海底电缆： 深藏不露的“秘密武器”

生活中被我们视作理所应当的东西，很多时候都源自技术的变革。当我们在中国给远在太平洋另一边的美国朋友打越洋电话、发送微信信息时，应该感谢海底电缆这一深藏不露的“秘密武器”。

概念

海底电缆(submarine cable)有时简称为“海缆”，顾名思义就是铺设在海底或河流水下的电缆，它主要用于电信（电话和互联网信号）和电力传输作业。看似一动不动，海缆却深藏宝藏，正是因为它的存在，世界才能拥有互联网，信息才能共享和传输，海上岛屿才能拥有充足的电力供应（图1）。

图1

图2

全世界第一条海底电缆是1850年在英国和法国之间铺设的，迄今已有170多年历史，而中国的第一条海底电缆是在1888年完成。就在不久前的7月7日，中国信通院发布《全球海底光缆产业发展研究报告（2023年）》，称截至2022年底，全球已投产海缆条数达469条（图2），看似不多，其实总长度超过了140万公里，可以环绕地球赤道35圈。

图3

现代社会极度依赖网络和信息技术，大至国家安全，小至社交聊天，每条讯息都会通过埋在海底的海底电缆来连接和传输。曾有西方媒体报道称，美国因为担心中国从事所谓间谍活动，近年来阻挠中国公司竞标海底电缆工程项目。而去年欧洲在“北溪”天然气管道被炸后出现能源危机的背景之下，10月4日挪威罗弗敦海底电缆发生了断裂，无疑又给欧洲的带来重大打击。海底电缆的重要性与敏感程度可见一斑。洲与洲之间的通讯数据传输有电缆传输和卫星传输两种方式，电缆传输占到了95%之强，这要归功于海底通讯电缆相比于卫星强得多的通讯能力。你以为数据漂浮在空中，其实它深埋在海底！不夸张地说，我们的社会建立在一条条的海底电缆之上。

海缆分类及特点

同陆地电缆相比，海底电缆有很多优越性：一是铺设不需要挖坑道或用支架支撑，因而投资相对较少，建设速度快；二是除了登陆地段以外，海缆大多不受风浪等自然环境的破坏和人类生产活动的干扰，所以，海缆安全稳定，抗干扰能力强，保密性能好（图3）。

按功能作用，海缆可分为海底通信电缆、海底电力电统、海底光电复合电缆（即便线缆内部为光纤而非电线，通常也可称之为海底电缆），功能不同，各有千秋！

按绝缘类型，海缆可分为浸渍纸绝缘电缆、自容式充油电缆、交联聚乙烯（XLPE）绝缘挤压式电缆、聚乙烯绝缘电缆、乙丙橡胶绝缘挤压式电缆及充气电缆。受水深与敷设落差限制，浸渍纸包绝缘和充油式电缆现已基本被淘汰。目前使用最广泛、最多的是XLPE绝缘电缆。

按电流传输方式，海缆可分为交流(AC)传输电缆与直流(DC)传输电缆。按应用领域，海缆可分为海上石油平台用电缆、通信用海底电缆、海上风电发电用电缆、岛屿供电用电缆等。中国海洋油气作业平台的数量与规模稳健增长，海底电力电缆作为海洋油气平台重要基础建设得到相应提升。海底通信电缆应用中，国际语音和数据通信两大领域占据了主导地位。从“十三五”以来，中国海上风电行业保持高速发展态势，海上风力发电是占据最大需求份额的终端需求市场，2022年海上风电累计装机容量达3051万千瓦，预计2023年可达3470万千瓦。我国岛屿供电建设起步早，开发配套相对完善，但这一市场增长空间较为有限。
 
海缆结构

由于海缆深埋于数千米深的海底，工况极其恶劣与复杂，因此在通信、电力、寿命三个方面有着严格的技术要求。在通信方面，海缆应具有高的传输速率、容量、可靠性及传输质量；在电力方面，海缆应当满足低损耗、高电能容量等要求，实现高压直流传输；由于海缆布局在深海，因此其产品应具有较强的抗水压、水纵向侵入、化学侵入等性能，并且能够承受海浪作用下的动态压力和安装维修时的压力等，并能保证相对较长的使用寿命。

