用于风力涡轮机装置的电力电缆或电力电缆的管的海上安装的方法以及海底运载工具与流程

1.本发明涉及一种用于风力涡轮机装置的电力电缆或电力电缆的管的海上安装的方法以及一种海底运载工具。


背景技术：

2.海上装置（诸如海上风力涡轮机）需要到另一海上或陆上装置的传输链路，例如用于传输所产生的电力。所述传输链路例如通过在数个海上位置之间（例如在风力涡轮机基座和/或变电站之间）直接将电力电缆安装在海底中或海底上方来提供。替代性地，如在ep 3 086 424 bl中所提出的，通过使用空管将电力电缆安装在数个海上位置之间。在将空管安装在海底中或海底上方之后，将电力电缆插入到所述空管中。
3.数个海上风力涡轮机（例如海上风电场）的电力电缆布线在使用或不使用空管的情况下都是消耗时间和成本的过程。
4.在第一常规方法中，电力电缆布线是逐段完成的。这意味着，对于邻接海上位置之间的每一区段，海底运载工具从船只下降以在这些位置之间挖沟于海底，并且将由船只供应的电力电缆或管铺设到所述海沟中。然后，再次将海底运载工具提升到船只上。因此，在此方法中，针对每一单个海上风力涡轮机，海底运载工具必须从船只降低到海底并且被再次提升。
5.在如在ep 3 086 424 bl中提出的第二常规方法中，海底运载工具以连续方式安装空管，而无需针对每一个单个海上风力涡轮机降低和提升海底运载工具。这通过以重叠方式将空管安装在靠近于每一风力涡轮机装置的区域中来实现。两个重叠的管由第一船只上的两个供应器供应。所述管由海底运载工具或者借助于第二船只切割，使得所述管的自由端朝向海平面漂浮。在进一步过程步骤中，将所述管的自由端引导穿过风力涡轮机基座中的单独开口并安装在内部。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是提供一种用于风力涡轮机装置的电力电缆或电力电缆的管的海上安装的经改进的方法以及一种经改进的海底运载工具。
7.因此，提出一种用于风力涡轮机装置的电力电缆或电力电缆的管的海上安装的方法，其中同时将引入电力电缆的端部和引出电力电缆的端部或引入管的端部和引出管的端部牵引到海上风力涡轮机装置中。
8.通过同时将引入和引出电力电缆/管的两端牵引到海上风力涡轮机装置中，可以在单个过程步骤中将所述引入和引出电力电缆/管的所述端部牵引到所述海上风力涡轮机装置中。例如，它们可以由单个牵引设备（诸如单个绞车）牵引。因此，它们可以被更容易地牵引。进一步，在牵引期间，所述引入和引出电力电缆/管可以保持彼此紧靠。因此，它们可以被容易地牵引穿过海上风力涡轮机装置、特别是其基座的单个开口。进一步，它们在所述
风力涡轮机装置、特别是其基座内部占用较少空间。
9.所述海上风力涡轮机装置例如是风电场的风力涡轮机或变电站。
10.海上不仅包括海洋环境，而且还包括湖泊和其他开放水域。
11.风力涡轮机是用以将风的动能转换成电能的装置。风力涡轮机包括例如具有一个或多个叶片的转子、包括发电机的机舱以及在其顶端处保持所述机舱的塔架。风力涡轮机的塔架连接到风力涡轮机的基座，诸如海底中的单桩、三桩或三脚架。
12.海上风力涡轮机可以是风电场的一部分。风电场特别是互连风力涡轮机的阵列。海上风力涡轮机可以例如通过电力电缆和/或管连接到风电场的邻近风力涡轮机和/或变电站。
13.风电场的变电站（也称为集电变电站）特别是被配置成收集由风电场的所有或数个风力涡轮机产生的能量的站。所述变电站被配置成通过电力电缆接收由风力涡轮机产生的能量。
14.所述电力电缆特别是被配置成用于将海上风力涡轮机装置产生的能量传输到另一海上风力涡轮机装置和/或陆上装置的电气电缆。
15.所述管特别是空管。所述管特别是长且柔性的。所述管例如足够柔性以便缠绕在卷轴或卷筒上。所述管用于引导和保护在所述管的安装之后插入到其中的电力电缆。所述管例如由塑料、热塑性塑料、聚乙烯和/或高密度聚乙烯制成。
