風電作為快速發展的綠色可再生能源，逐漸成為許多國家可持續發展戰略的重要組成部分。海洋風能資源豐富，比陸地高 20%-40%，風速高，發電量大，運行穩定，發展潛力大。根據我國國家風能資源普查數據，我國 5 米 -25 米水深50 米高的海上風力開發潛力 200GW，5 米 -50 米水深 70 米高的海上風電開發潛力 500GW，沿海潮間帶、灘涂及深海的風能資源也較為豐富，海上風電建設成為風能開發利用的新方向。2015 年全球新增海上風電裝機 4GW，累計海上風電裝機11GW，預計到 2020 年全球海上風電裝機將達到 40.3GW。

    然而，與陸上風電相比，海上風電的技術要求更高，施工難度更大，運行環境更為復雜，造價約為陸上風電的 2-3 倍。

    高濕度、高鹽霧、紫外照射、海水浸泡、浪濺區形成的干濕交替等運行環境對海上風電設備的防腐提出了更高的性能要求。

    海上風電腐蝕環境

    海上風電的腐蝕環境較為嚴酷，其腐蝕區域可分為：海洋大氣區、浪濺區、潮差區、海水全浸區和海泥區，風電機組各部位所處區域如圖 1 所示。

圖1 海上風電機組的腐蝕分區

    1、海洋大氣區

    海水蒸發形成了高鹽含量高濕度的海洋大氣，在鋼結構表面可附著積聚鹽分和水膜，同時由于鋼結構成分中有少量碳原子的存在， 極易形成無數個原電池， 有利于電化學腐蝕的進行，腐蝕等級為 ISO 12944 規定的 C5-M 級，腐蝕速率為內陸地區大氣腐蝕速率的 4-15 倍。海上風力發電機組并非全部完全曝露在 C5-M 的環境中，通過防腐結構設計，可將內部區域腐蝕等級下降。海上風力發電機組主要結構件及部件、設備所處海洋大氣腐蝕環境細分如表 1。

    2、浪濺區與潮差區

    浪濺區與潮差區均為干濕交替區， 表面鹽含量高于大氣區，海水氧含量高于全浸區，同時海水中夾雜的泥沙和海面浮游物體對其進行沖刷撞擊，因此形成了最為苛刻的腐蝕環境。一般腐蝕速率為 0.3-0.5mm/ 年，最高可大 1mm/ 年，約為全浸區的 3-10 倍。

    3、海水全浸區和海泥區

    全浸區的設施長期浸泡在海水中，腐蝕受到海水鹽度、海水溫度、溶解氧濃度、水中污染物和海生物的影響。圖 1 所示，在平均低潮位以下附近的海水全浸區又出現一個腐蝕峰值，在平均低潮位以上附件的區域則出現腐蝕最低值，這是因為隨著潮位的漲落，水線上方濕潤的鋼表面供氧總要比浸在海水中的水線下方鋼表面充分得多，而且彼此構成一個回路，形成氧濃差腐蝕電池，富氧區為陰極，得到了不同程度的保護，腐蝕最弱，相對缺氧區為陽極，則作為陽極而出現一個明顯的腐蝕峰值。海泥區是飽和的海水土壤，鹽含量高、電阻率低、供氧不足，還存在土壤的化學腐蝕與生物腐蝕。

    海上風電防腐涂料設計

    海上風電所處腐蝕環境是復雜的，海上風電機組的防腐蝕是一個系統的問題，對于機組的每一部分，首先在結構密閉性設計方面和材料選擇方面應考慮到防腐蝕問題，再從防腐涂層方面進一步加強。針對各個部位的腐蝕特點，設計合理的涂層配套體系，才能保障風電設施的安全運行，達到設計壽命 20年以上。我國海上風電防腐涂料的設計標準未完善，通常采用或借鑒海洋工程的設計規范，如 ISO 12944、NORSOK M501、JTJ 275 等。

    1、海洋大氣區

    對于海洋大氣區的鋼結構，包括主機和塔筒，一般采用涂層保護或噴涂金屬層加封閉涂層保護，“環氧富鋅底漆 + 環氧云鐵漆 + 脂肪族聚氨酯面漆”的三層復合防腐體系為最常用涂層體系設計，見表 2。挪威標準 NORSOK M501 要求該涂層體系需耐受 4200h 循環老化試驗，即“72h 紫外老化試驗（UVA-340）-72h 鹽霧試驗 -24h 冷凍試驗（-20℃）”為一個周期，共進行 25 周期，腐蝕蔓延≤ 3mm。目前常用 NORSOK M501 標準要求來評價風電海洋大氣區鋼結構涂層性能。

