海上風電的腐蝕與防護

　　本文對海上風電及其所處環境進行了介紹，分析了海洋環境不同區域的腐蝕特征，并結合海洋風電機組的各部分，介紹了相應的防腐蝕解決方案， 并對海上風電防腐提出了應注意的相關問題。 　　
　　在當前煤炭、石油等化石能源資源日益匱乏，溫室氣體排放威脅人類生存環境的嚴峻形勢下，風能作為自然界中能夠不斷再生、可持續利用的綠色能源資源，以其蘊藏量巨大、分布廣泛、無污染等優勢，越來越受到世界各國的重視。自1991 年世界首座海上風電場在丹麥建成以來 , 海上風電已經成為世界可再生能源發展的重點領域。經過 20 多年的發展，海上風電技術日趨成熟，已進入大規模開發階段。到 2014 年底，歐洲 11 個國家共建設了 84 個海上風電場，總裝機容量11,027MW。我國 2010 年并網發電的東海大橋 100MW 海上風電場是亞洲第一個大型海上風電項目，到 2013 年底我國海上風電總裝機容量達到 428.58MW。據報道，我國可開發和利用的陸地上風能儲量 2.53 億千瓦，近海可開發和利用的風能儲量有 7.5 億千瓦，海上風能儲量遠遠大于陸地，有廣闊的發展空間。同時，我國東部沿海地區經濟發達，能源緊缺，開發豐富的海上風能資源將有效改善能源供應結構。因此，盡管我國海上風電起步較晚，但發展潛力巨大。
　　
　　與陸上風電相比，海上風電所處環境更為復雜，海洋大氣區高濕度、高鹽霧、長日照，浪花飛濺區干濕交替，水下區海水浸泡、生物附著等，腐蝕環境非常苛刻，對海上風電設備的腐蝕防護提出了嚴峻挑戰，同時海上風電由于其特殊的地理環境和技術要求，維修費用極高。因此，海洋腐蝕不但給海上風電機組帶來巨大安全隱患，縮短機組運營壽命，也大大增加了風電的建設投資和運行維護成本。防腐蝕是海上風電必須考慮的突出問題， 防腐蝕設計成為海上風電場設計的重要環節之一。
　　
　　海上風電機組
　　
　　海上風電機組主要由水下基礎、塔架、機艙、輪轂和葉片等部分組成，具體構造上不同廠家的風機存在一些區別，大部分廠家將主軸、軸承座、齒輪箱、聯軸器、機械剎車、發電機、變壓器、變槳系統、電控系統等集成在機艙和輪轂內部，以減少現場安裝工作量。
　　
　　水下基礎從材料角度主要有鋼結構基礎和鋼筋混凝土結構基礎；從結構形式分主要有重力式基礎、單樁基礎、群樁基礎、導管架基礎、吸力式筒形基礎等固定式基礎和漂浮式基礎等。
　　
　　我國東海大橋海上風電場采用的是群樁承臺基礎。
　　
　　目前海上風機的高度一般在 80 ～ 110m 的范圍內，按部位劃分，風機基礎結構處于浪花飛濺區、潮差區、全浸區及海泥區， 風機的機艙、 輪轂、 葉片和塔架等處于海洋大氣區范圍內。 　　 　　
　　海上風電機組的腐蝕分析
　　
　　海上風電機組一般位于離岸 15Km 以內的近海，從機組、塔架到水下基礎，相應處于海洋大氣、浪花飛濺、潮差、全浸及海泥五個區，每個區的腐蝕環境不同，其腐蝕特征也不同。下面對每個區的腐蝕特征分別進行介紹。
　　
　　1、海洋大氣區
　　
　　高濕、高鹽是海洋大氣的特點，海洋大氣中的水蒸氣在毛細管作用、吸附作用和化學凝結作用等的影響下，容易附著在鋼鐵表面形成一層肉眼看不到的水膜，水膜中有溶解氧、氯離子、 硫酸根離子和其它一些鹽分， 是導電性很強的電解質溶液。鋼鐵表面的不均勻使得表面形成腐蝕電池， 從而引起鋼鐵腐蝕。研究結果表明，鋼在濕度 70% 時腐蝕最為嚴重。另外晝夜的干濕交替，對腐蝕有加速作用。
　　
　　水膜中氯離子具有穿透作用，它能加速鋼鐵的點蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕，使得鋼鐵表面難以形成長期穩定的致密銹層，導致腐蝕率上升。
　　
　　2、浪花飛濺區
　　
　　在浪花飛濺區，海水膜潤濕時間長、干濕交替頻率快、海鹽離子大量積聚，同時飛濺的海浪粒子沖擊和海風等使得供氧充分，是造成腐蝕速度加劇的重要因素。飛濺海水中的氣泡會沖擊破壞材料表面， 使得該部分的防腐涂層很容易脫落。 因此在整個海洋環境中，浪花飛濺區是腐蝕最為嚴重的區域。