楊 銳

（上海埃因電線電纜有限公司）

0 引言

電作為重要能量來源，與我們?nèi)粘Ｉ罴肮ぷ鲗W(xué)習(xí)息息相關(guān)，不論是在工業(yè)生產(chǎn)中消耗的巨大能量，還是在日常生活中家居照明及各項(xiàng)家電設(shè)備的正常運(yùn)行，可以說，電能為我們高效率、高品質(zhì)生活奠定了重要的能量基礎(chǔ)。在現(xiàn)階段可再生能源快速發(fā)展背景下，風(fēng)力發(fā)電是其中一項(xiàng)重要的技術(shù)領(lǐng)域，其較快的發(fā)展速度、成熟完備的技術(shù)理論體系、較大規(guī)模的開發(fā)前景和巨大的潛在商業(yè)價(jià)值，使風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注。風(fēng)電電纜作為風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)設(shè)備可靠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電專用電纜關(guān)鍵技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估也就具備重要意義。

1 風(fēng)電裝機(jī)的市場發(fā)展

近年來，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期，保持著較快增長的發(fā)展趨勢。2013年以來，全球風(fēng)力發(fā)電電纜裝機(jī)容量平均增長率為15%，根據(jù)發(fā)電產(chǎn)業(yè)咨詢報(bào)告可知，2017年全世界新增風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量為20381MW，比上年增加了3221MW，同比增長17%。目前，歐洲仍舊是風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要領(lǐng)地，截至2017年，歐洲市場累計(jì)裝機(jī)容量為78324MW，占世界全體風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?2.3%，約提供了歐盟5%左右的電能供給，提前實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電裝機(jī)容量發(fā)展的基本目標(biāo)。與此同時(shí)，以美國和加拿大為首的北美洲區(qū)域風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)迅速，亞洲風(fēng)力發(fā)電廠規(guī)模逐步擴(kuò)大。根據(jù)丹麥某國家實(shí)驗(yàn)室對(duì)其轄區(qū)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)評(píng)估，從1981年到2014年間，風(fēng)力發(fā)電成本由傳統(tǒng)模式下的15.8歐分／kWh直接下降到2.22歐分／kWh，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為近二十年來世界上發(fā)展速度最快的能源結(jié)構(gòu)形式。

2 風(fēng)力發(fā)電專用電纜的特征與選擇

2.1 風(fēng)力發(fā)電專用電纜特性

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用電纜主要用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變頻器、箱式變壓器等諸多重要結(jié)構(gòu)部位，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用電纜必須具備優(yōu)良性能，確保能在溫度較為惡劣的外界環(huán)境中保持優(yōu)良的電氣傳輸性能和機(jī)械性能。通常情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組專用電纜必須具備低溫抗扭曲性能、耐候性能、耐油性能和耐海水腐蝕性能四大特性。就發(fā)電機(jī)組專用電纜的低溫抗扭曲性能而言，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在實(shí)際發(fā)電過程中，必須根據(jù)風(fēng)向的變化讓機(jī)艙旋轉(zhuǎn)變化，故風(fēng)力發(fā)電專用電纜必須具備低溫抗扭轉(zhuǎn)性能，適用于-40℃的低溫環(huán)境中正負(fù)四個(gè)周期360°旋轉(zhuǎn)，且能耐受電纜旋轉(zhuǎn)次數(shù)10000次及以上，保證扭轉(zhuǎn)后的電纜表面無任何開裂現(xiàn)象，且可在海水中浸泡能承受比額定工作溫度高10～15℃左右，2～10h的短時(shí)過載運(yùn)行而不被擊穿。

2.2 風(fēng)力發(fā)電專用電纜類別

風(fēng)力發(fā)電專用電纜按額定工作電壓可以分為450／750V、0.6／1kV、1.8／3kV，按用途可分為電力電纜、控制電纜、電源線，按材料可分為橡膠絕緣電纜、柔性塑料絕緣電纜、低煙無鹵絕緣電纜等，其品種繁多，規(guī)格豐富，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。耐低溫柔性抗扭轉(zhuǎn)電纜是風(fēng)電電纜中的重要產(chǎn)品，通過對(duì)電纜結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)使其具有常規(guī)電纜所不具備的耐高低溫、耐鹽霧、抗扭轉(zhuǎn)等特性，可保障電纜在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 風(fēng)力發(fā)電專用電纜選擇原則

一方面，由于風(fēng)力電纜主要用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)機(jī)塔筒及其重要零部件，而風(fēng)機(jī)塔筒往往在外界環(huán)境中以較高頻率扭動(dòng)甚至發(fā)生軸向位移，因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)機(jī)塔筒電纜線需要選擇抗扭性能更佳、延展性能更好的耐扭曲電纜。另一方面，風(fēng)力發(fā)電場集中點(diǎn)線路的電纜選擇并不需要一味追求技術(shù)高超和性能優(yōu)良，而僅僅需要考慮風(fēng)力發(fā)電場項(xiàng)目所在地的自然氣候條件、地形條件和地域特色等，選擇滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能要求的電纜即可。

