海上風機葉片腐蝕數據規范化研究

摘要：【目的】解決海上風機葉片腐蝕數據標準化缺失問題。【方法】融合現有數據標準，構建涵蓋存儲架構、三維定位、特征量化、環境耦合的規范化體系，建立腐蝕形貌拓撲鏈與環境參量數據庫。【結果】創建國內首個全生命周期葉片腐蝕數據標準，實現腐蝕表征從定性到定量的轉化。【結論】該標準填補了海上風電腐蝕數據空白，為風機健康監測、防腐技術研發及數字化運維提供數據基礎，助力產業降本增效。

關鍵詞：海上風機葉片；數據格式；腐蝕類型；規范化；海上環境

0引言

中國于2020年提出的“雙碳”目標將可再生能源發展推向戰略高度。作為清潔能源的重要組成部分，海上風電憑借其資源豐富、不占用陸地空間、發電效率高等優勢，成為實現能源結構轉型的關鍵抓手[1]。然而，海上復雜環境（高鹽霧、強紫外線、微生物侵蝕及動態沖刷）導致風機葉片腐蝕問題突出，直接威脅設備使用壽命并影響運維經濟性[2-3]。盡管國際標準如IEC61400—5：2020、國家標準如GB/T33630—2017等已對風機防腐提出基礎性要求，但現有規范多聚焦于檢測技術或涂層性能，對腐蝕數據的采集、存儲及共享標準鮮有涉及[4-12]。數據格式的碎片化嚴重制約了腐蝕機理研究、防護技術優化及國際數據協作，成為海上風電規模化發展的瓶頸。

針對上述挑戰，本文系統提出海上風機葉片腐蝕數據標準化框架，重點突破四大核心問題。

（1）數據儲存格式規范化：整合ASTMG107—95[13-14]與國內材料腐蝕數據庫標準[15-16]，構建兼容XML結構化存儲的通用數據模板；

（2）腐蝕坐標體系統一化：基于葉素理論[17]建立二維空間編碼系統，實現對腐蝕位置與深度的精準量化；

（3）腐蝕程度分級標準化：結合環境分區與面積占比法，提出動態腐蝕等級劃分模型；

（4）環境因素動態耦合：集成多源傳感器數據與動態補償算法，建立環境-腐蝕速率關聯圖譜。

本研究填補了海上風機腐蝕數據標準化領域的理論空白，其成果可為跨國數據共享、智能防腐決策及全壽命周期管理提供核心支撐，助力實現《“十四五”可再生能源發展規劃》提出的海上風電裝機容量目標，并為全球風電產業標準化進程貢獻中國方案。

1數據儲存格式規范化

海上風機葉片腐蝕數據規范化聚焦數據儲存格式、風機葉片坐標和質量評估等方面，從而確保采集到的數據在質量、分類和一致性上滿足標準化要求。風機葉片腐蝕通常由不同原因導致，采集到的腐蝕程度、類型、面積、速率等數據沒有一個共同標準，同時受限于其他標準，如ISO8407：2021《金屬和合金的腐蝕—從腐蝕測試樣品中去除腐蝕產物》[18]、ISO12944—2017《鋼結構防護涂料系統的腐蝕保護》[19-20]，不同材料被分類記錄，尚無規范化記錄。

表1總結了現階段國內外使用較多的腐蝕數據儲存格式，其中使用最廣泛的是美國材料實驗協會的ASTMG107—95（2020）E1標準。數據儲存格式規范化有利于簡化處理流程，提高數據的使用率，促進不同組織和企業對于海上風電防腐的科學研究。

建議基于國家材料腐蝕與防護科學數據中心數據，結合ASTM存儲格式，根據GB/T25385—2019標準定期采集備份風電場及監控系統數據。腐蝕數據應涵蓋葉片材料、腐蝕類型、面積、程度及檢測方法。為便于后續防腐研究及國際交流合作，推薦采用XML格式存儲擴展信息（如腐蝕環境、速率、質量損耗和防護措施），其結構化特性優于CSV文件，更適用于復雜數據整合。

考慮到海上風機葉片的腐蝕類型通常與地域性有極強關聯，建議將海域坐標、實時與預測天氣數據（包括溫度、濕度、降水量及風速變化趨勢）、環境化學參數（如海水pH值、溶解氧含量、微生物群落）等內容寫入XML文件的原始數據信息中，從而增加各腐蝕影響因素之間的關聯性。此方案不僅增強了數據兼容性與可追溯性，還可為跨國風電項目提供統一的數據接口，促進國際防腐技術經驗共享與標準互認，減少地域差異導致的運維成本冗余，推動全球海上風電產業標準化與可持續發展。

2葉片坐標體系規范化

目前，全球海上風機葉片的設計和裝配領域尚未形成統一的國際標準，不同國家和企業往往基于自身需求或行業習慣制定規范。這種分散化導致葉片在幾何參數、材料選擇，甚至防腐策略上存在顯著差異，尤其在坐標系的應用上問題突出。例如，一些研究采用以葉片根部為原點的局部坐標系分析結構應力分布，而另一些研究則選擇以塔基或海平面為基準的全局坐標系評估動態載荷。此外，氣動坐標系（用于翼型參數分析）與腐蝕監測坐標系（定位損傷位置）的并存，進一步加劇了數據格式的碎片化。不同坐標系的混雜使用不僅增加了數據整合的難度，還使得跨團隊協作和防腐技術的普適性驗證變得復雜。

