稀土耐候（耐蝕）鋼在光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用
鋼鐵材料的耐大氣腐蝕是一個(gè)與介質(zhì)、溫度、時(shí)間、空間、地域等因素相關(guān)的非常復(fù)雜的問(wèn)題。?
因?yàn)槿绻Ъ懿牧习l(fā)生金屬腐蝕，改變金屬其原有的穩(wěn)定特性，在整個(gè)光伏支架系統(tǒng)中板材本身及接合部的強(qiáng)度便會(huì)降低，極易遭受自然環(huán)境等各類因素產(chǎn)生的破壞，從而造成直接經(jīng)濟(jì)損失。?
我國(guó)于 2014 年才全面啟動(dòng)鋼材腐蝕調(diào)查工作，通過(guò)研究 2014 年我國(guó)的鋼材腐蝕總成本包括腐蝕帶來(lái)的損失和防腐蝕投入，約占當(dāng)年GDP 的 3.34%，總額超 2.1 萬(wàn)億人民幣，這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然災(zāi)害、各類事故損失的總和，相當(dāng)于每個(gè)中國(guó)人當(dāng)年承擔(dān) 1555 多元的腐蝕成本。2014 年至今，我國(guó) GDP 總量在增加，而我國(guó)的鋼材腐蝕總成本也基本按照當(dāng)年 GDP 的 4%在增加。全國(guó) 2018 年平均每秒腐蝕鋼材 28 噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.6 萬(wàn)億;2019 年平均每秒腐蝕鋼材 29 噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4 萬(wàn)億;《中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告》 (2003 版) 中分析，中國(guó)石油工業(yè)的金屬腐蝕損失每年約 100 億人民幣，汽車工業(yè)的金屬腐蝕損失約為300 億人民幣，化學(xué)工業(yè)的金屬腐蝕損失也約為 300 億人民幣，這些數(shù)字均不包括間接損失。
通過(guò)對(duì)公路橋梁、港口碼頭、水利工程、海洋平臺(tái)等 30 個(gè)行業(yè)的研究，重點(diǎn)圍繞基礎(chǔ)設(shè)施、交通運(yùn)輸、能源、水環(huán)境、生產(chǎn)制造及公共事業(yè)等領(lǐng)域腐蝕狀況開(kāi)展調(diào)查研究，在廣泛深入調(diào)查研究基礎(chǔ)上獲取了大量全國(guó)腐蝕成本數(shù)據(jù)。鋼材每腐蝕減薄 1 毫米，其強(qiáng)度會(huì)下降 5%至 10%。不是說(shuō)這塊金屬腐蝕完了才會(huì)發(fā)生破壞，當(dāng)壁厚因腐蝕減薄到一定程度，在載荷或壓力等作用下，就可能會(huì)發(fā)生破壞事故。?
我國(guó)鋼材防腐，主要是酸洗鍍鋅，或噴涂防腐漆，這樣不僅增加生產(chǎn)成本，同時(shí)也給當(dāng)?shù)乜諝狻⑼寥?、水帶?lái)巨大污染，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境! 嚴(yán)重危害當(dāng)?shù)鼐用竦纳硇慕】??
隨著鋼精煉與凝固方式的改變，一種被稱為“工業(yè)維生素”的合金，即稀土合金受到了廣泛關(guān)注。
稀土原子化學(xué)性質(zhì)具備活潑、結(jié)合力強(qiáng)等特性，將稀土添加到鋼中可起到改善凝固組織、細(xì)化固態(tài)相變組織、使夾雜物變形無(wú)害化、偏聚強(qiáng)化界面、鈍化表面銹層等作用，從而顯著提高鋼的韌性、耐蝕性能、抗疲勞性能、耐熱性能等。 耐候鋼由普碳鋼添加少量銅、鎳等耐腐蝕元素而成，具有優(yōu)質(zhì)鋼的強(qiáng)韌、塑延、成型、焊割、磨蝕、高溫、抗疲勞等特性;耐候性為普碳鋼的 2一10 倍，涂裝性為普碳鋼的 1.5一10 倍。
耐候鋼主要用于建筑、鐵道、車輛、橋梁、塔架、光伏支架、市政、高速工程等長(zhǎng)期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)?？捎糜谥圃旒b箱、鐵道車輛、石油井架、海港建筑、采油平臺(tái)及化工石油設(shè)備中含硫化氫腐蝕介質(zhì)的容器等。?
