摘 要 :分析了我國“三北”地區、東南沿海地區以及黃河以南內陸地區風電場的氣候特點和腐 蝕環境，并針對性地提出不同區域的氣候環境下風力發電設備的不同零部件、不同部位應采取不同 的防腐技術，為大規模發展風電場提供借鑒。

引言

隨著石化能源的日漸枯竭，低碳和綠色環保的 呼聲日益高漲，以及世界各國對氣候變化的重視和 關注，以風能為代表的可再生能源因其資源豐富、易 于轉換和利用、分布廣泛及無污染等特性，近年來在 世界范圍內得到了廣泛開發和利用，特別是我國風 電的發展尤為迅速，中國風電開發和利用規模已處 于世界領先地位。開發和利用風能等可再生能源既 是我國當前調整能源結構、節能減排、合理控制能 源消費總量的迫切需要，也是我國未來能源可持續 利用和轉變經濟發展方式的必然選擇。國家能源局 于 2012 年 8 月發布了《可再生能源發展“十二五”規 劃》，該《規劃》確定了可再生能源發展的基本原則 : 市場機制與政策扶持相結合、集中開發與分散利用 相結合、規模開發與產業升級相結合、國內發展與 國際合作相結合。“十二五”時期可再生能源發展的 總體目標是 :到 2015 年可再生能源年利用量達到 4.78 億 t 標準煤，其中商品化可再生能源年利用量達 到 4 億 t 標準煤，在能源消費中的比重占 9.5% 以上。

其中到 2015 年，累計并網風電裝機達到 1 億 kW，年 發電量超過 1 900 億 kW·h，其中海上風電裝機達到 500 萬 kW，基本形成完整的、具有國際競爭力的風 電裝備制造產業。到 2020 年，累計并網風電裝機達 到 2 億 kW，年發電量超過 3 900 億 kW·h，其中海上 風電裝機達到 3 000 萬 kW，風力發電成為電力系統 結構的重要能源。由于我國地域遼闊，各地氣候環境 差別大，而且不同地區風電場的腐蝕環境大相徑庭， 因此針對不同區域的風電場安裝和運行的風電設備 所要求的防腐技術和涂裝體系也不相同。為了更好 地保護不同區域風電場的風力發電設備免遭腐蝕侵 害，提高風力發電設備服役期的可靠性和發電量，本 文針對我國不同區域風電場的腐蝕環境和腐蝕因素 進行具體分析，并就不同區域風電場的風力發電設 備相應的防腐技術和涂裝體系進行闡述。

1 風電場的腐蝕環境分析及防腐技術應用 首先，從風力發電設備安裝和運行的區域環境

來看，近年來，我國安裝和運行的風電場主要分布在“三北”（東北、西北、華北）地區、東南部沿海地區（山 東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東和海南等沿海地 區）以及風能資源豐富的黃河以南的內陸地區（包括 云貴、廣西、江西、安徽、河南、湖南、湖北等）。

其次，從風力發電設備的結構來說，大型風力發 電設備是將風能轉換成機械能，再將機械能轉換為 電能，輸送和并入電網。在風能轉換成機械能再轉換 成電能的過程中，一套風力發電設備為了實現其功 能的轉換而由若干個系統、結構和零部件組成。而其 零部件大多數采用碳鋼、鑄鐵等金屬材料，還有電氣 設備的電氣元器件等，因此解決風力發電設備的防 腐蝕問題首先必須從風力發電設備的安裝運行環境 和腐蝕介質入手，其次必須從風電設備的結構和所 使用材料的特性進行具體剖析和針對性地處理。雖

然大型風力發電設備的結構比較復雜，但是其基本 結構大體上由風輪（葉片、輪轂）、風輪軸、調速裝置、 發電機、制動系統、液壓系統、機艙、偏航系統、塔 架、支撐結構基礎、控制系統等部分組成。

