漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)在海洋環(huán)境中的腐蝕效應(yīng)

孫慧麗

（國家電投集團(tuán)資產(chǎn)管理有限公司，天津 300182）

0 引言

漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種利用太陽能將光能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，通過漂浮在海洋中來收集和利用太陽能。相比于傳統(tǒng)的地面或屋頂安裝的光伏發(fā)電系統(tǒng)，漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有更大的潛力和靈活性。與其它環(huán)境相比，海洋環(huán)境下漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中腐蝕是最主要的問題之一。海洋環(huán)境中的高鹽度、濕度和氧氣含量以及海洋微生物等因素會(huì)對漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的材料和設(shè)備產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)腐蝕作用[1,2]。海洋中還存在大量的微生物，它們可以在金屬表面附著并形成生物膜，通過代謝產(chǎn)物和酸性物質(zhì)的分泌或利用金屬作為能量來源等方式，導(dǎo)致金屬發(fā)生生物腐蝕。

1 漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)

漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種將光伏電池板安裝在水面上漂浮的發(fā)電系統(tǒng)。它利用太陽能通過光伏電池板轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)清潔能源的發(fā)電[3]。它主要由以下幾個(gè)部分組成：光伏電池板、漂浮體、逆變器以及傳輸線等。

1.1 利用水體

漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)將光伏電池板直接安裝在水面上，有效利用了大面積的水域資源，尤其適用于湖泊、河流、水庫等水域豐富的地區(qū)[4]。由于水面廣闊并且無遮擋，光伏發(fā)電系統(tǒng)受益于持續(xù)且穩(wěn)定的日照，水體的光學(xué)反射性質(zhì)為光伏電池提供了額外的光子流，從而潛在地提高了能量轉(zhuǎn)換效率。

1.2 抗熱效應(yīng)

水體具有較高的熱容量，有助于維持光伏板的溫度在較低水平，進(jìn)一步增強(qiáng)其轉(zhuǎn)換效率。與陸地上的光伏系統(tǒng)相比，漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)在高溫環(huán)境下具有更好的性能表現(xiàn)[5]。

1.3 環(huán)境友好

漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)不占用陸地資源，不會(huì)對土地使用和生態(tài)環(huán)境造成破壞。它采用清潔能源發(fā)電，不產(chǎn)生污染物和溫室氣體，符合可持續(xù)發(fā)展的要求[6]。

1.4 水域管理

漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)在水域中的布設(shè)需要進(jìn)行相應(yīng)的水域管理和規(guī)劃，確保正常的航行和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。為此，可以采用固定式、可移動(dòng)式或浮動(dòng)式的設(shè)計(jì)，并結(jié)合與航道和漁業(yè)的協(xié)調(diào)。

2 海洋環(huán)境中的腐蝕原因

2.1 鹽水中的氯離子和氧氣引起的腐蝕

在海洋環(huán)境中，水中富含鹽分，尤其是氯離子（Cl-）的含量令人矚目。氯離子具有強(qiáng)烈的氧化性，可以與金屬表面發(fā)生反應(yīng)，并形成氧化層，從而引發(fā)金屬的腐蝕作用。氧氣也是導(dǎo)致金屬腐蝕的一個(gè)重要因素，因?yàn)檠鯕馀c金屬產(chǎn)生反應(yīng)會(huì)生成金屬氧化物。特別是當(dāng)金屬表面存在缺陷、劃痕或已經(jīng)發(fā)生了一定程度的腐蝕時(shí)，氯離子和氧氣更容易侵入金屬內(nèi)部，導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象加劇。

2.2 海洋微生物的生物腐蝕作用

海洋中富含豐富多樣的微生物群落，可在金屬表面形成致命的生物膜。通過代謝產(chǎn)物和酸性物質(zhì)的分泌，它們能夠破壞金屬表面的保護(hù)層，無情地加速金屬的腐蝕過程。它們以微不可見的形態(tài)存在，卻能夠?qū)饘俳Y(jié)構(gòu)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。

3 腐蝕對漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響

3.1 降低能效和發(fā)電量

腐蝕會(huì)導(dǎo)致光伏電池板表面的損壞或污染，進(jìn)而影響光伏電池的光吸收和轉(zhuǎn)換效率。腐蝕還可能堵塞電池板上的導(dǎo)線和連接器，影響電流的輸送和集電效率，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的能效和發(fā)電量。

3.2 減少系統(tǒng)壽命

海洋環(huán)境中的腐蝕會(huì)對漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的材料和設(shè)備造成損害，加速其老化和失效。鹽水中的氯離子和氧氣等因素會(huì)引起金屬部件的腐蝕，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)性能下降，甚至發(fā)生嚴(yán)重的斷裂、變形或破壞。微生物腐蝕會(huì)侵蝕金屬表面，導(dǎo)致金屬強(qiáng)度損失和孔洞形成。

3.3 增加維護(hù)和修復(fù)成本

海洋環(huán)境中的腐蝕會(huì)增加漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的維護(hù)和修復(fù)成本。由于腐蝕引起的損壞，可能需要定期進(jìn)行清洗、防腐涂裝或更換部件。這些維護(hù)和修復(fù)工作不僅需要人力和物力投入，還可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間延長，影響發(fā)電效益和運(yùn)營收益。

