幾百臺高高聳立的巨大白色風機，在廣闊的黃海上排成隊，迎候取之不竭的風資源。綿延數(shù)十公里的海上風電場，傲岸多姿， 恣肆雄奇，蔚為壯觀。 我國的海洋面積占國土面積的三分之一左右，海上風電發(fā)展方興未艾。

    據(jù)報道，我國風電建設(shè)始于20 世紀80 年代中期，1994 年起國家提出了風能發(fā)展目標，到2001 年風電裝機容量僅為399.8MW，2011 年我國風電開發(fā)呈現(xiàn)波動、跨越式發(fā)展，累計風電裝機容量比2007 年翻了11 倍， 風電總裝機容量達65441.5MW，約占全國發(fā)電總裝機容量的4.3%。2012 年達到75324.2MW，風電已進入平衡增長的態(tài)勢。截至2014 年底，全球海上風電裝機容量已經(jīng)達到877 萬kW，中國大陸累計海上風電裝機容量達到65.8 萬kW。2014 年6 月《國家發(fā)展改革委關(guān)于海上風電上網(wǎng)電價政策的通知》進一步明確了海上風電的階段上網(wǎng)電價，釋放出我國海上風電將加快發(fā)展的積極信號。

    但在海洋環(huán)境中，高濕度、高鹽霧、長日照、浪花飛濺區(qū)干濕交替，水下區(qū)海水浸泡、生物附著等，腐蝕環(huán)境非常苛刻，對海上風電設(shè)備的腐蝕防護提出了嚴峻挑戰(zhàn)，同時海上風電由于其特殊的地理環(huán)境和技術(shù)要求，維修費用極高。因此，海洋腐蝕不但給海上風電機組帶來巨大安全隱患，縮短機組運營壽命，也大大增加了風電的建設(shè)投資和運行維護成本。與陸上風電相比，防腐蝕是海上風電必須考慮的突出問題，防腐蝕設(shè)計成為海上風電場設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一。

    海上風電抗腐蝕有哪些技術(shù)，未來發(fā)展有哪些趨勢？為此，我們采訪了鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所的書記、副所長曲政。鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所作為國內(nèi)從事海洋腐蝕與防護研究的專業(yè)機構(gòu)，自1975 年成立以來，一直從事材料在海洋環(huán)境中的腐蝕數(shù)據(jù)積累和規(guī)律研究，積累了大量的海洋環(huán)境材料腐蝕數(shù)據(jù)，研究了材料在海洋環(huán)境中的腐蝕規(guī)律等，研究成果已在海上采油平臺、海上風電等海上設(shè)施的腐蝕與防護中得到廣泛應(yīng)用。本期專題請曲書記給我們帶來關(guān)于海上風電防腐技術(shù)的精彩解讀。

    曲政 鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所 高級工程師

    記者：您是海上風電防腐蝕領(lǐng)域里的專家，多年從事海上風電防腐蝕研究，請您談?wù)勀壳拔覈Ｉ巷L電設(shè)備的腐蝕情況如何？

    曲政：能源是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。人類對能源的利用，從薪柴到煤炭、石油、天然氣等化石能源，再到水能、風能、太陽能等清潔能源發(fā)電，每一次變遷都伴隨著生產(chǎn)力的巨大飛躍和人類文明的重大進步。

    歐洲是全球海上風電發(fā)展最快的地區(qū)，海上風電場主要分布在丹麥、英國等國家。丹麥風能資源非常豐富，是世界上最早大規(guī)模開始風力發(fā)電的國家，在風電技術(shù)上位于世界領(lǐng)先地位。1990年，丹麥安裝了全球第一臺示范近海風電機組，到2010 年丹麥的海上風電裝機近1000MW。相對于丹麥等歐洲國家，我國海上風電起步較晚，2008 年開始建設(shè)第一個大型海上風電場，即東海大橋海上風電場，2010 年并網(wǎng)發(fā)電，這同時也是亞洲的第一個大型海上風電場。因此，我談不上多年從事海上風電的防腐研究，更不敢稱海上風電防腐蝕領(lǐng)域的專家，只是對海上風電設(shè)備的腐蝕與防護有所接觸而已。我們研究所專業(yè)從事海洋腐蝕與防護研究至今已四十余年，積累了大量的海洋環(huán)境材料腐蝕數(shù)據(jù)，研究了材料在海洋環(huán)境中的腐蝕規(guī)律等，這些成果已在海上采油平臺、海上風電等海上設(shè)施的腐蝕與防護中得到應(yīng)用。目前，我國海上風電設(shè)備防腐主要參照國外成熟應(yīng)用經(jīng)驗、標準等進行設(shè)計，防腐涂料等也多選用國外公司產(chǎn)品，已建成的海上風電設(shè)備防腐蝕情況總體良好，但也存在一些問題，主要體現(xiàn)在防腐方案不合理、防腐材料及施工質(zhì)量不過關(guān)、陰極保護系統(tǒng)缺陷等。當然，國外的成功應(yīng)用經(jīng)驗是否符合我國海域的實際情況，還需要用較長時間來驗證。

