海上風(fēng)電是我國大力發(fā)展的可再生能源產(chǎn)業(yè)。國家能源局印發(fā)風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃指出，到2020年底，風(fēng)電累計并網(wǎng)裝機容量確保達到2.1億千瓦以上，其中海上風(fēng)電并網(wǎng)裝機容量達到500萬千瓦以上；風(fēng)電年發(fā)電量確保達到4200億千瓦時，約占全國總發(fā)電量的6%。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電設(shè)備受到復(fù)雜的海洋氣候條件影響，服役環(huán)境更為苛刻，材料設(shè)備面臨的腐蝕問題更為嚴重，帶來的后果與損失不容忽視。為了全面科普海上風(fēng)電的腐蝕防護知識，了解海上風(fēng)電環(huán)境耐久性的相關(guān)技術(shù)，記者特邀工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點實驗室常務(wù)副主任揭敢新做相關(guān)解讀。

    揭敢新，教授級高級工程師，享受國務(wù)院政府特貼專家，長期從事包括海上風(fēng)電測試與評價技術(shù)、腐蝕防護技術(shù)研究在內(nèi)的產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)研究與服務(wù)，負責(zé)組織我國特殊環(huán)境風(fēng)電設(shè)備技術(shù)要求系列標準制定工作。

    揭敢新 教授級高級工程師 享受國務(wù)院政府特貼專家

    記者：海上風(fēng)電是國家積極倡導(dǎo)的可再生能源，海上風(fēng)電的腐蝕防護研究對海上風(fēng)電的發(fā)展有怎樣的意義？

    揭敢新：有研究表明相對于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電維護成本高出許多，據(jù)不完全統(tǒng)計，就鋼結(jié)構(gòu)涂料而言，海上風(fēng)電維護成本是前期投入成本的八到九倍。而電器設(shè)備相對精密，一旦出現(xiàn)故障，很難進行維修，嚴重時甚至需要全部翻新，其環(huán)境失效維護成本更是不可預(yù)估的。因此非常有必要對海上風(fēng)電環(huán)境耐久性關(guān)鍵技術(shù)進行研究，重點解決關(guān)鍵技術(shù)難題，從而提升產(chǎn)品服役壽命，減少風(fēng)力發(fā)電因停機故障而造成的間接經(jīng)濟損失，節(jié)約運行過程中人力物力維護成本，增長效益。

    記者：我國海上風(fēng)電的發(fā)展主要分布在哪些區(qū)域，在不同海域的風(fēng)電場，材料的服役環(huán)境有什么特點？

    揭敢新：近年來，我國現(xiàn)在大規(guī)模發(fā)展海上風(fēng)電主要集中在江蘇、浙江、福建、廣東等省的近海海域，這些地區(qū)主要為亞濕熱或濕熱海洋環(huán)境，該類地區(qū)海上風(fēng)電設(shè)備長期服役于高溫、高濕、高鹽分的海洋環(huán)境，腐蝕環(huán)境和條件更為苛刻惡劣。而由于我國缺乏針對濕熱海洋環(huán)境的腐蝕技術(shù)研究及前景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累，極易導(dǎo)致風(fēng)電設(shè)備在濕熱惡劣環(huán)境下服役時，海上風(fēng)電塔筒、葉片、導(dǎo)管架支撐結(jié)構(gòu)等主要結(jié)構(gòu)件容易出現(xiàn)腐蝕問題，主要結(jié)構(gòu)件的腐蝕隱患將會給海上風(fēng)電設(shè)備帶來災(zāi)難性的安全事故。

    記者：海上風(fēng)電有哪些常見的腐蝕類型、監(jiān)檢測手段和防護措施？

    揭敢新：海上風(fēng)電設(shè)備主要會受到鹽霧、溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，其所面臨不同的海洋腐蝕環(huán)境較為復(fù)雜，海洋腐蝕環(huán)境可分為大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、海泥區(qū)等區(qū)域，不同區(qū)域面臨的腐蝕因素也存在差異。一般來說，裝備或材料在飛濺區(qū)由于長期經(jīng)受干濕交替、太陽輻射、鹽霧等綜合作用，其腐蝕最為嚴重。不同海洋環(huán)境區(qū)域的腐蝕影響因素及腐蝕速率大不相同，因此需要對各個區(qū)域風(fēng)電機組的腐蝕給予不同的重視并采取更有針對性的措施。

