庫(kù)陶菲?，關(guān)前鋒，王琦

（1.南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663）

海上能源的開(kāi)發(fā)利用是沿海地區(qū)未來(lái)能源發(fā)展的重要領(lǐng)域，海上風(fēng)電是海洋可再生能源利用較為成熟和具有前景的能源形式，其具有資源豐富、發(fā)電利用小時(shí)數(shù)相對(duì)較高、技術(shù)相對(duì)高端的特點(diǎn)，是新能源發(fā)展的前沿領(lǐng)域。目前，我國(guó)海上風(fēng)電的送出方式主要有交流送出和柔性直流送出兩種：交流送出方式多適用于海上風(fēng)電小規(guī)模、近距離輸送；柔性直流送出方式多適用于海上風(fēng)電大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送[1-3]。隨著我國(guó)未來(lái)海上風(fēng)電從近海、淺海走向遠(yuǎn)海、深海，以及江蘇如東海上風(fēng)電柔性直流輸電示范項(xiàng)目的實(shí)施，根據(jù)我國(guó)各沿海省份的規(guī)劃，更大規(guī)模的海上風(fēng)電柔性直流集中送出（2 GW～3 GW）的工程開(kāi)發(fā)近在咫尺，進(jìn)一步深化海上柔性直流輸電技術(shù)的研究工作迫在眉睫，作為海上柔性直流輸電技術(shù)的重要一環(huán)，送出系統(tǒng)的造價(jià)水平也備受建設(shè)各方的關(guān)注。

海上柔性直流送出系統(tǒng)包括了換流站和輸電線路兩部分，換流站主要為海上換流站和陸上換流站，輸電線路主要以海纜為主。目前針對(duì)直流送出系統(tǒng)的造價(jià)水平已有初步的探討：如文獻(xiàn)[4]分析了±800 kV陸上換流站的造價(jià)構(gòu)成及投資水平、文獻(xiàn)[5]分析了±800 kV特高壓直流架空線路工程造價(jià)的合理區(qū)間、文獻(xiàn)[6]分析了海底電纜工程造價(jià)的主要影響因素、文獻(xiàn)[7-8]著重于海底電纜工程計(jì)價(jià)的規(guī)范性、文獻(xiàn)[9]結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目分析了陸上柔性直流送出系統(tǒng)的造價(jià)構(gòu)成，但針對(duì)海上柔性直流送出系統(tǒng)造價(jià)水平的研究相對(duì)空白：一方面是海上柔性直流送出技術(shù)處于示范階段，工程應(yīng)用實(shí)例較少；另一方面是海上柔性直流送出系統(tǒng)既有風(fēng)電項(xiàng)目的特殊性，也有電網(wǎng)工程的特殊性，加上海上施工工藝復(fù)雜、外部環(huán)境特殊等，導(dǎo)致現(xiàn)行的計(jì)價(jià)體系適用性不強(qiáng)，海上柔性直流送出系統(tǒng)的造價(jià)較多地依賴于多方詢價(jià)，造價(jià)水平因議價(jià)能力的不同差異較大。

本文以3種典型吉瓦級(jí)輸送容量海上風(fēng)電送出系統(tǒng)方案為依托，對(duì)海上柔性直流送出系統(tǒng)的造價(jià)構(gòu)成及造價(jià)水平進(jìn)行研究，并提出造價(jià)水平控制的關(guān)鍵因素和要點(diǎn)，為未來(lái)海上柔性直流送出的造價(jià)管控提供有益的探索。