    記者：請您結(jié)合自己的科研經(jīng)歷或科研案例談一下，海上風電設(shè)備防腐蝕的關(guān)鍵是什么？海上風電腐蝕與防腐技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀是如何？海上風電防腐蝕技術(shù)有哪些獨特的特點？

    曲政：海上風電設(shè)備處于高濕度、高鹽分、干濕交替、海水浸漬等嚴苛的海洋腐蝕環(huán)境中，長期經(jīng)受海洋大氣、海水以及海生物的侵蝕，同時還要經(jīng)受海浪甚至浮冰等的沖擊，這種情況下，要保證海上風電設(shè)備避免腐蝕，長期安全有效運行是極具挑戰(zhàn)性的工作。同時，與海上采油平臺等海上設(shè)施相比，海上風電場無人居住，且嚴格限制人員接近，這就使得海上風電設(shè)備一旦出現(xiàn)腐蝕問題就面臨維修困難甚至無法維修的問題。海上風電設(shè)備防腐要求長期可靠，最好是壽命期內(nèi)免維護，為此，必須對海上風電設(shè)備進行全壽命周期的系統(tǒng)設(shè)計，即對海上風電設(shè)備所涉及到的所有部分，大到基礎(chǔ)、塔架、工作平臺、機艙等，小到螺栓等緊固件，按全壽命周期評估方案的經(jīng)濟可靠性，提出適用的設(shè)計方案。全壽命周期的腐蝕控制系統(tǒng)設(shè)計是做好海上風電設(shè)備防腐的基礎(chǔ)，也是海上風電設(shè)備防腐的關(guān)鍵。

    當前應(yīng)用于海上風電防腐的技術(shù)主要有：涂層防腐技術(shù)、復(fù)合包覆防蝕技術(shù)、金屬熱噴涂技術(shù)、熱浸鍍鋅技術(shù)和陰極保護技術(shù)。此外，設(shè)計時通過加大腐蝕裕量、選用耐蝕材料等也是提高防腐性能的重要方法。我分別從塔架、鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、機艙、葉片等幾個方面進行逐一介紹。

    1、塔架防腐

    我們都知道，鋼結(jié)構(gòu)塔架處于海洋大氣環(huán)境，其外部長期處于高濕、鹽霧、紫外線等環(huán)境，腐蝕性強，內(nèi)部則腐蝕性相對較輕。通常采用重防腐涂層或熱噴涂鋅鋁合金加涂料封閉等進行防腐保護。方案設(shè)計時可借鑒其它海洋工程如海上采油平臺、船舶等的成功應(yīng)用經(jīng)驗和相關(guān)標準，同時要考慮到海上風電的難維護、長壽命的特殊性。

    2、風電基礎(chǔ)防腐

    風電基礎(chǔ)按材料劃分，主要有鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)兩種，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)材料不同，其防腐保護的方法也有所差異。

    鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)處于飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海泥區(qū)，其中飛濺區(qū)腐蝕最為嚴重，采用重防腐涂層、金屬熱噴涂加涂層封閉等防腐方案，也有采用復(fù)層包覆防蝕技術(shù)（PTC）的應(yīng)用，水位變動區(qū)以下普遍采用防腐涂層和陰極保護聯(lián)合保護方案，也有單獨采用陰極保護的應(yīng)用。對于單樁基礎(chǔ)，樁外壁與海水接觸，一般采用防腐涂層和陰極保護的聯(lián)合防護措施，其樁筒內(nèi)壁的腐蝕往往不被重視，從國外的實際情況來看，樁筒內(nèi)壁常出現(xiàn)嚴重的腐蝕，因此，也應(yīng)采用重防腐涂層與犧牲陽極的聯(lián)合保護。

