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(gè)著床式深海風(fēng)電場(chǎng)和首個(gè)漂浮式深海風(fēng)電場(chǎng)分別在蘇格蘭和挪威建成運(yùn)行[7,14]，但美國(guó)和日本已經(jīng)意識(shí)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(zhǎng)期理化作用，對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、海底電纜、海上平臺(tái)集成等技術(shù)無疑提出了更嚴(yán)苛的要求[10,11]。
　　然而，與近海風(fēng)電場(chǎng)相比，深海風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)主要區(qū)別和難點(diǎn)更在于機(jī)組基礎(chǔ)型式和機(jī)組安裝方式兩個(gè)方面，因此需要重新評(píng)估和考慮。
　　1.1 基礎(chǔ)型式
　　基礎(chǔ)是風(fēng)電機(jī)組賴以持續(xù)穩(wěn)定工作的平臺(tái)，是海上風(fēng)電場(chǎng)的重要組成部分，對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目的運(yùn)行質(zhì)量和投資效益影響較大，目前基礎(chǔ)的施工和運(yùn)維費(fèi)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(chǎng)，技術(shù)成熟，經(jīng)驗(yàn)豐富。
　　而漂浮式基礎(chǔ)的概念來源于深海油氣開發(fā)平臺(tái)，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(jī)組可在某一相對(duì)固定區(qū)域內(nèi)自由移動(dòng)，該類基礎(chǔ)目前主要處于研發(fā)和示范階段，但對(duì)海洋環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，與著床式基礎(chǔ)相比施工難度較小、運(yùn)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(tái)、張力腿平臺(tái)、駁船型平臺(tái)和半潛式平臺(tái)。其中，單柱式平臺(tái)又稱Spar平臺(tái)(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(shí)現(xiàn)塔筒平臺(tái)的穩(wěn)定，在系泊系統(tǒng)和主體浮力控制下，具有良好的動(dòng)力穩(wěn)定性[12]。
張力腿平臺(tái)(Tension Leg Platform, TLP)利用系纜張力實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的穩(wěn)定性，即通過處于拉伸狀態(tài)的張力腿將塔筒平臺(tái)與海底連接，從而抑制平臺(tái)垂直方向上的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)水平方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)[13]，如圖1b所示。
　　駁船型平臺(tái)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單(如圖1c所示)，它利用大平面的重力扶正力矩使整個(gè)平臺(tái)保證穩(wěn)定，其原理與一般船舶無異。半潛式平臺(tái)主要由立柱、桁架、壓水板和固定纜繩構(gòu)成，其設(shè)計(jì)靈活，是一種吃水較淺的改進(jìn)型張力腿平臺(tái)[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(duì)比情況。
　　上述4種平臺(tái)均已在海洋油氣開發(fā)中得到了大量應(yīng)用和充分驗(yàn)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(jìn)行了研究和論證。2009年，世界首個(gè)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(yùn)，采用的就是Spar浮體結(jié)構(gòu)[18]，2013年在日本長(zhǎng)崎海域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，單機(jī)容量2 MW，由日立公司開發(fā)，項(xiàng)目名稱為“HAENKAZE”。
　　而2011年葡萄牙電力公司建成的“WindFloat”MW級(jí)漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組則采用了半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)，由美國(guó)Principle Power公司開發(fā)，單機(jī)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(jì)和試驗(yàn)階段，比如Sea Twirl、SWAY、Blue H和Poseidon等[3]。
　　通過對(duì)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(tái)基礎(chǔ)上的改進(jìn)或綜合。
　　1.2 機(jī)組安裝
　　由于海上氣候惡劣，有效作業(yè)時(shí)間短，所以機(jī)組安裝是整個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過程中施工難度最高和風(fēng)險(xiǎn)最大的環(huán)節(jié)[19]，直接決定了整個(gè)項(xiàng)目的成敗。
　　機(jī)組安裝技術(shù)包括安裝平臺(tái)和安裝方式兩個(gè)部分。目前大部分海上風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)輸、吊裝、維修主要依托于現(xiàn)有的船舶平臺(tái)進(jìn)行。隨著離岸距離越來越遠(yuǎn)及機(jī)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(jī)吊裝平臺(tái)[20]，主要包括傳統(tǒng)起重船(自航非自升)、起重安裝平臺(tái)(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(biāo)區(qū)域自由升降，是運(yùn)輸和安裝海上風(fēng)電機(jī)組的理想船型，英國(guó)2004 年開發(fā)的世界上第一艘專門用于安裝海上風(fēng)機(jī)“五月花”號(hào)就是這種船型[22]。
　　海上風(fēng)電機(jī)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(biāo)海域按照基礎(chǔ)→塔筒→機(jī)艙→葉片的順序依次將機(jī)組的各主要部件裝配成一個(gè)整體，這種施工方法與陸上風(fēng)電場(chǎng)類似，適用于潮間帶及近海區(qū)域，目前運(yùn)行的多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)均按該方法建造;而整體安裝則是在岸邊將機(jī)組各部件裝配成一個(gè)整體，豎直放置于運(yùn)輸船運(yùn)送并安放至目標(biāo)地點(diǎn)，以減少海況對(duì)裝配精度的影響，作業(yè)費(fèi)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(duì)適用于深海區(qū)域的漂浮式基礎(chǔ)風(fēng)電機(jī)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(tái)基礎(chǔ)的機(jī)組應(yīng)首選整體安裝，裝配完成后由起重船運(yùn)送并放置于目標(biāo)地點(diǎn);張力腿平臺(tái)基礎(chǔ)的風(fēng)電機(jī)組可在目標(biāo)地點(diǎn)將基礎(chǔ)平臺(tái)固定后，由自航自升船進(jìn)行分體安裝塔筒、機(jī)艙及葉片;而駁船型和半潛式平臺(tái)基礎(chǔ)的風(fēng)電機(jī)組則可在岸邊進(jìn)行整體安裝，后由拖船將其整體拖曳至目標(biāo)地點(diǎn)。
　　根據(jù)以上對(duì)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)型式及機(jī)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(yàn)，其技術(shù)成熟度和可行性將進(jìn)一步提高。