海上风电的腐蚀与防护

　　
　　3、风机机舱及轮毂防腐
　　
　　机舱和轮毂内部包含了风机的关键部件，也是防腐蚀的核心区域。因内部部件较多，且涉及多个专业，若每个部件都采取较强的防腐蚀措施则会增加很多的成本，为控制成本，海上风机厂商均采取了总体防腐结合关键部件加强防腐的解决方案。
　　
　　（1）总体防腐
　　
　　各部件尽可能与外界环境隔离以避免腐蚀是主体设计思路。将机舱设计成一个尽可能密闭的空间，通过鼓风机等使内部对外界形成正压，阻止腐蚀性海洋大气直接进入，很大程度上降低了机舱和轮毂内部安装的各类部件的腐蚀防护要求。
　　
　　（2）关键部件加强防腐
　　
　　机舱和轮毂里的结构部件都不大，有主支撑底座，也有设备支架等，因部分结构需要暴露在外面，而且是日常维护过程中很难触及的位置，因此该类部件都设计为热镀锌或者涂层加强防腐。
　　
　　机械部件主要包括主轴、联轴器、齿轮箱、变桨齿轮等。其中主轴连接面为机加工面，不做防腐，以保证平面度，暴露部位采用与结构部件相同的防腐蚀方法；联轴器为高弹性特殊材料，表面无法防腐，靠预留腐蚀余量法解决腐蚀问题；齿轮箱、偏航轴承以及变浆轴承的外部与结构部件相同，内部充填防腐润滑油实现防腐；偏航齿轮与变桨齿轮因频繁经历齿轮拟合，磨损较大，且需要润滑，因此采用表面涂抹黄油实现隔离空气和润滑的双重作用。
　　
　　电气部件主要包括发电机、变压器、控制柜 / 开关柜、各类驱动电机等。提高设备外壳防护等级实现与空气的隔离是电气设备的重要防腐蚀手段。发电机是持续旋转设备，必须持续高效散热才能正常运行，如果发电机采用常规的密闭冷却散热系统，内部构造无需考虑防腐，只需要解决外部防腐问题即可；如果发电机无法从结构上实现密闭冷却散热，定子铁芯以及转子线包的腐蚀问题就需要考虑，一般讲铁芯设计为耐腐蚀材料，而转子线包则采用真空浸漆工艺配合氟硅橡胶材料加强防腐，工艺设计要求较高，以确保散热和防腐达到一种平衡。海上风机的箱式变压器一般采用干变，散热方式也是直接空气冷却，采用绝缘树脂浇注实现变压器铁芯防腐；控制柜 / 开关柜散热量较小，因此采用提高防护等级隔绝空气来实现整体防腐蚀，也有部分控制柜散热量较大，通常采用柜体安装小型空调控制柜内温度的方法，各类驱动电机的运转频率较低，且功率较小，采用密闭隔绝空气的方法防止腐蚀，在外壳上增加散热面积达到散热要求。
　　
　　4、叶片防腐
　　
　　叶片防腐主要采取涂层法。《风力发电机组风轮叶片》（JB/T10194-2000）指出，“叶片在一定程度上暴露在腐蚀性环境条件下并且不容易接近。由于运行条件的原因，在许多情况下不可能重做防腐层，因此重视设计、材料选择和防腐保护措施特别重要”。复合材料叶片应采用胶衣保护层，但没有相应的指标规定。
　　
　　目前叶片防腐涂料主要以进口为主，成本都比较高。 “MW级风力发电机组风轮叶片原材料国产化”的“863”计划中，要求叶片表面保护涂料能提高叶片耐紫外老化、耐风沙侵蚀以及耐湿热、盐雾腐蚀能力，适应我国南北方不同极端气候条件下风电场使用需求，保证风轮叶片 20 年的设计使用寿命，并没有对海上腐蚀环境不同情况提出具体指标要求。因此，针对海上风电叶片涂料，还需结合国外的应用经验进一步完善相关标准。 　　
　
　　海上风电防腐应注意的问题
　　
　　根据近几年东海大桥海上风电场、江苏如东海上风电场的反馈，钢结构基础的腐蚀问题呈普遍性逐步增多趋势，主要体现在防腐方案不合理、涂层失效、阴极保护系统缺陷、防腐材料及施工质量不过关等方面， 因此， 在海上风电的防腐蚀设计、建造及运行维护等方面应注意以下问题：
　　
　　1、设计标准问题
　　
　　对于塔筒结构及钢桩基础的防腐，主要参照海洋工程钢结构的防腐方法， 国内外相关的标准规范较多， 目前最常用的如下 ：
　　
　　˙ ISO12944色漆和清漆--防护漆体系对钢结构的腐蚀防护 ；
　　
　　˙ISO20340 色漆和清漆 -- 用于近海建筑及相关结构的保护性涂料体系的性能要求；
　　
　　˙NORSOKM501 表面处理和防护涂料；
　　
　　˙DNV RP B401 阴极保护设计；
　　
　　˙DNV OS J101 海上风电机组设计。
　　
　　ISO 12944 是目前国际上应用最广泛的钢结构防腐蚀涂装规范，ISO 20340 和 NORSOK M501 对海上风电防腐蚀涂料体系的性能测试和施工技术等做出了规定。针对沿海及海上风电防腐，根据国内海上风电的发展现状，我国正在制订《沿海及海上风电机组防腐技术规范》，规范中对防腐涂层体系、阴极保护的设计、施工、检验及后期维护等都做出了明确规定，该规范发布实施后，将大大提升我国海上风电防腐作业管理水平。
　　
　　2、施工质量问题
　　
　　海上风电由于其特殊性，安装完成投入运行后，再进行涂层维护很难，且费用相当高，通常按 25 年的长期寿命进行涂层体系设计， 因此， 防腐涂料及施工质量要求也相对较高。 “三分涂料，七分施工”，选择了质量满足要求的涂料产品之后，涂层施工质量的好坏，就决定了最终的保护效果。表面处理是涂装工作的第一步，一般要求喷砂除锈达到 Sa2 级，同时对砂料、施工环境气候条件、压缩空气等都有相关规定，应严格执行。在表面处理达到要求后，方可进行涂装施工。应严格按照涂料使用说明书的要求进行储存、配料、施工，为保证质量，当湿度和温度条件不满足时，严禁施工。为方便施工监理，对每道涂层的颜色一般都有明确规定。
　　
　　3、运行中的监检测问题
　　
　　海上风电的钢结构基础通常采用涂层和阴极保护防腐，这种情况下，阴极保护系统运行效果如何，就需要通过监检测系统来获取相关信息进行判定。阴极保护无论是牺牲阳极还是外加电流方式，都需要安装参比电极、电流密度探头等，以获取保护电位、保护电流密度等信息。针对涂层和生物腐蚀问题，国外还有电化学阻抗、生物腐蚀、腐蚀速率等探头在海上风电的应用情况。所有探头信息通过数据采集仪定时记录，由于海上风电的特殊性，数据记录仪应具备网络接入功能，传感器的数据应能及时上传网络，并自动保存在监测系统或计算机中。
　　
　　结语
　　
　　海上风电是可再生新能源的重点发展领域，具有广阔发展前景。海上风电机组处于严苛的海洋腐蚀环境，为保证海上风电机组的长期安全运行，必须从设计、制造、安装及后期运行维护等各方面重视防腐蚀问题。