DE69610531T2 - Anker für Unterwasserelektroden - Google Patents

Description

Technischer Bereich dar Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verankerung von Untersee- oder Unterwasserstrukturen und insbesondere eine Ankervorrichtung zum sicheren Verankern von Unterwasserelektroden für Hochvolt DC- oder HV DC-Übertragungen durch Wasser.
Technischer Hintergrund
• Das Verankern verschiedenartiger Unterwasserstrukturen, z. B. von Elektroden für HV DC-Übertragungen, unter Verwendung von Betonstrukturen mit Fenstern für den Transport eines Elektrolyts zu innerhalb solcher Strukturen angeordneten, elektrochemisch aktiven Elementen, ist bekannt. Andere Verankerungsverfahren bestehen beispielsweise im Plazieren von Fels- oder Betonblöcken auf sich über den Meeresgrund erstreckenden Mattenelektroden (was z. B. in der der SE-A- 460938 entsprechenden WO-A-89/12334 beschrieben ist).
• Diese bekannten Vorrichtungen weisen jedoch mehrere Nachteile auf, d. h., durch ihre Struktur mit Fenstern treten unnötige Spannungsabfälle aufgrund der Kontraktion des leitfähigen Querschnitts auf. Außerdem ist die Elektrolytzirkulation begrenzt, und die Gestaltungsmöglichkeiten der Anoden sind eingeschränkt. Beim System gemäß der WO-A-89/12334 entstehen nachteilig hohe Installationskosten bei größeren Tiefen.
Beschreibung der Erfindung
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die in Verbindung mit herkömmlichen Vorrichtungen auftretenden Probleme zu lösen. Diese Probleme werden durch den in Patentanspruch 1 definierten Anker gelöst.
• Der erfindungsgemäße Anker wird vorteilhaft als Anker für für HV DC-Übertragungen durch Wasser geeignete Elektroden verwendet, wobei ein rillen- oder vertiefungsähnlicher Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen solcher Elektroden durch Aufwickeln bereitgestellt wird. Ein solcher Anker mit einer darauf aufgewickelten Elektrode ist sehr leicht transportierbar und in der See positionierbar.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Anker eine Ventileinrichtung, z. B. eine Gaskupplung für Druckluft, auf, so daß der Innenraum des Ankers mit einem Medium mit geringer Dichte, z. B. mit Luft, gefüllt werden kann, so daß der Anker schwimmfähig gemacht und aus dem Wasser gehoben werden kann.
• Weitere Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung deutlich. Die ausführliche Beschreibung und spezifische Beispiele dienen, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, lediglich zur Erläuterung, und für Fachleute ist ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung basierend auf dieser ausführlichen Beschreibung verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können.
• Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, die lediglich zur Erläuterung dienen und durch die die vorliegende Erfindung nicht eingeschränkt werden soll; es zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ankers;
• Fig. 2 einen Querschnitt durch die Mitte des Ankers von Fig. 1;
• Fig. 3 eine Ausführungsform, bei der der Anker in einem Diaphragma eingeschlossen ist; und
• Fig. 4 eine Ausführungsform ohne untere oder Bodenfläche.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
• Fig. 1 zeigt eine allgemein durch das Bezugszeichen 1 bezeichnete bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ankers.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Anker aus glasfaserverstärktem Beton, obwohl auch andere Baumaterialien möglich sind. Die dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ankers weist eine obere Fläche 2, eine untere Fläche 3 und eine vertikale Wand 4 auf, wobei die Wand in der bevorzugten Ausführungsform zylinderförmig ausgebildet ist und einen Hohlraum 10 bildet. Es sind jedoch auch andere Formen möglich, z. B. eine quadratische oder eine rechteckige Form.
