风电涂料的技术要求及发展现状研究

　　涂料网讯：

　　1前言

　　能源是现代工农业的生命，在我国目前的能源结构中，煤碳占69％，石油占20％，水电、风电、核电等新能源一共只占7％左右。清洁能源比重很低，这与低碳经济发展格格不入，为此必须改变我国的能源结构。

　　在这些能源中，是清洁的可再生能源，发展风力发电对调整能源结构、减少二氧化碳等有害气体和粉尘的排放，减轻环境污染等方面有着非常重要的意义。风电作为清洁能源具有很多优势：它比水电更具开发潜力，与核电相比，建设周期短、安全性高；与太阳能相比，成本更接近传统能源。

　　目前我国的风电主要集中在北部地区，预计再花十多年时间，在甘肃、内蒙、河北、江苏等地形成几个上千万千瓦级的风电基地，实现2020年装机规模l亿千瓦。而我国还拥有十分丰富的近海风能资源，其量值是陆上风能的3倍，它可开发装机达10亿千瓦，现在世界各国都紧盯着这些海洋能源，国为陆上资源已逐渐匮乏，所以他们准备先下手为强。我国的风能潜力世界**，与太阳能相比更具有现实可行性，大力发展风能符合国际大趋势。但建立风能发电场必须正视并加以考虑的突出问题是其防腐蚀问题，由于我国风能装机增长率很快，2008年为106．5％，是世界上增长速率*快的国家，在2008年就从风能装机排名第四位跃井到第三位，因此对解决其防腐蚀问题要求十分迫切，于是风电涂料随之红火起来。

　　2对风电涂料的要求及其品种

　　风力发电设备主要由桨叶、风机及塔架组成。其中塔架是需要涂装的主要部位，风力发电站所处的风场是自然条件恶劣的户外环境，常年风力在4级以上，并伴有风砂，塔架在这里受到日光的强烈曝晒，经受风雨、冰雪的侵袭，并受到寒流与高温变化的影响。对于地处海边的塔架，还会受到水汽、盐雾的侵蚀及海水浪花的泼溅，因此极易受到腐蚀。风力发电站所处风场的环境特点，要求所用的涂料应具有良好的耐候性、耐水性、附着力及防腐性能，且漆膜坚硬、耐外力冲击等优点。风机塔架设备大量采用钢结构，因此会造成金属腐蚀。而对于塔筒内外所处的腐蚀环境，对塔筒内外壁应分别采用不同的防腐涂装体系。根据国际标准IS0129442《腐蚀环境分类》的规定，塔筒外壁应处于C4(高大气腐蚀环境)至C5一M　；而塔筒内壁由于不直接与外部大气自然环境接触，则应属于C3腐蚀环境(中等)。又据该标准一l，塔桶的防腐保护等级为长期，即其防腐寿命一般要求在20年以上。这样，就需要此防腐蚀涂层整体涂膜较厚，又鉴于塔筒为圆形，故要求涂层的延展性优良。

　　风机所外的环境基本上分为陆上和海上二类，因此所用防腐蚀涂料体系也有所不同。

　　陆上风机的塔架钢结构基本上要受到温度、湿度、高海拔、盐雾和结冰等腐蚀作用，其中南方风机的钢结构必须耐高温高湿的海洋气候腐蚀，而北方风机的钢结构必须耐高海拔所带来的紫外线、风沙、低温结冰等的腐蚀作用，故在塔筒内外壁上及其连结处的法兰都要涂上大量的防腐蚀涂料。而此风机塔架还需在各种较为恶劣的自然或工业环境里运行数十年，且其塔架的高度一般在30米以上(现大型兆瓦级风机塔架高度在100米以上)，这样维修比较困难，故需一次防腐蚀涂装能有较长的使用寿命。

　　陆上风机塔筒所用涂料体系以环氧富锌底漆(提供电化学保护)+环氧厚浆漆(或环氧云佚漆，提供屏蔽保护)+聚氨酯面漆(或氟碳面漆，或聚硅氧烷涂料，提供防腐和装饰效果)三道涂料体系为主，其中塔筒外壁为以上三道涂料体系，总膜厚(底40～70pm+中140～2009in+面50～800zn)为230～3509m，其内壁仅为环氧富锌底漆(40--70pm)+环氧厚浆漆(或环氧中间漆140～2009m)，总膜厚180～2009m，塔筒法兰仅为环氧富锌底漆(或无机富锌底漆)759m。塔筒涂装前须进行表面处理，并达到Sa2．5级，表面粗糙度为40～759m，表面可溶性氯化物含量在5pg／cm2以下，这样方可涂漆。

