無鉛電纜：離岸風電場的未來

風力發電繼續嶄露頭角，成為德國的主要能源之一。離岸渦輪機的設計容量越來越大，這對渦輪機本身和離岸風電場的能量傳輸帶來了新挑戰。除了技術挑戰之外，健康和安全考量也是另一項重要因素。

由於電力需求持續成長，同時也要使風電場所產生能量的傳輸過程遠遠更具效率，離岸風電場的營運商紛紛設計了更高壓的系統。離岸風電場目前的運轉電壓為 66 kV，並正在準備升級到 132 kV，這對於渦輪機裝置以及相關的電纜與連接設備的要求極高。

離岸安裝還需盡可能易於維護，並且要極盡辦法來抵抗鹽水和惡劣的海洋氣候。此外，除了技術要求之外，還必須優先考慮健康與安全方面。從技術角度來看，管理離岸風電場需依循國際電工技術委員會（IEC）所制定的標準。意大利公司電纜普睿司曼(Prysmian)集團提供創新電纜解決方案的大量產品組合，以滿足這些要求。Prysmian 在持續的基礎上投資電纜技術的開發，減少鉛含量，目的在於創造出創新且更具效率的解決方案。

一、 針對最惡劣的條件：離岸應用的最佳化電纜解決方案
Prysmian集團旗下的商標品牌 Feltoflex® 和 Windflex®提供了能夠承受公海上最惡劣環境的電纜解決方案以及風能產業中最專業的技術規格。Prysmian 的 Feltoflex 電纜的彎曲半徑小，在佈線過程中可節省空間，此特點使其有別於當前市場上的其他產品。Feltoflex 電纜也非常適合將離岸平台互相連接起來，這是一種需要高度撓性的應用，因為平台會相對移動。

當開關設備安裝在電塔上，海底電纜無法直接連接到開關設備，而Feltoflex 解決方案主要是使用於此類情形。Feltoflex 線路在此處充當所謂的下引電纜，可固定渦輪機和電網之間的連接。更準確地說，它在離岸風電場個別渦輪機作連接用的陣列電纜上進行對接，並將產生的風能傳輸到陸上。因此下引電纜使風力渦輪機和電網之間的連接成形。與傳統高壓電纜相比，Feltoflex 解決方案最明顯的技術優勢之一是其緊湊的彎曲半徑。這意味著可以將它安裝在非常小的空間內，從而明顯降低建造和安裝成本。

由於風力渦輪機的風艙會隨著風向改變而轉動，沿著電塔向下傳輸能量的電力電纜必須隨之轉動。在當線路在電纜迴路中運轉時，Windflex 和 Feltoflex 電纜便發揮了作用。撓性的真正重要之處是為了防止潛在的力學損壞和斷裂。為了確保 Windflex 電纜的最大撓性，必須將許多因素擺在一起評估，最顯而易見的是護套厚度、能量導體的結構以及材料的延性和阻燃性。

Windflex 和 Feltoflex 系列的最大優勢包括其機械性恢復力，尤其是其優異的扭轉性能。參數的測試上，包括塔架中的風艙是否能夠在不損壞電纜的情況下，以每米高達 100 度的轉速朝單一方向旋轉數次。它們還經過了嚴格的測試，以確保它們夠堅固，足以承受風速和溫度的極端波動。Windflex 和 Feltoflex 電纜可以適應 -40 到 +80°C 的溫度。環境條件可能會大幅變動，需要針對該專案作特定的調整。Windflex 電纜無需維護，且極耐磨。

Windflex產品系列於2005年首次使用，此後便一直運作於這些裝置中，並未出現任何故障。該系列旨在延續平台的整個生命週期，即至少 25 年。在Prysmian 自己的扭轉試驗台等設施上進行廣泛的測試，為一流的產品品質奠定基礎，並有助於數位資料庫的持續擴充。

二、 在通往無鉛解決方案的道路上
在諸如更廣泛有害材料申報義務等部分上，業界面臨了新的挑戰。例如，傳統的電纜絕緣材料含鉛，藉以減少材料厚度。當然了，鉛有害於健康，因此，開發無鉛解決方案成為了此特定領域的核心，因為已知這種金屬會毒害生殖系統，這意味著必須避免一切相關健康風險。根據歐洲化學品管理局（European Chemicals Agency）研究指出，鉛會導致人類心臟病、降低生育能力並損害嬰兒與兒童的神經發育，而反覆暴露於有鉛環境則會導致器官損傷和癌症。除了人類的健康風險外，由於鉛對更廣泛的環境造成的損害，使用鉛的產業還面臨了進一步的大眾壓力，其中一個例子是鉛會毒害鳥類。

將電纜中鉛含量的去除，意味著這個產業以及Prysmian正在尋找材料，能夠取代這些產品有利特性。其主要特性是良好的機械特性（如耐磨護套）、熱特性（如熱阻）、萬一短路時的熱穩定性，以及撓性和容易剝離護套的能力。替代品包括含有鈣和鋅穩定劑的進階解決方案。

Prysmian近十年來一直在生產使用無鉛絕緣化合物的中高壓電纜，並且成為無鉛電纜解決方案的先驅。即使在中壓應用中，無鉛絕緣化合物尚未成為所有供應商的標準。Prysmian 集團以 66 kV 通過了型式試驗，這是高壓電纜領域的首例。在此之前，無鉛解決方案僅設計用於中壓。無鉛絕緣的使用，在製造過程中特別有好處，因為使用含鉛電纜可能會使人接觸到有毒物質，例如在噴砂和研磨過程中所產生的灰塵顆粒。
Prysmian 將很快實施其第一項專案，在高壓應用中使用 100% 無鉛電纜解決方案。各個元件將在不同地點生產，一切均符合極高標準，而且都在德國製造。

對於電纜和導體產業而言，隨著健康與安全的要求提高，以及減少關於客戶和製造商的申報義務的行政工作，我們預料無鉛解決方案將成為整個業界的標準。然而，材料的機械特性必須符合健康要求和經濟考量，Prysmian 憑藉其數十年經驗已經準備好應付這項挑戰。

資料來源：Offshorewind，9/06/2021