隨著國際能源危機(jī)的不斷攀升以及低碳經(jīng)濟(jì)的日益凸顯，作為一種新興的清潔能源，海洋風(fēng)電技術(shù)日益成熟，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也日益穩(wěn)定，風(fēng)能已成為可再生能源的重要選擇。我國海岸線遼闊，海上資源儲備豐富，水深5-50米海域，100米高度的海上風(fēng)能資源開放量為5億千瓦。然而，與陸地風(fēng)電相比，海上風(fēng)電所處的高濕度、高鹽霧、長日照、海水、海泥、漂浮物、浮冰等惡劣的海洋環(huán)境，必然使海上風(fēng)機(jī)面臨嚴(yán)峻的腐蝕考驗，腐蝕與防護(hù)問題已成為海上風(fēng)電遇到的技術(shù)難題之一，如何進(jìn)行防腐蝕設(shè)計是重中之重。

1腐蝕環(huán)境

海上風(fēng)電設(shè)計壽命一般在25年以上，其防腐蝕設(shè)計壽命也應(yīng)超過25年，同時腐蝕控制系統(tǒng)也必須能夠承受各種環(huán)境的考驗，比如海泥、海水、浪花飛濺、海洋大氣以及持續(xù)的機(jī)械損傷、磨損等，結(jié)合海洋腐蝕環(huán)境分區(qū)及海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)所處的位置，以單樁基礎(chǔ)的風(fēng)機(jī)為例，海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)可分為四個環(huán)境分區(qū)（見圖1），而環(huán)境分區(qū)、腐蝕環(huán)境分區(qū)與環(huán)境腐蝕性三者之間的關(guān)系見表1。


注：Im2表示海水或微咸水環(huán)境，Im3表示土壤環(huán)境，Im4表示受陰極保護(hù)結(jié)構(gòu)所處的海水或土壤環(huán)境，C4、C5、CX表示具有不同腐蝕性的大氣環(huán)境。

從圖1和表1中可以看出，區(qū)域1對應(yīng)于內(nèi)外部海洋腐蝕環(huán)境的全浸區(qū)和海泥區(qū)，其環(huán)境腐蝕性等級可定義為Im2/Im4和Im3/Im4。區(qū)域2對應(yīng)于內(nèi)外部海洋腐蝕環(huán)境的飛濺區(qū)、潮差區(qū)和低水位區(qū)，然而對于該區(qū)域，不同的標(biāo)準(zhǔn)中有不同的劃分方法，IEC 61400-3-1和DNVGL-RP-0416中定義為飛濺區(qū)，其上限為重現(xiàn)期為1年的最高靜水位加上重現(xiàn)期為1年的有以波高的波峰高度，其下限為重現(xiàn)期為1年的最低靜水位減去重現(xiàn)期為1年的有義波高的波谷深度；而NB/T 31006[7]中定義為浪濺區(qū)，其上限可按照式（1）計算，下限可按照式（2）計算。區(qū)域3對應(yīng)于海洋腐蝕環(huán)境的大氣區(qū)，該區(qū)域直接與外部海洋大氣直接接觸，IEC 61400-3-1和DNVGL-RP-0416中規(guī)定該區(qū)域的環(huán)境腐蝕性等級為C5或CX。區(qū)域4也為海洋腐蝕環(huán)境的大氣區(qū)，但該區(qū)域位于塔架、機(jī)艙-葉輪內(nèi)部，不與外部海洋大氣直接接觸，IEC 61400-3-1[5]中規(guī)定該區(qū)域的環(huán)境腐蝕性等級為C4，但采取腐蝕環(huán)境控制措施的機(jī)艙內(nèi)部，其環(huán)境腐蝕性可達(dá)到C3或以下。

式中：U1等于0.6H1/3，H1/3為重現(xiàn)期100年有效波高的1/3，單位為m；U2為最高天文潮位，單位為m；U3為基礎(chǔ)沉降，單位為m。

式中：L1等于0.4H1/3，H1/3為重現(xiàn)期100年有效波高的1/3，單位為m；L2為最低天文潮位，單位為m。

2海上風(fēng)機(jī)

2.1基礎(chǔ)

