离岸装置、连接设备以及用于提供离岸电连接的方法与流程

本发明涉及特别是风电场的离岸装置、用于连接离岸电缆的连接设备以及用于提供离岸电连接的方法。

背景技术：

风电场可离岸设置，并且可包括多个风力涡轮机。然而，超过大约40米的水深可能需要使用系泊到海床的浮动基座，其中，该浮动基座可完全或部分地浸没（半浸没）。可重达数百吨的重型浮动基座可能相对稳定。然而，这些浮动基座可能被放置在非常动态的海洋环境中，并且根据由于风的影响而引起的浮动基座移动的类型，可能发生涌浪和大浪。特别地，处于不同深度处的洋流移动例如可能会在连接到该结构的电力电缆上施加重负载，即使其从平台部署的深度低于波浪的影响。该电缆必须能够适应来自海洋的所有移动和负载，以及其自身的重量。

尤其是与浮动基座（例如，用于风力涡轮机）或处于浮动基座之间的电缆连接可能相当昂贵，这是由于因浮动基座和电缆自身的自然移动而需要坚固的柔性电缆（非刚性电缆）。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供改进的离岸装置和/或连接设备和/或用于提供离岸电连接的方法。

因此，提供了一种离岸装置，特别是离岸风电场。该离岸装置包括第一分站、第二分站、电连接到该第一分站的第一连接电缆、电连接到该第二分站的第二连接电缆以及电连接该第一电缆和该第二电缆的中间电缆，其中，该第一连接电缆和/或该第二连接电缆比该中间电缆更加柔性。

由于分站的移动，需要电缆的柔性。通常，不那么柔性的电缆比更加柔性的电缆便宜。因此，借助于部分地使用不那么柔性的电缆，可降低分站之间的电缆连接的成本，同时在需要时提供电缆的柔性。

例如，该离岸装置可包括至少10个、20个、50个、100个、150个或更多个分站。优选地，该分站包括浮动基座以及设置在该浮动基座上的风力涡轮机。“更加柔性”意味着与另一个电缆部分相比，具有相等长度的电缆部分需要较小的力来弯曲至相同的程度，特别是相同的半径。该第一连接电缆、第二连接电缆和中间电缆可包括单线（单芯）、三线（三芯电缆）或更多。特别地，该第一连接电缆、第二连接电缆和中间电缆被构造成传导由风力涡轮机产生的电力。

根据一个实施例，该离岸装置还包括连接设备，该连接设备具有将第一连接电缆或第二连接电缆连接到中间电缆的电连接以及围绕该电连接的气体的容积。

因此，可为该电连接提供干燥环境。特别地，该电连接包括该第一连接电缆或第二连接电缆和中间电缆可安装到的装置。优选地，该离岸装置包括至少4个、8个、12个、20个、40个、70个、100个、150个或200个连接设备以及被电连接的相应电缆。

根据另一实施例，该连接设备被浸没。

这具有如下优点，即：由于气体围绕该电连接，因此可保护该电连接免受恶劣的海水条件影响。因此，可增加连接的电缆的生命周期。特别地，该连接设备浸没在海平面以下至少10m、20m、30m、40m、50m。

该连接设备优选地被设计成在该连接设备被浸没时允许水进入到壳体中。然而，该壳体内的水位借助于（加压的）气体的容积来控制，以便保持在下方（即，保持远离该电连接）。

根据另一实施例，该连接设备具有壳体，该壳体围绕该电连接和该气体的容积，该壳体优选地包括第一开口和第二开口，其中，该第一连接电缆或该第二连接电缆穿过该第一开口，其中，该中间电缆穿过该第二开口，并且其中，该第一开口和/或该第二开口面向海床。

因此，当该连接设备被浸没时，气体的压力抵抗水。优选地，该壳体，特别是壳体部分，围绕用于该气体的容积和该电连接的内部空间。特别地，所述开口被流体连接到该内部空间。

优选地，该壳体为刚性结构，并且可由耐受周围环境的耐用材料制成，所述材料例如（镀层）钢和/或复合材料，例如包括玻璃纤维。优选地，该壳体可尺寸设定成当浸没在海平面以下时允许维修人员（潜水员）进入。特别地，该连接设备的浮力应足够大，以避免由于海流引起的过度移动。优选地，该壳体为一模块，当该电连接完成时，该电连接可被安装在该模块中。

