在發(fā)展深海風(fēng)電方面，歐洲繼續(xù)走在了世界的前列，世界上首個著床式深海風(fēng)電場和首個漂浮式深海風(fēng)電場分別在蘇格蘭和挪威建成運行[7,14]，但美國和日本已經(jīng)意識到其重要性并開始急起直追[8,9]。
　　1 技術(shù)現(xiàn)狀與分析
　　與近海相比，深海環(huán)境更加惡劣，存在著海流、波浪、潮汐、內(nèi)波等多種水文現(xiàn)象以及腐蝕、沖刷、淘空等長期理化作用，對風(fēng)機基礎(chǔ)、海底電纜、海上平臺集成等技術(shù)無疑提出了更嚴苛的要求[10,11]。
　　然而，與近海風(fēng)電場相比，深海風(fēng)電場的建設(shè)主要區(qū)別和難點更在于機組基礎(chǔ)型式和機組安裝方式兩個方面，因此需要重新評估和考慮。
　　1.1 基礎(chǔ)型式
　　基礎(chǔ)是風(fēng)電機組賴以持續(xù)穩(wěn)定工作的平臺，是海上風(fēng)電場的重要組成部分，對風(fēng)電項目的運行質(zhì)量和投資效益影響較大，目前基礎(chǔ)的施工和運維費用約占海上風(fēng)電總投資的15% ~ 25%。
　　按照基礎(chǔ)是否與海床直接接觸，可將現(xiàn)有的海上風(fēng)電基礎(chǔ)分為著床式和漂浮式兩種結(jié)構(gòu)形式，或稱為固基和浮基。其中，著床式基礎(chǔ)與陸上風(fēng)電類似，通過鋼樁、沉箱、網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)將塔筒固定于海床上，該基礎(chǔ)適用于近海區(qū)域(水深小于50 m)，已被大量應(yīng)用于目前已建成的海上風(fēng)電場，技術(shù)成熟，經(jīng)驗豐富。
　　而漂浮式基礎(chǔ)的概念來源于深海油氣開發(fā)平臺，是指塔筒不與海床直接接觸，而通過錨索或纜繩將其與海底相連，使風(fēng)電機組可在某一相對固定區(qū)域內(nèi)自由移動，該類基礎(chǔ)目前主要處于研發(fā)和示范階段，但對海洋環(huán)境的適應(yīng)性較強，與著床式基礎(chǔ)相比施工難度較小、運維成本低，因此在發(fā)展深海風(fēng)電方面具有良好的應(yīng)用前景。
　　漂浮式基礎(chǔ)主要包括四種類型，分別是單柱式平臺、張力腿平臺、駁船型平臺和半潛式平臺。其中，單柱式平臺又稱Spar平臺(如圖1a所示)，即利用固定在浮力罐中心底部的配重(壓倉物)來實現(xiàn)塔筒平臺的穩(wěn)定，在系泊系統(tǒng)和主體浮力控制下，具有良好的動力穩(wěn)定性[12]。
張力腿平臺(Tension Leg Platform, TLP)利用系纜張力實現(xiàn)平臺的穩(wěn)定性，即通過處于拉伸狀態(tài)的張力腿將塔筒平臺與海底連接，從而抑制平臺垂直方向上的運動而實現(xiàn)水平方向上的相對運動[13]，如圖1b所示。
　　駁船型平臺結(jié)構(gòu)最為簡單(如圖1c所示)，它利用大平面的重力扶正力矩使整個平臺保證穩(wěn)定，其原理與一般船舶無異。半潛式平臺主要由立柱、桁架、壓水板和固定纜繩構(gòu)成，其設(shè)計靈活，是一種吃水較淺的改進型張力腿平臺[14]，如圖1d所示。表1列出了4種主要漂浮式基礎(chǔ)的基本性能對比情況。
