海上风电设备防腐设计研究

海上风电设备防腐设计研究

海上风力发电设备处于恶劣的海洋环境中，受到海水和盐分的影响、波浪和潮汐的侵蚀，如何保证风力发电设备的实20-25年的使用寿命是海上风电防腐技术研究的重要内容。

标签：海上；风电设备；防腐设计

对于风力发电来说，风电场选址永远都是建设风电场的首要步骤。通过新能源行业的不断发展和不断摸索，发现在海上建设风电场比在陆地建设风电场更具优势，其优势直接表现在能量效益上。海上风电具有风能资源的能量效益比陆地风电场高，平均空气密度较高，发电效率好。并且，海上风受地形和气候的影响要小，湍流强度小。将风电场建设在海上，避免了对居民带来的不必要的麻烦，减少了受噪音等限制。而且减少了对陆地的使用，在沿海地区的供电量十分巨大，可缓解沿海地区的用电压力。目前我国出台了很多有关海上风力发展的政策，鼓励海上风力的建设，大大促进了海上风力的发展。

1选择发展海上风电优势

随着近年来中国风电产业的迅猛发展，可开发的陆地资源基本开发完毕，为继续发展我国的风电事业，由陆地向海上转型是必然的发展方向。由于海上风电靠近传统的电力网络，减少了长距离的线路损耗，减少电能的浪费，也便于电网的接纳与配送。海上的年平均风速要高于陆地风，因此，即便是在海上作业更加的困难，安装不便捷，也依然要克服重重困难，在海上风电发展初期便占领先机。

2海上风电发展趋势

2.1海上风机进程

1990年丹麦安装了第一台单机容量为220kw的近海示范机组，到2010年底，全球已经建成了43个海上风电场，安装了1339台风电机组，总容量达到366.6万kw，海上风电正成为全球风电未来发展的一个重要方向和新的增长点。

2.2降低发电成本

由于风力机建立在海上，其发电成本会高于陆地风力发电，尤其是安装成本。海上风电场总投资成本一般比陆地风电场总投资成本高出2倍左右。但由于海上风力发电的众多优越性，即使建设的成本较高，也被众多公司所认可。那么，在未来，降低发电成本也就成为了海上风力机的发展趋势。其中基础安装及电网接入成本远远大于陆上。虽然建设成本相对较高，但海上风电场拥有优越的风资源，不占用陆地面积等显著优点，它的经济价值和社会价值正得到越来越多的认可。

2.3发展大容量紧凑型海上风力发电机组

应用大容量紧凑型海上风力发电机组，可以减少风力机的数量，一台大容量紧凑型风力机可以替换几台普通风力发电机，可减少施工安装所投入的成本。虽然建立海上风电场能减小对环境造成的影响，但影响依旧存在，因此，使用大容量紧凑型风力发电机能够减少占海面积，进一步降低对环境的影响。

2.4加强防腐蚀能力

虽然减少了在安装上的投入，倘若不加强海上风力机的防腐蚀能力，那么风力机的使用寿命会大大降低，不但不会收回投入成本，还会造成严重的危险。海上风力发电机的防腐要比陆地风力发电机的防腐复杂很多，浅海近海，远海深海的防腐蚀策略也有所不同，所投入的防腐蚀材料成本也不同。由于海水的盐度较大，会加快风力机的腐蚀，温度等大气环境也在不同程度上对海上风力机造成影响。

3海上风电设备腐蚀原理

按国际标准组织《钢结构防腐涂装规范》ISO 12944 腐蚀环境分类、《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》JTS153-3-2007，海上风电机组、塔筒处于C5-M （暴露在海洋大气部分）或C5、C4（塔筒内设备）腐蚀环境，风电机组基础处于Im2 腐蚀环境。采用的防腐设计主要有：选用耐蚀材料，腐蚀裕量设计，防腐涂层，包覆防腐，阴极保护（牺牲阳极、外加电流）。

海上风电设备的腐蚀源：氧气、海水、氯离子、紫外线等。腐蚀类型，多属于金属的电化学腐蚀。腐蚀特点：飞溅区和潮差区干湿交替、浪花冲击，腐蚀速度最大。腐蚀原理：微电池和宏电池的共同作用，潮湿环境下的金属表面形成无数个腐蚀微电池，阳极区金属溶解、腐蚀；处于海水环境的风电机组基础，潮差区附近又形成一个宏电池，加速腐蚀。

4目前所存在问题的分析

海上风电设备的防腐设计思路：隔离腐蚀源。例如：防腐涂层、包覆防腐，加热，防盐雾、防潮气；使设备成为阴极，从而不发生腐蚀，即阴极保护。

4.1混凝土承台需提高涂层防腐效果，同时采用阴极保护

海洋工程环境中使用的钢筋混凝土，受海水、盐雾的环境影响，因碳化作用降低混凝土的pH值，破坏碱性环境；侵蚀性氯离子竞争吸附钢筋表面的活性位，破坏表面的钝化膜，引起钢筋腐蚀。可见，钢筋混凝土承台，一旦涂层破损，易发生腐蚀，需及时采取措施进行腐蚀防护。

措施：隔离腐蚀源，并使基础阴极极化，即防腐涂层修补，同时采用阴极保护防腐。

4.2多管桩基础需优化阴极保护

多管桩钢构基础的问题，综合成两点：浪溅潮差区防腐涂層隔离腐蚀源失效；牺牲阳极块掉落，或者由于设计、环境变化原因，导致牺牲阳极块露出水面以上，阻碍了牺牲阳极块阴极保护防腐作用的发挥。对于有1个牺牲阳极块全部溶解的情况，初步分析为潮水浸蚀、牺牲阳极块本身有瑕疵导致的焊脚位置阳极块加速溶解、阳极块与焊脚彻底脱离而掉落，并排除涂层大面积剥落、牺牲阳极块批量质量问题、杂散电流等原因引起阳极块过早消耗的可能性。

4.3单管桩基础采用浪溅区包覆防腐

主要存在牺牲阳极块保护电位正偏移太快的情况。可采取增加安装牺牲阳极块，或采用浪溅区包覆防腐作为补充措施。

4.4塔筒面漆选型不低于脂肪族聚氨酯

资料显示：少数机位的底段塔筒面漆设计，由于侧重于考虑海水飞溅效应，而忽视了紫外线对环氧树脂油漆的加速老化、粉化作用，忽视了脂肪族聚氨酯面漆对环氧中间漆的保护作用，导致个别机位底段塔筒出现涂层粉化。

5结论

综上所述，海上风电防腐技术应用及优化方案，主要需要注意以下几点：

（1）对于浪溅潮差区防腐涂层破损修补难度大的问题，包覆防腐是一个很好的解决方法。

（2）海上风电混凝土承台和钢构基础，都宜在水下采取阴极保护防腐方案。有条件的，建议对浪溅潮差区采用包覆防腐。

（3）随着海上风电场规模的扩大、离岸距离的增加，应考虑远程监控项目及外加电流阴极保护等自动化程度高的阴极保护技术的研究和推广应用。

参考文献：

[1]赵九夷.我国海洋耐腐蚀防污铜合金研究及其应用[J].特种铸造及有色合金，2016，26（6）：390-392.

[2]金威贤，谢荫寒，朱洪兴.铜及铜合金在泥沙海水中的腐蚀研究[J].材料开发与应用，2015，16（2）：13-16.