海上风电远海化提速,海缆绝缘材料市场规模的增长动力,主要来自高压化与柔性直流带来的绝缘技术要求与单位价值量抬升,以及交联聚乙烯国产化替代的空间。 绝缘材料是海缆中价值量仅次于导体材料的环节,占原材料采购成本约8.79%(接近10%);随着送出海缆电压等级由220kV向330kV、500kV升级,并逐步由交流转向柔性直流,绝缘环节的工艺门槛与单公里用量同步提高,构成市场规模扩张的核心驱动。
一、绝缘材料是海缆成本中的高价值环节
海缆结构上与陆缆相近,都包含导体、绝缘、导体屏蔽等基本结构,差别在于为满足阻水与机械性能,采用了阻水导体、增加了半导电阻水带等设计。从成本构成看,除铜、铝等导体材料外,价值量最大的就是绝缘材料,占比接近原材料成本的10%。
海缆使用的绝缘材料主要有低粘度绝缘油、乙丙橡胶和交联聚乙烯三种。其中,交联聚乙烯因导热性好、输送容量大、损耗低,是应用最广泛的绝缘材料。
二、高压化与柔性直流:绝缘环节的量价抬升
海缆技术趋势可分为短期与中长期两条线:短期是低压向高压升级,中长期是交流向柔性直流转换。
- 高压化:阵列海缆从35kV向66kV升级,送出海缆从220kV向330kV乃至500kV升级。电压等级越高,绝缘材料被击穿的可能性越大,对制造工艺要求越高。
- 500kV的核心挑战:在于绝缘材料的电气性能。海缆本体挤制绝缘与工厂接头时的绝缘恢复是两个互相独立的过程,本体绝缘与接头绝缘存在不同热历史,易造成交联聚乙烯晶相结构差异,进而影响工频击穿、电树枝发展等特征。相比220kV,500kV海缆绝缘工作场强更集中,接头绝缘与本体绝缘的微小差异及过渡绝缘的存在,都可能引起交联聚乙烯电树枝劣化甚至击穿。
- 柔性直流:以IGBT代替晶闸管,可控性与灵活性增强;不存在交变电磁场,不损耗导体、金属套等材料;相同电缆类型、导体截面和敷设条件下,载流量与输电容量更大。随着输电距离拉长,柔性直流的经济性相对增强。
- 绝缘加工是柔性直流的技术难点:直流海缆温升后,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。批量制造中,导体屏蔽、绝缘与绝缘屏蔽的三层共挤是最关键工序,两个界面的光滑统一对电场分布和长期电气性能稳定性至关重要。
三、国产化替代带来的增量空间
国内交联聚乙烯目前仍主要依赖进口,供应受疫情和交通影响较大。中国石化已有一条产线能够生产交联聚乙烯,未来交联聚乙烯国产化率有望逐渐提升,这为绝缘材料环节带来替代性增长空间。
常见问题
海缆绝缘材料中,为什么交联聚乙烯应用最广?
交联聚乙烯具有良好导热性,同时输送容量大、损耗低,因此在海缆绝缘材料中应用最广泛。相比之下,乙丙绝缘电缆介质正切值和介电常数较大,不适用高压绝缘;充油海缆虽运行经验丰富、适用于更高电压等级输电工程,但存在漏油污染海洋环境、质量大、敷设难度高、需配充油系统等不足。
柔性直流海缆的绝缘加工难点在哪里?
难点主要体现在绝缘加工环节。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,对绝缘屏蔽和绝缘界面的完好性要求很高。制造过程中,导体屏蔽、绝缘与绝缘屏蔽的三层共挤是最关键工序,两个界面的光滑统一直接关系电场分布与长期电气性能稳定性。
海缆绝缘材料市场的增长动力主要有哪些?
一是远海化推动送出海缆由220kV向330kV、500kV升级,并由交流向柔性直流转换,绝缘材料的技术要求与单位价值量同步抬升;二是交联聚乙烯目前主要依赖进口,中国石化已有一条产线可生产,国产化率提升将带来替代增量。