在風力發電產業中，鏽蝕無疑是一大隱憂。由於發電機的主要構件多採用金屬材料，接觸外界環境後容易發生氧化反應，導致鏽蝕問題。一旦發生，不僅會影響設備穩定性與效率，更可能導致重大安全事故，因此如何進行有效防護，便成為企業管理者必須嚴肅考量的課題。
海上風力資源較陸上豐富，且風向較為穩定，同樣的時間內，離岸風力發電可比陸上風力發電提供更多的電力。但因其位於海中，容易受到海水、海風、海鹽的影響，風機結構可能更容易出現鏽蝕問題，本篇文章便著重探討離岸風機防蝕。
離岸風機水下結構 – 海上巨型風扇的支柱
一般所謂離岸風力發電機主要包含上部的發電機組和下部的結構基礎，中間連結的介面稱之為連接段(Transition Piece)，連接段上面是塔架以及風機，下面就是水下樁。
目前國際間普遍使用的「固定式」離岸風電和「浮式」基礎兩種：
固定式離岸風電
（離岸風機水下結構 / 圖片來源：經濟部智慧財產局）
- 單樁式基礎（Monopile）： 單樁式基礎是最常見和較簡單的基礎設計。它通常由一根大型鋼樁插入海床，然後與連接段連接。
- 重力式基礎（Gravity Base）： 重力式基礎是由混凝土製成的大型結構，通常是一個平板狀底座。這種基礎通常適用於較淺的水深，一般在20～50公尺表現最佳。
- 三腳式基礎（Tripod）：重量偏重，適用於水深中等的海域，不受海床的限制，可用在海流強列或經常有劇烈氣候的環境中。
- 套筒式基礎（Jacket）： 套筒式基礎是由鋼管框架構成，適合30～80公尺水深，形狀類似一個三腳架。套筒式基礎的結構類似一個鋼管框架，通常具有三或四個腿，形狀類似一個三腳架。
浮體式離岸風電
（圖片來源：經濟部技術處。資料來源：NREL、工研院產科國際所）
浮式基礎適用於深水區域（大於50公尺深），可浮在水面上，並通過鋼樁、纜索或其他固定裝置來連接到海床，確保穩定性和固定性，又分為半潛式、張力腳式、浮筒式。
- 半潛式基礎(Semi-submersible)：適用於水深30公尺以上和深水區，有一半的平台會浮在海面上，另一半則以金屬鍊錨固定在海床。
- 張力腳式基礎(Tension Leg)：適用於水深50公尺以上情況，平台隱沒在海面之下，以堅固且拉至緊繃狀態的金屬鏈抗衡浮力。
- 浮筒式基礎(Spar-buoy)：適用水深100公尺以上，結構為上半部較輕、下半部較重的直圓筒結構，重心位置較低的設計讓浮筒式基礎可自行保持平衡。
無論是固定是離岸風機或浮體式離岸風機，機體結構都和海水有高度接觸。而海洋高鹽度、濕度的環境，都讓海上離岸風機承受著比在陸地上更高的鏽蝕風險，因此，對離岸風機的水下結構來說，防蝕是非常重要且不可缺少的一環，需要花費更多精力進行維護。
風力發電機鏽蝕成因
風力發電機在操作過程中，常面臨嚴峻的自然環境挑戰，特別是海上風力發電設備，其暴露於海水鹽分、濕度高的環境中，鹽分與水分是造成金屬材料加速氧化的關鍵因素。此外，風力發電機需要承受不斷變化的氣候條件，如溫差、濕度變化及紫外線照射等，這些因素綜合作用，使得發電機的鏽蝕問題尤為突出。
外在海洋環境影響
海上風力發電機組件因暴露於含有腐蝕性鹽分的海洋環境中，面臨極大的氧化壓力。金属表面在鹽水中極易形成銹蝕，影響機組件結構強度。海水中的氯離子對金屬的腐蝕特別猛烈，一旦形成銹蝕，會不斷侵蝕金屬內部結構，加速損壞過程。
海洋持續性的高濕度、不定的酸鹼度和氣候變化都是造成海上風力發電設備鏽蝕的關鍵因素。這些複雜的環境條件，使得風機水下結構需要更精細的防護措施以抵抗持續的腐蝕攻擊。
防範海洋環境腐蝕須集成多元技術方案。透過使用抗蝕材料、加上耐候性強的先進塗層、進行定期維護等方式進行綜合防護，既可延緩腐蝕進程，又能保障風機的水下結構完整性。
| 鏽蝕原因 | 影響因素 | 描述 |
| 海水溫度 |
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溫暖的海水環境有助於氧化反應，對金屬結構形成腐蝕威脅。 |
| 溶氧量 |
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溶氧量的變化直接影響海水中金屬的氧化速度，是腐蝕的重要因素。 |
