海缆结构性能、行业壁垒及抗通缩分析

海缆是海上风电的重要环节，抗通缩属性强。

1、 海缆结构复杂，性能要求高

海上风电海缆主要用于将海风发电装置产生的电输送到陆上。海缆是敷设在海底 的电缆，包括海底通信电缆和海底电力电缆两大类，更进一步可分为交流海底电 缆、柔性直流海底电缆、脐带缆、动态海缆、海底光缆等类别。其中海底电力电 缆是专门设计于在海底中输送交流或直流电流的电缆，传输电流的类型取决于海 洋输电线路的容量、长度及成本等，可用于连接智能电网，为岛屿、海洋平台和 海底观测站等供电，或将海风发电装置产生的电输送到陆上变电站等。 根据发挥作用的不同，海上风电海缆可分为阵列海缆和送出海缆。阵列海缆主要 用于汇集风力发电机发出的电能，传输到海上升压站，目前主流的电压等级为 35kV，正在向 66kV 发展；送出海缆负责将经过升压后的电能输送至陆地集控中 心，目前主流的电压等级为 220kV，正在向 330kV 和 500kV 发展。

通常情况下，海缆比陆缆具有更高的性能要求。按应用场景的不同，电力电缆可 分为海缆和陆缆。海缆主要应用于水下，除需要满足基本的电气性能外，对阻水 性能、机械性能也具有更高的要求；而陆缆主要应用于陆地，应用环境较为简单 且稳定。

海缆具有更加优秀的阻水和机械性能。在机械性能方面，由于海缆体积较大且应 用的水下环境复杂，因此在敷设和运行过程中需要更高的机械性能，通常需要设 计金属丝铠装结构，以加强其机械强度。在阻水性能方面，海缆在水底由于外力 破坏造成损坏时，需阻止水分渗透进电缆内部，通常需要在海缆内部设计专门的 阻水结构，同时起到抵御腐蚀和水压的目的。

三芯电缆较单芯电缆在多方面具有优势，但电压等级较高时存在相间绝缘问题。 三芯电缆无论在线路安全性、单位造价、占地面积等多方面都具有单芯电缆所没 有的优点，符合电缆线路发展的主要方向。尤其是在长度方面，由于单芯电缆需 要敷设在三根非磁性管道中，管材根数需要较多，因此三芯电缆的敷设长度为单 芯电缆的 1/3，总体施工时间较短，在成本上也具有优势。高压电力电缆因为相 间绝缘问题一般采用单芯的型式，而中低压电缆因电压较低，相间绝缘问题能够 得到解决，因此一般采用三芯的型式。

2、 海缆行业壁垒高，生产设备受到限制

海缆行业在生产工艺、历史业绩、产能布局、生产设备上具有较高的壁垒。（1）生产工艺：海缆生产工艺更为复杂，高电压等级海缆生产难度增加。海缆 运行的水下环境复杂，强腐蚀、大水压的应用环境使得海缆对耐腐蚀、抗拉耐压、 阻水防水等性能要求更高，其材料选择、结构设计、生产工艺、质量管理、敷设 安装、运行维护等方面的技术难度较高，目前国内仅有少数企业具备海缆生产能 力，具备 220kV 以上海缆批量生产能力的企业更少。随着海缆的电压等级提升， 其生产制造的难度系数也大幅提升；此外，海缆的生产也比同电压等级的普通电 线电缆技术要求更高。

（2）历史业绩：海缆的性能和质量要求高，招标通常要求有相应的资质和可靠 的运营业绩。电线电缆产品的主流目标市场是国家重点行业，客户对产品的安全 性、可靠性、耐用性要求高，通常以招标的形式进行采购。电线电缆厂商不仅要 有相应的资质证书，还必须具有性质和复杂程度类似的工程的供货经历和产品稳 定可靠的运营业绩才能进入客户的投标程序。海缆工程由于投资更大、敷设维修 难度更高，因此海缆产品使用客户对电线电缆厂商的要求也更高，一般都会对生 产商进行实质性考察确认。

（3）产能布局：海缆具有较强的区域属性。海缆的铺设通常需要大型的船舶装 备，主要体现挖沟船、吸泥船、铺缆船等大型船舶，而船舶资源具有选取难度大、 时间窗口锁定困难、船舶外取成本大等特征。此外，海缆的一次储线涉及几百吨 乃至几千吨货物的储存，采用整体吊起的方案，无论是难度和费用要求都较高。 因此通常要求海缆企业的生产基地布局在沿海地区，并且附近有满足使用条件的 码头资源，以保证在运输成本上有所节省。

