田貞 張錦濤

摘 要：由于海上風(fēng)電機(jī)組經(jīng)常受海水腐蝕，對(duì)其正常運(yùn)行造成了極大的影響，容易引起事故隱患，造成很嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還縮短了風(fēng)電機(jī)組的使用壽命?；诖耍撐氖紫确治龊Ｉ细g環(huán)境及風(fēng)電機(jī)組防腐的重要性，以此為基礎(chǔ)，探究了海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重要部位的具體防腐措施，旨在提高整體風(fēng)電機(jī)組的防腐效果，延長(zhǎng)其使用壽命，減少經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)力發(fā)電;發(fā)電機(jī)組;防腐措施

1海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防腐蝕的重要性

我國(guó)陸地開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能儲(chǔ)量約為2.53億kW，而近海風(fēng)能可開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能儲(chǔ)量約為7.5億kW，遠(yuǎn)超陸地儲(chǔ)量，但海上風(fēng)電由于地理環(huán)境及技術(shù)的特殊要求，造價(jià)為陸地的2～3倍左右，其修理費(fèi)用及發(fā)電成本較高。海上風(fēng)電初裝成本的并網(wǎng)接線、基礎(chǔ)建設(shè)、盒安裝等費(fèi)用投資成本份額，隨著風(fēng)電場(chǎng)水深程度及離岸距離的變動(dòng)而變動(dòng)，折舊費(fèi)用也遠(yuǎn)高于陸地風(fēng)電場(chǎng)。不僅需要較高研發(fā)成本及技術(shù)突破瓶頸，風(fēng)電設(shè)備的防腐技術(shù)也當(dāng)務(wù)之急。海上風(fēng)電是風(fēng)電發(fā)展的重要任務(wù)，海上風(fēng)機(jī)中最大問(wèn)題在于海上輸配電及抗腐蝕及抗鹽霧。因此，海洋腐蝕不僅為風(fēng)電機(jī)組埋下極大的安全隱患，減少機(jī)組運(yùn)行壽命，也提高了風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本。

2 海上腐蝕環(huán)境對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響

2.1不同海上腐蝕環(huán)境區(qū)域的腐蝕影響因素與腐蝕速率均不相同，因此需對(duì)位于不同區(qū)域的風(fēng)電機(jī)組部件采取相對(duì)應(yīng)的防腐措施。沿海地區(qū)及近海的空氣中含有大量隨海水蒸發(fā)的鹽分，其溶于小水滴中便形成了濃度很高的鹽霧。海上鹽霧沉降量為陸上的 20～80 倍，高達(dá) 12.3～60.0mg/（m2 .d），高鹽霧濃度下金屬的腐蝕速率非常高。

沿海風(fēng)電機(jī)組塔筒連接部位的銹蝕。塔筒各段連接部位是塔筒的強(qiáng)度薄弱處，該區(qū)域的銹蝕應(yīng)引起高度重視。

沿海風(fēng)電機(jī)組輪轂處固定螺栓發(fā)生的銹蝕。環(huán)境腐蝕等因素引起的風(fēng)電機(jī)組螺栓等緊固件強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致螺栓斷裂，引起風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障，甚至?xí)l(fā)生重大質(zhì)量和設(shè)備損壞事故。

海上地區(qū)長(zhǎng)期太陽(yáng)輻射與高溫高濕會(huì)破壞風(fēng)電機(jī)組葉片涂料等高分子材料的性能，加速高分子材料的老化。當(dāng)葉片沒(méi)有完整的保護(hù)涂層時(shí)，空氣中的顆粒與葉片基材長(zhǎng)期直接撞擊，造成葉片基材磨損，再加上紫外線和鹽霧的侵蝕，磨損速度加快，葉片表面會(huì)形成許多面積不等，深淺不一的孔洞，導(dǎo)致葉片翼形發(fā)生變化，捕捉風(fēng)能的效率下降，從而使機(jī)組發(fā)電效率降低，直接影響企業(yè)的效益。

相對(duì)于北方沿海地區(qū)，我國(guó)南方濕熱沿海地區(qū)處于陰雨天氣的時(shí)間較長(zhǎng)，而且在三四月份，太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)偏少，空氣潮濕且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，積水難于揮發(fā)，風(fēng)電機(jī)組外部部件長(zhǎng)時(shí)間在淤積的高鹽度的雨水中浸泡，加速了材料的腐蝕老化，嚴(yán)重時(shí)機(jī)組外部長(zhǎng)時(shí)間未揮發(fā)雨水會(huì)滲透到機(jī)組內(nèi)部，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行造成損害。

3 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防腐蝕的有效措施

3.1 鋼結(jié)構(gòu)的防腐措施

對(duì)于海上風(fēng)電機(jī)組而言，鋼結(jié)構(gòu)面臨著惡劣的腐蝕環(huán)境，若是防腐失效將會(huì)增加維護(hù)成本，因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐提出了極高的要求，表面防護(hù)層的壽命應(yīng)當(dāng)超過(guò)15年，達(dá)到與風(fēng)電機(jī)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(shè)計(jì)遵循基本原則，即基層材料底漆應(yīng)具有較強(qiáng)防腐能力與附著能力，有陰極保護(hù)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(zhì)滲入其中，面漆則耐候性、耐腐蝕、耐老化性高，且存在相應(yīng)的耐沾污性，減少維護(hù)頻率。鋼結(jié)構(gòu)若處于海洋大氣環(huán)境中，如塔筒外壁，可使用常見(jiàn)防腐涂料，中間漆為環(huán)氧云鐵漆，三層防腐涂層“環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)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(chǔ)平臺(tái)可能會(huì)受到海浪沖刷，可采取環(huán)氧玻璃鱗片方案或無(wú)溶劑環(huán)氧漆方案。