對于不同區域風電場安裝和運行的風力發電設 備，從防腐涂裝的角度來說，風力發電設備的機艙 系統（包括發電機、齒輪箱、偏航和液壓系統等）、 葉輪系統（葉片和輪轂系統）、樁基基礎及支撐結 構（塔架），以及電氣系統和電氣元器件等都是防腐 防護的重點，有些系統和零部件也是防腐防護的難 點。一般風電場的腐蝕環境按照不同區域的劃分是 根據 ISO 12944—2《色漆和清漆 :防護涂料體系對 鋼結構的防腐保護 - 環境分類》來進行的。具體如1所示。

風力發電設備的可靠性和耐久性是衡量風力發 電設備的投資回報期和經濟效益的一個重要依據。依據 ISO 12944 標準的相關規定，一般風力發電設備 要求其防腐防護年限在 15 a 以上，達到風力發電設 備相同的 20 a 壽命要求。而針對在海洋環境下的風 力發電設備，由于安裝和調試時間長，其設備的防腐 防護年限要求在 25 a 以上，特別是針對海上風電導 管架鋼結構基礎，其防腐防護目標要求達到 30 a 的 壽命。

1.1 “三北”地區風電場的腐蝕環境及防腐技術 我國“三北”（東北、西北、華北）地區基本上包

括東北三?。ê邶埥⒓?、遼寧）、京津地區、內蒙 古、山西、新疆及陜甘寧地區，這些地區的風能資源 豐富，十分有利于風力發電。但是由于“三北”地區 的地域廣闊，緯度跨度大，溫度和濕度的差別大。在 冬季低溫天氣下，空氣密度增大，風力發電設備在同 等風速下的輸出功率增大，如果控制系統處理不當， 容易出現超發甚至超負荷的情況，給設備帶來危害。另外一個不容忽視的因素是冬、春季霧多和雪多，空 氣濕度大，再加上溫度降低，在飽和氣溫 -20°C以下 時，容易出現所謂“霧凇”現象，風機葉片表面會“結 晶”，有時甚至在葉片表面會附著不規則冰凌，增加方法。具體工藝是先對零部件（軸承、法蘭）表面進 行噴砂除銹，表面噴砂處理要求達到 Sa 3 級，粗糙度 一般為 50~100 μm，使基材表面完全露出金屬光澤。再在乙炔 - 氧焰加熱或電加熱情況下將不斷送出的 鋅（鋁）絲融化，并用壓縮空氣將融化的鋅（鋁）顆粒 吹附到零部件表面，以形成一層蜂窩狀的鋅（鋁）噴 涂層（一次厚度可達 50~100 μm），其噴鋅（鋁）層表 面宜加涂膜厚小于 30 μm 左右的有機封閉漆，從而確 保封閉漆滲入到噴涂金屬層且封閉孔隙。

安裝于“三北”地區陸上及沙漠地區的風機葉片 容易遭受到沙塵和冰雪的磨蝕，由于風機葉片直接 關系到風力發電設備的發電效率及使用壽命，因此 設計的葉片防護涂層體系不僅要能滿足風電葉片的 耐磨蝕、耐老化，以及提高設備使用壽命的要求，并 且要能實現少維護、延長維護周期，從而提高風機葉 片的可靠性，“三北”地區風機葉片的防護涂層體系 一般設計如表 2 所示。

風機葉片防護涂層適用于輥涂、空氣噴涂及高壓 無氣噴涂設備的施工，固化時成膜快，實現底涂和面 涂的一體化，從而減少涂裝作業時間，提高施工效率。

1.2 東南沿海地區風電場的腐蝕環境及防腐技術

我國東南沿海地區，其海域包括渤海、黃海、東 海、南海四大海域，這些海域地區涵蓋山東、江蘇、 上海、浙江、福建、廣東和海南等沿海省份，其分別 屬于溫帶（山東）、亞熱帶（江蘇、上海、福建、廣東）、 熱帶（海南及廣東雷州半島）海洋性氣候區，年平均 氣溫大都在 10°C或 25°C以上。盛行的海陸風把含有 鹽分的水氣吹向風電場與設備元器件大面積接觸，葉片表面粗糙度，導致葉片翼型和重心的改變，降低 翼型的氣動性能，甚至有可能導致設備損毀和風機 倒塌等事故。在此情況下必須停機運行和檢修維護， 從而降低風機的輸入功率和導致發電量損失。特別 是在西北和內蒙古的局部地區，容易發生沙塵暴、冰 雹和冰凍等自然災害，沙塵暴對葉片表面涂層破壞 很大，而且玻璃纖維、環氧樹脂部分受紫外線照射會 產生老化，這些都對風力發電設備的安全運行造成 嚴重的威脅。

