海上風電是我國大力發展的可再生能源產業。國家能源局印發風電發展“十三五”規劃指出，到2020年底，風電累計并網裝機容量確保達到2.1億千瓦以上，其中海上風電并網裝機容量達到500萬千瓦以上；風電年發電量確保達到4200億千瓦時，約占全國總發電量的6%。與陸上風電相比，海上風電設備受到復雜的海洋氣候條件影響，服役環境更為苛刻，材料設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電的腐蝕防護知識，了解海上風電環境耐久性的相關技術，記者特邀工業產品環境適應性國家重點實驗室常務副主任揭敢新做相關解讀。

    揭敢新，教授級高級工程師，享受國務院政府特貼專家，長期從事包括海上風電測試與評價技術、腐蝕防護技術研究在內的產品環境適應性技術研究與服務，負責組織我國特殊環境風電設備技術要求系列標準制定工作。

    揭敢新 教授級高級工程師 享受國務院政府特貼專家

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

    揭敢新：有研究表明相對于陸上風電，海上風電維護成本高出許多，據不完全統計，就鋼結構涂料而言，海上風電維護成本是前期投入成本的八到九倍。而電器設備相對精密，一旦出現故障，很難進行維修，嚴重時甚至需要全部翻新，其環境失效維護成本更是不可預估的。因此非常有必要對海上風電環境耐久性關鍵技術進行研究，重點解決關鍵技術難題，從而提升產品服役壽命，減少風力發電因停機故障而造成的間接經濟損失，節約運行過程中人力物力維護成本，增長效益。

    記者：我國海上風電的發展主要分布在哪些區域，在不同海域的風電場，材料的服役環境有什么特點？

    揭敢新：近年來，我國現在大規模發展海上風電主要集中在江蘇、浙江、福建、廣東等省的近海海域，這些地區主要為亞濕熱或濕熱海洋環境，該類地區海上風電設備長期服役于高溫、高濕、高鹽分的海洋環境，腐蝕環境和條件更為苛刻惡劣。而由于我國缺乏針對濕熱海洋環境的腐蝕技術研究及前景基礎數據積累，極易導致風電設備在濕熱惡劣環境下服役時，海上風電塔筒、葉片、導管架支撐結構等主要結構件容易出現腐蝕問題，主要結構件的腐蝕隱患將會給海上風電設備帶來災難性的安全事故。

    記者：海上風電有哪些常見的腐蝕類型、監檢測手段和防護措施？

    揭敢新：海上風電設備主要會受到鹽霧、溫度、濕度等環境因素的影響，其所面臨不同的海洋腐蝕環境較為復雜，海洋腐蝕環境可分為大氣區、飛濺區、潮差區、全浸區、海泥區等區域，不同區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由于長期經受干濕交替、太陽輻射、鹽霧等綜合作用，其腐蝕最為嚴重。不同海洋環境區域的腐蝕影響因素及腐蝕速率大不相同，因此需要對各個區域風電機組的腐蝕給予不同的重視并采取更有針對性的措施。

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

    海上風電場的防腐盡管可以在很大程度上參考海洋平臺現有的防腐經驗，但是兩者之間也有不同。海上風電場是無人居住的，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，而海上風電場很難做到這一點，維修費用極高，后續維護費用是其成本的7倍以上。對海上風電機組鋼結構腐蝕應更加重視，特別是外露于海洋大氣和飛濺區中的部位。一般情況下，大氣區結構件采取涂料保護或熱噴涂金屬保護，如：大氣區鋼結構一般采用環氧富鋅底漆（含鋅≥80%）、環氧云鐵漆、聚氨酯面漆（或者聚氨酯+氟碳雙重面漆）三層涂層體系；飛濺區鋼結構一般采用玻璃鱗片漆、環氧耐磨漆雙層涂層體系；全浸區一般采用玻璃鱗片漆、環氧厚漿漆雙層涂層體系，并采取犧牲陽極進行協同防腐。

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

    記者：近年來雖然國內外在海上風電設施防護方面取得了重大進展，但仍存在紕漏問題，請您談談有哪些亟待解決的重大科學問題？

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

    電子元器件引腳處腐蝕厲害

    記者：能否介紹一下海上風電涂層環境耐久性測試與評價方法的優越性？

    揭敢新：目前來說，國內外海上鋼結構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境下的海上風電鋼結構防腐涂層體系是本項目研究重點工作，而其中最為關鍵技術難題就建立一套有效適用于濕熱環境下海上風電防腐涂層環境耐久性評價新方法。考慮到傳統環境試驗方法對海上風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，現場試驗則更為漫長，同時，難以考核綜合環境因素的影響，大多環境試驗僅僅對涂料樣品施加一種或者兩種環境應力，與現場試驗的相關性表現不佳。

    針對傳統環境試驗方法存在的問題，工業產品環境適應性國家重點實驗室通過多年研究形成的涂層環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，比傳統環境試驗方法加速比更大，約為3倍以上，成本降低約50%，同時與現場試驗結果更加吻合，已采用該方法對近20種大氣區和飛濺區鋼結構防腐涂料進行篩選，確定了適合濕熱環境海上風電鋼結構涂層體系。

    記者：請您談談對海上風電未來的發展方向？

    揭敢新：在“十二五”期間，我國風電企業在海上風電技術進行了積極探索和技術積累，促進我國海上風電自主技術的不斷發展，在“十三五”期間，我國海上風電正處于“項目示范”向“快速開發”的轉折時期，我國海上風電裝機機組正在向大規模化發展，腐蝕是影響濕熱地區海上風電發展關鍵瓶頸問題，未來我國風電產業要良性發展，我個人認為應該重視三個方面的工作：

    首先必須圍繞降低開發成本、降低運行維護風險等方向大力創新，加大對海上風電主機及其基礎設施長效防腐技術研究，確保海上風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資源，未來海上風電必然將從淺海逐步往深海發展，海上風電走入深海將面臨更加復雜的海洋環境，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電工程化技術有待探索、完善。

    第三，我國海上風電技術主要源于歐洲技術和標準，相對于歐洲環境，我國海洋環境更加復雜、嚴酷，在“十二五”期間，我國初步建立針對我國特殊環境海上風電基本性技術要求標準，但長壽命海上風電技術標準體系尚未建立，今后需要加強產業上下游的通力合作，建設符合我國特殊環境長壽命設計要求的海上風電標準體系，推進我國海上風電健康發展。

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

    人物簡介

    揭敢新，男，1966年出生，教授級高級工程師，享受國務院政府特貼專家。現任工業產品環境適應性國家重點實驗室常務副主任、全國電工電子產品環境技術標準化技術委員會氣候分會主任委員、全國電工電子產品著火危險標準化技術委員會主任委員、建材行業建筑構件材料環境條件與環境試驗標準化技術委員會副主任委員、中國材料研究學會高分子材料與工程分會常務理事、國家材料環境腐蝕野外科學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。

    長期從事包括海上風電測試與評價技術、腐蝕防護技術研究在內的產品環境適應性技術研究與服務，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，發表學術論文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。