کابل های زیر دریایی – قسمت اول

رشد انرژی و پهنای باند اینترنت اهمیت روز افزون کابل‌های زیر دریایی را به همراه داشته است. پارسیان فیبر ارتباط تولید کننده انواع کابل شبکه، کابل فیبر نوری و تجهیزات پسیو شبکه، این مطلب را برای شما انتخاب کرده است.

۱۵۰سال کاربردهای دریایی کابل‌های مخابراتی و برقی و تحولات دهه گذشته آینه تمام‌نمایی از تلاش‌های انجام شده برای تأمین تقاضا و تطبیق با نیازهای جدید بوده است.

هزاران سال است که حفظ خطوط ارتباطی و نیرو از الزامات استراتژیکی شمرده می‌شود.

مهندسی رومی، جاده‌ها و قنات‌هایی را ساخت و این امکان را فراهم آورد که یک جمهوری و پس از آن امپراطوری، مردمان گوناگون، زبان‌ها و فرهنگ‌ها را راهبری کند و بیش از از ۷۰۰ سال دوام آورد.

این مقاله به نقش حیاتی کابل‌های زیر دریا، مخابراتی و قدرت در توسعه جوامع بشری پرداخته و همچنین تحولات جدید در کابل‌های قدرت و کابل‌های نوری را که برای اتصال قاره‌ها و جوامع به کار می‌روند مورد بحث قرار می‌دهد.

از گوتاپرچا تا پلی اتیلن کراسلینک- تاریخچه کابل‌های زیر دریایی

اولین کابل تلگراف زیر آب در سال ۱۸۴۹ نصب شد، هرچند تنها پس از چند هفته با شکست مواجه شد.

پیشرفت کلیدی فنی که باعث این کار بزرگ شده بود استفاده از مواد عایقی معروف به گوتاپرچا بود و قبلاً در ساخت توپ های گلف نیز از آن استفاده می‌شد.

آن کابل مجدداً در سال ۱۸۵۸ در آتلانتیک نصب شد و اولین ارسال پیام تلگرافی در زیر آب را تجربه کرد.

دومین کابل از این نوع در سال ۱۸۶۶ ساخته شد. این کابل‌ها که ۱۵۰ تا ۱۶۰سال پیش ساخته شد به مثابه اولین گام‌های صنعت بودند و مبدأ تاریخی برای کاربردهای دریایی کابل‌های عایقی شدند.

اولین کابل تلفن زیر دریا در سال ۱۹۲۱ ساخته شد که فلوریدا را به کوبا وصل می‌کرد.

این کابل با ترکیبی از گوتاپرچا و لاستیک عایق شده بود و با پیشرفت‌های حاصل در مواد عایقی، در سال ۱۹۵۰ با کابل دیگری تعویض شد که عایق آن از جنس پلی اتیلن (PE) و لاستیکبوتیل انتخاب شده بود.

اولین کابل تلفن اقیانوسی در سال ۱۹۵۶ساخته شد.

اولین کابل برق زیر دریا نیز در سال ۱۸۱۱ در آلمان نصب شد. این کابل با لاستیک طبیعی عایق شده بود.

در طول این سالها، رویکردهای مختلف دیگری برای محافظت از کابل اتخاذ شده بود: استفاده از سرب اکسترود شده به عنوان یک  مانع در مقابل نفوذ آب؛ و معرفی و استفاده از عایق روغنی در سال ۱۹۵۲ .

با وجود این امکان نصب و استقرار تجاری اولین کابل برقی پرقدرت با جریان مستقیم HVDC در زیر آب تا سال ۱۹۵۴ فراهم نشد.

در این سال، شرکت ABB با نصب ۹۸ کیلومتر کابل ۲۰ مگاوات، ۱۰۰ کیلو ولت گاتلند را به سرزمین اصلی سوئد متصل کرد.

ساختار کابل چندین بار در طول دهه‌های بعد به‌روزرسانی شد تا امکان انتقال توان بیشتر فراهم آید.

مهم‌ترین پیشرفت کلیدی، نه سال بعد و با ظهور پلی اتیلن کراسلینک (XLPE) و توسعه آن توسط آزمایشگاه تحقیقاتی جنرال الکتریک در نیویورک شکل گرفت که باعث افزایش عمر کابل و قابلیت اطمینان آن از ده تا پانزده سال به بیش از سی سال شد.