根據 ISO 12944—2 標準的腐蝕環境分類，位于 “三北”地區的風力發電設備的機艙和葉輪（輪轂和 葉片）外部、以及基礎環和塔架筒體外表面屬于 C3 腐蝕類型，機艙和輪轂及塔筒內部屬于 C2 腐蝕類 型。按照 C3-C2 的腐蝕環境等級及 15 a 防腐防護壽 命要求，風力發電設備的防腐涂層參考 ISO 12944— 5 來設計膜厚。“三北”地區的風力發電設備內部和 內表面，采用的涂層體系為 :環氧富鋅底漆 + 環氧 云鐵中間漆 + 聚氨酯面漆，也可采用環氧富鋅底 漆 + 環氧面漆的 2 層涂層結構，其干膜總厚度一般 為 180 μm 左右。“三北”地區的風力發電設備外部 和外表面采用的涂料體系為 :環氧富鋅底漆 + 環氧 云鐵中間漆 + 聚氨酯面漆，其干膜總厚度一般設計為240 μm左右。對于風力發電設備的整流罩和機艙罩的鋼結構支架、塔筒內的電纜橋架、鋼結構梯子、扶欄以及其 他結構和形狀比較復雜的管件和鋼構件等可采用熱 浸鍍鋅技術進行保護，熱浸鍍鋅技術一般被用于受 大氣腐蝕較嚴重且不需維修的風電機組零部件的防 腐防護中。

對于風力發電設備的高強度連接螺栓（一般針 對 8.8 級以上螺栓螺母墊片），如基礎錨固螺栓、葉片 與輪轂的連接螺栓、每節塔筒的連接螺栓等通常采 用達羅克技術（或無鉻鋅鋁涂層技術）來進行防腐蝕 處理。達克羅（鋅鉻涂層）技術是目前應用比較普遍 的一種金屬表面防腐處理技術。與電鍍鋅、熱浸鍍鋅 等工藝技術相比，鋅鉻涂層具有防腐性優良、不產生 氫脆等特點。其鍍層厚度一般為 2~12 μm。

風力發電設備的軸承、塔筒的連接法蘭等采用 熱噴鋅（鋅 / 鋁合金）涂層，這是一種長效的防腐蝕鹽霧中高濃度的 NaCl 迅速分解為 Na+ 離子和 Cl- 離 子，與金屬材料發生化學反應生成強酸性的金屬鹽， 在葉片表面形成覆蓋層，嚴重影響了葉片的氣動性 能 ;并經過一系列的化學反應后使設備原有的強度 遭到破壞，生成氧化物使電氣觸點接觸不良，導致電 氣設備故障或毀壞，使風力發電機組承受最大載荷 的能力大大降低，不能達到設計運行要求，給設備安 全運行帶來嚴重后果，給風場的安全、經濟運行造成 很大的影響。

海上風電基礎大致上分為兩種，即在沿海灘涂 和潮間帶的混凝土底座式基礎，以及在近海地區的 導管架式基礎。底座式風機由管樁上澆筑鋼筋混凝 土承臺，承臺上固定風機塔筒。其中混凝土承臺部分 由于在海上現場施工，環境復雜，氣候惡劣，鹽霧多， 濕度大，潮汐間隔短，施工難度大，后續維修困難， 所以其防腐涂層質量要求更為嚴格，防腐周期越長 越好。導管架式基礎類似于船舶和海工平臺。但是， 由于深海海上風電場是無人居住的，并且嚴格限制 人員的接近，因此海上風電設施相比海上平臺更難 做到定期對防腐涂層進行檢修，因此其腐蝕保護的 要求更嚴格。海上風力發電設備的主機、塔架和導管 架基礎腐蝕情況又可根據其部位所處的環境不同分 為水上部位及水下部位。