• Die obere Fläche 2 weist mehrere Löcher 5 auf, die ermöglichen, daß Meerwasser die gesamte Struktur durchströmen kann, wenn sie im Meer versenkt wird.
• In der dargestellten Ausführungsform weist auch die untere Fläche 3 mehrere Löcher 6 auf, um zu ermöglichen, daß der Hohlraum sich mit Wasser füllen kann, während die Struktur 1 versenkt wird.
• Die untere Fläche kann vollständig weggelassen werden, und die zylinderförmige Wand kann in einer Öffnung 7 enden (vergl. Fig. 4). Dies kann aus Gesichtspunkten der Herstellung vorteilhaft sein.
• Der Anker weist ferner eine Einrichtung 8 zum Zuführen eines Gases oder eines anderen Fluids mit geringer Dichte in den Innenraum des Ankers auf. Eine solche Einrichtung kann eine Standard-Gaskupplung sein, sie sollte jedoch vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Material, z. B. Titan, hergestellt sein. Es ist jedoch ein beliebiges Material geeignet, daß mehrere zehn Jahre unter Wasser angeordnet werden kann, ohne daß seine Qualität wesentlich abnimmt.
• Der Anker weist vorzugsweise auch einen oder mehrere Ringbolzen 9 auf, um zu ermöglichen, daß er im Meer versenkt bzw. aus dem Meer angehoben bzw. geborgen werden kann. Diese könnten ebenfalls z. B. aus Titan hergestellt sein.
• Wenn der Anker zum Verankern einer HV DC-Elektrode am Meeresgrund verwendet werden soll, erstreckt sich die obere Fläche vorzugsweise in der horizontalen Ebene über den Umfang der Wand hinaus, um einen Umfangsflansch 11 zu bilden. Außerdem ist ein ähnlicher Flansch 12 am unteren Ende der Wand 4 vorgesehen, so daß durch die Wand und die Flansche ein vertiefungsähnlicher Aufnahmeabschnitt 13 auf dem Anker gebildet wird, um die Elektrode in Form einer Matte 14 oder eines Kabels mit elektrochemisch aktiven Segmenten aufzunehmen. Eine geeignete Elektrodenmatte ist die vorstehend erwähnte, in der WO-A-89/12334 beschriebene Matte. Innerhalb des erfindungsgemäßen Konzepts ist eine beliebige, auf den Anker wickelbare Elektrodenstruktur verwendbar. Es sind in Abhängigkeit von den in einem spezifischen Fall erforderlichen Stromdichten Metallmaschen- oder -gitterstrukturen mit verschiedenen Filamentdicken und verschiedenen Maschen- oder Gittergrößen verwendbar. Solche Elektrodenstrukturen werden natürlich katalytische Beschichtungen aufweisen, die für die zu erwartenden spezifischen Bedingungen geeignet sind. D. h., die Wahl wird durch einen anodischen oder kathodischen Betrieb, verschiedene Salzkonzentrationen im Meerwasser usw. beeinflußt. Als Elektroden sind auch leitfähige Polymermatten oder leitfähiges Polymermaschenmaterial verwendbar.
• Der vertiefungsähnliche Aufnahmeabschnitt 13 muß eine ausreichende Größe aufweisen, so daß durch das strömende Wasser eine geeignete Elektrolytkonvektion erhalten wird, um zu vermeiden, daß sich elementares Chlor bildet. Außerdem muß die Elektrodenoberfläche eine solche Größe haben, daß die Pufferkapazität des Meerwassers durch die Erzeugung von Reaktionskomponenten nicht überschritten wird, d. h. der pH- Wert darf nicht abnehmen, und im alkalischen Bereich wird Hypochlorit erzeugt.
• Außerdem sollte der Aufnahmeabschnitt vorzugsweise zum Schutz mit einem inerten Material beschichtet sein, weil Reaktionsprodukte an der Elektrode, z. B. Hypochlorit, das Betonmaterial beeinträchtigen könnten. Geeignete Beschichtungsmaterialien sind z. B. Polypropylen, hochdichtes Polyethylen, Halar oder FEP, es werden jedoch vorzugsweise Bisphenol-Polyester verwendet, wobei die Bisphenol-Polyester vorzugsweise auf die Oberfläche aufgesprüht werden. Außerdem kann hochwertige Kunststoffarbe gewählt werden. Der wesentliche Gesichtspunkt ist hierbei, daß das Betonmaterial vor einer Beschädigung durch möglicherweise erzeugtes Hypochlorit geschützt wird.
