海上风力发电基础形式及关键技术分析

凌卫军 陈喜

摘要：社会工农业的快速发展使人们对能源的需求不断增加，为了寻求更多的可再生能源，满足环境可持续发展的需求，近年来对海上风力发电的建设与研究步伐不断加快。由于海上风力发电具有节约场地、清洁环保，更好的满足人们能源使用需求等优势，有必要进一步探索海上风力发电基础形式以及关键技术，提高海上风力发电设施的经济性以及适用性。

关键词：海上风力发电;基础形式;关键技术

风蕴含着巨大的能量，随着人们生产生活对能源需求量的不断增加，海上风力发电由于更加节省场地，清洁环保，不干扰人们的正常生活，并且海上风能具有风向稳定、湍流轻度小等优势而得到了人们越来越多的认可。近年来世界范围内的海上风力发电项目越来越多，通过探索更加经济安全的海上风电基础形式，以期实现促进海上风能发电事业发展的目的。所以，积极探索能促进海上风力发电基础形式发展的关键技术，促进我国能源使用与分配领域的进一步发展。

一、海上风力发电基础形式分析

（一）桩基础结构

桩基础结构是海上风力发电基础形式中重要的组成部分之一，按照桩基础形式的不同，桩基础结构还可以分成多桩基础、单桩基础和三角桩基础。其中以单桩基础在海上风力发电中的应用最为广泛，在施工过程中，通过钢管夯入法将大直径钢管安装在海床之中。这种钢管直径一般在四米至八米范围内，管壁厚度一般为直径宽度的百分之一，并且随着海上施工逐步向深海发展，钢管的直径还在不断增大。单桩基础在海上风力发电中的应用优势主要是海上施工操作简单。不足之处在于大直径钢管桩移位及运输难度大，且根据海床土质种类的不同，海上安装成本有所差异。其次是多桩基础形式，也就是将多个桩基础打入海床土壤中的一种基础结构，打入方式可以是竖向垂直打入，也可以是斜向打入，这种基础形式通常被应用在深海风力发电建设中，具有操作简单、重量轻等优势，但是安装成本较高，实际施工过程中还需要相应专业设备的支持。三角桩基础，顾名思义，是一种有三腿支撑桩的基础形式，这是一种单桩基础的发展形势，与单桩基础相比，具有更高的稳定性和强度[1]。

（二）导管架基础

在海上风力发电设备中，基础结构主要的作用是荷载海洋环境以及風叶运转，其中钢制材料的导管应用最多，在海上风力发电基础结构中能发挥出较好的稳定性，并且对海洋环境的适应能力较强，因此，导管架基础形式在深海领域中的应用十分广泛。一般情况下，导管架的基础结构是框架结构，主要有主斜撑、平台甲板和主筒体等。目前，导管架基础中的四腿基础和三腿基础在海上风力发电基础形式建设中的应用最普遍，同时在深水域采油工程中也有较大的应用优势[2]。

（三）重力式基础

海上风力发电的基础形式之一，主要依靠基础自身及压载物重量抵抗上部风机荷载和水流力，使基础及上部风机塔筒结构保持稳定。基于此，设计基础结构的重力形式时，其设计效果对于海上风力发电基础形式的稳定性有较大的影响。目前，海上风力发电基础形式中的重力基础主要分为钢沉降基础以及混凝土重力基础两种，适用于海水深度小于十米的基础形式建设中。

（四）负压桶式基础

是传统基础与重力式基础的结合，基础结构以桶形结构为主体，上端封闭、下端开口，中间部分由混凝土结构组成，通过空气的压缩实现拖运。安装过程中首先将负压桶式基础结构插入到海底一定深度下，然后用泵抽吸掉桶内空气，形成负压，以达到提高基础结构承载能力的目的[3]。

二、海上风力发电关键技术探讨

与陆地风力发电结构不同的是，海上风力发电基础形式需克服海上风与海浪的附加荷载，因此对基础结构提出了更高的要求，通过应用各种先进技术，以满足海上风力发电设备的要求。首先是设计环节，由于水磁同步发电机质量大与尺寸大的不满，设计阶段中更多的应用了轻质材料，优化了轴向长度和间隙的比值，并且通过对膜化结构的应用，简化了生产、运输和安装过程。其次，选择强度更高、刚度更好、整体质量更小的叶片材料，增大叶片型号，提高能量的补货能力，目前，海上风力发电设备中应用的叶片材料主要由环氧乙烯基醋树脂，有成本小、性能好的优势[4]。最后，海上风力发电设备中对冷却系统的设计，冷却液的质量等，都影响发电机的工作效率和使用寿命，为了达到良好的冷却作用，应用了液冷的冷却方式，发挥出更好的导热能力和强制风冷效果[5]。

三、结束语

综上所述，为了满足人们对电力能源的发展需求，提出了海上风力发电项目的发展策略，通过对海上风力发电基础形式以及关键技术的探讨，以期提高海上风力发电设备的性能，达到更好的电力供应目的。

参考文献：

[1]孙凌云.海上风力发电基础形式及关键技术[J].绿色环保建材，2019（01）：234-235.

[2]焦忠虎，肖纪升.海上风力发电基础形式及关键技术分析[J].中国高新技术企业，2016（01）：145-146.

[3]李利飞. 海上风力发电安装船总体技术研究[D].天津大学，2014.

[4]胡军，唐友刚，阮胜福.海上风力发电浮式基础的研究进展及关键技术问题[J].船舶工程，2012，34（02）：91-95.

[5]林鹤云， 郭玉敬， 孙蓓蓓， et al. 海上风电的若干关键技术综述[J]. 东南大学学报（自然科学版）， 2011， 41（4）：882-888.

（作者单位：江苏龙源振华海洋工程有限公司1

南通振华重型装备制造有限公司2）