海洋能的高效开发利用已成为当前国际社会的研究焦点与实践热点。在各类海洋可再生能源中，海上风能、波浪能、潮汐能、温差能、盐差能、海上光伏发电以及海流能共同构成了海洋能的主要范畴。地球上海洋能的理论蕴藏量可达数万亿千瓦时，这一数值若能被科学有效地开发利用，其总量将显著超越人类社会当前对能源的整体需求。我国地域广袤，海岸线蜿蜒绵长，海岸带区域蕴藏极为丰富的自然资源。在我国近海海域，海洋能的理论蕴藏量估算约达 15.8 亿千瓦，其中具备技术开发潜力的部分更是可达 6.5 亿千瓦。大力推动海洋能技术的创新与应用，不仅是我国实现能源结构战略性调整、构建绿色低碳能源体系的关键举措，亦是保障国家长远发展和子孙后代可持续福祉的重要途径。同时我国东部沿海地区人口分布高度集中，能源需求旺盛，海洋能的规模化利用有望为东部沿海城市的高质量发展注入强劲动力。海洋能装置与配套设施的构建材料多采用钢材及钢筋混凝土，其服役过程需长期暴露于海洋生态系统中。但海洋环境堪称地球上腐蚀性最强烈的自然条件之一，作为电解质溶液的海水，具备高电导率、高氯离子浓度及高溶解氧含量等显著特性，这使其极易与金属离子发生复杂的电化学腐蚀反应，进而生成具有高活性的微电池结构。同时海水中大量存在的氯离子，会对不锈钢材料造成严重的点蚀等破坏作用，这直接导致海洋中运行的发电设备系统，其腐蚀速率远高于其他自然环境，腐蚀损伤程度也更为显著。不容忽视的是，海洋生物对海洋能装置的附生长同样构成了显著威胁。这些生物体能够在装置的金属或非金属表面定植，并通过其生命活动与代谢循环对设备结构产生侵蚀性损害。这种生物污损效应具有广泛的材料普适性，会加速设备的老化进程并缩短其服役周期。据相关调研数据显示，在海洋能产业的运营维护成本中，由生物附所引发的经济损失约占总支出的20%。鉴于此，以经济高效且安全可靠的方式治理海洋能装备设施所面临的腐蚀与污损挑战，对于提升海洋能装备系统的运行安全系数、延长其服役周期，进而服务于国家经济发展与国防现代化建设，均具备深远的现实意义与战略价值。
1 防腐技术研究进展
1.1 海洋环境腐蚀的原因
在海洋环境中，水体与上空的咸雾均富含氯离子。这些氯离子会对钢铁材料表面自然形成的氧化钝化层造成侵蚀，使其完整性受损，进而使内部的铁基材直接暴露于腐蚀性介质中。一旦铁基材暴露，便会与未被破坏的钝化区域在海水环境下产生显著的电位梯度，由此构成一个电化学腐蚀体系。在这一体系内，作为阳极的铁原子会持续发生溶解反应，并最终转化为红棕色的锈蚀产物。海洋生态系统常呈现出高湿特性，致使钢铁材料的表层极易凝结成水膜，这层水膜恰好为电化学腐蚀过程提供了不可或缺的导电介质。在金属锈蚀的进程中，相关的电化学反应可通过以下化学方程式（1）和（2）予以阐释：

在海洋生态系统里，钢筋混凝土构造的劣化是一项错综复杂的多因性进程，其主要诱因可归纳如下。化学层面的侵蚀主要涵盖氯离子渗透、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀以及碳化效应等；而物理层面的破坏则包含盐类结晶压力、冻融交替作用、水流冲刷与机械磨损等。
1.2 海洋环境腐蚀的危害
在海洋环境中，高盐度、强湿度及生物黏附等复杂因素引发的腐蚀现象，对海洋能装置及相关系统造成了多维度的负面影响。这种腐蚀不仅会显著降低设备的结构完整性与运行安全性，还会直接或间接导致能量转换效率的衰减，进而对整体项目的经济收益产生不利影响。具体而言其主要危害体现在以下几个层面：结构强度削弱导致设备失效；发电效率下降；密封失效导致安全风险；运维成本增加。
1.3 目前主要的防腐技术方法
在海洋工程领域，海洋能装备系统的钢结构面临海洋环境的多重挑战，因此构建一套系统性的防护体系至关重要。为增强钢筋材料在该类工况下的耐久性，科学的手段之一是选用具备优异抗腐蚀性能的钢筋合金材料，这一措施能够有效提升钢筋对氯离子等腐蚀性介质的抵御能力，从而延长其在海洋环境中的服役寿命。另外为钢筋构建额外的防护屏障同样是行之有效的方法。在混凝土拌制过程中添加诸如阻锈剂之类的化学制剂，能够借助多种不同的作用机理对钢筋起到保护作用。
在海洋能装置的钢筋混凝土构建体系里，面对海洋环境的复杂挑战，必须实施多维度的防护方案。其中选用具备高密实度特性的混凝土材料，是构建防护体系的首要前提；与此同时对混凝土外露表面进行有效的防护与隔绝处理，例如涂刷各类功能性涂层，亦是不可或缺的关键环节。
1.3.1 防腐涂层技术
在当代海洋工程领域，防腐蚀涂料作为保障水下结构物耐久性的关键材料，已形成多样化的产品体系。当前市场上广泛应用的品类主要包括环氧系、聚氨酯系、丙烯酸酯系、橡胶类、氟碳树脂类、有机硅树脂类、聚脲类以及玻璃鳞片增强型等。这些涂料在性能表现上各有千秋，有的侧重耐化学介质侵蚀，有的则在机械强度或耐候性方面具有优势，其具体的适用工况也因特性差异而各不相同，详细对比可参见表1。
