本文對(duì)海上風(fēng)電及其所處環(huán)境進(jìn)行了介紹，分析了海洋環(huán)境不同區(qū)域的腐蝕特征，并結(jié)合海洋風(fēng)電機(jī)組的各部分，介紹了相應(yīng)的防腐蝕解決方案， 并對(duì)海上風(fēng)電防腐提出了應(yīng)注意的相關(guān)問(wèn)題。
在當(dāng)前煤炭、石油等化石能源資源日益匱乏，溫室氣體排放威脅人類生存環(huán)境的嚴(yán)峻形勢(shì)下，風(fēng)能作為自然界中能夠不斷再生、可持續(xù)利用的綠色能源資源，以其蘊(yùn)藏量巨大、分布廣泛、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。自1991 年世界首座海上風(fēng)電場(chǎng)在丹麥建成以來(lái) , 海上風(fēng)電已經(jīng)成為世界可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展，海上風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，已進(jìn)入大規(guī)模開(kāi)發(fā)階段。到 2014 年底，歐洲 11 個(gè)國(guó)家共建設(shè)了 84 個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量11,027MW。我國(guó) 2010 年并網(wǎng)發(fā)電的東海大橋 100MW 海上風(fēng)電場(chǎng)是亞洲第一個(gè)大型海上風(fēng)電項(xiàng)目，到 2013 年底我國(guó)海上風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到 428.58MW。據(jù)報(bào)道，我國(guó)可開(kāi)發(fā)和利用的陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量 2.53 億千瓦，近海可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量有 7.5 億千瓦，海上風(fēng)能儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地，有廣闊的發(fā)展空間。同時(shí)，我國(guó)東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，能源緊缺，開(kāi)發(fā)豐富的海上風(fēng)能資源將有效改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)。因此，盡管我國(guó)海上風(fēng)電起步較晚，但發(fā)展?jié)摿薮蟆?br />
與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電所處環(huán)境更為復(fù)雜，海洋大氣區(qū)高濕度、高鹽霧、長(zhǎng)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(duì)海上風(fēng)電設(shè)備的腐蝕防護(hù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，同時(shí)海上風(fēng)電由于其特殊的地理環(huán)境和技術(shù)要求，維修費(fèi)用極高。因此，海洋腐蝕不但給海上風(fēng)電機(jī)組帶來(lái)巨大安全隱患，縮短機(jī)組運(yùn)營(yíng)壽命，也大大增加了風(fēng)電的建設(shè)投資和運(yùn)行維護(hù)成本。防腐蝕是海上風(fēng)電必須考慮的突出問(wèn)題， 防腐蝕設(shè)計(jì)成為海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。
海上風(fēng)電機(jī)組
海上風(fēng)電機(jī)組主要由水下基礎(chǔ)、塔架、機(jī)艙、輪轂和葉片等部分組成，具體構(gòu)造上不同廠家的風(fēng)機(jī)存在一些區(qū)別，大部分廠家將主軸、軸承座、齒輪箱、聯(lián)軸器、機(jī)械剎車、發(fā)電機(jī)、變壓器、變槳系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等集成在機(jī)艙和輪轂內(nèi)部，以減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量。
水下基礎(chǔ)從材料角度主要有鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；從結(jié)構(gòu)形式分主要有重力式基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、群樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)、吸力式筒形基礎(chǔ)等固定式基礎(chǔ)和漂浮式基礎(chǔ)等。
我國(guó)東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)采用的是群樁承臺(tái)基礎(chǔ)。
目前海上風(fēng)機(jī)的高度一般在 80 ～ 110m 的范圍內(nèi)，按部位劃分，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處于浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)及海泥區(qū)， 風(fēng)機(jī)的機(jī)艙、 輪轂、 葉片和塔架等處于海洋大氣區(qū)范圍內(nèi)。
單樁基礎(chǔ)的海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)圖
海上風(fēng)電機(jī)組的腐蝕分析
海上風(fēng)電機(jī)組一般位于離岸 15Km 以內(nèi)的近海，從機(jī)組、塔架到水下基礎(chǔ)，相應(yīng)處于海洋大氣、浪花飛濺、潮差、全浸及海泥五個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)的腐蝕環(huán)境不同，其腐蝕特征也不同。下面對(duì)每個(gè)區(qū)的腐蝕特征分別進(jìn)行介紹。
1、海洋大氣區(qū)
高濕、高鹽是海洋大氣的特點(diǎn)，海洋大氣中的水蒸氣在毛細(xì)管作用、吸附作用和化學(xué)凝結(jié)作用等的影響下，容易附著在鋼鐵表面形成一層肉眼看不到的水膜，水膜中有溶解氧、氯離子、 硫酸根離子和其它一些鹽分， 是導(dǎo)電性很強(qiáng)的電解質(zhì)溶液。鋼鐵表面的不均勻使得表面形成腐蝕電池， 從而引起鋼鐵腐蝕。研究結(jié)果表明，鋼在濕度 70% 時(shí)腐蝕最為嚴(yán)重。另外晝夜的干濕交替，對(duì)腐蝕有加速作用。
水膜中氯離子具有穿透作用，它能加速鋼鐵的點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕，使得鋼鐵表面難以形成長(zhǎng)期穩(wěn)定的致密銹層，導(dǎo)致腐蝕率上升。
2、浪花飛濺區(qū)
在浪花飛濺區(qū)，海水膜潤(rùn)濕時(shí)間長(zhǎng)、干濕交替頻率快、海鹽離子大量積聚，同時(shí)飛濺的海浪粒子沖擊和海風(fēng)等使得供氧充分，是造成腐蝕速度加劇的重要因素。飛濺海水中的氣泡會(huì)沖擊破壞材料表面， 使得該部分的防腐涂層很容易脫落。 因此在整個(gè)海洋環(huán)境中，浪花飛濺區(qū)是腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域。
鋼樁在海洋環(huán)境各區(qū)域的腐蝕速率示意圖
