مدونة حول أنظمة الكابلات البحرية ضرورية لأمن الطاقة في الخارج

ما الذي يحمي "شرايين" الطاقة الحيوية المدفونة تحت المحيط من التآكل ويضمن التشغيل المستقر لمزارع الرياح البحرية؟ تكمن الإجابة في تقنية غير معروفة ولكنها مهمة - نظام حماية الكابلات (CPS). يعمل بمثابة درع مدرع للكابلات البحرية، فهو يحمي من العديد من التهديدات من البيئة البحرية المعقدة.

تعمل الكابلات البحرية بمثابة وصلات مهمة بين منشآت الطاقة البحرية مثل مزارع الرياح وشبكات الطاقة البرية. ومع ذلك، فإن البيئة تحت الماء تمثل مخاطر متعددة بما في ذلك التيارات القوية، وتآكل الحياة البحرية، ومراسي السفن، والنشاط الجيولوجي. يمكن أن يتراوح تلف الكابلات من انخفاض كفاءة النقل إلى الإغلاق الكامل لمزارع الرياح، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة وانقطاع إمدادات الطاقة.

تم تطوير أنظمة حماية الكابلات خصيصًا لمعالجة نقاط الضعف هذه. تعمل هذه الحلول الشاملة على إنشاء حواجز مادية حول الكابلات لإطالة عمرها الافتراضي وتقليل تكاليف الصيانة وتعزيز موثوقية البنية التحتية للطاقة البحرية.

توفر CPS الحماية المستهدفة في ثلاثة مجالات رئيسية:

• حماية المنطقة الديناميكية:عندما تنتقل الكابلات من قاع البحر إلى الهياكل البحرية (مثل الأعمدة الأحادية أو الأنابيب J)، توفر CPS دعمًا إضافيًا لتقليل إجهاد الانحناء ومنع تلف الكلال.
• حماية المنطقة الثابتة:بالنسبة للكابلات الموجودة في قاع البحر، تمنع CPS الضرر الناتج عن الأسطح الخشنة أو تآكل الصخور أو النمو البيولوجي مع إضافة وزن لتحقيق الاستقرار ضد التيارات.
• حماية نظف:بالقرب من الهياكل البحرية حيث يمكن أن يؤدي تآكل قاع البحر إلى ترك الكابلات معلقة، تعمل CPS على تخفيف آثار التنظيف للحفاظ على الدعم المناسب للكابلات.

يوفر تنفيذ CPS فوائد متعددة. فهو يقلل من تكاليف الكابلات الإجمالية عن طريق تقليل متطلبات التدريع المفرطة، ويطيل عمر الكابل لتقليل نفقات الصيانة طويلة المدى، ويحسن موثوقية النظام بشكل كبير عن طريق منع انقطاع التيار المرتبط بالكابل.

كانت تركيبات الأنابيب J التقليدية مكلفة وتتطلب أعمالًا محفوفة بالمخاطر بعد التكديس تحت الماء. تخترق تصميمات CPS الحديثة "المقفلة" الآن الجدران أحادية العمود من خلال فتحات مائلة مصممة خصيصًا، مما يلغي العمليات الإضافية تحت الماء. لقد أصبح هذا الابتكار معيارًا صناعيًا للمشاريع الاحتكارية.

تم تصورها لأول مرة في عام 1929 على أنها "أغماد درع الكابلات"، ولا تزال أنظمة CPS المفصلية نصف الأنبوبية تستخدم على نطاق واسع في الاقتراب من الشاطئ والمناطق المعرضة للخطر. تتميز الإصدارات الحديثة بوصلات مفصلية كروية محسنة وبنية متينة من الحديد المرن، مما يخدم أغراضًا مزدوجة كحماية ومقيدات للانحناء.

من المخاطر الحاسمة التي يتم تجاهلها في كثير من الأحيان ارتفاع درجة حرارة الكابلات داخل حاويات CPS. يمكن أن يؤدي تبديد الحرارة غير الكافي إلى تسريع إجهاد العزل، مما يستلزم استبدال الكابل مبكرًا.

تمثل حوادث الكابلات البحرية ما يقرب من 77% من إجمالي تكاليف خسائر مزارع الرياح العالمية - وهي النسبة التي ظلت ثابتة بين 70-80% منذ عام 2007.

يعتمد أداء CPS بشكل كبير على ظروف قاع البحر. قد تتطلب الأنظمة الطافية تدابير التثبيت مثل الحصائر الخرسانية أو الأكياس الصخرية. بالقرب من الأعمدة الأحادية، يمكن للتجفيف المفرط أن يترك CPS معلقًا، مما يتطلب تصميمات قادرة على دعم كل من وزنها والكابل المرفق.

تفضل الصناعة بشكل متزايد تركيبات CPS غير المتنوعة لتقليل التكاليف والقضاء على مخاطر السلامة في البيئات الخطرة.

يجب على المطورين التخطيط بعناية لحالات فشل CPS المحتملة، بما في ذلك طرق استرداد الكابلات. لا تزال بعض التصميمات تتطلب تدخل الغواص لإزالتها، في حين أن استبدال CPS خلال العمر التشغيلي لمزرعة الرياح غالبًا ما يتطلب إصلاحات مكلفة للكابلات.

تستمر العديد من أنظمة تقييد الانحناء المبتكرة في الظهور، بما في ذلك أنظمة العمود الفقري القائمة على البوليمر والتي تقدم بدائل أخف للتصميمات المعدنية. ومع ذلك، فإن أدائها على المدى الطويل يتطلب تقييمًا دقيقًا نظرًا لخصائص مادة البوليمر.

على الرغم من عدم وجود معايير خاصة بـ CPS، فإن DNVGL-RP-0360 لكابلات الطاقة المغمورة بالمياه الضحلة يتضمن إرشادات ذات صلة لحماية الواجهة الهيكلية.