海缆专题一：产品类型与敷设方案

11 中邮证券2023年1月29日 证券研究报告 海缆专题一：产品类型与敷设方案 行业投资评级：强大于市 王磊/贾佳宇 中邮证券研究所新能源团队 核心观点 海缆结构与生产工艺： 海缆结构与型号：海缆产品普遍采用三芯结构，每一芯又包含导体、绝缘、屏蔽、护套等结构，按照电压等级与导体截面积不同又可区分出多种型号； 生产工艺与设备：导体层的绞制与绝缘层的交联工艺最为重要，其中交联工艺设备（VCV\CCV）价值量最高，主要由海外企业供应，订货周期在一年半到两年时间，是制约行业扩产节奏的重要因素； 生产原料：铜约占原料总成本的七成，此外同等导体截面积下，更高电压等级电缆对于绝缘材料需求也大幅提升 （体现在绝缘层厚度增加），目前高电压等级海缆绝缘材料主要由北欧化工与陶氏化学供应，国产化替代空间较大； 海缆选型及敷设方案： 集电缆：主要有35kv、66kv两个电压等级，66kv输电容量约为35kv海缆的1.8倍，随着单机容量提升，66kv单一回路上可以链接更多风机，减少回路数降低成本，逐步取代35kv市场份额； 送出缆：主要包括交流送出与直流送出两种方式，目前交流送出为主，包括220kv、330kv、500kv等方案，随着单一风电场容量的提升，更高电压等级的送出方案将占据主流；在海风开发向深远海发展过程中，直流送出凭借大容量、低损耗的优势，输电距离越长，经济优势越明显； 风险提示：海风开发进度不及预期；海缆竞争格局出现较大变化。 请参阅附注免责声明2 目录 —海缆结构及生产工艺 二海缆选型及敷设方案 3 —海缆结构 1.1海缆产品形态 1.2海缆生产工艺 1.3海缆生产主要原料 4 4 海缆产品一般可分为单芯海缆（直流、交流）、三芯海缆（交流），目前交流海缆普遍应用技术难度更高的三芯形式。 单芯海缆 优点：外径小，单位重量轻，电缆的敷设及检修难度小，同时，因为单位重量、弯曲半径较小等因素，在相同的制造条件下单芯海缆的制造长度可以较长； 缺点：占用较大的海域面积，敷设费用较高； 三芯海缆 优点：具有平衡的负载，在铠装层中没有感应的循环电流，敷设费用也低； 缺点：外径较大，单位重量大，电缆的敷设及检修难度相对较大； 图表1：单芯光电复合海底电缆结构图 资料来源：中天海缆招股说明书，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明 图表2：三芯光电复合海底电缆结构图 资料来源：中天海缆招股说明书，中邮证券研究所 5 铜单线绞合导体：单丝在绞线机上逐层绞合。导体通过模具或辊轮装置紧压，既可以逐层紧压，也可绞合后紧压。 导体屏蔽：由挤包的半导电材料组成，消除导体表面的电场集中，防止绝缘层与导体之间产生间隙而引起局部放电，主要为过氧化物交联型聚乙烯。 绝缘层：电缆的绝缘为内外电势表面极高的电势差提供了有效屏障，一般使用交联聚乙烯，通过交联工艺将低密度聚乙烯的长分子链形成三维网状，从而将热塑性的聚乙烯转变成热固性的交联聚乙烯。 绝缘屏蔽：由挤包的半导电材料组成，挤包在每个缆芯绝缘层上，起到均匀电场作用，以及防止绝缘层与金属屏蔽之间产生间隙而引起局部放电 图表3：三芯海缆结构图-铅套护套 资料来源：CNKI，《交联聚乙烯绝缘海底电缆在中国海洋风电建设中的典型应用和发展前景》，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明6 阻水屏蔽护套：绝缘必须予以保护，免受水分侵入的损害，以保持绝缘强度，同时使用金属使内部完全绝缘。之前使用铅套+聚乙烯护套，后转为铜丝复合铜带代替铅套作为金属屏蔽形式。 中间填充：一般为PP材料。 铠装：重要的结构元件，提供机械保护和张力的稳定性。通过2-8mm的镀锌低碳钢丝或是铜丝单丝绞制而成。 外披层：外皮层用以保护在运输、深埋安装过程中的海缆铠装，一般是沥青表面+聚丙烯绳（PP绳）外披绳。 