大型海上风电场主海缆截面选择经济性分析

曾涛，李高强，林锦鹏

（广东粤电阳江海上风电有限公司，广东 阳江 529500）

大型海上风电场主海缆截面选择经济性分析

曾涛，李高强，林锦鹏

（广东粤电阳江海上风电有限公司，广东 阳江 529500）

以国内某 300MW海上风电场 220KV（XLPE绝缘）主海缆截面选择为案例，经初投资对比、损耗对比、海域使用对比、故障损失费用对比以及全生命周期的费用对比，确定主海缆截面方案的经济性。

大型海上风电；220KV；主海缆；经济性；对比

海上风电场高压主海缆是海上风电场电能送出的唯一通道，其项目需要巨额投资成本，具有传输容量大、故障损失大、修复时间长等特点，需要很高的可靠性及经济性。

1 项目概述

国内某海上风电场装机容量为 300MW，拟安装单机容量为 4MW 的风力发电机组 75台。同时建设风电场内 220kV海上升压站、陆上运维基地，海上风力发电机组通过 35kV海底电缆连接到 220kV海上升压站，220kV主变压器选用 2台容量为 180MVA的三相有载调压型双绕组变压器，经过 27公里 220kV海底电缆线路输送到沿岸登陆，转接架空线路接入电网系统。

2 220kV海底电缆方案

根据额定载流量要求，分别选择单回路 220kV单芯 1×800mm2(考虑铜丝铠装和钢丝铠装两种型式 )，三 芯 3×1000mm2以 及 双 回 路 三 芯 3×400mm2进 行方案对比。方案一为（1×800mm2铜丝），方案二为（1×800mm2钢丝），方案三为（3×1000mm2），方案四 （两回 3×400mm2）。

3 各方案经济性对比

3.1 初投资

海缆的初投资等于海缆总价加上施工费用。该项目使用单回单芯的海缆路由长度为 81公里，施工费用为 6480万元。单回三芯的海缆路由长度为 27公里，施工费用为 4050万元。两回三芯的海缆路由长度为 54公 里，施工费用为 5550万元。 方 案 一单价260万元 /km，可算得初投资为 27540万元。方案二单价 171.2万元 /km，可算得初投资为 20347万元。方案三单价 477.6万元 /km，可算得初投资为 16945万元。方案四单价313万元/km，可算得初投资为22452万元。

从初投资费用对比可以看出，单芯铜丝铠装1×800mm2的价格最高，方案三（ 3×1000mm2）的初投资最优。

3.2 运行损耗

海缆的年损耗电量由海缆的单位损耗值乘以回路长度，再以年发电小时 2293h计算，按全寿命周期 25年计算总和，计算损耗费用时，按海上风电场上网电价0.85元 /kW·h计 算。方案一单位损耗值 87.1W/m，回路长度 27km，年损耗电量 539.25万 kW·h，年损耗费用 458万元），25年总费用（折现率 8%）4889万元。方案二单位损耗值 233W/m，回路长度 27km，年损耗电量 1442.53万 kW·h，年损耗费用 1226万元），25年 总费用（折现 率 8%）13087万元。方案 三单位损耗值 104.7W/m，回路长度 27km，年损耗电量643.87万 kW·h，年损耗费用 547万元），25年总费用（折现率 8%）5839万元。方案四单位损耗值 47.2W/m，回路长度 54km，年损耗电量 584.44万 kW·h，年损耗费用497万元），25年总费用（折现率 8%）5305万元。

从运行损耗费用对比可以看出，单芯钢丝铠装1×800mm2的价格最高，方案一 (1×800mm2（铜丝）)的运行损耗费用最优。

3.3 海域使用费用

海缆的征海面积按照《海籍调查规范》中“以电缆管道外缘线向两侧外扩 10m距离为界”的规定估算。征海费用按 0.45万 /每公顷每年计算。海缆的海域使用费用以 25年总费用（折现率 8%）为参数对比。方案一长度 81km，海域使用面积 162公顷，年海域使用费72.9万元，25年总费用（折现率 8%）778.2万元。方案二长度 81km，海域使用面积 162公顷，年海域使用费 72.9万元，25年总费用（折现率 8%）778.2万元。方案三长度 27km，海域使用面积 54公顷，年海域使用费 24.3万元，25年总费用（折现率 8%）259.4万元。方案四长度 54km，海域使用面积 108公顷，年海域使用费 48.6万元，25年总费用（折现率 8%）518.8万元。从海域使用费用对比可以看出，单芯海缆的价格最高，方案三 3×1000mm2的海域使用费用最优。

