封面故事 | “缆”风深蓝

随着海上风电走向大容量、深远海，海缆也朝着长距离、高电压、柔直输电发展，智能化技术应用日益深入，材料国产化积极推进，“出海”有望加速。

海底电缆约占海上风电项目投资的10%左右，作为海上风电机组向陆地输送电能的唯一通道，被形象地称为风电场的“动脉”。随着海上风电向着大容量、深远海演进，海缆也在朝着长距离、更高电压等级、柔直输电、智能化和更环保的方向发展。同时，高压绝缘材料国产化稳步推进，“出海”有望迎来加速期。

门槛高，行业集中度不断提升

目前，海上风电项目所用的海缆主要是海底光电复合缆。通常情况下，海缆需要比陆缆具有更高、更优的性能。海缆被敷设在环境极其恶劣的海底，会受到锚害，潮汐、涌浪的冲刷，岩石的摩擦，可能还会遇到地震、海啸等自然灾害。因此，海缆除满足基本的电气性能外，对耐腐蚀、抗拉耐压、阻水防水等性能要求高，在材料选择、结构设计、生产工艺、质量管理、敷设安装等方面的技术难度大。这些决定了进入海缆行业的门槛高，市场竞争格局较为稳定，行业集中度高。业主单位考察海缆供应商时主要针对以下几个方面。一是产品的价格与性能，包括企业的资质、研发能力等。其中，软接头工艺技术水平，以及企业能否进行连续大长度生产是重要的衡量指标。“因为无论是软接头还是硬接头，接头都是一个薄弱环节，会相应增大后期安装运维风险，所以业主单位愿意使用长距离无接头海缆，但其对生产工艺要求较高，海缆连续长时间生产容易产生老胶、焦烧等现象，这对制造企业来说是个考验。”某业内资深人士向《风能》介绍道。单盘海缆长度可能长达数十千米，如江苏大丰220kV单根无接头海缆长达32千米；国网舟山500kV交联聚乙烯海缆长18.15千米，创造了这一电压等级单根无接头海缆最长的世界纪录。二是企业的交付能力。产能、储缆规模、本地化及港口资源都是其中的考虑因素。“由于产品的特殊性，海缆企业生产基地一般毗邻深水码头，因为几千吨的海缆必须采用水上运输方式，通常是导缆至海缆敷设船上。因而，厂房与船舶的距离通常在1千米之内，还需要建设几千甚至上万吨的超大电缆盘或储缆池，建设专用输缆通道。同时，由于重量大，运输海缆对码头的水深有一定要求。靠近大规模风电场的港口生产基地，建设周期需要1~2年，对新进入者形成了壁垒。”江苏亨通高压海缆有限公司技术集成总监李磊表示。三是海缆用于大型工程，维修更换成本高，客户评估供应商时会将品牌及历史业绩、后期维护能力作为重要参考。投运项目数量、运行时间长短都会影响招标中的技术分值。综合这些因素，最终导致海缆中标价格是基于最优价而非最低价。因此，从业者认为，海缆具有较强的抗通缩属性。此外，如果所用的海缆来自不同供应商，一旦产品出现质量和维护等问题，会增加追溯成本，影响项目施工进度和运营能力，因此，单个项目往往是独家中标。而为使从产品制造到施工质量更加可控，减少责任界面，业主或总包方通常会将海缆制造和安装业务打包给同时具有生产和施工能力的企业。基于产品特性和市场竞争特点，海缆龙头厂商会依托自身的产品生产和项目经验优势不断强化其市场地位，导致行业集中度不断提高。目前，国内具备海缆交付能力的企业主要有东方电缆、中天科技、亨通光电、青岛汉缆、宝胜股份等厂家。据了解，近两年这五家企业占据了近九成的国内市场份额。海外市场主要由普睿司曼（Prysmian）、耐克森（Nexans）、住友电气、安凯特（NKT）等少数几家电缆企业主导。由于海缆行业的地域属性较强，在海上风电项目所在地布局海缆生产基地的企业更具有优势。从国内海缆生产基地的分布来看，山东有青岛汉缆、万达海缆，江苏有中天科技、亨通光电、宝胜股份，浙江有东方电缆，福建有太阳电缆、起帆电缆两家新晋海缆厂商，粤东地区有中天科技、亨通光电，粤西地区有东方电缆。“从市场发展情况来看，海缆是伴随海上风电的发展逐步成长起来的：21世纪初至2014年，海上风电逐步进入规模化建设期，海缆初步发展；2015―2021年，因业主单位享受海上风电电价补贴的红利，海上风能资源开发密集，海缆收益可观；2022年之后，受平价上网、资源竞争配置及海域军事、环保等因素影响，全国海上风电建设趋缓，海缆市场进入调整期。另外，海南、广西、天津作为‘十四五’期间积极进入海上风电领域的省份，海上风能资源优势明显，受到更多海缆厂家的关注。从现在到‘十四五’末期，海上风电将进入集中建设并网期，海缆业务有望呈现良好发展态势。”中航宝胜海洋工程电缆有限公司营销副总监康幸向《风能》表示。相关机构结合产业链调研情况，预计国内海缆（含敷设）价值约为20亿元/吉瓦。按照2025年预计海上风电新增装机容量为1800万千瓦进行测算，对应的市场空间为360亿元，整体市场规模保持快速增长。

