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海上風電的腐蝕與防護

2017-03-07 來源:《腐蝕防護之友》 瀏覽數:3392

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。

  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。
  
  單樁基礎的海上風電結構圖
  
  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。
  
  鋼樁在海洋環境各區域的腐蝕速率示意圖
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