用于安装近海设施的方法与流程

本发明涉及用于安装近海设施的方法。

背景技术：

诸如近海风力涡轮机的近海设施需要至另一近海或岸上设施的传输链，例如以用于传输生成的电力。为了提供该传输链，ep3086424a1提出了一种通过使用在多个近海位置之间（例如在风力涡轮机基座和/或变电站之间）的空管来安装电力线缆。在将空管安装到海床中或上方之后，电力线缆被插入到空管中。

电力线缆的主要部分位于水下或海床之下，并且因此被自动冷却。然而，在电力线缆的端部部分处，即它们附接到风力涡轮机或变电站且浮现在海平面上方处，线缆会没有被充分冷却。ep3066730a1建议将水填充到管内以便冷却电力线缆。此外，其中建议了水膨胀系统。水膨胀系统包括膨胀箱以便在管内的水升温并膨胀（特别是由于电力被传输通过线缆）时调节其附加体积。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种改进的用于安装近海设施的方法。

因此，提出了用于安装近海设施的方法。该方法包括以下步骤：

a）提供用于将近海设施与另一近海设施或岸上设施连接的管，

b）将电缆设置在管内部，

c）确定在海床处或上方的水平（level，或为“水平高度”），其中管包括设置在确定水平下方的第一部分和设置在确定水平上方的第二部分，并且其中电缆被设置在管内部以便沿着第一和第二部分而与管的内壁形成间隙，

d）确定冷却液体的量，使得

当冷却液体具有第一温度时，冷却液体沿着管的第一部分填充间隙，其中管的第二部分没有冷却液体，并且

当冷却液体冷却电缆且因此具有比第一温度更高的第二温度时，其从第一部分膨胀到第二部分中，从而沿着管的第一和第二部分填充间隙，并且

e）在管内部提供确定量的冷却液体。

当冷却液体具有第一温度并且仅沿着管的第一部分填充间隙而管的第二部分没有冷却液体时，不存在冷却液体在管的第二部分内例如冻结的风险。因此，避免损坏管和电缆。

此外，在第一温度处没有冷却液体的管的第二部分用作升温到第二温度的冷却液体的膨胀体积。因此，不需要附加的膨胀系统，诸如额外的膨胀箱。

所述近海设施和/或所述另一近海设施具体地包括建立在海床中的基座和至少部分地设置在海平面上方且被连接到基座的上部结构。

管具体地是长的柔性管。管例如可以是足够柔性以便缠绕在卷轴或滚筒上。管被用于引导并保护被插入到其中的电缆。管例如是由塑料、热塑性材料、聚乙烯和/或高密度聚乙烯制成。

提供管的步骤例如包括在所述近海设施和所述另一近海设施或岸上设施之间的海床中挖沟并且将电缆铺设到沟中。替代性地，通过将管铺设在海床上来提供该管。

管例如借助于将管从海平面处的船或者从海床车辆降低而被提供。管可以通过从船或者海床车辆供应卷起的管而被提供。

提供管可以进一步包括将管连接到所述近海设施、所述另一近海设施和/或所述岸上设施。通过将管连接到所述近海设施和/或所述另一近海设施的海平面上方的一部分，管可以被连接到所述近海设施和/或所述另一近海设施。近海设施在海平面上方的该部分例如是近海设施的基座或塔架的一部分。

电缆具体地是电力线缆。电缆具体地是用于传输由近海设施生成的能量的电力线缆。替代性地，电缆可以是电力供给线缆、数据传输线缆或类似物。

例如在管已经被连接到近海设施之后执行将电缆设置在管内部的步骤。通过将电缆插入到管的一端中并且将其拉动或推动到管的另一端，电缆具体地被设置在管内部。

管的第一部分和管的第二部分具体地彼此连续。管的第一部分具体地在长度方面构成管的主要部分，例如大于80%或90%。管的第二部分具体地包括管的端部部分（包括管的自由端部）。管例如包括两个第二部分，在管的每个端部部分处一个。第二部分的自由端部具体地被连接到近海设施。另一第二部分的另一自由端部具体地被连接到所述另一近海设施或所述岸上设施。

间隙优选地是环状间隙。

确定海床处或上方的水平的步骤具体地包括分析所述近海设施处的天气和环境条件。其例如包括确定所述近海设施处的环境温度。具体地，其包括确定所述近海设施处的外部空气温度和/或海水温度。具体地，其包括确定在近海设施处的年度环境温度分布和/或最小环境温度。此外，其能够包括确定所述近海设施处的海中的冰层的厚度和/或冷（冰）水层的厚度和深度。确定海床处或上方的水平具体地包括确定海床上方冰点的水平、海平面和/或海图零点（最低天文潮位）。

