2017年，中國海上風電取得突破進展，新增裝機共319臺，新增裝機容量達到116萬千瓦，同比增長97%;截至2017年底，海上風電機組裝機容量已到279萬千瓦。由于海上風電機組長期處于高鹽霧、高濕度環境運行，因此海上風電機組在防腐設計上應遠高于陸上風電機組。目前海上風電機組主要從兩個方面提高整機防腐能力：(1)主動防腐，即提高整機各個零部件運行環境;(2)被動防腐，即提高各個零部件的自身防腐等級。

風電機組主要由風輪、機艙、塔筒組成。根據ISO20340-2009[1]、DIN EN ISO12944[2]、IEC61400-SER-2010[3]中關于海上風電機組防腐等級如表1所示。

表1風輪、機艙、塔筒防腐等級

1風輪防腐

1.1主動防腐

海上風電機組風輪系統的設計采用了迷宮式密封結構，能夠有效阻擋外部高鹽霧、高濕度氣體進入風輪內部，如圖1所示。根據鋼鐵腐蝕速率可知，如圖2所示，當濕度大于60%時，鋼鐵腐蝕速率急速增長。由于風輪與機艙相連，機艙內部設置有除濕系統，風輪與機艙之間有密封機構，因此可以有效保證風輪和機艙的環境濕度低于50%，從而保證風輪系統內部零部件防腐在C4等級。

1.導流罩 2.導流罩密封環 3.葉片密封環4.葉片5.毛刷 6.機艙罩密封環7.導流罩換氣機構

圖1 風輪密封結構圖

圖2 鋼鐵腐蝕速率

1.2被動防腐

風輪系統內部被動防腐根據表2要求執行：

表2 風輪系統防腐設計要求

2機艙防腐

海上風電機組設計機艙采用環境控制技術。通過控制機艙內部的環境，促使機艙內環境的腐蝕因子含量不高于陸上環境的指標，以達到艙內零部件的防腐等級與陸上風電機組零部件防腐等級一致，從而保證海上風電機組艙內零部件安全可靠運行。

2.1主動防腐

2.1.1鹽霧濃度控制

海上風電機組機艙和塔筒相連，塔筒內部設置有鹽霧過濾系統，可以保證風電機組整機內部處于微正壓狀態，并且整機各個連接部位通過迷宮密封+密封圈的密封方式進行密封。通過微正壓技術和迷宮密封+密封圈的密封方式，可以有效保證機組整機的密封結構，同時能保證鹽霧顆粒折向沉積以阻止其進入艙內。

2.1.2濕度控制

通過控制風力發電機組艙內環境空氣的相對濕度以阻止鹽霧腐蝕的發生。鹽霧腐蝕本質是電化學腐蝕，當艙內環境空氣濕度低于金屬的臨界相對濕度時便可阻止電化學腐蝕的發生，如圖2所示。海上風電機組在艙內設置有除濕系統，配合機艙在鹽霧濃度控制技術的基礎上，可以有效保證機艙和風輪內部濕度小于等于50%，以阻止艙內金屬零部件腐蝕的發生。

2.1.3環境溫度控制

風電機組機艙內部設置有空空冷卻系統，空空冷卻系統由內循環和外循環組成，運行時兩個循環獨立，機艙內外空氣互不干擾，只是由外循環空氣將內循環空氣熱量帶出機艙，從而可以將機艙內部環境溫度控制在40℃以內，避免機艙內部零部件在高溫下運行從而導致腐蝕加劇，如圖3所示。

圖3 機艙環境控制系統

2.2被動防腐

被動防腐根據表3要求執行：

表3 風輪系統防腐設計要求

2.3應用及效果

目前該環境控制技術已在海上風電機組上運行，并在樣機上進行了“防腐掛片”實驗。機艙頂部設置有3塊實驗“鋼片”，用于測試機艙外腐蝕速率。機艙內部設置有4塊實驗“鋼板”，用于測試機艙內腐蝕速率。

實驗結果如圖4所示。通過采用該環境控制技術，機艙內部環境等級明顯高于機艙外側。在相同時間內對比可知，機艙內部鋼片表面呈現金屬光澤，無銹蝕點、銹斑出現;機艙外側鋼片在3個月時，整個鋼片表面基本已全部銹蝕，隨著時間的推移，鋼片腐蝕逐漸加深，表面顏色也從紅褐色變為黑褐色而逐漸加深，鋼片腐蝕度更為嚴重。

對實驗1年后鋼片進一步檢測可知，如表4所示。艙外鋼片腐蝕速率分別為(328、341、311)g/(m2.a);平均點蝕深度為(0.098、0.077、0.111)mm;對應最大點蝕深度已達到(0.15、0.11、0.30)mm。對于艙內鋼片其腐蝕速率不到艙外十分之一，并且鋼片表面保持原有金屬光澤，表面無點蝕存在。因此由上述實驗可知，采用該環境控制技術后，艙內環境很好，零部件腐蝕速率較低，艙內防腐等級達到C3等級以上。

圖4 防腐掛片實驗

表4 防腐掛片實驗結果

3塔筒防腐

3.1主動防腐

塔筒采用全鋼制結構，與機艙連接部位采用迷宮結構密封，因此塔筒筒體縫隙基本可忽略。外部鹽霧空氣只能通過塔筒門及門縫隙進入塔筒內部，為防止鹽霧空氣進入塔筒內部，塔筒門采用船用風雨密單扇鋼質門設計，并參照GB/T3477中A級門進行設計，保證其密閉性能，有效降低塔筒及基礎內部的鹽霧濃度。

增加進門隔間設計。塔筒門是進入機組的唯一通道，為減少維護人員進出機組而帶來的這種偶然性腐蝕環境惡化，海上風電機組采用了進門隔間設計，有效地減少了進入機組的外部空氣。

塔筒內部設置有除濕系統和鹽霧過濾系統，除濕系統可將塔筒內部濕度控制在50%以內，鹽霧過濾系統在塔筒密閉的情況下，通過為塔筒內部補充新風，從而保證塔筒、機艙、風輪系統長期處于微正壓狀態，可以有效減少因開門而進入機組內部的鹽霧空氣。采用該環境控制技術后，塔筒防腐等級達到C3等級以上。

3.2被動防腐

被動防腐根據表5要求執行：

表5 塔筒、基礎防腐設計要求

4結語

本文海上風電機組風輪、機艙、塔筒采用主動防腐和被動防腐兩種方式，能有效降低風電機組內部防腐等級。通過“防腐掛片”實驗可將知，采用該種環境控制技術，風電機組風輪、機艙、塔筒防腐等級分別可達到C4、C3、C3，比ISO20340-2009[1]、DIN EN ISO12944[2]、IEC61400-SER-2010[3]標準中所規定防腐等級高，因此能降低風電機組內部的腐蝕速率，延長零部件的使用壽命。