    對海上風(fēng)電機組的腐蝕監(jiān)測主要包括兩個方面：（1）腐蝕環(huán)境條件監(jiān)測分析，主要是分析風(fēng)電機組內(nèi)外溫度、濕度、鹽霧等環(huán)境條件數(shù)據(jù)，通過標準材料掛片評估海上風(fēng)電機組機艙、塔筒、機組內(nèi)外腐蝕嚴酷程度。（2）腐蝕行為檢測分析，主要是對機組腐蝕問題進行現(xiàn)場定期評估，主要包括：防腐涂層光澤、色差和粉化數(shù)據(jù)、腐蝕現(xiàn)象拍照記錄，電器設(shè)備絕緣電阻測試等。結(jié)合環(huán)境條件數(shù)據(jù)和機組腐蝕行為檢測數(shù)據(jù)，剖析發(fā)生腐蝕的原因，并提出針對性改進措施。

    海上風(fēng)電場的防腐盡管可以在很大程度上參考海洋平臺現(xiàn)有的防腐經(jīng)驗，但是兩者之間也有不同。海上風(fēng)電場是無人居住的，并且嚴格限制人員的接近。海洋平臺上的防腐涂層更容易進行有計劃的檢查和維修，受到腐蝕時可以隨時修補，而海上風(fēng)電場很難做到這一點，維修費用極高，后續(xù)維護費用是其成本的7倍以上。對海上風(fēng)電機組鋼結(jié)構(gòu)腐蝕應(yīng)更加重視，特別是外露于海洋大氣和飛濺區(qū)中的部位。一般情況下，大氣區(qū)結(jié)構(gòu)件采取涂料保護或熱噴涂金屬保護，如：大氣區(qū)鋼結(jié)構(gòu)一般采用環(huán)氧富鋅底漆（含鋅≥80%）、環(huán)氧云鐵漆、聚氨酯面漆（或者聚氨酯+氟碳雙重面漆）三層涂層體系；飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)一般采用玻璃鱗片漆、環(huán)氧耐磨漆雙層涂層體系；全浸區(qū)一般采用玻璃鱗片漆、環(huán)氧厚漿漆雙層涂層體系，并采取犧牲陽極進行協(xié)同防腐。

    此外，目前風(fēng)電行業(yè)往往主要關(guān)注海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)件腐蝕，對電器設(shè)備腐蝕問題缺乏系統(tǒng)性認識和解決方案，一般來說，海上風(fēng)電機組關(guān)鍵電器設(shè)備易受鹽霧的侵蝕，電器設(shè)備故障率會明顯上升，考慮海上風(fēng)電電器設(shè)備種類繁多，重點應(yīng)從改善電器設(shè)備服役環(huán)境條件著手，主要措施包括：在提高機艙及塔筒密封性的同時，應(yīng)增加空氣凈化防腐系統(tǒng)，去除塔筒、機艙或者集裝箱內(nèi)部的鹽霧并且降低空氣的濕度。依據(jù)塔筒、機艙或者集裝箱內(nèi)部實際空間大小，可以確定所需的空氣凈化防腐系統(tǒng)凈化風(fēng)量，此外，鹽霧凈化處理應(yīng)去除90%以上海洋環(huán)境中獨有的腐蝕性鹽分顆粒。

    記者：近年來雖然國內(nèi)外在海上風(fēng)電設(shè)施防護方面取得了重大進展，但仍存在紕漏問題，請您談?wù)動心男┴酱鉀Q的重大科學(xué)問題？

    揭敢新：惡劣的海洋氣候環(huán)境，高溫、高濕、空氣中的腐蝕性物質(zhì)、鹽霧和各種霉菌對設(shè)備具有極大的破壞性，直接影響了設(shè)備的導(dǎo)電、磁導(dǎo)、電感、電容、電子發(fā)射和電磁屏蔽等參量的改變。同時隨著高科技電器設(shè)備向系統(tǒng)化、綜合化、智能化的發(fā)展，要求設(shè)備能全天候高可靠、抗干擾地適應(yīng)各種惡劣環(huán)境的使用，因此防潮濕、防霉菌、防鹽霧是研制海洋環(huán)境下電器設(shè)備的重要任務(wù)之一。

    電子元器件引腳處腐蝕厲害

    記者：能否介紹一下海上風(fēng)電涂層環(huán)境耐久性測試與評價方法的優(yōu)越性？

    揭敢新：目前來說，國內(nèi)外海上鋼結(jié)構(gòu)重防腐涂層體系種類繁雜，如何從種類繁雜的重防腐涂料體系中篩選、確定一種符合濕熱環(huán)境下的海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層體系是本項目研究重點工作，而其中最為關(guān)鍵技術(shù)難題就建立一套有效適用于濕熱環(huán)境下海上風(fēng)電防腐涂層環(huán)境耐久性評價新方法。考慮到傳統(tǒng)環(huán)境試驗方法對海上風(fēng)電防腐涂層進行測試評價，一般試驗周期較長，例如：鹽霧試驗一般要超過5000小時，現(xiàn)場試驗則更為漫長，同時，難以考核綜合環(huán)境因素的影響，大多環(huán)境試驗僅僅對涂料樣品施加一種或者兩種環(huán)境應(yīng)力，與現(xiàn)場試驗的相關(guān)性表現(xiàn)不佳。

