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摘要：风力发电作为一种全新的能源产生方式，因为其资源丰富不会受到土地条件的限制，在多个国家逐渐兴起。我国拥有很长的海岸线，就更应该利用好这一部分资源，扩大对海上风力发电的研究。因此，本文通过海上风力发电基础型式的了解，探讨其关键技术，希望可以解决我国在能源方面面临的问题。
关键词：海上风力发电；基础型式；漂浮；技术
因为风能本身的可再生性、清洁性，再加上大规模应用技术的成熟，使得风力发电成为除开核能之外，技术最为成熟，且最具发展前景的一种发电方式。
一、海上风力发电基础形式
（一）桩基础结构
目前，单桩基础结构是风力发电基础中应用最多的结构。其固定方式是选择液压撞击法，利用撞锤直接将钢管夯入海床，或者是在海床安装钻孔而形成。这一种基础的直徑为3-6m，且壁厚为直径的1%。钢管需要插入海床的实际深度则是根据海床土壤本身的强度来定，按照测土所给予的压力传递其荷载。一般来说，单桩基础勇于浅水或者是水深为20-25m的中水水域，并且需要海床土质良好。多桩基础属于将多个桩基直接打入土内的一种形式，可以选择斜向与竖直打入两种方式。多桩基础可以有效的抵抗海水动力与海上波浪，能够满足中等水深和深水水域的要求。按照海水流动、水深不同等外部因素所造成的荷载与风机系统动力特点，就可以直接将多桩基础上部结构确定下来。多桩基础不需要准备海床，可以直接在任何水深与海床地质中使用，并且其建设简单，质量较小，但是成本高昂，在安装中需要使用专门的设备，且工作年限过后，拆卸移动都较为困难[1]。
（二）导管架基础
风基础结构会直接受到风轮机运转荷载与海洋环境荷载的影响，利用钢制材料导管架重量较轻，并且对于海床地质拥有极强的适应力，并且稳定性良好，所以适合在较深海域使用，目前在欧洲等海上的大型风电场中使用较多。导管架主要是基于框架形成结构的基础。主体的导管架基础结构包含：主筒体、主斜撑以及平台甲板等结构过渡段；可以分成先打桩导管架，后打桩导管架两种结构形式的基础主体，更进一步需要研究导管架由圆柱钢管所组成的三腿或者是四腿的基础，这一种基础在深水域采油中应用非常成熟，并逐渐运用到海上风力发电中来。
（三）重力式基础
海上的风电场风力基础主要是在海上固定风电场基础，因为其需要置身于海洋环境之中，不仅要考虑自身的结构重力，同时还需要分析水流力、风荷载以及承受的波浪等，所以对于风电场而言，风机基础的重力设计就非常的关键。最早的风力发电基础为重力式基础，其主要是依靠本身固有的重力来固定风机，其主要包含了混凝土和钢沉降两种基础模式。一般在10m之内的水域之中使用，不会受到海床地质条件的影响。一旦水域的深度超过10m，为了确保能够抵抗海浪、风等外部因素，就需要做好海床的准备，但是建设的工期相对较长，并且尺寸与质量较大，导致运输与安装有所不便，需要加大资金方面的投入，最终影响总体的造价。
（四）漂浮基础
就相关的数据显示，一旦水深在60-900m之间，其海上风力资源可以达到1533GW，近海0-30m的水域，只有430GW。所以，深海水域拥有极为丰富的风力，但是单桩基础、重力式基础这一部分方式无法满足水深的要求，这时就可以采用漂浮基础，之下会对漂浮式基础进行专门的探讨[2]。
二、关键技术及其分析——海上漂浮式风力发电
因为海上漂浮式风力机的研究还处于初期阶段，所以，目前国内主要将研究集中在：海上漂浮式风机组件与组合的问题，其中，对于风机部分的研究，主要是针对5MW及以上功率的大型风电机组部件和风电机组气动特性，同时也应该分析深海带有的覆冰与腐蚀。
漂浮式平台以及系泊系统的研究，主要集中在不同的平台形式，对于不同水动力的特性进行比较，分析面向商用的性能优化以及成本问题。一般来说，驳船平台是成本最低的一种方式，主要是因为其选择的是简单的制造技术，同时因为成熟的造船技术，也可以控制成本。但是因为其主要是用于水平面区域上，就可能存在一定的抗倾覆性能，所以，需要驳船大而且重。
Spar平台属于简单的混凝土或者是钢制构筑物，但是因为其位移量与自由度需要更重的压仓物作为其配重，这样就会影响整体的造价，抬升材料成本。
