近年來（lái），海上風電發展勢頭強烈，各項優勢都顯示著海上（shàng）風電將是未來風電（diàn）的（de）大勢所趨。然而，與（yǔ）陸上風電相比，海上風電所處環境更為複雜，海洋大氣區高濕度、高鹽（yán）霧、長日（rì）照，浪花飛濺區幹濕交替，水下區海（hǎi）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（le）嚴峻挑戰，同時海上風電由於其（qí）特殊的地理環境和技術要求，維修費用極高。因此，海洋（yáng）腐（fǔ）蝕不但給海上風電機組（zǔ）帶來巨大安全隱（yǐn）患（huàn），縮短機組運營壽命，也大大（dà）增加了（le）風電的建設投資和運行維（wéi）護成本。
海上風電機組
海（hǎi）上風電機組主要由水下基礎、塔（tǎ）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（cún）在一些區別，大部分廠（chǎng）家將主（zhǔ）軸、軸承座、齒（chǐ）輪箱、聯軸器（qì）、機械刹車、發電機、變壓器（qì）、變槳係統、電控係統等集成在機艙和輪轂內（nèi）部，以（yǐ）減少現場安裝工作量。
水下基礎從材料角度（dù）主要有鋼結構基礎和鋼（gāng）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（chǔ）、群樁基礎、導管架基礎、吸（xī）力式筒形基礎等（děng）固定式基礎和漂浮式基礎等。
目前（qián）海上（shàng）風機的高度一般（bān）在80～110m的範圍內，按部位劃分（fèn），風機（jī）基礎（chǔ）結構處於浪花飛濺區、潮差區、全浸區及（jí）海泥區， 風機的機艙、 輪（lún）轂、 葉片和塔架等處於海洋大氣區範圍內。
（資料圖：中船海裝）
海上風電機組的腐（fǔ）蝕環境
海上（shàng）風電場處於嚴酷的應用環（huán）境之中，不僅有著（zhe）腐蝕（shí）問題，還會（huì）有物（wù）理性的撞擊和海洋生物的影響等。從環境的不同特點出發，海上風機總（zǒng）體（tǐ）處於5個（gè）不同的部分，分別為海洋大氣區、浪花飛濺區（qū）、潮差區、全浸區和海（hǎi）泥（ní）區。
1、海洋大氣區
高濕、高鹽是（shì）海（hǎi）洋（yáng）大（dà）氣的特點，海洋大氣（qì）中（zhōng）的水蒸氣在毛細管作用、吸（xī）附（fù）作用和化學（xué）凝結作用等（děng）的（de）影響下，容易附著在鋼鐵表麵形成一層肉眼看不到的水膜，水膜中有溶（róng）解氧、氯離子、 硫（liú）酸根離子和其它一些鹽分， 是（shì）導電性很強的電解質溶液。鋼（gāng）鐵表麵的不（bú）均勻使得表麵形成腐蝕電池， 從而引起鋼鐵腐蝕。研究結（jié）果表明，鋼在濕度 70% 時腐蝕最為嚴重。另外（wài）晝夜的幹濕交替，對腐蝕有（yǒu）加速作用。
水膜中氯離子具（jù）有穿透（tòu）作用，它能加速（sù）鋼鐵的點（diǎn）蝕（shí）、應力腐蝕、晶（jīng）間腐蝕和（hé）縫隙（xì）腐蝕等局部腐蝕，使得鋼鐵表麵難以形成（chéng）長期穩定的致密鏽層，導致腐蝕率上升。
2、浪花飛濺區
