大型海上風(fēng)電場(chǎng)主海纜截面選擇經(jīng)濟(jì)性分析

曾濤，李高強(qiáng)，林錦鵬

（廣東粵電陽(yáng)江海上風(fēng)電有限公司，廣東 陽(yáng)江 529500）

大型海上風(fēng)電場(chǎng)主海纜截面選擇經(jīng)濟(jì)性分析

曾濤，李高強(qiáng)，林錦鵬

（廣東粵電陽(yáng)江海上風(fēng)電有限公司，廣東 陽(yáng)江 529500）

以國(guó)內(nèi)某 300MW海上風(fēng)電場(chǎng) 220KV（XLPE絕緣）主海纜截面選擇為案例，經(jīng)初投資對(duì)比、損耗對(duì)比、海域使用對(duì)比、故障損失費(fèi)用對(duì)比以及全生命周期的費(fèi)用對(duì)比，確定主海纜截面方案的經(jīng)濟(jì)性。

大型海上風(fēng)電；220KV；主海纜；經(jīng)濟(jì)性；對(duì)比

海上風(fēng)電場(chǎng)高壓主海纜是海上風(fēng)電場(chǎng)電能送出的唯一通道，其項(xiàng)目需要巨額投資成本，具有傳輸容量大、故障損失大、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，需要很高的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

1 項(xiàng)目概述

國(guó)內(nèi)某海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為 300MW，擬安裝單機(jī)容量為 4MW 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 75臺(tái)。同時(shí)建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi) 220kV海上升壓站、陸上運(yùn)維基地，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò) 35kV海底電纜連接到 220kV海上升壓站，220kV主變壓器選用 2臺(tái)容量為 180MVA的三相有載調(diào)壓型雙繞組變壓器，經(jīng)過(guò) 27公里 220kV海底電纜線路輸送到沿岸登陸，轉(zhuǎn)接架空線路接入電網(wǎng)系統(tǒng)。

2 220kV海底電纜方案

根據(jù)額定載流量要求，分別選擇單回路 220kV單芯 1×800mm2(考慮銅絲鎧裝和鋼絲鎧裝兩種型式 )，三 芯 3×1000mm2以 及 雙 回 路 三 芯 3×400mm2進(jìn) 行方案對(duì)比。方案一為（1×800mm2銅絲），方案二為（1×800mm2鋼絲），方案三為（3×1000mm2），方案四 （兩回 3×400mm2）。

3 各方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

3.1 初投資

海纜的初投資等于海纜總價(jià)加上施工費(fèi)用。該項(xiàng)目使用單回單芯的海纜路由長(zhǎng)度為 81公里，施工費(fèi)用為 6480萬(wàn)元。單回三芯的海纜路由長(zhǎng)度為 27公里，施工費(fèi)用為 4050萬(wàn)元。兩回三芯的海纜路由長(zhǎng)度為 54公 里，施工費(fèi)用為 5550萬(wàn)元。 方 案 一單價(jià)260萬(wàn)元 /km，可算得初投資為 27540萬(wàn)元。方案二單價(jià) 171.2萬(wàn)元 /km，可算得初投資為 20347萬(wàn)元。方案三單價(jià) 477.6萬(wàn)元 /km，可算得初投資為 16945萬(wàn)元。方案四單價(jià)313萬(wàn)元/km，可算得初投資為22452萬(wàn)元。