长距离、高电压、柔直输电

随着海上风电项目走向更大容量和深远海，海缆也朝着长距离、高电压等级、柔直输电方向发展。

根据作用的不同，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电机组发出的电能，传输到海上升压站。目前，其主流的电压等级为35kV，正在向66kV发展；送出海缆用于将升压后的电能输送至陆地集控中心，目前应用最多的主流电压等级为220kV，正在向330kV和500kV发展。更高等级电压的海缆耗损小，输电能力更高，可以减少海缆数量，降低海底走廊占用面积，带动投资和相应的敷设工程费用下降，更具经济性。例如，对于同一个项目，66kV集电系统海缆数目比35kV海缆要减少近一半。近年来，我国企业不断加大对超高压海缆关键技术研究，已取得众多新进展。全球首根500kV交流三芯海缆在广东阳江青洲一、二海上风电场成功敷设；青洲五、七项目，帆石一、二项目都将采用500kV电压等级电缆。预计至2025年，330kV和500kV交流电缆的占比可达50%。因此，超高电压海缆迎来了研发和应用的新机遇。柔性直流海缆具有在长距离输电中输送容量更大、输送距离更远、汇集输送时灵活程度和扩展程度较高、输电线路数量更少、海域资源占用较少等优点。当大容量风电场的离岸距离超过一定距离（通常为85千米）时，选用柔性直流海缆相比交流海缆送出更具经济性，尤其是在100千米以上时，更能显示其优势。随着深远海风电的发展，漂浮式海上风电机组技术研发得以加快。海缆有望从静态海缆向动态海缆需求升级，以满足漂浮式风电机组的顺应性设计要求。动态海缆不仅拥有更高的抗拉、抗弯曲和抗疲劳性能，还通过分布式浮力块和配重块的配合，达到了相对稳定的线型，较好地保持了大偏移条件下的顺应性。“但动态海缆在整个生命周期内都处于不断运动状态，工况更加复杂，还容易受到海洋生物的附着破坏，对海缆设计、力学性能及绝缘材料要求更高。”李磊向《风能》解释道。海缆龙头厂商已经掌握了线芯连续生产的动静态海缆工艺，即通过将一根连续的电缆线芯分为动态段和静态段，分别按照动态海缆与静态海缆的要求进行护套和铠装加工，并在二者的过渡段安装密封组件，从而实现工厂在线过渡连接，减少中间接头的使用，提升海缆性能的稳定性。目前，国内海缆头部企业均具备了生产动态电缆的能力。

亨通光电为“扶摇号”漂浮式风电机组提供了国内首根应用于65米以上海深的高压动态海缆

东方电缆和亨通光电已实现对漂浮式海上风电项目动态海缆的供应。东方电缆的动态电缆先后安装于广东阳江的“三峡引领号”及海南文昌的“海油观澜号”，应用电压等级均为35kV；亨通光电的动态海缆系统成功应用于广东湛江徐闻的中船海装“扶摇号”，并承建了葡萄牙漂浮式海上风电66kV输电系统建设维护总包工程，以及西班牙X1Wind漂浮式海上风电动态海缆项目。

