海南国信能源公司海南东方风力发电有限公司是我国最早从事风力发电工作的企业之一,早在上个世纪80年代中期,该公司就在海南省东方市成功的安装了一台由丹麦Vestas引进的55kW并网型风电机组,1997年及1998年又先后从德国引进了6台250kW及12台600kW的风电机组。
根据海南特殊的自然气候特点,结合机组多年运行过程中所反映出的问题,我们于2004年在《中国科协2004年学术年会电力分会的论文集》中发表了《试分析海南东方风力发电厂600kW风力发电机组的防雷过压保护系统》一文,2007年又在《中国风能》(即现在的《风能》)第4期里发表了《从海南东方风电场风电机组的典型故障谈起——对我国风电设备制造产业的一点想法》一文。在这两篇文章中具体阐述了海南的雷电、霉菌、长时间高温对风电机组的影响,同时总结出“风电设备设计应与风电场当地的具体条件紧密结合,因地制宜设计、研发,使风电机组满足机组所在地自然条件的要求,并遵循设计——现场使用问题反馈——改进设计——提高的原则”。这两篇文章实际上就是我们在海南从事风电工作多年来首次谈海南的自然气候条件对风电机组的影响。
最近几年,随着风电产业的迅速发展,海南又建成了6个风电场,它们均在海岸带上,由于海南比较好的风能资源集中在海南岛的北、西部地区,且在距离海面只有1公里到1.5公里以内的范围里,所以多数风电机组机位距离海水的水面只有几十米。目前,海南的一个海上风电场也获得了批准并列入国家规划。在最近几年来的工作实践中,我所了解到的情况是多数风电场设备都不同程度的存在着盐雾腐蚀现象。腐蚀发生点有的是机舱内电路板、紧固件,有的是叶片、箱变、线路等等,所以本文从盐雾、相对湿度、温度的角度谈海南自然气候条件对风电机组的影响问题。那么在海南为什么会产生这样的问题呢?下面我将谈一谈自己的看法。
海南的自然气候条件造就了海南沿海地区的高盐雾
一、海南的自然气候条件状况
海南岛位于北回归线以南,全岛各地光照时间较长。大部分地区都在2000h以上,风能资源好的西部地区达2400h-2600h。经常出现35℃左右的高温天气,一般可达半年左右,甚至更多。人所共知,海水的蒸发量与温度有直接关系。我国四大海域从北向南气温是递增的,年平均相对湿度也是递增的,即渤海68%、黄海74%、东海79%、南海85%。四大海域盐雾浓度是有差别的,海南省所在地的南海最高。根据国家进行盐雾含量取样调查结果:渤海与黄海0.33mg/m3NaCI-84.1mg/m3NaCI、东海0.29mg/m3NaCI-33mg/m3NaCI、南海1.00mg/m3NaCI-9mg/m3NaCI。根据海南各个风电场机位的地理位置情况及风电场微观选址粗糙长度突变线的距离理论,应该说风速、相对湿度、盐雾数据就是南海的数据或接近该数据。
二、影响盐雾的因素及腐蚀情况
影响盐雾主要因素包括:温度、相对湿度、盐溶液的浓度、盐溶液的pH值、盐雾沉降量等,其中温度和相对湿度、浓度是直接影响盐雾对金属的腐蚀因素。金属腐蚀的临界相对湿度大约为70%。当相对湿度达到或超过这个临界湿度时,腐蚀速度相应加速。南海的年平均相对湿度是85%,自然腐蚀速度加速。盐雾的腐蚀作用受到温度及盐雾浓度的影响,这种影响状况见图1。
由图1可以看出,当温度在35摄氏度、盐液浓度在3%时对物体的化学反应(腐蚀)作用最大。海南的气候条件从温度方面而言有长达半年多的时间里非常适宜35℃这个温度条件。这就不难理解海南省建在海岸带上的几个风电场中多数风电场的设备都出现不同程度的盐雾防腐现象。
海南的风电场设备应该适用于腐蚀标准中的哪一项
一、腐蚀等级
根据ISO 12944-2:1998的腐蚀环境分类,按风电场所处的不同环境,风力发电设施可以分C2、C3、C4和C5几种腐蚀等级。风塔,包括其它设备可以分为内表面和外表面,内表面通常比外表面低一个腐蚀等级,见表1。
二、沿海、海上塔筒防腐
(一)塔筒-沿海:PPGWS-002,见表2。
(二)塔筒-海上:PPGWS-003,见表3。
从表2、表3中可见,这个防腐标准并没有阐述适用于中国的哪一个海域及海岸带的实际情况,根据某公司对其海上风电机组的情况介绍:风电机组在某海域运行没有问题,然而该风电机组在中国的海南东方南海海岸线上运行时,机舱内的电路板及部分叶片确被盐雾腐蚀,这足可以说明各海域的自然气候条件是有区别的,当然应该区别对待,所以我认为应该根据海南的具体自然气候条件情况,装在海南海岸带上的风电机组应该按该标准中海上风电机组防腐标准执行,才能够更加安全。
提高风电设备防腐能力的措施
提高风电设备的防腐能力应该从合理选择防腐等级、选择材料、选择涂料、材料处理、改进防腐工艺、加热除湿、加热电源的设计方案、与外界有联系位置的密封、加强防腐维护等多方面采取措施;特别要强调的是,不能只注意风电设备运转时的防腐,还要注意风电机组停止运行时,且加热除湿设备也停止工作时的设备防腐,此时应该及时自动关闭设备与室外通风的窗口、处理好密封,使外边含有盐雾的潮湿空气不能进入机舱等设备内部,避免机舱及其内部设备里边的电路板、接线的紧固件等电气部件遭受盐雾腐蚀,同时也应该提高这些元件自身的防腐能力,待恢复送电时不影响风电机组的开机运行工作。
特别提示
近几年来,我国在大力发展海上风电,海南已经列入计划,容量是35万千瓦。根据我前边所列出的中国各个海域的相对湿度、盐雾情况,包括本文没有讲到的紫外线北方低南方高的情况,霉菌情况等,我们的风电机组制造商在为各个海域设计、制造海上风电机组时,在防盐雾、防潮湿、霉菌、紫外线等方面要区别对待,对于海上的风电设备仍需“因地制宜”,妥善处理。
结语
海南具有特殊的自然气候条件,它包括强雷电、紫外线、盐雾、霉菌、台风以及相对湿度、温度高等情况,所以海南无论是陆上还是海上风电,其设备一定要满足海南、南海的自然气候条件的要求,同时风电场的同志也要加强提高设备的运维能力,确保风电场正常安全运行。