图表4：三芯海缆结构图-铜丝复合铜带护套 资料来源：CNKI，《交联聚乙烯绝缘海底电缆在中国海洋风电建设中的典型应用和发展前景》，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明7 海底电缆的基本结构为：导体、绝缘、金属屏蔽、金属层及护套、填充、铠装、复合光纤、辅助材料等。 导体：用于承载电流，通常由铜或铝组成，国内主要为铜导体，最上游原材料为电解铜；金属铜占比最高，约占70%； 绝缘：为内外电势表面极高的电势差提供了有效屏障，目前常用材料为交联聚乙烯（XLPE）； 阻水护套：保护绝缘免受水分侵入的损害，保持绝缘强度； 铠装：提供机械保护和张力的稳定性，是重要的结构元件； 外披层：用以保护在运输、深埋安装过程中海缆铠装，通常是聚丙烯绳（PP绳）。 海缆主要应用于水下，除需要满足基本的电气性能外，对阻水性能、机械性能也具有更高的要求。 图表5：电线电缆所需原材料（以中天海缆为例） 中天海缆2020年原材料采购情况 导体材料 铜杆 32.38% 铝杆 3.73% 电解铜 34.87% 绝缘材料 8.79% 屏蔽料 半导电屏蔽料 2.48% 屏蔽铜丝（带） 0.75% 护套料 塑料护套料 4.09% 合金铅锭 7.72% 铝带 0.83% 铠装钢丝（带） 4.37% 资料来源：中天海缆招股说明书，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明8 从生产工艺角度看，主要包括导体制作（单丝拉制+导体绞合），绝缘及屏蔽层挤制，金属屏蔽+塑料护套挤制，铠装，防腐层+外披层制作等； 针对导体层：需控制导体单丝之间的紧压程度，消除导体毛刺引起的局部电畸变，同时改善因导体压紧程度不高使内屏蔽或绝缘材料嵌入导体单丝缝隙产生质量缺陷而影响产品性能； 针对绝缘层：除材料（配方）选择外，还需要对材料加工温度和生产速度、材料杂质（气体）抑制及去除、交联或辐照时间等方面进 行控制，避免在绝缘层和护层产生缺陷； 图表6：柔性直流海底电缆工艺流程图 资料来源：中天海缆招股说明书，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明 图表7：交流海底电缆工艺流程图 资料来源：中天海缆招股说明书，中邮证券研究所 9 高压XLPE电缆的绝缘生产工艺主要有两种：VCV(立式)交联生产工艺与CCV(悬链式)交联生产；目前国内高压海缆生产的核心装置为VCV设备，产线主要依赖从德国Troester、芬兰Maillefer等厂商进口，目前交付周期在一年半到两年，极大制约海缆产能扩张进度； 请参阅附注免责声明 10 图表8：中天海缆主要生产设备（截止2020年底） 序号 设备名称 数量（台/套） 单台/套原值（万元） 单台/套净值（万元） 成新率 1 进口VCV生产线4# 1 3,834.18 3,041.21 79.32% 2 进口VCV生产线3# 1 3,789.58 3,032.43 80.02% 3 进口VCV生产线1# 1 2,863.50 976.57 34.10% 4 进口VCV生产线6# 2 2,657.00 2,657.00 100.00% 5 立式成缆生产线3# 1 2,567.80 1,615.20 62.90% 6 立式成缆生产线4# 1 2,524.50 2,466.32 97.70% 7 进口CCV生产线1# 1 2,389.22 1,272.77 53.27% 8 进口VCV生产线2# 1 2,378.22 1,022.52 43.00% 9 进口VCV生产线5# 1 2,295.21 2,010.74 87.61% 10 CCV生产悬链线 1 2,201.90 110.09 5.00% 11 进口CCV生产线2# 1 2,180.42 1,169.54 53.64% 12 立式成缆生产线2# 1 1,162.93 301.03 25.89% 13 32米地转盘 1 985.66 331.31 33.61% 14 25米地转盘 2 972.08 949.13 97.64% 15 