海上风力发电机组防腐措施研究

田贞 张锦涛

摘 要：由于海上风电机组经常受海水腐蚀，对其正常运行造成了极大的影响，容易引起事故隐患，造成很严重的经济损失，同时还缩短了风电机组的使用寿命。基于此，该文首先分析海上腐蚀环境及风电机组防腐的重要性，以此为基础，探究了海上风力发电机组重要部位的具体防腐措施，旨在提高整体风电机组的防腐效果，延长其使用寿命，减少经济损失。

关键词：海上风力发电;发电机组;防腐措施

1海上风力发电机组防腐蚀的重要性

我国陆地开发利用风能储量约为2.53亿kW，而近海风能可开发利用风能储量约为7.5亿kW，远超陆地储量，但海上风电由于地理环境及技术的特殊要求，造价为陆地的2～3倍左右，其修理费用及发电成本较高。海上风电初装成本的并网接线、基础建设、盒安装等费用投资成本份额，随着风电场水深程度及离岸距离的变动而变动，折旧费用也远高于陆地风电场。不仅需要较高研发成本及技术突破瓶颈，风电设备的防腐技术也当务之急。海上风电是风电发展的重要任务，海上风机中最大问题在于海上输配电及抗腐蚀及抗盐雾。因此，海洋腐蚀不仅为风电机组埋下极大的安全隐患，减少机组运行寿命，也提高了风电场的建设和运营维护的成本。

2 海上腐蚀环境对风力发电机组的影响

2.1不同海上腐蚀环境区域的腐蚀影响因素与腐蚀速率均不相同，因此需对位于不同区域的风电机组部件采取相对应的防腐措施。沿海地区及近海的空气中含有大量随海水蒸发的盐分，其溶于小水滴中便形成了浓度很高的盐雾。海上盐雾沉降量为陆上的 20～80 倍，高达 12.3～60.0mg/（m2 .d），高盐雾浓度下金属的腐蚀速率非常高。

沿海风电机组塔筒连接部位的锈蚀。塔筒各段连接部位是塔筒的强度薄弱处，该区域的锈蚀应引起高度重视。

沿海风电机组轮毂处固定螺栓发生的锈蚀。环境腐蚀等因素引起的风电机组螺栓等紧固件强度降低，严重时会导致螺栓断裂，引起风电机组发生故障，甚至会发生重大质量和设备损坏事故。

海上地区长期太阳辐射与高温高湿会破坏风电机组叶片涂料等高分子材料的性能，加速高分子材料的老化。当叶片没有完整的保护涂层时，空气中的颗粒与叶片基材长期直接撞击，造成叶片基材磨损，再加上紫外线和盐雾的侵蚀，磨损速度加快，叶片表面会形成许多面积不等，深浅不一的孔洞，导致叶片翼形发生变化，捕捉风能的效率下降，从而使机组发电效率降低，直接影响企业的效益。

相对于北方沿海地区，我国南方湿热沿海地区处于阴雨天气的时间较长，而且在三四月份，太阳日照时数偏少，空气潮湿且持续时间长，积水难于挥发，风电机组外部部件长时间在淤积的高盐度的雨水中浸泡，加速了材料的腐蚀老化，严重时机组外部长时间未挥发雨水会渗透到机组内部，对风电机组的正常运行造成损害。

3 海上风力发电机组防腐蚀的有效措施

3.1 钢结构的防腐措施

对于海上风电机组而言，钢结构面临着恶劣的腐蚀环境，若是防腐失效将会增加维护成本，因此对钢结构的防腐提出了极高的要求，表面防护层的寿命应当超过15年，达到与风电机组20年寿命等同的目的，且这20年之间，腐蚀深度小于0.5mm。防腐涂料设计遵循基本原则，即基层材料底漆应具有较强防腐能力与附着能力，有阴极保护能力，中间漆则可以牢固面漆与底漆，屏蔽效果佳，以防水汽、氧等腐蚀介质渗入其中，面漆则耐候性、耐腐蚀、耐老化性高，且存在相应的耐沾污性，减少维护频率。钢结构若处于海洋大气环境中，如塔筒外壁，可使用常见防腐涂料，中间漆为环氧云铁漆，三层防腐涂层“环氧富锌底漆、环氧云铁漆、脂肪族聚氨酯面漆”，若是中间选用玻璃鳞片作为涂料，则底漆不能太厚，选择具有良好耐久性的聚硅氧烷涂料为面漆。塔筒基础平台可能会受到海浪冲刷，可采取环氧玻璃鳞片方案或无溶剂环氧漆方案。