與浸于海水中的鋼鐵腐蝕不同，海洋環境對金 屬的腐蝕同其它環境中的大氣腐蝕一樣是由于潮濕 的氣體在物體表面形成一個薄水膜而引起的。這種 腐蝕大多發生在海上的船只、海上平臺以及沿岸碼 頭設施上。海洋大氣中相對濕度較大，同時由于海 水飛沫中含有氯化鈉粒子，所以對于海洋鋼結構來 說，空氣的相對濕度都高于它的臨界值。因此，海洋 環境中的鋼鐵表面很容易形成有腐蝕性的水膜。薄 水膜對鋼鐵的作用而發生大氣腐蝕的過程，符合電 解質中電化學腐蝕的規律。這個過程的特點是氧特 別容易到達鋼鐵表面，鋼鐵腐蝕速度受到氧極化過 程控制。空氣中所含雜質對大氣腐蝕影響很大，海 洋大氣中富含大量的海鹽粒子，這些鹽粒子雜質溶 于鋼鐵表面的水膜中，使這層水膜變為腐蝕性很強 的電解質，加速了腐蝕的進行。與干凈大氣的冷凝 水膜相比，被海霧周期飽和的空氣能使鋼的腐蝕速

度增加幾倍。在距離海岸近的，特別是在距海岸 200 m 以內的大氣區域中的金屬材料，強烈地受到海洋大 氣的影響。離海岸 24 m 處的鋼鐵腐蝕比 240 m 處大 12 倍。

除了海鹽、濕度、溫度等大氣環境腐蝕因素，風 機塔架基座還受到海浪的飛濺，飛濺區的下部經常 受到海水短時間的浸泡，干濕交替頻繁，該部位海鹽 含量遠高于大氣區，而且氧在飛濺區含量較高，其去 極化作用促進了鋼樁的腐蝕。此外，海浪的沖擊對保 護涂膜也具有相當的破壞力，使腐蝕加速。因此，碳 鋼在飛濺區的腐蝕速度要遠大于其他區域。海上風 機塔架底部處于飛濺區，一般采用無機環氧或玻璃 鱗片環氧涂層保護體系。

從高潮位到低潮位的區域稱為潮差區。在潮差 區的風機塔架鋼鐵表面經常與飽和空氣的海水相接 觸，加劇了鋼鐵的腐蝕。在冬季有流冰的海域，潮差 區的鋼鐵設施還會受浮冰的撞擊。

承臺下部到海面部位屬于潮差區和飛濺區，是 海上風機防腐的重點。風機導管架平臺的中下部位 及鋼樁等長期浸泡在海水中，溶解氧、海流、鹽度、 污染和海生物等因素對鋼鐵造成多方面腐蝕影響， 其中，溶解氧和海鹽對該部位的腐蝕起著主導作用。海生物，如苔蘚蟲、石灰蟲、藤壺和海藻等的污損， 對風機塔架碳鋼的腐蝕影響較大。在此一般采用環 氧底漆 + 玻璃鱗片環氧涂層系統。

淺海和沿海灘涂的底座式風機需將鋼樁打入海 泥區內，海泥區主要由海底沉積物以及飽和海水的 土壤所構成，是一種比較復雜的腐蝕環境，既有土 壤的腐蝕特點，又有海水的腐蝕行為。海泥區含鹽度 高，電阻率低，但由于氧濃度十分低，其對塔架鋼構 的腐蝕速度比全浸區要低。此外，海泥中含有的硫酸 鹽還原菌在缺氧環境下生長繁殖，也成為鋼材腐蝕 的影響因素之一。在這里，通常是在鋼樁位于流水線 以下的外壁上焊接鋅塊而采用犧牲陽極的陰極保護 來防止腐蝕。也可結合采用防腐涂料，涂層一般不需 太厚。

