1风力发电装备运行环境分析
从涂装防护的角度， 基础及支撑结构 （塔架） 、风轮叶片及机舱罩和整流罩、 发电机组、 控制电气设备、 变压器等部件是重点。
ISO12944研究讨论的是采用防护涂料体系对钢结构进行防腐蚀保护方面的内容。 该标准给出了3个耐久性范围：低（L）：2～5 a;中等（M）：5～15 a;高（H）：15 a以上。 耐久性是一个能够帮助业主进行维修计划的技术依据， 在出现涂层褪色、 粉化、 污损、 磨损、 撕裂， 或者出于美观或其他原因， 维修涂装工作需要频繁进行。
风电机组面临的是大气腐蚀环境[划分：C1非常 低、 C2低、 C3中 等、 C4高、 C5-1很 高（工 业）、 C5-M很高（海洋）6个等级]、 水和土壤腐蚀环境 （Im1淡水、Im2海水或盐水、 Im3土壤） ， 这是目前风电机组金属表面防腐设计的主要依据。
大气中磨损应力（磨蚀）， 可能因为风挟带的颗粒（例如沙粒）摩擦钢结构、 叶片表面而产生破坏， 另外是水滴、 冰雹、 沙尘暴甚至飞鸟等较大物的撞击破坏。
这在沙漠戈壁风电场塔架迎风面及底部、 风电叶片表面、 箱式落地变压器迎风侧面比较常见和明显， 特别是叶片的叶尖速度在许多情况下超过70 m/s,磨损会造成结构破坏、 效率下降和损失。 风蚀状况见图2。
由于风电运行环境的特殊性， 除了ISO12944划分的环境等级外， 应当考虑沙漠戈壁地区的风蚀环境、 北方地区的低温环境及其两者的叠加， 暂且称之为 “三北” 寒旱风沙区环境。
中国船级社 《海上风力发电机组规范》 对海上风力发电机组钢结构、 机械部件、 电气部件、 混凝土基础结构内外表面防腐以及风轮叶片的外表面防腐提出了技术要求， 该规范刚刚通过讨论。
风电金属结构各组成部分和周围物质接触的微型环境是需要重点关注的一个决定性因素， 比如塔架基础混凝土中的钢筋、 箱式落地变压器底部等。
GB/T19072-2003:风力发电机组-塔架中对环境的规定是， 根据GB/T 14091-1993的条款确定塔架的环境条件等级。 如果订货合同没有明确规定， 塔架外部表面的环境条件为4级， 内部表面的环境条件为3级。
JB/T 10194-2000:风 力 发 电 机 组-风 轮 叶片中认为， 防腐和减轻腐蚀的结构设计对防腐的实施、 效果和可修理性具有重大影响。 规定复合材料叶片应采用胶衣保护层。 环境为温度-30～50 ℃、湿度≤95%， 包括沿海盐雾、 雷电和沙尘对叶片表面的长期冲蚀及平衡性、 太阳辐射强度以及紫外线老化等。
一个实际的例子是， 在华锐SL1500风力发电机组塔架涂漆防腐技术规格书中， 规定塔架的外表面属于腐蚀性类别C5-M（不含海上区域）和C5-I， 内表面属于腐蚀性类别C4， 防腐保护等级为 “长期” 。
2风电装备防护涂料技术与产品需求
涂料是风电装备的辅助原材料， 但从对机组的表面防护角度而言， 又是相当重要的， 无论是陆基或海基风电机组， 都在充分关注涂料的防护性能。
2.1 塔架涂料塔架目前普遍使用的是涂层防护。
GB/T19072-2003风力发电机组-塔架规定的涂层防护体系是：
锌或锌/铝金属喷镀， 60 μm;
双组分复合环氧树脂封闭涂料， 20 μm;
双组分复合厚膜环氧中间涂料， 90～140 μm;
双组分复合聚氨酯表面涂料， 50 μm。
华锐SL1500风力发电机组塔架涂漆防腐技术规格书中规定的防腐体系见表3。
塔架平台等附件防护体系有的整机制造企业要求热浸锌防腐 （锌层厚度70～80 μm）， 也有采用涂料防护体系的， 按部位采用塔架内壁或外壁涂层体系。
基础环是塔架的组成部分， 其制造和涂装在塔架厂完成， 地上部分防腐同于塔架内外壁， 混凝土封灌部分为永久性隐蔽， 无法维修， 因涂层体系的不同， 涂层厚度要求450～800 μm， 可采用塔架内壁涂料体系并增加环氧煤沥青涂料或环氧玻璃鳞片涂料。
目前常用的塔架涂料以环氧类型和聚氨酯类型为主， 是典型的钢结构重防腐涂料体系。
在沙漠戈壁地带， 以上体系也出现耐风蚀性不足的缺陷， 特别是在塔架近地面部分以及主迎风面，极端情况是涂层被彻底风蚀， 露出金属表面而导致锈蚀和美观缺失。