توانایی کابل برای مقابله با دمای عملیاتی بیشتر نیز همگام با افزایش روز افزون مصرف انرژی در جامعه مدرن افزایش یافت.

کابل‌های زیر دریایی فشارقوی

در ژانویه سال ۲۰۱۲، کان ادیسون، در بندر نیویورک، کابل های زیر دریایی ۳۴۵ کیلوولتی را برای انتقال ۵۱۲ مگاوات برق، به بازار عمده فروشی آن منطقه فعال کرد.

این کابل با مسافت ۴/۱۰ کیلومتر مرکز جدید تولید گازی در بایون نیوجرسی را به بروکلین نیویورک وصل می‌کند.

شرکت ABB ، عرضه کننده کابل، می‌گوید که این اولین کابل ۳۴۵ کیلو ولت عایق شده با پلی‌اتیلن کراس لینک ( XLPE ) و با تولید یکسره و بدون نیاز به مفصل است.

مسافت‌های طولانی‌تر نصب کابل قدرت

پروژه‌های انرژی، از جمله مزارع بادی دریایی و نیز سکوهای تولید نفت و گاز نیاز به کابل‌های قدرت با طول زیاد دارند.

در سالهای ۷-۲۰۰۶ کابل‌های زیر دریایی بین نروژ و هلند با مسافت ۵۸۰ کیلومتر نصب شد که تاکنون طولانی‌ترین مسیر کابل در زیر دریا است.

این کابل دارای ولتاژ ۴۵۰ کیلو ولت مستقیم و توان ۷۰۰ مگاوات است و دارای یک فیبر نوری برای سنسور توزیع دما در طول کابل است که برای ارتباطات نیز به کار گرفته می‌شود.

تا قبل از آن رکورد طولانی‌ترین کابل قدرت، مربوط به کابل ۱۲۳ کیلوولت، ۷۵ مگاوات بود که برای یک حوزه نفت و گاز دریایی سفارش شده بود.

کابل های زیر دریایی

شکل۱. چند ساختار مختلف کابل قدرت A و B کابل‌های با عایق پلیمری و کاغذی برای انتقال برق مستقیم و ساختارهای C و D دارای عایق پلی‌اتیلن کراسلینک برای انتقال برق متناوب کابل‌های برق زیر دریا شبیه به خطوط انتقال ولتاژ بالا هستند، بنابراین کابل‌های زیر آب یا کابل فشار قوی (HV) هستند که طبق تقسیم‌بندی استاندارد IEC 61000 ، از ۳۵ تا ۲۳۰ کیلو ولت را شامل می‌شوند و یا کابل پرفشار (EHV) هستند که ولتاژ بیش از ۲۳۰ کیلوولت دارند.

بطورکلی در انتقال قدرت، کابل‌های زیر دریایی به صورت تک هادی مورد استفاده قرار می‌گیرند و بنابراین برای انتقال برق متناوب معمولاً سه کابل و برای انتقال برق مستقیم از دو کابل مجزا استفاده می‌شود، بنابراین برای یک لینک ۱۰۰ کیلومتری برق متناوب ۳۰۰ کیلومتر کابل و لینک ۱۰۰ کیلومتری برق مستقیم ۲۰۰ کیلومتر کابل مورد استفاده قرار می‌گیرد. هزینه‌های نصب کابل در زیر آب به طور معمول به عنوان یک آیتم در کل پروژه دیده می‌شود.

از آنجا که این پروژه‌ها عمدتاً پروژه‌های کلیدی در دست است، برنده در مناقصه رقابتی، هزینه کل پروژه برای کابل قدرت و نیز واحدهای نوری نصب شده در درون آن برای کنترل نظارتی و استخراج داده (SCADA)، به علاوه لوازم جانبی و نصب و راه اندازی منظور می‌شود.

کابل فشار قوی در کشتی

شکل۲. کابل فشار قوی در کشتی بر روی سینی جمع می‌شود.

شکل۳. حمل و نقل و ذخیره‌سازی کابل‌های قدرت

کابل‌های فشارقوی : بلوک اولیه در توسعه اقتصادی

لزوم استفاده از کابل‌های فشارقوی دارای دلایل متفاوت و متعددی است.