16.所述引入和引出电力电缆并不限于通过引入电力电缆供应电力并且通过引出电力电缆引出电力的情况。进一步，所述引入和引出管并不限于通过插入到引入管中的电力电缆供应电力并且通过插入到引出管中的电力电缆引出电力的情况。替代“引入”和“引出”，可以分别使用术语“第一”和“第二”。
17.所述引入和引出电力电缆/管的端部例如从海平面下方的海上风力涡轮机装置的外部区域穿过海平面下方的海上风力涡轮机装置的基座的开口牵引到基座的内部中，并且高达它们在那里被进一步处理的高度（例如平台）。在电力电缆的情况下，所述进一步处理可以包括与传输由机舱中的发电机产生的电力的电气电缆的电气连接。在管的情况下，所述进一步处理还可以包括将电力电缆插入到所述管中。
18.根据一实施例，所述引入和引出电力电缆或所述引入和引出管在将它们的端部牵引到海上风力涡轮机装置中的过程期间是单件的，使得它们的牵入端部彼此连续。
19.在其中所述引入和引出电力电缆/管是单件的状态下将所述引入和引出电力电缆/管的端部牵引到海上风力涡轮机装置中允许容易地抓住它们并将它们牵引到所述风力涡轮机装置中。例如，允许使用单个牵引头、海底运载工具的单个机械臂和/或作为牵引绳的单个吊缆(messenger cable)在单个过程步骤中抓住它们。
20.此外，通过所述单件配置，可以例如通过将所述引入和引出电力电缆/管从船只展开来连续提供所述引入和引出电力电缆/管，同时避免在海平面下方切割它们。此外，抓获和/或固定所述引入和引出电力电缆/管的自由端（例如，在海中自由漂浮）的过程步骤不是必需的。
21.所述引入和引出电力电缆/管的牵入端部彼此连续特别包括引入电力电缆/管的端部也是引出电力电缆/管的端部。进一步，其包括其中所述引入和引出电力电缆/管在其连续端部处弯折、大幅弯折和/或屈曲的情况。这可以包括所述引入和引出电力电缆/管在
其端部处因弯折和/或屈曲过程所致的损坏。
22.根据进一步的实施例，将所述引入和引出电力电缆或所述引入和引出管的端部牵引到海上风力涡轮机装置中包括在它们的连续端部处相对于彼此弯折所述引入和引出电力电缆或所述引入和引出管。
23.通过在它们的连续端部处相对于彼此弯折所述引入和引出电力电缆/管，它们可以更好地装配通过海上风力涡轮机装置（的基座）中的开口。例如，它们可以装配通过具有小于1米、优选地小于半米的直径的开口。进一步，它们可以被更好地牵引穿过海上风力涡轮机装置（的基座）的内部。
24.所述引入和引出电力电缆/管例如朝向彼此折叠。弯折可以包括大幅弯折，使得弯折的引入和引出电力电缆/管彼此部分平行，和/或它们之间的角度为锐角、小于45度、小于30度和/或小于15度的角度。
25.根据进一步实施例，将所述引入和引出电力电缆或所述引入和引出管的端部牵引到海上风力涡轮机装置中包括使牵引头与所述引入和引出电力电缆的端部或者与所述引入和引出管的端部连接。
26.通过具有牵引头，可以更容易地实施牵引。
27.牵引头例如借助于起重机和/或海底运载工具的机械臂与所述引入和引出电力电缆/管的端部连接。在使牵引头与所述引入和引出电力电缆/管的端部连接之前，牵引头例如与充当牵引绳的吊缆连接。
28.所述牵引头还可以具有弯折功能。例如，通过将具有弯折功能的牵引头附接到所述引入和引出电力电缆/管并牵引所述牵引头，所述引入和引出电力电缆/管彼此折叠，并且然后按折叠状态被朝向风力涡轮机装置牵引并牵引到所述风力涡轮机装置中。
29.根据进一步的实施例，所述方法在所述牵引步骤之后包括在海上风力涡轮机装置内部在所述引入和引出电力电缆或所述引入和引出管的连续端部处切割所述引入和引出电力电缆或所述引入和引出管的步骤。
30.通过在海上风力涡轮机装置内部切割所述引入和引出电力电缆/管，引入和引出电力电缆/管可以更容易地被切割。特别地，它们可以在干燥和屏蔽环境中被切割。特别地，它们可以在不使用任何海底运载工具和/或水下运载工具的情况下被切割。所述引入和引出电力电缆/管的切割可以包括切断所述电缆/管的已经因附接牵引头和/或弯折过程而受损的任何部分。