2.2 叶片涂料
JB/T 10194-2000:风力发电机组-风轮叶片中指出， 叶片在一定程度上暴露在腐蚀性环境条件下并且不容易接近， 在许多情况下不可能重做防腐层， 因此重视设计、 材料选择和防腐保护措施特别重要， 复合材料叶片应采用胶衣保护层， 但没有相应的指标规定。 标准认定的环境条件包括温度、 湿度、 盐雾、 雷电、 沙尘、 辐射6项。
可能是行业不同的原因， 从实际作用看， 胶衣和涂料应当是名称、 应用方法的区别， “863” 计划中已经明确为叶片涂料。
在 “MW级风力发电机组风轮叶片原材料国产化” 的 “863” 计划中， 要求叶片表面保护涂料能提高叶片耐紫外线老化、 耐风沙侵蚀以及耐湿热、 盐雾腐蚀能力， 适应我国南北方不同极端气候条件下风电场的使用需求， 保证风轮叶片20 a的设计使用寿命。
具体指标要求是：
（1） 附着力≥5 MPa;
（2） 自然表干/8 h， 40 ℃烘干/3 h;
（3） 耐磨性500 g/500 r≤20 mg;
（4） 耐盐雾≥2 000 h， 无脱落， 附着力保持80%;
（5） 耐沙尘试验满足GB2423.37-89。
目前， 拜耳材料科技正在主推可用于风电叶片（包括塔架） 涂料制造的涂料原材料——聚天门冬氨酸酯。
叶片涂料已经成为叶片防护的必要方式， 以使用进口涂料为主， 但在实际使用中有出现风蚀和盐雾腐蚀比较严重的情况， 冬季可能结冰严重， 冰雹和飞鸟撞击对叶片的损伤也是不容忽视的。
2.3 其他部件涂料
在塔架以外的其他金属部件中， 底座、 轮毂、 轴承同样是需要防护的， 一般采用与塔架内壁相同的防腐涂料体系。
塔架基础埋地钢筋同样面临腐蚀， 但一般被忽视而未采取防腐措施， 一旦出现问题则难以处置。 其防腐方法可采用一般建筑用钢筋防腐涂料， 或者针对性设计和选择涂料品种， 在基础浇注前进行防腐涂装。
机舱罩、 整流罩等非金属部件可采用叶片涂料体系。变压器一般为落地箱式， 北方寒旱环境下沙尘、冷凝、 紫外线腐蚀比较严重， 南方盐雾湿润腐蚀严重， 至少要采用塔架外防护涂料体系， 地面接触部位采用与基础环相同的涂料体系。
配电箱/电器柜等钣金结构件目前一般使用粉末涂料。
发电机/齿轮箱涂料等铸造件涂料防腐性与装饰性兼备， 整机制造企业对其涂层保护要求不明显。
标志涂料一般用在叶片、 塔架、 机舱罩上， 在叶片多用于警示用途， 在塔架上一般标注风电业主名称， 在机舱罩上一般标注整机企业名称。 用于叶片时多以红色为主， 其他以蓝色等为主。 标注涂料要求与主体涂料有良好的附着力， 色彩持久， 便于涂装。
维修涂料中， 无论塔架涂料或叶片涂料， 均比较零散， 品种也比较杂乱。
4 风力发电装备的涂料市场预测
以2008年装机规模为基础， 按目前1.5 MW主流机组测算， 60 m塔架表面积约1 300 m 2 ,涂料按1 200 kg/套和40元/kg为测算依据， 叶片表面积约180 m 2 ， 涂料按100 kg/片和100元/kg为测算依据。
不同年限对风电涂料的需求预测见表4。
本测算中未包括机舱罩、 整流罩、 轮毂、 底座、 埋地钢筋、 电机、 齿轮箱等部件涂料， 也未包括运行中风电装备维修用涂料。
从 表4测 算 中 可 知，按 照1.5亿kW的 规 划，2010-2020年， 风电塔架涂料需求约10.3万t、 金额41亿元， 叶片涂料2.6万t、 金额26亿元， 总计风电涂料约13万t、 金额67亿元。 单个机组的涂料消耗约为1.5 t、 金额7.8万元。
1.5 MW以下风电机组的继续存在、 2～5 MW大型风电机组的开发和投入使用会增加或减少预测数据。 涂料体系的变化和涂装方式的改变也会影响到实际涂料需求数量与金额。
2020年之前， 按照15 a的耐久年限， 大规模建设情况下的风电机组已经大部分进入涂装维修期， 业主需要实施维修， 对涂料的需求必将增长。
出于旅游等景观性考虑， 一些建设在风景区的风电场， 需要对风电机组外观进行装饰性涂装， 这种涂装不会受制于耐久年限的规定， 会经常化。
4风力发电装备涂料市场现状