在海洋工程领域，传统的防腐蚀涂料往往因含有害化学物质而备受争议。海洋中的贻贝等生物凭借其独特的水下附能力，能牢固吸附于礁石、混凝土及钢结构表面。受此自然现象的启发，借助单宁酸和三价铁离子的聚合、沉积、配位和粘附作用，采用单宁酸与铁离子配位多步法在混凝土上首次制备了 TA/Fe(III)贻贝仿生涂层，揭示了其阻氯机理，给出了最优配方，其单位厚度涂层的抗氯离子效果远超各类商业涂层，是常用的环氧树脂商业涂层的 20 多倍，并且其原材料单宁酸是一种天然多酚，广泛存在于植物和水果中，价格便宜、环保，新涂层原料价格仅为环氧树脂商业涂层的十二分之一，具有很好的工程应用前景；同时还提出并比较了单宁酸氧化自聚合、单宁酸与铁离子配位一步法和单宁酸与铁离子配位多步法三种制备混凝土单宁酸基绿色环保涂层的方法，为海洋钢筋混凝土的绿色防腐涂层的开发提出了一种新的思路。
表 1 常用的海洋防腐涂料的特点和应用范围 Tab.1 Characteristics and application scope of commonly used marine anti-corrosion coatings
1.3.2 阴极保护技术
1.3.2.1 牺牲阳极的阴极保护
牺牲阳极保护技术是一种利用电化学腐蚀原理实现金属防护的方法。其核心机制是将一种电极电位显著低于被保护金属材料的活性金属与基体金属通过电气连接，由于牺牲阳极具有更高的化学活性，会优先作为阳极发生氧化反应而逐渐溶解消耗，而被保护的基体金属则会作为阴极，其表面的腐蚀反应被有效抑制，从而避免了基体本身的腐蚀破坏。在实际应用中，常用的牺牲阳极材料主要包括锌基合金、镁基合金以及铝基合金等。牺牲阳极阴极保护系统的工作原理示意图可参见图1(a)。
图 1 阴极保护技术的工作原理图 Fig.1 Schematic diagram of the working principle of cathodic protection technology
1.3.2.2 外加电流保护
施加外加电流的阴极保护技术，其核心原理在于借助外部直流电源，对被保护的金属结构施加一个定向电流，迫使金属表面的电位持续维持在一个低于环境腐蚀电位的负电位区间。这一过程能够有效抑制金属基体发生氧化反应，从而实现对金属的长效防护。外加电流阴极保护技术的作用机制示意图可见图1(b)。
两种方式的阴极保护法各自具有其优缺点，工程中需要根据海洋能装备系统中的应用场景具体选择，具体的对比如表 2 所示。
表 2 两种阴极保护法的对比 Tab.2 Comparison of two cathodic protection methods
1.3.3 不同腐蚀分区下的防腐蚀方法
海洋能装备系统根据所处的腐蚀区域可能包括海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区，如图 2 所示，不同腐蚀分区的防腐蚀方法如表 3 所示。
图 2 不同腐蚀分区的示意图 Fig.2 Schematic diagram of different corrosion zones
表 3 不同腐蚀分区的防腐蚀方法 Tab.3 Corrosion protection methods for different corrosion zones
2 抗生物污损技术研究进展
2.1 海洋环境生物污损的危害
在海洋世界中，藤壶、贻贝这类海洋附着生物为了繁衍生息，往往会选择礁石、船体、海洋工程设施的 表面等进行附着栖息。这种由海洋生物引发的表面附着现象，在业界通常被称作海洋生物污损。自人类开启 波澜壮阔的海洋探索与开发征程以来，海洋生物污损便如同一个挥之不去的顽疾，长久地困扰人类。海洋附 着生物对海洋生态环境构成潜在威胁，其所带来的危害主要体现在以下几个方面：
2.1.1 加速金属腐蚀
海洋能装置的金属表面易受藤壶、贻贝等海洋附着生物的侵袭。这些生物的附着不仅会对涂层造成物理 性破坏，其新陈代谢过程中产生的化学物质还会改变附着区域海水的酸碱度，进而削弱涂层的防护效能，使 金属的腐蚀进程显著加速。此外附于装置表面的藻类在进行光合作用时，会向周围水体释放溶解氧，这 一过程同样可能因改变局部微环境而导致金属腐蚀速率的提升。
2.1.2 降低能量转化效率
海洋能装置的外部表面一旦受到污损生物的附着，便会显著削弱其能量转换效能。以潮汐涡轮发电机为 典型案例，诸如藤壶、贻贝及各类藻类等有机体在其叶片表面的密集附着，会使叶片的表面平整度遭到破 坏，进而扰乱原本流畅的流体动力学形态，最终造成水流在通过时产生更为剧烈的漩涡运动并引致摩擦阻 力的攀升。
2.1.3 堵塞管道管路
海洋附着生物在特定海洋能装置的流体输送管路内附着，不仅会使管道通径逐渐缩减，脱落的有机体还 可能对阀门组件造成阻塞，从而显著削弱海洋能装备系统的流体传输效能。
2.2 海洋环境生物污损的原因与模式
海洋生物附着是一个多阶段的复杂演变过程，一般可划分为四个连续阶段。首先是有机分子层的构建， 在此阶段，多糖、蛋白质、脂类、腐殖质、核酸及氨基酸等物质，凭借范德华力、氢键和静电力等非共价相 互作用，迅速吸附并沉积于水下材料的表面，进而营造出利于后续生命活动的薄膜微环境。接下来是生物膜 的发育，细菌在有机分子层上定植后，通过分泌由蛋白质和多糖构成的胞外聚合物基质，逐步构建起具有一 定结构和功能的生物膜结构。随后进入微型附着生物的增殖阶段，硅藻及大型海藻的孢子等微型生物以 生物膜为营养基质，开始聚集并持续生长。最终在第四阶段，藤壶、贻贝等大型海洋附着生物会借助第三阶 段微型附着生物所分泌的粘性物质，牢固附于材料表面，并实现快速的种群扩张与个体生长。海洋生物体对各类海洋能装备系统的污损作用主要表现为以下几种典型机制：