1 海上柔性直流送出系統(tǒng)典型方案

海上柔性直流送出系統(tǒng)目前主要采用對(duì)稱單極接線，受直流海纜輸送容量限制，海上風(fēng)電接入形式主要有兩類：

第1類即風(fēng)電場(chǎng)所發(fā)電能分別匯集至海上升壓站35 kV母線，經(jīng)主變升壓至220 kV，經(jīng)海上升壓站采用220 kV交流海底電纜接至場(chǎng)區(qū)附近的海上換流站，系統(tǒng)輸送容量為1 GW，其中，海上換流站容量為1 GW，海上換流站內(nèi)建設(shè)變壓器、換流閥等，所有電能經(jīng)海上換流站整流后采用1回直流海底電纜傳輸至登陸點(diǎn)。在登陸點(diǎn)配套建設(shè)1座陸上換流站，陸上換流站容量為1 GW，陸上換流站內(nèi)建設(shè)換流閥、變壓器等，經(jīng)陸上換流站逆變、升壓后采用1回500 kV線路接入系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 海上風(fēng)電接入形式（一）Fig.1 Offshore wind power access form (I)

該類接入形式對(duì)應(yīng)的典型工程方案有±320 kV和±250 kV兩種，具體參數(shù)如表1所示。針對(duì)2 GW級(jí)的輸送容量，則按兩個(gè)回路進(jìn)行送出。

表1 典型工程方案（一）Tab.1 Typical engineering scheme (I)

第2類接入形式為集約化方案，即海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)通過(guò)66 kV集電海纜直接接至海上換流站，系統(tǒng)輸送容量為2 GW，其中，海上換流站容量為2 GW，交流轉(zhuǎn)換為直流后通過(guò)直流海纜接至陸上換流站，陸上換流站容量為2 GW，陸上換流站通過(guò)1回500 kV交流線路與電網(wǎng)相連。如圖2所示。

圖2 海上風(fēng)電接入形式（二）Fig.2 Offshore wind power access form (II)

該類接入形式對(duì)應(yīng)的典型工程方案有±500 kV，具體參數(shù)如表2所示。

表2 典型工程方案（二）Tab.2 Typical engineering scheme (II)

2 海上柔性直流送出系統(tǒng)造價(jià)水平

結(jié)合《海上風(fēng)電場(chǎng)工程設(shè)計(jì)概算編制規(guī)定及費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)》（NB/T 31009—2019）和《電網(wǎng)工程建設(shè)預(yù)算編制與計(jì)算規(guī)定》，海上柔性直流送出系統(tǒng)的造價(jià)構(gòu)成包含了設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、建筑及安裝工程費(fèi)、其他費(fèi)用、預(yù)備費(fèi)和建設(shè)期利息[10-12]。由于建設(shè)期利息取決于投資者的融資方式、融資能力和外部的融資環(huán)境，因此以靜態(tài)投資為分析對(duì)象可以較好地反映出海上柔性直流送出系統(tǒng)的造價(jià)水平。本文將海上柔性直流送出系統(tǒng)的靜態(tài)投資分為設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、建筑工程費(fèi)、安裝工程費(fèi)、施工輔助工程費(fèi)用、其他費(fèi)用、預(yù)備費(fèi)六大部分。

從總體造價(jià)水平角度，3類典型工程方案的造價(jià)水平如表3所示：

表3 典型工程方案靜態(tài)投資水平Tab.3 Static investment level of typical engineering scheme

由表3可見(jiàn)，±500 kV電壓等級(jí)靜態(tài)投資為75億元、±320 kV電壓等級(jí)靜態(tài)投資為46億元、±250 kV電壓等級(jí)靜態(tài)投資為40億元。三類典型工程方案的單位容量投資為3 750～4 600元/kW，輸送容量越大，單位容量投資越低，相同輸送容量下存在一定的差異，其主要原因?yàn)槭芎Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)離岸距離的影響，海纜部分的投資差異相對(duì)較大。

從費(fèi)用構(gòu)成比例角度，3類典型工程方案的靜態(tài)投資構(gòu)成比例如圖3所示。

圖3 海上柔性直流送出系統(tǒng)靜態(tài)投資構(gòu)成Fig.3 Static investment composition of offshore flexible DC delivery system

