to transport 3 GW per cable pair. This means that they can transport electricity from 30,010 MW wind turbines when all of these are producing at full capacity.

Grenkablene vil også kunne tilkobles oljeinstallasjoner Nordsjøen og Norskehavet og elektrifisere disse. The branch cables will also be able to connect oil installations in the North Sea and the Norwegian Sea and electrify these.

Hoved kabelen er designet for en UHVDC-spenning på 1200 KV og den vil kunne transportere kontinuerlig 63,4 GW. I kortere perioder, det vil si inntil 7 dager vil den kunne transportere opp mot 200 GW. The main cable is designed for a UHVDC voltage of 1200 KV and it will be able to continuously transport 63.4 GW. For shorter periods, i.e. up to 7 days, it will be able to transport up to 200 GW.

Ved en belastning på 100 GW vil overføringstapet bli ca. 0,4% At a load of 100 GW, the transmission loss will be approx. 0.4%

Det vil være mulig å koble til kabelen 6300 vindmøller med en kapasitet på 10 MW, når samtlige av disse går med maksimal belastning. I realiteten vil man enkelt kunne koble til kabelen 10 000 vindmøller med en kapasitet på 10 MW uten at kabelen blir overbelastet. It will be possible to connect 6,300 wind turbines with a capacity of 10 MW to the cable, when all of these are running at maximum load. In reality, it will be easy to connect 10,000 wind turbines with a capacity of 10 MW to the cable without the cable being overloaded.

Legging av kabelen starter i Tyskland. Kabelproduksjonsskipet starter produksjon og legging av de to parallelle kablene ve at det bakker så nærme kysten som mulig og kablene først blir dratt ut av skipet med vinsjer på land og ekstra flytebøyer som holder kablene flytende. På land blir koblet til et fordelingsanlegg som også kan konvertere likestrømmen til vekselstrøm eller helt eller delvis sende den videre som likestrøm. Laying of the cable starts in Germany. The cable production ship starts production and laying of the two parallel cables so that it backs as close to the coast as possible and the cables are first pulled out of the ship with winches on land and additional buoys that keep the cables afloat. On land, it is connected to a distribution system that can also convert direct current to alternating current or send it on as direct current in whole or in part.

Kabelproduksjonsskipet starter så ordinær produksjon og legging av kablene. Kablene blir fortløpende friksjonssveiset sammen til lange kabler og der etter i en kontinuerlig produksjon påført halvlederlag, strømisolerende lag og beskyttende oppdriftslag. The cable production ship then starts ordinary production and laying of the cables. The cables are continuously friction-welded together into long cables and then in continuous production applied semiconductor layers, current insulating layers and protective buoyancy layers.

Skipet har et stort lager av aluminiums-bolter lagret mellom produksjonslinjene og bustaddelen på skipet. Dette lageret har plass til ca.4000 aluminiums-bolter som har en lengde på 25 meter. Disse boltene blir produsert på et aluminiumsverk i Norge og kontinuerlig skipet ut til kabelproduksjonsskipet med lastebåter. Det er stipulert med at skipet skal produsere og legge i overkant av 2 km kabel pr dag og lageret vil da vare i 30 dagers produksjon. The ship has a large stock of aluminum bolts stored between the production lines and the living quarters of the ship. This warehouse has space for approx. 4,000 aluminum bolts that have a length of 25 metres. These bolts are produced at an aluminum plant in Norway and continuously shipped out to the cable production ship with cargo boats. It is stipulated that the ship will produce and lay in excess of 2 km of cable per day and the warehouse will then last for 30 days of production.

Råstoff til produksjon av polyuretan, halvledere og Ekspander Polyester blir lagret i store tanker under produksjonslinjen og etterfylt ved behov av kjemikalietankere. Raw materials for the production of polyurethane, semiconductors and Expander Polyester are stored in large tanks below the production line and replenished when needed by chemical tankers.

Etter hvert som kablene legges, blir de spylt ned i mudderet på sjøbunnen av en undervannsdrone som blir slept etter kabelproduksjonsskipet. As the cables are laid, they are flushed into the mud on the seabed by an underwater drone that is towed behind the cable production ship.

Arbeidet med å legge den 2000 km er stipulert til å ta 3 år. The work to lay the 2,000 km is stipulated to take 3 years.

Claims

Patent claims

1.

Production and laying of a new type of HVDC cables according to the invention, CHARACTERIZED by a self-propelled vessel establishing two equally parallel production lines, where round bolts of a current-conducting metal are continuously friction-welded into continuous bolts and then applied in a continuous process a semiconductor layer, a current-insulating layer, a new semiconductor layer and a protective layer which will also give the two cables buoyancy in the sea. Finally, the cables can be guided through a protective layer, before the cables are released into the sea in a continuous and controlled manner.

2

Production and laying of new type of HVDC cables according to the invention claim 1, CHARACTERIZED by the two parallel cables being held back with powerful brake wheels that partially enclose the current-conducting bolts after they are friction welded, but before they are applied to the first layer of semiconductor. These brake wheels will then ensure that the cables are held and released into the sea in a controlled manner as the ship moves forward.

3

Production and laying of new type of HVDC cables according to the invention claims 1 and 2, CHARACTERIZED by the fact that the current-carrying bolts are made of aluminium.

4

Production and laying of new type of HVDC cables according to the invention claims 1,2 and 3, CHARACTERIZED in that two smaller insulated dynamic cables are connected to the two cables, where the ends of these cables are also insulated and where these cables are laid out at the same time as the laying of the two main cables and is placed on top of the main cables and where the length of these cables is adapted to the depth of the sea at the relevant location.

5

Production and laying of new type of HVDC cables according to the invention claims 1,2,3 and 4 CHARACTERIZED in that after a semiconductor layer, a current insulating layer and a semiconductor layer have been applied to the cables, a layer of Expanded Polyester with low compressive strength is applied to the cables. This layer will give the cables buoyancy in the sea during laying, but after a short time this layer will attract sea water and with it lose its buoyancy in the sea and its thermal insulation.

6

Production and laying of new type of HVDC cables according to the invention claims 1,2,3,4,5 and 6 CHARACTERIZED in that cables consisting of a core of round aluminum bolts which are friction-welded together to form long stays and an insulating layer consisting of first a semiconductor layer of Polyurethane and carbon black and then a layer of extruded Polyurethane and on top of this a new layer of semiconductor consisting of Polyurethane and carbon black and finally a protective buoyancy layer consisting of Expander Polyester with low compressive strength which will quickly attract sea water.

The Expanded Polyester layer will also preferably have a protective layer of, for example, Polyurea applied to the underside to protect the Expanded Polyester from mechanical damage during the laying of the cables.

7

Production and laying of new type of HVDC cables according to the invention CHARACTERIZED in that current-conducting bolts, preferably of aluminium, in a suitable location, for example a production location on land, are applied with a semiconductor layer, a current-insulating layer, a new semiconductor layer and a protective buoyancy layer of for example EPS. The two ends of the current-conducting bolt of a certain length are not covered by any of these layers.

The bolts are then transported out to a cable production ship, where the bolts are friction-welded together and the joints are cooled, ground and applied with a marine conductor layer, a current insulating layer, a new semiconductor layer and finally a protective buoyancy layer, if any, before being released into the sea behind the ship in the same way as mentioned in claim 1.