從初投資費(fèi)用對(duì)比可以看出，單芯銅絲鎧裝1×800mm2的價(jià)格最高，方案三（ 3×1000mm2）的初投資最優(yōu)。

3.2 運(yùn)行損耗

海纜的年損耗電量由海纜的單位損耗值乘以回路長(zhǎng)度，再以年發(fā)電小時(shí) 2293h計(jì)算，按全壽命周期 25年計(jì)算總和，計(jì)算損耗費(fèi)用時(shí)，按海上風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)電價(jià)0.85元 /kW·h計(jì) 算。方案一單位損耗值 87.1W/m，回路長(zhǎng)度 27km，年損耗電量 539.25萬(wàn) kW·h，年損耗費(fèi)用 458萬(wàn)元），25年總費(fèi)用（折現(xiàn)率 8%）4889萬(wàn)元。方案二單位損耗值 233W/m，回路長(zhǎng)度 27km，年損耗電量 1442.53萬(wàn) kW·h，年損耗費(fèi)用 1226萬(wàn)元），25年 總費(fèi)用（折現(xiàn) 率 8%）13087萬(wàn)元。方案 三單位損耗值 104.7W/m，回路長(zhǎng)度 27km，年損耗電量643.87萬(wàn) kW·h，年損耗費(fèi)用 547萬(wàn)元），25年總費(fèi)用（折現(xiàn)率 8%）5839萬(wàn)元。方案四單位損耗值 47.2W/m，回路長(zhǎng)度 54km，年損耗電量 584.44萬(wàn) kW·h，年損耗費(fèi)用497萬(wàn)元），25年總費(fèi)用（折現(xiàn)率 8%）5305萬(wàn)元。

從運(yùn)行損耗費(fèi)用對(duì)比可以看出，單芯鋼絲鎧裝1×800mm2的價(jià)格最高，方案一 (1×800mm2（銅絲）)的運(yùn)行損耗費(fèi)用最優(yōu)。

3.3 海域使用費(fèi)用

海纜的征海面積按照《海籍調(diào)查規(guī)范》中“以電纜管道外緣線向兩側(cè)外擴(kuò) 10m距離為界”的規(guī)定估算。征海費(fèi)用按 0.45萬(wàn) /每公頃每年計(jì)算。海纜的海域使用費(fèi)用以 25年總費(fèi)用（折現(xiàn)率 8%）為參數(shù)對(duì)比。方案一長(zhǎng)度 81km，海域使用面積 162公頃，年海域使用費(fèi)72.9萬(wàn)元，25年總費(fèi)用（折現(xiàn)率 8%）778.2萬(wàn)元。方案二長(zhǎng)度 81km，海域使用面積 162公頃，年海域使用費(fèi) 72.9萬(wàn)元，25年總費(fèi)用（折現(xiàn)率 8%）778.2萬(wàn)元。方案三長(zhǎng)度 27km，海域使用面積 54公頃，年海域使用費(fèi) 24.3萬(wàn)元，25年總費(fèi)用（折現(xiàn)率 8%）259.4萬(wàn)元。方案四長(zhǎng)度 54km，海域使用面積 108公頃，年海域使用費(fèi) 48.6萬(wàn)元，25年總費(fèi)用（折現(xiàn)率 8%）518.8萬(wàn)元。從海域使用費(fèi)用對(duì)比可以看出，單芯海纜的價(jià)格最高，方案三 3×1000mm2的海域使用費(fèi)用最優(yōu)。

3.4 搶修損失

搶修損失主要考慮設(shè)備材料費(fèi)和施工費(fèi)，對(duì)于單芯海纜，若壞一根僅搶修一根，需做兩個(gè)中間接頭。一個(gè)軟接頭的制作時(shí)間為 10天，兩個(gè)接頭為 20天，搶修材料費(fèi)約 140萬(wàn)（2個(gè)軟接頭 +0.5km同型號(hào)海底電纜），施工費(fèi) 260萬(wàn)元，故障檢測(cè)及試驗(yàn)費(fèi) 30萬(wàn)元。查找故障點(diǎn)、斷點(diǎn)打撈及接頭作業(yè)等工作視氣候、潮流等因素，整個(gè)搶修周期約 40天，單次搶修費(fèi)用約 430萬(wàn)元。對(duì)于三芯海纜，即使單相損壞也要切斷整根（三相），因此需要6個(gè)接頭，一套（三相）軟接頭的制作時(shí)間為25天，兩套接頭為 50天，搶修材料費(fèi)約 405萬(wàn)（2個(gè)軟接頭 +0.5km同型號(hào)海底電纜），施工費(fèi) 420萬(wàn)元，故障檢測(cè)及試驗(yàn)費(fèi) 70萬(wàn)元。查找故障點(diǎn)、斷點(diǎn)打撈及接頭作業(yè)等工作視氣候、潮流等因素，整個(gè)搶修周期約80天，單次搶修費(fèi)用約 895萬(wàn)元。

