海上風電由于其資源豐富、不占用土地、靠近能源負荷中心、發(fā)展?jié)摿薮蠖鴤涫荜P(guān)注。但是由于海洋風機所處環(huán)境為高腐蝕環(huán)境，且隨著風電機組設(shè)備體積的增大，投資增加，對海上風電設(shè)備的維護就顯得尤為重要，對于海上風電設(shè)施的防腐也是重中之重。海上風電機組從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)到塔筒，從葉輪到機艙，從風電機組內(nèi)部的各類機械零部件到電器元器件，都要面對海洋大氣腐蝕環(huán)境的嚴酷考驗，甚至有些腐蝕介質(zhì)對機組的危害是致命的，這就極大地影響到海上風電場的安全和壽命，因此建設(shè)海上風電場時，對風電機組應(yīng)用防腐技術(shù)是非常必要的。
腐蝕環(huán)境
海上風電場處于嚴酷的應(yīng)用環(huán)境之中，不僅有著腐蝕問題，還會有物理性的撞擊和海洋生物的影響等。從環(huán)境的不同特點出發(fā)，海上風機總體處于5個不同的部分，分別為海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)。
各區(qū)域腐蝕損傷示意圖
各環(huán)境區(qū)域腐蝕特點介紹如下：
1、海洋大氣腐蝕
在鋼鐵表面易形成水膜，海洋大氣鹽分多，它們在鋼鐵表面積沉，與水膜形成導電良好的液膜電解質(zhì)，形成有利的電化學腐蝕條件，海洋大氣對鋼鐵的腐蝕程度要比內(nèi)陸大氣高4~5倍。
2、飛濺區(qū)腐蝕
由于浪的飛濺，飛濺區(qū)的下部經(jīng)受海水短時間浸泡和頻繁的干濕交替。在飛濺區(qū)，海鹽粒子量要遠高于海洋大氣區(qū)，碳鋼會出一個腐蝕峰值，所以碳鋼在飛濺區(qū)腐蝕速率要遠大于其他區(qū)域。而腐蝕最嚴重的部位是在平均高潮以上的飛濺區(qū)，此處的氧供應(yīng)最充分，由于氧的去極化作用加速了塔筒的腐蝕，與此同時，浪花的沖擊也能破壞保護膜，使腐蝕加速。
3、潮差區(qū)腐蝕
海上固定式風力機是貫穿海泥至大氣的連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)，其腐蝕特征有別于單獨處于各區(qū)域的鋼鐵。單個掛片的碳鋼腐蝕速度，潮差區(qū)比全浸區(qū)要高1~2倍，而上下連續(xù)的平臺結(jié)構(gòu)，在潮差區(qū)受到的腐蝕卻比全浸區(qū)要輕一些?？紤]到施工、維修以及陰極保護效果等因素的影響，也可把潮差區(qū)并入飛濺區(qū)考慮。
4、全浸區(qū)腐蝕
全浸區(qū)長期浸泡在海水中，由于鋼鐵在海水中的腐蝕受氧的還原反應(yīng)所控制，所以溶解氧對鋼鐵腐蝕起主導作用。鋼鐵在潮差帶出現(xiàn)腐蝕最低值，其值甚至小于海水全浸和海底土壤的腐蝕率。這是由于鋼樁在海洋環(huán)境中，隨著潮位的漲落，水線上方濕潤后的鋼材表面上的供氧比浸在海水中水線下方的鋼材表面充分得多，且彼此構(gòu)成回路，形成了一個宏觀條件下的氧濃差腐蝕電池，使整個潮差帶都得到了不同程度的保護，但是在平均潮位以下的部分則作為陽極而受到明顯腐蝕。
5、海泥區(qū)腐蝕
海泥區(qū)位于全浸區(qū)以下，是飽和了海水的土壤，它是一種比較復雜的腐蝕環(huán)境，既有土壤的腐蝕特點，又有海水的腐蝕行為。海泥中的硫酸鹽還原菌會在缺氧環(huán)境下生長繁殖，對鋼材造成比較嚴重的腐蝕。
防腐方法
海洋環(huán)境中鋼鐵的腐蝕是一種電化學現(xiàn)象。因此只要能消除電化學腐蝕的基本條件（即腐蝕電池、導電介質(zhì)和去極化劑），就能抑制腐蝕的發(fā)生。海洋平臺的防腐蝕雖然有多種多樣，但歸結(jié)起來都是以消除上述三大條件之一或全部為目的。在實踐中，往往同時用兩種或多種防腐蝕手段來達到較佳的防腐蝕效果。
例如，對于一些典型結(jié)構(gòu)可采用典型的防腐方法如下：
塔筒防腐，主要著手于底漆、中間漆、面漆的選型。
針對混凝土承臺表層生銹情況，可對混凝土承臺涂層進行整體維護，同時進行技改，增加犧牲陽極陰極保護；
針對多管樁潮差區(qū)涂層破損多、修補難度大的問題，可采用包覆防腐方案進行施工，并增加安裝犧牲陽極塊；
對單管樁基礎(chǔ)，可采用浪濺潮差區(qū)包覆防腐，增加安裝犧牲陽極塊等方法。同時可進行陰極保護遠程監(jiān)控和外加電流陰極保護系統(tǒng)應(yīng)用研究，并采用電位分布仿真，優(yōu)化犧牲陽極、輔助陽極的布置，確保保護電位均勻，避免出現(xiàn)過保護或欠保護。
防腐技術(shù)的應(yīng)用
1、風電塔架的防腐設(shè)計
