幾百臺高高聳立的巨大白色風機，在廣闊的黃海上排成隊，迎候取之不竭的風資源。綿延數十公里的海上風電場，傲岸多姿， 恣肆雄奇，蔚為壯觀。 我國的海洋面積占國土面積的三分之一左右，海上風電發展方興未艾。

    據報道，我國風電建設始于20 世紀80 年代中期，1994 年起國家提出了風能發展目標，到2001 年風電裝機容量僅為399.8MW，2011 年我國風電開發呈現波動、跨越式發展，累計風電裝機容量比2007 年翻了11 倍， 風電總裝機容量達65441.5MW，約占全國發電總裝機容量的4.3%。2012 年達到75324.2MW，風電已進入平衡增長的態勢。截至2014 年底，全球海上風電裝機容量已經達到877 萬kW，中國大陸累計海上風電裝機容量達到65.8 萬kW。2014 年6 月《國家發展改革委關于海上風電上網電價政策的通知》進一步明確了海上風電的階段上網電價，釋放出我國海上風電將加快發展的積極信號。

    但在海洋環境中，高濕度、高鹽霧、長日照、浪花飛濺區干濕交替，水下區海水浸泡、生物附著等，腐蝕環境非常苛刻，對海上風電設備的腐蝕防護提出了嚴峻挑戰，同時海上風電由于其特殊的地理環境和技術要求，維修費用極高。因此，海洋腐蝕不但給海上風電機組帶來巨大安全隱患，縮短機組運營壽命，也大大增加了風電的建設投資和運行維護成本。與陸上風電相比，防腐蝕是海上風電必須考慮的突出問題，防腐蝕設計成為海上風電場設計的重要環節之一。

    海上風電抗腐蝕有哪些技術，未來發展有哪些趨勢？為此，我們采訪了鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所的書記、副所長曲政。鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所作為國內從事海洋腐蝕與防護研究的專業機構，自1975 年成立以來，一直從事材料在海洋環境中的腐蝕數據積累和規律研究，積累了大量的海洋環境材料腐蝕數據，研究了材料在海洋環境中的腐蝕規律等，研究成果已在海上采油平臺、海上風電等海上設施的腐蝕與防護中得到廣泛應用。本期專題請曲書記給我們帶來關于海上風電防腐技術的精彩解讀。

    曲政 鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所 高級工程師

    記者：您是海上風電防腐蝕領域里的專家，多年從事海上風電防腐蝕研究，請您談談目前我國海上風電設備的腐蝕情況如何？

    曲政：能源是經濟社會發展的重要物質基礎。人類對能源的利用，從薪柴到煤炭、石油、天然氣等化石能源，再到水能、風能、太陽能等清潔能源發電，每一次變遷都伴隨著生產力的巨大飛躍和人類文明的重大進步。

    歐洲是全球海上風電發展最快的地區，海上風電場主要分布在丹麥、英國等國家。丹麥風能資源非常豐富，是世界上最早大規模開始風力發電的國家，在風電技術上位于世界領先地位。1990年，丹麥安裝了全球第一臺示范近海風電機組，到2010 年丹麥的海上風電裝機近1000MW。相對于丹麥等歐洲國家，我國海上風電起步較晚，2008 年開始建設第一個大型海上風電場，即東海大橋海上風電場，2010 年并網發電，這同時也是亞洲的第一個大型海上風電場。因此，我談不上多年從事海上風電的防腐研究，更不敢稱海上風電防腐蝕領域的專家，只是對海上風電設備的腐蝕與防護有所接觸而已。我們研究所專業從事海洋腐蝕與防護研究至今已四十余年，積累了大量的海洋環境材料腐蝕數據，研究了材料在海洋環境中的腐蝕規律等，這些成果已在海上采油平臺、海上風電等海上設施的腐蝕與防護中得到應用。目前，我國海上風電設備防腐主要參照國外成熟應用經驗、標準等進行設計，防腐涂料等也多選用國外公司產品，已建成的海上風電設備防腐蝕情況總體良好，但也存在一些問題，主要體現在防腐方案不合理、防腐材料及施工質量不過關、陰極保護系統缺陷等。當然，國外的成功應用經驗是否符合我國海域的實際情況，還需要用較長時間來驗證。