    混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)則主要從混凝土自身的耐久性方面考慮，如采用高性能海工混凝土等，另外對飛濺區(qū)和潮差區(qū)接觸海水部分應(yīng)采用防腐涂層或硅烷浸漬、涂層鋼筋、緩蝕劑等附加保護措施。

    3、機艙防腐

    機艙和輪轂內(nèi)部包含了風機的關(guān)鍵部件，也是防腐蝕的核心區(qū)域。因部件較多，且涉及多個專業(yè)，若每個部件都采取較強的防腐蝕措施則會增加很多的成本，為控制成本，海上風機廠商采取了總體防腐與關(guān)鍵部件加強防腐的解決方案。

    各部件盡可能與外界環(huán)境隔離以避免腐蝕是主體設(shè)計思路。機艙和輪轂的外殼采用玻璃鋼材料達到防腐目的，且質(zhì)量輕，成本低。將外殼設(shè)計成一個盡可能密閉的空間，通過鼓風機等使內(nèi)部對外界形成正壓，阻止腐蝕性海洋大氣直接進入，或通過特殊過濾裝置，阻止海洋大氣中的腐蝕性離子進入機艙，很大程度上降低了機艙和輪轂內(nèi)部安裝的各類部件的腐蝕防護要求。

    關(guān)鍵部件加強防腐：主支撐底座、機械部件等采用涂層防腐，電器部件按“三防”設(shè)計，盡可能避免鹽霧、凝露等。

    4、葉片防腐

    葉片是海上風電機組的重要和關(guān)鍵部件，海洋上空的微小水滴沖擊高速運轉(zhuǎn)的葉片，會對葉片表面造成損傷，另外雷擊是造成葉片損壞的重要因素。葉片涂層可選用環(huán)氧膩子，環(huán)氧底漆，聚氨酯面漆或其他合適的葉片涂料的配套方案；目前較多采用國外公司的風機葉片專用涂料。

    5、其它附屬結(jié)構(gòu)件防腐

    針對其它附屬結(jié)構(gòu)件，應(yīng)采用與主體相當?shù)姆栏桨福踔潦歉呒墑e的防腐處理。如固定塔架與基礎(chǔ)的高強度螺栓，通常采用達克羅技術(shù)處理，在條件允許的情況下，可采用包覆技術(shù)將其與外部環(huán)境完全隔絕，以避免腐蝕的發(fā)生。某些附屬構(gòu)件如平臺鋼格柵、電纜管（內(nèi)表面）、鋼爬梯、爬梯護籠、基礎(chǔ)頂法蘭上、下表面及法蘭孔、樁身牛腿上表面與圈梁底面的導(dǎo)電接觸面等可以不涂裝防護涂料，采用熱噴鋅120 ～ 140m。

    海上風電設(shè)備腐蝕控制是一項系統(tǒng)工程，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用、防腐蝕方案選擇、施工、檢測、運輸、安裝及后期運行維護等，必須充分考慮其環(huán)境特殊性，按全壽命周期進行管理。同時，對于海上風電的配套設(shè)備如機艙內(nèi)齒輪箱、發(fā)電機、減速箱、偏航、變漿系統(tǒng)、升降裝置、液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)、電器元件等，均應(yīng)進行環(huán)境適應(yīng)性研究，以期與機組的設(shè)計壽命匹配。我國海上風電起步較晚，針對性地腐蝕與防護技術(shù)研究也就不到10 年時間，目前研究多集中在防腐涂料方面，如塔架外部重防腐涂料、葉片涂料等，防護技術(shù)應(yīng)用則多是參照國外的應(yīng)用經(jīng)驗和相關(guān)標準，整體來講，缺乏對風電運行環(huán)境的數(shù)據(jù)積累，缺乏針對性地基礎(chǔ)性研究，由于起步晚，對于微觀腐蝕環(huán)境的研究則開展得更少。近年來，一些風電廠家對海上風電設(shè)備腐蝕開展了一些基礎(chǔ)性研究，如對機艙、塔筒內(nèi)的腐蝕環(huán)境進行數(shù)據(jù)積累、評價等。總之，海上風電的防腐蝕研究遠沒有跟上海上風電快速發(fā)展的步伐，大量基礎(chǔ)性的研究工作還需要抓緊時間跟上，同時，海上風電發(fā)展也不能急于求成，還需要一段摸索和示范的過程。

