漂浮式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組首要的目標(biāo)是能夠保證其基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物在其拖航、安裝和使用過(guò)程中，必須具有抗傾覆和抗滑移的能力。由于漂浮式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在復(fù)雜的海風(fēng)與波浪的作用下會(huì)前后左右的大幅度搖擺，并周期性的上下震蕩，要求機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)與軸承有更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度；并要求所有設(shè)備能在大角度傾斜時(shí)能正常工作。

立柱式基礎(chǔ)（單立柱基礎(chǔ)）是一個(gè)很長(zhǎng)的圓柱形浮筒，整個(gè)浮筒浮力遠(yuǎn)大于總重量（包含風(fēng)力發(fā)電機(jī)組）。整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組加浮筒的重心要遠(yuǎn)低于浮心，當(dāng)基礎(chǔ)發(fā)生傾斜時(shí)，重心和浮心之間形成回復(fù)力偶可抵抗基礎(chǔ)的傾斜運(yùn)動(dòng)，即使極強(qiáng)臺(tái)風(fēng)也不能使基礎(chǔ)嚴(yán)重傾斜。由于浮筒較長(zhǎng)，要求水深大于100 m。

立柱式基礎(chǔ)的系泊系統(tǒng)可以是懸鏈線式，也可以是傘形張緊式。

半潛式基礎(chǔ)由3個(gè)、4個(gè)或更多分布的浮筒組成，浮筒間剛性聯(lián)結(jié)，總浮力遠(yuǎn)大于總重量（包含風(fēng)力發(fā)電機(jī)組），重心要低于浮心，浮筒一半以上沉入水中。當(dāng)風(fēng)機(jī)傾斜時(shí)，下沉端浮筒浮力增加，升起端浮筒浮力減小，產(chǎn)生抵抗基礎(chǔ)傾斜運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力矩。

在每個(gè)浮筒下方有垂蕩板，可以對(duì)垂直方向的震蕩產(chǎn)生阻尼，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

半潛式基礎(chǔ)適用水深范圍較廣，大于40 m均可安裝，而且可以在港口安裝好（包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組）再拖到目的地進(jìn)行系泊安裝。

圖2（a）是3個(gè)浮筒的半潛式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。塔架設(shè)在一個(gè)浮筒上。圖2（b）是該半潛式基礎(chǔ)漂浮在海面的示意圖，是連接錨鏈后的沉入海水的深度。半潛式基礎(chǔ)的系泊系統(tǒng)采用懸鏈線式。

某5 MW海上風(fēng)力機(jī)組半潛式基礎(chǔ)的側(cè)浮筒直徑10 m，中心浮筒直徑5.5 m，浮筒圓心距離60 m，垂蕩板直徑20 m，浮筒深30 m，吃水20 m，排水量6542t，錨鏈數(shù)量6根，每根錨鏈長(zhǎng)度600 m，水平方向分布角度60°，每根錨鏈重量265t。

下面介紹二個(gè)半潛式基礎(chǔ)。

2021年12月7日，三峽引領(lǐng)號(hào)機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電，容量5.5兆瓦，輪轂中心高度距海平面約107米，葉輪直徑158米。3根立柱下共有9根系泊纜把它拖住，可抵抗最大風(fēng)速超70米/秒的17級(jí)臺(tái)風(fēng)，大大高于當(dāng)時(shí)國(guó)外漂浮式風(fēng)電機(jī)最高適應(yīng)風(fēng)速50米/秒。是全球首個(gè)抗臺(tái)風(fēng)型漂浮式風(fēng)電機(jī)組及基礎(chǔ)平臺(tái)。離岸28公里，水深30米。

圖3是三峽引領(lǐng)號(hào)機(jī)組的照片，（a）圖是半潛式基礎(chǔ)外觀圖（未下水），（b）圖是安裝在海中的三峽引領(lǐng)號(hào)機(jī)組。