根据另一实施例，该壳体包括钟形部分和/或具有该第一开口和该第二开口的底板。

优选地，该底板借助于特别是螺钉的连接装置来连接到该钟形部分。这具有可离岸组装该连接设备的优点。

根据另一实施例，该连接设备包括将该第一电缆或该第二电缆连接到该中间电缆的t形连接器。

因此，可使用标准部件，使得可降低成本并且可提高可用性。优选地，t形连接器被设置用于待电连接的每个导线对。

根据另一实施例，该离岸装置还包括锚固件，该锚固件连接到该连接设备，并且构造成使该连接设备保持浸没。

特别地，该锚固件可被固定到海床。优选地，该连接设备借助于柔性的连接装置来连接到该锚固件，所述柔性的连接装置例如绳索、链条等。

根据另一实施例，该连接设备包括用于释放该气体的压力的阀。

这具有可避免超压的优点。特别地，该阀被流体连接到该内部空间。

根据另一实施例，该连接设备包括用于压力维持管线的接口，该压力维持管线可连接到用于提供气体的压缩机。

特别地，该压缩机可位于船舶上。因此，该内部空间内的压力可从船舶调适。优选地，该接口也可包括在该阀中。

根据另一实施例，该连接设备包括压力调整单元，其用于调整该气体的压力，特别是响应于该连接设备周围的水的压力变化（例如，当海平面上升或变得较低时）来调整。

因此，可避免压力下降或压力损失。该压力调整单元可包括容器，该容器填充有气体并且构造成将气体释放到该内部空间中。特别地，该阀和该压力调整单元可被包含在一个部件中。优选地，该接口也可包括在该压力调整单元中。

根据另一实施例，该离岸装置还包括布置在海床上的管道，其中，该中间电缆至少部分地穿过该管道延伸。

优选地，该管道被设置用于容纳中间电缆的电缆部分。特别地，该电缆部分可以是该电缆的最长部分。

根据另一实施例，该第一连接电缆或该第二连接电缆比该中间电缆包括更多的电缆线股。

优选地，由于电缆线股的量增加，可实现相应电缆的更大柔性。优选地，每个导线包括多个电缆线股。特别地，该第一连接电缆或第二连接电缆可包括为中间电缆的至少2倍、5倍、10倍、20倍或100倍的电缆线股。

此外，还提供了一种用于连接离岸电缆的连接设备。该连接设备被构造成提供将第一浸没的离岸电缆电连接到第二浸没的离岸电缆的电连接，并且构造成在该连接设备被浸没时围绕该电连接提供气体的容积。

该离岸装置的任何实施例和特征作必要的变更后适用于该连接设备的任何实施例和特征，并且反之亦然。

这具有如下优点，即：可保护浸没的不同电缆之间的电连接免受不利条件的影响。优选地，减少了用于提供长寿命的浸没式连接的工作量。该连接设备也可用于待长距离放置的相同类型的电缆，其中，此类电缆的生产和运输对电缆部段长度设置了限制。通过避免使用更昂贵的海底接头，电缆的更换也可更具成本效益地完成。

因此，该概念也可被用于将用于电气中途补偿的具成本效益的补偿系统连接到从锚固块悬挂的反应器或电容器。这可使得能够使用非常长的hvac（高压交流电）输出电缆。该解决方案可在任何电压电平下应用，从现今的36kv（千伏特）的正常电平到最近的66kv以及未来的145kv阵列电压电平。特别地，该连接设备可用于400kv电平的较高输出电压电平。

通过使用浸没在水下的连接设备，可保护例如两个电缆之间的连接点免受周围的水影响。外部水的压力使气体保持被捕获在该连接设备内，同时气体防止水进入该连接设备。

特别地，该连接设备被构造成作为浮力构件，该浮力构件使电缆稳定以及使得能够轻微移动。

此外，还提供了一种用于提供离岸电连接的方法。该方法包括将第一电气电缆离岸电连接到第二电气电缆以提供电连接的步骤，该第二电气电缆比该第一电气电缆更加柔性。

该离岸装置的任何实施例和特征作必要的变更后适用于该方法，并且反之亦然。此外，该连接设备的任何实施例和特征作必要的变更后适用于该方法，并且反之亦然。

根据另一实施例，该电连接在浸没时被气体的容积围绕。

根据另一实施例，气体压力随着该电连接的浸没深度增加而增加。

特别地，压力维持管线被连接到该连接设备，特别是该内部空间，并且连接到船舶处的压缩机。该压缩机和该压力维持管线被构造成在该连接设备浸没期间将气体、特别是空气吹入到该连接设备中。优选地，该连接设备以及优选地该锚固件被浸没，特别是借助于起重机浸没。

