海上型風力發電機組機艙增壓除濕系統

高玉霞，程朗，王璐

（國電聯合動力技術（連云港）有限公司，江蘇 連云港 222001）

0 引言

目前，在各種新能源中，風力發電的技術相對成熟，產業化程度較高，風能資源的總量取決于風能的密度和1年可利用的風能小時總數。受地理區域影響，我國的風能資源分布具有明顯的地域特性，主要分布在兩個地域：一個是東北、華北、西北區域，另一個是東南沿海區域。我國的人口分布和經濟發展受地理、社會、政治等多方面影響，整體上呈現出東南優于西北的局面?！笆奈濉眹@助力“碳達峰、碳中和”目標實現，東南各沿海省市對新能源的需求更加迫切。從行業發展來看，海上風電機組的技術隨整個風電行業的發展已經成熟，過去影響海上風電發展的技術、施工、維護等問題已經得到逐步改善。因此，大力發展海上風電機組對我國的經濟社會發展有著重大意義。針對現有海上風電發展遇到的防腐問題，本文提供了一種海上型風力發電機組增壓除濕裝置。

1 海上風機的防腐形式

海上風力發電機組在機組運行時受特殊環境氣候影響遇到的腐蝕問題比較嚴重，主要會受到海上高濃度、高濕度鹽霧的侵蝕。鹽霧的主要腐蝕成分是海水中的氯化鈉，其中氯離子具有較強的活躍性，易與金屬材料產生電化學反應并形成金屬鹽，而其中的金屬離子遇到氧氣后又反應生成性質比較穩定的金屬氧化物（如氧化鐵等）[1]。形成的金屬氧化物容易對風機內的金屬部件造成損壞，海上型風機的發展必須做好海上鹽霧侵蝕的防治措施。同時潮濕的海上空氣容易造成金屬件的銹蝕及電氣部件使用壽命的明顯降低。

現有的防腐手段主要通過部件防腐使用的防護涂料的選擇、表面預處理的方式、特定的工藝程序、涂層的檢驗和驗收要求來提高零部件的防腐等級[2]。根據最新的ISO 12944標準中的要求，結合海上風機的實際壽命要求，防腐涂層的系統壽命需要達到15～25 a。這對海上風機零部件的防腐工藝、零部件的材料提出了更高要求，一味地提高海上風機的防腐等級并不可行，同時可能會帶來風電機組成本的大幅度提高。

2 海上型風力發電機組機艙增壓除濕裝置概述

綜合考慮防腐效果、機組運行狀態及設備成本等各方面因素，我們考慮在海上風電機組機艙內部增加一套增壓除濕裝置。該裝置的整個機艙罩體使用玻璃鋼材質，罩體玻璃鋼材質本身具有優異的耐腐蝕性能，能夠滿足海上機組的長期運行。整個機艙采取密封處理，能最大限度地減少海上外部空氣的流入，以減少鹽霧的進入。

如圖1所示，密閉的機艙內部安裝有空氣壓力傳感器和濕度傳感器，傳感器信號直接接入機艙內部的控制系統，當機艙內壓力過低或者濕度較大超過設定數值時，能自動啟動除濕增壓機。首先對機艙內部的控制進行除濕干燥處理，通過機艙內部循環進行鹽霧過濾與干燥。當內部壓力低于設定值時，通過機艙罩進風口吸入海上空氣并經過鹽霧過濾與除濕后就能將干燥空氣不斷地釋放到機艙內部。保證機艙內部的空氣壓力大于機艙外的壓力，這樣就能隔絕外部潮濕空氣的進入，保障風機的長期安全運行[3]。

圖1 增壓除濕系統基本概況

3 封閉的機艙環境

該海上型風力發電機組機艙增壓除濕系統需要在相對封閉的機艙內實現，相對封閉的機艙能最大程度地保障機艙內部空氣干燥，免受海上鹽霧的侵擾。

機艙罩整體為玻璃鋼材質，有優異的耐腐蝕性能，罩體材質易于成型，能夠與塔筒、葉輪、機架等部件良好配合，減小部件間的間隙。罩體通過螺栓裝配完成后，左右罩體及上下罩體之間都采用改性硅烷密封膠進行密封，有效地保證各安裝面的密封效果。

