近年來，海上風(fēng)電發(fā)展勢頭強(qiáng)烈，各項優(yōu)勢都顯示著海上風(fēng)電將是未來風(fēng)電的大勢所趨。然而，海上風(fēng)電面臨的災(zāi)害風(fēng)險也不小。臺風(fēng)、風(fēng)暴潮、海冰以及海水都將對海上風(fēng)機(jī)設(shè)備產(chǎn)生威脅。如何防腐、防凍和防臺，保障海上風(fēng)機(jī)設(shè)備的使用壽命與安全，成為海上風(fēng)電行業(yè)的重要課題。

一、防腐蝕

海上風(fēng)電運(yùn)行環(huán)境則復(fù)雜、惡劣的多:高溫、高濕、高鹽霧和長日照等。海洋性大氣環(huán)流運(yùn)動的特點(diǎn)就是空氣中含有大量的氯化鈉等鹽組分，這是由于海水蒸發(fā)所造成的。

通常在高鹽度的海邊，鹽度的濃度均值可達(dá)12．4mg/m3到60mg/m3。而在陸地上大氣中氯化鈉含量均值在0．8mg/m3。在如此高濃度的鹽霧環(huán)境下，金屬被腐蝕的速度由于電化學(xué)的作用也將大幅提高(約為內(nèi)陸大氣環(huán)境的4～5倍)，暴露在外的海上風(fēng)電設(shè)備各組件聚會遭到不同程度的腐蝕損壞:氯離子會與空氣中的其他顆粒物在設(shè)備金屬外殼靜電作用下，在其表面形成覆蓋層，與設(shè)備電器元件的金屬物發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)后使原有的載流面積減小，生成氧化合物使電氣觸點(diǎn)接觸不良，導(dǎo)致電氣設(shè)備故障或毀壞;而且對海上風(fēng)電設(shè)施的螺栓固定結(jié)合部件，鋼體結(jié)構(gòu)部件都會有損壞。海上風(fēng)電機(jī)組不同于海上鉆井平臺，受到腐蝕時可以隨時修補(bǔ)，海上風(fēng)電機(jī)組由于其特殊的地理環(huán)境和技術(shù)要求，維修費(fèi)用極高。

由于上述原因，很容易使海上風(fēng)電電力傳輸設(shè)施發(fā)生短路故障，甚至釀成火災(zāi)等安全重大事故。因此，海上風(fēng)機(jī)的防護(hù)，需要進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)計、規(guī)劃、實施。

1.1 塔架的防腐設(shè)計

海上風(fēng)機(jī)塔架按照機(jī)型可分為近海和沿海灘涂的底座式和近海和深海的浮體式兩種。風(fēng)電塔架的腐蝕保護(hù)主要是基于其腐蝕環(huán)境ISO12944C5－M，對于浸水區(qū)域按Im2。推薦的干膜厚度為320～500μm(大氣腐蝕環(huán)境C5－M)和400～1000μm(海水浸泡環(huán)境Im2)，可以達(dá)到15年以上的無需維修使用壽命周期。

對于近海的鋼結(jié)構(gòu)還有2003年發(fā)布的ISO20340標(biāo)準(zhǔn)《色漆和清漆用于近海建筑及相關(guān)結(jié)構(gòu)的保護(hù)性涂料體系的性能要求》，這個標(biāo)準(zhǔn)是通用型的，對不同的腐蝕環(huán)境都適用，而實際的腐蝕環(huán)境更為復(fù)雜，涂裝時更要注重微觀腐蝕環(huán)境和腐蝕因素。另外NOＲSOK－M501在海洋石油平臺成功應(yīng)用十多年，說明通過了NOＲSOKM－501測試認(rèn)證的產(chǎn)品，性能更加卓越，對于海上風(fēng)電設(shè)備的防腐更加有保證，其為海上風(fēng)電設(shè)備的防腐系統(tǒng)選擇提供了更為科學(xué)的理論判斷依據(jù)。

1.2 葉片的防腐設(shè)計

JB/T10194－2000中指出，設(shè)計和制造葉片時要考慮環(huán)境因素的影響，應(yīng)進(jìn)行耐環(huán)境設(shè)計，采取相應(yīng)措施，使其具有較高的環(huán)境適應(yīng)性。葉片在一定程度上暴露在腐蝕性環(huán)境條件下并且不容易接近。由于運(yùn)行條件的原因，在許多情況下不可能重做防腐層，因此重視設(shè)計、材料選擇和防腐保護(hù)措施特別重要，防腐和減輕腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計對防腐的實施、效果和可修理性具有重大的影響。

