海上风力发电机组防腐措施研究

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　　摘  要：由于海上风电机组经常受海水腐蚀，对其正常运行造成了极大的影响，容易引起事故隐患，造成很严重的经济损失，同时还缩短了风电机组的使用寿命。基于此，该文首先分析海上腐蚀环境及风电机组防腐的重要性，以此为基础，探究了海上风力发电机组重要部位的具体防腐措施，旨在提高整体风电机组的防腐效果，延长其使用寿命，减少经济损失。
　　关键词：海上风力发电  发电机组  防腐措施
　　中图分类号：TM315   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（c）-0021-02
　　在近海环境中，持续强风作为可再生资源，为其应用提供了较大可能，海上风力发电机组可充分开发此种能源，但机组在发挥作用的同时，也会受到近海环境的影响，海水具有高浓度氯，充足的水汽将会导致钢结构及其他部位加速腐蚀，影响发电机组的经济性及耐用性，因此需要做好相应的防腐措施，避免钢结构等其他部位受到腐蚀，从而缩短发电机组的使用年限，造成较大的经济损失[1]。
　　1  海上腐蚀环境分析
　　当前，石油、煤炭等能源日益匮乏，温室气体排放对人类的生存环境造成了严重影响，自然界中的风能作为可持续利用、不断再生的绿色能源，具有无污染、分布广泛、能量蕴藏大的特点，受到了人们的广泛关注[2]。海上风能存储远远超出陆地，发展空间广阔，其开发对能源供应结构进行改善。但是，海上风电环境较为复杂，海洋大气区日照长、湿度高、盐雾高，水下区域浸泡海水;浪花飞溅区域干湿交替，生物附着在风力发电机上，具有十分苛刻的腐蚀环境;全浸区主要以生物腐蚀及电化学为主，海水流速大，生物活跃，具有近海泥沙污染，腐蚀较为严重;海泥区则由海底沉积物组成，既有土壤腐蚀特性，又存在海水腐蚀行为，对于钢材腐蚀较为严重。这就对海上风电设备的防腐技术提出了挑战。
　　2  海上风力发电机组防腐蚀的重要性
　　我国陆地开发利用风能储量约为2.53亿kW，而近海风能可开发利用风能储量约为7.5亿kW，远超陆地储量，但海上风电由于地理环境及技术的特殊要求，造价为陆地的2～3倍左右，其修理费用及发电成本较高。海上风电初装成本的并网接线、基础建设、盒安装等费用投资成本份额，随着风电场水深程度及离岸距离的变动而变动，折旧费用也远高于陆地风电场。不仅需要较高研发成本及技术突破瓶颈，风电设备的防腐技术也当务之急。国家能源局副司长指出：海上风电是风电发展的重要任务，海上风机中最大问题在于海上输配电及抗腐蚀及抗盐雾[3]。因此，海洋腐蚀不仅为风电机组埋下极大的安全隐患，减少机组运行寿命，也提高了风电场的建设和运营维护的成本。
　　3  海上风力发电机组防腐蚀的有效措施
　　3.1 钢结构的防腐措施
　　对于海上风电机组而言，钢结构面临着恶劣的腐蚀环境，若是防腐失效将会增加维护成本，因此对钢结构的防腐提出了极高的要求，表面防护层的寿命应当超过15年，达到与风电机组20年寿命等同的目的，且这20年之间，腐蚀深度小于0.5mm。防腐涂料设计遵循基本原则，即基层材料底漆应具有较强防腐能力与附着能力，有阴极保护能力，中间漆则可以牢固面漆与底漆，屏蔽效果佳，以防水汽、氧等腐蚀介质渗入其中，面漆则耐候性、耐腐蚀、耐老化性高，且存在相应的耐沾污性，减少维护频率[4]。钢结构若处于海洋大气环境中，如塔筒外壁，可使用常见防腐涂料，中间漆为环氧云铁漆，三层防腐涂层“环氧富锌底漆、环氧云铁漆、脂肪族聚氨酯面漆”，若是中间选用玻璃鳞片作为涂料，则底漆不能太厚，选择具有良好耐久性的聚硅氧烷涂料为面漆。塔筒基础平台可能会受到海浪冲刷，可采取环氧玻璃鳞片方案或无溶剂环氧漆方案。塔筒梯子钢结构不规则，地层可使用热浸锌方法，以避免盐雾渗透腐蚀，并在外层添加复合涂层，可将耐磨性及防腐性进一步增强。
　　3.2 混凝土桩基的防腐措施
