Моделирование подводных кабелей для морской ветроэнергетики в компании Hellenic Cables

Эта спонсируемая статья предоставлена ​​вам компанией COMSOL.

«Законы, Уайтхаус получил сигнал через пять минут. Сигналы катушки слишком слабы для передачи. Попробуйте ехать медленно и равномерно. Я поставил промежуточный шкив. Ответ по катушкам».

Звучит знакомо? Сообщение выше было отправлено по первому трансатлантическому телеграфному кабелю между Ньюфаундлендом и Ирландией еще в 1858 году. («Белый дом» относится к тогдашнему главному электрику Atlantic Telegraph Company Уайлдману Уайтхаусу.) Перенесемся в 2014 год: нижняя часть В океане проложено около 300 кабелей связи, соединяющих страны и обеспечивающих интернет-связь по всему миру. Перенесемся еще раз вперед: по состоянию на 2021 год в эксплуатации находится около 1,3 миллиона километров подводных кабелей (рис. 1), начиная от короткого кабеля длиной 131 км между Ирландией и Великобританией и заканчивая кабелем длиной 20 000 км, который соединяет Азию с Северной Америкой и Южной Америкой. Америка. Мы знаем, как выглядит мир подводных кабелей сегодня, но как насчет будущего?

Рисунок 1. Подводные кабели обеспечивают связь между миром.

Морская ветроэнергетика (OFW) является одним из наиболее быстро развивающихся источников энергии во всем мире. В этом есть смысл: над открытым океаном ветер сильнее и устойчивее, чем на суше. Некоторые ветряные электростанции способны обеспечить электроэнергией 500 000 домов и более. В настоящее время Европа лидирует на рынке, на ее долю приходится почти 80 процентов мощности OFW. Однако ожидается, что мировой спрос на энергию увеличится на 20 процентов через 10 лет, причем большая часть этого спроса будет обеспечиваться за счет устойчивых источников энергии, таких как энергия ветра.

Морские ветряные электростанции (рис. 2) состоят из сетей турбин. Эти сети включают в себя кабели, которые соединяют ветряные электростанции с берегом и подают электроэнергию в нашу электросетевую инфраструктуру (рис. 3). Многие фермы OFW состоят из заземленных конструкций, таких как моносваи и другие типы ветряных турбин, закрепленных на дне. Фундаменты для этих сооружений дорого построить, и их сложно установить в глубоководных условиях, поскольку кабели приходится заглублять в морское дно. Монтаж и обслуживание легче выполнять на мелководье.

Ветровые турбины для морских ветряных электростанций начинают строить дальше в океан. Это создает новую потребность в хорошо спроектированных подводных кабелях, которые могут достигать больших расстояний, выживать в более глубоких водах и лучше соединять наш мир с устойчивой энергией.

Будущее морской ветроэнергетики – за ветряными электростанциями, которые плавают на балластах и ​​причалах, а кабели прокладываются прямо по морскому дну. Плавучие ветряные электростанции — отличное решение, когда на ветряных электростанциях, расположенных недалеко от побережья, становится многолюдно. Они также могут воспользоваться более сильными ветрами, дующими дальше в море. Ожидается, что в течение следующего десятилетия плавучие ветряные электростанции станут более популярными. Это особенно привлекательный вариант для таких регионов, как Тихоокеанское побережье США и Средиземноморье, где берега более глубокие, в отличие от мелководья Атлантического побережья США, Великобритании и Норвегии. Одним из важных требований плавучих ферм OFW является установка динамичных подводных кабелей высокой пропускной способности, которые способны эффективно использовать и доставлять вырабатываемую электроэнергию к нашим берегам.

Рисунок 2. Ожидается, что морские ветряные электростанции помогут удовлетворить растущий спрос на устойчивую энергетику.

Изображение Эйна Дамера — собственная работа. Лицензия CC BY-SA 4.0, через Wikimedia Commons.

Вы когда-нибудь сталкивались с медленным, чем обычно, Интернетом? Причиной может быть выход из строя подводного кабеля. Повреждения кабеля такого рода являются распространенным и дорогостоящим явлением, будь то повреждение от механического напряжения и деформации, вызванное коренной породой, рыболовными траулерами, якорями или проблемами с самой конструкцией кабеля. Поскольку морская ветроэнергетика продолжает расти, наша потребность в разработке силовых кабелей, которые могут безопасно и эффективно соединить эти фермы с нашей энергосистемой, также растет.

Прежде чем крепить или устанавливать подводный кабель, стоимость которого может составлять миллиарды долларов, проектировщики кабеля должны убедиться, что конструкция будет работать так, как задумано, в подводных условиях. Сегодня это обычно делается с помощью компьютерного электромагнетического моделирования. Для проверки результатов моделирования кабеля используются международные стандарты, но эти стандарты не соответствуют последним достижениям в области вычислительной мощности и растущим возможностям программного обеспечения для моделирования. Hellenic Cables, включая ее дочернюю компанию FULGOR, используют метод конечных элементов (МКЭ) для анализа конструкций своих кабелей и сравнения их с экспериментальными измерениями, часто получая результаты лучше, чем могут предложить международные стандарты.