2.2.1 生物覆盖效应
此乃最为直接且广泛存在的作用机制。诸如藤壶、贻贝、牡蛎、海鞘、珊瑚及海葵等污损生物，会直接 在材料的表面构建起一层紧密且连贯的覆盖结构。其根本的损害途径在于，这种覆盖层会阻碍材料表面与 周遭环境之间必需的物质与能量交换过程。生物附着现象将引发一系列不良后果：不仅会显著提升装备 整体的质量与运行阻力，还会对其流体力学特性造成严重损害，导致气动或水动效率大幅降低；传感器的信 号传输也可能因此受到干扰，出现接收失真或屏蔽现象；此外附着层会破坏原有的防腐蚀、防黏附涂层的防 护效能，削弱设备的耐久性；更重要的是附着生物的存在会改变装备表面的物理化学特性，例如使材料表面 的光洁度下降，以及改变其对水或其他流体的亲疏能力。图 3 中展示了若干典型的海洋附着生物。
图 3 各种类型的海洋污损生物 Fig.3 Various types of marine fouling organisms
2.2.2 电化学干扰效应
该现象多见于金属材质，其根本机制在于附着的微生物群落及其分泌的胞外聚合物膜，通过改变金属表 面微域的电化学特性，打破了原有的腐蚀电位平衡，进而促使或加剧了电化学腐蚀反应的进行。在这类电化 学干扰作用下，最典型的问题之一便是氧浓差电池的构建。在生物附着形成的覆盖层遮蔽区域，因附着生物 的呼吸作用持续消耗氧气，同时覆盖层本身又对氧气的自然扩散形成物理阻碍，导致该区域内氧气含量显 著降低，成为典型的缺氧环境（阳极区域）。与此同时微生物的生命活动也会产生一系列具有侵蚀性的代谢 产物，例如酸性物质、碱性物质以及硫化物等，这些物质能够直接分解或破坏金属表面自然形成的氧化 保护膜，或者通过改变局部区域的酸碱度，进一步加剧金属的腐蚀进程。此外污损层的存在还能为缝隙腐蚀 的发生创造有利条件，在生物附体与金属基体的交界面，或者在不同生物体相互聚集的间隙中，常常会形成 狭窄且充满停滞流体的缝隙空间。这种缺乏氧气、离子浓度异常升高的环境会显著加剧缝隙腐蚀的产生。
2.2.3 机械损伤效应
该现象的本质诱因在于附着生物及其代谢产物在水流、波浪、震动、温湿度波动等外界因素的综合作用 下，对材料本体或其防护层产生持续性的物理力学冲击，进而引发结构损坏。这种力学损伤效应将直接造成 多重不良后果：首先会对保护涂层造成不可逆的破坏，在附着力、生长压力及剥离力的反复作用下，涂层可 能出现裂纹、分层、鼓泡、断裂，甚至从基材表面完全脱落。与此同时生物胶质在涂层界面的渗透及其吸水 后的体积膨胀，会产生显著的渗透压，该渗透压与外部施加的载荷相互叠加作用，可能致使涂层发生大面积的鼓包与剥离现象。此外污损生物所构建的粗糙表面形态，会对流体的边界层特性产生扰动，改变其流动状 态，可能引发并增强局部区域的湍流与涡流效应，从而加速冲刷腐蚀的发生与发展。
上述三种海洋污损机制在自然环境中通常并非孤立存在，而是相互交织、彼此作用，进而共同促使海洋 工程设施的服役性能加速退化。深入剖析此类复杂的耦合作用规律，研发生态兼容的环境友好型防污技术， 对于构建更为高效的防污解决方案具有重要意义。
2.3 目前主要的抗生物污损技术
2.3.1 物理防污法
在当代科技飞速进步的浪潮下，科研工作者已成功开发出多种抗生物污损技术。回顾早期的海洋防污领 域，部分技术虽曾展现出不俗的附着抑制效能，然而其作用周期往往有限，随时间推移，这类技术逐渐被更 为先进的方案所取代。在海洋工程与工业设施的防护领域，物理防污技术作为最古老的防护手段之一，其核 心原理在于通过非化学的物理作用，将附于设备表面的污损有机体予以清除，进而实现对设施的有效保护。 依据其具体实施方式的差异，物理防污法可细分为机械清除法、超声波清洁法、射线防护法以及空化射流去 污技术等多种类型。
2.3.1.1 机械清除法
在海洋能装置的运维过程中，机械清除技术是一种重要的污损生物控制手段。该方法主要通过特定的机 械设备，在设备处于正常停机状态时，对其外部结构表面附着的污损生物进行物理剥离与清除。应用较为广 泛的机械清除方式主要包括高压水流冲击法、专用工具刮擦法以及高温灼烧清除法等[38]。其特点是作业效 率高、成本投入较低。然而该方法存在明显局限：设备运行期间无法中断进行清理作业，难以在污损生物初 始附着阶段实施干预，同时整个操作过程需消耗大量的时间与人力资源。
2.3.1.2 超声波法
当运用超声波技术时，电子超声设备会发射特定频率的声波，这些声波会使周围水体中生成大量微小气 泡。气泡在其产生至破裂的动态过程中，会对周围的水体环境产生显著扰动，进而对海洋生物的栖息条件造 成破坏。超声波技术所发出的特定频率与波形振幅，能够与细菌及污损生物自身的生理节律或结构特性 产生共振效应，从而干扰其正常的生长代谢过程，最终实现高效的防污效果。不过超声波技术在实际应用中 仍面临若干不容忽视的隐患。例如高强度的声波辐射不仅可能对操作人员的生理健康造成潜在威胁，还可 能对船体表面涂层的防污性能产生不良影响。
2.3.1.3 辐射法
在辐射处理技术的应用过程中，所采用的功能性材料通常具备一定的放射性特质。这种放射性能够有效 阻止海洋生物在材料表面的附着，或者对已附着的污损有机体起到灭杀作用。该技术存在潜在风险：辐 射作用可能促使涂层材料内部产生未结合的化学基团，这些活性基团之间易发生异常化学反应，进而可能 导致涂料的物理化学性能出现退化。这些反应生成的副产物可能对海洋生物的遗传物质造成损伤，对海洋 生态系统的原有平衡构成威胁。