    海上風電與海上采油平臺等設(shè)施相比，其最大特點是無人居住，且人員輕易不能靠近，難以開展日常地檢查與維修工作。一旦出現(xiàn)腐蝕問題，維修困難且成本高昂，對防腐的可靠性要求更高。由此，說起海上風電設(shè)備防腐蝕技術(shù)的獨特之處，我認為主要是考慮到其難以維修的特點，其防腐設(shè)計應(yīng)按照全壽命周期考慮，初期投入相對較大。

    記者：請您分享一下您印象深刻的科研經(jīng)歷，以及從事海上風電防腐蝕工作的心得。

    曲政：海上風電腐蝕控制是一項系統(tǒng)工程，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用、防腐蝕方案選擇、施工、檢測、運輸、安裝及后期運行維護我們都參與過。無論是結(jié)構(gòu)設(shè)計、還是合理選材、防腐涂層、包覆和金屬涂鍍層還是電化學(xué)保護，必須充分考慮其環(huán)境特殊性，按全壽命周期進行管理。特別要注意的是，在項目前期要對海上風電場的環(huán)境進行充分調(diào)查，了解其環(huán)境腐蝕性及擬采用結(jié)構(gòu)、設(shè)備的腐蝕特點。調(diào)查內(nèi)容包括：海水的鹽度、溶解氧、生物特性等、風電場區(qū)域的水文特征、風電場的氣象特征、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)情況以及風電輪轂、葉片、機艙及附屬結(jié)構(gòu)等。

    在設(shè)計階段要進行合理的設(shè)計，海上風電防腐蝕有涂層、金屬涂鍍層、包覆及電化學(xué)保護等多種方法，另外有適當加大材料腐蝕裕量、選用耐蝕材料等方法。在實際項目中，應(yīng)根據(jù)各部分的環(huán)境及結(jié)構(gòu)特點，針對不同部位提出相應(yīng)地防腐蝕措施，并進行技術(shù)經(jīng)濟分析，提出最優(yōu)化的方案。比如，科學(xué)決策腐蝕控制的目標；防腐蝕設(shè)計應(yīng)從全壽命周期評估方案的技術(shù)經(jīng)濟性；要對破壞可能性進行分析，并有相應(yīng)的解決方案；要對方案失效后對風電場運行的影響進行評估；對于已建成工程防腐修復(fù)時，也應(yīng)考慮其壽命周期成本等等。

    合理設(shè)計是基礎(chǔ)，設(shè)計的實現(xiàn)是關(guān)鍵。在項目的施工期間，“三分材料，七分施工”，按照相關(guān)規(guī)范和標準，嚴格抓好施工期的管理工作，是保證防腐達到預(yù)期壽命的重要環(huán)節(jié)。要對材料進行檢查；涂裝、金屬熱噴涂或包覆前的表面處理及檢查；涂裝、金屬熱噴涂或包覆施工的環(huán)境條件（濕度、溫度等）；施工工序間的檢查；涂裝等完工后的檢查與防護；電化學(xué)保護（犧牲陽極、外加電流）的施工和檢查；完工后的效果檢查與跟蹤。對于已做好涂層的結(jié)構(gòu)，在運輸和安裝過程中應(yīng)根據(jù)相關(guān)標準要求做好防護工作，一旦出現(xiàn)缺陷，應(yīng)及時修復(fù)。運行后要進行監(jiān)檢測與維護。在機組運行期間，應(yīng)對防腐涂層、電化學(xué)保護等進行定期監(jiān)檢測，防腐涂層主要通過外觀、電化學(xué)阻抗等檢查，電化學(xué)保護則主要通過保護電位等對保護效果進行檢查。另外，可通過生物腐蝕探頭等對風電基礎(chǔ)內(nèi)外進行監(jiān)控。

