[发明专利]在海上风电场中安装海底电缆的方法

说明书

一种用于在海上风电场(100)中安装海底电缆(200、500、510、520)的方法，海上风电场(100)包括变电站(101)和多个风力涡轮机(102、106‑109)，该方法包括：将海底电缆(200、500、510、520)从第一位置至少经过多个风力涡轮机(102、106‑109)中的第二风力涡轮机(102b‑102c、107‑108)铺设到所述多个风力涡轮机(102、106‑109)中的第一风力涡轮机(102d、106)，第一位置是变电站(101)的位置或所述多个风力涡轮机(102、106‑109)中的第三风力涡轮机(102a、109)的位置。

技术领域

本发明涉及海底电缆领域。特别地，本发明涉及一种用于在海上风电场中安装海底电缆的方法。

背景技术

海上风电场的成本主要由两个因素决定：材料及其结构的成本，以及安装该结构的成本。对后者具有重大影响的工作之一是海底电缆的安装。

通常，海上风电场由风力涡轮机串组成。需要将每一串风力涡轮机产生的电力传递到变电站，然后变电站再将其传递到岸上的设施(例如电网)。除了串中的最后一个风力涡轮机(离变电站最远的那个)之外的每个风力涡轮机，不仅发电，还从同一串中的其他风力涡轮机接收电能，以便将电能传递到变电站，即，风力涡轮机中继(relay)由其他风力涡轮机提供的电能，直到电能到达串中的第一个风力涡轮机(最接近变电站的那个)；然后，第一风力涡轮机将整个串的电能(包括第一风力涡轮机提供的电能)中继到变电站。因此，由于一串风力涡轮机是串联连接的多个风力涡轮机，所以风力涡轮机越接近变电站，则风力涡轮机必须将越多的电能朝向变电站传递到下一个风力涡轮机。

将风力涡轮机互连的海底电缆必须承受需要传递到变电站的电能的量，并且更具体地，由于在整个串中电压是恒定的，因此海底电缆必须承受电流的强度。因此，在串联连接的每串风力涡轮机上，连接更靠近变电站的涡轮机的电缆必须能够比连接更远离变电站的涡轮机的电缆传递更多的电流。

电流密度被定义为每单位横截面积的电流。电流密度的大小是在电缆长度上的给定位置处的每横截面积的电流。

对于制造海底电缆的特定导电材料，存在允许的最大电流密度值；超过此最大值，电缆很可能会因过热、绝缘故障等而损坏。因此，可以由电导体传递的电能受到限制。

由于导电材料是海底电缆成本的重要组成部分，因此在整个串上配备相同横截面的导电材料通常在经济上欠佳，因为离变电站越远，与较为靠近变电站的情况相比，需要的横截面更小，因为必须传递的电能更少。

现有技术的海上风电场通过在串中提供多条海底电缆来解决串中的电能不断增加的问题，每条海底电缆连接两个连续的风力涡轮机，并且具有适于承受在这两个连续的涡轮机之间可获得的最大电流的电导体。因此，除了长度(取决于连续的风力涡轮机对之间的距离)之外，同一串的海底电缆的不同之处还在于电导体的芯导体(core conductor)具有不同的横截面或直径(因为通常使用相同的导电材料)，因此不会超过允许的电流密度值，并且因此，可能会在串的每个分支上传递不同的电流。因此，在同一串海上风电场中制造并安装了多个海底电缆。

尽管芯导体具有合适的尺寸以在每个分支处传递电能，但是其制造(包括相应的电导体的制造，并且因此，海底电缆的制造)是不连续的，因为必须针对每对连续的风力涡轮机进行调整。此外，每条所得的海底电缆必须分别安装在长度对应于其所连接的两个涡轮机之间的距离的分段中。因此，对于单串，必须铺设与连续的风力涡轮机一样多的海底电缆。这两种不连续的过程都使得海上风电场的结构的安装不具有成本效益。

人们有兴趣通过优化海上风电场的结构的安装来降低海上风电场的成本。更具体地，有兴趣对海上风电场中的海底电缆的生产和安装进行优化。

发明内容

本发明的一方面涉及一种用于在海上风电场中安装海底电缆的方法，该海上风电场包括变电站和多个风力涡轮机，该方法包括：