کابل های زیر دریایی
۱۵۰ سال کاربردهای دریایی کابلهای مخابراتی و برقی و تحولات دهه گذشته آینه تمام نمایی 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 استراتژیک 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 كند و بیش از از 700 سال دوام آورد. در این مقاله به نقش حیاتی کابل های زیر دریایی 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 بکار می‌روند مورد بحث قرار می‌دهد.
کابل های زیر دریایی
از گوتاپرچا تا پلی اتیلن کراسلینک
اولین کابل تلگراف زیر آب در سال 1849 نصب شد، هر چند 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 قبال در ساخت توپ‌های گلف نیز از آن استفاده می‌شد. آن کابل مجدداً در سال 1858 در آتالانتیک نصب شد و اولین ارسال پیام تلگرافی در زیر آب را تجربه كرد. دومین کابل از این نوع در سال 1866 ساخته شد. این کابل‌ها که 150 تا 160 سال 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 1921 ساخته شد که فلوریدا را به کوبا وصل مي‌كرد. این کابل با ترکیبی از گوتاپرچا و لاستیک عایق شده بود و با پیشرفت‌های حاصل در مواد عایقی، در سال 1950 با کابل دیگری تعویض شد که عایق آن از جنس پلی‌اتیلن (PE) و لاستیک بوتیل انتخاب شده بود. اولین کابل تلفن اقیانوسی در سال 1956 ساخته شد. اولین کابل برق زیر دریا نیز در سال 1811 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 1952. با وجود این امکان نصب و استقرار تجاری اولین کابل برقی پرقدرت با جریان مستقیم HVDC در زیر آب تا سال 1954 فراهم نشد. در این سال، شرکت ABB با نصب 98 کیلومتر، کابل 20 مگاوات، 100 کیلوولت گاتلند را به سرزمین اصلی سوئد متصل كرد. ساختار کابل های زیر دریایی چندین بار در طول دهه‌های بعد به روز رسانی شد تا امکان انتقال توان بیشتر فراهم آید. مهمترین پیشرفت کلیدی کابل های زیر دریایی، 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.
کابل های زیردریایی فشار قوی
در ژانویه سال 2012 ،کان ادیسون، در بندر نیویورک، کابل زیر دریایی 345 کیلوولتی را برای انتقال 512 مگاوات برق، به بازار عمده فروشی آن منطقه فعال كرد. این کابل با مسافت ۱۰/۴ کیلومتر مرکز جدید تولید گازی در بایون نیوجرسی را به بروکلین، نیویورک وصل می‌کند. شرکت ABB ،عرضه کننده کابل های زیر دریایی، می‌گوید که این اولین کابل 345 کیلوولت عایق شده با پلی‌اتیلن کراس لینک (XLPE ) و با تولید یکسره و بدون نیاز به مفصل است.
مسافت های طولانی تر نصب کابل قدرت
پروژه‌های انرژی، از جمله مزارع بادی دریایی و نیز سکوهای تولید نفت و گاز نیاز به کابلهای قدرت با طول زياد دارند. در سال‌های 7-2006 کابل های زیر دریایی بین نروژ و هلند با مسافت 580 کیلومتر نصب شد که تاکنون طولانی‌ترین مسیر کابل در زیر دریا است. این کابل دارای ولتاژ 450 کیلوولت مستقیم و توان 700 مگاوات است و دارای یک فیبرنوری برای سنسور توزیع دما در طول کابل است که برای ارتباطات نیز بکار گرفته می‌شود. تا قبل از آن رکورد طولانی‌ترین کابل قدرت، مربوط به کابل 123 کیلوولت، 75 مگاوات بود که برای یک حوزه نفت و گاز دریایی سفارش شده بود.
کابلهای برق زیر دریا شبیه به خطوط انتقال ولتاژ بالا هستند، بنابراین کابلهای زیر آب یا کابل فشار قوی (HV) هستند که طبق تقسیم بندی استاندارد 61000 IEC ،از 35 تا 230 کیلو ولت را شامل می‌شوند و یا کابل پرفشار (EHV ) هستند که ولتاژ بیش از 230 کیلوولت دارند.
به طور کلی در انتقال قدرت، کابل های زیر دریایی به صورت تک هادی مورد استفاده قرار می‌گیرند و بنابراین برای انتقال برق متناوب معمولا سه کابل و برای انتقال برق مستقیم از دو کابل مجزا استفاده می‌شود، بنابراین برای یک لینک 100 کیلومتری برق متناوب 300 کیلومتر کابل و لینک 100 کیلومتری برق مستقیم 200 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 عمدتا 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 های فشارقوی: بلوک اولیه در توسعه اقتصادی
لزوم استفاده از کابلهای فشار قوی دارای دلایل متفاوت و متعددی است. انتقال توان برق به جزایر مسکونی و یا نقاط غیر قابل دسترس و نیز استفاده از انرژی به صورت آربیتراژ (معامله پرمنفعت در بازارهای مختلف) بین کشورهایی که در آنها تولید برق زياد بوده ولی مشتری کافی ندارد و انتقال آن به کشورهای همسایه که در ساعات اوج مصرف به برق نیاز دارند؛ منطق اولیه‌ای برای سرمایه‌گذاری 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 می‌کند از فرانسه برق دریافت كند. علاوه بر دلایل مذکور، عوامل دیگری نیز در افزایش تقاضا برای کابل های زیر دریایی وجود دارند که می‌توان آنها را در چهار گروه تقسیم بندی كرد:
۱- مقررات زدایی از بخش توان برق همراه با هدف تولید انرژی تجدید پذیر 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 می‌شود 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 جزیرة 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 نقطة مرکزی منتقل شده و سپس از آن جا، 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 زیردریایی 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 زیردریایی در ساحل غربی انگلستان شده است که قرار است جایگزین خط انتقال نیروی زمینی شود.
۴- رشد در اکتشاف نفت و استخراج. قبلا 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 كرد. 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.
این مقاله توسط مهندس محمدعلی مساواتی نوشته شده و در مجله سیم و کابل منتشر شده است.
