海上風力發電機組防腐措施研究

田貞 張錦濤

摘 要：由于海上風電機組經常受海水腐蝕，對其正常運行造成了極大的影響，容易引起事故隱患，造成很嚴重的經濟損失，同時還縮短了風電機組的使用壽命。基于此，該文首先分析海上腐蝕環境及風電機組防腐的重要性，以此為基礎，探究了海上風力發電機組重要部位的具體防腐措施，旨在提高整體風電機組的防腐效果，延長其使用壽命，減少經濟損失。

關鍵詞：海上風力發電;發電機組;防腐措施

1海上風力發電機組防腐蝕的重要性

我國陸地開發利用風能儲量約為2.53億kW，而近海風能可開發利用風能儲量約為7.5億kW，遠超陸地儲量，但海上風電由于地理環境及技術的特殊要求，造價為陸地的2～3倍左右，其修理費用及發電成本較高。海上風電初裝成本的并網接線、基礎建設、盒安裝等費用投資成本份額，隨著風電場水深程度及離岸距離的變動而變動，折舊費用也遠高于陸地風電場。不僅需要較高研發成本及技術突破瓶頸，風電設備的防腐技術也當務之急。海上風電是風電發展的重要任務，海上風機中最大問題在于海上輸配電及抗腐蝕及抗鹽霧。因此，海洋腐蝕不僅為風電機組埋下極大的安全隱患，減少機組運行壽命，也提高了風電場的建設和運營維護的成本。

2 海上腐蝕環境對風力發電機組的影響

2.1不同海上腐蝕環境區域的腐蝕影響因素與腐蝕速率均不相同，因此需對位于不同區域的風電機組部件采取相對應的防腐措施。沿海地區及近海的空氣中含有大量隨海水蒸發的鹽分，其溶于小水滴中便形成了濃度很高的鹽霧。海上鹽霧沉降量為陸上的 20～80 倍，高達 12.3～60.0mg/（m2 .d），高鹽霧濃度下金屬的腐蝕速率非常高。

沿海風電機組塔筒連接部位的銹蝕。塔筒各段連接部位是塔筒的強度薄弱處，該區域的銹蝕應引起高度重視。

沿海風電機組輪轂處固定螺栓發生的銹蝕。環境腐蝕等因素引起的風電機組螺栓等緊固件強度降低，嚴重時會導致螺栓斷裂，引起風電機組發生故障，甚至會發生重大質量和設備損壞事故。

海上地區長期太陽輻射與高溫高濕會破壞風電機組葉片涂料等高分子材料的性能，加速高分子材料的老化。當葉片沒有完整的保護涂層時，空氣中的顆粒與葉片基材長期直接撞擊，造成葉片基材磨損，再加上紫外線和鹽霧的侵蝕，磨損速度加快，葉片表面會形成許多面積不等，深淺不一的孔洞，導致葉片翼形發生變化，捕捉風能的效率下降，從而使機組發電效率降低，直接影響企業的效益。

相對于北方沿海地區，我國南方濕熱沿海地區處于陰雨天氣的時間較長，而且在三四月份，太陽日照時數偏少，空氣潮濕且持續時間長，積水難于揮發，風電機組外部部件長時間在淤積的高鹽度的雨水中浸泡，加速了材料的腐蝕老化，嚴重時機組外部長時間未揮發雨水會滲透到機組內部，對風電機組的正常運行造成損害。

3 海上風力發電機組防腐蝕的有效措施

3.1 鋼結構的防腐措施

對于海上風電機組而言，鋼結構面臨著惡劣的腐蝕環境，若是防腐失效將會增加維護成本，因此對鋼結構的防腐提出了極高的要求，表面防護層的壽命應當超過15年，達到與風電機組20年壽命等同的目的，且這20年之間，腐蝕深度小于0.5mm。防腐涂料設計遵循基本原則，即基層材料底漆應具有較強防腐能力與附著能力，有陰極保護能力，中間漆則可以牢固面漆與底漆，屏蔽效果佳，以防水汽、氧等腐蝕介質滲入其中，面漆則耐候性、耐腐蝕、耐老化性高，且存在相應的耐沾污性，減少維護頻率。鋼結構若處于海洋大氣環境中，如塔筒外壁，可使用常見防腐涂料，中間漆為環氧云鐵漆，三層防腐涂層“環氧富鋅底漆、環氧云鐵漆、脂肪族聚氨酯面漆”，若是中間選用玻璃鱗片作為涂料，則底漆不能太厚，選擇具有良好耐久性的聚硅氧烷涂料為面漆。塔筒基礎平臺可能會受到海浪沖刷，可采取環氧玻璃鱗片方案或無溶劑環氧漆方案。