在風機運行時，葉輪轉動的過程中，機艙罩與輪轂罩之間就會產生相對轉動；風機在偏航時，機艙罩底部與塔筒之間也會產生相對轉動。影響機艙密封的主要因素集中在機艙與葉輪連接的前部結合面及機艙與塔筒連接的下部結合面。如圖2所示，常見的密封方式是采用密封橡膠圈進行密封，但上述的兩處影響密封效果的部位存在頻繁的相對轉動，受橡膠材料本身耐候性及經常性磨損的影響，不適宜使用橡膠圈進行密封。

圖2 機艙外部密封結構

系統采用在機艙前部葉輪配合面處及機艙底部塔筒配合面處增加一圈致密尼龍毛刷的方式來提高機艙的密封效果。通過尼龍毛刷來填充機艙罩與葉輪之間、機艙罩與塔筒之間的間隙，由于尼龍材料穩定的化學性質及耐磨性能，即使長時間磨損，也能保證密封效果的可靠性。

圖3 機艙密封實例

4 增壓除濕裝置及管路系統

除濕系統的一般工作原理是通過風扇將潮濕空氣抽入機體內，在壓縮機、蒸發器、冷凝器等制冷系統的相互作用下凝結成水，再通過管路排出水分，產生出的干燥空氣通過管路排出，如此不斷循環就使得室內的濕度不斷降低，封閉空間內逐步達到干燥的效果。

在該機艙增壓除濕系統內部安裝有多個濕度傳感器（如圖1），可以監測空氣中的濕度并自動開啟除濕功能[4]。傳感器持續反饋給機艙柜的控制系統，當濕度值達到一定數值后，機艙柜的控制系統自動開啟除濕機進行工作。通過系統的持續運轉就能保持機艙內部的空氣干燥。由于除濕系統風機結構的限制，我們將其放置在機艙尾部?？紤]到機艙內的空間較大，在機艙罩內壁同時布置有多路干燥空氣出風管路，包括機艙底部，干燥的空氣能夠均勻地散布到整個機艙內部，以保證整個機艙的同步除濕效果。

圖4 除濕冷凍基本原理

在除濕系統進行機艙內部循環除濕的同時，為了保證機艙內的一定壓力，系統會從機艙單向進氣口吸入少量的空氣，經除濕機干燥后排入機艙內部。這樣就能保證機艙內部的壓力稍微高于外部，形成微正壓空間，此時機艙內部的壓力高于機艙外部，能減少機艙內外部空氣進入，提高除濕的效果。此時，密封的機艙罩空間就能保證增壓除濕的時效性，避免機艙內的干燥空氣很快逸出。

系統產生的冷凝水由機艙尾部直接排入海水中，冷凝水為空氣中的自含水分，直接排放不會給環境帶來污染。

5 海上風電機組日常防腐檢查

本文所述的風電機組增壓除濕系統能有效減少機艙內的鹽霧腐蝕，但無法百分之百地做到完全杜絕，定期的海上機組上機檢查還是十分必要的。檢查的周期一般為3～4個月，檢查的項目主要包括機組內電氣柜體、驅動齒面、軸承齒面、螺栓等部件的腐蝕情況，一般通過目視檢查即可。定期檢查能夠及時發現設備運行中的不安全因素及隱患，發現問題后及時采取有效措施，避免問題擴大化。

同時除濕系統本身也需要定期進行檢查維護，需要定期對空氣過濾器濾芯進行檢查、清理及更換工作，通過日常的維護能有效保證除濕系統的使用效果和提高使用壽命。

6 結語

海上型風力發電機組機艙增壓除濕系統能實時監控機艙內的狀態，控制系統自動運轉。在封閉的機艙內部，通過傳感器采集機艙內部的壓力與濕度信號來控制增壓除濕裝置，控制機艙內部的空氣濕度。同時外部空氣經過過濾與干燥后進入機艙，使機艙內的空氣壓力升高。機艙內的空氣壓力高于機艙外的空氣外力，這樣就能有效避免外部潮濕空氣進入機艙內部。系統的應用推廣將有效減少鹽霧對海上風力發電機組的侵擾，提高機組運行的安全性、可靠性。