    記者：請您結合自己的科研經歷或科研案例談一下，海上風電設備防腐蝕的關鍵是什么？海上風電腐蝕與防腐技術研究與應用現狀是如何？海上風電防腐蝕技術有哪些獨特的特點？

    曲政：海上風電設備處于高濕度、高鹽分、干濕交替、海水浸漬等嚴苛的海洋腐蝕環境中，長期經受海洋大氣、海水以及海生物的侵蝕，同時還要經受海浪甚至浮冰等的沖擊，這種情況下，要保證海上風電設備避免腐蝕，長期安全有效運行是極具挑戰性的工作。同時，與海上采油平臺等海上設施相比，海上風電場無人居住，且嚴格限制人員接近，這就使得海上風電設備一旦出現腐蝕問題就面臨維修困難甚至無法維修的問題。海上風電設備防腐要求長期可靠，最好是壽命期內免維護，為此，必須對海上風電設備進行全壽命周期的系統設計，即對海上風電設備所涉及到的所有部分，大到基礎、塔架、工作平臺、機艙等，小到螺栓等緊固件，按全壽命周期評估方案的經濟可靠性，提出適用的設計方案。全壽命周期的腐蝕控制系統設計是做好海上風電設備防腐的基礎，也是海上風電設備防腐的關鍵。

    當前應用于海上風電防腐的技術主要有：涂層防腐技術、復合包覆防蝕技術、金屬熱噴涂技術、熱浸鍍鋅技術和陰極保護技術。此外，設計時通過加大腐蝕裕量、選用耐蝕材料等也是提高防腐性能的重要方法。我分別從塔架、鋼結構基礎、機艙、葉片等幾個方面進行逐一介紹。

    1、塔架防腐

    我們都知道，鋼結構塔架處于海洋大氣環境，其外部長期處于高濕、鹽霧、紫外線等環境，腐蝕性強，內部則腐蝕性相對較輕。通常采用重防腐涂層或熱噴涂鋅鋁合金加涂料封閉等進行防腐保護。方案設計時可借鑒其它海洋工程如海上采油平臺、船舶等的成功應用經驗和相關標準，同時要考慮到海上風電的難維護、長壽命的特殊性。

    2、風電基礎防腐

    風電基礎按材料劃分，主要有鋼結構基礎、混凝土結構基礎兩種，結構基礎材料不同，其防腐保護的方法也有所差異。

    鋼結構基礎處于飛濺區、潮差區、全浸區和海泥區，其中飛濺區腐蝕最為嚴重，采用重防腐涂層、金屬熱噴涂加涂層封閉等防腐方案，也有采用復層包覆防蝕技術（PTC）的應用，水位變動區以下普遍采用防腐涂層和陰極保護聯合保護方案，也有單獨采用陰極保護的應用。對于單樁基礎，樁外壁與海水接觸，一般采用防腐涂層和陰極保護的聯合防護措施，其樁筒內壁的腐蝕往往不被重視，從國外的實際情況來看，樁筒內壁常出現嚴重的腐蝕，因此，也應采用重防腐涂層與犧牲陽極的聯合保護。

    混凝土基礎結構則主要從混凝土自身的耐久性方面考慮，如采用高性能海工混凝土等，另外對飛濺區和潮差區接觸海水部分應采用防腐涂層或硅烷浸漬、涂層鋼筋、緩蝕劑等附加保護措施。

    3、機艙防腐

    機艙和輪轂內部包含了風機的關鍵部件，也是防腐蝕的核心區域。因部件較多，且涉及多個專業，若每個部件都采取較強的防腐蝕措施則會增加很多的成本，為控制成本，海上風機廠商采取了總體防腐與關鍵部件加強防腐的解決方案。

    各部件盡可能與外界環境隔離以避免腐蝕是主體設計思路。機艙和輪轂的外殼采用玻璃鋼材料達到防腐目的，且質量輕，成本低。將外殼設計成一個盡可能密閉的空間，通過鼓風機等使內部對外界形成正壓，阻止腐蝕性海洋大氣直接進入，或通過特殊過濾裝置，阻止海洋大氣中的腐蝕性離子進入機艙，很大程度上降低了機艙和輪轂內部安裝的各類部件的腐蝕防護要求。

