对风电叶片服役之后表面状态的调查以及对原厂涂装的反思朱平3M中国有限公司, 北京，100176摘要：截止2011年底，我国累计安装风电机组45894台。

“十二五”期间，我国规划风电新增装机70000 MW以上，以单机功率1.5MW估算，装机量不低于4.6万台。

五年之后我国风机总量将会达到10万台左右，运转的叶片数目将达到30万支左右。

如何确保这些风机安全经济运行是我国风电行业面临的巨大挑战。

风叶是风机的吸能部件，风叶的健康高效运转是风机安全经济运行的前提，而风叶服役之后问题最先会出现在表面涂层。

本文介绍了风电叶片在我国典型风场服役之后，表面涂层出现的若干问题，并由此反思叶片在制造阶段的涂料选择以及涂装工艺。

最后提出若干建议，在叶片制造阶段选用合适的高性能涂料以并提高涂装工作质量，从源头做起为叶片的安全经济运行夯实基础。

关键词：风电叶片；服役之后；表面状态；涂装Field investigation into surface conditions of wind blades in several typical wind farms and reconsideration about the coatingspecificationIn China, the total installation of wind turbine generator (WTG) reached 45894 sets with the whole capacity of 62364.2 Mw till the end of 2011. The schemed installation would be no less than 70000 MW according to China’s 12th five year plan. Given the capacity of 1.5 MW for each new WTG, the number would be more than 46000 sets. That means the total WTG installation will exceed 100 thousand after 5 years. There will be 300 thousand plus wind blades operating across China and offering clean energy to China society. It is a big challenge to maintain those WTGs operating smoothly and economically. Wind blades absorb energy for the WTG, its effective and efficient running is the prerequisite for the economy and safety of WTG. Deterioration always occurs on the blade surface first. This paper introduces certain problems about the surface of wind blades in several typical wind farms. Those problems enable us to rethink and reconsider about the wind blade coating products and coating specification during the blade OEM stage. We should select suitable high-quality coating products and optimize coating process, so as to build a solid basic for the safe and economical operation of wind blades. The wind farm owner, wind equipmentmanufacturer, coating suppliers all will benefit.0 引言我国的《可再生能源法》自2006年1月开始生效，此后我国风电事业进入一个快速发展时期。

2006年至2010年，我国风电的年新增装机容量增长均超过100%。

我国自2008年开始大规模采用国外先进的设计技术，制造工艺，以及化工原料生产安装大型兆瓦级风电叶片，自2009年开始陆续进行了原料国产化替代工作。

风电叶片在我国各地运行之后暴露出了一些问题，从而给了我们宝贵的机会来反思先前的设计，材料以及制造工艺是否适合中国各地的风场环境。

1 风叶在我国典型风场服役之后表面状态的调查1.1 东南沿海风场图1:我国6个典型风场表1：6个典型风场的气候参数（数据来自风场资料以及当地政府网站数据）龙源南日风电场位于福建省莆田市南日岛（图1），该岛离岸7海里。

南日岛气候属亚热带海洋性气候：最高气温35℃，最低气温2℃，年平均气温19.2℃，降雨量年均1300毫米左右。

该岛每年9 月到次年2 月为盛风期，风能年可利用小时数可达3800h[1]。

风场一期以及二期于2005年完工并网发电。

该风场使用的叶片为25米长度的环氧基材叶片，表面为聚氨酯涂层，叶片R18000至R00000处前缘贴有3M风电叶片保护膜。

根据现场调查(图2，图3)，叶片R15000至R18000处前缘胶衣损伤严重，露出底材，叶片表面布满深度直径1-3mm的点蚀。

距离叶根更近但是没有保护膜的区域出现严重磨损图3：南日风场叶片损伤，叶片中段，没有保护膜保护的叶片前缘损坏：8号机组3号叶片（左），12号机组2号叶片（中），13号机组2号叶片（右）1.2 海南沿海风场该风场位于海南省儋州市（图1），儋州属热带季风气候：太阳辐射强，光热充足年平均光照时数在2000小时以上。

该市降雨量年均1815毫米，雨季为5月到10月，伴有台风以及强降雨。

该风场风能年可利用小时数可达1800h。

该风场使用的叶片为37.3米长度的聚酯基材叶片，表面涂层为聚酯胶衣。

根据现场调查，R22300至R37300处叶片前缘磨损严重，叶片表面其他区域没有点蚀（图4）。

图4：叶片前缘磨损严重（左图损伤部位距离叶尖1m，右图损伤距离叶尖4m）1.3 苏北沿海风场该风场位江苏如东（图1），该地属北亚热带海洋性季风气候区，年平均气温15℃，冬季潮湿寒冷，最低气温－5℃；夏季炎热潮湿，最高气温达40℃。