31.根据进一步实施例，所述方法包括如下步骤：借助于海底运载工具将电力电缆或管安装在海底上或海底中，以及靠近于所述海上风力涡轮机装置提供所述电力电缆或管的额外长度，所述额外长度形成所述引入和引出电力电缆或所述引入和引出管。
32.所述电力电缆或管例如从海平面下降，其中由支援船只提供卷起的电力电缆或管的供应。
33.所述电力电缆或管例如通过将电力电缆或管铺设在海底上或者通过借助于海底运载工具将电力电缆或管掩埋到海底中而沿着主要安装路径安装海底上或海底中。
34.所提供的额外长度形成所述引入和引出电力电缆/管，所述引入和引出电力电缆/管被配置成覆盖从主要安装路径往返海上风力涡轮机装置和海上风力涡轮机装置的内部
的路径。
35.有利地，在靠近于海上风力涡轮机装置的现场提供所述电力电缆/管的额外长度实现单个连续电力电缆/管的安装。在提供所述额外长度期间，提供所述电力电缆/管的支援船只可以减慢速度或者可以增加所述电力电缆/管的馈送速度。
36.提供电力电缆/管的额外长度的所述步骤例如部分在将所述引入和引出电力电缆/管牵引到海上风力涡轮机装置中的所述步骤之前实施。例如，海底运载工具放出所述额外长度的第一部分。所述第一部分例如形成所述引入电力电缆/管。然后，通过在从支援船只连续展开所述电缆/管的同时牵引此第一部分，提供所述额外长度的第二部分。所述第二部分例如形成所述引出电力电缆/管。
37.在管、特别是填充有空气的空管的情况下，由海底运载工具在牵引之前放出的所述额外长度（例如，所述额外长度的第一部分）可以在海水中漂浮，从而形成例如环状物。
38.在电力电缆的情况下，由海底运载工具在牵引之前放出的所述额外长度可以沉入海底。在若干实施例中，浮力装置可以附接到所述电力电缆。
39.根据进一步实施例，通过提升海底运载工具的沉降器来提供所述电力电缆或管的所述额外长度。
40.所述沉降器例如由海底运载工具的主框架可移动地和/或可枢转地支撑，使得其可以上下移动和/或向上和向下枢转。可以例如远程控制沉降器的移动/枢转。因此，可以容易地（例如，自动）提供所述额外长度。
41.根据进一步实施例，通过旋转海底运载工具的沉降器的沉降器轮来提供所述电力电缆或管的所述额外长度。
42.旋转所述沉降器轮允许更好地放出所述额外长度。
43.所述沉降器包括沉降器轮以及例如枢转构件。所述沉降器轮例如由所述枢转构件可旋转地支撑。所述枢转构件例如由海底运载工具的主框架或犁可枢转地支撑。例如沿着所述枢转构件和所述沉降器轮并且在所述枢转构件和所述沉降器轮下方引导所述电力电缆/管。例如通过向上枢转所述枢转构件来提升所述沉降器。
44.根据进一步实施例，通过在海底中形成海沟并且将电力电缆或管铺设到所述海沟中而将所述电力电缆或管安装海底上或海底中。
45.根据进一步实施例，在将所述电力电缆或管铺设到海沟中之后，借助于海底运载工具掩埋海沟。
46.根据进一步实施例，借助于充当牵引绳的吊缆将所述引入和引出电力电缆或所述引入和引出管的端部牵引到所述海上风力涡轮机装置中。
47.使用吊缆允许更好地拉入所述引入和引出电力电缆/管的端部，特别是因为它们可能非常重。
48.根据进一步实施例，在借助于海底运载工具将电力电缆或管安装在海底上或海底中之前，将吊缆的一端安装在所述海上风力涡轮机装置内部，并且将吊缆的另一端被提供在所述海上风力涡轮机装置的外部和海平面下方。
49.通过使吊缆的另一端提供在海上风力涡轮机装置的外部，当海底运载工具驶过时，使吊缆的另一端处于适当位置并且准备好与所述引入和引出电力电缆/管连接。
50.在数个邻近海上风力涡轮机装置的外侧处提供用于数个邻近海上风力涡轮机装
置的吊缆的端部，海底运载工具可以驶过数个邻近海上风力涡轮机装置，以用于使所述吊缆的端部与电力电缆/管连接。
51.安装在海上风力涡轮机装置内部的吊缆的一端例如与牵引装置（诸如绞车）连接。所述绞车可以被配置成卷起所述吊缆，从而将所述引入和引出电力电缆/管的端部牵引到所述风力涡轮机装置中。
