淺析海底電力電纜需求增長的三大因素

根據Technavio發布的海底電力電纜市場研究報告稱，2016-2020年，海底電力電纜市場需求年復合增率約為5.89%。其中，原材料價格波動、高壓直流電纜需求增加以及研發投入加大是促進海底電力電纜需求穩定增加的三大新興趨勢。

　　到2020年，海上風電產業是海底電力電纜zuì主要的終端應用市場。能源企業加大對海底電力電纜的投入與建設是為了進一步提高輸電有效性，zuì終保障陸地電力供應。

　　與此同時，對可再生能源電力投資加大，包括潮汐能、波浪能、海上風電將持續促進該市場需求增長。

　　原材料價格波動

　　用于生產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，所以原材料價格波動對電纜制造商的影響非常直接。截止2015年12月，原材料價格成本占海底電力電纜生產成本的近85%。

　　其中，銅材和鋁材的成本則占生產總成本的50%左右。因此，銅鋁和其他必要原材料價格波動，再加之燃料和能源成本價格波動對電纜制造商銷售成本和收入都產生了非常大的影響。為此，電纜制造商試圖通過成品協商價格變化來減少金屬價格波動帶來的影響。

　　報告中認為，通過提高成品售價可以實現毛利潤率增加的目的，以減少原材料價格成本波動的風險，但前提是成品市場供不應求。

　　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距離高壓電力輸送的一個可行選擇。歐洲委員會已經篩選出43個主要能源項目來打造跨境基礎設施，以實現單一能源市場，提高區域能源ān全。在這些項目中都需要大量的電力從歐洲一個國家輸送至另一個國家。因此，到2020年，歐洲市場將成為高壓直流電纜的主要需求市場。

　　此外，質量輕、低損耗等特點也使得高壓直流電纜成為比交流電纜更具優勢的選擇，尤其是在海底輸電市場。

　　研發投入加大

　　報告中認為，研發投入增加是促進未來海底電力電纜市場需求穩定增長一大原因。海上風電市場的迅猛增長為研發創造了更多機會。不同替代性能源資源需要不同類型的電力電纜來實現電力的穩定輸送。

　　因此，電纜制造商們將不斷加大對新電纜技術的投入，實現耿長距離、更低損耗的高壓電力輸送。

　　不僅如此，由于產品同質化競爭嚴重，電纜制造商不斷加大新產品研發，以使企業保持競爭力。

　　報告中還指出，未來海底電力電纜的發展趨勢(包括高壓/特高壓電纜)：

　　·　濕式設計向干式絕緣轉變，有利于電纜外圍環境條件;

　　·　低電應力向高應力轉變;

　　·　大直徑尺寸向小直徑轉變;

　　·　電纜質量更輕;

　　·　短程向長距離目的地配送。

防海水電纜及技術難點

交聯聚乙烯絕緣電纜（XLPE）

交聯聚乙烯絕緣（XLPE）海底電纜發展于上世紀80年代，多數用于220kV及以下電壓等級［1］，其制造和運行經驗還遠不如充油海底電纜．截止到目前，電壓等級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長的420kV4根單心海底電纜．500kV交流長距離海底電纜，目前應用的僅有充油電纜．

與充油電纜相比，XLPE電纜具有以下優點：

①XLPE電纜是固體絕緣，不需復雜的充油系統，不需要檢測油位、控制油壓，運行費用低；

②XLPE電纜沒有鉛護套，彎曲半徑小、質量輕，可生產、敷設的長度更長，且在敷設安裝和運輸時都要比充油電纜簡單；

③XLPE海底電纜的電氣性能和機械性能也都優于充油電纜．正因如此，XLPE絕緣海底電纜的發展有著更廣闊的前景，但也有眾多技術問題尚需解決．普通的交聯聚乙烯電纜在直流電壓作用下，電纜絕緣中的空間電荷會在某處集中，從而造成此處局部場強過高而被擊穿．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，長度40km，容量330MW，用于連接紐約長島和美國的康涅狄格．這種直流海底電纜采用3層聚合材料擠壓成單極性電纜，內外屏蔽層與絕緣層同時擠壓，具有高強度、環保和便于掩埋等優點，適用于深海等惡劣環境．

XLPE絕緣直流海底電纜現zuì高電壓可達320kV交流電纜絕緣中的等效電容隨電纜長度增加而增大，在能量傳輸過程中，等效電容與電源間不停地進行著充電放電，其充電電流可達到*值而影響正常有功負荷的傳輸，所以交流海底電纜有個理論上的極限傳輸距離，多個跨海工程表明，該距離約為40km［3］，超過這個距離，采用交流傳輸電能就不具經濟性了．而直流電纜長度不受充電電流限制，無需無功補償裝置，制造安裝簡便，介損和導體損耗小，有著良好的市場前景．但高壓直流海底電纜還有如空間電荷積累機理及其抑制方法、直流電壓下的絕緣老化機理、新開發絕緣材料的*穩定性，局部放電的影響等眾多問題有待研究解決．"

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省生產和敷設的費用，所以大截面、

高電壓等級的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了世界上dì一根電壓達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構上與充油電纜很相似，也使用預先浸漬好的紙帶做絕緣，再充入帶壓力的氮氣，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的海底電纜網．但由于需在深水下使用高氣壓操作，故此增加了設計電纜及其配件的困難，該電纜一般限于水深為300m以內．

海底電纜的相關技術問題

海底電纜的防水

當機械應力或外力造成電纜護套及絕緣損傷、接頭損壞時，潮氣或水分會沿著電纜縱向和徑向間隙浸入，降低絕緣的電氣強度，因此多數高壓海底電纜都具

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套，中壓電纜電場強度相對較低，一般使用鋁塑復合護套，也有僅用聚合物護套的，高壓電纜則采用鉛、鋁、不銹鋼的金屬密封套．聚合物護套具有防水性，但卻有一定的吸水率，這是因為其結構主要是由結晶相和無定形相組成的半結晶高聚物．結晶相結構緊湊，無定形相中的分子排列疏松，分子間存在較大的間隙．在交變電場的作用下，極性的水分子不斷來回翻轉，可以透過間隙和晶界缺陷處滲透到絕緣材料中．采用聚合物護套時，護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在導線之間和纜心屏蔽區添加阻水性物質，阻斷水分在纜心中的擴散通道．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，吸水強度大、膨脹率高，吸水后可迅速膨脹形成凝膠狀物質，阻塞滲水通道，終止水分和潮氣的進一步擴散和延伸，使受潮電纜的長度降到zuì低。