确定冷却液体的量的步骤例如包括根据第一温度、第二温度和冷却液体的密度来计算冷却液体的膨胀体积，并且/或者确定间隙的体积。确定量具体地是冷却液体的重量。

在第一温度处没有冷却液体的管的第二部分具体地被空气填充。

由于电缆的冷却且/或由于外部温度的增加，冷却液体从第一温度升温到第二温度。

在管内部提供确定量的冷却液体的步骤可以包括在管的一个或两个端部部分处密封该管。管例如在第二部分的自由端部处和/或在管的另一第二部分的另一自由端部处被密封。

根据实施例，所述水平是近海设施处的海平面、在近海设施下方的海床的水平或者在海平面和海床水平之间的水平。

当该水平是近海设施处的海平面时，冷却液体的量通过所述方法被确定，使得其在第一温度下仅填充处于海平面下方的管的第一部分。通过所述水平是海平面，该方法避免了在海水温度高于冻结温度的条件下管内的冷却液体冻结的风险。

当所述水平是近海设施下方的海床的水平时，冷却液体的量通过所述方法被确定，使得在第一温度下其仅填充海床水平下方的管的第一部分。通过所述水平是海床水平，该方法避免了在海水温度低于冻结温度的条件下（例如在冰水条件下）管内的冷却液体冻结的风险。

根据进一步实施例，所述水平是这样的水平，在该水平处或下方，管的外部温度高到足以使管的第一部分内部的冷却液体不冻结。

根据进一步实施例，在没有电力通过电缆传输的状态期间，冷却液体具有第一温度。

因此，在没有电力通过电缆传输的状态期间防止了管内的冷却液体冻结。

没有电力通过电缆传输的状态例如是近海设施不产生能量的状态。

根据进一步实施例，在电力通过电缆传输的状态期间，冷却液体具有第二温度。

例如由于冷却电力传输电缆，冷却液体的温度从第一温度上升到第二温度。由于冷却液体的温度上升，冷却液体在管内部膨胀。冷却液体膨胀的体积能够被管的第二部分容纳。具体地，不需要膨胀箱来容纳电缆的电力传输期间的膨胀的冷却液体。

电力通过电缆传输的状态例如是近海设施正产生高和/或最大能量的状态。

根据进一步实施例，通过将确定量的冷却液体填充到管中在步骤e)中，在管内部提供确定量的冷却液体。

冷却液体例如在第二部分的自由端部处被填充到管中。

根据进一步实施例，方法包括将比确定量的冷却液体更大的量填充到管中的步骤。通过从管排出过多量的冷却液体在步骤e)中，在管内部提供确定量的冷却液体。

当在步骤b)中将电缆设置在管内部时，比确定量的冷却液体更大的量例如被填充到管中。替代性地，在将电缆设置在管内部之后，更大的量的冷却液体可以被填充到管中。具体地，恰在从管排出过多量的冷却液体之前，在步骤e)中更大的量可以被填充到管中。

过多量是在更大的量和确定量之间的差。

更大的量的冷却液体具体地是在第一温度处完全地填充在管的第一和第二部分中的间隙的量。因此，更大的量可以通过填充满管来测量。

通过填充比确定量更大的量并排出过多量，能够更容易地提供确定量的冷却液体。这具体地是如下情况：更大的量可以简单地通过填充满管来测量并且过多量可能是比确定量小得多的量且因此更容易测量。

根据进一步实施例，通过借助于冷却液体推动电缆，在步骤b)中电缆被设置在管内部，从而将更大的量的冷却液体填充到管中。

冷却液体例如利用高压被填充到管中。

通过借助于通过管的冷却液体推动电缆将电缆设置在管内部允许使用冷却液体作为驱动力。在这种情况下，冷却液体优选地是水和/或海水。此外，借助于通过管的冷却液体推动电缆允许仅在一个步骤中将电缆设置在管内部并且将更大的量的冷却液体填充到管中。

根据进一步实施例，借助于泵或者借助于加压空气从管排出过多量的冷却液体。

过多量的冷却液体例如借助于被设置成连接到管的自由端部的泵而被泵送出管的自由端部。替代性地，加压空气被引到管的自由端部和另一自由端部中的一个中，并且从管的自由端部和另一自由端部中的另一个排出过多量的冷却液体。

借助于泵或借助于加压空气排出过多量的冷却液体允许改善过多量的排出。

根据进一步实施例，在从管排出过多量的冷却液体期间对管通风。

在实施例中，在由于冷却液体的加热导致冷却液体从第一部分膨胀到第二部分中期间也能够对管通风。

通过在排出过多量期间和/或在冷却液体膨胀期间对管通风，能够根据管的（即第二部分的）的冷却液体含量来平衡管的（即第二部分的）空气含量。因此，能够改进冷却液体的排出和/或膨胀。