大型化、智能化、更环保

“风电机组单机容量越来越大，海缆单位重量体积也在增加，以便实现更多的载流量。相应地，对海缆敷设船承缆量的需求也跟着水涨船高。”中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司副总工程师赵生校表示。据了解，海缆敷设船正在向着万吨级发展，并增加了动力定位等功能，以提高船舶的抗风浪、续航能力。例如，“润能168”是我国第一艘拥有全回转自动控制功能的大型敷缆船，已在广东、浙江、山东等省份的海域完成了多个重大项目海底电缆敷设任务；2023年11月下水的全国最大海缆施工船“启帆19号”，载缆量达1万吨。“未来，在海缆的选择和设计阶段就需要考虑海缆的安装方法，这一点尤其重要。目前，业界应着力提高深埋技术，加大对深埋设备研发、工艺改进、海缆保护模式、软件提升和经济性的考量。”有专家在2023年于广东汕头召开的海上风电船舶前沿技术研讨会上表示，“国内海缆敷设船在硬件方面与欧洲相差不大，但在软件方面，尤其在船体本身的管理、施工，对天气、海况的分析，对埋设的可行性、风险评估等需要进一步提升。”在海缆的生产与安装、运维阶段，智能化技术发挥出越来越大的作用。在智能化生产线上，海缆立式成缆旋转生产可实时监控，采用工业视觉+人工智能算法实现传统机械仪表数据采集、分析与安全预警，为生产提供全数据支撑。在施工运维过程中，水下作业机器人（ROV）、无人船艇，可解决海洋工程常态化检测问题；运用低压脉冲反射法、DSP信号处理技术、GPS卫星定位系统等技术，可强化海缆故障诊断。海缆属于惰性结构，性能稳定，一般不会造成污染，在使用期满（平均20~40年）后可以回收再利用。然而，若海缆被击穿，或废弃于海底，其中用来抵御海水腐蚀和强大水压的铅护套，以及铜、镍等金属，会对海洋生物造成严重的污染和生态风险。目前，业界正在探索通过回收再利用，或使用轻型、环保替代材料，来降低海缆对海洋环境的影响。国外研究表明，使用聚丙烯热塑性材料代替交联聚乙烯，既可进行回收再利用，且其碳排放也相对较低。

海缆安装无疑会给海床造成扰动，但其安装时间较短，扰动轻微。而纵横交错的海缆或可成为大量海底生物的避难所和居住地，进而增加生物多样性。海缆经过的区域通常被指定为保护区，这意味着锚、底拖网甚至捕鱼都可能受到限制。例如，新西兰的库克海峡电缆保护区（CPZ）限制在电缆附近捕鱼，有效地建立了一个保护区，从而改善了鱼类资源。“不过，近海区域船舶的拖网、抛锚操作频繁，是造成海缆破坏的重要因素，需要增加海上警示标识，利用大数据为渔民提供海缆线路分布图，加强在线监测，以减少海缆的人为损伤。”某业内技术专家建议。

