海上風電基礎承擔著三重關鍵使命:其一,穩固支撐風機主體,抵御海浪、海流、海風的周期性荷載,保障風機在極端海況下屹立不倒;其二,傳遞荷載至海床,通過優化基礎形式,降低對海洋地質的擾動,守護海洋生態平衡;其三,作為成本控制的關鍵環節,基礎工程占海上風電總投資的20%-30%,其技術革新直接影響度電成本。

單樁基礎是當前近海風電(水深≤30米)的“主力軍”。它通過一根直徑3-8米、長度數十米的鋼制樁體,直接插入海床,具有施工周期短(單樁安裝僅需數小時)、成本相對可控的優勢。如歐洲北海某風場,采用直徑6米的單樁基礎,配套先進的液壓錘擊設備,實現了“周安裝3臺風機”的高效建設。但在復雜地質(如深厚軟土層)中,需增加樁長或配套樁靴,成本會顯著上升。

導管架基礎由多根樁腿與頂部導管架組成,適用于水深20-50米的海域。其通過群樁分散荷載,可適配更大容量風機(如10MW+機型)。我國廣東某深遠海風場,采用導管架基礎抵御強臺風荷載,通過有限元模擬優化結構,鋼材用量較傳統設計減少15%。然而,其施工涉及海上組拼、整體吊裝,對海洋吊裝設備(如3000噸級起重船)依賴度高,建設周期長于單樁基礎。

吸力桶基礎是新興的“綠色基礎”,通過桶體自重與海床吸力固定。在北歐近岸風場應用廣泛,施工無需錘擊,噪音低、生態影響小。挪威某示范項目中,吸力桶基礎憑借“負壓下沉-正壓起拔”技術,實現快速安裝與可回收,契合“海上風電循環經濟”理念。但在砂質海床或強潮流海域,其穩定性需進一步驗證。

浮式基礎是深遠海(水深>60米)的“破局者”,包括半潛式、張力腿式、Spar式等。它通過錨泊系統固定,將風機荷載傳遞至深海。全球首臺商業化浮式風機(英國Hywind項目),采用Spar式基礎,實現了深遠海15年穩定運行。我國山東半島海域試點浮式風電,通過耦合動力分析優化錨鏈布局,降低了基礎成本。但浮式基礎技術復雜,成本為傳統基礎的2-3倍,尚處商業化初期。

技術挑戰與創新方向
(一)極端海況適配
南海海域面臨臺風、內波等極端荷載,要求基礎具備更高疲勞強度。國內企業研發“防臺風導管架”,通過增加阻尼器、優化樁腿角度,使基礎疲勞壽命提升30%。
(二)地質適應性突破
在南海珊瑚礁海域,傳統基礎易破壞生態。科研團隊探索“樁靴+生態護罩”技術,既保護珊瑚群落,又滿足基礎承載力要求,實現“生態友好型”建設。
(三)數字化升級
BIM+數字孿生技術賦能基礎設計,通過實時模擬海床變形、基礎振動,提前預警結構安全。福建某風場應用該技術,基礎運維成本降低25%,故障響應時間縮短至1小時。

隨著海上風電向深遠海推進,浮式基礎與可回收基礎將成主流。同時,“基礎標準化設計”與“跨海域適配技術”加速落地,如歐洲推出“基礎模塊化產品庫”,適配不同海況與風機機型。