优选地，该连接设备内的压力，特别是该内部空间内的压力，在降下该连接设备时被调整，使得基本上水不会进入该连接设备，特别是该内部空间。因此，当浸没时，该电连接仍被该气体的容积围绕。

优选地，该锚固件在该连接设备之前被降下。特别地，该连接设备可朝向该锚固件降下，直到到达连接装置以用于连接到该锚固件。特别地，该连接设备以测试压力来加压，该测试压力大于待维持的该连接设备内的压力。

本发明的其他可能的实施方式或替代方案还包括本文未明确提及的上文所述或下文关于实施例所述的特征的组合。本领域技术人员还可向本发明的最基本形式添加个别或孤立的方面和特征。

附图说明

结合附图，通过后续的描述和从属权利要求，本发明的其他实施例、特征和优点将变得显而易见，附图中：

图1示出了风力涡轮机的透视图；

图2示意性地示出了离岸装置；

图3示出了连接设备；

图4示意性地示出了用于提供离岸电连接的方法的方法步骤；

图5示意性地示出了用于提供离岸电连接的方法的另外的方法步骤；

图6示意性地示出了用于提供离岸电连接的方法的另外的方法步骤；以及

图7示意性地示出了该方法的框图。

在附图中，除非另有指示，否则相同的附图标记标示相同或功能上等同的元件。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机1。风力涡轮机1包括转子2，其连接到布置在机舱3内的发电机（未示出）。机舱3被布置在风力涡轮机1的塔架4的上端处。机舱3被可旋转地连接到塔架4。

转子2包括三个叶片5。叶片5直接或间接地连接到风力涡轮机1的轮毂6。这种类型的转子2可具有例如范围从30米至160米或甚至更大的直径。叶片5经受高的风荷载。同时，叶片5需要重量轻。由于这些原因，现代风力涡轮机1中的叶片5由纤维增强复合材料制成。其中，由于成本原因，玻璃纤维一般优于碳纤维是优选的。常常使用呈单向纤维垫（unidirectionalfibermat）形式的玻璃纤维。

图2示出了离岸装置7。离岸装置7可以是离岸风电场。该离岸装置包括分站8（也称为第一分站）和分站9（也称为第二分站）。例如，分站8包括部分地浸没的浮动基座10以及连接到该浮动基座10的风力涡轮机1。优选地，浮动基座10被系泊到海床12。例如，分站9包括：浮动基座11，其被系泊到海床12并且例如完全浸没；以及连接到该浮动基座11的风力涡轮机1。分站8、9可借助于绳索50来连接到海床12，该绳索50被固定到海床12或锚固件（未示出）。

可替代地，分站8、9中的至少一者可包括观测塔、变压器和/或转换器站（未示出）等，特别是代替风力涡轮机1。此外，分站8、9可以是相同的。

离岸装置7包括电连接到分站8的电缆13（也称为第一连接电缆）、电连接到分站9的电缆14（也称为第二连接电缆）以及电连接电缆13、14的电缆15（也称为中间电缆）。电缆13和/或电缆14可比电缆15更加柔性。这具有如下优点，即：柔性的电缆13、14可跟随分站8、9的移动，而不会特别是由于电缆13、14的耗尽而不时地损坏。电缆13、14、15可被设置为具有铅护套的铠装电缆。特别地，电缆13、14、15可被设置用于至少10kv、40kv、100kv、300kv或500kv，例如用于45kv–275kv。例如，电缆13、14可比电缆15包括更多的电缆线股，以便实现增加的柔性。特别地，电缆13和/或电缆14可包括为电缆15的至少2倍、5倍、10倍、20倍或100倍的电缆线股。

在分站8、9之间设置不那么柔性的电缆15可降低电缆铺设的成本。因此，至少对于分站8和分站9之间的距离d的50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、99%使用电缆15可能是有利的。例如，离岸装置7可包括至少10个、20个、50个、100个、150个或更多个分站8、9。