對于不能通過涂層或鍍層來防腐的部位，可以選用適當(dāng)?shù)牟牧?。?fù)合材料葉片應(yīng)采用膠衣保護(hù)層，但沒有相應(yīng)的指標(biāo)規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定的環(huán)境條件包括溫度、濕度、鹽霧、雷電、沙塵、輻射六項。在“MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國產(chǎn)化”的“863”計劃中，要求葉片（風(fēng)電葉片、風(fēng)電塔筒噴漆房噴砂房及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653微信同）表面保護(hù)涂料能提高葉片耐紫外線老化、耐風(fēng)沙侵蝕以及耐濕熱、鹽霧腐蝕能力，適應(yīng)我國南北方不同極端氣候條件下風(fēng)電場的使用需求，保證風(fēng)輪葉片20a的設(shè)計使用壽命。

1.3 其他部件的防腐設(shè)計

（1）底座、輪轂、軸承的防腐設(shè)計一般采用與塔架內(nèi)壁相同的防腐涂料體系。

（2）塔架基礎(chǔ)的防腐設(shè)計塔架基礎(chǔ)埋地鋼筋同樣面臨腐蝕，但一般被忽視而未采取防腐措施，一旦出現(xiàn)問題則難以處置。其防腐方法可采用一般建筑用鋼筋防腐涂料，或者針對性設(shè)計和選擇涂料品種，在基礎(chǔ)澆注前進(jìn)行防腐涂裝。

（3）機(jī)艙罩、整流罩的防腐設(shè)計一般采用風(fēng)機(jī)葉片涂料體系。

（4）變壓器的防腐設(shè)計一般為落地箱式，北方寒旱環(huán)境下沙塵、冰凍、紫外線腐蝕比較嚴(yán)重，南方鹽霧濕潤腐蝕嚴(yán)重，要采用塔架外防護(hù)涂料體系。海上風(fēng)機(jī)的箱式變壓器采用絕緣樹脂澆注實現(xiàn)變壓器鐵芯防腐蝕。

（5）控制柜、開關(guān)柜的防腐設(shè)計配電箱/電器柜等鈑金結(jié)構(gòu)件目前一般使用粉末涂料，主要是采用提高防護(hù)等級隔絕空氣來實現(xiàn)整體防腐蝕。

（6）發(fā)電機(jī)、齒輪箱的防腐設(shè)計雙饋型風(fēng)機(jī)，因其轉(zhuǎn)速較高，因此發(fā)電機(jī)采用常規(guī)的密閉冷卻散熱系統(tǒng)，內(nèi)部構(gòu)造無需考慮防腐，只需利用結(jié)構(gòu)件防腐方法解決外表防腐問題。永磁直驅(qū)型風(fēng)機(jī)，將鐵芯設(shè)計為防腐蝕材料，而轉(zhuǎn)子線包則采用真空浸漆工藝配合氟硅橡膠材料加強(qiáng)防腐，確保散熱和防腐達(dá)到一種平衡。

二、防冰凍

除了臺風(fēng)的侵襲，風(fēng)機(jī)在每年冬季還要抵抗嚴(yán)寒的天氣帶來的雨、雪、霜、霧的侵?jǐn)_。例如，在我國北方海域，雖然臺風(fēng)的影響較小，但每年冬季的海冰對船舶和海工裝備構(gòu)成一定威脅。對于海上風(fēng)電場來說，海冰會破壞風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，雨、雪、霜、霧會凍結(jié)在風(fēng)機(jī)葉片等部件上，影響風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，低溫還會讓風(fēng)機(jī)中零件和潤滑油的性能下降。

