海上風力發電機組防腐措施研究

林堅

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?；诖?，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

中圖分類號：TM315 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（c）-0021-02

在近海環境中，持續強風作為可再生資源，為其應用提供了較大可能，海上風力發電機組可充分開發此種能源，但機組在發揮作用的同時，也會受到近海環境的影響，海水具有高濃度氯，充足的水汽將會導致鋼結構及其他部位加速腐蝕，影響發電機組的經濟性及耐用性，因此需要做好相應的防腐措施，避免鋼結構等其他部位受到腐蝕，從而縮短發電機組的使用年限，造成較大的經濟損失[1]。

1 ?海上腐蝕環境分析

當前，石油、煤炭等能源日益匱乏，溫室氣體排放對人類的生存環境造成了嚴重影響，自然界中的風能作為可持續利用、不斷再生的綠色能源，具有無污染、分布廣泛、能量蘊藏大的特點，受到了人們的廣泛關注[2]。海上風能存儲遠遠超出陸地，發展空間廣闊，其開發對能源供應結構進行改善。但是，海上風電環境較為復雜，海洋大氣區日照長、濕度高、鹽霧高，水下區域浸泡海水;浪花飛濺區域干濕交替，生物附著在風力發電機上，具有十分苛刻的腐蝕環境;全浸區主要以生物腐蝕及電化學為主，海水流速大，生物活躍，具有近海泥沙污染，腐蝕較為嚴重;海泥區則由海底沉積物組成，既有土壤腐蝕特性，又存在海水腐蝕行為，對于鋼材腐蝕較為嚴重。這就對海上風電設備的防腐技術提出了挑戰。

2 ?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。國家能源局副司長指出：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[3]。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。

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[4]。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。塔筒梯子鋼結構不規則，地層可使用熱浸鋅方法，以避免鹽霧滲透腐蝕，并在外層添加復合涂層，可將耐磨性及防腐性進一步增強。

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[5]。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

通常有大量高強度螺栓在風電設備上，表面防腐工藝通常為達克羅涂層，國內稱其為鋅鉻涂層。此工藝具有耐熱、耐腐蝕的特點，但其耐磨性較差，表面硬度低。風電機組高強度螺栓的緊固扭矩一般較大，小扭矩約為幾百N·m，大扭矩則超過幾千N·m，緊固螺栓中應用液壓扭力扳手，對于螺栓表面鋅鉻涂層則會造成一定損壞。且部分出廠螺栓并未達到相應的防腐工藝需求，出現表面碰傷、涂層較薄的問題，降低了螺栓表面的防腐蝕能力，導致螺栓在使用短時間內出現腐蝕生銹的情況。所以，可使用冷噴鋅作為防腐工藝的補充，或是加強保護螺栓連接位置的漆膜，或使用橡膠密封，為螺栓提供雙重防腐防護。

4 ?結語

總之，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，上述從鋼結構、混凝土樁基、發電機組電氣元件、外露連接部位等方面的防腐措施進行詳細論述，以期為相關工作者提供參考。

參考文獻

[1] 羅莎莎，李鑫泉，鐘虎平，等.海上風電葉片接閃器防腐蝕研究[J].山東化工，2017，46（16）：16-18，23.

[2] Bobzin Kete M，Knoch M.A.，王玉.海上風力發電機組熱噴涂ZnAl15防腐涂層的特性[J].熱噴涂技術，2017，9（1）：45-49，64.

[3] 官春光，胡芳.海上風力發電機組防腐研究簡述[J].福建水力發電，2016（2）：62-64.

[4] 王江，孫明松.淺談風力發電機組塔架的防腐及其工藝[J].民營科技，2015（5）：26.

[5] 胡勇.試論風力發電機零部件的防腐處理[J].科技與企業，2014（14）：348.