海上风电及海底电缆行业分析

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1、1、海上风电行业概述1.1、海上风电的发展历史及现状2015 年12月 12日，近200个缔约国在巴黎气候大会上签署了巴 黎协定，各国在利用清洁能源取代传统能源，减少温室气体排放方面 达成了共识。这也意味着风力发电作为绿色发电手段将得到越来越广 泛的应用，是未来推进能源转型的重要路径。在取代煤炭发电方面， 海上风电的减排效果更加显著，中国1GW的海上风电项目，每年可节 省标煤消耗 46.7万吨，减少二氧化碳排放约124吨。根据世界银行集 团测算，全球海上风电技术可开发潜力为71TW，海上风能储备资源达 到全球电力需求的十倍以上。近几年，全球海上风电的装机量持续增 长，根据GWEC数据统计，20

2、21年全球海上风电新增装机量21.1GW， 创造了历史记录，全球海上风电装机总容量达到57.2GW。可以预计， 在碳中和背景下，海上风电将成为未来低碳发展的主线之一。1.2、中国海上风电发展情况中国蕴藏着丰富的海上风力资源，根据报告，中国水深5-50 米海 域，100 米高度的海上风能资源可开发量为 5 亿千瓦，总面积39.4万 平方千米。另外近岸潮间带、深远海也具备较丰富的风能资源。与陆 上风电相比，中国海上风电具有运行效率高，风力资源丰富，发电稳 定的特点，同时中国用电主要集中在东南沿海地区，发展海上风电可 以更靠近用电中心，就近消纳。随着国家政策的大力支持以及海风成本的降低，近几年中国海

3、上风 电高速发展，已经成为了全球装机规模最大的海上风电市场。根据GWEC统计，2021年中国海上风电新增装机量16.9GW，约占全球新增装 机量80%，累计总装机量27.68GW，占全球总装机48.4%。中国海上风 电发展历程大致分为四个阶段：1 ）初期探索阶段（2 0 1 0-2 0 1 4年）中国海上风电相较于欧洲发达国家起步较晚，2010年6月，中国 同时也是亚洲首个大型海上风电场 东海大桥100MW海上风电场并 网发电，标志着中国海上风电产业迈出了第一步。但是受制于海上风 电发展初期资本投入较大，发电成本较高，风场运营维护经验不足等 因素限制，2010-2014年期间海上风电发展速度较

4、为缓慢，这一阶段， 主要采用特许权招标方式招标海风项目，截至2014年底，中国海风累 计装机量 654MW。2）稳步发展阶段（2 0 1 5-2 0 1 8年）在此期间，国家发改委发布了关于海上风电上网电价政策的通知， 规定了2017年投运的潮间带海上风电和近海海上风电项目上网电价分 别为0.75元/千瓦时和0.85元/千瓦时。这一阶段，随着地方政府层 面的政策支撑，海风项目的经验积累，以及技术设备逐渐成熟等因素 驱动，海上风电累计总装机量迅速增长，从2015年1035MW增长到 2018 年 4443MW，CAGR 达到 62.5%3）三年抢装阶段（2019-2021 年）随着国家宣布201

5、9年1月1日至2020年底前核准的海上风电项目 2 02 1年底前仍未完成并网的，不再享受国家补贴，中国迎来了为期三 年的海上风电“抢装潮”。2019-2021年海上风电累计装机从4.44GW 增长到27.68GW，CAGR为84%。这三年由国家政策驱动的海上风电规模 跨越式发展，也同时带动了风电产业链上下游的需求，进一步完善了 产业链的结构，部分零部件如高端海缆，轴承等逐步实现国产替代。4）平价上网阶段（2022 年-至今）随着国补取消，部分省份用省补接力国补，海上风电迈进平价时代。 相较于去年整年海上风机招标的冷淡，根据国际风力发电网统计， 2022上半年海上风机公开招标量达16.1GW。

6、山东和广东的海风总招标 数占69%。其中，山东2204.5MW,广东1696MW。在海风平价上网阶段, 海上风电产业链持续的降本增效将是驱动行业发展的关键因素。1.3、欧洲海上风电发展情况欧洲是世界上最早落地海上风电项目的地区。1991 年，丹麦Vineby 海上风场安装了世界上第一台海上风机。欧洲的海上风电距今 已有 30 年发展的历史，无论技术上还是规模上都保持世界领先水平。 过去的十年中，欧洲海上风电装机量 CAGR 达到 18.88%，保持高速增长 的同时成为了全球最大的区域海上风电市场。2021 年欧洲海上风电新 增装机量为3.3GW，截至2021年底欧洲海上风电累计总装机量28.2

