近年來，海上風電發展勢頭（tóu）強烈，各項優勢都顯（xiǎn）示著海上風電將是未來風（fēng）電的大勢所趨。然而，與陸上風電相比，海上風電所處環境更為複雜，海洋大（dà）氣（qì）區高濕度、高鹽霧、長日照，浪花飛濺區幹濕交替（tì），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（chū）了嚴（yán）峻挑戰，同時海上風電（diàn）由於其特殊的地理環境和技術要求，維修費用極高。因此（cǐ），海洋（yáng）腐蝕（shí）不但給海上風電機組帶來巨大安（ān）全隱患，縮短機組運營壽命（mìng），也大大增加了風電的建設投資和運行維護成本。
海上風電機組
海（hǎi）上（shàng）風電機（jī）組（zǔ）主要由水下基礎、塔架、機（jī）艙、輪轂和（hé）葉片等部分組（zǔ）成，具體構（gòu）造上不（bú）同廠家的風機存在一些（xiē）區別，大部分廠家將主軸、軸承座（zuò）、齒輪箱、聯軸器（qì）、機械刹車、發電機、變壓器、變槳係統、電控係統等集成在（zài）機艙和輪轂內部，以減少（shǎo）現場安裝工作量。
水下基礎從材料角（jiǎo）度主要有鋼結構基礎和鋼筋混凝土（tǔ）結構基礎；從（cóng）結構形（xíng）式分主要有重（chóng）力式基礎、單樁基礎、群樁（zhuāng）基礎、導管架基礎、吸力式筒形基礎等固定式基礎和漂（piāo）浮式基礎等。
目前海上風機的高度一般在80～110m的範圍內，按（àn）部位（wèi）劃分，風機基礎結構處（chù）於浪花飛濺區、潮差區、全浸區及海泥區， 風（fēng）機的機艙、 輪轂、 葉片和塔架等處於海洋大氣（qì）區範圍內。
（資料圖（tú）：中船海裝）
海上風電機組的腐蝕環境
海上風電場處於嚴酷的應用環境之中，不僅有著腐蝕問題，還（hái）會有物（wù）理性的撞擊（jī）和（hé）海洋生物的影響等。從環境的不同特點出發，海上風機總體處於5個不同的部分，分別為海洋大氣區、浪花飛濺區、潮（cháo）差區、全浸（jìn）區和海泥區。
1、海洋大氣區
高濕、高鹽（yán）是海洋大氣的特點，海洋大氣中的水蒸氣在（zài）毛細管作用、吸附作用和化學凝結（jié）作用等的影響下，容易附著（zhe）在（zài）鋼鐵表麵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（lí）子和（hé）其它一些（xiē）鹽分， 是導電性很強的電解（jiě）質溶液。鋼鐵表麵的不均勻使得表（biǎo）麵（miàn）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（shí）腐蝕最為（wéi）嚴重。另（lìng）外晝夜的幹濕交替，對腐蝕有加速作用。
水（shuǐ）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（féng）隙腐蝕等局部腐蝕，使得鋼鐵表麵難以形成長期穩定的致密鏽層，導致（zhì）腐蝕率上升。
2、浪花飛濺區
在浪花飛濺區，海水膜（mó）潤濕時間長、幹（gàn）濕交替頻率快、海鹽（yán）離子大量積聚，同時飛濺的海（hǎi）浪粒子衝擊和海風等使得供氧充分，是造成腐蝕速度加劇的（de）重要因素。飛濺海（hǎi）水中的氣泡會衝擊破（pò）壞材料表麵， 使得該部分的防腐塗層（céng）很容易脫落。因此（cǐ）在整（zhěng）個海洋（yáng）環境中，浪花飛濺區是腐（fǔ）蝕最為嚴（yán）重的區域。
3、潮差區
鋼（gāng）結構基礎的水下區與潮差區部分（fèn）由於氧含量不同而形成氧濃差電池，潮（cháo）差區部分由於供氧充分而成為宏觀電池的陰極區，水下部（bù）分則變為陽極向陰極區提供保護（hù）電流，而使得（dé）潮差區部分腐蝕較輕。
海洋生物能夠棲居在潮差區結構的表麵，如果附（fù）著生（shēng）物均勻分布，會在結構表麵形成保護膜從而減輕腐蝕，如果局部附著，則會因供氧不同而導致（zhì）附著（zhe）物下麵的鋼表麵腐蝕嚴（yán）重。
4、全浸區