3 風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)

風(fēng)能具備能量巨大、可循環(huán)利用、綠色環(huán)保以及分布廣泛等諸多優(yōu)勢，在此背景下發(fā)展而來的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為風(fēng)能利用的關(guān)鍵技術(shù)，為我國綠色能源可持續(xù)發(fā)展做出了不可忽視的重要貢獻(xiàn)。通常情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可按風(fēng)輪軸安裝形式分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率大小則可分為微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。按運(yùn)行方式則可分為獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。目前，在所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛和風(fēng)能利用效率最高的形式，垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能利用效率較低，啟動(dòng)設(shè)備技術(shù)含量較高，因此，主要以水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為研究對(duì)象，介紹其獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

在風(fēng)力發(fā)電專用電纜中，1.8／3kV及以下耐低溫抗扭轉(zhuǎn)電力電纜適用于機(jī)艙內(nèi)發(fā)電機(jī)定子至塔基變流器的電力傳輸，是風(fēng)電電纜中技術(shù)含量最高，使用條件最為苛刻的一類產(chǎn)品。該電纜導(dǎo)體采用EN60228：2004中規(guī)定的第5種或第6種鍍錫銅導(dǎo)體，具有抗氧化、耐腐蝕的特性。絕緣為擠包高性能橡膠材料，具有優(yōu)異耐熱老化性、耐臭氧和耐候性，卓越的電氣絕緣性能，耐電暈、耐漏電痕和耐電壓性能。優(yōu)異的耐低溫特性和較好的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)酒精、酮、乙二醇等極性比較強(qiáng)的溶劑、無機(jī)鹽類的溶液，酸和堿有較大的抗耐性，長期接觸后性能非常穩(wěn)定。成纜時(shí)用密封膠填充，使絕緣線芯之間的外部間隙中沒有任何實(shí)質(zhì)性空隙。并采用同向大節(jié)距束絲及成纜結(jié)構(gòu)，可使電纜在任意一個(gè)方向上的扭轉(zhuǎn)受力均勻，避免斷線、打扭等現(xiàn)象。最后采用高強(qiáng)度阻燃型聚氨酯彈性體護(hù)套材料，這樣可以使電纜具有優(yōu)異的抗扭轉(zhuǎn)、抗撕裂、耐腐蝕、耐低溫、耐磨損、耐油等特性。該電纜低溫下工作溫度可達(dá)-55℃，短路時(shí)5s內(nèi)溫升最高250℃，移動(dòng)敷設(shè)最小彎曲半徑不小于電纜外徑的6倍，導(dǎo)體允許張力負(fù)荷：15N／mm2。

4 風(fēng)力發(fā)電專用電纜性能試驗(yàn)

相關(guān)報(bào)告顯示，國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目大規(guī)模修建時(shí)間較短，風(fēng)力發(fā)電的核心設(shè)備絕大多數(shù)從國外進(jìn)口，其配套的電線電纜由國外采購，國內(nèi)市場并未出現(xiàn)專業(yè)生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電電纜的相關(guān)機(jī)構(gòu)。公司設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電專用耐扭轉(zhuǎn)軟電纜——ANFNBN，對(duì)應(yīng)的國外同類產(chǎn)品為H07RN-F（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為DIN VDE 0282），其結(jié)構(gòu)性能比較如下表所示。

表 結(jié)構(gòu)性能比較表

5 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

我國地域遼闊，風(fēng)能資源豐富發(fā)達(dá)，陸上風(fēng)能2.53億kW，海上風(fēng)能資源7.5億kW，但我國現(xiàn)階段運(yùn)行的風(fēng)電裝機(jī)容量僅76萬kW，并且85%以上風(fēng)電裝機(jī)電纜為進(jìn)口，進(jìn)一步發(fā)展風(fēng)力發(fā)電電纜技術(shù)是我國綠色能源可持續(xù)發(fā)展道路的重要戰(zhàn)略舉措，風(fēng)能作為可再生能源在我國的大規(guī)模發(fā)展與應(yīng)用，將使我國風(fēng)電裝機(jī)容量復(fù)合增長率高達(dá)40%以上，在未來15年時(shí)間內(nèi)，風(fēng)電裝機(jī)設(shè)備市場占有份額將高達(dá)2100億元，為我國節(jié)約大量不可再生能源。

6 結(jié)束語

在未來的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，市場空間巨大，在注重風(fēng)力發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新和理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，從風(fēng)力發(fā)電電纜著手，不斷提高風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)技術(shù)整體應(yīng)用效率，將有助于我國綠色經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。