全球首創(chuàng)一個(gè)平臺(tái)搭載兩個(gè)風(fēng)機(jī)，兩座塔筒呈“V”字形排列、搭載兩臺(tái)8.3兆瓦海上風(fēng)機(jī)，總?cè)萘?6.6兆瓦是全球單體容量最大漂浮式風(fēng)電平臺(tái)。葉輪最高處達(dá)219米，空中最大寬度約為369米。漂浮式基礎(chǔ)長(zhǎng)117米，寬105米，高39.5米，其浮筒不用鋼材，采用超高性能混凝土材料制造，也為全球首創(chuàng)。整座風(fēng)電平臺(tái)排水總量約1.5萬(wàn)噸，2024年12月11日并網(wǎng)發(fā)電。。圖4是明陽(yáng)天成號(hào)機(jī)組的照片，（a）圖是半潛式基礎(chǔ)外觀圖（在岸邊安裝），（b）圖是安裝在海中的明陽(yáng)天成號(hào)機(jī)組。

張力腿式基礎(chǔ)(TLP)的結(jié)構(gòu)形式有多個(gè)浮筒或單個(gè)浮筒。浮筒浮力遠(yuǎn)大于總重量，浮心高于重心。與半潛式基礎(chǔ)不同的是浮筒都在水面下，通過(guò)垂直向下的纜繩的系泊張力平衡浮筒向上的浮力。由于浮筒在水面下，受波浪影響較小。圖5（a）是有3個(gè)浮筒的張力腿式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5（b）是該張力腿式基礎(chǔ)漂浮在海面的示意圖。

圖6（a）所示張力腿式基礎(chǔ)的主浮筒在中心，下面的4條延伸腿也是浮筒（屬單浮筒結(jié)構(gòu)）。圖6（b）是該張力腿式基礎(chǔ)漂浮在海面的示意圖。

由于張力腿式基礎(chǔ)下面繃緊的纜繩張力很大，需要海床上的錨固裝置非常牢固，成本高， 安裝過(guò)程較復(fù)雜，不適于較深海域。

駁船式基礎(chǔ)類似于船型，多為四邊形中間鏤空結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)塔架位于中心或一端。結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，便于批量化組裝，建設(shè)成本較低，可以在港口安裝好（包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組）再拖到目的地進(jìn)行系泊安裝。駁船式基礎(chǔ)水線面積大，穩(wěn)定性較好。但駁船式平臺(tái)重心較高，對(duì)波浪較為敏感，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)波浪狀況對(duì)駁船進(jìn)行優(yōu)化。駁船式基礎(chǔ)適用水深大于30米的淺海區(qū)。駁船式基礎(chǔ)的系泊系統(tǒng)采用懸鏈線式。

圖7是駁船式基礎(chǔ)2種布置圖，左圖的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝在駁船的一側(cè)，右圖的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝在駁船的中部。

圖8是駁船式基礎(chǔ)的照片。

漂浮式風(fēng)機(jī)作為海上漂浮式結(jié)構(gòu)物，需要通過(guò)系泊系統(tǒng)進(jìn)行位置和運(yùn)動(dòng)的約束，系泊系統(tǒng)是由系泊線與錨固裝置與海床進(jìn)行連接，由系泊線的張力約束漂浮式結(jié)構(gòu)物。

系泊形式主要有3種：懸鏈線式系泊，傘形張緊式系泊，垂向張力腿系泊。

懸鏈線采用足夠強(qiáng)度的鋼鏈條，主要靠錨鏈重量產(chǎn)生的張力拖住漂浮的風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)。懸鏈線的特點(diǎn)是靠近錨固裝置的一段鋼鏈要貼在海床面上（稱為臥纜），錨固裝置采用抓力錨。在靜止?fàn)顟B(tài)鋼鏈長(zhǎng)度為水深的3倍以上即可呈懸鏈線狀態(tài)，但有風(fēng)時(shí)臥纜會(huì)被拉起，在極端風(fēng)速時(shí)鋼鏈幾乎拉直，抓力錨會(huì)被拉起，所以錨鏈總長(zhǎng)必需很長(zhǎng)，保證在極端風(fēng)速時(shí)仍有較長(zhǎng)的臥纜。對(duì)于超大型風(fēng)力機(jī)，水深30m每根錨鏈總長(zhǎng)達(dá)500m；水深60m每根錨鏈總長(zhǎng)達(dá)900m。所以懸鏈線式系泊占據(jù)海床空間大。這樣的錨鏈長(zhǎng)度在額定風(fēng)速時(shí)約有60%的臥纜，在極端風(fēng)速時(shí)只剩下20%的臥纜。