2.3.1.4 空穴化水喷射流防污法
空穴化水喷射流防污法核心原理是通过高压系统将水流加速并喷射至待处理物体的表面，以此清除附 着其上的海洋附着生物。实验数据显示：当水流压力维持在 4 兆帕上下的较低水平时，该防污技术的去污效 能已展现出卓越效果。近年来此技术在我国市场上的应用潜力逐步显现，不过其实施过程中对资金投入的 要求颇高，且所需设备也较为复杂。其适用领域广泛，例如可用于去除船底附着的海洋生物与螺旋桨表面的 沉积物；可对海底采油树、液压控制阀门、码头桩柱等多种复杂结构件进行清洗作业。
2.3.2 化学防污法
在现有海洋防污技术体系中，化学防污策略占据主导地位，其主要技术路径可概括为以下几类：
2.3.2.1 防污剂法
目前海洋装备领域常用的防污剂分为化学防污剂和天然防污剂两大类。现代化学防污剂的研发与应 用典型代表包括无机铜系化合物氧化亚铜（Cu₂O）、有机铜锌配位化合物如吡啶硫酮铜与吡啶硫酮锌、异唑 啉酮类杀生剂 4,5-二氯-2-正辛基-4-异唑啉-3-酮（DCOIT），以及取代脲类化合物 Irgarol1051 等。在海洋工 程领域，氧化亚铜（Cu₂O）凭借其卓越的生物毒性与广泛的抗菌活性，被公认为一种理想的防污活性成分。这种化合物能够通过缓慢释放铜离子，对海洋环境中的附着生物，如藤壶、贻贝等具有显著的抑制与杀灭效 果。单纯依靠氧化亚铜对藻类等微生物的抑制效果往往难以满足全面防护的需求，故在实际配方设计时，常 需将其与多种有机防污剂进行复配以实现对海洋附着生物的广谱高效防除。
自然界中存在的防污剂主要可划分为三大类别。其中一类源于微生物，这类微生物群落能够借助群体感 应实现细胞的聚集、抗生素的生物合成，以及生物膜的构建与分化。在菌群达到一定密度时，某些菌群会 启动群体感应淬灭途径，以此来抑制其他潜在竞争菌群的繁衍。基于这一自然机制所产生的活性物质，为研 发全新的防污技术提供了极具潜力的思路与方向。2001 年，研究揭示，假单胞菌所产生的代 谢物质与聚氨酯涂层相结合，能够有效抑制藤壶幼虫的生长与发育进程。2009 年，研究表明，被囊交替假单胞菌能够合成一系列具有明确靶向性的抗附着活性物质，这些物质对盘管 虫、藤壶、石莼孢子及多种藻类均展现出广泛的抑制效能；在海洋植物来源的防污剂研究领域，大型海藻通 常通过分泌特定的化学信息素来抵御污损生物的附着，而从中进行天然产物的分离纯化是获取高效防污剂 的重要途。从马尾藻中成功分离出三类糖脂化合物，实验结果显示其防污性能甚至超越了 传统的商业防污剂产品。溴化醇类化合物及其衍生物作为红藻代谢产物的重要组成部分，开展了系统的合成与活性评价研究，在制备的 15 个类似物中，有两个化合物展现出显著的海洋防污生物 活性；在源于无脊椎动物的防污剂领域，例如海绵、珊瑚及苔藓虫，在长期的海洋生存竞争中，进化出通过 释放特定次生代谢物质来实现防御天敌、占据生态位及抑制附着生物的生存策略，因此成为当前防污剂研 究的热点类群。研究报道，科研人员从巴塔哥尼亚区域的海绵生物样本中成功分 离鉴定出一种胆汁酸类天然产物。该化合物不仅展现出显著的海洋防污生物活性，其毒性水平亦处于较低 范畴。在侧扁软柳珊瑚的次生代谢产物分离过程中，成功获得了柳珊瑚酸。该化合物分子结构中 的酮基官能团与碳碳双键是发挥防污效能的核心基团，其作用机制在于可显著阻碍藤壶幼虫的附着定殖过程。
2.3.2.2 电解防污法
电化学防污技术基于电解过程的化学原理，其核心机制是在海水环境中通过电化学反应生成具有生物 毒性的物质，从而抑制或杀灭附着在船体等水下结构表面的污损生物。该技术主要有两种实施路径：其一为 电解海水工艺，具体而言，当微弱电流通过特定导电涂层时，涂层周边的海水会发生电解反应，生成次氯 酸根离子，这些离子在船体表面形成一层防护膜，有效阻碍海洋污损生物的附着与滋生。还有一种类型是在 涂覆层里添加具有导电性能的聚合物材料。中国科学院长春应用化学研究所采用高导电聚苯胺作为核 心成分，研发出一种环境友好型导电聚苯胺基海洋防污涂层。实海实验测试结果表明：历经逾半年的海水浸 泡周期后，该涂层的表面几乎未观察到明显的污损生物附着现象。
2.3.2.3 可降解型防污涂层法
在防污涂料发展的初期，溶解型防污涂层是典型代表。这类涂层的主要成膜物质为松香及其衍生物，防 污活性成分则是氧化亚铜（Cu₂O），同时辅以其他色填料，经研磨工艺调配而成。松香作为一种天然树脂酸， 在与弱碱性海水接触时会产生部分溶解。这种微溶特性使得涂层中分散的 Cu₂O 颗粒随涂膜的溶胀或侵蚀而 逐渐溶解，释放出的铜离子（Cu²⁺）通过抑制海洋生物附着发挥防污效果。在实际工程应用过程中，上述防 污涂层存在一个显著缺陷：其活性防污成分在成膜初期的释放速率通常偏高，随后会随时间推移而呈现衰 减趋势。这种动态释放模式不仅导致涂层的整体溶蚀进程难以进行有效调控，更使得其发挥长效防污作用 的周期相对有限，一般仅能维持 1.0 至 1.5 年的防护效果。