进口工频谐振试验系统 1 933.48 560.13 60.00% 16 110kV变电站通信系统 1 718.16 655 91.20% 17 25米地转盘 2 670.89 479.68 71.50% 18 6,000吨25米地转盘 2 657.93 657.93 100.00% 19 立式成缆生产线1# 1 617.7 30.88 5.00% 20 35kV交联悬链生产线 1 599.14 456.84 76.25% 21 高低压开关柜 1 596.84 300.71 50.38% 22 5,000吨25米地转盘 2 575.28 575.28 100.00% 23 全自动光纤熔接及UJ挤塑设备机组 1 542.81 315.36 58.10% 资料来源：中天海缆招股说明书，中邮证券研究所 导体：从材料种类来看，一般分为铜与铝两种： 铝芯海缆：部分海外海缆厂商生产，原材料成本更低，但加工难度更大，需承担更高的使用风险与维修费用； 铜芯海缆：国内主流海缆导体选择，一般外购铜杆进行绞合生产，但具备铜杆生产能力的企业可直接采购电解铜作为原料生产铜杆，然后进行绞制； 绝缘材料：主要采用交联聚乙烯（XLPE）作为绝缘材料，针对高压级超高压电缆，仍为实现国产化： 生产工艺：XLPE以低密度聚乙烯树脂为主要原料，加入抗氧剂、过氧化物交联剂，经混炼、塑化、造粒而制成电缆料，其品类较多，包括化学交联、砫院交联、辐照交联、紫外光交联等。 不同电压等级应用情况： 中低压（35kV及以下）：XLPE绝缘料已全部实现国产化。具备35kV交联聚乙烯电缆料批量供货能力的国内厂家主要有：浙江万马高分子、青岛汉缆、上海化工厂、河南万博塑料有限公司等； 110kV高压：国内在高压电缆制造初期（包括早期的35kV级交联聚乙烯电缆料）全部采用进口材料，特别是在国内市场占比较高。通过自主研发和引进关键工艺设备并与上游石化企业合作，国内企业已掌握高压电缆绝缘材料的生产能力与技术，但北欧化工和美国陶氏化学（其前身为美国联碳公司）仍占据较大份额。 请参阅附注免责声明11 绝缘材料：主要采用交联聚乙烯（XLPE）作为绝缘材料，针对高压级超高压电缆，仍为实现国产化： 220kV及以上超高压：目前，国内青岛汉缆股份公司、浙江万马高分子公司、江苏德威新材料公司等已经具备220kV超高压电缆超净XLPE绝缘料和屏蔽料的批量生产能力，但实际使用几乎采用进口。 针对海缆产品： 目前生产高压海底电缆最重要的原材料—绝缘料与屏蔽料尚未实现国产化，无论是交流高压海缆还是直流高压海缆，国际市场上仅有北欧化工和美国陶氏化学公司有能力提供。 目前高压及超高压海缆绝缘料和屏蔽料呈现明显的卖方市场，实现电缆材料国产化也是迫切任务。 请参阅附注免责声明12 二海缆敷设 2.1海缆分类 2.2海缆选型与敷设-集电缆 2.3海缆选型与敷设-送出缆 13 13 集电缆：也称为阵列海缆，主要是连接风力发电机回路，将电力送出至海上升压站；目前主流电压等级为35kv，随着单机型容量的扩大，66kv渗透率在快速提升。 送出缆：也称为主海缆，主要是连接陆上变电站与海上升压站，实现电量的送出。目前主流电压等级为220kv，随着风电场规模扩张，500kv应用比例在快速提升。 图表9：海缆布局方案情况 海上风电场包括潮间带和潮下带滩涂风电场、近海风电场和深海风电场。海上风电的并网由两部分组成： （1）海上风电机组通过35或66KV的海底电缆连 接到海上变电站；（2）海上变电站通过110-500KV的海底光电复合缆与陆上变电站相连，再由陆上变电站将电力输送到电网公司。 资料来源：CNKI，《远海大容量机组海上风电集电系统技术经济研究》，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明14 集电缆：按照电压等级不同分为35kv以及66kv，又根据截面积不同（单回路送出最大容量不同），主要有240mm2、400mm2两个面积尺寸。 送出缆：从传输类型来看，分成交流与柔性直流两种路