在全浸（jìn）區，以（yǐ）電化（huà）學和（hé）生（shēng）物腐蝕為主，又分為淺水區（低（dī）潮位以下（xià）20～30米以內） 、 大陸架全（quán）浸區 （30～200米水深區）和深（shēn）水區（200 米以下）。
淺（qiǎn）水（shuǐ）區（qū）海水流速大，存在近海化學和泥沙汙染，溶解氧和二氧化碳（tàn）處於飽和狀（zhuàng）態，生物活躍，水溫較高，是全浸區腐蝕較為嚴（yán）重的部分。
隨（suí）著（zhe）水深的（de）增加，海水流速降低，水溫下降，含氣量降低，生物活動減少（shǎo），腐（fǔ）蝕以電化學（xué）腐（fǔ）蝕為主，相對淺（qiǎn）水區較輕。隨著深度進一步增大，壓力增（zēng）大，礦物鹽的溶解量下降，水（shuǐ）溫、含氣（qì）量、水流進一步（bù）降低。腐蝕以電化學腐蝕和應力腐蝕為主，相對較輕。
5、海泥區
海泥區位於全浸區（qū）以下，主要由海底沉積物構成。海（hǎi）底沉積物的物理性質、化學性質和生物性質隨海域和（hé）海水深度（dù）的不同而不（bú）同（tóng）。海泥實際是飽和了海水的土（tǔ）壤，它既有土壤的腐蝕特點（diǎn），又有海水的腐蝕（shí）行（háng）為。相對來講，海泥區的腐蝕較輕。當海泥中存在（zài）硫酸鹽還原菌時，它會在缺氧環境（jìng）下生長繁殖，對鋼材造成比較嚴重的腐蝕。
碳鋼（gāng）在（zài）海洋環境中的不同區帶表（biǎo）現出（chū）不同的（de）腐蝕特征，在（zài）海水中的（de）腐蝕主要包括物理、化學和生物（wù）的（de）影（yǐng）響，應結合不同的（de）特征采取（qǔ）針對性地防腐蝕措施。
海上風（fēng）電機組腐蝕類型
海上風力（lì）發電（diàn）機組在海洋環境中麵臨著（zhe）嚴（yán）重的腐蝕問題。根據不（bú）同的腐蝕形態（tài）和原因，可（kě）以將腐蝕分為以下幾種主（zhǔ）要類型：
1. 海水腐蝕：海水（shuǐ）是一種（zhǒng）複雜的電解質，含有高鹽度、微生（shēng）物和溶解氣體等成分（fèn）。這些成分對海上風力發電機組產生強烈的腐蝕作用。
2. 海洋微生物腐蝕：海（hǎi）洋微生物在代謝過程（chéng）中（zhōng）產生（shēng）各種化學物質，這些物質（zhì）可（kě）能與金屬表麵發生化學反應，導（dǎo）致（zhì）嚴（yán）重的腐蝕。
3. 疲勞腐蝕：由於風力發電機組在運行過程中經曆周期性的載荷變化（huà），導致金屬表（biǎo）麵產（chǎn）生（shēng）疲勞裂紋，最終導致腐蝕斷裂。
4. 應（yīng）力腐蝕（shí）：由於運行過程（chéng）中（zhōng）承受的應力和腐蝕介質共同作用，使金屬材料（liào）產生應力腐蝕開裂。
5. 生物汙損腐蝕：海洋生物附著在風力發電機組表麵，它們的生命活動和死亡後（hòu）留下的殘骸加速了材料的腐蝕。
（資料圖：廣納納（nà）米）
海上風（fēng）電機組防腐技術（shù）
海上風電機組不同於海上（shàng）鑽（zuàn）井平台，受到腐蝕時可以隨時修補，海上風電機組由於其特殊的地理環境和技術要求，維修費（fèi）用極（jí）高（gāo）。由於（yú）上述原因，很（hěn）容易使海上風電電力傳輸設施發生短（duǎn）路故障，甚至釀成火災等安全重大事故。因此，海上風機的防護，需要進行係統化的設計、規劃、實施。
塔架的防腐設計
海上風機塔架按照（zhào）機型可分為近海和沿海灘塗的底座式和近海和深海的浮體式兩（liǎng）種。風電塔架的腐蝕保護主要是基於其腐蝕環境ISO12944C5-M，對於浸水區域按（àn）I㎡。推薦（jiàn）的幹（gàn）膜（mó）厚度為320~500μm(大氣（qì）腐蝕環境C5-M)和400~1000μm(海水浸泡（pào）環境I㎡)，可以達到15年（nián）以上的無需維修使用壽命周期。
對於近（jìn）海的鋼結構還有2003年發布的ISO20340標（biāo）準《色漆和清漆用於近海建築及相（xiàng）關結構的保（bǎo）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（wēi）觀腐蝕環境（jìng）和腐蝕因素。
（資料圖：天順風能）