此外，设置连接设备16，其包括将电缆13连接到电缆15的电连接17以及围绕电连接17的气体的容积18。可选地，可设置将电缆14连接到电缆15的连接设备19。连接设备16、19可以是相同的。例如，电缆15的一个端部20被连接到连接17，并且电缆15的另一个端部21被连接到连接设备19。可替代地，另一个端部21可被直接连接到另一离岸平台（未示出）或岸上装置。

连接设备16、19被浸没。锚固件22、23（例如，由混凝土或钢制成）特别是借助于绳索24、25来连接到连接设备16、19。锚固件22、23被构造成使连接设备16、19保持浸没。锚固件22、23位于海床12上。海床12与海平面l之间的距离为h2。海床12与连接设备16之间的距离为h1，并且连接设备16与海平面l之间的距离为h3。特别地，距离h3为至少10m、20m、30m、40m、50m。

例如，电缆15的电缆部分26（参见虚线）位于海床12上。可选地，布置在海床12上的管道27被设置用于容纳电缆部分26。因此，电缆部分26伸出穿过管道27。因此，管道27被构造成保护电缆部分26免受外部影响。电缆部分26可以是电缆15的最长部分。

图3示出了特别是来自图2的连接设备16。连接设备16具有围绕电连接17和气体的容积18的壳体28。壳体28包括特别是钟形的部分29以及底板30，该底板30具有用于电缆13的开口31（也称为第一开口）和用于电缆15的开口32（也称为第二开口）。当连接设备16被浸没时，开口31和开口32面向海床12。

部分29收容连接设备16的内部空间33。气体被布置在内部空间33内。例如，水34可进入到内部空间33中。然而，连接设备16被构造成将水34保持在低液位（例如，40cm）。

一个端部35突出到内部空间33中。端部35借助于电连接17来电连接到端部20。例如，端部35包括三个导线36、37、38。同样，端部20也可包括三个导线39、40、41。特别地，连接设备16包括连接导线36和导线39的t形连接器42和/或连接导线37和导线40的t形连接器43和/或连接导线38和导线41的t形连接器44。

例如，导线36、37、38、39、40、41包括ac电力电缆、三相电力电缆和/或信号电缆和/或通信电缆。此外，端部20、35可包括连接到彼此的另外的导线（未示出）。每个导线36、37、38、39、40、41可包括多个电缆线股。特别地，所述导线或每个导线36、37、38、39、40、41可尺寸设定成用于至少10kv、40kv、100kv、300kv或500kv，例如用于45kv–275kv。

电缆13、15可借助于设置在开口31、32处的电缆固定件45、46来固定到底板30。可替代地，底板30可包括至少或正好两个、三个、四个、五个、六个或更多个开口（未示出），以用于待布线的相应电缆。底板30可借助于例如螺钉之类的连接装置47来固定到部分29。

优选地，连接设备16包括用于释放气体的压力的阀48。这具有可避免超压的优点。特别地，连接设备16包括用于调整气体的压力的压力调整单元49。因此，可避免压力下降或压力损失。外部水34的压力使气体保持被捕获在壳体28内，同时气体基本上防止水34进入壳体28，并且因此防止水34与电连接17接触。同时，连接设备16作为浮力构件，其将使系统稳定以及使得能够轻微移动。

连接设备16被构造成在船舶上离岸组装（参见图4-6）。此外，电缆13、15和/或导线36、37、38、39、40、41被构造成在船舶上离岸连接（参见图4-8）。所述气体可以是空气或另一种气体。连接设备16可包括压力传感器56，其构造成确定内部空间33或气体的容积18内的压力。优选地，连接设备16可包括另一传感器（未示出），其构造成确定内部空间33内的水位。

例如，为了具有尽可能简单且免维护的监测系统，可使用光学线（opticalwire）来监测该水位。特别地，可使用用于简单的非电气水位监测的光纤线。这具有如下优点，即：可省略从连接设备16到浮动基座10的附加的电信号电缆。光纤系统可基于如下概念，即：半透明光学杆中的光波可被用作非电液位测量结果。

优选地，为了控制内部空间33内的水位，必须维持一定大小的压力。该压力取决于周围的水压，并且因此，取决于距离h3。距离h3的量可被设置成使得船舶可在连接设备16上方自由地通过。