根据进一步实施例，借助于被设置在管的第二部分的自由端部处的通风元件对管通风，通风元件包括浮动件。

具有通风元件会允许空气从管逸出，并且同时，提供关于冷却液体的密封。具体地，空气能够从管通过通风元件逸出直到冷却液体完全填充在管的第二部分中的间隙。当冷却液体完全填充在管的第二部分中的间隙时，其密封通风元件。

通风元件也可以包括薄膜来代替浮动件。薄膜被设计成允许空气逸出而阻挡冷却液体。

根据进一步实施例，确定量的冷却液体或更大的量的冷却液体通过管的进入端口被填充到管中。

进入端口具体地被连接到管的第二部分的自由端部。进入端口例如包括连接器件。连接器件例如被构造成与软管连接。

例如，通过经由软管使得管的进入端口与冷却液体储存器连接，确定量的冷却液体在步骤e)中通过进入端口被填充到管中。冷却液体储存器例如是冷却液体箱或者围绕近海设施的海水。

例如，通过经由软管使得管的进入端口与冷却液体储存器连接，更大的量的冷却液体在步骤b)在或在步骤e)中通过进入端口被填充到管中。

根据进一步实施例，通过管的进入端口从管排出过多量的冷却液体。

例如，通过经由软管使得管的进入端口与用于容纳过量冷却液体的容器或与周围海水连接，通过进入端口从管排出过多量的冷却液体。

管也可以包括过压安全系统。用于操作近海设施的方法则可以包括确定管内的冷却液体的压力的步骤。用于操作近海设施的方法可以进一步包括当确定压力超过参考压力时例如通过进入端口部分地从管排出冷却液体的步骤。参考压力具体地是当冷却液体具有确定量和第二温度时冷却液体的压力。

根据进一步实施例，所述近海设施和所述另一近海设施中的一者或两者是能量生成设施、风力涡轮机、风场的变电站、潮汐发电场、石油钻井平台和/或天然气钻井平台。

近海不仅包括海环境，而且还包括湖和其他开放水域。

在近海设施是能量生成设施的情况下，电缆例如将所述近海设施生成的能量（具体地全部生成能量）传输到所述另一近海设施或岸上设施。

近海风力涡轮机是能量生成设施的示例。风力涡轮机是将风的动能转换成电能的设备。风力涡轮机例如包括具有一个或更多个叶片的转子、包括发电机的机舱以及在其顶端处保持机舱的塔架。风力涡轮机的塔架可以经由过渡件被连接到风力涡轮机的基座，诸如海床中的单桩、三桩或三脚架。

近海风力涡轮机能够是风场的一部分。风场具体地是互连的风力涡轮机阵列。近海风力涡轮机能够例如被连接到风场的中央风力涡轮机和/或变电站。

风场的变电站（也被称为集电站）具体地是被构造成收集风场的风力涡轮机中的全部或多个所生成的能量的站。变电站被构造成通过电缆（诸如所述电缆）接收风力涡轮机生成的能量。

岸上设施例如是接收由近海设施生成的能量的站。岸上设施例如是岸上变压站。

根据进一步实施例，冷却液体是水、海水、盐溶液和/或乙二醇水溶液。

使用水和/或海水作为冷却液体提供了便宜且对环境友好的冷却液体。

盐溶液具体地是饱和盐溶液，其例如具有大约26%盐含量。当使用盐溶液（具体地具有所述盐饱和度的盐溶液）作为冷却液体时，高静态浮力被施加到电缆。因此，电缆不铺设在管的地板上，而是漂浮在管内部。因此，电缆被冷却液体围绕，这允许更好地冷却线缆并且更少地磨损线缆。

使用乙二醇水溶液（例如，乙烯乙二醇水溶液）作为冷却液体提供了更好的抗冻结性质。

此外，本发明的可能实施方式或替代性技术方案也涵盖了关于实施例在上文或下文被描述的特征的组合（其在本文中没有被明确提及）。本领域技术人员也可以向本发明的最基本形式添加单个或孤立的方面和特征。