葉片的防腐設計
JB/T10194－2000中指出，設（shè）計和製造葉（yè）片時要考（kǎo）慮環境（jìng）因素（sù）的影響，應進行耐（nài）環境設（shè）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（bào）露在腐蝕（shí）性環境條件下並且不容易接近。由於運行條（tiáo）件的（de）原因，在（zài）許多情況（kuàng）下不可（kě）能重做防腐層（céng），因此（cǐ）重視設計、材料選擇和防腐保護措（cuò）施特別重要，防腐和減輕腐（fǔ）蝕的結構設計對防腐（fǔ）的（de）實施、效果和可修理性具有重大的影（yǐng）響。
對於不能通過塗層或鍍層來防腐的部位，可以選用適（shì）當的材料。複合材（cái）料葉片應采用膠衣保護層，但沒有相應的指標規（guī）定。標準認定的環境條件包括溫度、濕（shī）度、鹽霧、雷電、沙塵、輻射六項（xiàng）。在“MW級風力發電機組風輪葉片原材料國產化”的“863”計劃（huá）中，要求葉片表（biǎo）麵保護塗料能提高葉片耐紫外線老化、耐風沙侵蝕以及耐（nài）濕熱、鹽霧腐蝕能力，適（shì）應我國南北方不（bú）同極端（duān）氣（qì）候（hòu）條件下風電場的使用需求，保證風輪葉片20a的設計使（shǐ）用壽命。
（資料圖：中國鐵建港（gǎng）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腐塗料體係。
（2）塔架基礎（chǔ）的防腐設計塔架基礎埋地鋼筋同樣麵臨腐蝕，但一般（bān）被忽視而未采取（qǔ）防腐措施，一旦出現問題則難以處置。其防腐方法可采（cǎi）用一般（bān）建築用鋼筋防腐塗料，或者（zhě）針對性設計和選擇塗料品種，在基礎澆注前進行防腐塗裝。
（3）機艙罩、整流罩的防（fáng）腐（fǔ）設計一般采用風機葉片塗料體係。
（4）變壓器的防腐設計一般為落地箱式，北方寒旱環境（jìng）下沙塵、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（tǎ）架外防護塗料體（tǐ）係（xì）。海上風機的箱式變壓器采用絕緣樹脂澆注實現變壓（yā）器鐵芯防腐蝕。
（5）控製櫃、開關櫃的防腐設計（jì）配電箱/電器櫃等鈑金（jīn）結構件目前一般使用粉末塗料，主要是采用提高防護（hù）等（děng）級（jí）隔絕空氣來（lái）實現整體防腐蝕。
（6）發電機、齒輪箱的防腐設計雙饋型風機，因其轉速較（jiào）高，因此發電（diàn）機采用常規的密閉冷（lěng）卻散熱係統，內部構造無需考慮防腐，隻需利（lì）用結構件防腐方法解（jiě）決外表防腐問題。永磁直驅型風機，將鐵芯設計（jì）為防腐蝕材料，而轉子線包（bāo）則采用真空浸漆工藝（yì）配合氟矽橡膠材料（liào）加強防腐（fǔ），確保（bǎo）散熱和防腐達到一種平衡（héng）。
海上風電機組防腐要求
我們（men）以GB/T 33630-2017《海上風力發電機組 防腐要求 》為例，來（lái）看一下海上風電的測試要求：
一、海上風力發電機組腐蝕（shí）環境區域按照嚴（yán）酷等級劃（huá）分如下：
二、根據以上的腐蝕環境，我們（men）來具體看看（kàn）風力發電機組各部分結構的防護層的性能要求（qiú）：
1.鋼製（zhì）結構（gòu）件防護（hù）塗層性能要求
2.葉片防護塗（tú）層性能要求
3.機艙罩、導流罩膠衣塗層性能要求
海上風機常用的防腐措施
1）葉片、輪轂罩、機艙罩是由玻璃（lí）鋼製成（chéng），材（cái）料的本身具有防腐蝕性能。
2）塔架（jià）、輪（lún）轂、主機架、齒輪箱、發電機（jī）等金屬部件，多采（cǎi）取的是噴塗油漆的（de）防腐方案，機組外部防腐等級C5-M，內部C4。
3）整個機艙為密（mì）閉結構（gòu），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置，保證隻有少量的含有（yǒu）鹽分（fèn）的空氣（qì）進入機艙，減小空氣中（zhōng）的鹽分對機艙內部件的腐蝕。