4 漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)在海洋環(huán)境中的腐蝕保護(hù)措施

在海洋環(huán)境中，由于水質(zhì)的高鹽度、潮濕空氣和腐蝕性物質(zhì)的存在，光伏發(fā)電系統(tǒng)容易受到腐蝕的影響。為保護(hù)漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的金屬部分，需要采取一系列的腐蝕保護(hù)措施。下面將詳細(xì)介紹這些措施。

4.1 使用耐腐蝕材料

選擇耐腐蝕性能好的材料也是一種重要的腐蝕保護(hù)措施。在漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造過程中，應(yīng)優(yōu)先選擇耐腐蝕性能較好的材料來替代容易腐蝕的金屬材料，如使用不銹鋼、鍍鋅鋼等。耐腐蝕材料具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和物理性能，能夠更好地抵抗海洋環(huán)境下的腐蝕侵蝕，延長系統(tǒng)的使用壽命。

4.2 涂層技術(shù)

涂層技術(shù)是常用的腐蝕保護(hù)方法之一。通過給金屬表面施加一層或多層的防腐蝕涂層，可以隔離金屬與周圍介質(zhì)的接觸，從而減少或阻止腐蝕的發(fā)生。在漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，選擇耐腐蝕性好的防腐涂料進(jìn)行噴涂或涂覆到導(dǎo)線、支架和金屬部件的表面上，起到保護(hù)作用。常用的防腐涂料有環(huán)氧樹脂、聚醚等，具有良好的黏附性和抗腐蝕性能。

4.3 密封防護(hù)措施

密封防護(hù)是為了防止介質(zhì)的滲透而采取的措施，可以減少或消除腐蝕引起的損壞。在漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可以考慮對電纜接頭、連接器等直接暴露在海水中的部件進(jìn)行密封處理，以防止海水滲入和侵蝕。這可以通過使用防水橡膠密封件、灌注密封膠等方式實(shí)現(xiàn)。

4.4 加裝鋅塊等犧牲陽極保護(hù)陰極

在光伏平臺(tái)和其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中使用耐腐蝕材料，如不銹鋼、高強(qiáng)度鋁合金等。這些材料具有良好的耐腐蝕性能，能夠抵抗海洋環(huán)境中的腐蝕和氧化。為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和設(shè)備表面施加耐腐蝕涂層，如環(huán)氧樹脂、聚脲等。這些涂層可以形成一個(gè)保護(hù)膜，隔絕外界環(huán)境與金屬表面的接觸，減少腐蝕的發(fā)生。對于連接接頭和電纜入口等地方，使用防水密封措施以避免海水滲入設(shè)備內(nèi)部。有效防止海水對設(shè)備的腐蝕。如前述所提到的，采用犧牲陽極的措施，將鋅塊或其他材料安裝在設(shè)備附近，讓其作為犧牲物質(zhì)保護(hù)設(shè)備不受腐蝕。

4.5 定期檢查和維護(hù)

定期檢查可以發(fā)現(xiàn)金屬部件上的腐蝕跡象或破損，并及時(shí)采取修復(fù)或更換受損的部件。對于采用電流防護(hù)系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，還需要定期檢查電流防護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，以確保其正常工作。

5 國內(nèi)外目前已有應(yīng)用的海洋漂浮式光伏防腐案例

海洋漂浮式光伏系統(tǒng)的防腐措施是確保系統(tǒng)在海洋環(huán)境中長期運(yùn)行穩(wěn)定的重要因素。以下是一些國內(nèi)外已經(jīng)應(yīng)用的海洋漂浮式光伏防腐的舉例：

5.1 日本福島縣海洋太陽能發(fā)電項(xiàng)目

該項(xiàng)目采用了防腐涂層技術(shù)，對漂浮式光伏設(shè)備進(jìn)行防腐處理。借鑒福島核事故的經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目中使用了耐腐蝕的材料和涂層，以確保設(shè)備在惡劣的海洋環(huán)境中長期抵御腐蝕。

5.2 挪威海洋風(fēng)能研究中心

該中心的研究項(xiàng)目中，對漂浮式太陽能光伏設(shè)備進(jìn)行了耐腐蝕處理。采用了特殊的材料和涂層，以增強(qiáng)設(shè)備的耐久性和抗腐蝕性能。

5.3 中國海洋新能源研究發(fā)展中心的研究項(xiàng)目

該研究中心開展了多個(gè)海洋漂浮式光伏項(xiàng)目，其中對防腐方面進(jìn)行了一定的研究。他們通過選擇耐腐蝕材料、采用涂層保護(hù)、加裝犧牲陽極等方式，提高了光伏設(shè)備在海洋環(huán)境中的抗腐蝕能力。

6 結(jié)語

為了確保漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)在海洋環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行和長期使用，需要進(jìn)行材料的選擇與腐蝕防護(hù)技術(shù)的研究。僅靠材料本身的耐腐蝕性可能無法滿足需求，還需要借助表面涂層、防護(hù)涂料和防腐涂裝等措施來增強(qiáng)材料的耐腐蝕性能。定期的維護(hù)和檢修也是保證系統(tǒng)壽命和性能的重要環(huán)節(jié)。只有通過綜合技術(shù)手段的應(yīng)用，才能有效解決海洋環(huán)境中漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)面臨的腐蝕問題，實(shí)現(xiàn)其可靠、持久地發(fā)電。