附图说明

结合附图从后续描述和所附权利要求中将清楚本发明的进一步实施例、特征和优点，在附图中：

图1示出了根据实施例的近海风场；

图2示出了图1的近海风场的风力涡轮机的部分ii的细节图，该风力涡轮机通过管与图1的风场的另一风力涡轮机连接，该管在内部容纳电缆和处于第一温度的冷却液体；

图3示出将电缆设置在图2的管内部的实施例；

图4示出类似于图2的视图，不过过多量的冷却液体从管排出；

图5示出类似于图4的视图，不过冷却液体被加热到第二温度并且在管内部膨胀；

图6示出被构造成被设置在管处的通风系统的透视图；

图7示出了图6的通风系统的部分侧视图；

图8示出了处于两种不同状态的图6的通风系统的通风元件的细节图；

图9示出了图释根据实施例的用于安装图1的风力涡轮机的方法的流程图；

图10示出了图9的方法的步骤s5的第一方面；以及

图11示出了图9的方法的步骤s5的第二方面。

具体实施方式

在附图中，除非另有说明，否则类似附图标记指代类似或功能等同的元件。

图1示出了根据实施例的近海风场1。近海风场1包括多个近海风力涡轮机。作为示例，图1中示出了风场1的近海风力涡轮机2和另一近海风力涡轮机3。此外，图1示出了岸上风力涡轮机3'。

每个风力涡轮机2和3包括被连接到被设置在机舱5内部的发电机（未示出）的转子4。机舱5被设置在风力涡轮机2、3的塔架6的上端处。塔架6被架设在基座7（诸如单桩或三桩）上。基座7被连接到和/或被驱动到海床8中并延伸到海水9上方。塔架6能够被直接架设在基座7上，或者塔架6能够被连接到过渡件（未示出）且过渡件被架设在基座7上。

在操作风力涡轮机2、3期间，风的动能被机舱5中的发电机转换成电能。在发电机中生成的电力经由内部电力线缆被传输到在塔架6的下部中或在过渡件中的开关装置（未示出）。生成的电力从开关装置经由进一步的内部电力线缆被传输到塔架6的下部的悬挂区域10（图2）或过渡件。对于从悬挂区域10开始的电连接，需要电传输器件将风力涡轮机2的内部电力线缆连接到另一近海设施3或岸上设施3'。

在下文中，参考图2至图11描述用于安装诸如风力涡轮机2的近海设施的改进方法。具体地，描述了用于在风力涡轮机2和所述另一近海风力涡轮机3之间安装电连接的方法。虽然下文没有描述，不过所述方法也能够被应用于在风力涡轮机2和岸上风力涡轮机3'之间安装电连接。

在方法的步骤s1中，提供管11将风力涡轮机2与风力涡轮机3连接。

管11具体地足够长以便将风力涡轮机2与风力涡轮机3连接。管11例如具有几千米的长度且/或具有使得风力涡轮机2和3彼此连接所需的任意其他长度。管11是柔性管，例如由塑料制成。管11例如是钢铠装的。

为了提供管11，在风力涡轮机2和所述另一风力涡轮机3之间对海床8挖沟。例如通过从被设置在船（未示出）上的滚筒（未示出）展开管11、将管11从船降低并将其铺设在沟中来提供管11。代替船，管11也能够由海床车辆（未示出）供应。

管11之后被连接到所述风力涡轮机2和所述另一风力涡轮机3。在下文中，具体描述了管11与风力涡轮机2的连接。管11与所述另一风力涡轮机3的连接可以以类似方式被执行。管11具体地被连接到风力涡轮机2的位于海水9的水平9'上方的部分。

图2示出了图1的风力涡轮机2的细节图ii。在图2中，示出了塔架6的包括悬挂区域10的下部和风力涡轮机2的基座7。管11的自由端部12具体地被固定地连接到风力涡轮机2的悬挂区域10。此外，管11的另一自由端部13（图1）具体地被固定地连接到所述另一风力涡轮机3的悬挂区域（未示出）。

在方法的步骤s2中，电缆14（图2）被设置在管11内部。具体地通过将电缆14插入到管11的一个端部（例如，自由端部12）中且将其拉动或推动到管11的另一端部（例如，另一自由端部13，图1），电缆14被具体地设置在管11内部。电缆14例如从在图3中所示线缆滚筒15的线缆滚筒展开。

图3示出了通过借助于通过管11的冷却液体16（诸如水和/或海水）来推动电缆14从而将电缆14设置在管11内部的示例。如图3所示，适配器17被连接到管11的自由端部12。适配器17在其一侧上提供与管11的液密连接，并且在其另一侧上包括用于电缆14的开口18和单独的液体入口端口19二者。电缆14的自由端部20被连接到塞子33并且被插入管11的开口18中。冷却液体16以高压被填充到液体入口端口19中并且经由塞子33推动电缆14通过管11直到电缆14在管11的另一自由端部13（图1）露出。在被推动通过管11的同时，电缆14从线缆滚筒15连续展开并且被引导器件32引导向开口18。