| 導電度 |
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導電度直接影響電化學反應速度，高導電度可能加速金屬結構的腐蝕。 |
| 鹽 |
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鹽分中的氯鹽和硫酸鹽是促進金屬氧化反應的強力化學劑。 |
| 海流和潮汐 |
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機械損傷和潮汐運動帶來的懸浮物質可能加速金屬的腐蝕。 |
| 海洋附生物 |
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生物膜的有機物質可能成為腐蝕介質，加速金屬結構的腐蝕，除此之外，生物代謝會釋放出有機酸、酶和其他化學物質參與腐蝕反應。 |
| 淺層
土壤細菌 |
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金屬結構埋在海床中，海床土壤中的細菌也可能參與金屬的腐蝕。 |
| 其他因素 |
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風機材料的選擇、塗層品質和結構設計等因素都影響風機結構的腐蝕狀況，是綜合考慮的關鍵因素。 |
風機防護設計缺失
防護設計缺失是導致風力發電機鏽蝕的主要原因之一，通常源於對極端環境條件評估不足、利用不當的材料以及忽略長期維護的重要性。因此，從初期設計開始，就應全面考量各種腐蝕因子，並整合最佳的防護技術和材料，以確保風力發電設施能夠在惡劣環境中穩定運作。以下為常見的風機防護設計缺失：
- 評估不足：在設計階段未充分考慮環境因素，如溫差、濕度以及鹽分含量。
- 材料選擇不佳：使用耐腐蝕性不足的材料。
- 表面處理：未施加適當的抗腐蝕塗層或表面處理技術。
- 機械設計：設計不當造成水分滯留與微小裂縫，成為腐蝕加速的溫床。
- 維護不當：缺少定期檢查、維修和更換損耗件的計劃，導致腐蝕未被及早發現或控制。
鏽蝕對風機效能的衝擊
對風力發電機的外部結構造成侵蝕，也可能影響到扇葉的動力效率與平衡。一旦葉片表面粗糙性增加，或是形狀變形，將導致風力轉換效率大幅下降，進而衝擊發電機的整體性能。
結構完整性破壞
風機結構完整性的破壞，直接影響了風機的穩定性與壽命。鏽蝕對金屬結構的侵襲可能造成材料強度降低，甚至引發疲勞裂縫。
在鹽霧、高濕等身處海洋環境的風機而言，結構破壞往往發生於微觀層面，逐漸累積至宏觀的損害。隨著時間的推移，初始的表層腐蝕會進一步擴展至整體結構。
保養維修成本增加
風機在海洋環境中容易受鹽霧侵蝕，必須定期進行專業維護，以確保結構和性能的可靠性。
相較於陸地上的風力發電機，離岸風機的維護及維修複雜度高出許多。防蝕塗料的定期補充與更換，需要專業人員和材料成本、鏽蝕引發的機械零件更換，會衍生停機和人力的額外開銷、使用特殊防腐蝕的潤滑油的材料成本等，都是不容忽視的開支。
在發現鏽蝕問題時，應及時處理，否則後續的修復工作將更加複雜且昂貴。積極的保養策略是維護成本控制的最佳解。
如何完善防範離岸風電水下結構鏽蝕
在離岸風電電水下結構防蝕這個部分，目前所採取的方式是採用耐腐蝕材料製造、注意控制腐蝕餘裕（因為離岸風電本身結構笨重，所以腐蝕餘裕必須儘量降到最低），並且搭配陰極防蝕及防蝕塗層等。
風機建置 – 材料採抗腐蝕特性
選擇合適的材料
在風力發電機的設計與製造階段，選用抗蝕材質是防範鏽蝕的先行措施。不銹鋼、鋁合金或是高性能塑料等材料，在極端環境下提供了卓越的耐候性和耐腐蝕功能，有效減緩由海洋氯化物、高濃度鹽分與大氣中的硫化物等因素引起的金屬疲勞性與腐蝕問題。
應用新型抗腐蝕材料
海洋環境中，風力發電設備的設計最好採用耐腐蝕材料。例如，塔筒與葉片可選用抗腐蝕性能良好的特殊合金鋼或玻璃鋼。
近年來，國際研發團隊嘗試以奈米技術、表面處理技術和高分子複合材料等新材料，來提高風力發電機組件在海洋環境中的腐蝕防護性能。這些創新材料有望在未來更廣泛地應用於風電行業，帶來更穩固的防護效果與經濟效益。