20 世纪 70 年代早期，科研人员发现三丁基锡化合物具备广泛且高效的防污特性，以此为基础开发的防 污涂料随后得到了实际应用。当这类防污涂料暴露于弱碱性海水中时，其中的基料树脂（即丙烯酸锡酯）分 子结构内的酯键会发生水解断裂，从而将具有防污效能的三丁基锡离子释放出来。与此同时预先填充在涂 膜体系中的 Cu₂O 也会分解并释放出 Cu²⁺。这两种活性成分在涂膜表层共同作用，形成了一层能够有效抑制 海洋生物附着的防护膜。当基体树脂发生水解反应时，会分解并产生具有强亲水性的羧基基团。当涂层受到 海水持续冲刷时，具备亲水性的树脂相会逐渐溶解于海水中，从而使涂层表面暴露出新的未反应区域。这种 现象在材料科学领域被专门定义为“自抛光效应”。然而传统的三丁基锡类化合物由于其化学结构的稳定性， 在海洋环境中难以被微生物分解，这导致其在海洋生物体内极易发生生物累积，对脆弱的海洋生态系统构成严重威胁，甚至可能通过生物富集作用间接危害人类健康。鉴于其显著的环境风险，这类化合物已被国际 社会全面禁止在防污涂料领域的应用。
在海洋环境中，防污涂料的效能很大程度上取决于其防污剂的释放机制。传统的溶解型与自抛光型防污 涂料，其防污成分通常以物理混合的方式分散于涂层基质中，释放过程主要依赖“渗出扩散”原理。这种物 理释放模式存在显著缺陷，易导致防污剂在涂层表面形成微小颗粒脱落，进而引发局部浓度的骤升骤降，即 “暴释”现象。为克服上述弊端，科研人员提出了化学接枝策略，将防污活性物质通过化学键合的方式固 定于成膜树脂链上。此时防污剂的释放通过树脂基质在海洋环境中发生的“水解降解”反应，使防污剂分子 逐步从树脂骨架上断裂并释放出来。通过这种方式，防污剂的有效利用率得到显著提升。研究工作表明，他以二甘醇作为起始剂，将己内酯（CL）作为聚合单体，在催化剂的参与下实施开环聚合 反应，成功合成出聚己内酯预聚体。随后他向体系中引入丙交酯（LA）单体，进而制备出两端均带有羟基 基团的（CL/LA）嵌段共聚物。在此基础上通过异氰酸酯进行交联固化处理，最终得到聚酯型聚氨酯涂层。 该涂层展现出了卓越且持久的防污性能。
2.3.2.4 光催化防污涂层
光催化技术作为一种前沿的氧化降解手段，借助半导体基光催化剂在可见光激发下所展现的氧化还原 特性，能够高效产生活性氧簇（ROS）。这些活性氧物种主要包括羟基自由基（-OH）、超氧阴离子自由基（O₂⁻） 以及过氧化氢（H₂O₂）等，具备极高的化学氧化电位和生物毒性。通过这些特性，光催化可直接对微生物进 行灭活，分解生物表面的黏附物质，有效阻止和抑制生物膜的构建过程，并对大型污损生物的幼体产生毒杀 作用。然而光催化技术其对特定波长光照的依赖性、长期运行的稳定性等问题，仍然是当前学术界与产业界 研究的技术瓶颈。
近年来，细菌耐药性问题的日益严峻与有机染料引发的水体污染问题，已成为环境治理领域亟待解决的 关键挑战。为此 创新性地设计合成了一类新型复合光催化材料钒酸铟/钒酸银（InVO4/AgVO3）。 通过系统的实验验证，其表面特性与催化活性研究结果表明，当引入适量的 InVO4 作为掺杂组分时，显著优 化了 AgVO3 的电子-空穴分离效率与光吸收能力，从而极大地提升了该复合催化剂的光催化性能。但 InVO4/AgVO3 复合体系存在一个显著缺陷，即其制备成本居高不下，因此其实际推广存在较大阻碍。
2.3.3 仿生防污法
仿生防污法的核心原理在于模拟自然环境中特定植物或动物体表所具备的独特微观构造，通过这种结 构特征阻碍污损有机体的附着，进而达成长效防污的目的。鉴于化学防污手段可能引发的生态问题，目 前学术界正日益关注从生物界获取灵感，发展环境友好型的非化学防污策略。例如科研人员已开始借鉴海 洋生物如鲨鱼皮以及螃蟹外壳的天然防附着机制，同时也在探索模仿非海洋生物，如荷叶表面的超疏水自 清洁效应、昆虫翅膀的微纳结构以及壁虎足部的干粘附原理等，以期开发出新型仿生防污材料与技术。 当前学术界存在两个备受关注的研究方向。其一致力于从生命体中分离并获取具备抗附着性能的生物活性 成分，进而将其应用于研发含有此类活性物质的防污涂料。其二则侧重于通过人工设计具有特定微观或宏 观表面结构的材料，借鉴并模拟生物体表面的天然防污机制，从而赋予材料自身的抗附着能力。
模仿荷叶的微米级乳突效应制备了一个超疏水的仿生结构，测试中可以有效地避免污损生物 的附着。制备了具有自清洁效果的仿生鲨鱼皮结构，防污性能相比常规涂层显著提升。使用低温扫描电镜技术结合不同的样品，发现领航鲸皮肤的平均孔径约 0.20 µm2，附着在皮肤表面的微生物 会被流水冲刷移除，这种类型的表面可以让领航鲸皮肤实现自我清洁。借鉴了肉芝软珊瑚的抗附 着机制，选用与珊瑚表面弹性特性相匹配的硅橡胶作为基材，依据软珊瑚的微观构造进行仿生设计，成功研 制出具备多级复合结构的防污涂层。该仿生涂料在静态浸泡与动态流场环境下均展现出卓越的海洋生物附 着抑制效果。
借鉴猪笼草的自然构造，科研人员开发出具有仿生特性的液体接触界面。2011 年，在其研究 中率先提出了“液体注入多孔表面”（Slippery Liquid Infused Porous Surfaces，简称 SLIPS），亦被称作“超 滑表面”。相较于超疏水材料所构建的空气层，超滑界面采用了互不相溶的液体膜予以替代。这类低表面能 液体被充分填充于具有多孔微纳结构的基底孔隙之中。通过对液体在水介质中的界面张力及溶解特性进行精准调控，该体系得以呈现出更为优异的表面可控性与长期稳定性。为提升润滑层与基材的界面结合强度， 通常采用氟基化合物、硅烷类偶联剂等低能材料对微纳结构化表面进行化学修饰。此类处理可有效降低表 面自由能，从而为稳定的滑移界面提供坚实的物理化学基础。