7、GW。欧洲海上风电发展主要分为三个阶段：1）萌芽期（1991-2001 年），在这一时期，大部分政府和企业都 不认可海上风电的发展前景。安装的容量很少，缺乏可靠的产业链。风机的容量一般在0.5-1MW，风场的规模较小，一般在20MW以内。2001年，欧洲海上风电累计装机不到100MW，平均安装成本 2600USD/kW，平准化度电成本（LCOE）约为0.12USD/kWh。由于此阶段风 场的规模较小，因此限制了海上风电的社会影响和经济效益。2）上升期（2002-2011 年），在这一阶段，海上风电得到了政府 政策支持，施工安装技术进一步完善，融资规模大幅增加，海上风电 进入高速增长期，单一项目

8、规模也达到 100MW 以上，2002 年丹麦建设 了一个有现代规模的风电场HornsRev1，装机容量为160MW，离岸距离在1420km。2011年欧洲海风平均安装成本4658USD/kW，平准化度电 成本达到0.159USD/kWh，累计海上风电装机量达到3.8GW。3）市场化（2012-至今），这一时期在技术可行性证明后，海风成 本降低，政府进一步减少补贴，海上风电市场化成为主题。风机的设 计容量不断增大，离岸距离也不断增加。截至2021 年，欧洲海上风电 总装机量达到28GW。平均安装成本在2013年达到最髙峰5740USD/kW 后，开始逐步下降，2019年下降到4094USD/k

9、W，平准化度电成本达到 0.117USD/kWh。2018年，欧洲出现了“零补贴”海上风电项目，可再 生能源开发商Vattenfall获得了荷兰KustZuid两个海上风电场的开 发权，随后，德国、丹麦、荷兰等国也有多个“零补贴”的海上风电 项目相继落地。2021年12月，丹麦出现了首个中标的“负补贴”海上 风电项目，标志着欧洲海上风电已经走向市场化。2、海底电缆的发展历史及现状海缆分为海底通信电缆和海底电力电缆。电力海缆是海上风电的核 心零部件之一，其特点是在绞合的导体外用绝缘层包覆，并辅以屏蔽、 护套、铠装等特殊结构使其具有良好的绝缘、机械、电气性能，主要 应用于电力系统中输配电网电力传输

10、，安装方式以水下敷设为主。根 据技术迭代和发展历史，我们把海缆发展分为以下三个阶段。1）实验期（1850-1961 年）1850年，法国和英国之间敷设了世界上第一条海底电缆，随着这 一阶段自然科学的迅速发展，海缆的绝缘材料也在不断迭代，黄麻沥 青，聚氯乙烯，聚乙烯，交联聚乙烯等材料先后应用。这一时期的海 缆技术尚未成熟，还停留在实验阶段。2）商业化（1962-1999年）这一时期，欧洲国家海缆技术已经相对成熟，迎来了大规模商业化。 1988 年，中国建成了第一条海底电缆。共有两条，一条是福州川石岛 与中国台湾沪尾（淡水）之间，长177 海里；另一条由台南安平通往 澎湖，长53海里。1999年，

11、世界上首条商业化直流XLPE电缆敷设完 成。3）发展期（2000 年-至今）随着海上风电从近海到深海远海不断探索，海缆的技术趋势进一步 从低压到髙压，从交流到直流。2009年，中国首条500kV髙压交流海 缆电路建成，2014年，中国首条柔性直流电缆投入运行。这一时期， 欧洲海缆无论是技术研发还是商业化应用，始终领先于中国。2.1、海底电缆种类海缆的种类繁多，根据电压等级，传输形式，输电作用，绝缘材料 不同，我们可以把海缆分为四类。1）根据电压等级分类。根据电压等级的不同，可以分成低压电缆， 中压电缆，髙压电缆，超髙压电缆，特髙压电缆五类。低压电缆常用 于住宅间或小型商业客户到公用事业的配电线