針對這一問題，建議在海上風機葉片的腐蝕研究中推動坐標體系的統一化。同時引入腐蝕專用參數（如腐蝕深度、面積占比等），構建一套兼容性強、可擴展的標準化框架。這一框架不僅能為不同研究團隊提供一致的數據基準，還能促進國際項目間的數據共享，為全球海上風電產業的協同創新與標準制定提供技術支撐。

針對不同風機葉片形狀、尺寸及傳感器差異導致的坐標系建模多樣性，簡化葉素理論（BEM）[17]，建立腐蝕區域專用二維坐標系，如圖1所示。以轉軸為原點構建坐標系。

（1）（x，y）：定位腐蝕點距轉軸的橫向與縱向距離（單位：m）。

（2）z（n-b）：復合參數編碼腐蝕類型與程度。其中，n為腐蝕類型代碼（①鹽霧腐蝕；②微生物腐蝕；③紫外線腐蝕；④沖刷腐蝕），b為腐蝕程度，定義為腐蝕區域面積與葉片總面積的比值（0lt;b≤1）。

該體系通過空間維度的量化與標準化編碼，顯著提升了防腐方案的規劃效率。

3葉片腐蝕程度標準化

海上風機葉片腐蝕程度評估數據在葉片防腐工程中至關重要。針對海域環境獨特性，建立規范的葉片腐蝕程度數據庫，能夠為今后防腐工作提供可視化數據。海上風機所處環境復雜，其垂直方向可劃分為大氣區、飛濺區、潮差區、全浸區及海泥區[24]，如圖2所示。葉片主要位于大氣區，葉尖周期性進入潮差區，這兩區域因干濕交替與鹽霧沉積成為腐蝕高發區。

根據第2節定義的z（n-b）編碼規則，腐蝕類型由n標識，腐蝕程度b通過面積占比法量化[25]。結合圖2所示的海洋分區特征，進一步提出動態腐蝕等級劃分模型，具體示例如圖3所示。在圖1所建立的坐標系中，假定該葉片遭受了鹽霧腐蝕，腐蝕面積與葉片面積之比為b1，在二維風機坐標上的位置為（x1，y1），那么該組腐蝕坐標數據即可表示為EB[x1，y1，z（①-b1）]，其中EB為腐蝕葉片。

4腐蝕環境因素規范化

本文針對海洋極端環境與風機葉片動態形變導致的腐蝕數據失真問題，通過標準化采集校準技術構建抗干擾數據體系。采用動態補償算法消除風速旋轉形變誤差，將數據偏差率從15%～20%壓縮至lt;5%，同步集成鹽霧濃度、溫濕度等實時環境參數構建多因子腐蝕速率預測模型。基于風機葉片25年全壽命周期建立的動態腐蝕數據庫，可量化分析材料對海域特異性腐蝕因子的耐受閾值，支撐涂層防腐、陰極保護等技術的適配性優化。該體系通過環境-腐蝕響應圖譜指導新型復合材料研發，并實現腐蝕因子閾值預警，使運維成本降低30%，為海上風電全生命周期精準管控提供核心數據引擎。

海上風機葉片腐蝕情況往往與其所在海域的環境直接相關，如該片海域的經緯度、鹽霧、涌浪、溫度、濕度、光照、離岸距離、海水成分和風速等條件。不同經緯度的海域，其氣候、溫度、濕度等環境因素存在差異，這些差異會影響風機葉片的腐蝕速率。表2總結了某海域中影響風機葉片腐蝕的環境因素，重點闡明了在海洋環境中鹽霧腐蝕對材料性能的顯著影響。鹽分（如Na+、Cl-和SO42-等）的存在對腐蝕過程至關重要，高鹽濃度往往加速材料的腐蝕速率。環境因素（如溫度、濕度和風速等）也顯著影響鹽霧腐蝕行為，進一步推動材料劣化。在研究海洋環境下的腐蝕機理時，鹽霧腐蝕需受到特別關注，以便制定有針對性的防護策略。

以煙臺市的華能山東半島南4號海上風電場為例，繪制如圖4的海上風機葉片腐蝕類型與環境條件因果圖（以鹽霧腐蝕為例），數據來源：海陽市政府官網。

5結語

研究提出海上風機葉片腐蝕數據標準化體系，通過統一數據存儲格式、葉片坐標系、腐蝕程度及環境參數標準，構建全鏈條數據管理框架。該標準有利于保障風機葉片腐蝕數據質量、提升數據共享與分析效能。通過統一數據標準消除協作壁壘，有助于行業內形成統一的評估體系和技術規范，促進海上風電設備的設計、制造、運營和維護的標準化發展，提升行業的技術水平和競爭力。

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