　　依据海上风电机组的不同环境位置，其混凝土基座可分为表湿区及表干区。其中，表干区使用涂层保护即可。而表湿区由于腐蚀混凝土因素较多，腐蚀情况严重，为了延长使用寿命，确保风电机组运行中混凝土基座使用正常，可以用钢筋阻锈剂、环氧涂层钢筋结合涂层保护实现防腐。涂料防护依据致密的涂层结构、屏蔽腐蚀介质能力、涂层附着力达到装饰及防护混凝土的双重功效，混凝土基座结构使用防腐涂料效果较好[5]。表湿区的防腐涂料应当具有耐磨损、耐老化、耐冲击等性能，涂料分为3层，即“环氧树脂封闭漆、环氧树脂漆、乙烯树脂漆”。
　　环氧涂层钢筋适合在表湿区混凝土基座中使用，混凝土性能较高，掺杂钢筋阻锈剂，禁止与外加电流阴极保护功能使用。
　　3.3 发电机组电气元件的防腐措施
　　发电机组电气部件主要包含变压器、发电机、控制柜及驱动电机等。主要防腐措施则是将设备外壳防护等级提高，将电气设备与空气隔绝，以减轻腐蚀程度，但是由于部分电气设备运行过程中需要散热，导致设备运行与防腐形成了一定的矛盾。发电机组作为持续旋转的设备，高效散热才能保证其运行正常，若是发电机散热系统为常规密闭冷却空间，其内部结构则不需要使用防腐措施，仅对外部防腐即可。而通常情况下，发电机在散热中无法实现密闭结构冷却，因此需要做好转子线包及定子铁芯的防腐工作。铁芯材料一般选择耐腐蚀材料，转子线包则通过真空浸漆工艺与氟硅橡胶相结合提高防腐能力，对于工艺设计具有较高要求，保证设备防腐与散热的平衡。海上风机通常使用干变箱室变压器，直接空气冷却散热，防腐可在变压器铁芯上浇筑绝缘树脂;控制柜对散热需求低，可使用提高防护等级、隔绝空气的措施來进行防腐，部分散热需求较大的控制柜，则可以安装小型空调实现对柜内温度的控制，环境温度控制在20℃～25℃范围内，相对湿度控制在35%～50%范围内，每天换气3～5次，室内正压约为20～60Pa，尽可能选择新风口腐蚀气体浓度较低的部位;驱动电机则是运转频率低，功率较小，可使用密闭空气隔绝的方法防腐，外壳增加散热面积即可。
　　3.4 外露连接部位的防腐措施
　　通常有大量高强度螺栓在风电设备上，表面防腐工艺通常为达克罗涂层，国内称其为锌铬涂层。此工艺具有耐热、耐腐蚀的特点，但其耐磨性较差，表面硬度低。风电机组高强度螺栓的紧固扭矩一般较大，小扭矩约为几百N·m，大扭矩则超过几千N·m，紧固螺栓中应用液压扭力扳手，对于螺栓表面锌铬涂层则会造成一定损坏。且部分出厂螺栓并未达到相应的防腐工艺需求，出现表面碰伤、涂层较薄的问题，降低了螺栓表面的防腐蚀能力，导致螺栓在使用短时间内出现腐蚀生锈的情况。所以，可使用冷喷锌作为防腐工艺的补充，或是加强保护螺栓连接位置的漆膜，或使用橡胶密封，为螺栓提供双重防腐防护。
　　4  结语
　　总之，在海上进行风能的开发利用，若是没能解决好防腐问题，由腐蚀导致的风电机组故障将会对机组运转效率及发电量造成严重影响，甚至腐蚀严重时会造成大面积风电机组故障倒塌等问题。因此，上述从钢结构、混凝土桩基、发电机组电气元件、外露连接部位等方面的防腐措施进行详细论述，以期为相关工作者提供参考。
　　参考文献
　　[1] 罗莎莎，李鑫泉，钟虎平，等.海上风电叶片接闪器防腐蚀研究[J].山东化工，2017，46（16）：16-18，23.
　　[2] Bobzin Kete M，Knoch M.A.，王玉.海上风力发电机组热喷涂ZnAl15防腐涂层的特性[J].热喷涂技术，2017，9（1）：45-49，64.
　　[3] 官春光，胡芳.海上风力发电机组防腐研究简述[J].福建水力发电，2016（2）：62-64.
　　[4] 王江，孙明松.浅谈风力发电机组塔架的防腐及其工艺[J].民营科技，2015（5）：26.
　　[5] 胡勇.试论风力发电机零部件的防腐处理[J].科技与企业，2014（14）：348.
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