海上風機塔架按照機型可分為近、沿海灘涂的底座式和深海的浮體式兩種。對于近海鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)按2003年發(fā)布的通用標準《色漆和清漆用于近海建筑及相關(guān)結(jié)構(gòu)的保護性涂料體系的性能要求》設(shè)計。該標準對不同的腐蝕環(huán)境都適用，而實際的腐蝕環(huán)境更為復雜，涂裝時更要注重微觀腐蝕環(huán)境和腐蝕因素。另外，NORSOK-M501在海洋石油平臺成功應(yīng)用十多年，說明通過了NORSOKM-501測試認證的產(chǎn)品，性能更加卓越，對于海上風電設(shè)備的防腐更加有保證，其為海上風電設(shè)備的防腐系統(tǒng)選擇提供了更為科學的理論判斷依據(jù)。
2、風電設(shè)備葉片的防腐設(shè)計
設(shè)計和制造葉片時要考慮環(huán)境因素的影響，進行耐環(huán)境設(shè)計，采取相應(yīng)措施，使其具有較高的環(huán)境適應(yīng)性。葉片在一定程度上暴露在腐蝕性環(huán)境條件下并且不容易接近。由于運行條件的原因，在許多情況下不可能重做防腐層，因此重視設(shè)計、材料選擇和防腐保護措施特別重要，防腐和減輕腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計對防腐的實施、效果和可修理性具有重大的影響。對于不能通過涂層或鍍層來防腐的部位，可以選用適當?shù)牟牧?。復合材料葉片應(yīng)采用膠衣保護層，但沒有相應(yīng)的指標規(guī)定。標準認定的環(huán)境條件包括溫度、濕度、鹽霧、雷電、沙塵、輻射六項。在“MW級風力發(fā)電機組風輪葉片原材料國產(chǎn)化”的“863”計劃中，要求葉片表面保護涂料能提高葉片耐紫外線老化、耐風沙侵蝕以及耐濕熱、鹽霧腐蝕能力，適應(yīng)我國南北方不同極端氣候條件下風電場的使用需求，保證風輪葉片20年的設(shè)計使用壽命。
3、風電設(shè)備其他部件的防腐設(shè)計
1、底座、輪轂、軸承的防腐設(shè)計一般采用與塔架內(nèi)壁相同的防腐涂料體系。
2、塔架基礎(chǔ)的防腐設(shè)計塔架基礎(chǔ)埋地鋼筋同樣面臨腐蝕，但一般被忽視而未采取防腐措施，一旦出現(xiàn)問題則難以處置。其防腐方法可采用一般建筑用鋼筋防腐涂料，或者針對性設(shè)計和選擇涂料品種，在基礎(chǔ)澆注前進行防腐涂裝。
3、機艙罩、整流罩的防腐設(shè)計一般采用風機葉片涂料體系。
4、變壓器的防腐設(shè)計一般為落地箱式，北方寒旱環(huán)境下沙塵、冰凍、紫外線腐蝕比較嚴重，南方鹽霧濕潤腐蝕嚴重，要采用塔架外防護涂料體系。海上風機的箱式變壓器采用絕緣樹脂澆注實現(xiàn)變壓器鐵芯防腐蝕。
5、控制柜、開關(guān)柜的防腐設(shè)計配電箱/電器柜等鈑金結(jié)構(gòu)件目前一般使用粉末涂料，主要是采用提高防護等級隔絕空氣來實現(xiàn)整體防腐蝕。
6、發(fā)電機、齒輪箱的防腐設(shè)計雙饋型風機，因其轉(zhuǎn)速較高，因此發(fā)電機采用常規(guī)的密閉冷卻散熱系統(tǒng)，內(nèi)部構(gòu)造無需考慮防腐，只需利用結(jié)構(gòu)件防腐方法解決外表防腐問題。永磁直驅(qū)型風機，將鐵芯設(shè)計為防腐蝕材料，而轉(zhuǎn)子線包則采用真空浸漆工藝配合氟硅橡膠材料加強防腐，確保散熱和防腐達到一種平衡。
結(jié)語
盡管在相似領(lǐng)域已經(jīng)有了許多成功的防腐應(yīng)用經(jīng)驗，但是海上風電機組有其獨特的外部環(huán)境、結(jié)構(gòu)和防腐要求。對于海上風電的防腐，不應(yīng)僅在方案設(shè)計和防腐系統(tǒng)選擇上，更應(yīng)在實際防腐施工和防腐質(zhì)量監(jiān)控方面下大力氣。我們應(yīng)該意識到，對于海上風電來說，如果防腐技術(shù)沒有得到很好的處理，一方面由于腐蝕引起風電機組故障頻發(fā)從而影響到機組的發(fā)電運轉(zhuǎn)效率，另一方面甚至造成風電機組發(fā)生大面積故障甚至被迫拆除，國外有很多這方面的經(jīng)驗和教訓。我們在開發(fā)和利用海上風電的同時，也應(yīng)進一步加強和開展海上風電機組的防腐蝕技術(shù)等關(guān)鍵性技術(shù)的應(yīng)用和研究，更好地促進海上風電防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，從而大力推動海上風電的建設(shè)和發(fā)展進程。