4）機艙外表直接暴露在空（kōng）氣中的金屬零部件，如水冷散熱器支架、航空燈支架等（děng）均可采用不鏽鋼材料（liào），以增加抗腐蝕能力。
5）在高濕度地區，發電機、控製櫃等電氣（qì）元件等處可增加加熱除濕係統，在（zài）濕度傳感器發出信（xìn）號後，控製各部位的（de）加熱器進（jìn）行加熱除濕（shī），避免潮（cháo）濕環境對機組的影響。發電（diàn）機也可以采用特種絕緣材料（liào），提高發電機滑環室的防護等級（jí）。電氣（qì）線路板采用防腐塗層，電氣母排采用鍍鎳（niè）工藝，提高防腐等級。
6）針對沿（yán）海的氣候條件特點，在齒輪箱、液壓係統等重（chóng）要部件上，配（pèi）置了高精度的空氣過濾器，最大限度減少鹽霧進入箱體內部的可能（néng）；並（bìng）在潤（rùn）滑油液壓油的選擇上，選用油水分離性能更好的型號，使得混入箱體的含鹽（yán）水溶液（yè）難（nán）以融入油液，並迅速被大容量、高精度的油液過濾器所（suǒ）攔截（jié），以防止含（hán）鹽水溶液（yè）混（hún）入油液後（hòu）加（jiā）劇對（duì）齒（chǐ）麵、軸承、液壓元器（qì）件的磨損。
7）使用鋅（xīn）鉻膜（達克羅）塗層工藝技術對各連接件進（jìn）行（háng）處理。鉻酸在處理時使工件表麵形成不易被腐蝕的（de）稠密氧化膜，而且，由於達克羅幹膜中（zhōng）鉻酸化合物不含結晶水，其抗高溫性及加熱後的（de）耐（nài）蝕性能也很好。
8）海上（shàng）風機水下構築物采用陰極保護。
（資（zī）料（liào）圖：東方風電）
海（hǎi）上風機鋼結構防（fáng）腐措（cuò）施
正值風電設備更新換代之際，大型機組不僅需要優質鋼材，更需要較高的處理（lǐ）工藝，以確保在海風、海（hǎi）浪中保持堅固的結（jié）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鋼和普通碳素鋼之間的特殊材料，其最大特點在於耐鏽蝕和抗腐蝕性，使用壽命遠超普通鋼材。在（zài）工（gōng）程實踐中，耐候鋼無需塗裝即可使用，作為結構材料表現出（chū）色，能有效（xiào）降低鋼結（jié）構（如橋梁）在整個壽命周期內的總成本。在實際應用中，耐候鋼能有效抵抗長期風吹（chuī）雨打（dǎ）帶來的（de）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
熱浸（jìn）鍍鋅（xīn）是將（jiāng）鋼材浸入（rù）熔融（róng）狀態的液態鋅中，在其表麵形成一層合金保護層的防腐方法。鋅的作用在於既（jì）可以在鋼（gāng）材表麵形成（chéng）一層致密的保護（hù）塗（tú）層，阻隔空氣與鋼材接觸，並利用犧牲陽（yáng）極的原理來保護鋼材本體。由於鋅的腐蝕速率遠低於鋼材，因此能有效保（bǎo）護鋼材，大（dà）大提高鋼材的耐腐蝕性，從而延長其使用壽命至數十年。通常，熱鍍鋅（xīn）工（gōng）藝（yì）被用於塔筒內部結構件的防腐處（chù）理。
3、防腐塗層
塗層保護的工（gōng）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（jiē）觸，從而延緩腐蝕進程。該（gāi）技術的關鍵是除（chú）鏽（xiù）和塗（tú）料的選擇。常用的塗料類型包（bāo）括環氧樹脂、聚氨酯和含鋅塗料等，其具備出色的黏附（fù）力和耐化學性，能夠有效地阻擋腐蝕侵襲。
近年來，納米（mǐ）技術在防腐塗層領域的應用取（qǔ）得顯著進展。通過將納米氧化鋅和納米二氧化鈦等（děng）納米材料加到（dào）傳統塗料中，可提升塗層（céng）的防腐蝕和抗紫外線（xiàn）性能。例如，加（jiā）入了納米粒子的環氧樹脂塗料（liào），在模擬海洋環境的測試中比傳統塗料高出50%的耐腐蝕性。此外，正在研究開發的智能塗層技術能夠（gòu）在初期通過顏色變化進行警示，及（jí）時提醒維修。
海上鋼結構防腐塗料噴塗步驟
4、熱噴塗防腐技術（shù）