　　海上风机塔架防腐比较复杂，仅据其所处部位环境不同可分为水上部位及水下部位，将其腐蚀细分为海洋大气腐蚀、飞溅区腐蚀、潮差区腐蚀、全浸区腐蚀和海泥区腐蚀多种。各腐蚀区的特点简略如下：

　　(1)海洋大气区腐蚀

　　特点是海洋大气湿度大，其大气含盐份多，是电化学腐蚀的有利条件，其腐蚀比内陆大气的腐蚀高4．-．-5倍，海上风机塔筒大部分处于这一腐蚀区。

　　(2)飞溅区腐蚀

　　除有海盐、湿度和温度等大气环境腐蚀因素外，还受到海浪的飞溅、飞溅区的下部又经常受到海水长时间的浸泡，干湿交替频繁，该部位海盐含量远高于大气区，氧在飞溅区含量较高，其更促进了钢桩的腐蚀。还有海浪的冲击更使腐蚀加速，这样，飞溅区的腐蚀速度远大于其它部位。

　　(3)潮差区的腐蚀

　　在高潮位与低潮位之间的区域，此部位表面经常与饱和空气的海水接触，使钢铁腐蚀加速，冬季有流冰的海域会遭受浮冰的撞击，它与飞溅区一样是海上风机塔架防腐的重点。

　　(4)全浸区的腐蚀

　　风机导管架平台的中下部位及钢桩等长期浸泡在海水中，溶解氧、海流、盐度、污染和海洋污损生物等因素对钢铁会造成多方面的腐蚀作用。

　　(5)海泥区的腐蚀

　　海泥区主要由海底沉积物以及饱和了的海水土壤所构成，是一种比较复杂的腐蚀环境，是土壤和海水双重腐蚀的环境，其含盐度高，电阻率低，而其氧浓度极低，故其腐蚀速度低于全浸区。

　　综上所述，海上风机塔架所用防腐涂料体系如下：

海上风机塔架所用防腐涂料体系

　　风机叶片是风力发电机组的关键核心部件之一，约占总成本的20％左右，其制造成本直接关系到风力发电机组总造价。由于风机叶片的工作环境常是海边或风沙大的沙漠、高原山区地带，平均每年要运行约7000h，叶片边缘运转速度约为70～80Km／h。因此其受空气摩擦量竟达一般汽车的5～lO倍，而叶片在高空、全天候条件下常受到空气介质，大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其运行条件和环境极其严酷，且大型叶片的吊装费用昂贵费时(2Mw以上的大型风机叶片长度在45m以上)，一般运转在10年以上方可一次修缮维护，而制造叶片的材料(环氧玻璃钢、竹木等)本身很难在这样恶劣的环境下保持完好，极需涂装涂料进行保护。而风机叶片涂料需要满足叶片防腐蚀、提高其使用奉命，而且要重点考虑抗石击性能，防霜和防冰等功能，并能为风机叶片提供光滑的空气动力学表面，从而增大风能的转化率。其具体要求是：

　　附着力在8MPa以上，良好的柔韧性，具有一定的伸长模量，防开裂、脱落；良好的耐磨性和抗石击性以及有十年以上无粉化、剥落、霉变以及明显光泽变化；良好的耐盐雾性；漆膜平滑；耐化学品性；耐高低温性(．20--一50℃)；耐冷冻性，低吸水率，另外要求施工作业性佳，常温快干，一次成膜厚度120～1501an等。目前应用*普遍及技术*为成熟的风机叶片涂料是溶剂型聚氨酯底漆+面漆，而水性丙烯酸面漆和氟碳树脂面漆近年来也有应用。

　　3我国风电涂料现状

　　由于风电装备制造业是新兴产业，主要依靠国外技术，其中包括涂料，因此目前风电涂料主要由国外品牌供应，特别是叶片涂料，几乎全部依赖进口，国内企业参与风电涂料市场很少。

　　在这些国外品牌涂料企业中，丹麦的Hempel的塔架涂料市场占有率*高，其他参与的企业是挪威的Jotun，荷兰Akzo-Nobel的国际涂料IP以及美国PPG的式玛卡龙Sigmakalon。去年Akzo-Nobel在中国的风电涂料销售就获得80％以上的增长。叶片涂料中，德国的Mankiewiez、美国的PPG,德国BASF的Relius和德国的Bergolin等企业占优势。其中PPG推出了薄膜型风机叶片涂层防护系统，此可使涂料用量减少达60％，但性能不变，且其附着柔韧性还有所提升，又快干，耐腐蚀性能和耐候性极强，涂层表面光滑，系由聚氨酯底漆和聚氨酯面漆所组成。Mankiewicz和Relius的涂料系典型的进口产品。