在浪（làng）花飛濺區，海水膜潤濕時間長、幹濕交替頻率（lǜ）快、海鹽（yán）離子大量積（jī）聚（jù），同時（shí）飛濺的海浪粒子衝擊（jī）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（qì）泡會衝擊破壞材料表麵， 使得（dé）該部分的（de）防（fáng）腐塗層很容易（yì）脫落。因此在整（zhěng）個海洋（yáng）環境中，浪花飛濺區是（shì）腐蝕最為嚴重的區域。
3、潮差區
鋼結構（gòu）基礎的水下區與潮差區部分由（yóu）於氧含量不同（tóng）而形成氧濃差電池，潮差區部分由於供氧充分而成為宏觀電池的陰極區，水下部分則變為陽極向陰極區提供保（bǎo）護電流，而使得潮差區（qū）部分腐（fǔ）蝕較輕。
海洋生物能夠棲居在潮差區結構的表麵，如果（guǒ）附著生物均勻分布，會在結構表麵形（xíng）成保護膜從而減輕（qīng）腐蝕（shí），如（rú）果局部附（fù）著，則會因供氧（yǎng）不（bú）同而導致附著（zhe）物下麵的（de）鋼表麵（miàn）腐蝕嚴重。
4、全浸區
在全浸區，以電化（huà）學和生物腐蝕（shí）為主，又分（fèn）為淺水區（低潮位以下20～30米（mǐ）以內） 、 大陸架全浸區 （30～200米水深區）和深水區（200 米以（yǐ）下）。
淺水區海水流速大，存在近海化學和泥沙汙染，溶解氧和二氧化碳處於（yú）飽（bǎo）和狀態，生物活躍，水溫較高，是全浸區腐蝕較為（wéi）嚴重的部分。
隨（suí）著水深的增加，海水（shuǐ）流速降低，水溫下降，含氣（qì）量降低，生物活動減少，腐蝕（shí）以電化學腐蝕為（wéi）主，相對淺水區較輕。隨著深度進一（yī）步增（zēng）大（dà），壓力增（zēng）大，礦物鹽（yán）的溶解量下降（jiàng），水溫、含氣量、水流進一步降低。腐蝕以電化（huà）學（xué）腐蝕和應力腐蝕為主，相（xiàng）對較輕。
5、海泥區（qū）
海泥（ní）區位於全浸區以下，主要由海底沉積物構成。海底沉積物的物理性質、化學（xué）性質和生物性質（zhì）隨海域和海水（shuǐ）深度的不（bú）同而不同（tóng）。海泥實際是飽和了海（hǎi）水的土壤，它既有土壤（rǎng）的腐（fǔ）蝕特（tè）點，又有海水的腐蝕行為。相對來講，海泥區的腐蝕較輕。當海泥（ní）中存在硫酸鹽還原菌時，它會在（zài）缺氧環境下生長繁殖（zhí），對鋼材造成（chéng）比較嚴重的腐蝕。
碳鋼在（zài）海洋環（huán）境中的不同區（qū）帶（dài）表現出不同的腐蝕（shí）特征，在海（hǎi）水中的腐蝕主要包（bāo）括物（wù）理、化學和生物的影響（xiǎng），應結合不同的特征采取針對性地防（fáng）腐蝕措施。
海上風電機組腐蝕類型（xíng）
海上風力發電機組在海洋環境中麵臨著嚴（yán）重（chóng）的腐蝕問題。根據不同的腐蝕形（xíng）態和（hé）原（yuán）因，可（kě）以將腐蝕分為以下幾種主要類型（xíng）：
1. 海水腐（fǔ）蝕：海水是一種複雜的電解質，含有高鹽度、微生物和溶解氣（qì）體等成分。這些（xiē）成分對海上風力發電機組產生強（qiáng）烈的腐蝕作用。
2. 海洋微生物腐蝕：海洋微生物在代（dài）謝過程中產生各種化學物質，這些物質可能與金屬表麵發生化學反應（yīng），導致嚴重的腐蝕。
3. 疲勞腐蝕：由於風力發電機組在（zài）運行過程中經曆周期性的（de）載荷變（biàn）化，導致金屬表麵（miàn）產生疲勞裂紋，最（zuì）終導致腐（fǔ）蝕斷裂（liè）。