熱噴（pēn）塗防腐工藝的原理是通過在鋼材表麵噴塗耐腐蝕的金屬（shǔ）或合金層，以為材料提供更持久且均勻的保護（hù）層。此工藝常用（yòng）於海上風電偏航軸承的防腐（fǔ）處理（lǐ），目（mù）的在於隔絕軸承基體與外界環境的直（zhí）接接觸。
5、陰極保護技術
我國在海上（shàng）鋼結構中大量采用了陰極保護（hù）技術，其基本（běn）原理是電化學保護。當直流電流被（bèi）引入海水中時，會使海上風電設施的金屬結構成為陰（yīn）極，同時使海水中的其他金屬離子變為陽極。因為陰極的金屬結構不會發生腐蝕，所以這種（zhǒng）技術可以有效地防護海上風電設施（shī）不受海水侵蝕。
（資（zī）料圖：申能海南CZ2海上風電示範項目）
海（hǎi）上（shàng）風電防腐應注意的（de）問題
根據近幾年（nián）東海（hǎi）大橋海上（shàng）風電場、江蘇如東海上風電場的反饋，鋼結構基（jī）礎的腐蝕問題呈普遍性逐（zhú）步增多趨勢（shì），主要體現在防腐（fǔ）方案不合理、塗層失效（xiào）、陰極保護係統缺陷、防腐材料及施（shī）工（gōng）質量不過關等方麵， 因此， 在海上風電的（de）防腐蝕設計、建造及運行維護（hù）等方麵應注意以下問（wèn）題：
1、設計標（biāo）準問題
對於塔筒結（jié）構及（jí）鋼樁基礎的防腐（fǔ），主要參照海洋（yáng）工程鋼結構的防腐方（fāng）法，國內外相關的標準規範較多，目（mù）前（qián）最常用的如下 ：
ISO12944色漆和清漆——防護漆體係（xì）對鋼結構的腐蝕防護 ；
ISO20340 色漆和清漆——用於近海建築及相關結構的保護性塗料（liào）體係的性（xìng）能要求；
NORSOKM501表麵（miàn）處理和防護塗料；
DNV RP B401陰極保護設計；
DNV OS J101海上（shàng）風電機組設計。
ISO 12944是目前國際上應用最廣泛的（de）鋼結構防腐蝕塗裝規範，ISO 20340 和NORSOK M501對海上風電防腐蝕塗料體係的性能測試和（hé）施工技術等（děng）做出了規定。
2、施工質量問題
海上風電由於其特殊性（xìng），安裝完成投入運行後，再進行塗層（céng）維護很難，且費用相當（dāng）高，通常按25年的長期壽命進行（háng）塗層體係（xì）設計， 因（yīn）此， 防腐（fǔ）塗料及施工質量要求也相對較高。“三分塗料，七分施工（gōng）”，選擇（zé）了質量滿足要求的塗料產品之後，塗層施（shī）工質量（liàng）的好壞，就決定了最終的保護效果。表麵（miàn）處（chù）理是塗裝工作的（de）第一步，一般要求（qiú）噴砂除鏽達到Sa2級，同時對砂料、施工環境氣候（hòu）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（qiú）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、配料、施工，為（wéi）保證質量，當濕度和溫度條件不滿足時，嚴（yán）禁施工。為（wéi）方便施工監理，對每道塗（tú）層的（de）顏色一（yī）般都有明確規定。
3、運行中的監檢測問題
海（hǎi）上風電的鋼結構基礎通（tōng）常采用塗層和陰極保（bǎo）護防腐，這種情況（kuàng）下，陰極保護係統（tǒng）運行效果如何，就需要通過監檢測係統來獲（huò）取（qǔ）相（xiàng）關信息進行判定。陰極（jí）保護無論是犧牲陽極還是外加電（diàn）流方（fāng）式，都需要（yào）安（ān）裝（zhuāng）參比電極（jí）、電流密度探頭等，以獲取保護電（diàn）位、保護電流密度等信（xìn）息。針對塗層和生物腐（fǔ）蝕問題，國外還有電化學阻抗（kàng）、生物腐蝕、腐蝕速率等探頭在（zài）海上風電的應用情況。所有探頭信息通過數據采集儀定時記錄（lù），由於海上風電的特殊性，數據記錄儀應具備網絡接入功能，傳感器的數據（jù）應能及時上傳網絡，並自動保存在監測係統或計算機中。
來源綜合自：腐蝕防護之友、SGS工業服務、風能產業、萬裏風（fēng）行（háng）、 雲奇新材料、水（shuǐ）漆助手