张力腿平台主体为直立浮筒式结构，一般的浮筒所受到的波浪力的水平分力要大于垂直方向的分力，所以，在平面之内通过张力腿的柔性，就可以实现平台平面的运动。这样，利用惯性力就可以实现较大环境载荷的平衡，不需要利用结构内力来加以平衡。张力腿平台这一种结构能够满足结构良性运动的要求，同时也可以满足最低的位移要求和最低的成本消耗，但是因为结构本身的复杂性，其相关水动力载荷需要性能较高的系泊缆索来承担[3]。
因为风机会受到空气动力与水动力的双重载荷的作用，为了解决藕合问题，就需要提出可行性较高的理论与技术，运用到漂浮式风机的设计中去。按照实际的受力环境与运行环境，主要的研究方向包含了气动、水动力以及藕合特性三个研究方向。另外，整个系统的安装与维护也非常的重要。由于设备远离陆地，所以，从开始的部件进行安装，直至最后的维修与维护都和岸上的风机有着差距，就算是一个简单的吊装，都存在极大的不同。所以，对于海上漂浮式风力机的研究，需要考虑的问题见表1所示。
除开上述的问题之外，风机的重量还会对整个设备的规模以及成本造成影响。如针对张力腿平台漂浮式风力机而言，每增加一个单位的部件重量，为了满足浮力支持的要求，就需要附加0.65单位的系泊预张力以及1.3倍的单位平台重量，这些都会加大系统成本。所以，在设计与制造的环节，还需要考虑到低密度与高强度材料的使用，同时因为不会受到噪音的限制，可以适当提升叶尖速比，将机组本身的转速提高10%-35%，增加发电量，减少传动系统的成本与重量。同时，还可考虑新型的结构形式，如柔性叶片、二叶片等等，都可以降低成本。
三、结语
总而言之，随着陆地风力发电技术的发展，为海上风力发电技术的发展奠定了良好的基础条件。因为我国海洋资源丰富，海岸线较长，凭借独有的资源优势，对于海上风力发电技术非常有利，通过可持续再生风能的合理利用，就可以将能源短缺的问题解决。因此，我国需要进一步加大海上风力发电技术的研究力度，将这一技术逐渐深入到深海领域之中，这样也能够满足人们对于能源的实际需求。
参考文献：
[1]兰江.风力发电技术发展及关键问题探究[J].中国高新技术企业，2016（19）：70-72.
[2]樊文凯.风力发电技术现状及关键问题分析[J].科协论坛（下半月），2013（12）：183-184.
[3]汪旭旭，刘毅，江娜，段延芳.风力发电技术发展综述[J].电气开关，2013（03）：16-19.
关键词：海上风力发电；基础型式；漂浮；技术
因为风能本身的可再生性、清洁性，再加上大规模应用技术的成熟，使得风力发电成为除开核能之外，技术最为成熟，且最具发展前景的一种发电方式。
一、海上风力发电基础形式
（一）桩基础结构
目前，单桩基础结构是风力发电基础中应用最多的结构。其固定方式是选择液压撞击法，利用撞锤直接将钢管夯入海床，或者是在海床安装钻孔而形成。这一种基础的直徑为3-6m，且壁厚为直径的1%。钢管需要插入海床的实际深度则是根据海床土壤本身的强度来定，按照测土所给予的压力传递其荷载。一般来说，单桩基础勇于浅水或者是水深为20-25m的中水水域，并且需要海床土质良好。多桩基础属于将多个桩基直接打入土内的一种形式，可以选择斜向与竖直打入两种方式。多桩基础可以有效的抵抗海水动力与海上波浪，能够满足中等水深和深水水域的要求。按照海水流动、水深不同等外部因素所造成的荷载与风机系统动力特点，就可以直接将多桩基础上部结构确定下来。多桩基础不需要准备海床，可以直接在任何水深与海床地质中使用，并且其建设简单，质量较小，但是成本高昂，在安装中需要使用专门的设备，且工作年限过后，拆卸移动都较为困难[1]。
（二）导管架基础
风基础结构会直接受到风轮机运转荷载与海洋环境荷载的影响，利用钢制材料导管架重量较轻，并且对于海床地质拥有极强的适应力，并且稳定性良好，所以适合在较深海域使用，目前在欧洲等海上的大型风电场中使用较多。导管架主要是基于框架形成结构的基础。主体的导管架基础结构包含：主筒体、主斜撑以及平台甲板等结构过渡段；可以分成先打桩导管架，后打桩导管架两种结构形式的基础主体，更进一步需要研究导管架由圆柱钢管所组成的三腿或者是四腿的基础，这一种基础在深水域采油中应用非常成熟，并逐渐运用到海上风力发电中来。
（三）重力式基础