3.2 混凝土桩基的防腐措施

依据海上风电机组的不同环境位置，其混凝土基座可分为表湿区及表干区。其中，表干区使用涂层保护即可。而表湿区由于腐蚀混凝土因素较多，腐蚀情况严重，为了延长使用寿命，确保风电机组运行中混凝土基座使用正常，可以用钢筋阻锈剂、环氧涂层钢筋结合涂层保护实现防腐。涂料防护依据致密的涂層结构、屏蔽腐蚀介质能力、涂层附着力达到装饰及防护混凝土的双重功效，混凝土基座结构使用防腐涂料效果较好。表湿区的防腐涂料应当具有耐磨损、耐老化、耐冲击等性能，涂料分为3层，即“环氧树脂封闭漆、环氧树脂漆、乙烯树脂漆”。环氧涂层钢筋适合在表湿区混凝土基座中使用，混凝土性能较高，掺杂钢筋阻锈剂，禁止与外加电流阴极保护功能使用。

3.3 发电机组电气元件的防腐措施

发电机组电气部件主要包含变压器、发电机、控制柜及驱动电机等。主要防腐措施则是将设备外壳防护等级提高，将电气设备与空气隔绝，以减轻腐蚀程度，但是由于部分电气设备运行过程中需要散热，导致设备运行与防腐形成了一定的矛盾。发电机组作为持续旋转的设备，高效散热才能保证其运行正常，若是发电机散热系统为常规密闭冷却空间，其内部结构则不需要使用防腐措施，仅对外部防腐即可。而通常情况下，发电机在散热中无法实现密闭结构冷却，因此需要做好转子线包及定子铁芯的防腐工作。铁芯材料一般选择耐腐蚀材料，转子线包则通过真空浸漆工艺与氟硅橡胶相结合提高防腐能力，对于工艺设计具有较高要求，保证设备防腐与散热的平衡。海上风机通常使用干变箱室变压器，直接空气冷却散热，防腐可在变压器铁芯上浇筑绝缘树脂;控制柜对散热需求低，可使 用提高防护等级、隔绝空气的措施来进行防腐，部分散热 需求较大的控制柜，则可以安装小型空调实现对柜内温度的控制，环境温度控制在20℃～25℃范围内，相对湿度控制在35%～50%范围内，每天换气3～5次，室内正压约为20～60Pa，尽可能选择新风口腐蚀气体浓度较低的部位;驱动电机则是运转频率低，功率较小，可使用密闭空气隔绝的方法防腐，外壳增加散热面积即可。

3.4 外露连接部位的防腐措施

国内风电设备大量使用的高强度螺栓，其表面一般为达克罗防腐工艺，国内命名为锌铬涂层。达克罗具有超强耐腐蚀、高耐热等许多优点，但也有表面硬度不高、耐磨性差等不足。风电机组中的高强度螺栓紧固扭矩都非常大（扭矩小的一般为几百N·m，扭矩大的一般为几千 N·m 或更高），一般需使用液压扭力扳手来紧固螺栓，会不可避免地造成螺栓表面的达克罗涂层破坏。另一方面有的螺栓出厂 时防腐工艺未达到技术要求，比如涂层较薄，或其他表面碰伤等，均会使螺栓表面的防腐性能下降，造成螺栓在短期内生锈。

结语：

总而言之，在海上进行风能的开发利用，若是没能解决好防腐问题，由腐蚀导致的风电机组故障将会对机组运转效率及发电量造成严重影响，甚至腐蚀严重时会造成大面积风电机组故障倒塌等问题。因此，需采取长期有效的防腐措施，确保海上风电机组的安全。

参考文献：

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