由于懸鏈線式系泊在船舶廣泛應(yīng)用，技術(shù)非常成熟，為立柱式、半潛式和駁船式基礎(chǔ)應(yīng)用。圖9（a）是懸鏈線式系泊示意圖（由于圖片寬度限制，圖中沒(méi)有顯示臥纜部分）。

系泊線由鋼纜或其他復(fù)合材料纜繩，由拉緊的纜繩張力產(chǎn)生系泊力，纜繩與垂直線夾角通常大于60度。錨固裝置采用樁錨或吸力錨，可抗拒斜上方的拉力，但安裝成本高，優(yōu)點(diǎn)是占據(jù)海床空間比懸鏈線式系泊小。見(jiàn)圖9（b）圖。

傘形張緊式系泊系統(tǒng)適用多種漂浮式基礎(chǔ)，適用水深范圍廣。

系泊線垂直向下連結(jié)錨固裝置，可抗拒上方的拉力，優(yōu)點(diǎn)是占據(jù)海床空間更小，顯然基礎(chǔ)容易偏移。見(jiàn)9（c）圖。

目前張力腿式基礎(chǔ)使用尼龍等合成材料的纜繩，耐磨性好，回復(fù)力較大。由于垂向力大，錨固裝置采用樁錨或吸力錨，可抗拒上方的拉力，但安裝成本高。張力腿式基礎(chǔ)目前應(yīng)用較少。

根據(jù)錨固裝置的形式和力學(xué)特性，可大致將其劃分抓力錨、樁錨、吸力錨、重力錨四種。

目前使用最廣泛的一種錨固結(jié)構(gòu)，其部分或全部嵌入海底，靠錨的前部鋤狀結(jié)構(gòu)嵌入海床，與土壤的摩擦力來(lái)抵抗外力，其結(jié)構(gòu)與原理同大型舶船的錨。水平方向的固定力最大，隨著錨鏈與海底平面的夾角增加，固定力迅速減小。

通過(guò)向海床打入鋼樁，通過(guò)鋼樁與土壤之間的摩擦力來(lái)提供系泊線的水平張力和垂向張力。在深水區(qū)域作業(yè)時(shí)，施工費(fèi)用高。

類似于樁錨，通過(guò)安裝于鋼筒頂部的人工泵使鋼筒內(nèi)外出現(xiàn)壓力差，當(dāng)鋼筒內(nèi)壓力小于鋼筒外時(shí)，鋼筒隨即被吸入海底，然后將泵撤走。吸力錨能夠承受系泊線的水平張力和垂向張力。工作原理參見(jiàn)吸力桶導(dǎo)管架。

主要通過(guò)壓載與海床表面的摩擦力來(lái)抵抗錨鏈的水平張力，通過(guò)壓載重量來(lái)抵抗錨鏈的垂向張力；重力錨需要更大的壓載體積，應(yīng)用不廣。

比起固定式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組漂浮式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是龐大的機(jī)械設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組加漂浮式基礎(chǔ)加錨鏈系統(tǒng)通常超萬(wàn)噸。所以海上風(fēng)力機(jī)組是高成本工程，目前固定式海上風(fēng)電單位千瓦造價(jià)為陸上風(fēng)電的2至3倍，遠(yuǎn)海漂浮式風(fēng)電單位千瓦造價(jià)比為陸上風(fēng)電的4至5倍。優(yōu)化設(shè)計(jì)降低成本也是設(shè)計(jì)與制造的重要內(nèi)容。