刘伟 三峡珠江发电有限公司

海上风电作为新能源新起之秀，被列为电力企业“碳达峰”和“碳中和”行动方案中，不再受电价政策、技术等影响，继续呈规模增长。海上风电风机基础技术作为海上风电场建设中的关键技术，影响着海上风电开发速度，特别是深远海的开发，受到众多投资者和研究者重视。海上风电风机基础投资比重大（约20～30%）、技术不成熟、所处海洋环境复杂、安全等不可控因素较多，采用有效的基础型式也是众多投资者、设计者关注的重点。在这种情况下，探讨基础型式、总结经验，以满足海上风电快速发展下的基础选型要求非常重要。

1.基础型式

海上风电基础按照是否嵌岩分为嵌岩和非嵌岩基础，按照结构形式划分有重力式基础、单桩基础、高桩承台基础、导管架基础、漂浮式基础（尚处于研究和应用示范阶段）、筒（桶）型基础等。广东海上风电现阶段主要采用单桩基础、导管架基础、高桩承台基础和筒（桶）型基础。

1.1 单桩基础

单桩基础是采用单桩嵌入海床形成的海上风力发电机组的一种基础，即将一根钢管桩（一般直径4～9m）采用大型沉桩设备打入海床，承受各种荷载的基础。按照是否嵌岩分为非嵌岩单桩和嵌岩单桩；按照桩径大小划分为普通单桩和大直径单桩。目前国外已建成的Horns Rev、Utgrunden、Scroby Sands等海上风电场和国内广东、江苏等风电场均广泛采用该基础型式，随着施工工艺的进步，单桩基础出现了无过渡段型式，并逐步向大直径、大水深发展。

1.2 导管架基础

导管架基础是钢管桩通过导管架固定于海底的结构物，即钢管桩（一般三根及以上）打入海底，导管架与钢管桩之间连接形成整体后承受荷载的基础型式。按照是否嵌岩分为非嵌岩导管架和嵌岩导管架（嵌岩按照工艺不同分为芯柱、植入等）；按照管桩多少分为三桩导管架、四桩导管架等；按照管桩直径大小分为普通导管架和大直径导管架。导管架基础是目前欧洲海上风电场用得较多的一种基础型式，也是广东区域在单桩不适用的情况下应用最广的一种基础型式。

1.3 筒（桶）型基础

筒（桶）型基础通过在筒腔内产生一个比周围小的压强而自主插入海底，靠自重及筒侧阻力使基础稳定或者在筒腔内形成负压来增强抵抗外载荷的能力的基础，常见有单柱复合筒基础、吸力桶导管架基础等。已有应用案列（丹麦Frederikshavn、国内测风塔等），并在海上风电逐步推广，未来将成为海上风电基础研究关键技术之一。

1.4 高桩承台基础

高桩承台基础是指由若干根桩和位于地面以上(或冲刷线以上)的承台所组成的桩基础结构，该基础刚度较大，抗水平荷载性能较好。高桩混凝土承台基础施工方法比较成熟，国内东海大桥100MW海上风电示范工程、东海大桥二期海上风电场工程、临港海上风电项目等多个项目均有成熟的设计、施工与运行经验。

2.基础型式对比分析

广东海域目前已建和在建项目基础型式有单桩基础（基本为非嵌岩单桩）、导管架基础（含嵌岩和非嵌，非嵌岩为主）、筒（桶）型基础、高桩承台基础，各种基础型式特点详见表1。

表1 基础型式对比分析表

3.基础型式应用分析

基于2021年抢装潮，截止2021年4月底，已统计22个已建和在建广东海域海上风电项目，统计基础总数215台（不含漂浮式风机），其中单桩784台（基本为非嵌岩单桩）、导管架371台（含嵌岩和非嵌，非嵌岩为主）、筒型37台（含单柱筒、吸力桶）、高桩承台23台。

根据调研和研究结果，广东海上风电非嵌单桩应用最多，主要由于非嵌岩单桩结构简单、施工工期和海上时间短，成本较低，超大直径技术使其应用进一步加大；非岩导管架应用其次，主要是非嵌岩导管架对地质要求不高、应用范围广，大直径导管架使其应用范围进一步扩大；筒型和高桩承台应用较少，主要是筒型和高桩承台施工周期较长，价格优势未体现，导致不适合进度要求较高的海上风电，另外筒型相对高桩承台使用较多，主要是筒型海上施工周期短。

从价格比例看，非嵌岩单桩价格与筒型价格差距不大，相对非嵌岩导管架和高桩承台价格低，非嵌岩导管架和高桩承台价格差距不大。上述价格为基于“抢装潮”分析，非“抢装潮”期，非嵌岩单桩相对非嵌岩导管架和筒型更具有价格优势，另各基础型式价格还与其特点、海洋环境、技术发展等密切相关。

4.结束语

伴随着“碳达峰”和“碳中和”，海上风电将继续迎来建设高峰期，但电价下调必然导致企业在降本增效上进行突破，作为投资比重较大的海上风电风机基础将作为研究重心，不断研发、熟练掌握各种基础型式的设计方法与技术是降低海上风电成本重要途径之一。本文重点对比分析了各基础型式特点和应用，非嵌岩单桩目前应用最多、也是最主流的基础形式，未来将向超大直径发展；非嵌岩导管架应用范围最广、随着水深的增大更具优势，大直径导管架使其应用更广，在其他基础型式技术未突破前，未来可能会成为深水优先选择基础型式；筒型基础在国内逐步开始应用，尤在嵌岩和海上窗口期较短的海域更具优势，随着技术成熟和价格优势将成为研究重点；高桩承台基础施工和海上周期长，价格优势未体现，未来需在深水区有突破。希望上述基础型式分析与探讨能为海上风电基础型式技术研究和业主基础型式选择提供一些思路或参考。