由圖3可見(jiàn)，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占比最高，達(dá)到59%～60%，其主要包括了換流閥、換流變壓器、橋臂電抗器、直流控制及保護(hù)系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)以及海纜等設(shè)備；安裝工程費(fèi)占比4%～8%，其主要包括了換流站內(nèi)一次設(shè)備安裝、直流控制及保護(hù)設(shè)備安裝以及海纜的敷設(shè)等；建筑工程費(fèi)占比23%～24%，其主要包括海上換流站上部組塊制作安裝、海上換流站下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)制作安裝以及陸上換流站的土建工程等；施工輔助工程占比約1%，其主要包括施工交通工程、大型船舶進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)、其他施工輔助工程以及安全文明施工措施等；其他費(fèi)用占比5%～7%，其主要為項(xiàng)目建設(shè)用海費(fèi)、項(xiàng)目建設(shè)管理費(fèi)、生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)、科研勘察設(shè)計(jì)費(fèi)等；預(yù)備費(fèi)占比為2%。隨著海上更大容量柔性直流平臺(tái)的技術(shù)突破和施工技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)海上風(fēng)電逐步深遠(yuǎn)海化，海上平臺(tái)基礎(chǔ)加深加大，海上柔性直流送出系統(tǒng)建筑工程費(fèi)的占比將有所增加。

從系統(tǒng)組成角度，海上柔性直流送出系統(tǒng)包括了海上換流站、陸上換流站、海纜以及其他四大主要系統(tǒng)。海上換流站即為海上換流站的一次設(shè)備、控制保護(hù)設(shè)備及安裝，海上換流站上部組塊及基礎(chǔ)等；陸上換流站為陸上換流站的一次設(shè)備、控制保護(hù)設(shè)備及安裝以及相應(yīng)的建筑工程；海纜為海上換流站至登陸點(diǎn)的海纜工程和登陸點(diǎn)至陸上換流站的陸纜工程；其他主要為除換流站和海纜之外的采暖通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)、室外照明系統(tǒng)、消防及給排水系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)設(shè)備、運(yùn)維船舶車輛等等。3類典型工程方案不同系統(tǒng)的投資比例如圖4所示。

由圖4可見(jiàn)，海上換流站占比34%～40%；陸上換流站占比22%～29%；海纜占比27%～38%，其他部分占比約5%。隨著未來(lái)海上風(fēng)電深遠(yuǎn)?；?，海上換流站平臺(tái)基礎(chǔ)加深、加大以及海纜路徑加長(zhǎng)等，海上換流站和海纜部分占比將有較明顯增加。

圖4 海上柔性直流送出系統(tǒng)投資比例Fig.4 Investment proportion of offshore flexible DC delivery system

3 與陸上柔直送出系統(tǒng)的比較

相比海上柔性直流送出技術(shù)，陸上柔性直流送出系統(tǒng)技術(shù)相對(duì)成熟，工程應(yīng)用在輸送容量、電壓等級(jí)、裝備技術(shù)等方面都創(chuàng)出了新的紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了小容量到大容量、柔性直流到混合直流、兩端到多端、高壓到特高壓技術(shù)的全面突破。截至2020年底，我國(guó)已投產(chǎn)陸上柔性直流送出項(xiàng)目8個(gè)，其中容量為吉瓦級(jí)的5個(gè)。

本文選取較有代表的2個(gè)陸上柔性直流送出工程進(jìn)行比較，具體方案如表4所示。

表4 陸上柔性直流送出典型方案Tab.4 Typical scheme of onshore flexible DC delivery system

3.1 單位容量投資比較

由于陸上柔直送出涉及多端換流站，且不同電壓等級(jí)的柔直送出方案投資水平差異較大，為方便比較，將柔直送出系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成分為換流站和輸電線路兩部分，并將不同方案的投資水平折算為單位容量投資進(jìn)行比較。圖5為海上柔直送出和陸上柔直送出的單位容量投資水平比較。

圖5 柔直送出系統(tǒng)單位容量投資比較Fig.5 Unit capacity investment comparison of flexible DC delivery system