52.吊缆的另一端例如借助于额外水下运载工具提供在海上风力涡轮机装置的外部。吊缆的另一端可以例如通过额外水下运载工具与牵引头连接。
53.根据进一步实施例，吊缆的另一端设置有浮力装置。
54.因此，吊缆的另一端将例如稍微高于海底在海水中漂浮。因此，吊缆可以更容易地与所述引入和引出电力电缆/管连接。
55.根据进一步实施例，将所述引入和引出电力电缆的端部或所述引入和引出管的端部牵引到海上风力涡轮机装置中高达高于海平面的高度。
56.所述端部例如被向上牵引到高于海平面的平台。
57.根据进一步方面，提供一种用于实施先前描述的方法的至少一个步骤的海底运载工具。所述海底运载工具包括：
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主框架，
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用于在海底上滑动的滑道，所述滑道固定到所述主框架，
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用于在海底中形成海沟的犁，所述犁固定到所述主框架，
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掩埋装置，用于在由船只供应的电力电缆或管已经铺设在所述海沟中之后掩埋所述海沟，
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可枢转且可旋转的沉降器，用于在掩埋所述电力电缆或管之前将所述电力电缆或管下压在所述海沟中并且用于通过提升沉降器而在所述海上风力涡轮机装置处提供所述电力电缆或管的额外长度，所述额外长度形成所述海上风力涡轮机装置的所述引入和引出电力电缆或引入和引出管，其中所述沉降器包括沉降器轮和枢转构件，所述沉降器轮由所述枢转构件可旋转地支撑，所述枢转构件由所述主框架或犁可枢转地支撑，以及
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机械臂，用于抓取充当牵引绳的吊缆并且将所述吊缆固定到所述电力电缆或管，所述机械臂固定到所述主框架。
58.参考本发明的方法描述的实施例和特征在细节上作必要修改适用于本发明的海底运载工具。
59.本发明的其他可能实施方案或替代解决方案还包括上文或下文关于实施例描述的特征的本文中未明确提及的组合。本领域技术人员还可以向本发明的最基本形式添加个别或孤立方面和特征。
附图说明
60.根据结合附图考虑的后续描述和从属权利要求，本发明的其他实施例、特征和优点将变得显而易见，在附图中：图1示出了根据一实施例的带有风力涡轮机的风电场；图2示出了根据一实施例的在接近图1的风力涡轮机中的一者的同时将管安装在海底中的海底运载工具；
图3示出了图2的海底运载工具的另一视图；图4示出了根据一实施例的图2和图3的海底运载工具如何靠近于图2的风力涡轮机提供管的额外长度；图5示出了图4的详细视图，其中带有吊缆的牵引头连接到所管的所述额外长度；图6示出了图5的牵引头处于初始位置的详细视图；图7示出了图5的牵引头处于激活位置的详细视图；图8示出了与图5类似的视图，但是其中牵引头处于图7的激活状态；图9示出了根据一实施例的如何将所述管的所述额外长度牵引到图2的风力涡轮机中，所述额外长度形成所述风力涡轮机的所述引入和引出管；并且图10示出了根据一实施例的流程图，其示出用于图2的风力涡轮机的电力电缆或用于电力电缆的管（诸如图2以及图4至图9的管）的海上安装的方法。
61.在附图中，除非另有说明，否则相似附图标记表示相似或功能等效元件。
具体实施方式
62.图1示出了根据一实施例的海上风电场1。海上风电场1包括数个海上风力涡轮机。作为一实例，在图1中示出了风电场1的海上风力涡轮机2和另一海上风力涡轮机3。
