海上浮式風電錨固技術現（xiàn）狀

在我國“碳達峰、碳中（zhōng）和”目標背景下，風電等綠色可再生能源開發與利用顯得尤為重要。

海上風電裝機，葉輪直（zhí）徑最大（dà）達172米，是空客A380翼（yì）展長（zhǎng）度的2倍多。如此龐（páng）大（dà）的結構物，它（tā）是如何矗立在海上的？是漂浮在海上，還是錨固在海底？

在水深小於60米的近海區域，主要采用底部固定式基礎支撐；固定式支撐有重力沉（chén）箱基礎、樁基礎、三腳架基礎等方式（shì）。

重力沉箱基礎（chǔ），依靠沉箱自身質量使風機矗立（lì）在海麵（miàn）上，主要適（shì）用於水深小於10米區域。

樁基礎，由一根或（huò）多（duō）根大直徑鋼管樁（zhuāng）構成，鋼管樁直徑（jìng）在3~5米左右、樁基埋深18~25米；主要適用（yòng）於水深小於25米區域。

三腳架基（jī）礎，是吸取海上油氣工業中的一些經驗，采用質量輕、價格（gé）低的三腳鋼套管，並（bìng）埋置於海床以下10～20米區域。

近年來，隨（suí）著飄浮式海上風機研發並網（wǎng）成功，飄（piāo）浮式海（hǎi）上風機的商業化進程進一步加速，將有力推動深遠海風（fēng）電的發展。

漂浮式結構成為在深遠海域海上風電場基礎結構型式的首選，按照基礎的類型漂浮式風電可分為半（bàn）潛式（Semi-Sub）、立柱式（Spar）、張（zhāng）力腿式（TLP）三種類型，三種形式（shì）在國外均有示範項目（mù）建成或在建。

從風機的製造技術、示（shì）範項目水深等方麵綜合考慮，張（zhāng）力腿式（TLP）是目前最適合我國漂浮式風電發展（zhǎn）的一（yī）種漂浮式風電形式。TLP是一種垂直係泊的順應式平台，由若幹條張力腿與海底錨固基礎相連接。

它通過自身的（de）結構形式，產生遠大於結構自重的浮力（lì），浮力除了抵消自重之外，剩餘部分與張力腿產生的預張力相平衡。當它在環境載荷作用下偏離中心位置（zhì）時，則依靠張（zhāng）力腿產生的側向力使（shǐ）其固定在原本位置上，而側向（xiàng）力取（qǔ）決（jué）於張力腿的拉（lā）力（lì）。

TLP最重（chóng）要的特點是平台的豎向運動很小，水（shuǐ）平方向的運動是順應式的，結構慣性力主要是水平方向的回彈力。TLP具有結構剛度（dù）高、耐波性好，是理想的（de）漂浮式風機基礎（chǔ）。

一（yī）、樁基

樁基適應多種條件地質，深海平台樁基設計方法與淺海相應結構的設計方法基本相同。

通常情況下（xià），打入樁的造價會隨著（zhe）水（shuǐ）深的增加會大幅提高，這是（shì）樁基在在深遠海漂浮式風電應用中所存在的主要問題之一（yī）。

此外，不同於深海石油平台，海上風電機組結構柔度大，自振周期（qī）長，樁基的剛度計算必須（xū）考慮循（xún）環荷載作用（yòng）下剛度折減（jiǎn）效應。同（tóng）時海上風電機組常采用大直徑樁基（jī），大尺寸樁（zhuāng）基的側向（xiàng）剛度問題也必須考慮進來（lái）。

技術（shù）成熟度（dù）來看，目前樁基（jī）設計（jì）技術已經比較成熟（shú），國內外都有關於樁基設（shè）計的相應（yīng）規範，在深水（shuǐ）油氣平台中應用（yòng）也較廣泛。

樁基作為最常見的水工基礎型式，在國內擁有豐富的施工經驗，一般（bān）以（yǐ）鋼管樁為主，鋼管樁的突出（chū）優點是製作方便、重量輕、施工速度快、以及在循環荷載下具有較強的抗疲勞特性，並（bìng）且（qiě）對於鋼結構的防腐蝕技（jì）術（shù）也（yě）已經較（jiào）為成熟。

但是海上打（dǎ）樁施工通常需設置臨時施工平台（tái）和打設鋼套筒（tǒng），施工時間較長，施（shī）工受限（xiàn）因素較多。

導管架插樁水下沉樁（zhuāng）工程

二（èr）、吸力錨

根據調研的國外TLP吸力錨基礎應用（yòng）情況，吸力錨基礎在淤泥質軟（ruǎn）黏（nián）土中具有良好的工作性能。目前，吸力錨已經被成功地應用於多種海工結構，如海上石油平台、海（hǎi）底保護結構、軍艦（jiàn）海上係泊和補給（gěi）等。

吸力錨特別適合於軟黏土海底地基，在經濟技術性能上具有幾個顯著特點：材料和製造成本（běn）低、海上安裝工期短、不需要打樁設備、抗拔性能卓越、就位準確等。

國內沒有吸力錨基礎的設計的規範可以遵循，挪威船級社（DNV）規範的規定較為粗略，相當一部分關鍵參數的選擇上缺乏參照，因此吸力錨基礎國內的技術成熟度不足，還應開展更加深入的研究。

在吸力錨應（yīng）用中，主要有兩個關鍵問題需（xū）要（yào）解決（jué）：

一是吸力錨的（de）可沉入性研究（jiū），主要解決基礎能否沉入預（yù）定的設計深度；

二是吸力錨的承載性能，對於TLP錨泊係統，由於（yú）荷載角度（dù）與水平向夾角較大，吸力錨的承載力計算一般以豎向抗拔承載力作為控製標準。

三、重力式基礎

重力式（shì）基礎通（tōng）常為淺基礎，主要（yào）應用於混凝（níng）土平台。其最大特點是（shì）材料成本相（xiàng）對較低，尺寸和規模較大，能夠依靠自身重（chóng）量抵抗工（gōng）作（zuò）期間所遇到的環境荷載，適用於（yú）較硬的粘土或較密實的砂土，並且一般常應用於水深在100～200 m範圍內的海（hǎi）域。

在現階段的深（shēn）海（hǎi）石油（yóu）平台中，重力（lì）式基礎在不（bú）設樁基的條件下，可依靠自身重量承擔上部平（píng）台的抗拔力，並維持體係穩定，體現了（le）其較好的穩定性和高效性。

在深厚軟土層中，采（cǎi）用重力式基礎很難（nán）解決滑移和傾斜（xié）問題。但（dàn）在相關（guān）前（qián）期（qī）調查中發現（xiàn）規劃中風電場鄰近（jìn）海域的（de）某一地質鑽孔表層土為粉細砂，在這種地質條件下（xià），重力式基礎具有較好的經濟性和適用（yòng）性。

四、筋鍵相關研究

TLP漂浮式平台結構中筋腱就成了重中之重，難中之難。

國內目前沒有（yǒu）任何這方麵的研究，關鍵技術全都掌握在國外（wài）少（shǎo）數幾家公司手裏。若要使用，掌握其關鍵技術，並形成自主知識產權，擺脫國外的技術封鎖（suǒ）和專利壁壘，隻（zhī）有深入開展（zhǎn）研究，尋求解決方案。基於筋腱的重（chóng）點性，我院成立專題研究小組，針對（duì）筋腱和筋腱材料選（xuǎn）型開展重（chóng）點（diǎn）研究（jiū）。

來源：海上風電設備（bèi）