3.4 抢修损失

抢修损失主要考虑设备材料费和施工费，对于单芯海缆，若坏一根仅抢修一根，需做两个中间接头。一个软接头的制作时间为 10天，两个接头为 20天，抢修材料费约 140万（2个软接头 +0.5km同型号海底电缆），施工费 260万元，故障检测及试验费 30万元。查找故障点、断点打捞及接头作业等工作视气候、潮流等因素，整个抢修周期约 40天，单次抢修费用约 430万元。对于三芯海缆，即使单相损坏也要切断整根（三相），因此需要6个接头，一套（三相）软接头的制作时间为25天，两套接头为 50天，抢修材料费约 405万（2个软接头 +0.5km同型号海底电缆），施工费 420万元，故障检测及试验费 70万元。查找故障点、断点打捞及接头作业等工作视气候、潮流等因素，整个抢修周期约80天，单次抢修费用约 895万元。

按测算该项目年上网电量约 6.878亿 kW·h（暂按预可研报告），按照 365天折算，日均上网电量约188.4万 kW·h，电费按照 0.85元 /kW·h，则每天平均停电损失约 160万元。单芯海缆按照 1次抢修停电周期40天考虑，三芯海缆按照一次抢修停电周期 80天考虑。

以上为方便计算，对 1×800mm2、3×1000mm2，3×400mm2三个差别较大的抢修费用进行对比。照第 1年断一根，第 5年断一根，第 10年断一根，对三个时间节点进行经济比较。1×800mm2海缆故障停电损失及抢修费第 1年 6830万元，第 5年 4649万元，第 10年3164万元，合计 14643万元。3×1000mm2海缆故障停电损失及抢修费第 1年 13695万元，第 5年 9321万元，第 10年 6344万元，合计 29360万元。3×400mm2海缆故障停电损失及抢修费第 1年 7295万元，第 5年4965万元，第 10年 3379万元，合计 15639万元。从抢修损失费用对比可以看出，3×1000mm2海缆的价格最高，1×800mm2海缆的抢修损失费用最优。

4 对比结论

通过以上对比可以看出，从初投资、损耗、还有征海费用考虑，三芯 3×1000mm2海缆的经济性均好，且节省用海面积，符合国家节约用海的政策。但是考虑故障情况下的检修时间较长，停电损失大。其全寿命周期成本最高。而且目前这种截面的 220kV三芯海缆还没有制造和应用的业绩，也是影响其使用的一个重要因素。单芯铜丝铠装 1×800mm2海缆初投资较大。单芯钢丝铠装 1×800mm2海缆初投资较省，但年损耗费用较大，而且按照目前假定的环境条件，其载流量在滩涂段不满足要求，需采取特殊措施。双回 3×400mm2海缆的初投资适中，考虑故障情况下，单根海缆故障时仍能送出一半的电能，其停电损失较小，其全寿命周期成本最低。但是海上升压站需改为双回路送出也影响其主接线方案，影响范围较大。采用双回 3×400mm2海缆全寿命周期成本次低。

5 结语

由于目前没有统一的适用于海上风电场高压光电复合海缆的选型标准，本文以国内某 300MW 海上风电场 220kV（XLPE绝缘）主海缆截面选择的经营性分析为案例，通过对载流量计算，不同环境下的通流要求，制定多个截面选择方案。经不同敷设段载流量计算，确定截面方案的可行性。经初投资对比、损耗对比、海域使用对比、故障损失费用对比以及全生命周期的费用对比，确定主海缆截面方案的经济性。经过多方面的对比分析选择结论认为，从海底电缆全寿命周期成本最低考虑，综合运行可靠性，以及制造和敷设的难度，两回路3×400mm2截面选择为最佳为方案。

[1]刘刚，曹京荥，陆莹，谭帼馨 . 以全寿命周期成本为判据的近海风电场海底电缆选型标准 [ J] .高电压技术，2015（41）：8.

[2]钱可弭，陆莹，郑明，刘刚，曹京荥，陆莹，谭帼馨 . 海上风电场高压 X LPE绝缘海缆可靠性评估的方法 [ J].电线电缆，2016（1）.

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