高压交流海缆在达到一定长度后会出现过电压问题,需要增装高抗补偿设备,由此带来成本上升、经济性减弱的压力;随着海上风电远海化、送出距离拉长,这一技术风险会更加突出,交流方案在长距离输电中的经济性劣势逐步显现,送出海缆由交流向柔性直流转换成为明确趋势。
过电压与高抗补偿:交流海缆的固有约束
无论是220kV还是500kV海缆,本质上都是交流电。当输电距离达到一定长度之后,就会存在过电压问题,需要增装高抗,从而导致成本增加、经济性减弱。 这是交流方案在长距离送出场景下难以回避的技术特性,与电压等级高低无关——高压化解决的是输送容量与损耗问题,并不消除长距离带来的过电压补偿需求。
远海化如何放大经济性风险
海缆的技术趋势可分为短期与中长期:短期是从低压向高压升级,中长期则是从交流向柔性直流转换。送出海缆的电压等级由220kV向330kV乃至500kV升级,阵列海缆由35kV向66kV升级,解决的是近端容量问题;而远海化拉长的是输送距离,恰恰触发了交流方案的短板。
柔性直流不存在过电压需增装高抗这一问题,且不产生交变电磁场,不会损耗导体、金属套等材料;在相同的电缆类型、导体截面和敷设条件下,直流海缆的载流量和输电容量也要大得多。因此,随着海上风电向远海发展、输电距离逐渐拉长,柔性直流海缆的经济性会相对增强。
从工程造价看,对于容量400MW及以上的海上风电场,交直流输电方案的造价曲线交叉点出现在60—70km的输送距离之间:输电距离在70km以内时交流经济性更强,超过70km则更宜采用柔性直流输电方案。
| 风电场容量 | 输电方式 | 20km | 40km | 60km | 80km | 100km |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 400MW | 交流 | 11 | 17.7 | 24.5 | 32 | 38.7 |
| 400MW | 直流 | 17.6 | 22 | 26.4 | 30.8 | 35.2 |
| 800MW | 交流 | 13.2 | 21.4 | 29.7 | 39.4 | 47.6 |
| 800MW | 直流 | 24.5 | 26.8 | 29.1 | 31.4 | 33.7 |
(工程造价单位:亿元;数据来源:《海上风电场输电方式研究》彭穗等,天风证券研究所)
可以看到,容量越大、距离越远,交流方案造价上升越快,直流方案则相对平缓。
技术壁垒决定替代节奏
柔性直流海缆的技术难点主要集中在绝缘加工环节。直流海缆工作温升后,绝缘内最大场强可能由靠近导体屏蔽处向靠近绝缘屏蔽处迁移,因此对绝缘屏蔽和绝缘界面的完好性要求很高,导体屏蔽、绝缘与绝缘屏蔽的三层共挤是最关键工序。目前有能力生产柔性直流海缆的企业数量有限,这一供给格局也影响着交流向柔性直流转换的实际推进节奏。
常见问题
为什么高压交流海缆需要增装高抗?
因为交流海缆在达到一定长度后会产生过电压问题,需要通过增装高抗补偿设备来应对,这会直接推高工程造价,使经济性减弱。
远海化之后,交流方案还能用吗?
在较短输送距离内交流方案仍具经济性;但随着距离拉长,其过电压补偿带来的成本压力会持续放大,因此送出海缆从交流向柔性直流转换是中长期趋势。
交直流方案的经济性分界点在哪里?
对于容量400MW及以上的海上风电场,交直流输电方案的造价曲线交叉点出现在60—70km的输送距离之间,超过这一区间后柔性直流方案更具经济性。