• Das Ankerelement hat für praktische Zwecke einen Durchmesser von 2-3 m und eine Höhe von 1 - 1,5 m, z. B. 1,2 m, obwohl kleinere und größere Abmessungen verwendbar sind.
• Die Größe muß jedoch ausreichend sein, um zu wermöglichen, daß dem Innenraum in ausreichendem Maß Gas, z. B. Luft, zugeführt werden kann, um eine ausreichend geringe scheinbare Dichte der Anordnung zu erhalten, so daß die Struktur schwimmfähig wird oder zumindestens angehoben werden kann.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Anker mit seinem inneren Hohlraum in einem beispielsweise aus Fluorkohlenstoffpolymer oder einem anderen inerten Polymer hergestellten inerten Diaphragma 15 eingeschlossen, das jedoch elektrisch leitfähig wird, wenn es mit einem Elektrolyt getränkt wird. Diese Ausführungsform kann in Fällen wünschenswert sein, in denen es wesentlich ist, die Elektrochemie an der Elektrode zu steuern, insbesondere wenn sehr strenge Anforderungen für chlorfreie Bedingungen vorgegeben sind. Daher wird auch eine Einrichtung 16a, z. B. aus einem geeigneten FEP-Material oder einem Schlauchmaterial, zum Zuführen und eine Einrichtung zum Entfernen von synthetische Elektrolyte enthaltenden Reduktionssubstanzen zur bzw. von der "Reaktionskammer" bereitgestellt, d. h. zum bzw. vom Aufnahmeabschnitt 13, in dem die Elektrodenstruktur angeordnet ist. Die Zufuhreinrichtung 16a ist vorzugsweise mit einem entlang des Umfangs des unteren Flanschs 12 angeordneten perforierten PEM-Rohr 16b verbunden. Die Entfernungseinrichtung, z. B. ein geeignetes Schlauchmaterial, kann mit einer Pumpe zum Absaugen des Elektrolyts mit einer geeigneten Rate durch den Innenraum des Diaphragmas verbunden sein. Synthetische Elektrolyte können eine Reduktionslösung sein, die z. B. Bisulfit, Wasserstoffperoxid oder eine ähnliche Substanz in einer dem Strom proportionalen Menge enthält.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Elektroden in Form von Matten oder einer ähnlichen Struktur alternierend angeordnete anodische und kathodische Elektroden sein, d. h., es können konzentrische Lagen anodischer und kathodischer Elemente verwendet werden. Dadurch kann die Anordnung als bipolare Elektrode verwendet werden.
• Der Anker wird in HV DC-Anwendungen folgendermaßen verwendet.
• Eine geeignete Elektrode, z. B. die vorstehend erwähnte Matte, wird in mehreren Schichten in den Aufnahmeabschnitt auf den Anker gewickelt und z. B. durch Klemmen oder eine andere geeignete Einrichtung gesichert.
• Ein Haken oder mehrere Haken eines Hubkrans oder einer anderen Hubvorrichtung werden an einem oder mehreren Ringbolzen auf dem Anker befestigt, und der Anker wird im Meer abgesenkt. Dadurch wird der Hohlraum durch die Öffnungen in der nicht verschlossenen oberen Fläche mit Wasser gefüllt. Wenn der Anker an einer vorgesehenen Stelle auf dem Grund positioniert ist, plazieren Taucher geeignete Stopfen in den Löchern in der oberen Fläche. Dieser Vorgang muß nicht notwendigerweise bei der Positionierung der Anordnung ausgeführt werden, sondern kann stattdessen bis zu einem zukünftigen Zeitpunkt verschoben werden, an dem der Anker wieder aus dem Meer angehoben bzw. geborgen werden soll. Es könnte jedoch vorteilhaft sein, diesen Vorgang bei der Positionierung auszuführen, weil die Lochoberflächen noch nicht angegriffen oder beeinträchtigt und daher einfacher verschließbar sind als beispielsweise nach 30 Jahren unter Wasser.
• Die vorstehend beschriebene Erfindung kann innerhalb des durch die folgenden Patentansprüche definierten Schutzumfangs auf verschiedene Weisen modifiziert werden.