4. 應力腐蝕：由於運行過（guò）程中承受的應力和（hé）腐蝕介質共同作（zuò）用，使金屬（shǔ）材料（liào）產（chǎn）生應（yīng）力腐蝕開裂。
5. 生物汙損腐蝕：海洋生物附著在風力（lì）發電機組表麵，它們的（de）生命活動和死亡後留下的殘骸（hái）加速了材料的腐蝕。
（資料圖：廣（guǎng）納納米）
海上（shàng）風電機組防腐技術
海上風電機組不同於海（hǎi）上鑽井平台，受到腐蝕時可以隨時修補，海上風電機組由於其特（tè）殊的地（dì）理環境和技術（shù）要求，維修費用極高。由於上述原因，很容易使海上風電電力傳輸設（shè）施發生短路故障，甚至釀成火災（zāi）等安全重大事（shì）故。因此，海上風機的（de）防護，需要進行係統（tǒng）化的設計、規劃、實施。
塔架的防腐設（shè）計
海上風機塔（tǎ）架按照機型可分為近海和沿（yán）海灘塗的底座式和近海和深（shēn）海（hǎi）的浮體式兩種。風（fēng）電塔架的腐（fǔ）蝕保護主要是基於其腐（fǔ）蝕環境ISO12944C5-M，對（duì）於浸水（shuǐ）區域按I㎡。推薦（jiàn）的幹膜厚度為320~500μm(大氣腐蝕環境C5-M)和400~1000μm(海水浸泡環境I㎡)，可以達到15年以（yǐ）上的無需維修使用壽命周期（qī）。
對於近海的（de）鋼結構還有2003年發布的ISO20340標準《色漆和清漆用於近（jìn）海建築（zhù）及相關結構的保護性塗料體係的性能要求》，這個標準是通用型的，對不同的腐蝕環境都適用，而實際的腐蝕環境更為複雜，塗裝時更要注重（chóng）微觀腐蝕環境和腐蝕因素。
（資料圖：天順風（fēng）能）
葉片的防腐設（shè）計
JB/T10194－2000中指出，設計和製造（zào）葉片（piàn）時要考慮環境因素的影響，應（yīng）進行耐環境設計，采取相應措施，使其具有較高的環境適應性。
葉片在一定程度上暴露在腐蝕性環境條件下並且不（bú）容易接近。由於運行條件的原因，在許多情況下（xià）不可能重做防腐層，因（yīn）此重視設計、材料選擇和（hé）防（fáng）腐保護措施特別重要，防腐和減輕腐蝕的結（jié）構設計對防腐（fǔ）的（de）實施、效果和可修（xiū）理性具（jù）有重大的影響。
對於不能通過（guò）塗層或鍍層來防腐的部位，可以選用適當的材料。複合材料葉片應采用膠衣保護層，但沒有相應（yīng）的指標規定。標準認定（dìng）的環境條件包括溫度、濕度、鹽霧、雷電、沙塵、輻射六項。在“MW級風力發電機組風輪葉片原材料國產化”的“863”計劃中，要（yào）求葉片表麵保護塗料能提高葉片耐紫外線老化、耐風（fēng）沙侵蝕以及耐濕熱、鹽霧腐（fǔ）蝕能力，適應我國南北方不同（tóng）極端氣候條件下風電場的使用需求，保（bǎo）證風輪葉片20a的設計使用壽命。
（資料圖：中國鐵建港航局）
其他部件的防腐設計
（1）底座、輪轂、軸承的防腐設計一般采用與塔架內壁相同的防（fáng）腐塗料體係。
（2）塔架基礎的防腐設計塔架基礎埋地鋼筋同樣麵臨腐（fǔ）蝕，但一般被忽視（shì）而未采（cǎi）取防腐措施，一旦出現問題則難以處置。其防腐方法可采用一般建築用鋼筋防腐塗料，或者針對性設計（jì）和選（xuǎn）擇塗料品種，在基礎澆注（zhù）前進行防腐塗裝。
（3）機艙罩、整流罩的防腐（fǔ）設計一般采用風機葉片塗料體係。