4.1 风力发电涂料的供应风电装备制造业作为新兴产业， 在初期主要依靠国外技术。 在全套引进及其后的消化过程中， 逐步形成了对国外配套体系的简单依赖， 其中就包括涂料。 因此也形成了目前的风力发电涂料主要由国外品牌供应， 直接进口或本地化生产的现状。 国内企业关注到风电涂料市场较晚， 参与较少。
在这些国外品牌涂料企业中， 赫普HEMPEL（丹麦） 的塔架涂料市场占有率最高， 其他参与的企业主要是佐敦JOTUN （挪威） 、阿克苏诺贝尔AKZO-NOBEL （荷 兰）的 国 际 涂 料IP以 及PPG（美国）的 式 玛 卡 龙SIGMAKALON。叶 片 涂 料 中，美凯维奇MANKIEWICZ（德国）、 PPG（美国）、 巴斯夫BASF（德国）的RELIUS、 博格林BERGOLIN（德国）等企业。
这些国外品牌中， 许多企业是通过并购来获得风电涂料业务的， 如AKZO-NOBEL收购IP后直接进 入 风 电 领 域， PPG是 通 过 收 购SIGMAKALON和SELEMIX来分别获得塔架和叶片业务和市场的， 巴斯夫也是对RELIUS实施了收购行动。 美凯维奇和RELIUS涂料是典型的进口涂料。
在2008年涂料市场出现变化以后， 许多企业在寻找市场的突破点的时候， 纷纷把关注的重点和发展方向放在了风电涂料上， 比如中远关西等持续关注重防腐涂料市场 ， 也有部分企业实现了市场突破。 已经占有风电涂料市场的外国公司或国际化公司同时也加强了自己的市场防护。
包括拜耳在内的涂料原材料制造商也在高度关注风电涂料市场。
4.2 国内风力发电涂料的研究状况在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，包括了以塔架涂料和叶片涂料为主的风电涂料。 以2009年初中国涂料工业协会上报风电叶片涂料国产化项目 、 常州涂料化工研究院防腐蚀年会以风电涂料主题、 西北永新公开风电涂料国产化行动等为标志， 2009年可以看成是我国风电涂料的元年。
可追踪的记录是， 永新在2000年就参与了玉门风电场塔架的涂装， 研究成果 “风力发电机塔架用防腐蚀涂料” 公开发表， 这应是国内最早有关风电涂料的文章；更早的技术积累是陈士傑老前辈在1966年完成的某项实验。
到2009年， 对风电涂料的关注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 [5] ， 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。
研究的重点， 是陆地和海上、 南方和北方不同环境甚至极端气候条件下塔架防护涂料的经济性、 环保性、 稳定性、 适宜性、 有效性等， 是叶片涂料耐紫外线老化、 耐风沙侵蚀以及耐湿热、 盐雾腐蚀的能力。
技术解决路线基本围绕重防腐、 冲击能量吸收、 耐沾污防结冰技术展开。
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。
虽然风电涂料在整个风电装备投入中所占份额很小， 但可喜的是， 风电装备企业也已经逐渐认识到风电涂料存在的不足和重要性， 认为腐蚀不仅影响到机组设备的美观、 运行维护和发电效率， 严重情况下会影响到结构强度， 引发设备安全问题， 从性能、成本、 质量、 保证能力等方面对风电涂料予以关注，寻求和涂料供应商的密切合作， 这有利于改进对风电涂料的理解， 推进国产化进程。
因此可以预料的是， 风电涂料的研究及其成果将是涂料技术活动的一个重要领域。
5风电装备涂料与涂装中存在的不足
可以肯定的是， 在目前风电防护涂装体系供应商中， 国外品牌或公司占有绝对性的市场， 运行中的风电设施涂料几乎全部为进口或国外品牌， 也均在设计期限内， 但防护效果也存在缺陷， 在中国特殊环境条件下出现了 “水土不服” 。 另外， 目前的状况从供给和竞争的角度看， 保证性、 选择性、 经济性有待提高。 这些不足可概括为：
5.1 基础薄，方案少
缺乏对风电运行环境的数据积累和确切定义，缺少标准样本暴露试验， 缺乏针对性的基础研究， 特别是针对微观腐蚀环境的探究和个性化解决方案较少或者没有， 形成一种或少数几种涂料体系包打天下的局面。