海缆的结构设计需要考虑到耐腐蚀、耐磨损、阻水等多方面的因素，抵御海水的腐蚀和海底巨大的压力，甚至是鲨鱼这样的海洋生物对于海底电缆的破坏，以确保其能够在海底复杂的环境中稳定运行。海缆结构包括以下几个部分：

◆ 导体：作为海缆的核心部分，用于传输电流和信号。海缆的导体通常是由铜或铝制成的单股或绞合线。
◆ 绝缘层：海缆的重要部分，通常由聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC或聚酰亚胺PI等材料制成，用于保护导体，并防止电流泄漏。

◆ 防护层：即外部保护层（铠装），用于保护电缆免受机械损伤、水腐蚀等影响，通常由钢丝、钢带、聚乙烯等材料制成。

◆ 填充层：用于填充电缆内部的空间，防止电缆在敷设过程中受到过大的拉力或压力。

◆ 阻水结构：防止水分进入电缆内部，从而保证电缆的电气性能和寿命，通常由纵向阻水材料和径向阻水材料组成。

图4

为了加快电缆的下沉速度同时提升电缆的机械强度，海缆中还要有一层铅质护套（图4）。

我国最新研制的用于500千伏联网输变电工程的交联聚乙烯海底电缆共有16层，直径长达180毫米，相当于成年人大腿的粗细，是目前为止世界截面最大的交联聚乙烯绝缘海底电缆，仅1米长的电缆，重量就达82公斤。你可以自行脑补一下这个表面看起来瘦瘦的、但实则重得要命的海底电缆（图5）。

图5

 
海缆的原材料

海底电缆行业产业链上游原材料包括金属材料与化工原材料两大部分，其中金属材料主要包括铜杆、铝杆、合金铝锭等；化工原材料主要包括用于生产绝缘料、护套料、半导电屏蔽料的聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、高性能聚酰亚胺（PI）等，它们需要具备出色的耐腐蚀性、耐压性、耐温性、阻水性、强度和韧性等多方面的性能和特点，以确保电缆在海洋环境中的稳定运行。

图6

PE是使用最广泛的塑料材料，具有优异的电气性能、耐腐蚀性和耐磨性，广泛用于海底电缆的绝缘层和防护层。PVC是一种常见的绝缘材料，在海缆中提供绝缘保护和抗腐蚀性能，并增强电缆的抗压性和耐用性，以确保海缆的安全和稳定运行；PI是一种高性能的塑料材料，具有出色的耐高温和耐腐蚀性能，常用于海底电缆的高压绝缘层和护套层。海底电缆的制造技术在不断发展和改进，包括新型材料的使用、制造工艺的改进、自动化和智能化技术的应用等，推动海缆向向大长度、大水深、柔性直流输电（构建智能电网的重要元素）等方向发展。未来，随着新材料技术的不断涌现和环保要求的不断提高，海底电缆所使用的塑料材料将会更加多样化、环保化和高性能化。

海缆专用化工原料生产企业包括中天科技、鼎龙股份等众多国产企业，也有日本住友、东丽、杜邦等跨国企业。由于具备技术先发优势，跨国企业所占市场份额较高。去年7月，中天科技集团旗下南海海缆公司自主研制生产的35kV环保型海底光电缆，在广东陆丰海洋工程基地顺利完成交付（图6）。该项目的海缆长约118km，选择博禄和北欧化工的Borlink™ LH4201R抗水树专用绝缘料和屏蔽料Borlink™ LE0592，去掉了传统铅套结构，采用博禄和北欧化工双峰技术高密度聚乙烯HE6062为环保新型护套的一部分，使得电缆整体重量下降了约35%，迈出了轻量化、集约型、环境友好的坚实步伐。Borlink™ LH4201R和Borlink™ LE0592为交联聚乙烯电缆制造商带来可靠的电气性能、卓越的焦烧安全性和适合海缆的大长度生产。
 