3.2 混凝土樁基的防腐措施

依據海上風電機組的不同環境位置，其混凝土基座可分為表濕區及表干區。其中，表干區使用涂層保護即可。而表濕區由于腐蝕混凝土因素較多，腐蝕情況嚴重，為了延長使用壽命，確保風電機組運行中混凝土基座使用正常，可以用鋼筋阻銹劑、環氧涂層鋼筋結合涂層保護實現防腐。涂料防護依據致密的涂層結構、屏蔽腐蝕介質能力、涂層附著力達到裝飾及防護混凝土的雙重功效，混凝土基座結構使用防腐涂料效果較好。表濕區的防腐涂料應當具有耐磨損、耐老化、耐沖擊等性能，涂料分為3層，即“環氧樹脂封閉漆、環氧樹脂漆、乙烯樹脂漆”。環氧涂層鋼筋適合在表濕區混凝土基座中使用，混凝土性能較高，摻雜鋼筋阻銹劑，禁止與外加電流陰極保護功能使用。

3.3 發電機組電氣元件的防腐措施

發電機組電氣部件主要包含變壓器、發電機、控制柜及驅動電機等。主要防腐措施則是將設備外殼防護等級提高，將電氣設備與空氣隔絕，以減輕腐蝕程度，但是由于部分電氣設備運行過程中需要散熱，導致設備運行與防腐形成了一定的矛盾。發電機組作為持續旋轉的設備，高效散熱才能保證其運行正常，若是發電機散熱系統為常規密閉冷卻空間，其內部結構則不需要使用防腐措施，僅對外部防腐即可。而通常情況下，發電機在散熱中無法實現密閉結構冷卻，因此需要做好轉子線包及定子鐵芯的防腐工作。鐵芯材料一般選擇耐腐蝕材料，轉子線包則通過真空浸漆工藝與氟硅橡膠相結合提高防腐能力，對于工藝設計具有較高要求，保證設備防腐與散熱的平衡。海上風機通常使用干變箱室變壓器，直接空氣冷卻散熱，防腐可在變壓器鐵芯上澆筑絕緣樹脂;控制柜對散熱需求低，可使 用提高防護等級、隔絕空氣的措施來進行防腐，部分散熱 需求較大的控制柜，則可以安裝小型空調實現對柜內溫度的控制，環境溫度控制在20℃～25℃范圍內，相對濕度控制在35%～50%范圍內，每天換氣3～5次，室內正壓約為20～60Pa，盡可能選擇新風口腐蝕氣體濃度較低的部位;驅動電機則是運轉頻率低，功率較小，可使用密閉空氣隔絕的方法防腐，外殼增加散熱面積即可。

3.4 外露連接部位的防腐措施

國內風電設備大量使用的高強度螺栓，其表面一般為達克羅防腐工藝，國內命名為鋅鉻涂層。達克羅具有超強耐腐蝕、高耐熱等許多優點，但也有表面硬度不高、耐磨性差等不足。風電機組中的高強度螺栓緊固扭矩都非常大（扭矩小的一般為幾百N·m，扭矩大的一般為幾千 N·m 或更高），一般需使用液壓扭力扳手來緊固螺栓，會不可避免地造成螺栓表面的達克羅涂層破壞。另一方面有的螺栓出廠 時防腐工藝未達到技術要求，比如涂層較薄，或其他表面碰傷等，均會使螺栓表面的防腐性能下降，造成螺栓在短期內生銹。

結語：

總而言之，在海上進行風能的開發利用，若是沒能解決好防腐問題，由腐蝕導致的風電機組故障將會對機組運轉效率及發電量造成嚴重影響，甚至腐蝕嚴重時會造成大面積風電機組故障倒塌等問題。因此，需采取長期有效的防腐措施，確保海上風電機組的安全。

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