3.2 混凝土樁基的防腐措施

依據(jù)海上風(fēng)電機(jī)組的不同環(huán)境位置，其混凝土基座可分為表濕區(qū)及表干區(qū)。其中，表干區(qū)使用涂層保護(hù)即可。而表濕區(qū)由于腐蝕混凝土因素較多，腐蝕情況嚴(yán)重，為了延長(zhǎng)使用壽命，確保風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中混凝土基座使用正常，可以用鋼筋阻銹劑、環(huán)氧涂層鋼筋結(jié)合涂層保護(hù)實(shí)現(xiàn)防腐。涂料防護(hù)依據(jù)致密的涂層結(jié)構(gòu)、屏蔽腐蝕介質(zhì)能力、涂層附著力達(dá)到裝飾及防護(hù)混凝土的雙重功效，混凝土基座結(jié)構(gòu)使用防腐涂料效果較好。表濕區(qū)的防腐涂料應(yīng)當(dāng)具有耐磨損、耐老化、耐沖擊等性能，涂料分為3層，即“環(huán)氧樹(shù)脂封閉漆、環(huán)氧樹(shù)脂漆、乙烯樹(shù)脂漆”。環(huán)氧涂層鋼筋適合在表濕區(qū)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(hù)功能使用。

3.3 發(fā)電機(jī)組電氣元件的防腐措施

發(fā)電機(jī)組電氣部件主要包含變壓器、發(fā)電機(jī)、控制柜及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。主要防腐措施則是將設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)提高，將電氣設(shè)備與空氣隔絕，以減輕腐蝕程度，但是由于部分電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中需要散熱，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行與防腐形成了一定的矛盾。發(fā)電機(jī)組作為持續(xù)旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，高效散熱才能保證其運(yùn)行正常，若是發(fā)電機(jī)散熱系統(tǒng)為常規(guī)密閉冷卻空間，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)則不需要使用防腐措施，僅對(duì)外部防腐即可。而通常情況下，發(fā)電機(jī)在散熱中無(wú)法實(shí)現(xiàn)密閉結(jié)構(gòu)冷卻，因此需要做好轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子線包則通過(guò)真空浸漆工藝與氟硅橡膠相結(jié)合提高防腐能力，對(duì)于工藝設(shè)計(jì)具有較高要求，保證設(shè)備防腐與散熱的平衡。海上風(fēng)機(jī)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(shù)脂;控制柜對(duì)散熱需求低，可使 用提高防護(hù)等級(jí)、隔絕空氣的措施來(lái)進(jìn)行防腐，部分散熱 需求較大的控制柜，則可以安裝小型空調(diào)實(shí)現(xiàn)對(duì)柜內(nèi)溫度的控制，環(huán)境溫度控制在20℃～25℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度控制在35%～50%范圍內(nèi)，每天換氣3～5次，室內(nèi)正壓約為20～60Pa，盡可能選擇新風(fēng)口腐蝕氣體濃度較低的部位;驅(qū)動(dòng)電機(jī)則是運(yùn)轉(zhuǎn)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

國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備大量使用的高強(qiáng)度螺栓，其表面一般為達(dá)克羅防腐工藝，國(guó)內(nèi)命名為鋅鉻涂層。達(dá)克羅具有超強(qiáng)耐腐蝕、高耐熱等許多優(yōu)點(diǎn)，但也有表面硬度不高、耐磨性差等不足。風(fēng)電機(jī)組中的高強(qiáng)度螺栓緊固扭矩都非常大（扭矩小的一般為幾百N·m，扭矩大的一般為幾千 N·m 或更高），一般需使用液壓扭力扳手來(lái)緊固螺栓，會(huì)不可避免地造成螺栓表面的達(dá)克羅涂層破壞。另一方面有的螺栓出廠 時(shí)防腐工藝未達(dá)到技術(shù)要求，比如涂層較薄，或其他表面碰傷等，均會(huì)使螺栓表面的防腐性能下降，造成螺栓在短期內(nèi)生銹。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，在海上進(jìn)行風(fēng)能的開(kāi)發(fā)利用，若是沒(méi)能解決好防腐問(wèn)題，由腐蝕導(dǎo)致的風(fēng)電機(jī)組故障將會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率及發(fā)電量造成嚴(yán)重影響，甚至腐蝕嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大面積風(fēng)電機(jī)組故障倒塌等問(wèn)題。因此，需采取長(zhǎng)期有效的防腐措施，確保海上風(fēng)電機(jī)組的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅莎莎，李鑫泉，鐘虎平，等.海上風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組熱噴涂ZnAl15防腐涂層的特性[J].熱噴涂技術(shù)，2017，9（1）：45-49，64.