当前，超滑界面在抗污技术领域展现出卓越的应用前景。巧妙地将肉桂醛这一具有抗菌特性 的物质作为增效成分，成功构建了一种纳米多孔的液态界面。在该体系中润滑油层首先发挥作用，凭借其极 低的表面能特性，有效阻止了微生物在界面的附着定植。而一旦润滑油消耗殆尽，肉桂醛则会迅速启动其生 物杀灭功能，作为第二重防御机制对残留的微生物进行清除。在抑菌防藻效能评估过程中，该涂层材料对测 试藻类展现出近乎百分之百的生长抑制效果。采用石蜡与硅油的混合体系作为润滑介质，借助真 空渗透技术构建出具备超疏液特性的表面。其关键机制在于，石蜡在低温环境下发生结晶并形成核化结构， 在此过程中有效地吸附并储存了硅油。在抗污性能测试过程中，其表面微生物附着量经测定仅为 2.6%。相 较于未经任何处理的纯铝基材，该数值下降幅度高达 96%，充分证实了该材料具备卓越的防污效能。
低表面能防污涂料主要借助涂层自身具备的低界面张力与优异的排斥特性等物理化学性能达成防污功 效。海洋环境中污损生物的早期定植过程里，低表面能防污涂料使得微生物所排泄的胞外聚合物难以在表 面上充分铺展，从而阻碍了海洋附着生物于涂层表面的有效定植。依据 提出的界面能理论曲线，当材 料表面能处于 22~25 mN/m 时，污损生物的附着力达到最小值，此时材料展现出最优的抗生物附着性能。 聚硅氧烷、含氟化合物及氟硅共聚物所构成的低表面能材料体系，是低表面能防污涂层领域中具有代表性 的技术方案。
尽管低表面能防污涂层展现出独特性能，但其实际应用仍面临多重挑战，难以在海洋工程领域实现规模 化推广。这一局限主要源于三个方面：其一该类涂层的防污机制高度依赖海水的动态流动，在静态环境 中其防污效能显著衰减；其二由于不添加传统防污剂，其抗污谱较窄，例如硅藻等微生物在有机硅类低 表面能材料表面定植，可能为后续大型污损生物提供温床；其三低表面能特性导致涂层与基底材料间的 界面结合力较弱，同时其自身力学强度亦有不足，易在长期服役或受外力冲击时发生开裂与脱落，严重削弱 其防污持久性。为应对上述挑战，科研人员研发出多种创新型修饰策略，例如对低表面能防污材料实施 双亲性修饰，以及构建自分层涂层结构等。为显著增强低表面能防污涂层的结合强度与防污效能，创新设计了一种有机硅基自分层低表面能防护涂层。该防护体系以天然酚类化合物、聚二甲基硅氧烷 （PDMS）及醚酰亚胺为原料构建而成。其独特的分子架构赋予涂层优异特性：亲水性的酚羟基主要分布于 涂层底层，通过分子间氢键及金属配位键的协同作用，显著提升了涂层与各类基材表面的界面结合力。各类 海洋环境下的抗生物污损技术的效能对比，已系统整理于表 4 之中。
表 4 不同的海洋抗生物污损技术的比较 Tab.4 Comparison of different marine antifouling technologies
3 不同海洋能装备系统的防腐与抗生物污损技术
3.1 海上风能装备系统
海洋风电装置常年处于复杂多变的海洋环境中，需应对盐雾侵蚀、电化学腐蚀、波浪载荷冲击及海洋微 生物附着等多重考验。采取高效的防腐蚀技术与生物污损控制手段，是确保设备稳定运转、提升服役周期并 减少运维开支的关键环节。
海洋风电的基础结构主要可划分为两类：其一为适用于沿海滩涂与潮间带区域的混凝土重力式基础；其 二则是应用于远海区域的导管架式基础。重力式基础通常通过在打入海底的管桩顶部浇筑钢筋混凝土承台 来构建，而风机的塔筒便直接固定在该承台上。鉴于海洋工程中混凝土承台的施工作业环境具有特殊性，其 面临复杂多变的自然条件，包括高盐雾侵蚀、高湿环境、潮汐周期频繁更迭等挑战。这些不利因素不仅显著 增加了现场施工的技术难度，也对后期维护工作构成了极大障碍。因此针对此类混凝土结构，对其防腐防污 涂层的性能提出了更为严苛的标准，理想情况下，涂层的防护周期应尽可能延长，以确保结构在服役期内的 长期稳定性与耐久性。下文将依据部件的具体部署位置，对其腐蚀控制措施展开系统性阐述。
根据腐蚀环境的分类，处于海洋大气区为风轮叶片、风轮导流罩、机舱罩、塔筒筒体、浮式平台，海上 风机塔筒大部分处于海洋大气区，塔筒外表面防腐涂料体系一般采用富锌底漆+环氧云铁中间漆+脂肪族聚 氨酯面漆，这种防腐方法是海上风能装备常用的三层涂料组合防护技术，各层分工明确、相互配合，实现对 金属结构的长效防腐：底层的富锌底漆直接接触金属表面，锌成分能主动牺牲自身、保护钢材不被腐蚀，同 时增强与金属的附着力，相当于给金属“穿”了一层“防锈底衣”。中层的环氧云铁中间漆夹在底、面漆之 间，像“防护缓冲层”，能进一步阻挡海水、盐雾等腐蚀介质渗入，还能提高整体涂层的厚度和强度，让防 护更耐用。面层的脂肪族聚氨酯面漆是最外层的“防护罩”，耐海水、耐日晒雨淋，能抵抗海洋大气中的盐 雾、湿度侵蚀，同时保持表面平整，减少灰尘、盐分堆积，延长整个涂层的使用寿命。