2.1 覆冰類型及分類

葉片表面結(jié)冰主要有雨凇、霧凇和混合凇三種類型：雨凇。如過冷水滴直徑相對較大，在和葉片出現(xiàn)碰撞后，水滴先散開成水膜后迅速凝結(jié)成冰凌。此類覆冰一般環(huán)境溫度在0～5℃時出現(xiàn)，空氣濕度較大的條件之下，葉片表面會出現(xiàn)透明的硬度較高的冰層。此類冰層密度較大，附著力強(qiáng)；霧凇。過冷水滴的直徑較小，在空氣中漂浮運(yùn)動，撞擊葉片后快速形成冰凌，以干增長方式存在。一般在環(huán)境溫度低于-5℃時，空氣內(nèi)水含量很少，晶體的形狀是不規(guī)則的，極易在不光滑的葉片表面形成冰面，其質(zhì)地疏松、密度小、粘附力不足；混合凇。過冷水滴的直徑不同，空氣內(nèi)漂浮運(yùn)動，在與葉片接觸后快速成冰，有些為干增長、有些則為濕增長。冰內(nèi)部以半透明的形式存在，密度中等，一般是出現(xiàn)在葉片迎水面，附著力較大。山區(qū)地帶中風(fēng)速較高的條件下，從云中來的冰晶會有一些大小中等的地面霧存在，通常環(huán)境溫度在-10～-3℃之間時出現(xiàn)。

因此，葉片表面極易出現(xiàn)霧凇、混合淞的形式。此外，葉片的長期運(yùn)行之下，表面會存在較多的污漬、前緣腐蝕、葉片粗糙度過大等問題，也會導(dǎo)致葉片出現(xiàn)覆冰的問題。

2.2 葉片覆冰對機(jī)組的影響

寒冷潮濕的天氣中，風(fēng)機(jī)葉片可能結(jié)冰，導(dǎo)致發(fā)電能力下降，積冰嚴(yán)重時甚至可能使葉片斷裂。這些因素可能使風(fēng)電場年發(fā)電量損失10%，甚至20%以上。葉片結(jié)冰在迎風(fēng)面的發(fā)生率比較高，且葉尖覆冰主要沉積在葉根位置，覆冰累積與不規(guī)則脫落也會造成機(jī)組輸出功率的影響。在葉片表面發(fā)生微覆冰問題會導(dǎo)致其表面粗糙度較高而出現(xiàn)葉片氣動性能很低，機(jī)組運(yùn)行功率也很低；葉片覆冰嚴(yán)重會導(dǎo)致葉片轉(zhuǎn)矩為零，不會有任何輸出功率，自然覆冰也會造成振動嚴(yán)重而產(chǎn)生停機(jī)的問題。葉片覆冰會直接影響系統(tǒng)的輸出功率，受到覆冰重量、覆冰后翼分布、葉片設(shè)計與風(fēng)機(jī)控制。以VestasV80-1.8MW風(fēng)機(jī)進(jìn)行仿真分析，在雨凇條件下葉片覆冰可達(dá)709kg，占葉片重量的11%(葉片總重量6500kg)；在霧凇條件下葉片覆冰可達(dá)434kg，占葉片重量的6.7%。研究分析發(fā)現(xiàn)，下面兩種情況產(chǎn)生的覆冰問題會給葉片阻力帶來影響：葉片的阻力沿葉片軸向以指數(shù)次增長，雨凇時葉尖阻力增加了365%，霧凇時增加了250%，而在兩種條件下葉尖的升力均減小了40%。

綜上，葉片覆冰結(jié)合不同的冰災(zāi)嚴(yán)重性，風(fēng)機(jī)輸出功率會產(chǎn)生很大的變化，比較輕的覆冰會讓葉片功率有一部分損失，而覆冰嚴(yán)重會導(dǎo)致其輸出功率為零，也就會停止運(yùn)行。

葉片覆冰對于機(jī)組產(chǎn)生的危害有靜態(tài)與動態(tài)載荷的不平衡、機(jī)組振動過于劇烈、葉片頻率發(fā)生變化、增加疲勞載荷、增加葉片彎矩、造成人身危害等。我國渤海和黃海北部冬季的冰期約為3個月，浮冰在海中漂流，會擠壓沖擊風(fēng)電機(jī)的基礎(chǔ)，并引起震動。水位變化時，海冰還會對基礎(chǔ)產(chǎn)生上拔或下壓效應(yīng)。滲入混凝土基礎(chǔ)的海水在結(jié)冰時會產(chǎn)生膨脹壓力，反復(fù)凍融會破壞混凝土。為此，必須采取相應(yīng)的措施。