12、，中压电缆常用于市区 及郊区的电力分配，髙压及以上电缆通常用于远距离或髙效能电力传 输。2）根据输电作用不同可以分为集电海缆和送出海缆。集电海缆一 般用于海上风力发电机的连接，送出海缆用于风机并网使用。在海上 风电输电过程中，风力机组发电通过集电海缆送到海上升压站，将电 压升髙后，再由送出海缆传到岸上接入电网。在综合考虑经济性，输 电效率，海上风电场容量的情况下，国内常见的集电海缆通常为交流 35kV，送出海缆为交流220kV，根据不同需求也会采取更髙电压等级。3）根据电路传输形式不同可以为交流海缆输电和直流海缆输电。 交流海缆输电发展较早，技术相对较为成熟，生产成本较低，早期海 上风电多采用

13、高压交流输电方式。高压交流输电过程中，先由海风驱 动风机转动，带动发电机发电，通过变压器在机舱内部提高电压，再 由集电海缆传输到海上升压站二次升压，最后由送出海缆输送至陆上 变电站。高压直流输电系统是在输电线路的始端，风电机组输出的交流电经 过升压变压器，再通过集电海缆至海上换流站转换为直流，最后通过 直流线路传输到陆上换流站转换为符合要求的交流电并进行并网。柔 性直流输电系统是在传统直流输电系统的基础上引入了可关断电子器 件的一种新型可换流的直流输电技术，能够对电压提供稳定的支撑， 还具有可控性强等优点，是在大规模且远距离海上风电场中输电并网 的首要选择，随着远海风电场的不断开发，柔性直流输

14、电已逐步变为 海上并网的核心技术。4）根据绝缘材料的不同，我们把海缆分为油纸绝缘海缆，橡胶绝 缘海缆，塑料绝缘海缆。交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆，是一种适用 于配电网等领域的电缆，它结构简单、重量轻、耐热好、负载能力强、 不易熔化、耐化学腐蚀，机械强度高，已经是应用最广泛的海缆产品。 但是从高压直流输电海缆的市场来看，传统的油纸绝缘输电海缆仍然 是主流产品。2.2、海底电缆材料海缆原材料主要包括金属材料和化工原材料，其中金属材料包括铜 杆（电解铜）、铝杆、合金铅锭、铝带、钢丝等；化工原材料包括绝 缘料、护套料、半导电屏蔽料等。在海缆的结构中，最外层的外被层 用来抵御海水腐蚀；下一层是钢丝铠装

15、，用来加强海缆的机械强度，防止外力破坏；铅护套用来抵御海水腐蚀和强大的水压；阻水层可以 阻止当铅护套损坏时，海水渗入铅护套并沿轴向扩散；海缆绝缘层和 陆缆绝缘层没有区别，用来传送能量；内外屏蔽层用来均匀电场分布， 提高绝缘寿命。根据海缆导电芯数量的不同，可以分为单芯海缆和三芯海缆。单芯 海缆便于敷设，敷设长度一般为三芯电缆的三倍，总体施工时间较长。 同时，单芯海缆要敷设在三根非磁性管道中，而三芯海缆敷设在同一 根管道中，单芯管材根数相比三芯需求较多，变电站多回进出线不方 便布置。高压电力海缆因为相间绝缘问题通常使用单芯海缆，中压电 缆因为电压较低，相间绝缘问题可以忽略，一般采用三芯形式。2.3

16、、海缆生产工艺目前国际上用来生产中髙压海缆和110500kV髙压XLPE电缆的工 艺装备主要有立塔交联（VCV与GCP法）、MDCV、CCV、FZCV等生产方 法。2.4、海缆技术趋势随着海上风电的风机大型化，向深海远海发展的趋势，对与其配套 的海缆行业也提出的更髙的要求。未来海缆的技术将向髙压化，直流 化，软接头方向发展。髙压化同输电功率的情况下，电压越髙电流就越小，髙压输电能减少输电 时的电流从而降低因电流产生的热损耗和降低远距离输电的材料成本。 目前市场上的送出海缆从传统的 220kV 交流海缆，逐渐过渡到电压等 级更髙的 330kV 三芯交流海缆和 500kV 三芯交流海缆。直流化交流电缆绝缘结构中的等效电容随着电缆长度的增加而增加，在电 能传输过程中，等效电容与电源不断进行充电、放电，其充电电流可 达到极大值而影响正常有功负荷的传输，因此交流电缆理论上存在