飞溅区中往往会周期性地被海水短暂浸润，这种持续的干湿循环现象，使得金属材料极易发生腐蚀。研 究表明在这种恶劣条件下，普通碳钢的腐蚀速率显著高于塔架其他部位。鉴于海上风机底部结构长期暴露 于此类极端环境，工程实践中通常会选用无机环氧涂层或玻璃鳞片环氧涂层作为主要的防护手段，以有效 抵御腐蚀，保障塔架结构的长期安全运行。
在潮汐涨落过程中，水位处于高低交替变化的区域被定义为潮差区。此区域内风机基础的钢结构塔架长 期反复暴露于周期性干湿交替的环境中，这种持续的湿润与干燥循环作用显著加速了钢铁材料的腐蚀进程。 此区域是海洋风电设备实施防腐处理的关键环节。通常金属设备的表面预处理多采用锌铬膜涂层技术，其 作用是在材料的截面处构建一层防护屏障；对于电气元件的密集布置区域，则需实施密封防潮与散热降温 措施，以此降低腐蚀进程的速率。
在全浸区中，风机导管架平台的中下部结构以及钢铁材质的桩腿等构件长期处于海水的持续浸泡状态。 在此环境下溶解氧、海流运动、水体盐度变化以及海洋生物附着等多重因素，均会对钢铁材料产生复杂的腐 蚀作用。相较于大气区，全浸区的腐蚀速率更为显著；然而其腐蚀程度又明显低于周期性干湿交替的飞溅 区。当前工程实践中，普遍采用阴极保护技术与重防腐涂层相结合的复合防护体系，以协同提升海上装备的防腐蚀效果与服役耐久性。在此情形下为进一步提升涂覆作业的效能，全浸区域的表面处理通常采用与潮 差区域相同类型的防护材料，只是在涂覆厚度方面进行适当缩减。
海泥区主要由饱和海底沉积物构成，是一种比较复杂的腐蚀环境。在近岸及潮间带区域安装桩基式风力 发电机时，需将钢制桩体插入海泥环境。该区域因同时具备土壤腐蚀特性与海水侵蚀行为，构成了极具挑战 性的腐蚀体系。针对此类工况，工程实践中常于桩身水下外壁设置锌合金块，通过牺牲阳极的阴极保护技 术，对钢制桩体实施有效的腐蚀防护。在实际应用中，防腐涂料亦是可选方案之一，其施工时所形成的防护 层通常无需过厚，便能满足基本的防腐需求。
海洋风电设备系统的抗生物污损措施关键在于采用防污涂料。作为当前应用最为广泛的海洋风电防污 手段，自抛光共聚物涂料在潮差区、全浸区和海泥区展现出卓越效能。低表面能涂层与仿生防污涂层凭借其 环境友好特性，无需依赖有毒杀生剂即可实现防污效果。除此之外对海洋能装置进行周期性的检测与养护， 同样是抑制生物附着的关键措施。图 4 展示了针对海上风电设备系统实施分区防护的具体方案。
图 4 海上风能装备系统分区域防腐防污方式示意图Fig.4 Schematic diagram of anti-corrosion and anti-fouling methods of offshore wind energy equipment system by region
3.2 波浪能装备系统
波浪能发电装置的主流类型包括鸭式、振荡水柱式、振荡浮子式及摆式等。这类装置通常由能量采 集单元与能量转换单元构成，部分设备还需附加固定或漂浮的安装基座。安装基座多采用半潜式结构体，例 如船体型浮体或固定式桩基。采集单元直接响应波浪力作用，将海洋表面波动能量转化为装置自身的机械 动能、液压介质的压力能或水体的位能等；转换单元则进一步将所采集的波浪能转化为特定形态的机械能， 或直接输出为电能。安装基座的主要功能是承载多组采集与转换单元，通过单套锚泊系统即可实现多个波 浪能装置的集群化部署。
波浪能发电装置通常借助浮体或摇板等结构来收集海洋表面的动能，这类设备长期暴露于潮差变化显 著的浪溅区域，通常为实现防护目的，会优先选用重防腐涂料体系，或通过喷涂金属镀层并辅以封闭涂层的 复合防护工艺。
转换系统通常不会直接暴露于海水之中，多被固定在作业平台之上，或者借助防护外壳将其封闭于一个 独立的舱室环境内。这类设备的主要防护挑战在于抵御海洋大气中盐雾的侵蚀作用，其工作环境属于典型 的海洋大气腐蚀区域。针对普通钢材制造的零部件，其防护策略需根据工作状态差异化实施：在非工作区域及非配合表面，可采用金属喷涂结合封闭涂层的复合防护技术；而在运动接触或配合表面，则应选用专用润 滑脂以形成有效保护屏障。对于机舱外壳、导流罩等主机外围护罩结构，以及轴承座、齿轮箱壳体、发电机 端盖等涉及旋转运动部件的结合面，均应通过专项密封设计来构建有效的物理隔离屏障，以阻断腐蚀性介 质的侵入路径。
波浪能发电装置所配备的安装基座长期暴露于复杂多变的海洋腐蚀工况下，其主体结构通常采用钢筋 混凝土或者钢材构建而成。鉴于此类平台在海洋大气带与全浸区域的覆盖面积较为广阔，因此，针对不同区 域的防腐蚀技术方案，需综合考量设计水深、预期波高、目标使用年限以及具体的海洋环境区划进行差异化 设计与实施。对于海洋大气区，当前主流的防护手段主要包括高性能防腐涂料体系的涂装处理，或采用金属 喷镀结合封闭涂层的复合防护工艺。在进行表面涂装时，应选用具备优异耐候性能的涂料体系，其中聚氨酯 类面漆是较为常用的选择。在防护体系构建方面，对于暴露于恶劣环境的区域，可考虑选用氟碳基涂料或聚 硅氧烷类等涂层。在飞溅区，重防腐型涂层体系的应用是关键，或通过金属喷涂结合封闭涂层的方式实施防 护，亦或采用包覆玻璃钢、合金材料以及树脂砂浆等创新技术手段。在潮差区，通常采用牺牲阳极与涂层协 同防护的策略。而在全浸区除了牺牲阳极与涂层联合保护外，若施工条件允许，单独采用阴极保护技术亦是 可行方案。至于海泥区，阴极保护为主要防护手段，若存在特殊需求，可辅以涂料防护措施。
