談海南自然氣候條件對風電機組的影響

文 | 錢啟良

海南國信能源公司海南東方風力發電有限公司是我國最早從事風力發電工作的企業之一，早在上個世紀80年代中期，該公司就在海南省東方市成功的安裝了一臺由丹麥Vestas引進的55kW并網型風電機組，1997年及1998年又先后從德國引進了6臺250kW及12臺600kW的風電機組。

根據海南特殊的自然氣候特點，結合機組多年運行過程中所反映出的問題，我們于2004年在《中國科協2004年學術年會電力分會的論文集》中發表了《試分析海南東方風力發電廠600kW風力發電機組的防雷過壓保護系統》一文，2007年又在《中國風能》（即現在的《風能》）第4期里發表了《從海南東方風電場風電機組的典型故障談起——對我國風電設備制造產業的一點想法》一文。在這兩篇文章中具體闡述了海南的雷電、霉菌、長時間高溫對風電機組的影響，同時總結出“風電設備設計應與風電場當地的具體條件緊密結合，因地制宜設計、研發，使風電機組滿足機組所在地自然條件的要求，并遵循設計——現場使用問題反饋——改進設計——提高的原則”。這兩篇文章實際上就是我們在海南從事風電工作多年來首次談海南的自然氣候條件對風電機組的影響。

最近幾年，隨著風電產業的迅速發展，海南又建成了6個風電場，它們均在海岸帶上，由于海南比較好的風能資源集中在海南島的北、西部地區，且在距離海面只有1公里到1.5公里以內的范圍里，所以多數風電機組機位距離海水的水面只有幾十米 。目前，海南的一個海上風電場也獲得了批準并列入國家規劃。在最近幾年來的工作實踐中，我所了解到的情況是多數風電場設備都不同程度的存在著鹽霧腐蝕現象。腐蝕發生點有的是機艙內電路板、緊固件，有的是葉片、箱變、線路等等，所以本文從鹽霧、相對濕度、溫度的角度談海南自然氣候條件對風電機組的影響問題。那么在海南為什么會產生這樣的問題呢？下面我將談一談自己的看法。

海南的自然氣候條件造就了海南沿海地區的高鹽霧

一、海南的自然氣候條件狀況

海南島位于北回歸線以南，全島各地光照時間較長。大部分地區都在2000h以上，風能資源好的西部地區達2400h－2600h。經常出現35℃左右的高溫天氣，一般可達半年左右，甚至更多。人所共知，海水的蒸發量與溫度有直接關系。我國四大海域從北向南氣溫是遞增的，年平均相對濕度也是遞增的，即渤海68%、黃海74%、東海79%、南海85%。四大海域鹽霧濃度是有差別的，海南省所在地的南海最高。根據國家進行鹽霧含量取樣調查結果：渤海與黃海0.33mg/m3NaCI－84.1mg/m3NaCI、東海0.29mg/m3NaCI－33mg/m3NaCI、南海1.00mg/m3NaCI－9mg/m3NaCI。根據海南各個風電場機位的地理位置情況及風電場微觀選址粗糙長度突變線的距離理論，應該說風速、相對濕度、鹽霧數據就是南海的數據或接近該數據。

二、影響鹽霧的因素及腐蝕情況

影響鹽霧主要因素包括：溫度、相對濕度、鹽溶液的濃度、鹽溶液的pH值、鹽霧沉降量等，其中溫度和相對濕度、濃度是直接影響鹽霧對金屬的腐蝕因素。金屬腐蝕的臨界相對濕度大約為70%。當相對濕度達到或超過這個臨界濕度時，腐蝕速度相應加速。南海的年平均相對濕度是85%，自然腐蝕速度加速。鹽霧的腐蝕作用受到溫度及鹽霧濃度的影響，這種影響狀況見圖1。

由圖1可以看出，當溫度在35攝氏度、鹽液濃度在3%時對物體的化學反應（腐蝕）作用最大。海南的氣候條件從溫度方面而言有長達半年多的時間里非常適宜35℃這個溫度條件。這就不難理解海南省建在海岸帶上的幾個風電場中多數風電場的設備都出現不同程度的鹽霧防腐現象。海南的風電場設備應該適用于腐蝕標準中的哪一項

一、腐蝕等級

根據ISO 12944－2：1998的腐蝕環境分類，按風電場所處的不同環境，風力發電設施可以分C2、C3、C4和C5幾種腐蝕等級。風塔，包括其它設備可以分為內表面和外表面，內表面通常比外表面低一個腐蝕等級，見表1。

二、沿海、海上塔筒防腐

（一）塔筒－沿海：PPG WS－002，見表2。

（二）塔筒－海上：PPG WS－003，見表3。

從表2、表3中可見，這個防腐標準并沒有闡述適用于中國的哪一個海域及海岸帶的實際情況，根據某公司對其海上風電機組的情況介紹：風電機組在某海域運行沒有問題，然而該風電機組在中國的海南東方南海海岸線上運行時，機艙內的電路板及部分葉片確被鹽霧腐蝕，這足可以說明各海域的自然氣候條件是有區別的，當然應該區別對待，所以我認為應該根據海南的具體自然氣候條件情況，裝在海南海岸帶上的風電機組應該按該標準中海上風電機組防腐標準執行，才能夠更加安全。

提高風電設備防腐能力的措施

表1 風塔外表面與內表面腐蝕等級

表2 塔筒外表面

表3 塔筒外表面

提高風電設備的防腐能力應該從合理選擇防腐等級、選擇材料、選擇涂料、材料處理、改進防腐工藝、加熱除濕、加熱電源的設計方案、與外界有聯系位置的密封、加強防腐維護等多方面采取措施；特別要強調的是，不能只注意風電設備運轉時的防腐，還要注意風電機組停止運行時，且加熱除濕設備也停止工作時的設備防腐，此時應該及時自動關閉設備與室外通風的窗口、處理好密封，使外邊含有鹽霧的潮濕空氣不能進入機艙等設備內部，避免機艙及其內部設備里邊的電路板、接線的緊固件等電氣部件遭受鹽霧腐蝕，同時也應該提高這些元件自身的防腐能力，待恢復送電時不影響風電機組的開機運行工作。

特別提示

近幾年來，我國在大力發展海上風電，海南已經列入計劃，容量是35萬千瓦。根據我前邊所列出的中國各個海域的相對濕度、鹽霧情況，包括本文沒有講到的紫外線北方低南方高的情況，霉菌情況等，我們的風電機組制造商在為各個海域設計、制造海上風電機組時，在防鹽霧、防潮濕、霉菌、紫外線等方面要區別對待，對于海上的風電設備仍需“因地制宜”，妥善處理。

結語

海南具有特殊的自然氣候條件，它包括強雷電、紫外線、鹽霧、霉菌、臺風以及相對濕度、溫度高等情況，所以海南無論是陸上還是海上風電，其設備一定要滿足海南、南海的自然氣候條件的要求，同時風電場的同志也要加強提高設備的運維能力，確保風電場正常安全運行。