從總體投資水平看，海上柔直送出系統(tǒng)單位容量投資為3 750～4 600元/kW，陸上柔直送出系統(tǒng)單位容量投資為2 300～3 000元/kW，總體投資水平差異為1.3～1.6倍。從系統(tǒng)構(gòu)成角度看，海上柔直換流站部分的單位容量投資與陸上柔直具有較好的一致性，單位容量投資在2 500元/kW～3 000元/kW之間，輸送容量越大，單位容量投資越低。海上柔直線路單位容量投資與陸上柔直差異較大，線路單位容量投資為陸上柔直的3～5倍，主要原因?yàn)楹Ｉ先嶂本€路均為海纜方式送出，海纜路徑長(zhǎng)，單位造價(jià)高；對(duì)比方案的±500 kV陸上柔直線路為架空方式送出，單位造價(jià)低；對(duì)比方案的±320 kV陸上柔直線路為海纜方式送出，雖然單位造價(jià)高，但其海纜路徑短。

3.2 海上換流站與陸上換流站投資的比較

海上柔直送出系統(tǒng)需要采用全戶內(nèi)布置的海上換流站，有防鹽霧、防濕熱、抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、狂浪等要求，這些對(duì)換流站的平臺(tái)設(shè)計(jì)及電氣設(shè)備的防腐、密封以及散熱等提出了很嚴(yán)格的要求，由于工況及環(huán)境的特殊性，海上換流站整體投資水平較陸上換流站高。選取典型方案中±500 kV換流站進(jìn)行比較，單座±500 kV 換流站單位造價(jià)在 900～1 300元/kW，其中海上換流站投資最高，其次是對(duì)側(cè)的陸上換流站，最低的是常規(guī)柔直換流站。由圖6可見(jiàn)，海上換流站和陸上換流站的安裝工程費(fèi)差異不大，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)陸上換流站約為海上換流站的1.1～1.3倍，其主要是海上柔直送出系統(tǒng)中通常在陸上換流站設(shè)置直流耗能裝置，目的是在發(fā)生交流故障后，由直流耗能裝置消耗無(wú)法送入交流系統(tǒng)的多余能量，提高送出系統(tǒng)的可靠性，建筑工程費(fèi)海上換流站約為陸上換流站的1.8～2.1倍，其主要是一方面海上換流站采取了特殊的設(shè)計(jì)方案，即上部組塊采用多層平臺(tái)+設(shè)備艙室的整體式結(jié)構(gòu)型式，下部基礎(chǔ)采用導(dǎo)管架基礎(chǔ)形式，外形尺寸大，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高以及大量采用鋼材、水泥等材料；另一方面海上換流站的施工工藝復(fù)雜，施工難度大，且作業(yè)窗口期短。

圖6 海上、陸上換流站投資比較Fig.6 Investment comparison between offshore and onshore converter stations

4 造價(jià)水平影響因素

海上柔性直流送出造價(jià)系統(tǒng)既有風(fēng)電項(xiàng)目的特殊性，也有電網(wǎng)項(xiàng)目的特殊性。根據(jù)投資構(gòu)成和投資對(duì)比的結(jié)果，海上柔性直流送出系統(tǒng)整體造價(jià)水平較陸上柔性直流送出高，其主要原因是以下5點(diǎn)：

1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高：海上柔性直流送出系統(tǒng)由于受潮位、風(fēng)、波浪、海流、雨、霧、雷暴和臺(tái)風(fēng)等氣候環(huán)境影響，設(shè)備材料等均加強(qiáng)防腐防潮和抗風(fēng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)量和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均有別于陸上柔性直流工程。

2）施工工藝復(fù)雜：海上柔性直流送出系統(tǒng)的施工主要包括海上換流站基礎(chǔ)施工、上部組塊安裝施工、直流海纜敷設(shè)施工等。海上換流站采用空間鋼桁架結(jié)構(gòu)，分為上部組塊和下部基礎(chǔ)兩部分，上部組塊整體結(jié)構(gòu)由立柱、甲板、梁格和斜撐組成，下部基礎(chǔ)由導(dǎo)管架和鋼管樁組成。海上換流站重量高達(dá)1.8萬(wàn) t以上，制作和安裝的難度很大。受限于上部組塊外形尺寸和噸位，能夠具備整體吊裝能力的船舶設(shè)備國(guó)內(nèi)鮮有，大型海上結(jié)構(gòu)物浮托安裝技術(shù)正成為海上施工安裝的新方法[13-14]。下部基礎(chǔ)導(dǎo)管架總重約 7 342 t，對(duì)于大型導(dǎo)管架，如超過(guò) 4 000 t的導(dǎo)管架，使用吊裝的形式非常困難，往往采用滑移下水的方式，該方式對(duì)施工技術(shù)的要求很高。

