淺析海底電力電纜需求增長(zhǎng)的三大因素

根據(jù)Technavio發(fā)布的海底電力電纜市場(chǎng)研究報(bào)告稱，2016-2020年，海底電力電纜市場(chǎng)需求年復(fù)合增率約為5.89%。其中，原材料價(jià)格波動(dòng)、高壓直流電纜需求增加以及研發(fā)投入加大是促進(jìn)海底電力電纜需求穩(wěn)定增加的三大新興趨勢(shì)。

　　到2020年，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是海底電力電纜zuì主要的終端應(yīng)用市場(chǎng)。能源企業(yè)加大對(duì)海底電力電纜的投入與建設(shè)是為了進(jìn)一步提高輸電有效性，zuì終保障陸地電力供應(yīng)。

　　與此同時(shí)，對(duì)可再生能源電力投資加大，包括潮汐能、波浪能、海上風(fēng)電將持續(xù)促進(jìn)該市場(chǎng)需求增長(zhǎng)。

　　原材料價(jià)格波動(dòng)

　　用于生產(chǎn)電力電纜的主要原材料是鋁材和銅材。電纜本身就是料重工輕的行業(yè)，所以原材料價(jià)格波動(dòng)對(duì)電纜制造商的影響非常直接。截止2015年12月，原材料價(jià)格成本占海底電力電纜生產(chǎn)成本的近85%。

　　其中，銅材和鋁材的成本則占生產(chǎn)總成本的50%左右。因此，銅鋁和其他必要原材料價(jià)格波動(dòng)，再加之燃料和能源成本價(jià)格波動(dòng)對(duì)電纜制造商銷售成本和收入都產(chǎn)生了非常大的影響。為此，電纜制造商試圖通過(guò)成品協(xié)商價(jià)格變化來(lái)減少金屬價(jià)格波動(dòng)帶來(lái)的影響。

　　報(bào)告中認(rèn)為，通過(guò)提高成品售價(jià)可以實(shí)現(xiàn)毛利潤(rùn)率增加的目的，以減少原材料價(jià)格成本波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，但前提是成品市場(chǎng)供不應(yīng)求。

　　高壓直流電纜銷售增加

通信電纜HYAC 50x2x0.5 HYAC10x2x0.4　　高壓直流地下電纜是長(zhǎng)距離高壓電力輸送的一個(gè)可行選擇。歐洲委員會(huì)已經(jīng)篩選出43個(gè)主要能源項(xiàng)目來(lái)打造跨境基礎(chǔ)設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)單一能源市場(chǎng)，提高區(qū)域能源ān全。在這些項(xiàng)目中都需要大量的電力從歐洲一個(gè)國(guó)家輸送至另一個(gè)國(guó)家。因此，到2020年，歐洲市場(chǎng)將成為高壓直流電纜的主要需求市場(chǎng)。

　　此外，質(zhì)量輕、低損耗等特點(diǎn)也使得高壓直流電纜成為比交流電纜更具優(yōu)勢(shì)的選擇，尤其是在海底輸電市場(chǎng)。

　　研發(fā)投入加大

　　報(bào)告中認(rèn)為，研發(fā)投入增加是促進(jìn)未來(lái)海底電力電纜市場(chǎng)需求穩(wěn)定增長(zhǎng)一大原因。海上風(fēng)電市場(chǎng)的迅猛增長(zhǎng)為研發(fā)創(chuàng)造了更多機(jī)會(huì)。不同替代性能源資源需要不同類型的電力電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)電力的穩(wěn)定輸送。

　　因此，電纜制造商們將不斷加大對(duì)新電纜技術(shù)的投入，實(shí)現(xiàn)耿長(zhǎng)距離、更低損耗的高壓電力輸送。

　　不僅如此，由于產(chǎn)品同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，電纜制造商不斷加大新產(chǎn)品研發(fā)，以使企業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)力。

　　報(bào)告中還指出，未來(lái)海底電力電纜的發(fā)展趨勢(shì)(包括高壓/特高壓電纜)：

　　·　濕式設(shè)計(jì)向干式絕緣轉(zhuǎn)變，有利于電纜外圍環(huán)境條件;

　　·　低電應(yīng)力向高應(yīng)力轉(zhuǎn)變;

　　·　大直徑尺寸向小直徑轉(zhuǎn)變;

　　·　電纜質(zhì)量更輕;

　　·　短程向長(zhǎng)距離目的地配送。

防海水電纜及技術(shù)難點(diǎn)

交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜（XLPE）

交聯(lián)聚乙烯絕緣（XLPE）海底電纜發(fā)展于上世紀(jì)80年代，多數(shù)用于220kV及以下電壓等級(jí)［1］，其制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還遠(yuǎn)不如充油海底電纜．截止到目前，電壓等級(jí)zuì高的XLPE交流海底電纜是耐克森（NEXANS）公司正在為位于挪威海的大型OrmenLange天然氣田安裝的2.2km長(zhǎng)的420kV4根單心海底電纜．500kV交流長(zhǎng)距離海底電纜，目前應(yīng)用的僅有充油電纜．

與充油電纜相比，XLPE電纜具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①XLPE電纜是固體絕緣，不需復(fù)雜的充油系統(tǒng)，不需要檢測(cè)油位、控制油壓，運(yùn)行費(fèi)用低；

②XLPE電纜沒(méi)有鉛護(hù)套，彎曲半徑小、質(zhì)量輕，可生產(chǎn)、敷設(shè)的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，且在敷設(shè)安裝和運(yùn)輸時(shí)都要比充油電纜簡(jiǎn)單；