    關鍵部件加強防腐：主支撐底座、機械部件等采用涂層防腐，電器部件按“三防”設計，盡可能避免鹽霧、凝露等。

    4、葉片防腐

    葉片是海上風電機組的重要和關鍵部件，海洋上空的微小水滴沖擊高速運轉的葉片，會對葉片表面造成損傷，另外雷擊是造成葉片損壞的重要因素。葉片涂層可選用環氧膩子，環氧底漆，聚氨酯面漆或其他合適的葉片涂料的配套方案；目前較多采用國外公司的風機葉片專用涂料。

    5、其它附屬結構件防腐

    針對其它附屬結構件，應采用與主體相當的防腐方案，甚至是更高級別的防腐處理。如固定塔架與基礎的高強度螺栓，通常采用達克羅技術處理，在條件允許的情況下，可采用包覆技術將其與外部環境完全隔絕，以避免腐蝕的發生。某些附屬構件如平臺鋼格柵、電纜管（內表面）、鋼爬梯、爬梯護籠、基礎頂法蘭上、下表面及法蘭孔、樁身牛腿上表面與圈梁底面的導電接觸面等可以不涂裝防護涂料，采用熱噴鋅120 ～ 140m。

    海上風電設備腐蝕控制是一項系統工程，從結構設計、材料選用、防腐蝕方案選擇、施工、檢測、運輸、安裝及后期運行維護等，必須充分考慮其環境特殊性，按全壽命周期進行管理。同時，對于海上風電的配套設備如機艙內齒輪箱、發電機、減速箱、偏航、變漿系統、升降裝置、液壓、冷卻、潤滑系統、電器元件等，均應進行環境適應性研究，以期與機組的設計壽命匹配。我國海上風電起步較晚，針對性地腐蝕與防護技術研究也就不到10 年時間，目前研究多集中在防腐涂料方面，如塔架外部重防腐涂料、葉片涂料等，防護技術應用則多是參照國外的應用經驗和相關標準，整體來講，缺乏對風電運行環境的數據積累，缺乏針對性地基礎性研究，由于起步晚，對于微觀腐蝕環境的研究則開展得更少。近年來，一些風電廠家對海上風電設備腐蝕開展了一些基礎性研究，如對機艙、塔筒內的腐蝕環境進行數據積累、評價等。總之，海上風電的防腐蝕研究遠沒有跟上海上風電快速發展的步伐，大量基礎性的研究工作還需要抓緊時間跟上，同時，海上風電發展也不能急于求成，還需要一段摸索和示范的過程。

    海上風電與海上采油平臺等設施相比，其最大特點是無人居住，且人員輕易不能靠近，難以開展日常地檢查與維修工作。一旦出現腐蝕問題，維修困難且成本高昂，對防腐的可靠性要求更高。由此，說起海上風電設備防腐蝕技術的獨特之處，我認為主要是考慮到其難以維修的特點，其防腐設計應按照全壽命周期考慮，初期投入相對較大。

    記者：請您分享一下您印象深刻的科研經歷，以及從事海上風電防腐蝕工作的心得。

    曲政：海上風電腐蝕控制是一項系統工程，從結構設計、材料選用、防腐蝕方案選擇、施工、檢測、運輸、安裝及后期運行維護我們都參與過。無論是結構設計、還是合理選材、防腐涂層、包覆和金屬涂鍍層還是電化學保護，必須充分考慮其環境特殊性，按全壽命周期進行管理。特別要注意的是，在項目前期要對海上風電場的環境進行充分調查，了解其環境腐蝕性及擬采用結構、設備的腐蝕特點。調查內容包括：海水的鹽度、溶解氧、生物特性等、風電場區域的水文特征、風電場的氣象特征、基礎結構情況以及風電輪轂、葉片、機艙及附屬結構等。

    在設計階段要進行合理的設計，海上風電防腐蝕有涂層、金屬涂鍍層、包覆及電化學保護等多種方法，另外有適當加大材料腐蝕裕量、選用耐蝕材料等方法。在實際項目中，應根據各部分的環境及結構特點，針對不同部位提出相應地防腐蝕措施，并進行技術經濟分析，提出最優化的方案。比如，科學決策腐蝕控制的目標；防腐蝕設計應從全壽命周期評估方案的技術經濟性；要對破壞可能性進行分析，并有相應的解決方案；要對方案失效后對風電場運行的影響進行評估；對于已建成工程防腐修復時，也應考慮其壽命周期成本等等。