绝缘材料国产化正有序推进

绝缘材料是海缆可靠运行的核心要素。高压电缆绝缘材料的发展经历了充油绝缘（OF）、油纸绝缘（MI）和交联聚乙烯（XLPE）绝缘三个阶段。由于前两种材料容易造成环境污染，其维护困难，目前几乎所有的高压电缆都使用交联聚乙烯作为绝缘材料。“电压等级越高，同样的导体截面，绝缘材料会越厚，重量越大，价格也越高。一般220kV单芯高压海缆绝缘材料用量为5~6.5吨/千米，330kV用量比220kV的多20%~30%，500kV能达到约9.5吨/千米。为了确保电缆的安全可靠，国家标准对绝缘厚度设计提出了具体要求，且国内项目业主招标时对绝缘材料的制造商和品牌均有相关要求；国外招标项目中，如能充分验证满足性能和项目要求，绝缘材料的厚度可以由生产厂家决定，对材料制造商和品牌不做要求，相对比较灵活。”李磊坦言。某海缆头部企业技术负责人认为，国家标准在绝缘厚度设计时有较大冗余，在保障海缆运行可靠性的前提下，应减少一定的冗余设计，也可以降低部分成本。业内相关人士表示，目前35kV及以下的海缆绝缘材料，国产化产品已基本得到成熟应用，220kV海缆绝缘材料虽然已可自主生产，但在实际工程应用上基本都是从海外进口。330kV和500kV海缆几乎全部使用海外陶氏化学和北欧化工的绝缘料，以北欧化工为主。据统计，目前我国110kV及以上高压电缆绝缘材料的年需求超过10万吨，其中的80%依赖进口，这制约了我国高端电力装备的自主可控发展，也意味着我国35kV以上海缆绝缘材料面临“卡脖子”局面。随着海上风电项目离岸越来越远，风电机组单机容量越来越大，海缆高压绝缘材料的需求将进一步扩大。预计到2025年，其需求量将接近陆缆。因此，高压绝缘材料的国产化成为推进高压海缆国产化进程中至关重要的一环，也是降低高压海缆成本的有效途径。

万马高分子超高压绝缘材料生产线浙江万马高分子材料集团有限公司高压事业部总经理姜松奕向《风能》分析说，目前，对于220kV绝缘材料在海缆中的应用，面临的困难是业主在招标中往往指定电缆材料必须使用进口品牌。虽然220kV国产绝缘材料已经在南方电网、国家电网等的陆上工程中得到应用，且成本比国外品牌低10%~15%，但由于海缆的工程造价高，很难找到相应的示范工程来验证绝缘材料的可靠性，这在一定程度上阻碍了220kV国产绝缘材料在海缆领域的推广应用。针对电压等级更高的330kV和500kV超高压海缆，之所以没有使用国产绝缘材料，主要是由于该类国产化产品缺乏工程验证，在应用、业绩等方面与国际品牌仍存在一定差距，需要等待验证机会。这与国产风电大兆瓦主轴轴承曾经面临的情形类似。为此，上海电缆研究所首席专家毛庆传曾呼吁，风电场设计方、建设方应在110kV及以下海缆上优先选用国产绝缘材料，试点优质示范工程。

“出海”有望迎来加速期

由于海缆行业对产品的性能要求高，海外客户对产品的质量要求较为严格，进入海外客户的合格供应商名录面临的困难更大。例如，国内海缆在投用前一般需花费1年以上时间完成型式和预鉴定试验，还需取得国际环球接头联盟（UJC）的UJ认证，才能进入国际市场。目前，我国海缆头部企业逐渐在东南亚、中东及欧洲北海地区等海外市场获得订单，一方面是由于海外市场需求旺盛，而供应商较少或扩产较慢，产能严重不足，国外的价格和利润比国内高，国内企业“出海”积极性更高；另一方面，也意味着我国海缆企业在技术创新、产品质量、服务等方面获得了海外主流客户的认可。“中国供应商的工作效率、交付及时率比国外的更高，技术指导安装服务响应也更加到位，为中国海缆在国外赢得了口碑。”中天科技某技术专家表示。目前，中国海缆出口订单金额达到数十亿元。中天科技在德国等西欧国家、中东地区频繁中标，东方电缆中标了东南亚及西欧国家的项目订单，亨通光电先后多次中标越南、中东地区的海缆项目。我国海缆供应商一般通过中标国内企业承揽的海外EPC项目，或与当地海洋工程承包商、敷设船企业联合竞标，或设立境外子公司的方式参与海外项目海缆的生产、交付及安装工程。通常是在国内生产产品后再进行出口，海外生产基地主要是制造配套附件。“国外客户的技术要求比较严格，在实际执行中要严格按照合同执行。因此，海缆企业在签订合同之前，需要充分评估技术、质量、商务、交付、运维方面的要求。遇到有异议的地方，可以通过前期项目的佐证、标准或规范依据进行充分说明。一旦落到纸面上，就很难更改。”某行业专家在提及“出海”注意事项时表示。