3）作業(yè)窗口有限：海上柔直送出施工用的設(shè)備大部分為工程類船舶，水文氣象等外部自然環(huán)境條件是限制工程進(jìn)度的主要因素。不同施工船舶的浮性、穩(wěn)性及耐波性等性能各不相同，船舶的抗風(fēng)能力、工作工況等各有差別[15]。

4）海纜費(fèi)用高：較陸上柔性直流對(duì)比來(lái)看，海上柔性直流送出系統(tǒng)需采用海纜送出方式，由于海纜設(shè)備價(jià)格較高，海纜的單公里造價(jià)水平遠(yuǎn)高于架空送出線路。

5）施工資源緊張：海上柔性直流送出施工的機(jī)械設(shè)備主要為大型的運(yùn)輸駁船、起重船及常規(guī)的機(jī)械設(shè)備等，對(duì)于運(yùn)輸駁船來(lái)說(shuō)，來(lái)源較為廣泛，對(duì)于施工機(jī)械來(lái)說(shuō)，由于海上換流站基礎(chǔ)單樁樁徑大且樁重重，目前國(guó)內(nèi)此類施工機(jī)械較為稀缺，需通過(guò)租借或合作共建的方式來(lái)一定程度上滿足施工需求。對(duì)于起重船來(lái)說(shuō)，為節(jié)省海上作業(yè)環(huán)節(jié)，降低海上作業(yè)施工風(fēng)險(xiǎn)，一般選用整體安裝方案，整體安裝方案需要采用大型深吃水起重船，可選擇的船的余地較少，采用浮托安裝技術(shù)進(jìn)行安裝，需采用大型浮式起重船舶。

與陸上柔性直流相同的是設(shè)備購(gòu)置費(fèi)均占到了總投資的較大比例，其中海上柔性直流送出設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占比達(dá)到60%，設(shè)備價(jià)格直接影響柔性直流送出系統(tǒng)的投資水平。預(yù)計(jì)隨著技術(shù)進(jìn)步，設(shè)備、原材料價(jià)格下降等，柔性直流送出系統(tǒng)的造價(jià)水平有望下降。

5 結(jié)論

隨著海上風(fēng)電的深遠(yuǎn)?；Ｉ先嵝灾绷魉统鱿到y(tǒng)的開(kāi)發(fā)迫在眉睫，送出系統(tǒng)的造價(jià)水平也備受各方關(guān)注。本文以三類典型吉瓦級(jí)輸送容量的海上柔性直流送出系統(tǒng)工程為依托，對(duì)海上柔性直流送出系統(tǒng)的造價(jià)構(gòu)成及造價(jià)水平進(jìn)行了剖析?？傮w看，海上柔性直流送出系統(tǒng)的單位容量投資為3 750～4 600元/kW；從費(fèi)用構(gòu)成角度，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占比最高，達(dá)到59%～60%，安裝工程費(fèi)占比4%～8%，建筑工程費(fèi)占比23%～24%，其他占比8%～10%；從系統(tǒng)構(gòu)成角度，海上換流站占比34%～40%；陸上換流站占比22%～29%；海纜占比27%～38%，其他部分占比約5%。與陸上柔直對(duì)比來(lái)看，總體差異在1.3～1.6倍，其中海上換流站的建筑工程費(fèi)約為陸上換流站的1.8～2.1倍。在此基礎(chǔ)上，提出了海上柔性直流送出系統(tǒng)造價(jià)水平控制的關(guān)鍵因素和要點(diǎn)，為海上柔性直流送出系統(tǒng)的造價(jià)管控提供有益的探索。