隨著陸上和近海風電資源日趨緊張，深遠海風電成為能源轉型的新戰場。在這場藍色能源革命中，動態電纜作為連接漂浮式風機與海底的"生命線"，正逐漸成為海洋工程領域的焦點技術。本期將為您深度解析這一關鍵技術的發展現狀與未來挑戰。

深遠海風電：海洋能源的未來

全球觀測數據顯示，超過80%的海上風電資源分布在水深超過60 m的海域。隨著近海資源的日趨緊張，深遠海風電已成為我國海上風電發展的必然方向，而漂浮式風機則是開發深遠海風電資源的最優選擇。

近年來，我國深遠海風電取得了顯著進展，已陸續建成"引領號""扶搖號""海油觀瀾號""國能共享號""明陽天成號"五個漂浮式風電示范項目，總裝機容量達39.55 MW，占全球總裝機容量的17%。

全球風能理事會預測，到2030年全球漂浮式海上風電裝機容量將達18.9 GW，其中亞洲將占據52.7%的市場份額。這意味著作為核心配套設備的動態電纜產業也將迎來爆發式增長。

什么是動態電纜

動態電纜源自成熟的臍帶纜技術，世界首條動態電纜由耐克森(Nexans)公司于1983年開發。根據國內標準NB/T 11379—2023的定義，動態電纜是指"應用于漂浮式海上構筑物、帶有相關浮力元件、在水中允許跟隨漂浮式基礎在一定范圍內移動的海底電纜"。

動態電纜截面圖

1—銅導體；2—導體屏蔽；3—交聯聚乙烯絕緣；4—絕緣屏蔽；5、8—半導電阻水帶,帶護套；6—金屬屏蔽(銅絲)；7—金屬蔽(銅帶)；9—分相護套；10—光單元；11—填充；12、15、17—包帶；13—內護套；14—第一層鎧裝鍍鋅鋼絲；16—第二層鎧裝鍍鋅鋼絲；18—外護套

動態電纜由海面浮式結構懸掛至海床，在工作過程中不斷承受波浪、洋流沖擊和浮體晃動。其典型構造包括懸掛點、彎曲加強件、懸垂段、重力段與浮力段等，通過精細調整配重塊和浮力塊的數量與位置來滿足各種復雜工況需求。

動態電纜靜態示意圖

動態電纜的關鍵技術解析

設計流程與分析方法

動態電纜的設計流程包括設計輸入、構型選擇、構型分析、迭代優化和設計輸出。其中，構型分析分為靜態分析（平衡位置與最大偏移位置）和動態分析（極值分析、干涉分析、穩定性分析和疲勞分析）。

動態電纜構型設計與分析流程圖

構型選擇：五種主流方案的比較

根據水深、浮體運動特性、環境條件等因素，動態電纜主要有五種構型：

緩波型：適用于中深水域，可減少電纜頂部張力，但易受海生物附著影響，不適用于淺水區。

順應波型：在緩波型基礎上加入限位裝置，適用范圍更廣，能承受更惡劣海況。

陡波型：在緩波型基礎上增加彎曲加強件，不易與海底干涉，但成本較高。

緩S型：依靠浮筒實現電纜上浮，構型穩定，但成本高。

陡S型：在緩S型基礎上增加彎曲加強件，適用于深海域，成本最高。

動態電纜常見構型圖

疲勞分析：動態電纜的生命周期評估

動態電纜的疲勞損傷主要由兩種機制導致：

波致疲勞：通過水動力分析軟件和有限元計算軟件，結合S-N曲線，計算波浪載荷作用下的疲勞損傷。

渦激振動：基于尾流振子模型預測動力響應，主要集中于電纜底部觸底段與浪流方向垂直的截面。

行業發展面臨的挑戰

外部環境制約

• 地理條件限制：中國近岸平均水深不超過60m，而動態電纜的理想水深為60~100m。
• 氣候環境挑戰：東南海區季風氣候顯著，臺風等極端天氣對電纜設計和維護帶來巨大挑戰。

技術與標準短板

• 標準缺失：國內外均缺乏統一的動態電纜設計標準。
• 經驗不足：國內動態電纜設計經驗積累不足，仍有大量技術問題亟待解決。

未來發展與技術創新

盡管面臨諸多挑戰，但隨著深遠海風電項目的推進，國內動態電纜產業正迅速發展。主要電纜企業已從單純的產品制造升級為提供一體化解決方案，并開始拓展國際市場。

未來技術發展的三大方向：

海生物防治技術：如使用PTFE高結晶膜防治海生物附著。

系泊電纜整合：將動態電纜與系泊系統結合，解決淺水區域電纜拱出水面和彎曲半徑超標等問題。

快速安裝與解脫裝置：開發彎曲加強件快速解脫裝置(BSC)，應對臺風等極端天氣。

隨著深遠海領域技術的持續發展，動態電纜作為關鍵配套設備，將為我國海上新能源發展奠定堅實基礎，助力中國海洋可再生能源產業走向世界舞臺。

作 者：林澤寅、汪伊冰、李東升
來 源：《海洋工程裝備與技術》