按測(cè)算該項(xiàng)目年上網(wǎng)電量約 6.878億 kW·h（暫按預(yù)可研報(bào)告），按照 365天折算，日均上網(wǎng)電量約188.4萬(wàn) kW·h，電費(fèi)按照 0.85元 /kW·h，則每天平均停電損失約 160萬(wàn)元。單芯海纜按照 1次搶修停電周期40天考慮，三芯海纜按照一次搶修停電周期 80天考慮。

以上為方便計(jì)算，對(duì) 1×800mm2、3×1000mm2，3×400mm2三個(gè)差別較大的搶修費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比。照第 1年斷一根，第 5年斷一根，第 10年斷一根，對(duì)三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。1×800mm2海纜故障停電損失及搶修費(fèi)第 1年 6830萬(wàn)元，第 5年 4649萬(wàn)元，第 10年3164萬(wàn)元，合計(jì) 14643萬(wàn)元。3×1000mm2海纜故障停電損失及搶修費(fèi)第 1年 13695萬(wàn)元，第 5年 9321萬(wàn)元，第 10年 6344萬(wàn)元，合計(jì) 29360萬(wàn)元。3×400mm2海纜故障停電損失及搶修費(fèi)第 1年 7295萬(wàn)元，第 5年4965萬(wàn)元，第 10年 3379萬(wàn)元，合計(jì) 15639萬(wàn)元。從搶修損失費(fèi)用對(duì)比可以看出，3×1000mm2海纜的價(jià)格最高，1×800mm2海纜的搶修損失費(fèi)用最優(yōu)。

4 對(duì)比結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)比可以看出，從初投資、損耗、還有征海費(fèi)用考慮，三芯 3×1000mm2海纜的經(jīng)濟(jì)性均好，且節(jié)省用海面積，符合國(guó)家節(jié)約用海的政策。但是考慮故障情況下的檢修時(shí)間較長(zhǎng)，停電損失大。其全壽命周期成本最高。而且目前這種截面的 220kV三芯海纜還沒(méi)有制造和應(yīng)用的業(yè)績(jī)，也是影響其使用的一個(gè)重要因素。單芯銅絲鎧裝 1×800mm2海纜初投資較大。單芯鋼絲鎧裝 1×800mm2海纜初投資較省，但年損耗費(fèi)用較大，而且按照目前假定的環(huán)境條件，其載流量在灘涂段不滿足要求，需采取特殊措施。雙回 3×400mm2海纜的初投資適中，考慮故障情況下，單根海纜故障時(shí)仍能送出一半的電能，其停電損失較小，其全壽命周期成本最低。但是海上升壓站需改為雙回路送出也影響其主接線方案，影響范圍較大。采用雙回 3×400mm2海纜全壽命周期成本次低。

5 結(jié)語(yǔ)

由于目前沒(méi)有統(tǒng)一的適用于海上風(fēng)電場(chǎng)高壓光電復(fù)合海纜的選型標(biāo)準(zhǔn)，本文以國(guó)內(nèi)某 300MW 海上風(fēng)電場(chǎng) 220kV（XLPE絕緣）主海纜截面選擇的經(jīng)營(yíng)性分析為案例，通過(guò)對(duì)載流量計(jì)算，不同環(huán)境下的通流要求，制定多個(gè)截面選擇方案。經(jīng)不同敷設(shè)段載流量計(jì)算，確定截面方案的可行性。經(jīng)初投資對(duì)比、損耗對(duì)比、海域使用對(duì)比、故障損失費(fèi)用對(duì)比以及全生命周期的費(fèi)用對(duì)比，確定主海纜截面方案的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過(guò)多方面的對(duì)比分析選擇結(jié)論認(rèn)為，從海底電纜全壽命周期成本最低考慮，綜合運(yùn)行可靠性，以及制造和敷設(shè)的難度，兩回路3×400mm2截面選擇為最佳為方案。

[1]劉剛，曹京滎，陸瑩，譚幗馨 . 以全壽命周期成本為判據(jù)的近海風(fēng)電場(chǎng)海底電纜選型標(biāo)準(zhǔn) [ J] .高電壓技術(shù)，2015（41）：8.

[2]錢(qián)可弭，陸瑩，鄭明，劉剛，曹京滎，陸瑩，譚幗馨 . 海上風(fēng)電場(chǎng)高壓 X LPE絕緣海纜可靠性評(píng)估的方法 [ J].電線電纜，2016（1）.

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