近几年，全球海上风电的规模化开发速度明显加快。欧洲风能协会（WindEurope）公布的多个方面数据显示，2019年，欧洲海上风电新增装机容量达到创纪录的362.3万千瓦，较2018年增长19.6%，累计装机容量为2207.2万千瓦。欧洲之外，中国迅速成为新的增长引擎。依照国家能源局统计，2019年，我国新增海上风电装机198万千瓦，累计装机容量达到593 万千瓦。

  当下，我国海上风电依然处于规模化开发的初期，不仅面临着产业链尚未完全成熟导致的种种风险，也承受着补贴退坡带来的降本压力。在这种情况下，为保障项目安全、高效地开发与运营，业界必须将所有的环节的工作做得更加精细。这其中就包括风电机组基础结构的选型。

  基础为风电机组提供至少25年的关键支撑，在遭受风载荷、风电机组运行载荷以及波浪、海流等载荷作用的同时，还经受着海上恶劣环境的严酷考验。同时，在海上风电场的总投资中，基础成本占20%-30%，远高于陆上风电场的同类比重。因此，在深入分析不同海上风电机组基础结构特点，风电场所处海域的地质、风能资源、海洋水文等环境条件的前提下，合理的基础选型，是推动海上风电成本下降、保障风电机组长期安全运作的主要途径之一。

  本期“封面故事”聚焦于目前几类主流的海上风电机组基础型式，图文并茂地全面展示各类技术的发展历史、应用现状、技术特点、施工工艺技术要求、适用条件等，希望可以为业界在开展海上风电机组基础结构选型时提供参考。

  单桩基础型式：由钢板卷制而成的焊管组成，塔架直接由基础桩腿支撑或者通过过渡段将两者连接。桩腿插到海床以下，插入的深度取决于实际的环境载荷以及海底的地质条件。

  发展历史：单桩基础在海上油气行业中有着数十年的应用历史，是最早被引入海上风电领域的基础型式之一，于1994年建成投产的荷兰Lely海上风电场即采用此类基础型式。

  应用现状：单桩基础是目前海上风电工程中应用最广泛的一种基础型式。在欧洲海域，截至2019年共安装了4258个海上风电单桩基础，所占份额高达81%。

  安装工艺：单桩基础安装的重点是如何保证沉桩精度。目前典型的安装方法有两类：一类（图1）是，自航式自升安装船在GPS定位设备的指导下精确就位，调整抱桩器；启动自升船吊机吊起钢桩，经过翻桩、立桩、扶正调平后用液压桩锤打桩，沉桩，直至结束。另一类（图2）是，借助起重船和GPS定位安装临时定位平台，起重船吊机吊起钢桩，经过测量定位、插桩调直、沉桩，直至结束。

  劣势：结构刚度小，固有频率低，在水平外力作用下易产生侧向变形；结构安全受海床冲刷影响较大；当沉桩深度范围内存在较为坚硬岩土时，通常需用钻孔工艺将桩基安装至设计标高，但成本较高。

  难点：安装基础后，常常要进行海床冲刷保护，传统的防冲刷方法有砂被、抛石、仿生草、固化土等，但是目前效果仍不太明显。

  代表工程：英国的London Array海上风电场（63万千瓦），丹麦的Horns Rev海上风电场（16万千瓦），德国的EnBW Hohe See 海上风电场（49.7万千瓦），中国的三峡新能源江苏大丰海上风电项目（30万千瓦）、粤电湛江外罗海上风电项目（20万千瓦）等。

  多桩承台基础型式：又称群桩式高桩承台基础，主要由钢筋混凝土承台和一组钢管桩构成。根据地质条件和风电机组荷载量级，可采用不一样数量的钢管桩，钢管桩可设计为斜桩或直桩，混凝土承台内预埋与塔架的连接段上部，经法兰与风电机组塔架相连。

  发展历史：该基础为中国首创，在应用于风电机组基础之前，是海岸码头和桥墩基础的常见结构，由港口工程基础结构发展而来。

  适用条件：一般适用于水深为0-30m的近岸海域。多桩承台基础的桩基一般倾斜布置，一是提升了基础刚度，二是结合群桩能够更好的降低桩身受力，所以，该基础在软土地基海域十分适用。

  技术特点：设计中需分析多项复杂荷载作用下基础的受力、变形和承载能力。基础设计时应考虑钢管桩对称布置，桩身倾斜度取值应最大限度地考虑船舶打桩可行性和桩身轴向受力，承台设置高程和厚度应最大限度地考虑波浪力的作用大小和靠泊登台的便利性。用于该基础结构施工船机的设备较多，市场的选择性较大。施工及安装工艺：设计应最大限度地考虑钢管桩沉桩精度，相邻钢管桩顶间距应最大限度地考虑打桩锤的施工可行性。施工中最好能够降低调船和变动打桩架斜度。同一基础的钢管桩，宜打至同一土层，且桩端标高不宜相差太大。当桩端进入不同土层时，各桩沉桩贯入度不宜相差过大。

  优势：由于借鉴港口工程结构，实施工程技术较为成熟，基础防碰撞性能好，软土地基适应性好。

  劣势：传统海上风电机组多桩承台基础广泛使用钢筋混凝土结构，海上施工时间长，程序复杂，对海上施工窗口期要求苛刻，限制了该类风电机组基础的进一步应用。对于深水场址，钢管桩耗钢量明显地增加，建设成本显著提升，所以，水深超过30m的海域不建议采用该基础型式。

  难点：桩基协同受力优化分析是多桩承台基础设计的关键。基础受到的荷载最重要的包含风电机组荷载和承台受到的波浪荷载，外部荷载传递到基础桩上主要体现为桩身轴向作用力，如何优化协同受力作用下的桩基工程量至关重要。

  代表工程：上海东海大桥100MW海上风电示范项目是全国首个使用多桩高承台基础的海上风电场，基础设置8根直径1.70m的钢管桩。国电电力浙江舟山海上风电公司普陀6号海上风电场是国内首个使用多桩加高承台基础的近海风电场。

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