年降雨量1050mm，常年阴雨天数在120天左右。

年平均日照数为2100 h。

该地风能资源丰富，70米塔高平均风速为6.96米/秒。

图5：如东某兆瓦级叶片前缘磨蚀严重如东地区风场的叶片普遍存在不同程度的前缘磨蚀问题，叶片服役2年之后这个问题便会变得更加明显。

图5为某兆瓦级叶片服役2年之后的表观，叶片前缘磨蚀极其严重，局部达到本体损伤，并且露出玻纤。

1.4 中南山区风场该风场地处湖北省大悟县林区（图1）。

大悟县属于北亚热带季风气候，年平均气温各地在14.9℃—15.7℃之间，1月最冷，月平均温度在1.5℃—2.5℃，极端最高气温为43.1℃，极端最低气温为-16.5℃。

该地在12月下旬至2月上旬的冬季以及寒潮时节，时常出现雨淞，以1月为多，年平均日数达4天，最多年份达21天（1969年）；该地是湖北省北向风主要通道口附近。

50m（风机轮毂高度）年平均风速为6-7m/s，有效风速小时数较高，中低风速出现较多，无破坏性风速，风能品质较好。

该风场使用的叶片为27.5米长度的聚酯基材叶片，表面为聚酯胶衣。

根据笔者在2011年2月进行的现场调查，在冬春之交的阴雨天气发生雨凇之时，超过海拔300米的山区，所有物体表面都结冰，叶片表面结冰严重，无法运转（图6）。

图6：叶片表面积冰严重，无法运转（左图为整支叶片被冰包裹，右图为叶片尾缘积冰）1.5 西北戈壁风场该风场位于新疆吐鲁番地区托克逊县（图1），该地属暖温带干旱荒漠气候，夏季气候炎热，昼夜温差大，年均气温13.8℃，极端最高气温为48℃。

该地日照强度高，时间长，年平均日照数达到2939h，年光照率69%。

年平均降水量为8.4毫米，年平均蒸发量为3171.4毫米，是中国降水最少的地方。

托克逊素有“风库”之称，历年平均大风日数80.3天。

多集中在3-5月。

局部地区风能资源在10-70m高度有效时数能达到4000小时以上。

托克逊地处戈壁荒漠，风沙严重，多次发生过危害广大人民群众生命财产安全的沙暴。

某风场使用23.5米聚酯基材叶片，服役2年之后，叶片尖端叶缘出现严重磨蚀，叶片壳体局部被击穿（图7）。

750Kw，600Kw配套的聚酯叶片都是使用胶衣，胶衣和叶片本体有良好的附着力，但是胶衣在服役之后黄变明显，可以看出原本是灰白色的胶衣颜色变得和地表黄沙接近，有些甚至出现大面积蜘蛛网状脆裂（图8）。

图7：某风场叶片涂层表面磨蚀严重，黄变严重图8：辽宁昌图某风场叶片表面胶衣开裂1.6 东北山区风场该风场位于辽宁桓仁满族自治县（图1），该地属于温带大陆性湿润气候。

多年平均气温6.6℃，月平均气温最高为23℃，月平均气温最低为－13.5℃，极端最高气温37.2℃，极端最低气温－35.7℃。

年降水量842.2毫米，年雷暴数最多达到15天。

桓仁县年平均日照数约2200h。

该风场的年可利用小时数为2188小时。

该风场于2007年1月开始并网发电，所用风机型号和龙源南日风场相同。

在叶片服役3年之后，叶片表面状态比较好，若干支叶片的尾缘出现破损。

叶片前缘以及壳体基本表面涂层完好（图9）。

因为该地区地表植被良好无沙土暴露，而且降雨量不大。

图9：东北某风场叶片服役3年之后前缘以及壳体基本表面涂层完好（叶片前缘有3M风电叶片保护膜加强）1.7 调查结论笔者实地调查以及采访结果表明，风电叶片服役2年之后就会陆续出现表面涂层退化破损问题。

在我国东部沿海地区以及西北戈壁荒漠地区风场运行的叶片，问题会更严重，叶片前缘磨蚀现象较为普遍。

具体而言，东部沿海地区叶片的前缘磨蚀成片状连续分布，西北戈壁荒漠地区叶片的前缘磨蚀成点状离散分布。

2 我国风电行业存在的关于涂料以及涂装的一般性问题2.1我国风电行业以及涂装行业对风电叶片表面涂层在服役之后的衰变情况研究不足，无法基于叶片运行之后的反馈来修正涂装工艺，完善涂料产品。

正如本文开篇所述，风电叶片涂层系统和远洋船舶防污涂层系统相似，前者事关叶片的气动效率和发电量，后者事关船壳流体力学效率和耗油量[3]。