第1章　绪论

能源是发展生产和提高人们生活水平的重要物质基础，是国民经济发展的原动力。随着经济的发展，世界各国对能源的需求将越来越大，可以预见可再生能源会进入快速发展阶段，将成为全球能源体系中不可缺少的一部分。

在目前已经开发利用的可再生清洁能源中，风电发展速度快、技术成熟，具有大规模开发利用的前景和较强的市场竞争力。我国对风能资源的研究起步较晚，相关部门曾进行了三次陆上风能资源普查。第一次风能资源普查于1980年开始，得到了我国风能资源储量约为1.6亿kW的结论。第二次风能资源普查在1984年9月—1987年7月期间进行，1995年对外公布了成果：陆上10m高度风能资源总储量为32.26亿kW，技术可开发储量为2.53亿kW。2004年进行了第三次普查，结论认为我国陆上风能资源总储量为43.5亿kW，技术可开发储量为2.97亿kW。随后，2010年中国气象局公布了我国风能资源详查和评价取得的阶段性成果：陆上及5～25m水深线以内近海海域50m高度可开发装机容量逾25亿kW。虽然每次测算结果差别较大，但可看出陆上风能资源储量在数亿至几十亿千瓦范围内，目前人们普遍接受的一般说法是中国风能可开发的资源量陆上为2.5亿kW，海上为7.5亿kW，我国风能资源储量巨大，开发前景广阔。

近年来我国陆上风电开发迅猛，但大规模高度集中的开发使其进入了发展瓶颈期，限制发展的主要因素可归结为以下两个方面：

（1）项目前期竞争日益激烈，开发潜力日趋枯竭。

（2）开发项目主要集中在风力资源最为丰富的“三北”地区，装机容量急剧增加，由于风电场输出功率波动性大，对电网造成了较大的冲击；同时“三北”地区电网建设相对滞后，抗冲击能力较弱。电网对风电的制约越来越突出，由于限制风电并网，弃风较为严重。

陆上风电发展受限的同时，海上风电发展迎来了新机遇。首先，中国东部沿海电网特点、经济发展模式与欧洲类似，具有适宜大规模开发的基础条件；其次，相关风机厂家研发了国产化的海上专用机组，且单机容量不断增大，机组单位造价持续下降；一定规模的风电场所需风机数量减少，基础建设费用及风机安装费用必然下降；最后，随着示范风电场的运行及技术的持续改进，基础造价不断下降，单桩基础、导管架基础及桶形基础等结构型式逐渐被工程界认可接受，与传统的高桩承台基础相比，极大地缩减了基础建设工期，降低了工程造价。因此，我国海上风电进入规模开发阶段是发展的必然趋势。

欧洲海上风电的开发起步较早，已走在世界前列，有许多经验可以借鉴。已建风电场风电机组基础是造成海上风电开发成本高的重要因素，典型的海上风电场建设成本中，风机机组费用约占总投资的30％，其他部分（基础结构、海底电缆、运行与维护等）约占70％。我国东海大桥海上风电场机组费用约占总投资的50％。海上风机基础直接受地基土体特性和极端风荷载的影响，我国近海条件在这两方面均与欧洲存在较大的差别，主要体现在：①我国东部沿海表层土体大多为淤泥质黏土，且深度多大于10m，这增加了基础结构设计和施工难度；②我国东南部及东部海域受台风影响，风况复杂、极端风速大，风机机组及基础均需考虑台风的影响。

桶形基础为顶端封闭、下端开口的倒置桶状结构，水深适应范围较广（从几米到几百米），是近20年来应用于海洋工程的有较好发展前景的基础型式。丹麦Frederikshavn风电场首次将其应用到海上风机基础，充分说明了在类似条件下其作为海上风机基础的可行性，并且在建设和运行中均体现出了较多的优势，如易于拆除、可重复利用、安装工期短、费用低等。限于国外技术保密，加上我国近海受台风影响、淤泥较为深厚的客观条件，桶形基础在我国海上风电中的研究和应用较为缓慢，2017年三峡新能源响水海上风电场成功安装了首台海上风机复合桶形基础。本书主要针对近海风电机组，围绕桶形基础承载、变形特性展开系统的阐述。