（4）變壓器的防（fáng）腐設（shè）計一般（bān）為落地箱式，北方（fāng）寒旱（hàn）環境下沙（shā）塵、冰凍、紫外線腐蝕比較嚴重，南方鹽霧濕潤腐蝕嚴重，要采用塔架外防護塗料體係。海上風（fēng）機的箱式變壓器采用絕（jué）緣樹脂澆注實現變壓器鐵芯防腐蝕。
（5）控製櫃、開（kāi）關櫃的防腐設計配電（diàn）箱/電器櫃等（děng）鈑金結（jié）構件目前一般使用粉（fěn）末塗料，主要（yào）是采用提高防護（hù）等級隔絕空氣來實現整體防腐蝕。
（6）發（fā）電機、齒輪箱（xiāng）的防腐設計雙饋型風機，因其轉速較高，因此發電機采用常規（guī）的密閉冷卻散熱（rè）係統，內部構造無需考慮防腐，隻需利用結（jié）構件防腐方法解決外表防腐問題。永磁（cí）直驅型風機，將鐵芯（xīn）設計為防腐（fǔ）蝕材料，而轉子線包則采用真空浸漆工藝配合氟矽橡膠材料加強防腐，確保散熱和防腐（fǔ）達到一（yī）種平衡。
海上（shàng）風電機組防腐要求
我們以GB/T 33630-2017《海上風力發電機（jī）組（zǔ） 防腐要求 》為例，來看一下海上風電的測試要求：
一、海上（shàng）風力發電機組腐蝕（shí）環境區（qū）域按照嚴酷等級劃（huá）分如下：
二、根據（jù）以（yǐ）上的腐蝕環境，我們（men）來具體看看風力發電機組各部分結構的防護層的性能要求：
1.鋼製結（jié）構件防護（hù）塗層性能要求（qiú）
2.葉片（piàn）防護塗層性能要（yào）求
3.機艙罩、導流罩膠衣塗（tú）層性能要求
海上風（fēng）機常用的防腐措施
1）葉片、輪轂罩、機艙罩（zhào）是由玻璃鋼製成，材料的本身具有防腐蝕性（xìng）能。
2）塔架、輪轂、主機架、齒輪箱、發電機等金屬部件，多采取的是噴塗油漆的防腐方案，機組外部防腐等（děng）級C5-M，內部C4。
3）整個機艙為密閉結構，為實現機艙內的空氣與外界進行熱量的交換，在機艙中可設置了空氣冷卻通道和換熱器裝（zhuāng）置，保證隻有（yǒu）少量的含有鹽分的空氣（qì）進入（rù）機艙（cāng），減小空氣中的鹽分對機艙內部（bù）件（jiàn）的腐（fǔ）蝕。
4）機艙外表（biǎo）直（zhí）接暴（bào）露在空氣中的金屬零部件，如（rú）水冷散熱器支架、航空燈支架等均可采用不鏽鋼材料，以增（zēng）加（jiā）抗腐蝕能力。
5）在高濕度地區，發電（diàn）機（jī）、控製櫃等電氣元件等處可（kě）增加加熱除濕係統，在濕度傳感器發出信號後，控製各部（bù）位的加熱器進行加熱除濕，避免潮濕環境對機組的影響。發電機也可以（yǐ）采用特種絕緣材料，提高發電機（jī）滑環室的防護等級。電（diàn）氣線路板（bǎn）采用防腐塗層，電氣母排采用鍍鎳工藝（yì），提高防腐等級。
6）針對沿海的（de）氣候條件特點，在齒輪箱、液壓係統等重（chóng）要部（bù）件上，配置了高精度的空氣過濾器（qì），最大限度減少鹽霧進入箱（xiāng）體內部的可能；並在潤滑油液壓油的選擇（zé）上，選用油水分離性（xìng）能更（gèng）好（hǎo）的（de）型號，使得混（hún）入箱（xiāng）體的含鹽水溶液難以（yǐ）融入油液，並迅速被大容量、高精度的油液過濾器所攔截，以防止含鹽水溶液混（hún）入（rù）油液（yè）後加劇對齒麵、軸承、液壓元器件的磨損。