③XLPE海底電纜的電氣性能和機(jī)械性能也都優(yōu)于充油電纜．正因如此，XLPE絕緣海底電纜的發(fā)展有著更廣闊的前景，但也有眾多技術(shù)問(wèn)題尚需解決．普通的交聯(lián)聚乙烯電纜在直流電壓作用下，電纜絕緣中的空間電荷會(huì)在某處集中，從而造成此處局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高而被擊穿．在絕緣材料中采用添加劑可以減緩電纜絕緣中空間電荷累積，使得交聯(lián)聚乙烯電纜可以用于直流高壓供電．2002年，dì一根擠包型單心直流海底電纜（輕型直流電纜，瑞典ABB），電壓±150kV，長(zhǎng)度40km，容量330MW，用于連接紐約長(zhǎng)島和美國(guó)的康涅狄格．這種直流海底電纜采用3層聚合材料擠壓成單極性電纜，內(nèi)外屏蔽層與絕緣層同時(shí)擠壓，具有高強(qiáng)度、環(huán)保和便于掩埋等優(yōu)點(diǎn)，適用于深海等惡劣環(huán)境．

XLPE絕緣直流海底電纜現(xiàn)zuì高電壓可達(dá)320kV交流電纜絕緣中的等效電容隨電纜長(zhǎng)度增加而增大，在能量傳輸過(guò)程中，等效電容與電源間不停地進(jìn)行著充電放電，其充電電流可達(dá)到*值而影響正常有功負(fù)荷的傳輸，所以交流海底電纜有個(gè)理論上的極限傳輸距離，多個(gè)跨海工程表明，該距離約為40km［3］，超過(guò)這個(gè)距離，采用交流傳輸電能就不具經(jīng)濟(jì)性了．而直流電纜長(zhǎng)度不受充電電流限制，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償裝置，制造安裝簡(jiǎn)便，介損和導(dǎo)體損耗小，有著良好的市場(chǎng)前景．但高壓直流海底電纜還有如空間電荷積累機(jī)理及其抑制方法、直流電壓下的絕緣老化機(jī)理、新開發(fā)絕緣材料的*穩(wěn)定性，局部放電的影響等眾多問(wèn)題有待研究解決．"

一般超高壓交流海底電纜都是單心的，但由于3心交流海底電纜可以節(jié)省生產(chǎn)和敷設(shè)的費(fèi)用，所以大截面、

高電壓等級(jí)的3心XLPE交流海底電纜也在逐步推廣．2008年，耐克森公司在加拿大敷設(shè)了世界上dì一根電壓達(dá)245kV的3心XLPE絕緣海底電纜．聚乙烯（PE）絕緣電纜和EPR（乙丙橡皮）絕緣電纜乙丙橡皮電纜與XLPE電纜（tgδ≤0.0005）相比，介損正切值tgδ、和介電常數(shù)ε都比較大，但與聚乙烯電纜相比更能防止樹枝及局部放電，一般只用于中等電壓的海底電纜．截至目前為止，zuì高等級(jí)的乙丙橡皮海底電纜是2001年安裝在意大利威尼斯－穆拉諾－梅斯特（Venezia-Murano-Mestre）的150kV海底電纜．通信電纜HYAC 50x2x0.5 HYAC10x2x0.4

充氣式電纜

充氣式海底電纜在結(jié)構(gòu)上與充油電纜很相似，也使用預(yù)先浸漬好的紙帶做絕緣，再充入帶壓力的氮?dú)?，帶壓力的氣體填充了紙帶間的空隙，提高了擊穿電壓．充氣式海底電纜可用于交直流輸電，它比充油式電纜更適合于較長(zhǎng)的海底電纜網(wǎng)．但由于需在深水下使用高氣壓操作，故此增加了設(shè)計(jì)電纜及其配件的困難，該電纜一般限于水深為300m以內(nèi)．

海底電纜的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題

海底電纜的防水

當(dāng)機(jī)械應(yīng)力或外力造成電纜護(hù)套及絕緣損傷、接頭損壞時(shí)，潮氣或水分會(huì)沿著電纜縱向和徑向間隙浸入，降低絕緣的電氣強(qiáng)度，因此多數(shù)高壓海底電纜都具

有防止水分入侵的縱向、徑向防水措施．徑向措施主要是在絕緣屏蔽和金屬屏蔽層外面繞包半導(dǎo)電阻水膨脹帶，在金屬屏蔽層外面添加金屬防水層即金屬護(hù)套，中壓電纜電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較低，一般使用鋁塑復(fù)合護(hù)套，也有僅用聚合物護(hù)套的，高壓電纜則采用鉛、鋁、不銹鋼的金屬密封套．聚合物護(hù)套具有防水性，但卻有一定的吸水率，這是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)主要是由結(jié)晶相和無(wú)定形相組成的半結(jié)晶高聚物．結(jié)晶相結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)定形相中的分子排列疏松，分子間存在較大的間隙．在交變電場(chǎng)的作用下，極性的水分子不斷來(lái)回翻轉(zhuǎn)，可以透過(guò)間隙和晶界缺陷處滲透到絕緣材料中．采用聚合物護(hù)套時(shí)，護(hù)套里要加具有吸水作用的阻水劑．

縱向阻水主要采用①壓緊型線心；②在導(dǎo)線之間和纜心屏蔽區(qū)添加阻水性物質(zhì)，阻斷水分在纜心中的擴(kuò)散通道．縱向阻水采用阻水粉填充效果好，它的吸水量為自身的幾十倍乃至幾千倍，吸水強(qiáng)度大、膨脹率高，吸水后可迅速膨脹形成凝膠狀物質(zhì)，阻塞滲水通道，終止水分和潮氣的進(jìn)一步擴(kuò)散和延伸，使受潮電纜的長(zhǎng)度降到zuì低。