63.风力涡轮机2和3中的每一者包括转子4，转子4连接到布置在机舱5内部的发电机（未示出）。机舱5布置在风力涡轮机2、3的塔架6的上端处。塔架6架设在诸如单桩或三桩的基座7上。基座7连接到和/或打入海底8。海水用附图标记9表示。
64.在风力涡轮机2、3的操作期间，风的动能由机舱5中的发电机转换成电能。在发电机中产生的电力经由内部电力电缆传输到塔架6的下部部分中的开关装置（未示出）。所产生的电力经由另一个内部电力电缆（未示出）从所述开关装置传输到塔架6的下部部分中的悬挂区(hang
‑
off zone)10。对于从悬挂区10向前的电气连接，需要电力传输装置来将风力涡轮机2的内部电力电缆连接到另一海上装置，诸如风力涡轮机3。
65.在下文中，关于图2至图10描述一种用于风力涡轮机装置的电力电缆或用于电力电缆的管的海上安装的经改进的方法。
66.在所述方法的步骤s1中，在风力涡轮机2处提供吊缆11（图2）。将吊缆11的一端39连接到布置在风力涡轮机2的悬挂平台10处的绞车12。从那里，从绞车12退绕吊缆11并将其引导穿过塔架6的下部部分和基座7的内部。引导吊缆11穿过开口13到达风力涡轮机2的外部。在风力涡轮机2的外部，从第一船只（未示出）下降的远程操作的水下运载工具（rov，未示出）使吊缆11在其另一端40处与牵引头14连接（图2）。rov还使浮力装置15（诸如充气气球）与牵引头14连接。浮力装置15致使牵引头14在海底8上方漂浮。rov靠近于管17（替代管17，可以提供电力电缆）的主要安装路径16定位牵引头14，使得使带有牵引头14的吊缆11针对管17处于适当位置以到达下一步骤。
67.在步骤s2中，借助于海底运载工具18将管17安装在海底8中。在安装路径16的开始处，例如，在沿着安装路径16的第一海上风力涡轮机处，海底运载工具18已经从支援船只（未示出）下降。海底运载工具18由支援船只在牵引轭19处牵引。牵引轭19是海底运载工具18的主框架38的一部分。通过船只的牵引，海底运载工具18沿着安装路径16在海底8的基底上方在滑道20上滑动。
68.海底运载工具包括犁21，如图3中最佳可见。犁21固定到海底运载工具18的主框架38。通过船只在牵引轭19处的牵引，犁21在海底8中打开海沟22（图2）。从支援船只（未示出）上的绞车连续退绕所述管17并将其铺设到海沟22中。特别地，海底运载工具18包括沉降器23（图3），沉降器23可以向下枢转以迫使管17进入到海沟22中（图2）。铺设到海沟22中的管17由海底运载工具18的滚子切割件24掩埋。实施连续形成海沟22、将管17铺设在海沟22中并且借助滚子切割件24掩埋管的过程，直到海底运载工具18到达沿着安装路径16的靠近于（例如，最靠近于）风力涡轮机（诸如风力涡轮机2）的位置。
69.在步骤s3中，靠近于风力涡轮机2在安装路径16处提供管17的额外长度25（图4）。借助于沉降器23提供额外长度25。
70.沉降器23包括例如沉降器轮26和枢转构件27（图3）。沉降器轮26例如由枢转构件27可旋转地支撑。枢转构件27例如由犁21可枢转地支撑。
71.在枢转构件27向下枢转的情况下（图2），沉降器23在步骤s2中用于在掩埋管17之前将管17下压在海沟22中。在枢转构件27向上枢转的情况下（图4、图5、图8、图9），沉降器23在步骤s3中用于提供管17的额外长度25。
72.在步骤s3中，首先，例如牵引海底运载工具18的支援船只减慢其速度。进一步，通过向上枢转枢转构件27来提升沉降器23（图4）。当管17填充有空气时，其向上漂浮，远至向上提升的沉降器23准许的范围。在沉降器23的向上提升状态下，由支援船只连续供应管17，从而按环状物28的形式放出管17的若干部分。通过沉降器轮26的旋转进一步支持管17的放出。
73.图4中所示的环状物28例如代表额外长度25的第一部分29。例如，通过在下一步骤s4中结合管17从支援船只的连续供应牵引此第一部分29，提供额外长度25的第二部分30（图9）。