根據 ISO 12944—2《色漆和清漆 :防護涂料體系 對鋼結構的防腐保護 - 環境分類》的規定，按照東南 沿海地區的海上風電機組結構特點及區域范圍，海上風電塔筒、主機（機艙系統和葉輪系統）的外部屬于 海洋大氣區 C5-M 腐蝕類別 ;其內表面屬于 C4 腐蝕 類別。海上風電導管架基礎根據其結構所處的部位分 別處于海洋大氣區、海水浪濺區、潮差區及海水浸泡（海泥）區，其環境腐蝕類別為 C5-M 及 Im2。對于主機機艙和輪轂及塔架內外部金屬零部件的防腐防護，除了注重在材質選擇上的特殊要求外， 還應根據鋼鐵及鑄件零部件的材料性質、所處的部 位和結構特點分別采用熱浸鋅、熱噴鋅、滲鋅（鋁）、 達克羅等防腐技術以及涂裝復合涂層結構的重防腐 技術，從而能夠很好地保護零部件免受海洋環境下 腐蝕介質的侵蝕。主要防護措施：使用鋅鉻膜涂層 工藝技術對金屬設備進行表面處理，在材料端面形 成保護膜 ;經常巡查，發現設備出現腐蝕情況后及時 進行處理，阻止氯等物質對金屬的侵蝕 ;對電氣元器 件集中區域進行密封防潮、降溫保護以減緩腐蝕速 度。主機機殼和塔架的設計應充分考慮該風電場的 熱帶海洋大氣環境，其涂層設計符合 ISO 12944—2、 ISO 12944—5 標準規定，滿足耐鹽霧腐蝕、耐霉變、 耐紫外線老化、耐雨水和風化、耐高溫、良好的附著 力等要求。

海上風機塔筒大部分處于海洋大氣區，塔筒外 表面防腐涂料體系一般采用富鋅底漆 + 環氧云鐵中 間漆 + 脂肪族聚氨酯面漆，其涂層干膜厚度一般為 360~400 μm。其中，采用玻璃鱗片涂料體系時底漆不 能太厚，面漆也可選用耐久性更好的聚硅氧烷涂料。底層外壁也可采用電弧噴鋅或鋅 / 鋁合金，面層可采 用耐候性優良的聚氨酯面漆 / 氟碳面漆。塔筒內表面 由于不直接接觸海洋大氣環境和外界陽光直射，腐 蝕環境相對也弱于外表面，內壁選用聚氨酯面漆，其 3 層的涂層干膜厚度一般為 280~300 μm。

主要是季風環流，即夏季多吹偏南風，冬季多吹偏北 風。年平均氣溫在 13~15°C之間，自南向北遞減。具有 四季分明、雨熱同期、氣象災害頻繁、復雜多樣的特 點。主要的氣象災害有旱災、雨澇、風雹災、低溫凍 害和雪災，受災面積以干旱最多，占 46% ;雨澇次之， 占 25% ;風雹第三，占 12% ;低溫凍害和雪災面積較 小，分別占 3% 和 2%。其中風雹災、低溫凍害和雪災 均會對風機運行產生不利影響。根據ISO12944—2《色 漆和清漆 :防護涂料體系對鋼結構的防腐保護 - 環境 分類》的規定，按照黃河以南地區的風電機組結構特 點及氣候區域劃分，風電塔筒、主機（機艙系統和葉 輪系統）的外表面和外部零部件屬于 C4 腐蝕類別 ; 其內表面和內部零部件屬于 C3 腐蝕類別。

機艙 / 輪轂及塔筒外壁和外部零部件通常采用 : 環氧（或無機）富鋅底漆 + 環氧云鐵中間漆 + 聚氨酯面 漆的 3 層涂層結構，涂層干膜厚度一般為 280~300 μm。這種防腐涂層結構的底漆由于高金屬含量鋅粉提供 了很好的陰極保護 ;厚漿型環氧云鐵中間漆的片狀云 母氧化鐵所形成的“迷宮”效應，能夠隔絕水分子、鹽 霧分子向金屬零件表面滲透和腐蝕 ;改性聚氨酯面漆 不僅具有防太陽光及紫外線老化的能力，而且能夠耐 風沙、雨雪的侵蝕。塔筒內壁和機艙 / 輪轂內部的零部 件由于不接觸到外界的陽光直射，耐光老化性相對外 壁要弱，一般采用 :環氧富鋅底漆 + 環氧厚漿漆 + 聚 氨酯面漆，總干膜厚度一般為 240~260 μm 左右。