2.3 葉片覆冰傳感器

精確的覆冰檢測必須直接測得葉片上的覆冰量。葉片在寒冷空氣中運(yùn)轉(zhuǎn)，葉尖速度達(dá)到了250km/h，葉尖的結(jié)冰條件跟裝在機(jī)艙頂部上的傳感器監(jiān)測到的結(jié)冰條件相比相差巨大。建議機(jī)組采用葉片振動檢測葉片覆冰傳感器，其設(shè)計基于簡單的物理原則：結(jié)冰量增加會引起葉片自然振動頻率發(fā)生變化，隨著固體重量增加固有頻率會降低?；诟哽`敏度的傳感器系統(tǒng)和特殊算法可實現(xiàn)冰層厚度毫米范圍內(nèi)的測量分辨率，在風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況下或待機(jī)情況下都能執(zhí)行測量，意味看風(fēng)機(jī)在啟機(jī)前每時每刻都在進(jìn)行檢測，確保葉片上的覆冰量在運(yùn)行條件的符合范圍內(nèi)。

2.4 葉片防冰除冰系統(tǒng)

針對以上情況，除冰自然是最直接的辦法。首先可以在葉片表面安裝熱電阻元件或加熱葉片內(nèi)部空氣，使葉片溫度處于0℃以上，防止葉片上的水結(jié)冰。其次，可以在葉片表面使用超疏水涂層等特殊涂料，降低葉片與水、冰之間的黏結(jié)性，或者涂覆黑色烤漆，在白天借助陽光的熱量除冰。

2.5 葉片氣熱除冰方案

葉片氣熱除冰方案基本原理是通過加熱葉片內(nèi)的空氣并在葉片內(nèi)部循環(huán)，再將熱量傳到葉片外表面，從而達(dá)到除冰的目的。加熱時葉片腔內(nèi)有氣流會出現(xiàn)在葉尖部位，氣流也會從葉尖經(jīng)過和腹板形成的風(fēng)道而組合成為氣體循環(huán)路線，腔內(nèi)空氣循環(huán)加熱可避免結(jié)冰問題的出現(xiàn)，保證葉片后緣與葉根部分進(jìn)行加熱處理，防、除冰效果很好，可顯著提高熱量傳導(dǎo)效率，降低加熱功耗。葉片外表面溫度升高就能在覆冰層與葉片出現(xiàn)了水膜的情況，就是通過葉片旋離心力實現(xiàn)除冰。除冰時熱風(fēng)輸出溫度為60～80℃，葉片表面溫度可控制在10～0℃，由于葉片形式不會變化，設(shè)置的除冰系統(tǒng)會給空氣動力性能與防雷性能沒有任何影響，加熱除冰可應(yīng)用到氣候溫和、覆冰發(fā)生在0℃左右環(huán)境中，因為除冰要保證葉片溫度合理，所以能耗消耗僅為防冰的50%。

2.6 噴射除冰系統(tǒng)

針對已營運(yùn)風(fēng)電場的風(fēng)電機(jī)組葉片防除、防冰工程應(yīng)用需求，采用不改動葉片的噴射除冰法進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組葉片除冰技術(shù)應(yīng)用受到越來越多關(guān)注。與現(xiàn)有的其它除冰技術(shù)相比，噴射除冰法具有在現(xiàn)場易實現(xiàn)改造、易維護(hù)、除冰效率較高、施工周期短、不改動葉片等工程技術(shù)優(yōu)勢。

三、防臺風(fēng)

臺風(fēng)對海上風(fēng)場是一把雙刃劍：強(qiáng)度較弱的臺風(fēng)可以給風(fēng)場帶來充足的風(fēng)力，增加發(fā)電量，提高風(fēng)場經(jīng)濟(jì)效益；強(qiáng)度較強(qiáng)的臺風(fēng)則會給風(fēng)場帶來巨大的破壞。所以，如何降低臺風(fēng)對風(fēng)場帶來的災(zāi)害是建設(shè)海上發(fā)電場亟需考量的問題。近年來，海上風(fēng)電在防臺風(fēng)方面作出不小的成就。主要從風(fēng)電場選址、風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)營管理三個方面考慮。

3.1 海上風(fēng)場選址

臺風(fēng)陣性強(qiáng)氣流是造成風(fēng)機(jī)破壞性損害的主要原因，風(fēng)電場在場址選擇時，應(yīng)避開臺風(fēng)經(jīng)常登陸的地方，避開強(qiáng)風(fēng)區(qū)。風(fēng)機(jī)基座在選址時，應(yīng)緊密結(jié)合風(fēng)電場實際資料，準(zhǔn)確分析風(fēng)電場的平均湍流強(qiáng)度、最大湍流強(qiáng)度、最大瞬時風(fēng)速、入流角等風(fēng)能特征參數(shù)指標(biāo)，選取合理的風(fēng)機(jī)基座位置。