海上風(fēng)機(jī)常用的基礎(chǔ)形式有單樁基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)、三角架式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)、多樁式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)和漂浮式基礎(chǔ)。單樁基礎(chǔ)、三角架式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式基礎(chǔ)、多樁式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架式和漂浮式基礎(chǔ)通常為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，所處環(huán)境分區(qū)為區(qū)域1~區(qū)域3，區(qū)域1一般采用涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)的方式進(jìn)行腐蝕控制，區(qū)域2通常采用腐蝕預(yù)留和涂層聯(lián)合保護(hù)的方式進(jìn)行腐蝕控制，陰極保護(hù)也能對該區(qū)域的腐蝕控制起一定作用，區(qū)域3一般采用涂層進(jìn)行腐蝕控制。涂層可參考ISO 12944-5、ISO 12944-9、Norsork M-501、GB/T 31817[14]或NB/T 31006[7]進(jìn)行設(shè)計（見表2），從表2中可以看出，國內(nèi)大氣區(qū)C5腐蝕環(huán)境等級的涂層配套的標(biāo)準(zhǔn)主要參照了國外標(biāo)準(zhǔn)ISO 12944-5，具體方案是富鋅底漆+環(huán)氧中間漆+聚氨酯面漆，總膜厚320mm；國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)未體現(xiàn)CX腐蝕環(huán)境等級的涂層配套，而ISO12944-9和Norsok M-501標(biāo)準(zhǔn)中采用富鋅底漆+環(huán)氧中間漆+聚氨酯面漆，總膜厚280mm，CX環(huán)境腐蝕性比C5高，但涂層配套卻比C5要求低，邏輯上不是很嚴(yán)謹(jǐn)，期望后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)更新時能解決該問題；飛濺區(qū)內(nèi)外部的涂層厚度一般要求600mm以上，并采用聚氨酯面漆可以增強(qiáng)涂層抗紫外線的能力；全浸區(qū)內(nèi)外部的涂層厚度一般要求350mm以上；海泥區(qū)一般不采用涂層。陰極保護(hù)通常采用犧牲陽極陰極保護(hù)，也有采用外加電流陰極保護(hù)的情況，陰極保護(hù)常參考DNV-RP-B401、NACE SP0176、GB/T 33423、NB/T 31006、JTS 153-3等進(jìn)行設(shè)計，腐蝕預(yù)留可參照DNVGL-RP-0416[或NB/T 31006選取。重力式基礎(chǔ)一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可采用涂料體系進(jìn)行腐蝕控制。


2.2塔架和機(jī)艙-風(fēng)輪組件

塔架和機(jī)艙-風(fēng)輪組件所處的環(huán)境為區(qū)域3和區(qū)域4，區(qū)域3鋼質(zhì)部件所采取的腐蝕控制措施包括防腐涂料、熱噴涂、熱浸鍍鋅、復(fù)合涂層（熱噴鋅/熱浸鍍鋅+涂料）、達(dá)克羅、耐蝕材料、陽極氧化、電鍍等，防腐涂料及復(fù)合涂層配套可參考ISO 12944-5、ISO 12944-9、Norsok M-501、GB/T 31817、GB/T 33630、NB/T 31006進(jìn)行設(shè)計（見表2），從表2中可以看出，國內(nèi)大氣區(qū)C5腐蝕環(huán)境等級的涂層配套的標(biāo)準(zhǔn)主要參照了國外標(biāo)準(zhǔn)ISO 12944-5，具體方案是富鋅底漆+環(huán)氧中間漆+聚氨酯面漆，總膜厚320mm，塔筒外表面也可以采用熱噴鋅+封閉漆+環(huán)氧中間漆+聚氨酯面漆涂層配套方案，總膜厚340mm；對于風(fēng)機(jī)內(nèi)部C4環(huán)境腐蝕性等級的區(qū)域，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)取消了面漆，但總膜厚基本與國外標(biāo)準(zhǔn)一致。熱噴涂、熱浸鍍鋅、達(dá)克羅應(yīng)分別符合ISO 2063-1、ISO 1461和ISO 10683中的要求，耐蝕材料一般采用不銹鋼或鋁合金，為增強(qiáng)其防腐性能或外觀需要，可在耐蝕材料外表面采用涂料進(jìn)行涂裝；區(qū)域3的葉片為環(huán)氧玻璃鋼或聚酯玻璃鋼材質(zhì)，通常采用膠衣或聚氨酯涂料進(jìn)行防腐，對于葉片涂層的性能要求可參考ISO TS19392-1，葉片涂層設(shè)計可參考GB/T 31817。區(qū)域4除了區(qū)域3所用到的腐蝕控制措施外，還可以采用控制風(fēng)機(jī)內(nèi)部環(huán)境（如溫度、濕度、鹽霧）的方式來控制腐蝕，環(huán)境控制的要求可參考GB/T 33630，典型的環(huán)境控制系統(tǒng)如圖2所示，總體設(shè)計是塔筒、機(jī)艙盡量密封，然后采用鹽霧過濾器和除濕機(jī)設(shè)備過濾鹽霧、除濕和通風(fēng)散熱，并形成微正壓，使得內(nèi)部空氣往外流，從而控制內(nèi)部環(huán)境，一定程度上降低環(huán)境腐蝕性。電氣/電控設(shè)備一般處于環(huán)境區(qū)域4，但這些設(shè)備的外殼往往很?。?le;4mm）而不能采用噴砂表面處理后涂裝油漆，因此，對于這些設(shè)備的外殼，可采用不銹鋼材質(zhì)或者粉末靜電噴涂防腐。