風機建置 – 設計採更符合空氣動力學
風機的整體結構也很重要，例如在葉片結構設計上採更符合空氣動力學的設計，提升效率的同時減少運轉時的磨損和腐蝕風險。結合模擬分析技術，可以提前預測結構的腐蝕熱點，進而調整結構設計，打造材料與結構的最佳配合，增加風電設備結構完整性和經濟效益。
定期維護與監測
風力發電機的持久效能與結構完整性，依賴於專業且定期的維護與監測工作。以盡早發現潛在的問題，及時修正故障，防止鏽蝕擴散。
由於風力發電機通常處於開放環境，各類環境因素如濕度、溫差和鹽霧等均可能加速鏽蝕現象的發生。因此，定期對外露金屬部件進行檢查，評估塗層的完整性及其保護效能，乃至於針對細微裂痕或開始生鏽的地方進行即時維修，都能有效減緩腐蝕，延長設備的使用壽命。
對於內部機械組件，例如齒輪箱和發電機內部，這些部分可能因為高負荷運作造成磨損，進而暴露於腐蝕環境中。透過定期更換潤滑油和濾清器，可確保組件有良好的潤滑及清潔，亦能防止內部腐蝕。
最後，採用先進的監控系統，如經由物聯網(IoT)技術連接的感測設備，能夠對風力發電機的運轉狀態進行實時監控。這些系統可以自動記錄設備的運營數據，識別異常模式，即時發出維修警示，大大提升了維護工作的效率和預防性。此外，運用數據分析技術，進行趨勢分析和預測性維護，可進一步優化資源配置，降低長期運維成本。
防蝕科技 – 陰極防蝕
離岸風電通常設立於海水當中，海水正好是電解質極佳的材料，因此最常使用陰極防蝕來保護離岸風機水下結構。
犧牲陽極法(SACP)
在離岸風機上裝置活性較大的金屬（如鋅或鋁）作為犧牲陽極，讓犧牲陽極先被海水腐蝕，以保護風機本體的結構，並透過定時檢查確保陽極腐蝕速度。
外加電流法(ICCP)
透過外加電流將被保護的金屬控制為陰極，以阻止氧化發生。
防蝕科技 – 先進塗層技術
透過應用先進塗層技術，可以顯著增強風力發電設備表面的抗蝕性能。美國Cortec公司所研發的氣化防鏽塗料不但環保、不影響海水生態，還能有效抵抗海水環境，最重要的是操作簡單，大大降低了人力與施工成本，並且防鏽年限長，可以穩定維持防鏽狀態。
Cortec VpCI防鏽塗料中帶有能抑制腐蝕的氣化防鏽分子，這些氣化分子會緊緊吸附在金屬表面，面對金屬的那一端具有親水性，可以毫無阻隔的穿越水份直接沾粘在金屬表面；另一面則具有疏水性，直接隔絕金屬與水分子接觸的機會。最後形成均勻的腐蝕抑制層薄膜。
Cortec VpCI防鏽塗料的氣化分子能夠擴散至整個離岸風機機體，完整包覆難以進行防鏽處理的孔隙之間，能有效解決陰極防蝕只能保護和電解材料（土壤、海水等）相接部分的困擾。將Cortec VpCI防鏽塗料和陰極防蝕搭配使用，能夠獲得更全面和完善的防鏽效果。
Cortec VpCI 離岸風電防蝕防鏽案例
在北海的一個風力發電場中，由於處於高鹽分濕氣環境，風機長時間暴露於海鹽與濕氣的侵襲之下，銅和鋁合金等金屬組件的鏽蝕速度顯著加快。經過數年運營，風力發電機的鏽蝕逐漸從表層蔓延至內部結構，一些承力零件出現了裂痕甚至斷裂，從而導致了非計劃停機和昂貴的維修成本。
為了應對此類鏽蝕問題，現場管理團隊開始使用高性能的防蝕塗料和進行常規的保養檢查。進行了系統性的防腐處理和強化了材料選擇後，發現即使在惡劣條件下，風力機組的結構完整性得到了明顯改善，維修頻率和成本均有顯著下降。
結語
對於離岸風機水下結構來說，防鏽無疑是非常重要的考量。在多樣的防蝕方式中，Cortec的 VpCI氣化防鏽系列產品是最完善、經濟且效果優良的一種，操作方式也較為簡便，單獨使用便可有良好防蝕效果，也能和陰極防蝕一同施做，補足陰極防蝕使用上的限制。
富強防銹科技從2003年開始代理美國Cortec公司，成為其產品在台灣地區的經銷商。從1998年成立以來，富強防鏽科技一直秉持著「品質第一、交期迅速、價格合理、符合環保、售後服務」的經營理念。擁有經驗豐富的專業防鏽團隊，能解決防銹過程中發生的各種複雜技術問題，從商品提供到售後服務，都提供簡便、高效率的一站式解決方案。
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