2 風力發電設備防腐技術的應用前景和展望

由于陸地上風能資源基本開發完成、以及土地 和風能利用效率等因素的驅動，海上風電已成為全 球風電行業未來建設和發展的重點。我國已于 2010 年年初出臺《海上風電開發建設管理暫行辦法》，并 啟動了首批海上風電特許權招標，海上風電的發展 將對風電防腐防護和保護涂料提出新的挑戰。

海洋環境下在風電機組的防腐蝕方面也可采用不易發生腐蝕的金屬材料，如使用不銹鋼、銅或合金等耐腐蝕性材料。但是這種方法導致材料成本大大增加，在滿足技術和經濟要求的前提下才會選擇。目前，我國風電場主要分布已達24個省（市)

1.3 黃河以南內陸地區風電場的腐蝕環境及防腐技術 我國黃河以南的內陸地區，根據其地域范圍和氣 候特點，其分別屬溫帶、亞熱帶大陸季風氣候及高原 性氣候（云貴高原），影響此區域氣候形成的大氣環流

區），風機生產商近 80 家，葉片生產企業 50 多家，塔 筒生產企業則超過 100 家。而根據中國電力企業聯 合會的統計，國家發改委和能源局 2020 年裝機規模 1~1.5 億 kW 的目標，在未來幾年間，中國風機市場每

年的增長空間均在 1 000 萬 kW 以上，同時風電裝備 出口也已逐步成為風電行業新的增長點之一。巨大 的風電市場無疑為風電保護涂料開辟了一個穩定而 廣闊的市場空間。預計 2020 年前，我國風電保護涂 料的年均需求量將超過1萬t，其中塔架防腐涂料需 求超過 8 000 t/a，葉片涂料需求超過 2 000 t/a。2010 年，我國推出了《新能源產業振興規劃》，這進一步 推動了風電裝備產業及風電涂料產業的發展。

最近，風機涂裝所用涂料體系的發展方向是改 善面漆的性能，采用氟碳樹脂、聚硅氧烷樹脂或有機 硅改性丙烯酸樹脂來提高耐候性及一些基本特性， 尤其是氟碳樹脂及有機硅樹脂可大大提高面漆的耐 候性及耐磨性。另外，近年聚脲新材料已逐漸用于國 家重大工程，如高鐵工程。聚脲除了保護混凝土，也 可用于鐵材（風機塔筒）的防腐保護。

3 結語

（1）對于風力發電設備的防腐防護，不僅應重 視防腐方案設計和防腐涂層系統選擇，更應加強和 重視實際的防腐施工過程和質量控制。在開發和利 用風能資源的同時，也應關注和進行風力發電設備 的防腐蝕技術等關鍵性技術的應用和研究，從而更 好地推動風電領域的建設和發展。

（2）針對不同區域風電場的腐蝕環境及15 a以 上防腐壽命要求，一般內陸及沿岸風機塔筒的防腐

蝕涂裝設計體系為 :環氧富鋅底漆 + 環氧中間漆 + 脂肪族聚氨酯面漆。從經濟性和合理性出發，不同區 域風電場的防腐設計和施工采用不同的防腐方法和 涂層厚度。

（3）近來年，風力發電設備的涂裝設計和施工 也向環保、水性化、高固體分、低VOC（揮發性有機 化合物）、高膜厚、施工簡便化的 2 道涂層甚至 1 道涂 層方向發展。另外，借鑒橋梁和建筑業的先進經驗， 氟碳面漆或聚硅氧烷面漆等高性能的防腐涂料產品 在風電領域也逐漸被采用，使面漆更耐沙塵、雨雪和 風力磨蝕，抗撞擊及抗紫外線，保光保色性更好。

（4）海上風電涂料繼陸上風電和沿海風電后， 對防腐技術和涂層提出了更新、更高的要求。將作為 風電涂料產業未來的重點發展方向，從而推動風電 涂料產業的進一步發展。