在图3的示例中，在设置电缆14期间用冷却液体16填充管11。

如图2所示，被设置在管11内部的电缆14与管11的内壁形成间隙21。图2示出了管11的间隙21被冷却液体16完全填充（即沿着管11的整个长度）的状态。

在方法的步骤s3中，海床8处或上方的水平22被确定成使得在管11中的冷却液体16在该水平22下方不冻结。换言之，水平22是这样的水平，在该水平处或下方，在管11外部的温度高到足以使在管11内部且在水平22下方的冷却液体16不冻结。

基于风力涡轮机2处的天气和环境条件来确定水平22。在图2的示例中，确定海水9的最小温度低于零摄氏度。海水9例如包含海冰。因此，在这种示例中在管11的被海水9围绕的一部分中的冷却液体16具有冻结的风险。因此，在此已经确定水平22是海床8的水平8'。

管11包括被设置在确定水平22下方的第一部分23和被设置在确定水平22上方的第二部分24。

在方法的步骤s4中，冷却液体16的量25（图4）被确定成使得当冷却液体16具有第一温度t1时，具有所述量25的冷却液体16仅沿管11的第一部分23而不沿着管11的第二部分24填充间隙21。在图4中的管11的第二部分24没有冷却液体16并且被空气填充。

第一温度t1例如是处于如下状态的冷却液体16的温度，其中风力涡轮机2不生成电力且因此不传输电力通过电缆14。风力涡轮机2不传输电力通过电缆14的状态例如是没有风吹过的状态或者由于风过强而已经为了安全原因阻挡转子4的状态。

在风力涡轮机2操作期间，电力通过电缆14被传输并且因此加热电缆14。在管11的间隙21中的冷却液体16冷却电缆14。在冷却过程期间，冷却液体16升温到第二温度t2并膨胀。

在步骤s4中进一步确定冷却液体16的量25，使得当冷却液体16冷却电缆14且因此具有第二温度t2时，其从第一部分23膨胀到第二部分24中。由于膨胀，冷却液体16沿着管11的第一和第二部分23、24填充间隙21，如图5所示。随着冷却液体16由于电力传输通过电缆14而被加热，第二部分24中的冷却液体16不存在冻结风险。

在方法的步骤s5中，在管11内部提供确定量25的冷却液体16。在实施例的第一方面（图10）中，方法包括向管11中填充比确定量25更大的量26的步骤s2'，并且步骤s5包括从管11排出过多量的步骤s5'。

在图2至图5所示的示例中，管11已经被比步骤s2期间的冷却液体16的确定量25（图4）更大的量26（图2）填充（s2'）。因此，在这种示例中，通过排出（s5'）过多量的冷却液体16，在步骤s5中提供确定量25的冷却液体16，所述过多量即更大的量26超过确定量25的量。

管11在其自由端部12处例如包括通风系统27，如图6至图8所示。图6示出了通风系统27的透视图。作为示例，图6的通风系统27被构造成服务四个管11。图7示出了与一个管11一起的部分侧视图中的通风系统27，并且图8示出了处于两个不同状态的通风系统27的通风元件28。

通风系统27针对每个管11均包括进入端口29以用于排出和/或填充冷却液体16。此外，通风系统27包括通风元件28，其被流体连接到每个进入端口29以用于在排出冷却液体16期间和/或冷却液体16膨胀期间对管11通风。

通过经由泵和液体流量计（未示出）将软管（未示出）与通风系统27的进入端口29连接，从管11排出过多量的冷却液体16。冷却液体16借助于泵从管11被排出并且穿过软管例如到箱（未示出）中或者到海中。冷却液体16被排出直到排出的量（如液体流量计所测量的）是过多量。

如图8所示，通风元件28包括浮动件30。如图8的仰视图所示，当管11被冷却液体16完全填充时，浮动件30密封通风元件28以防止冷却液体16通过通风元件28泄漏。当从管11排出冷却液体16时，浮动件30下沉并且不再密封通风元件28，使得空气31能够被吸入，如图8的俯视图所示。

虽然已经根据优选实施例描述了本发明，不过对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所有实施例进行修改。

例如，水平22也可以是海水9的水平9'或者在海水水平9'和海床水平8'之间的水平。

例如，设置电缆14可以不包括将冷却液体16填充到管11中。然后，在实施例的第二方面（图11）中，向管11中提供确定量25的冷却液体16的步骤s5可以包括向管11中填充确定量25的冷却液体16的步骤s5"。因此，在第二方面中，正确量的冷却液体16被直接填充到管11中而不需要排出过多量。