7）使用（yòng）鋅鉻膜（達（dá）克羅）塗層工藝技術對各連接（jiē）件進行處理。鉻酸在處理時使工件表麵形成不易被腐蝕的稠密氧化膜，而且，由於（yú）達克羅幹膜中鉻酸化合物不（bú）含結晶水，其抗高溫性及加熱後的耐蝕性能也（yě）很好。
8）海上風機水下構築物采用陰極保護。
（資料圖：東方風電）
海上（shàng）風機鋼結構防腐措施
正值風電設備更新換代之際，大型（xíng）機組不（bú）僅需要優質鋼材，更需要較高的處理工藝，以確保在海（hǎi）風、海浪中保持堅固的結構和表麵的耐腐蝕性，具有一定技術門檻。
1、耐候鋼
耐候鋼是一種介於不鏽（xiù）鋼和普通（tōng）碳素鋼之間的特殊材料，其最大特點（diǎn）在於耐（nài）鏽蝕和抗腐蝕性，使用壽命遠超普通鋼材。在工程實踐中，耐候鋼（gāng）無需塗裝即可使（shǐ）用，作為結構材料表現出色，能有效降低鋼結構（如橋梁）在整個壽命周（zhōu）期內的總成（chéng）本。在實際應用中，耐候（hòu）鋼能有效抵抗長期風吹（chuī）雨打帶來的腐蝕和氧化，適合用於製造風電塔和桅杆等（děng）部件。
2、熱浸鍍鋅技術（shù）
熱浸（jìn）鍍鋅是將鋼材浸入熔融狀（zhuàng）態（tài）的液態鋅中，在其表麵形（xíng）成一層合金保護層的防（fáng）腐方法。鋅的作用在於既可以在鋼材表麵形成一（yī）層致密的保護塗層，阻隔空氣與鋼材接觸，並利用犧牲（shēng）陽極的原（yuán）理來保護（hù）鋼材本體。由於鋅的腐蝕速率遠低於（yú）鋼材，因此能有效保護鋼材，大大提高鋼材的耐腐蝕性，從（cóng）而延長其使用壽（shòu）命至數（shù）十年。通常，熱鍍鋅工藝被用（yòng）於塔筒內部結構件（jiàn）的防腐處理。
3、防腐（fǔ）塗層
塗層保護的（de）工作原理是在鋼結構的表麵塗覆一層或多層防腐塗料，以此隔絕海水和空氣的直接接觸，從而延緩腐蝕進程。該技術的關鍵是除鏽和塗料的選擇。常用的塗料類型包（bāo）括環氧樹脂、聚氨酯和含鋅塗料（liào）等，其具備出色的黏附力和耐化學性，能夠有效地阻擋腐蝕侵襲。
近年來，納米技術在防腐塗層領域的（de）應用取得顯（xiǎn）著進展。通過將納米氧化鋅和納（nà）米二氧化鈦等納米材料加到傳統（tǒng）塗料中（zhōng），可提（tí）升塗層的防腐蝕（shí）和抗紫外線性能。例如，加入了納米（mǐ）粒子的環（huán）氧樹（shù）脂塗料，在模擬海洋環境的測試（shì）中比傳統（tǒng）塗料高出50%的耐腐（fǔ）蝕性。此（cǐ）外，正在（zài）研究（jiū）開發的（de）智能（néng）塗層技術能夠在（zài）初期通過顏色變化進（jìn）行（háng）警示，及時提（tí）醒維修。
海上鋼結構防腐（fǔ）塗料噴塗步驟
4、熱噴塗防腐（fǔ）技術
熱噴塗防腐工藝的原理是通過在鋼材表麵噴塗耐腐蝕的金屬或合金層，以為材料提供更（gèng）持久且均勻的保護層。此工藝常用於海上風電偏航軸（zhóu）承（chéng）的防腐處理，目的在於隔絕軸承基體與（yǔ）外界環境的直接接觸（chù）。
5、陰（yīn）極保護技術
我國在海上（shàng）鋼結構中大量采用了陰（yīn）極保護技術，其基本原理是電化學保護。當直流電流被引入（rù）海水中時，會使海上風電設施的金屬結構成為陰極，同時使海水中的其他金屬離子變為（wéi）陽極。因為陰（yīn）極的金屬結構（gòu）不會發生腐蝕，所以這種技術（shù）可以有效地防護海上風電設施不受海水侵蝕。
