漲姿勢｜一文帶你走進海上風電場的「血管」和「神經」：海纜

為了傳輸海上風力機組發出的電能，要用到一種特製的電纜，它將電纜和光纜的功能綜合在一起，稱為複合海纜。

海纜在整個風電場的運行結構中同時扮演著「血管」和「神經」的角色，除了彙集、傳輸電能外，其內部還有光纖單元，作為風電場通信及海纜監測信號的通道。功能「二合一」的海纜一方面節約了海底電纜敷設通道資源，大大節省了工程成本；另一方面，這種集合式的結構使纖弱的光纜得到了更好的保護，增強了可靠性。

▲敷設中的國內首條三芯220千伏的海纜

（圖中黑色粗纜）攝影：孫榮剛

電力和信息同時傳送

我國早期建設的海上風電場普遍採用35千伏海纜連接風力機直接登陸，經過陸上升壓站，向外送出電能。隨著近年來風電場建設規模越來越大，離岸距離越來越遠，用這種方式的話，海纜數量多、電力損耗大的缺點尤其突出，越來越不適合海上風電的送出。自從江蘇響水海上風電場中在國內首次應用220千伏電壓等級海纜以後，國內近期建設的海上風電項目大多也採用這種海纜。

▲埋設機在海床之下的底泥中噴出高壓水流，衝擊出一條壕溝，同時敷設海纜。

海纜的線路布局

在海上風電場中，一般是遵循最大限度利用風能資源的原則來進行布置風力機的，同時還要盡量減小風力機之間的尾流影響。與之配套的海纜在布設的時候，要設計出合理的連接方式（鏈形、環形、星形等），盡量縮短風力機組之間的海纜長度，以降低配套工程投資和場內輸變電損耗。

▲江蘇響水近海風電場通過8根35千伏海纜彙集風力機發出電能，傳輸到海上升壓站，再通過220千伏海纜輸送至陸地集控中心，併入電網。

在響水近海風電場中，共有8個聯合單元（即8個迴路）匯總到海上升壓站。每8～9颱風力機組成1個聯合單元，由35 千伏集電線路海纜以鏈形（局部為星形）連接起來彙集電能。8根聯合單元的電能在升壓站彙集、升壓至220千伏，再通過220千伏輸電線路海纜傳輸至陸上集控中心，進而輸送至電網。

如何敷設海纜?

▲三芯海纜的橫截面，包含3條電纜和1條信號纜。每根電纜直徑50毫米，海纜外徑250毫米。

敷設海纜時，有專用的敷纜船。這種敷纜船不會「隨波逐流」，而是利用動力定位系統精確定位在海上的位置、前進和糾偏，可極大提高敷設的精度以及敷纜船在複雜海況下的施工能力。

向海底敷埋海纜作業時，將海纜放入埋設機腹部後，將埋設機吊入水中，擱置在海床面上。然後，啟動其自帶的高壓水泵及埋深監測系統，開始敷埋作業。埋設機隨船的拖動而水平移動，噴出的高壓水流衝擊海底淤泥，二者的聯合作用形成初步的斷面，同時敷設海纜，隨著周圍的淤泥坍塌，將海纜埋入海床中。

未來，隨著近海風能資源的開發逐漸飽和以及風電上網電價下降成必然趨勢海上風電勢必朝著遠海化、規模化發展，長距離、大規模的電能輸出將對降低海纜上的電能損耗提出新的需求。可以預見，在未來的海上風電項目中，採用柔性、直流的電纜送出方式將是一個趨勢。

（來源:《科學世界》雜誌）