    針對傳統(tǒng)環(huán)境試驗方法存在的問題，工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點實驗室通過多年研究形成的涂層環(huán)境耐久性評價新方法，綜合考慮溫度、濕度、鹽霧和太陽輻照等多因素耦合作用，比傳統(tǒng)環(huán)境試驗方法加速比更大，約為3倍以上，成本降低約50%，同時與現(xiàn)場試驗結(jié)果更加吻合，已采用該方法對近20種大氣區(qū)和飛濺區(qū)鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料進行篩選，確定了適合濕熱環(huán)境海上風(fēng)電鋼結(jié)構(gòu)涂層體系。

    記者：請您談?wù)剬Ｉ巷L(fēng)電未來的發(fā)展方向？

    揭敢新：在“十二五”期間，我國風(fēng)電企業(yè)在海上風(fēng)電技術(shù)進行了積極探索和技術(shù)積累，促進我國海上風(fēng)電自主技術(shù)的不斷發(fā)展，在“十三五”期間，我國海上風(fēng)電正處于“項目示范”向“快速開發(fā)”的轉(zhuǎn)折時期，我國海上風(fēng)電裝機機組正在向大規(guī)模化發(fā)展，腐蝕是影響濕熱地區(qū)海上風(fēng)電發(fā)展關(guān)鍵瓶頸問題，未來我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)要良性發(fā)展，我個人認為應(yīng)該重視三個方面的工作：

    首先必須圍繞降低開發(fā)成本、降低運行維護風(fēng)險等方向大力創(chuàng)新，加大對海上風(fēng)電主機及其基礎(chǔ)設(shè)施長效防腐技術(shù)研究，確保海上風(fēng)電防腐壽命能夠滿足25年以上要求；

    第二，為更好利用我國海洋風(fēng)資源，未來海上風(fēng)電必然將從淺海逐步往深海發(fā)展，海上風(fēng)電走入深海將面臨更加復(fù)雜的海洋環(huán)境，而目前我國在深海腐蝕這塊積累仍舊不夠，適用于深海條件的海上風(fēng)電工程化技術(shù)有待探索、完善。

    第三，我國海上風(fēng)電技術(shù)主要源于歐洲技術(shù)和標準，相對于歐洲環(huán)境，我國海洋環(huán)境更加復(fù)雜、嚴酷，在“十二五”期間，我國初步建立針對我國特殊環(huán)境海上風(fēng)電基本性技術(shù)要求標準，但長壽命海上風(fēng)電技術(shù)標準體系尚未建立，今后需要加強產(chǎn)業(yè)上下游的通力合作，建設(shè)符合我國特殊環(huán)境長壽命設(shè)計要求的海上風(fēng)電標準體系，推進我國海上風(fēng)電健康發(fā)展。

    后記：開發(fā)與利用新能源是我國21世紀的重要能源戰(zhàn)略。風(fēng)能是一種“取之不盡，用之不竭”、環(huán)境友好的可持續(xù)性能源，已受到了越來越廣泛的重視，并成為發(fā)展最快的新型能源。目前我國風(fēng)電已進入“百舸爭流”時期，但風(fēng)電設(shè)施的腐蝕問題是制約其發(fā)展的瓶頸之一。因此，重視海上風(fēng)電腐蝕問題，突破海上風(fēng)電環(huán)境耐久性關(guān)鍵技術(shù)，降低維運成本，打造擁有自主核心的、可持續(xù)發(fā)展的中國裝備，是突破海上風(fēng)電困境的途徑之一。

    人物簡介

    揭敢新，男，1966年出生，教授級高級工程師，享受國務(wù)院政府特貼專家。現(xiàn)任工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性國家重點實驗室常務(wù)副主任、全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境技術(shù)標準化技術(shù)委員會氣候分會主任委員、全國電工電子產(chǎn)品著火危險標準化技術(shù)委員會主任委員、建材行業(yè)建筑構(gòu)件材料環(huán)境條件與環(huán)境試驗標準化技術(shù)委員會副主任委員、中國材料研究學(xué)會高分子材料與工程分會常務(wù)理事、國家材料環(huán)境腐蝕野外科學(xué)觀測研究平臺理事會理事、國際電工委員會IEC/TC104國際注冊專家等職務(wù)。

    長期從事包括海上風(fēng)電測試與評價技術(shù)、腐蝕防護技術(shù)研究在內(nèi)的產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)研究與服務(wù)，近十年先后主持和參與包括973課題2項、國家和省部級科技項目15項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，出版專著2部，獲得省部級獎勵7項，專利6項，組織制修訂國家標準近100項。