    合理設計是基礎，設計的實現是關鍵。在項目的施工期間，“三分材料，七分施工”，按照相關規范和標準，嚴格抓好施工期的管理工作，是保證防腐達到預期壽命的重要環節。要對材料進行檢查；涂裝、金屬熱噴涂或包覆前的表面處理及檢查；涂裝、金屬熱噴涂或包覆施工的環境條件（濕度、溫度等）；施工工序間的檢查；涂裝等完工后的檢查與防護；電化學保護（犧牲陽極、外加電流）的施工和檢查；完工后的效果檢查與跟蹤。對于已做好涂層的結構，在運輸和安裝過程中應根據相關標準要求做好防護工作，一旦出現缺陷，應及時修復。運行后要進行監檢測與維護。在機組運行期間，應對防腐涂層、電化學保護等進行定期監檢測，防腐涂層主要通過外觀、電化學阻抗等檢查，電化學保護則主要通過保護電位等對保護效果進行檢查。另外，可通過生物腐蝕探頭等對風電基礎內外進行監控。

    從科研角度來說，我認為需求推動了科研的快速發展，近10 年來，大飛機、航母、高鐵、核電、跨海大橋以及海上風電等快速發展，推動了相關領域研究的進步，甚至在某些領域，我國已達到國際領先水平。從海上風電防腐蝕來說，目前主要是借鑒國外的成功應用經驗和相關標準，雖然國內也開展了一些研究工作，但由于缺乏較長期地應用經驗和系統性的基礎研究，還難以形成適合我國的海上風電設備防腐蝕技術體系。隨著我國海上風電的進一步發展，更多針對性地基礎性研究將有條件開展，更多應用經驗得以總結，我國的海上風電設備防腐技術水平也一定會得以提升。

    記者：我國海上風電防腐產業面臨的挑戰是什么？

    曲政：我認為我國海上風電防腐產業面臨的挑戰主要來自兩個方面，一是技術層面，由于起步晚，國內目前對于海上風電的腐蝕與防護還缺乏系統、長期地研究，特別是針對海洋大氣區海上風電機組設備防腐的技術還有待完善，同時，由于海上風電的實際應用經驗較少，符合我國國情的海上風電防腐蝕相關標準也有待完善；二是產品層面，重防腐涂料、葉片涂料等占海上風電投資比例較小，目前大多為國外公司產品，國內一些公司雖然自主研發了相關產品，但由于缺乏成功地類似應用經驗，其市場推廣阻力較大。隨著海上風電事業的發展，海上風電場呈現大型化趨勢，并且向深海海域發展，海上風電防腐產業將面臨更多挑戰，對從事海上風電防腐產業的科研、設計、研發等人員將提出更高的要求。

    記者：請展望一下，我國海上風電防腐技術面未來的發展方向？

    曲政：目前，應用于海上風電設備的防腐技術主要有防腐涂層、金屬熱噴涂層、陰極保護等，這些防腐技術的發展方向也是海上風電設備防腐未來的方向。我認為主要是兩個方向，一是環保，二是數字化。環保主要是指防腐涂料向綠色、低污染、無污染方向發展，陰極保護中高耗能、有一定污染的犧牲陽極技術將逐步被外加電流技術所替代；數字化是指針對腐蝕與防護的監控逐漸完善，通過數據遠傳、遠程控制等技術，實現對海上風電設備腐蝕的完整性管理，同時也為以后海上風電的發展提供技術支撐。

    后記：在海上風電防腐的道路上，曲政走出了一串串堅實的足跡：從海上風機基礎到塔架，再到機組內部設計，從環境腐蝕分析評價，到熱噴涂技術在塔架防腐的應用研究，再到海上風電基礎的陰極保護監測技術，曲政在中國風電防腐技術的道路上精益求精，追求卓越，以虛心、恒心、細心和不斷追求的執著心詮釋著當代風電防腐行業里的工匠精神。

    人物簡介

    曲政，高級工程師，青島海洋大學（現中國海洋大學）海洋化學專業。1992 年畢業分配至鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所工作，歷任課題組長、所長助理、副所長、書記，青島鋼研納克檢測防護技術有限公司副總經理。發表論文20 余篇，主要研究方向金屬材料海洋環境的腐蝕與防護。