3海上升壓站

海上升壓站所處的環(huán)境分區(qū)為區(qū)域1~區(qū)域3，海上升壓站平臺一般由多層鋼結(jié)構(gòu)平臺組成，包含甲板、立柱、欄桿、爬梯護(hù)籠、梁、斜撐管等部件，以及配合設(shè)備安裝的管件、緊固件、支架，主要參考海洋平臺的防腐標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行腐蝕控制設(shè)計，各環(huán)境分區(qū)的主要腐蝕控制方法與海上風(fēng)機(jī)類似，涂層主要參考ISO 12944-5、Norsok M-501、NACE SP0108等進(jìn)行設(shè)計，陰極保護(hù)可參考DNV-RP-B401、NACE SP0176、NB/T 31006等進(jìn)行設(shè)計，還有采用熱噴鋅、熱浸鍍鋅、復(fù)合涂層、不銹鋼、鋁合金等腐蝕控制方法。對于海上升壓站的變壓器，內(nèi)壁可采用耐油耐高溫的環(huán)氧酚醛涂料防腐，外壁可采用環(huán)氧富鋅+環(huán)氧玻璃鱗片漆+聚氨酯面漆防腐，散熱器可采用環(huán)氧玻璃鱗片漆+聚氨酯面漆防腐[]。海纜通常由銅芯、絕緣層、阻水層、護(hù)套層、鎧裝層、外被層等結(jié)構(gòu)組成，而金屬材質(zhì)的鎧裝層一般僅由瀝青帶組成的外被層保護(hù)，時間一長容易受到海纜所處的海泥微生物、海水環(huán)境的侵蝕，同時，外被層一旦破壞，金屬鎧裝中的電流也會造成電腐蝕，從而加速鎧裝層的腐蝕，因此，加強(qiáng)海纜尤其是鎧裝層的腐蝕控制尤為重要，可改進(jìn)外被層的涂層防腐工藝或采用陰極保護(hù)的方式進(jìn)行腐蝕控制。

4結(jié)語及展望

腐蝕問題是海上風(fēng)電面臨的一項重要挑戰(zhàn)，做好防腐蝕工作既有利于降低全生命周期度電成本，也有利于提高風(fēng)電設(shè)備的可靠性和安全，因此尤為重要，目前國內(nèi)外雖然制定了一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來指導(dǎo)海上風(fēng)電的防腐蝕設(shè)計，但尚未形成ISO海上風(fēng)電防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)且標(biāo)準(zhǔn)體系亟待完善，而防腐蝕技術(shù)主要集中在涂層、陰極保護(hù)和耐蝕材料技術(shù)，隨著海上風(fēng)電技術(shù)及防腐蝕技術(shù)的日益成熟，可以預(yù)見未來海上風(fēng)電的防腐蝕技術(shù)將會有以下發(fā)展趨勢：

（1）防腐蝕方案逐漸環(huán)?；?，隨著全球?qū)Νh(huán)保意識越來越高、對環(huán)保要求越來越嚴(yán)，防腐涂料的VOC排放將會是制約防腐行業(yè)的一大重要因素，近年來環(huán)保型的水性涂料、無溶劑涂料不斷涌現(xiàn)，但環(huán)保型的涂料從防腐性能上卻比傳統(tǒng)的溶劑型涂料差，不過隨著環(huán)保型涂料技術(shù)的進(jìn)步，未來必然會替代或部分替代傳統(tǒng)的溶劑型涂料。

（2）逐步實現(xiàn)全生命周期腐蝕控制，從全生命周期的角度考慮防腐蝕問題是海上風(fēng)電設(shè)備全生命周期成本最優(yōu)的要求，需要從設(shè)計、制造、運(yùn)輸、貯存、安裝、運(yùn)維、延壽/報廢等全生命周期全過程全方位做好防腐蝕工作，提高設(shè)備可靠性，降低全生命周期腐蝕成本。

（3）建立全球完善的海上風(fēng)電防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)體系，目前海上風(fēng)電的防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)主要是歐洲各國家制定的國家標(biāo)準(zhǔn)，比如挪威、德國，但尚未形成全世界普遍認(rèn)同的ISO標(biāo)準(zhǔn)，另外，這些標(biāo)準(zhǔn)還主要集中在海上風(fēng)電機(jī)組上，而國內(nèi)的行業(yè)、國家標(biāo)準(zhǔn)主要參考國外標(biāo)準(zhǔn)制定。隨著海上風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展，技術(shù)逐步成熟，可以預(yù)見，未來勢必會形成完善的海上風(fēng)電場的防腐蝕ISO標(biāo)準(zhǔn)體系。