“林光互補(bǔ)”項(xiàng)目
????????中電合浦烏家鎮(zhèn)“林光互補(bǔ)”光伏發(fā)電項(xiàng)目，位于廣西壯族自治區(qū)北海市合浦縣，為生態(tài)林業(yè)光伏大棚發(fā)電項(xiàng)目。項(xiàng)目光伏組件選用單晶硅電池組件，采用耐候鋼光伏支架，固定式光伏陣列最佳傾角（15°）安裝在木材晾曬大棚頂上。逆變器選用組串式逆變器。光伏電站內(nèi)設(shè)28個(gè)光伏發(fā)電子系統(tǒng)，通過(guò)35 kV集電線路接入110 kV升壓站，經(jīng)1臺(tái)50 MVA主變壓器升壓至110 kV后，以一回110 kV線路接入北海電網(wǎng)，太陽(yáng)能光伏電站發(fā)出的電量直接上網(wǎng)。電站總裝機(jī)容量為50MW，分兩期建設(shè)，一期建設(shè)20MW，二期建設(shè)30MW，一、二期工程投資概算3.51億元。兩期建成后年均發(fā)電量約為3717.14萬(wàn)kW·h，每年可節(jié)約標(biāo)煤21947噸。
????????該工程實(shí)施后將推動(dòng)綠色林業(yè)生產(chǎn)，真正實(shí)現(xiàn)林產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的林業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化。中電合浦烏家鎮(zhèn)“林光互補(bǔ)”光伏發(fā)電項(xiàng)目作為清潔能源項(xiàng)目的新航標(biāo)，將引領(lǐng)新能源發(fā)展方向，為“一帶一路”建設(shè)發(fā)揮重要作用。
????????耐候鋼光伏支架利用耐候鋼耐腐蝕性，在降低光伏支架成本的同時(shí)還能減少鍍鋅污染，縮短生產(chǎn)周期，使工程工期得到了有力的保障，解決了傳統(tǒng)支架的短板。
?耐候鋼性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)?
????????通常稀土耐候耐蝕鋼的服役環(huán)境分為4種，分別是戶外裸露、戶外防護(hù)裸露、室內(nèi)裸露及持續(xù)潮濕裸露。與傳統(tǒng)耐候鋼的耐蝕評(píng)價(jià)方法相似，稀土耐候耐蝕鋼的耐蝕性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法主要包括戶外大氣暴曬試驗(yàn)與室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)兩大類。
1.大氣暴曬試驗(yàn)
????????稀土耐候耐蝕鋼最經(jīng)典的耐蝕性能評(píng)價(jià)方法是大氣暴曬試驗(yàn)。根據(jù)鋼材的服役環(huán)境，在不同地區(qū)進(jìn)行真實(shí)氣候長(zhǎng)期暴曬試驗(yàn)。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)件很難進(jìn)行破壞性取樣，通常采用的是掛片試驗(yàn)，即與結(jié)構(gòu)件在同一工況條件下同時(shí)進(jìn)行戶外大氣暴曬。試驗(yàn)后，對(duì)掛片試樣的表面銹蝕形貌、銹層氧化物的形成及轉(zhuǎn)變進(jìn)行深入研究，分析稀土耐候耐蝕鋼的耐蝕性能。盡管試驗(yàn)周期長(zhǎng)，但相比于室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)，戶外大氣暴曬試驗(yàn)更能真實(shí)反映不同鋼的耐蝕性能差異。
????????耐候鋼裸露在大氣環(huán)境下，最初會(huì)形成與普碳鋼一樣的銹層，但經(jīng)過(guò)3~5a的環(huán)境腐蝕，靠近基體的銹層不斷溶解再析出形成較為致密的非晶態(tài)羥基氧化物。最終經(jīng)過(guò)多年后，耐大氣腐蝕鋼形成穩(wěn)定的銹層，其中起主要保護(hù)作用的內(nèi)銹層是富集了Cr、Cu、Ni、P等元素的α-FeOOH。
2.室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)
????????由于大氣暴露試驗(yàn)中穩(wěn)定化銹層的生成通常需要數(shù)年時(shí)間，鋼材的耐蝕評(píng)價(jià)周期過(guò)長(zhǎng)，因此常采用室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)對(duì)稀土耐候耐蝕鋼及其配套連接材料的耐蝕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)主要包括電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)、鹽霧腐蝕試驗(yàn)、周期浸潤(rùn)腐蝕試驗(yàn)等。
????????稀土耐候鋼光伏支架利用耐候鋼耐腐蝕性，在降低光伏支架成本的同時(shí)還能減少鍍鋅污染，縮短生產(chǎn)周期，使工程工期得到了有力的保障，解決了傳統(tǒng)支架的短板。稀土耐候鋼光伏支架不論是曠野、山坡，還是海邊灘涂等使用環(huán)境，表面的劃傷、磕碰，材料自身會(huì)自動(dòng)修復(fù).自動(dòng)形成保護(hù)層，免除后期維護(hù)，不需要儲(chǔ)備部件、部品，不增加運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。使用壽命承諾不少于 70 年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光伏電站項(xiàng)目的設(shè)計(jì)壽命期。光伏支架退役后，幾乎對(duì)材料的使用性能沒(méi)有影響。
????????因此，稀土耐候耐蝕鋼可用于取代鍍鋅鋼，廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)裝配式民居、耐蝕地螺絲、外掛裝飾裝修框架、集裝箱移動(dòng)房、廠房式實(shí)驗(yàn)室建筑等。低成本稀土合金化技術(shù)的成果推廣對(duì)綠色化可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