　　上述4種平臺均已在海洋油氣開發(fā)中得到了大量應(yīng)用和充分驗證，近年來陸續(xù)被提出應(yīng)用于深海風(fēng)電開發(fā)中并進行了研究和論證。2009年，世界首個海上漂浮式風(fēng)力發(fā)電站“Hywind”在挪威海岸附近的北海正式投運，采用的就是Spar浮體結(jié)構(gòu)[18]，2013年在日本長崎海域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化運行，單機容量2 MW，由日立公司開發(fā)，項目名稱為“HAENKAZE”。
　　而2011年葡萄牙電力公司建成的“WindFloat”MW級漂浮式海上風(fēng)電機組則采用了半潛式平臺結(jié)構(gòu)，由美國Principle Power公司開發(fā)，單機規(guī)模6MW，正處于示范階段。此外，還有一些漂浮式基礎(chǔ)概念結(jié)構(gòu)處于設(shè)計和試驗階段，比如Sea Twirl、SWAY、Blue H和Poseidon等[3]。
　　通過對比可以發(fā)現(xiàn)，這些浮體結(jié)構(gòu)基本上都是在上述4種平臺基礎(chǔ)上的改進或綜合。
　　1.2 機組安裝
　　由于海上氣候惡劣，有效作業(yè)時間短，所以機組安裝是整個海上風(fēng)電場建設(shè)過程中施工難度最高和風(fēng)險最大的環(huán)節(jié)[19]，直接決定了整個項目的成敗。
　　機組安裝技術(shù)包括安裝平臺和安裝方式兩個部分。目前大部分海上風(fēng)電機組的運輸、吊裝、維修主要依托于現(xiàn)有的船舶平臺進行。隨著離岸距離越來越遠及機組功率越來越大，近年來已陸續(xù)出現(xiàn)新建或改裝的專業(yè)化海上風(fēng)機吊裝平臺[20]，主要包括傳統(tǒng)起重船(自航非自升)、起重安裝平臺(自升非自航)和自航自升起重船3 種類型[21]。
　　其中，自航自升船既可在海上自由航行，又可在目標區(qū)域自由升降，是運輸和安裝海上風(fēng)電機組的理想船型，英國2004 年開發(fā)的世界上第一艘專門用于安裝海上風(fēng)機“五月花”號就是這種船型[22]。
　　海上風(fēng)電機組的安裝主要包括兩種方式：分體安裝和整體安裝。分體安裝是指在目標海域按照基礎(chǔ)→塔筒→機艙→葉片的順序依次將機組的各主要部件裝配成一個整體，這種施工方法與陸上風(fēng)電場類似，適用于潮間帶及近海區(qū)域，目前運行的多數(shù)風(fēng)電場均按該方法建造;而整體安裝則是在岸邊將機組各部件裝配成一個整體，豎直放置于運輸船運送并安放至目標地點，以減少海況對裝配精度的影響，作業(yè)費用較低，這種施工方法是近年發(fā)展起來的，也已有成功案例[23-24]。
　　對適用于深海區(qū)域的漂浮式基礎(chǔ)風(fēng)電機組，應(yīng)根據(jù)具體的基礎(chǔ)型式選擇安裝技術(shù)。其中，單柱式平臺基礎(chǔ)的機組應(yīng)首選整體安裝，裝配完成后由起重船運送并放置于目標地點;張力腿平臺基礎(chǔ)的風(fēng)電機組可在目標地點將基礎(chǔ)平臺固定后，由自航自升船進行分體安裝塔筒、機艙及葉片;而駁船型和半潛式平臺基礎(chǔ)的風(fēng)電機組則可在岸邊進行整體安裝，后由拖船將其整體拖曳至目標地點。
　　根據(jù)以上對風(fēng)電機組基礎(chǔ)型式及機組安裝技術(shù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)目前深海風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已初步具備了技術(shù)可行性，將來通過借鑒海洋油氣開發(fā)及船舶工程經(jīng)驗，其技術(shù)成熟度和可行性將進一步提高。