近年来风电开发逐渐走向深远海，漂浮式风机技术成为热门研究方向。根据漂浮式风机平台基础静稳性获取原理的不同，可划分为以下四种类型：驳船式（Barge）、半潜式（Semi）、单立柱式（Spar）、张力腿式（TLP）。前三种结构通过锚链、钢缆或纤维缆系泊在海底的锚固设备上，而张力腿平台通过张力筋腱与海底的锚固设备相连接。
漂浮式海上风电平台基础类型
1 漂浮式风电平台基础分类及对比
- 驳船式
适应水深通常大于30m，平台类似于船型，吃水浅但水线面面积大，主体结构一般为中间镂空设计，可起到阻尼作用，改善平台整体运动性能。
驳船式平台结构简单、易于制造，装配可在码头完成后湿拖运输，成本较低。缺点是吃水浅、重心高，对外界环境较为敏感，不适应环境恶劣的海域且对波频响应较为敏感，需要对平台运动频率优化。
驳船式基础
- 半潜式
适用水深通常大于40m，主体结构多为三或四立柱结构，设垂荡板及压载系统。通过调整各立柱压载形成合理的浮力、重力分布，实现系统稳定。其所有的运动自然周期都在波频周期范围之外。
半潜式平台安装方便、部署灵活，适用水深范围较广，技术较为成熟。可在码头完成风电机组和平台组装，采用湿拖运输，运输安装难度小。缺点是需要较大的结构来保持系统稳性，尤其是在极端环境条件下波频运动可能很大。
半潜式基础
- 单立柱式
适用水深通常要求大于80m，主体结构由浮力舱、中间段和压载舱构成，通过压载舱使平台的重心远低于浮心，具有良好的稳定性。其所有的运动自然周期都在波频周期范围之外。
单立柱式较小的水线面设计，可减小平台垂荡运动，但较大的平台吃水导致对工作水深有特定的要求，对于组装、运输和安装挑战较大。
单立柱式基础
- 张力腿式
适用水深通常大于60m，平台自身结构产生的浮力远大于重力，剩余浮力与张力腿的预张力平衡，使主体结构保持稳定。平台对重量比较敏感，筋腱对面内运动（纵荡，横荡和艏摇）的约束较低，对面外运动（垂荡，横摇和纵摇）的约束较高。
张力腿式平台吃水小、系泊占用海域面积小。缺点是张力腿平台自稳性较差，需采取一定工程措施才能整体运输。平台需要大刚度张力筋腱，系泊成本剧增，且对海床性能有一定要求，安装过程复杂。
张力腿式基础
2 漂浮式风电平台基础适用性分析
平台基础适用性需要考虑的主要因素有：水深适应性、运动性能适应性、技术成熟度、建造复杂度、运输安装难度、系泊锚固系统设计及安装难度等。
1、水深适应性
水深是决定基础型式选择的最重要因素之一。其中驳船式平台的水深适应能力最强，能满足30m以上的水深。其次为半潜式型式，具有40m以上水深适应能力。两者都可以在相对较浅水深运行，对30～50m水深范围的近海风电场具有良好的适用性，是现阶段可应用于我国海域最具潜力的两种型式。
张力腿平台由于系泊和锚固系统的特殊要求，适用水深稍大需要60m以上。而单立柱平台至少需要80m水深，考虑我国海域地形及水深特点，单立柱平台对于现阶段我国深远海风电开发应用范围有限。
表1 我国50m水深以上区域距离统计
表2 我国35~50m水深区域距离统计
2、运动性能适应性
驳船式和半潜式基础结构尺寸较大，受较大的波浪载荷，运动幅度较大。驳船式基础可通过中间阻尼池增加阻尼，设置内部减摇水舱等来减少运动响应。半潜式基础可以采用垂荡板增加水动力附加质量来降低垂荡运动的固有频率。
单立柱式基础由于其结构形式所受载荷较小，运动固有周期也不在波浪能量周期范围内，因此运动幅值较小。
由于漂浮式风电平台对平面外的运动要求较高，张力腿式基础平面外运动幅值很小，是现阶段较优的基础型式。但其稳性取决于系泊系统筋腱状态，且需要考虑破损状态下的安全冗余，对筋腱的材料提出了很高的设计要求。
3、建造复杂度
目前基础结构可选择采用混凝土或钢材型式。张力腿式和单立柱式基础结构简单，建造工艺易于实现。驳船式和半潜式基础结构尺寸大，结构相对复杂，建造难度更高。半潜式浮体国内众多船厂都有成熟的建造经验，而国内尚没有建造单立柱式和张力腿式浮体的成熟经验。
4、运输安装难度
驳船式和半潜式基础都具备自稳性，运输安装难度较低。张力腿式基础在无张力腿连接时不具有自稳性，在运输和安装过程中需要定制化的施工船舶才能保证运输安全，且张拉筋腱系统对水下作业要求高，是4种平台中安装难度最大的型式。
单立柱式机组的安装需在外海完成，受环境条件影响明显，运输安装难度仅次于张力腿式基础。
5、系泊锚固系统设计及安装难度
系泊型式主要有悬链线系泊、张紧系泊和张力腿系泊。锚固基础型式的选择要结合具体海域的地质条件。TLP 是4 种基础型式中系泊锚固系统设计及安装难度最大的平台型式。
综上所述各因素对比见下表：
表3 不同型式漂浮式平台基础适用性对比
根据统计未来浮式风电项目中半潜式、立柱式、驳船式、张力腿式以及其他类型占比分别约为 64%、17%、10%、7%、2%。半潜式和立柱式风机基础是深远海风能资源开发最有前景的基础型式，也是最有可能尽快实现技术标准化的方案。
我国海域大陆架总体较平缓，随着离岸距离增加水深增加幅度较缓，且面临台风等复杂海况，因此对过渡水深范围（40~60m）的浮式风电技术更为迫切，相对其余几种结构形式，半潜式基础比较适合国内海域现状，而且可以利用国内优良的场地资源和成熟的建造经验。目前国内的示范样机均采用三到四浮筒半潜式基础，随着技术的不断发展和升级，可以预测在未来国内的海上风电的发展中，半潜式风机基础将有着广阔的应用前景。
来源：龙源设计公司