5.2 成本高， 压力大
进口或外国涂料价格高， 导致风电投入大， 成本高。 虽然涂料成本在整个风电投入中所占比例极小，但也是影响成本的一个重要因素， 从金风科技公告的与中材科技风电叶片合同金额减少5 500万元的实际中可以感受到各环节面临的成本压力。
5.3 浪费多， 污染大
虽然为高等级腐蚀性级别设计的涂料体系如用于低腐蚀性级别中， 可提供更高的耐久性， 但在实际中， 这种方法被过多使用形成浪费， 塔筒外壁涂层性能不足与内壁涂层性能过剩并存。 并且由于涂装环境的限制和沿用传统涂装工艺等原因， 涂装浪费大，污染严重， 与风能环保属性不符。
5.4 重塔架， 轻叶片
对塔架的防护保护较为重视， 由设计单位指定和确认涂料厂家而不是标准， 制造单位几无发言权，限制了市场竞争性。 在对叶片的气动性能关注的同时未充分重视和跟踪叶片表面的损失状况， 叶片风蚀较为严重， 叶片结冰后动平衡易受到破坏。
5.5 重新建， 轻维护
新吊装机组的涂料与涂装已经在技术上形成体系， 维护涂装才逐渐进入视野和被重视起来， 这和业主的直接利益相关， 需要在维护中善于发现问题和进行总结， 进而促进和完善新吊装设备涂料的选择与涂装。
5.6 垄断多， 竞争少
涂料供应被少数涂料企业垄断， 并设置了一定的技术与商务壁垒 （包括在招标文件中要求或者标明特定的涂料生产供应者） ， 限制了充分和公平竞争。
我们发现， 实际中存在一些不合理的技术设计甚至标准规定， 比如某整机制造企业规定基础环防腐的目的是保证运输过程不生锈， 这显然与其重要性和不可维修性反差明显；又如在风轮叶片的标准中， 非金属的叶片防腐却依据了钢结构防腐标准ISO12944， 等等。 这正是需要共同沟通和改进的地方。
6 风电装备涂料与涂装展望
风电是新兴产业， 为涂料业带来了一次新的发展机会。 但同时， 风电涂料更考验的是企业市场敏锐度、 战略眼光、 研发与市场、 管理、 资金、 抗风险等综合实力， 要充分认识到风电涂料带来的挑战性。 因此认为：
（1） 理性看待， 量力而为。 既要有面对挑战的勇气和决心， 更需要坚实的基础积累和扩展实力， 切忌一哄而上。
（2） 牢固基础， 做好产品。 要深入研究和掌握风电运行环境、 腐蚀机理、 防护方法、 标准依据、 关键技术等， 要控制好产品和涂层质量。 靠基础赢得信任，靠产品赢得市场。
（3） 规范过程， 携手合作。 风电涂料是相对比较专业和规范的一块市场， 特别是涂装控制比较规范。
风电业主、 设计人员、 咨询顾问、 防腐蚀施工承包商、涂料制造商、 涂装检查员应通力合作， 继续保持， 共同提高。（4） 跟踪分析， 持续改进。 要长期跟踪涂装效果，进行针对性的不断改进。
基于以上认识， 我们认为风电涂料会出现以下变化：
（1） 国产化、 本地化是必然趋势和现实选择；
（2） 体系更为完善， 技术和市场进展会同步实施；
（3） 性能更能适应中国气候环境特点；
（4） 竞争会在有相当基础实力和专注专业化的企业之间展开；
（5） 价格会更加合理， 风电企业和涂料企业将共同获益。
具体的预测或建议包括：
（1） 塔架涂料的涂层系统会更为细化和具有针对性， 内陆风电场会区分内外壁、 上下段进行涂料优化选择和涂装， 海上风电场以海岸和海洋重防腐体系为主 （含基础部分） ;
（2） 叶片涂料在耐冲击、 耐磨蚀、 耐沾污、 防结冰等方面实现技术突破和集成， 形成风沙寒旱气候和海洋湿热两种基本涂料体系；
（3） 变压器表面涂料逐渐受到关注而引入塔架重防腐体系涂料；
（4） 涂料品种和涂装过程趋向 “绿色” 、 高效、 简化， 水性化比例不断提高；
（5） 涂装工具开发与应用、 工艺改进会加快，辊涂、 涂装机器人会得到应用， 涂装污染和浪费会减少；
（6） 涂料的色彩展示、 文字和图案标志功能会受到重视和发挥作用， 特别是在叶片涂装中用于重点防护、 磨损显示与提醒；
（7） 维护涂装需求不断扩大， 对应维护涂料和涂装市场日益重要；
（8） 防护责任共担与风险防范分散机制、 涂料与涂装一体化会得到尝试。
相信， 通过我们的努力， 风电涂料将会得到健康的发展！