　　在2008年涂料市场出现变化之后，许多企业在寻找市场的突破点，纷纷把关注的重点和发展方向放在了风电涂料上，中远关西涂料公司自2008年起生产的风电电机涂料和风电塔筒涂料相继在湘电集团和保定天成威等风电企业得到成功应用，从而向风电涂料市场进军，该公司的研发中心不久前研制出一种风机叶片用环保型水性聚氨酯面漆，该产品以丙烯酸分散体作羟基组份，以聚醚亲水改性HDI三聚体中拼用部分聚酯改性HDI三聚体作为固化剂组份，制备出的水性聚氨酯面漆具有高弹性、高耐磨性和高耐候性以及良好的力学性能等，能满足我国内陆风场风沙侵蚀以及沿海风场盐雾和海水腐蚀的特殊环境要求。Bayer公司这家涂料原材料制造商也在高度关注我国风电涂料市场，该公司将用于聚氨酯涂料所应用的新型原材料以聚天门冬氨酸酯技术为基础，使得双层涂料系统实用化成为可能，其独特性在于干燥更快，因而可减少制造过程中的固化时间，且在炎热或寒冷的环境中能展现其良好的固化性能，这就意味着它在制造过

　　程中无需使用任何重金属催化剂，它的固化速度和使用灵活性能使整个生产周期中大大缩短时间，并减少挥发性有机化合物(VOC)的排放，降低制造成本且更环保，有优异的耐磨性、抗冲击性、低温柔韧性、耐水性和耐候性等，这样可满足通常在恶劣环境下工作的风力发电机对叶片运行和塔机的要求，其中风机叶片涂料新体系对环氧玻璃钢基材有更优异的附着力，其涂装方案*大的亮点在于大大提高生产效率，在实现相同性能的前提下，使用聚天门冬氨酸酯找平层和面漆可以在6--一8h内完成整个工序，而传统的3--．4涂层工艺需要约12---24h完成。当然已经占用风电涂料市场的外国公司或国际化公司也在继续加强自己的市场防护。

　　在2009年之前，国内有关风电涂料的研究公开消息较少，目前对风电涂料的研究和交流比较活跃，此包括以塔架涂料和叶片涂料为主的风电涂料，其实早在2006--,2007年西北永新涂料公司就已经把风电涂料列为重点项目来发展。该公司生产的风电塔架涂料已能针对三北寒旱地区、海洋气候条件下的要求，并形成系列配套产品，此已在西北一些分厂开始使用，整体性能达到目前国内使用的主流进口品牌型，其产品具有良好的抗风蚀性，耐紫外线照射，并且有一定的防结冰性能，该公司在叶片涂料的研发上也有重大突破，并力争在年内实现中试。*近，由西北师大与西北永新集团合作研发的新型风电涂料已通过有关专家和部门的鉴定，自此打破了国外风电涂料产品一统天下的局面，填补了国内涂料领域的一项空白，这种新型风电涂料在耐磨性、弹性伸长率、附着力、耐冲击性、耐风沙性等防护性能方面均达到或优于国外风电涂料产品，其在结构设计和制造工艺上都有创新，对风电设备能够形成有效的防护。

　　去年起，对风电涂料的关注已成为涂料行业的一个重点和热点。中国涂料工业协会及专家委员会、常州涂料化工研究院、北方涂料化工研究设计院等行业机构及科研单位，第三届特种涂料与涂装研讨会和2009年防腐蚀年会等行业会议，永新、金鱼、湘江、普兰纳等涂料企业都在不同程度上关注、参与和推进风电涂料研究与市场工作。

　　在科技部发布的国家高技术研究发展计划(863计划)新材料技术领域MW级风力发电机组风轮叶片原材料国产化重点项目中，风电叶片表面保护涂料规模化制备技术研究作为研究内容列入，要求突破关键技术，推动国产化，研究提出并形成相关行业标准和技术规范，保障我国风电产业的健康、稳定和快速发展。

　　4我国今后风电涂料开发重点

　　(1)开发高性能环氧通用型底漆和聚氨酯面漆配套体系；

　　(2)开发高性能的聚硅氧烷面漆和氟碳面漆，开发高疏水性叶片涂料；

　　(3)开发高性能水性涂料配套体系；

　　(4)涂料配套体系应符合国际标准ISO12944和／或相关的标准　的要求；

　　(5)积累工程应用经验，尤其是离岸工程。

(完)