Claims (11)

1. Anker (1) mit einer Hohlraumstruktur (10) mit einer oberen Fläche (2) und einer im wesentlichen vertikalen Wand (4), die sich von der oberen Fläche (2) nach unten erstreckt, um den Hohlraum (10) zu bilden, und mit mindestens einer verschließbaren Öffnung (5) in der oberen Fläche (2), wobei der Anker eine Einrichtung (8) aufweist, die die Zufuhr eines Fluids mit geringer Dichte, z. B. eines Gases, in den Innenraum der Hohlraumstruktur (10) ermöglicht.

2. Anker nach Anspruch 1, ferner mit einer unteren Fläche (3) mit einer Öffnung (6) oder Öffnungen, um zu ermöglichen, daß Meerwasser in den Hohlraum (10) eintreten kann, wenn der Anker versenkt wird.

3. Anker nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Fläche (2) sich in der horizontalen Ebene über den Umfang der Wand (4) hinaus erstreckt, um einen Umfangsflansch (11) zu bilden, und wobei ein ähnlicher Flansch (12) am unteren Ende der Wand angeordnet ist, so daß durch die Wand (4) und die Flansche (11, 12) ein Aufnahmeabschnitt (13) zum Aufnehmen eines wickelbaren Elements (14) auf dem Anker gebildet wird.

4. Anker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die verschließbare(n) Öffnung(en) (5) in der oberen Fläche (2) konisch ausgebildet ist (sind) und eine glatte Oberfläche aufweist (aufweisen), so daß sie durch ein weiches Material verschließbar ist (sind).

5. Anker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Volumen des Hohlraums (10) derart ist, daß die Gesamtdichte des Ankers, wenn der Hohlraum mit einem Fluid mit geringer Dichte gefüllt ist, kleiner wird als die Dichte des umgebenden Mediums, z. B. Meerwasser.

6. Anker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wand (4) vertikal und zylinderförmig ausgebildet ist.

7. Elektrodenstation zur Verwendung als ein Pol für HV DC- Übertragungen durch Wasser mit einer Anker nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Elektrodeneinrichtung in Form einer Matte oder eines Kabels oder eines ähnlichen Elements für HV DC-Übertragungen in Wasser.

8. Elektrodenstation nach Anspruch 7, wobei anodische und kathodische Elektroden im Aufnahmeabschnitt (13) alternierend angeordnet sind, d. h. als konzentrische Lagen anodischer und kathodischer Elemente, so daß die Anordnung als bipolare Elektrodenanordnung verwendbar ist.

9. Elektrodenstation nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Elektrodenstation in einem inerten Diaphragma (15) eingeschlossen ist, das elektrisch leitfähig wird, wenn es mit einem Elektrolyt getränkt wird.

10. Elektrodenstation nach einem der Ansprüche 7 bis 9, mit Einrichtungen (16a, 16b) zum Zuführen und Entfernen eines synthetischen Elektrolyts zum bzw. vom Innenraum des Diaphragmas (15).

11. Elektrodenstation nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei anodische und kathodische Elektroden im Aufnahmeabschnitt (13) alternierend angeordnet sind, d. h. als konzentrische Lagen anodischer und kathodischer Elemente, so daß die Anordnung als bipolare Elektrodenanordnung verwendbar ist.