انتقال توان برق به جزایر مسکونی و یا نقاط غیرقابل‌دسترس و نیز استفاده از انرژی به صورت آربیتراژ) معامله پرمنفعت در بازارهای مختلف (بین کشورهایی که در آنها تولید برق زیاد بوده ولی مشتری کافی ندارد و انتقال آن به کشورهای همسایه که در ساعات اوج مصرف به برق نیاز دارند؛ نطق اولیه‌ای برای سرمایه گذاری در این زمینه بوده است. به عنوان مثال، ارتباط کابلی بین انگلستان و فرانسه اجازه داده است که با توجه به اختلاف زمانی و تفاوت فرهنگی بین دو کشور، زمانی که در فرانسه تقاضای پیک وجود دارد، توان برقی از انگلستان به آن جا ارسال شود و هنگامی که انگلیس زمان پیک را تجربه می کند از فرانسه برق دریافت کند.

علاوه بر دلایل مذکور، عوامل دیگری نیز در افزایش تقاضا برای کابل های زیردریایی وجود دارند که می توان آنها را در چهار گروه تقسیم بندی کرد.

۱- مقررات زدایی از بخش توان برق همراه با هدف تولید انرژی تجدیدپذیر که سبب افزایش بسیار زیاد تجارت برق بین کشورها شده است.

با رشد شرکت‌های چند ملیتی، این روند افزایش یافته است.

همه این رویکردها باعث افزایش لزوم انتقال حجم توان برق به میزان بیشتر در بین کشورها می شود که اغلب تنها راه دسترسی، استفاده از کابل های زیر دریایی است.

در همین راستا، در سال‌های اخیر، چندین ارتباط کابلی برق فشار قوی در شمال اروپا برقرار شده است که کشورهای اسکاندیناوی را به نیروگاه‌های برق در آلمان، لهستان و کشورهای شبه جزیره بالتیک وصل کرده است.

پروژه‌های دیگری نیز، بریتانیا را به فرانسه و هلند متصل می‌کند.

۲- توسعه‌ مزارع بادی دریایی همراه با دیگر مولدهای بالقوه تولید انرژی تجدیدپذیر همچون انرژی موج. به این ترتیب لازم است که انرژی برق تولید شده از مزارع بادی به ساحل منتقل شود که تنها روش عملی و مناسب برای آن، استفاده از کابل‌های برق زیر دریایی است.

برق تولید شده از هر توربین با استفاده از کابل‌های ولتاژ متوسط زیردریایی به یک نقطه مرکزی منتقل شده و سپس از آنجا، توان تجمعی با کابل فشار قوی به ایستگاه‌های ساحلی منتقل می‌شود.

۳- مشکل‌تر شدن اخذ مجوز برای خطوط انتقال جدید در روی خشکی با توجه به ملاحظات زیست محیطی و یا اعتراض جوامع در برابر ساخت خطوط انتقال برق در محل خود.

یک گزینه برای حل این مشکل، نصب کابل‌های زیر دریایی در امتداد ساحل به جای اجرای خطوط انتقال نیرو بر روی خشکی است.

این گزینه برای نقاط نزدیک به ساحل بسیار مناسب است. اخیراً شرکت Prysmian موفق به کسب قراردادی برای تأمین کابل برق زیر دریایی در ساحل غربی انگلستان شده است که قرار است جایگزین خط انتقال نیروی زمینی شود.

۴- رشد در اکتشاف نفت و استخراج. قبلاً در گذشته برای هر سکو امکانات تولید برق فراهم می‌شد، اما امروزه به عنوان یک جایگزین، تأمین برق از طریق کابل‌های زیر دریایی مطرح است و آن به این معنی است که هم می‌توان سکوهای نفتی را کوچکتر ساخت و هم از یک منبع تولید برق کارآمدتر استفاده کرد.

البته باید توجه کرد که این مورد شامل بخش بزرگی از بازار نمی‌شود، بلکه حیطه دیگری است که استفاده از کابل در حال رشد است.

قسمت دوم این مقاله را اینجا و قسمت سوم مقاله را از این لینک بخوانید.

منبع: خبرنامه فدراسیون بین المللی کابلسازان- (ICE)/  ترجمه :مهندس محمدعلی مساواتی