海上的风电场风力基础主要是在海上固定风电场基础，因为其需要置身于海洋环境之中，不仅要考虑自身的结构重力，同时还需要分析水流力、风荷载以及承受的波浪等，所以对于风电场而言，风机基础的重力设计就非常的关键。最早的风力发电基础为重力式基础，其主要是依靠本身固有的重力来固定风机，其主要包含了混凝土和钢沉降两种基础模式。一般在10m之内的水域之中使用，不会受到海床地质条件的影响。一旦水域的深度超过10m，为了确保能够抵抗海浪、风等外部因素，就需要做好海床的准备，但是建设的工期相对较长，并且尺寸与质量较大，导致运输与安装有所不便，需要加大资金方面的投入，最终影响总体的造价。
（四）漂浮基础
就相关的数据显示，一旦水深在60-900m之间，其海上风力资源可以达到1533GW，近海0-30m的水域，只有430GW。所以，深海水域拥有极为丰富的风力，但是单桩基础、重力式基础这一部分方式无法满足水深的要求，这时就可以采用漂浮基础，之下会对漂浮式基础进行专门的探讨[2]。
二、关键技术及其分析——海上漂浮式风力发电
因为海上漂浮式风力机的研究还处于初期阶段，所以，目前国内主要将研究集中在：海上漂浮式风机组件与组合的问题，其中，对于风机部分的研究，主要是针对5MW及以上功率的大型风电机组部件和风电机组气动特性，同时也应该分析深海带有的覆冰与腐蚀。
漂浮式平台以及系泊系统的研究，主要集中在不同的平台形式，对于不同水动力的特性进行比较，分析面向商用的性能优化以及成本问题。一般来说，驳船平台是成本最低的一种方式，主要是因为其选择的是简单的制造技术，同时因为成熟的造船技术，也可以控制成本。但是因为其主要是用于水平面区域上，就可能存在一定的抗倾覆性能，所以，需要驳船大而且重。
Spar平台属于简单的混凝土或者是钢制构筑物，但是因为其位移量与自由度需要更重的压仓物作为其配重，这样就会影响整体的造价，抬升材料成本。
张力腿平台主体为直立浮筒式结构，一般的浮筒所受到的波浪力的水平分力要大于垂直方向的分力，所以，在平面之内通过张力腿的柔性，就可以实现平台平面的运动。这样，利用惯性力就可以实现较大环境载荷的平衡，不需要利用结构内力来加以平衡。张力腿平台这一种结构能够满足结构良性运动的要求，同时也可以满足最低的位移要求和最低的成本消耗，但是因为结构本身的复杂性，其相关水动力载荷需要性能较高的系泊缆索来承担[3]。
因为风机会受到空气动力与水动力的双重载荷的作用，为了解决藕合问题，就需要提出可行性较高的理论与技术，运用到漂浮式风机的设计中去。按照实际的受力环境与运行环境，主要的研究方向包含了气动、水动力以及藕合特性三个研究方向。另外，整个系统的安装与维护也非常的重要。由于设备远离陆地，所以，从开始的部件进行安装，直至最后的维修与维护都和岸上的风机有着差距，就算是一个简单的吊装，都存在极大的不同。所以，对于海上漂浮式风力机的研究，需要考虑的问题见表1所示。
除开上述的问题之外，风机的重量还会对整个设备的规模以及成本造成影响。如针对张力腿平台漂浮式风力机而言，每增加一个单位的部件重量，为了满足浮力支持的要求，就需要附加0.65单位的系泊预张力以及1.3倍的单位平台重量，这些都会加大系统成本。所以，在设计与制造的环节，还需要考虑到低密度与高强度材料的使用，同时因为不会受到噪音的限制，可以适当提升叶尖速比，将机组本身的转速提高10%-35%，增加发电量，减少传动系统的成本与重量。同时，还可考虑新型的结构形式，如柔性叶片、二叶片等等，都可以降低成本。
三、结语
总而言之，随着陆地风力发电技术的发展，为海上风力发电技术的发展奠定了良好的基础条件。因为我国海洋资源丰富，海岸线较长，凭借独有的资源优势，对于海上风力发电技术非常有利，通过可持续再生风能的合理利用，就可以将能源短缺的问题解决。因此，我国需要进一步加大海上风力发电技术的研究力度，将这一技术逐渐深入到深海领域之中，这样也能够满足人们对于能源的实际需求。
参考文献：
[1]兰江.风力发电技术发展及关键问题探究[J].中国高新技术企业，2016（19）：70-72.
[2]樊文凯.风力发电技术现状及关键问题分析[J].科协论坛（下半月），2013（12）：183-184.
[3]汪旭旭，刘毅，江娜，段延芳.风力发电技术发展综述[J].电气开关，2013（03）：16-19.