（4）生产设备：高压海缆生产设备是主要的生产瓶颈之一。目前国内的高压海 缆 VCV 立塔交联生产线主要依赖进口，并且生产设备的建设周期通常较长。因 此对于在高压电缆 VCV 立塔交联生产线上仍没有布局计划的企业来说，高电压 等级海缆的生产和出货会受到一定限制。高压海缆 VCV 立塔生产设备或将成为 海缆扩产的重要壁垒之一，从而延长海缆产能的建设周期。

3、 当前发展趋势下海缆具备较强的抗通缩属性

（1）电压等级从 35kV/220kV 向 66kV/500kV 发展。阵列缆：由于风机大型化对于降低运电损耗的要求，阵列海缆从 35kV 向 66kV 发展。海上风电交流集电方式包括 35kV 交流集电和 66kV 交流集电。目前 35kV交流集电方案是海上风电的常规方案，但随着海上风电单机容量和规模的不断增 大，35kV 交流集电方案存在以下局限性：可互联的风机数量越来越少、35kV 海 缆越来越长、单位成本不断增加等。随着海上风电向深远海发展，在输电功率和 输电距离逐步增大以及风电机组单机容量越来越大的情况下，66kV 交流集电方 案将更加适用。66kV 高电压等级的应用，提高了海缆的载流能力，与 35kV 方 案相比，极限情况下，当电网侧海缆导体截面积相同时，66kV 海缆最多可连接 风机的数量为 35kV 海缆的 2 倍。

（3）柔性直流输电更适用于深远海风场。海上风电的送出方式分为高压交流输电和柔性直流输电。其中柔性直流输电通过 设计控制系统对构成电压源换流器的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)进行控制，改变 输出电压的幅值和相位，进而控制有功与无功，最终实现功率平稳输送。 高压交流输电：风力发电机由风能驱动发电机转动发出电能，在机舱或基座内通 过变压器将电压抬升，然后经集电系统和海上升压站将电压二次抬升，再将电能 通过高压海底电缆，输送至陆上变电站。高压交流输电方式采用的典型设备有交 流海底电缆、无功补偿设备和海上升压站。 柔性直流输电：风力发电机发出的电能经过集电系统与升压站二次抬升以后进行 汇集，然后接入海上柔直换流站。海上换流站将交流电转变为直流以后，再通过 高压直流海底电缆将电能输送至陆上换流站，最后陆上换流站将直流重新转变为 交流以后接入交流电网。

高压交流电缆可传输有功功率随距离的增加而减少。高压交流输电的交流电缆会 在输电系统中产生相当大的电容充电电流，因为不仅需要装设大量无功补偿装 置，而且限制了传输距离，交流电缆传输有功功率的能力也随之降低。因此，高 压交流海底电缆输送方式不适合于大规模、长距离的海上风电送出。而柔性直流 输电不存在电容充电电流的问题，输送能力基本不受线路长度的限制，在远距离 大容量海上风电场送出场景上，采用柔性直流海底电缆输电是更优的方案。

随着海上风电向深远海发展，柔性直流输电送出是更优选择。根据《大规模海上 风电场集群交直流输电方式的等价距离研究》，若仅考虑设备投资成本，百万千 瓦风电场群交直流输电方案的等价距离约为 75.1 km ；若进一步考虑输电系统 全生命周期的总成本，风电场交直流输电方案的等价距离约为 63 km。此外，交 直流输电方式的等价距离并不是固定不变的，未来随着技术的不断进步，柔直设 备造价有望持续降低，从趋势上看未来交直流输电的等价距离有望逐渐缩短。

送出缆：风场规模增大推动送出海缆从 220kV 向 330kV/500kV 发展。随着风场 整体规模的增大，对于送出海缆的电压等级要求也随之提升。与 220kV XLPE 海 缆相比，随着电压等级提高，海缆截面增大，500kVXLPE 海缆在工厂接头研制、 海缆敷设应力释放、敷设过程中船舶稳定控制等方面的难度也随之提高。

（2）海上风电场送出海缆比例逐渐提升。在阵列海缆方面：一方面，随着阵列海缆从 35kV 向 66kV 发展，阵列海缆能够 连接的风机数量增加，因此同样数量的风机所需要的阵列海缆减少；另一方面， 随着风机大型化发展，同样容量的风电场所设置的风机数量减少，阵列海缆需要 连接的风机数量也随之减少。 在送出海缆方面：随着海上风电向深远海发展，离岸距离也随之增大，因此需要 长度更长的送出海缆将电能从海上升压站输送至陆上交流电网。海上风电场送出 海缆需求量呈上升趋势。 在以上两个发展趋势的共同作用下，在海上风电场所用的所有海缆中，送出海缆 的比例将逐渐提升。根据海缆中标信息，同一风电场送出海缆的单 GW 价值量要 高于阵列海缆的单 GW 价值量，因此海缆整体平均单 GW 价值量有望提升。