海缆市场现状

海底电缆行业是一个规模不大但技术含量颇高的行业。

由于海底自然环境恶劣且不可预见，海底电缆是设计技术、制造技术难度较大的电缆品种，给目前电缆行业的制造能力和技术水平带来极大挑战，因而海底电缆的制造厂家在世界上为数不多，竞争格局颇有些寡头垄断的意味。海底电力电缆市场的主要参与者包括意大利普睿司曼、法国耐克森、丹麦安凯特、美国通用电缆（已被普睿司曼收购），以及日本古河电工、住友电气、韩国LS电缆等；海底通信电缆市场的主要参与者有法国阿尔卡特朗讯、瑞士TE Connectivity、日本NEC和中国华为等，此处不由小小感叹一下，华为真是个多才多艺的“六边形战士”或是“斜杠青年”呀！

我国海洋资源研究及开发起步较晚，基础较弱，国内包括海缆在内的核心海洋装备市场曾长期被国外厂商主导。近年来，随着我国海洋经济各领域的快速发展，国内企业不断加大技术研发，逐步完成海缆核心技术突破和相关产品的国产化。虽然国内企业相较于国际领先企业在技术、品牌等方面仍具有一定差距，但整体产品性能已达到或接近国际领先企业水平，并凭借本地化及成本优势在国内海缆市场占据较大市场份额，部分产品凭借良好的产品质量及较高的性价比已开始参与国际市场竞争。

国内海缆龙头企业有中天海缆、东方电缆、亨通光电、汉缆股份、宝胜股份、起帆电缆等。2021年年末，亚太线缆产业协会和线缆信息研究院公布了《2021全球海缆最具竞争力企业10强榜单》（见表1），国内的亨通光电、中天科技榜上有名，且位列全球前五。在全球TOP10中，中国公司上榜4家，在国际海缆市场拥有强劲的竞争力和影响力。有专家预测，未来海缆市场的半壁江山在中国，新能源和海上丝绸之路、能源互联网的发展将给国内海缆企业提供最佳的施展平台。可以预见，他们的经验和成长速度超越国际巨头已是指日可待。

根据市场调研机构GRAND VIEW RESEARCH的估测，2021年全球海底电缆行业市场规模达到了254亿美元。中国海底电缆行业近年来呈现波动上升趋势，2020年受海上风电“抢装潮”拉动，海缆市场规模同比大幅增长12.64%，约134亿元，达到近年峰值。基于未来海上风电、国际通讯网络升级、海上石油平台开发等多个应用领域的需求增长，预计2027年中国海底电缆市场规模有望达到200亿元，年复合增长率约为6%。

海缆产业的发展趋势

海洋新兴产业是我国重点扶持和发展的项目，海洋产业在全球范围内的发展也备受关注，其发展必将离不开海洋电力传输的建设。

2015年9月，中国提出了构建“全球能源互联网”倡议，至今在逐步落实，洲内互联、洲际互联都需要以电力为基础，这些都为海底电缆带来新的发展机遇。海底电缆的发展也与新能源的发展密不可分，近两三年以来，新能源发展呈现井喷的态势，海上风电场的数量正在不断增加，且其选址越来越推向远海，这些因素将加速海上风电输出电缆的增长，拓宽海底电缆行业的市场空间。

诚然，当前世界经济复苏乏力，加之难民潮、地区冲突等国际安全问题和收入差距扩大、失业等经济社会问题，国际上出现了质疑甚至反对全球化的声音和行为。但是，经济全球化是不可逆转的世界发展潮流，中国也已经通过“一带一路”倡议的顺利开展，积极应对经济全球化面临着的各种困难和问题。“一带一路”中的“一路”为海上丝绸之路，其沿线国家新能源开发潜力巨大。以电力需求较大的东南亚国家为例，东南亚国家风电资源丰富。例如，越南和泰国的潜在可开发风资源总容量分别为513GW和152GW。海上丝绸之路的建设为中国海缆企业走出去带来很大的便利。

海底电缆虽然在国内起步较晚，但是发展速度很快，我们有理由相信，海底电缆可以跟中国高铁一样，从追随者变成引领者，乃至有一天可以喊出“遥遥领先”的最强音，成为中国走出去的又一张亮丽名片。

文 / 马洪涛

来源：荣格-《国际塑料商情》

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