（資料圖：申能海南CZ2海上風電（diàn）示範項目）
海上風電防腐應注意的問題
根據近幾年東海大橋海上風電場、江蘇如東海上風電場的反饋，鋼結構基礎的（de）腐（fǔ）蝕問題呈普遍性逐步增多趨勢，主要體現（xiàn）在防腐方案不合理、塗層失效、陰（yīn）極保（bǎo）護係統缺陷、防腐材料及施工（gōng）質量不（bú）過關等方麵， 因此， 在海上風電的（de）防腐蝕設計、建造及運行維護等方麵應注意以下問題：
1、設計標準問題（tí）
對於（yú）塔筒（tǒng）結構及鋼樁基礎的防腐（fǔ），主要參照海洋工程鋼結構的防腐方法，國內外相關（guān）的標準規範較多，目前最常用的如（rú）下 ：
ISO12944色漆（qī）和清漆——防（fáng）護漆體係對鋼結（jié）構的腐蝕防護 ；
ISO20340 色漆和（hé）清漆——用於（yú）近海建築及相關結構（gòu）的保護性塗料體（tǐ）係（xì）的（de）性能要求；
NORSOKM501表（biǎo）麵處理和防護塗料；
DNV RP B401陰（yīn）極保護設計；
DNV OS J101海上風（fēng）電機組設計（jì）。
ISO 12944是（shì）目前國際上應用最廣泛的鋼結構防腐蝕塗裝規範（fàn），ISO 20340 和NORSOK M501對海上（shàng）風電防腐蝕塗料體係的性能測試和施（shī）工技術（shù）等做（zuò）出了規定。
2、施工質（zhì）量問題
海上風電由於（yú）其特殊性，安裝完成投入運行後，再進（jìn）行塗層（céng）維護很難，且費用相當高，通常按25年的長期壽命進行塗（tú）層體係設計， 因（yīn）此， 防腐塗料及施工質量要求也相對較高。“三分塗料，七分施工”，選（xuǎn）擇了質量（liàng）滿足要求（qiú）的塗料（liào）產（chǎn）品之後，塗層施工質量的好壞，就決定了最終的保護效果。表麵處理是塗裝工作的第一步，一（yī）般要求噴砂除（chú）鏽達到（dào）Sa2級，同（tóng）時對砂料（liào）、施工環境氣候條件、壓縮空氣等都有相關規定，應嚴格執行。在表麵處理達到要求後，方可進行塗裝施工。應嚴格按照塗料使用說明書的要求進行儲存、配（pèi）料、施（shī）工，為保證（zhèng）質量（liàng），當濕度和溫度條件不（bú）滿足時，嚴禁施工。為（wéi）方便施工監理（lǐ），對每道塗層的（de）顏色一般（bān）都有明確規定。
3、運行中（zhōng）的監檢（jiǎn）測問題
海上風電的鋼結構基礎通常（cháng）采用塗層和陰極保護防腐，這種情況下，陰（yīn）極保護係（xì）統運行效果如何（hé），就需要通過監檢測係統來獲取相關信息進行判定。陰極保護無論是犧牲（shēng）陽極還是外加電流方式，都需要安裝參比電極、電（diàn）流密度探頭等，以獲取保（bǎo）護電位（wèi）、保護電流密度等信息。針對塗層和生物腐（fǔ）蝕問題，國外還有電化學（xué）阻抗、生物腐蝕、腐蝕速率等探頭在海（hǎi）上風電的應用情況（kuàng）。所有探頭信（xìn）息通過數據采集儀定時記錄，由於海上風電的特殊性，數據記錄儀應具備網（wǎng）絡接入功能，傳感器的（de）數據應能及時上傳（chuán）網絡，並自動保存在監測係統（tǒng）或計算機中。
來源綜合自：腐蝕防護之友、SGS工業服務、風（fēng）能產業、萬裏風行、 雲（yún）奇新材料、水漆助手