特别地，连接设备16还包括：一个或多个钩附接点59，其用于提升连接设备16（例如，从安装船舶51，参见图4）；以及用于锚固件22的一个或多个连接点60，该连接点60用于将连接设备16保持在固定位置。

连接设备16可包括用于连接到压力维持管线54（参见图6）的接口62，该压力维持管线54可连接到用于在该连接设备浸没时提供气体的压缩机55（参见图6）。

优选地，放置在海床12上的一个或多个锚固件22用于该目的。优选地，连接设备16包括连接到壳体28的永久回收管线（未示出）。这样的回收管线应优选地在重量上很重，并且足够长以避免被卷入船舶的推进齿轮中。

由于水34或空气可能随着时间的推移而进入/脱离内部空间33，因此连接设备16优选地还配备有入口58，以允许将附加的气体例如从服务船舶（未示出）泵送到内部空间33中。有利地，该设计可具有不涉及潜水员互动的类型，并且可通过从连接设备上方的服务船舶降下并且连接/释放的软管来完成（例如，类似于用于飞机的空中加油的原理）。

特别地，阀48和/或入口58和/或接口62可被设置为一个部件。

特别地，连接设备16可被表示为“潜水钟”。例如，连接设备16可用于离岸设施之间和/或离岸到岸上设施的离岸电缆（例如，电力电缆和/或通信电缆等）的任何连接。连接设备16被构造成连接待浸没的每种类型的电缆。电缆的这种浸没连接点需要广泛的（且昂贵的）保护，以承受它们所处的苛刻条件。

图4示意性地示出了用于提供离岸电连接53（参见图2）的方法的方法步骤s1、s2。特别地，在步骤s1中，具有连接设备16的船舶51被设置在分站8、9附近。在步骤s2中，电缆15（也称为第一电气电缆）的端部20被设置在船舶51上。优选地，电缆13（也称为第二电气电缆）的端部35被布置在分站8、9上。

电缆13的另一个端部52被连接到分站8、9。可替代地，端部52也可在其已连接到端部20之后被连接到该分站。这例如可在连接设备16已被浸没（参见图6）之前或之后完成。可提供从海底12回收端部20的初始步骤。优选地，电缆13比电缆15更加柔性。

图5示意性地示出了用于提供离岸电连接53（参见图2）的方法的方法步骤s3、s4。优选地，在步骤s3中，端部35被传送到船舶51。特别地，在步骤s4中，电缆15被连接到电缆13，以提供电连接17。特别地，在另外的步骤中，这两个电缆13、15以及连接设备16如图2或图3中所示的船舶51上被连接和组装。

可替代地，从海床12首先回收端部35，并且之后回收端部20。

图6示意性地示出了另外的方法步骤s5-s11，其中，连接设备16、电连接17以及端部20、35被浸没。

特别地，在步骤s5中，压力维持管线54被连接到连接设备16，特别是内部空间33，并且连接到船舶51处的压缩机55。压缩机55和压力维持管线54被构造成在连接设备16浸没期间将气体、特别是空气推入到连接设备16中。优选地，在步骤s6中，连接设备16或连接53以及优选地锚固件22被浸没，特别是借助于起重机57来浸没。

优选地，在步骤s7中，连接设备16内的压力，特别是内部空间33内的压力，在降下连接设备16时被调整，使得基本上水不会进入连接设备16，特别是内部空间33。因此，当浸没时，电连接17仍被气体的容积18围绕。优选地，气体压力随着连接设备16的浸没深度增加而增加。

优选地，在步骤s8中，锚固件22在连接设备16之前被降下。特别地，连接设备16可朝向锚固件22降下，直到到达绳索24以用于连接到锚固件22。特别地，在步骤s9中，连接设备17以预压力来加压，该预压力大于待维持的连接设备内的压力。

优选地，在步骤s10中，当锚固件22搁置在海床12上并且连接设备16被放置在期望的距离h1（参见图2）处时，压力维持管线54和/或起重机57可从连接设备17断开并移除。在步骤s11中，可使电缆13、15通电。

可替代地，连接设备17也可最初被放置在期望的距离h1（或期望的位置）处。之后，可建立与压缩机55的连接。

图7示意性地示出了该方法的框图，其中图示了方法步骤s1-s11。

尽管已根据优选实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，在所有实施例中修改都是可能的。