    廈門雙瑞涂料公司研發的涂層體系“725-H06-21 環氧富鋅底漆 +725-H53-81 環氧中間漆 +725-S52-60 脂肪族聚氨酯面漆”可滿足 NORSOK M501 要求，經 4200h 的循環老化試驗后，人造劃痕的腐蝕蔓延平均僅為 1.7mm，粉化 0 級，試驗樣板見圖 2。試驗結果表明該配套體系具有優異的屏蔽性和耐候性，可抵擋海上鹽霧和紫外的侵蝕，是耐 1000h 鹽霧 400h 紫外老化的常規配套不可比擬的。同時，該配套體系固體含量高，涂布率高，VOC 排放少，其中 725-S52-60 的體積固含可達到72%。該配套體系在塔筒的防腐涂裝見圖 3。對于海洋大氣區的風電葉片，一般采用膩子修補缺陷后涂裝葉片涂料來進行防護，推薦設計如表 3。葉片涂料的性能需通過 DNV-GL 船級社的認證，其要求葉片涂料的部分檢測項目見表 4。

    廈門雙瑞涂料公司開發了 725-N43-92 聚天門冬氨酸酯葉片涂料，可達到表 4 的認證要求。這是一種新型脂肪族、高性能雙組分涂料，被稱為第三代聚脲，與傳統的聚氨酯葉片涂料相比，具有更為優異的附著力、 快干性、 耐候性、耐磨性、耐鹽霧性等優點。725-N43-92與某進口聚氨酯葉片涂料比較，在固體含量和一次涂裝厚膜化方面更勝一籌，施工省時省料，可有效降低涂裝成本。

圖2 雙瑞大氣區涂料體系NORSOK M501試驗結果

圖3 雙瑞大氣區涂料在海上風電塔筒的應用

    2、浪濺區與潮差區

    浪濺區與潮差區鋼結構的防腐蝕一般采用重防腐涂層，亦可采用包覆玻璃鋼、樹脂砂漿以及包覆合金等方法進行保護，重防腐涂層通常與陰極保護聯合使用。浪濺區與潮差區的涂層設計見表 5，這是防腐的重點區域，可采用環氧玻璃鱗片涂料或者無溶劑環氧涂料。

    NORSOK M501 對浪濺區與潮差區的重防腐涂料提出性能要求，循環老化 4200h人工劃痕腐蝕蔓延≤ 8mm，耐陰極剝離試驗 4200h 人造孔剝離直徑≤ 20mm，耐海水浸泡 4200h 人造劃痕腐蝕蔓延≤ 8mm。

    浪濺區與潮差區的鋼筋混凝土承臺一般采用“環氧封閉漆 + 重防腐涂料 + 聚氨酯面漆 / 環氧面漆”的復合涂層體系進行防腐，見表 6。廈門雙瑞涂料公司針對浪濺區的特殊要求，開發了 725-H53-38 環氧玻璃鱗片涂料，經 4200h 循環老化試驗腐蝕蔓延為 6.5mm，4200h 耐陰極剝離試驗剝離直徑為 6.1mm，4200h 海水浸泡試驗腐蝕蔓延 0.2mm，表現出優異的性能，見圖 4。雙瑞特有的高觸變技術賦予該產品優異的施工性能，體積固含高達 85%，粘度僅約2000cP，且可實現大于 300?m/ 道的厚膜施工。

    3、海水全浸區

    水下全浸區的鋼結構防腐蝕一般采用重防腐涂層與陰極保護聯合防腐的措施，也可單獨采用陰極保護，當單獨采用陰極保護時，應考慮施工工期的防腐措施。全浸區的涂料體系可與潮差區一致，設計見表 7。NORSOK M501 規定了全浸區的重防腐涂料的性能要求，耐陰極剝離試驗 4200h 人造孔剝離直徑≤ 20mm，耐海水浸泡 4200h 人造劃痕腐蝕蔓延≤ 8mm。

圖4 雙瑞浪濺區涂層NORSOK M501試驗結果

    4、海泥區

    對于深入海泥區的基礎鋼結構，一般不涂裝防腐涂層，只采取陰極保護措施，也可采用防腐涂層加陰極保護聯合防腐措施。

    結語

    防腐涂料體系是依據腐蝕環境設計的，海上風電的腐蝕環境特點不同，決定了涂層設計的差異，文中介紹了目前風電機組自大氣區到海泥區的防腐涂料體系設計，但我國海岸線長，各海域腐蝕環境存在差異，應依據實際環境調整設計。文中未提及風電設備電氣元器件和緊固件的防腐設計，這也是風電防腐需要關注的部分。我國海上風電裝機量已排名世界第三，隨著海上風電產業的快速發展，要求進一步提升風電腐蝕防護涂料的產品性能和涂裝技術，同時前期的風機逐漸進入待維修狀態，海上風電的維修難度大，將是未來嚴峻的挑戰。

    作者簡介

    蘇雅麗，女，高級工程師，碩士，廈門雙瑞船舶涂料有限公司研發部部長。長期從事船舶涂料和工業涂料的開發工作，參與科技部、工信部、國防973、總裝預研等多項涂料研究課題。主持修訂國家標準GB/T 6747《船用車間底漆》，目前已申請3項國家發明專利，其中1項獲得授權。

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