74.额外长度25（包括例如第一和第二部分29、30）用于形成风力涡轮机2的引入管31和引出管32。当管17在风力涡轮机2处的安装将完成时，引入管31将覆盖从主要安装路径16到风力涡轮机2的基座7、穿过开口13并且到达风力涡轮机2的悬挂平台10的路径。此外，在已完成状态下，引出管32将覆盖从悬挂平台10、穿过开口13并且回到主要安装路径16的返回路径。
75.在步骤s4中，同时将引入管31的端部33和引出管32的端部34牵引到风力涡轮机2中（图9）。
76.为实施步骤s4，首先，海底运载工具18的机械臂35抓住牵引头14（图5），牵引头14已经在步骤s1中预先提供在用于抓取的正确位置处。机械臂35朝向管17的放出额外长度25移动牵引头14并将其附接在那里。牵引头14附接到管17的额外长度25的位置在此实例中标记额外长度25的第一部分29（其将形成引入管31）与额外长度25的第二部分30（其将形成引出管32）之间的过渡。
77.牵引头14具有弯折功能。牵引头14包括两个臂36，可以放下臂36以弯折管17的额外部分25（图6、图7）。进一步，牵引头14包括中间部分37，吊缆11可以附接在中间部分37处（图7）。当牵引头14附接到管17的额外长度25时，两个臂36附接在额外长度25上的两个间隔开位置处（图6）。这意味着，牵引头14的一个臂36附接到额外长度25的形成引入管31的第一部分29。牵引头14的另一臂36附接到额外长度25的形成引出管32的第二部分30。通过借助
于吊缆11牵引中间部分37，放下臂36，并且额外长度25的形成引入管31的部分29和额外长度25的形成引出管32的部分30相对于彼此弯折（图7、图8）。
78.在将牵引头14附接到引入和引出管31、32之后，通过卷起绞车12（图2）来将吊缆11牵引到风力涡轮机2中（图9）。因此，引入和引出管31、32的端部33、34被朝向风力涡轮机2的基座7牵引并且穿过基座7中的开口13。引入和引出管31、32的端部33、34在基座7内部、并且例如还在塔架6内部被进一步向上牵引。引入和引出管31、32的端部33、34例如被向上牵引到悬挂平台10（图2）。
79.在步骤s5中，在风力涡轮机2内部、例如在悬挂平台10处切割引入和引出管31、32。特别地，切掉引入和引出管31、32的因弯折过程而受损的部分（图7）。
80.在进一步的处理中，可以将电力电缆（未示出）插入到经切割的引入和引出管31、32中以用于风力涡轮机2的电气连接。
81.通过所描述的方法，可以针对风电场的数个风力涡轮机（诸如图1中所示的风电场1的风力涡轮机2、3）有效地安装用于电力电缆的管17的安装。有利地，海底运载工具18仅从用于连接数个风力涡轮机的船只下降一次。进一步，海底运载工具18沿着主要安装路径16持续地行驶并且靠近于每一风力涡轮机（诸如风力涡轮机2、3）提供管17的额外长度25。此时，在每一风力涡轮机（诸如风力涡轮机2、3）处，带有吊缆11的牵引头14准备好与额外长度25连接。只要形成引入和引出管31、32的额外长度25由海底运载工具18提供在某一风力涡轮机处，其便与牵引头14自动连接并且被牵引到风力涡轮机2、3的基座7中。在风力涡轮机内部，可以在干燥和屏蔽环境中切割引入和引出管31、32。
82.虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，修改在所有实施例中都是可能的。特别地，替代管17，也可以通过所描述的过程步骤直接安装电力电缆。在此情况下，所述电力电缆由海底运载工具18直接掩埋在海底8中、在风力涡轮机2、3的位置之间。进一步，在风力涡轮机（诸如风力涡轮机2、3）中的每一者处提供所述电力电缆的额外长度。此额外长度然后借助于牵引头14、机械臂35和吊缆11作为引入和引出电力电缆被牵引到相应风力涡轮机中。