3.2 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

組選型應(yīng)按照國標(biāo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全等級的要求，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)設(shè)計成能安全承受由其等級決定的風(fēng)況。風(fēng)電機(jī)組適用的風(fēng)速，一般不允許超過參數(shù)的限值，以免產(chǎn)生安全隱患。

為有效規(guī)避顛覆性破壞，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗臺風(fēng)設(shè)計，依據(jù)場地實測臺風(fēng)風(fēng)速時程進(jìn)行結(jié)構(gòu)隨機(jī)動力響應(yīng)分析，獲取較為準(zhǔn)確的動力放大系數(shù)。如果不具備條件，則應(yīng)考慮臺風(fēng)風(fēng)速的非平穩(wěn)性，提出適臺風(fēng)風(fēng)速的動力放大系數(shù)確定方法。一般基礎(chǔ)、塔筒、機(jī)艙、輪轂、葉片的安全系數(shù)依次降低。通過提高支撐結(jié)構(gòu)(塔筒與基礎(chǔ)) 的安全系數(shù)，降低塔筒破壞、整體傾覆的概率，以避免傾覆性破壞帶來的巨大損失。臺風(fēng)蘊(yùn)涵的巨大自然能量將對風(fēng)機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)施加靜載荷和動載荷疊加效應(yīng)，形成周期性激蕩，如周期恰與風(fēng)電機(jī)組固有振動周期相近時(或整數(shù)倍時)，應(yīng)使葉輪處于避風(fēng)自由狀態(tài)，避免臺風(fēng)與風(fēng)機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向共振，使之葉片出現(xiàn)裂紋、撕裂、折斷，偏航和變漿系統(tǒng)受損，甚至倒塌，最終導(dǎo)致機(jī)組損壞。因此，設(shè)計海上風(fēng)機(jī)時，應(yīng)結(jié)合風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，考慮風(fēng)向、湍流和變槳、偏航等控制參數(shù)，進(jìn)行綜合分析。

在各風(fēng)場損壞的葉片當(dāng)中，葉根折斷較多，局部脫落亦不少。為減少臺風(fēng)對風(fēng)機(jī)尤其是對葉片造成的損傷，可以采取以下措施：針對主梁與翼殼之間粘結(jié)強(qiáng)度不夠問題，采取對葉片后翼連接加設(shè)鉚固裝置等；對葉片局部構(gòu)造改進(jìn)；在葉片生產(chǎn)過程中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)葉片局部缺陷的檢測力度，以增強(qiáng)葉片的抵御臺風(fēng)的能力；改進(jìn)葉片用材，提高其抗極限強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度計數(shù)能力。

3.3 運(yùn)營管理

海上風(fēng)電運(yùn)行管理涉及到風(fēng)電機(jī)組制造商、風(fēng)電場業(yè)主及運(yùn)行單位等多個部門，只有相關(guān)部門通力合作，才能充分保障風(fēng)電的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在臺風(fēng)易發(fā)、頻發(fā)地區(qū)，海上風(fēng)電場業(yè)主單位應(yīng)當(dāng)對風(fēng)電場所有風(fēng)機(jī)的湍流強(qiáng)度重新進(jìn)行校核計算，并按計算結(jié)果采取相應(yīng)的防范措施。

如果有強(qiáng)臺風(fēng)來襲，風(fēng)機(jī)自身的控制系統(tǒng)會在風(fēng)速過大時作出反應(yīng)，進(jìn)入防風(fēng)狀態(tài)。此時風(fēng)機(jī)將會停機(jī)，葉片變槳為順槳角度，同時進(jìn)入自動偏航模式，以風(fēng)輪正面對準(zhǔn)風(fēng)向，保證臺風(fēng)對風(fēng)輪的載荷最小。在臺風(fēng)后，維護(hù)人員需要檢查葉片、機(jī)艙罩等部件，確認(rèn)其是否出現(xiàn)損壞、發(fā)電機(jī)構(gòu)是否能夠正常工作。

四、夢能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用，請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

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夢能對技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時間期限進(jìn)行定期校驗，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

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