風電腐蝕因素
風電機組面臨的是大氣腐蝕環境:C1非常低、C2低、C3中等、C4高、C5很高、CX極端,水和土壤腐蝕環境:Im1淡水、Im2海水或鹽水、Im3土壤,這是目前風電機組金屬表面防腐設計的主要依據。
腐蝕級別 | 單位面積上質量和厚度損失(經第一年暴露后) | 溫性氣候下的典型環境案例(僅供參考) | ||||
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底碳鋼 | 鋅 | 外部 | 內部 | |||
質量損失 | 厚度損失 | 質量損失 | 厚度損失 | |||
/g·m2 | /um | /g·m2 | /um | |||
C1很低 | ≤10 | ≤1.3 | ≤0.7 | ≤0.1 | / | 加熱的建筑物內部,空氣潔凈,如辦公室、商店、學校和賓館等 |
C2低 | >100-200 | >1.3-25 | >0.7-5 | >0.1-0.7 | 低污染水平的大氣,大部分是鄉村地帶 | 冷凝有可能發生的未加熱的建筑(如庫房、體育館等) |
C3中 | >200-300 | >25-50 | >5-15 | >0.7-2.1 | 城市和工業大氣,中等的二氧化硫污染以及低鹽度沿海區域 | 高溫度和有些空氣污染的生產廠房內,如食品加工廠、洗衣廠、酒廠、乳制品工廠等 |
C4高 | >400-650 | >50-80 | >15-30 | >2.1-4.2 | 中等含鹽度的工業區和沿海區域 | 化工廠、游泳池、沿海船舶和造船廠等 |
C5很高 | >650-1500 | >80-200 | >30-60 | >4.2-8.4 | 高濕度和惡劣天氣的工業區域和高鹽度的沿海區域 | 冷凝和高污染持續發生和存在的建筑和區域 |
CX極端 | >1500-5500 | >200-700 | >60-180 | >8.4-25 | 具有高含鹽度的海上區域以及具有極高濕度和侵略性大氣的熱帶亞熱帶工業區域 | 具有極高濕度和侵蝕性大氣的工業區域 |
注:定義腐蝕性級別所使用的損失值與ISO9223中給出的是相同的。 |
分類 | 環境 | 環境和結構的案例 |
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Im1 | 淡水 | 河流上安裝的設施,水力發電站 |
Im2 | 海水或微咸水 | 沒有陰極保護的浸入式結構(例如:港口區域,如閘門、水閘或防波堤) |
Im3 | 土壤 | 埋地儲罐、鋼樁和鋼管 |
Im4 | 海水或微咸水 | 帶有陰極保護的浸入式結構(例如海上結構) |
內陸風電腐蝕環境
在西北地區,風電設備主要面臨的腐蝕是大氣磨蝕,風挾帶的顆粒摩擦鋼結構、葉片表面而產生破壞,另外是水滴、冰雹、沙塵暴甚至飛鳥等較大物的撞擊破壞。
大氣中磨損應力(磨蝕),可能因為風挾帶的顆粒(例如沙粒)摩擦鋼結構、葉片表面而產生破壞,另外是水滴、冰雹、沙塵暴甚至飛鳥等較大物的撞擊破壞。
這在沙漠戈壁風電場塔架迎風面及底部、風電葉片表面、箱式落地變壓器迎風側面比較常見和明顯,特別是葉片的葉尖速度在許多情況下超過70m/ s ,磨損會造成結構破壞、效率下降和損失。
海上風電腐蝕環境
海上風電運行環境比較復雜、惡劣。高溫、高濕、高鹽霧和長日照等。海洋性大氣環流運動的特點就是空氣中含有大量的氯化鈉等鹽組分,這是由于海水蒸發所造成的。通常在高鹽度的海邊,鹽度的濃度均值可達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境下,金屬被腐蝕的速度由于電化學的作用也將大幅提高(約為內陸大氣環境的4~5倍),暴露在外的海上風電設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備金屬外殼靜電作用下,在其表面形成覆蓋層,與設備電器元件的金屬物發生一系列的化學反應后使原有的載流面積減小,生成氧化合物使電氣觸點接觸不良,導致電氣設備故障或毀壞;而且對海上風電設施的螺栓固定結合部件,鋼體結構部件都會有損壞。
海上風電機組不同于海上鉆井平臺,受到腐蝕時可以隨時修補,海上風電機組由于其特殊的地理環境和技術要求,維修費用極高。
由于上述原因,很容易使海上風電電力傳輸設施發生短路故障,甚至釀成火災等安全重大事故。因此,海上風機的防護,需要進行系統化的設計、規劃、實施。