    從科研角度來說，我認為需求推動了科研的快速發(fā)展，近10 年來，大飛機、航母、高鐵、核電、跨海大橋以及海上風電等快速發(fā)展，推動了相關(guān)領(lǐng)域研究的進步，甚至在某些領(lǐng)域，我國已達到國際領(lǐng)先水平。從海上風電防腐蝕來說，目前主要是借鑒國外的成功應(yīng)用經(jīng)驗和相關(guān)標準，雖然國內(nèi)也開展了一些研究工作，但由于缺乏較長期地應(yīng)用經(jīng)驗和系統(tǒng)性的基礎(chǔ)研究，還難以形成適合我國的海上風電設(shè)備防腐蝕技術(shù)體系。隨著我國海上風電的進一步發(fā)展，更多針對性地基礎(chǔ)性研究將有條件開展，更多應(yīng)用經(jīng)驗得以總結(jié)，我國的海上風電設(shè)備防腐技術(shù)水平也一定會得以提升。

    記者：我國海上風電防腐產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是什么？

    曲政：我認為我國海上風電防腐產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要來自兩個方面，一是技術(shù)層面，由于起步晚，國內(nèi)目前對于海上風電的腐蝕與防護還缺乏系統(tǒng)、長期地研究，特別是針對海洋大氣區(qū)海上風電機組設(shè)備防腐的技術(shù)還有待完善，同時，由于海上風電的實際應(yīng)用經(jīng)驗較少，符合我國國情的海上風電防腐蝕相關(guān)標準也有待完善；二是產(chǎn)品層面，重防腐涂料、葉片涂料等占海上風電投資比例較小，目前大多為國外公司產(chǎn)品，國內(nèi)一些公司雖然自主研發(fā)了相關(guān)產(chǎn)品，但由于缺乏成功地類似應(yīng)用經(jīng)驗，其市場推廣阻力較大。隨著海上風電事業(yè)的發(fā)展，海上風電場呈現(xiàn)大型化趨勢，并且向深海海域發(fā)展，海上風電防腐產(chǎn)業(yè)將面臨更多挑戰(zhàn)，對從事海上風電防腐產(chǎn)業(yè)的科研、設(shè)計、研發(fā)等人員將提出更高的要求。

    記者：請展望一下，我國海上風電防腐技術(shù)面未來的發(fā)展方向？

    曲政：目前，應(yīng)用于海上風電設(shè)備的防腐技術(shù)主要有防腐涂層、金屬熱噴涂層、陰極保護等，這些防腐技術(shù)的發(fā)展方向也是海上風電設(shè)備防腐未來的方向。我認為主要是兩個方向，一是環(huán)保，二是數(shù)字化。環(huán)保主要是指防腐涂料向綠色、低污染、無污染方向發(fā)展，陰極保護中高耗能、有一定污染的犧牲陽極技術(shù)將逐步被外加電流技術(shù)所替代；數(shù)字化是指針對腐蝕與防護的監(jiān)控逐漸完善，通過數(shù)據(jù)遠傳、遠程控制等技術(shù)，實現(xiàn)對海上風電設(shè)備腐蝕的完整性管理，同時也為以后海上風電的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

    后記：在海上風電防腐的道路上，曲政走出了一串串堅實的足跡：從海上風機基礎(chǔ)到塔架，再到機組內(nèi)部設(shè)計，從環(huán)境腐蝕分析評價，到熱噴涂技術(shù)在塔架防腐的應(yīng)用研究，再到海上風電基礎(chǔ)的陰極保護監(jiān)測技術(shù)，曲政在中國風電防腐技術(shù)的道路上精益求精，追求卓越，以虛心、恒心、細心和不斷追求的執(zhí)著心詮釋著當代風電防腐行業(yè)里的工匠精神。

    人物簡介

    曲政，高級工程師，青島海洋大學(xué)（現(xiàn)中國海洋大學(xué)）海洋化學(xué)專業(yè)。1992 年畢業(yè)分配至鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所工作，歷任課題組長、所長助理、副所長、書記，青島鋼研納克檢測防護技術(shù)有限公司副總經(jīng)理。發(fā)表論文20 余篇，主要研究方向金屬材料海洋環(huán)境的腐蝕與防護。