在波浪能装备系统的防污技术中，需依据不同组件的特性差异化选用防护技术。对于浮体表面及能量采 集板等长期处于静态状态的大面积区域，可优先考虑硅基防护涂层或仿生防污涂层；而针对完全浸没于水 体的结构部件，则可采用自抛光型防污涂层或具备环境可降解特性的防护材料；至于铰链、轴承等动态活动 部件，为避免机械维护操作对设备运行精度的潜在影响，建议采用超声波辅助与防护涂层相结合的综合防 污策略。波浪能装备系统的分区防腐防污设计方案如图 5 所示。
图 5 波浪能装备系统分区域防腐防污方式示意图 Fig.5 Schematic diagram of anti-corrosion and anti-fouling methods of wave energy equipment system by region
3.3 潮汐能装备系统
海洋潮汐乃是月球及太阳引力与地球自转这两种力量共同作用下，在海面形成的周期性涨落现象。当海 水在铅直方向发生水位升降时，此现象被称作潮汐；而当海水在水平方向产生定向流动时，则称之为潮流。 全球各个海域每日都会经历涨潮与退潮现象[95]。相较于其他可再生能源形式，潮汐能展现出稳定且可靠的 独特优势，其输出不受气象条件等自然变量的明显干扰。此外，潮汐能发电装置的运行维护成本相对较 低，且其设备寿命较长。
潮汐能装备系统主要包含几个关键部分，每一部分都需要针对性的防护策略。首先是潮汐涡轮机，它是 转换潮流动能的核心，包含叶片、轮毂、传动系统和支撑结构。叶片作为直接承受高速水流冲击和生物附着的部件，通常选用高强度、耐腐蚀的复合材料制造，并在表面涂覆耐磨、低表面能的污损释放型防污涂料， 利用水流自然冲刷掉附着生物。轮毂和传动系统外壳等关键金属部件，则优先采用超级双相不锈钢或镍基 合金，并在其表面施加多层高性能环氧/聚氨酯防护涂层。对于内部的钢制传动轴等，则实施阴极保护，并 填充特殊防腐润滑脂[99]。
固定装置（例如塔架、桩基）将涡轮稳固于海底基岩，这些结构长期处于海水的持续浸泡之中并暴露于 潮差区和飞溅区。为应对此类恶劣工况，这些水下构件通常会采用多层重防腐涂料体系进行防护，并且辅以 牺牲阳极的阴极保护技术。潮差区和飞溅区通常会采用加厚涂层、铺设耐磨衬里等强化措施，部分关键部位 甚至会通过局部镶嵌蒙乃尔合金或钛合金等耐腐蚀合金材料，以进一步提升其抗腐蚀与抗磨损能力 。
在潮汐能发电站的水利枢纽工程里，像拦河大坝、水闸以及导流槽这类水工建筑承担引导水体流动的关 键功能。为保障这些混凝土构建物的长期稳定性，必须采用具备优异抗海水侵蚀性能的超高性能混凝土。对 于内部钢筋结构，应优先选用环氧涂层钢筋，同时辅以外加电流式阴极保护技术，以全方位提升钢筋的耐蚀 能力。针对闸门的关键易损区域，如启闭频繁或摩擦较为剧烈的部位，则会额外设置不锈钢覆层以增强耐磨 性与抗损伤能力。此外为防止流道内壁因生物附着而导致过流断面减小，会在该区域施涂专门的防污涂料。
在海洋能源传输系统中，水下电缆与连接装置是实现电力高效输送的核心组件，而金属防护结构及接口 部位则构成了保障系统长期稳定运行的关键环节。针对电缆的铠装防护，工程实践中常采用具备高耐腐蚀 性的镀层钢丝或铝制护套的措施。在船舶及海洋工程结构体的关键贯穿区域，必须采用专用水密填料函。 针对各类辅助系统，包括但不限于管路、泵阀、传感探测元件等，其防腐蚀与防生物附着设计需进行差异化 考量：对于与海水直接接触的输送管道，优先选用铜镍合金材质；若采用钢制管道，则应在其内壁涂覆高性 能防腐涂层或内衬橡胶层，同时对管道外部实施全面的防腐处理，以形成双重防护体系。关键部件如阀门与 泵体通常采用双相不锈钢或专用青铜材质。对于精密传感视窗，蓝宝石或石英玻璃是常用材料，同时可通过 局部紫外线辐射或微型清洁刷装置对其表面进行持续维护。图 6 展示了潮汐能装置系统在不同区域的防 腐与防污策略。
图 6 潮汐能装备系统分区域防腐防污方式示意图 Fig.6 Schematic diagram of anti-corrosion and anti-fouling methods of tidal energy equipment system by region
3.4 海流能装备系统
海流能发电装置的基本原理，是借助海洋水体中持续稳定且流向相对固定的水流所蕴含的动能，来驱动 发电设备运转。该类装置的核心组件一般为水轮机，当高速海流冲击水轮机的叶片时，会对叶片施加作用 力，进而促使叶轮按照固定方向持续旋转。当叶轮以旋转方式运动时，其动能会经由传动机构高效地传递至 发电机装置。海流能发电装置其核心构成通常涵盖以下关键组件：能量采集与转换模块，主要由水轮机 叶轮与发电主机组成。叶轮作为直接接收水流驱动力并实现转动的核心部件；而发电主机则承担将叶轮输 出的机械旋转能量转化为可用电力的关键功能。承载与构造组件，对于水上作业平台而言，此部分需配 备浮体以产生浮力，确保装置稳定悬浮于作业深度；导流筒则包裹在涡轮外侧；锚定系统则通过固定装置将整个平台稳固于海底基岩之上。至于防护与辅助模块，首先是防护构造，例如在涡轮两侧设置的平行导流板 及板间的隔离栏，其作用为阻挡海洋废弃物缠绕涡轮叶片，同时导流板亦可对海流走向起到一定的规整作 用；其次是控制单元，一般包含蓄电池组、主控计算机等设备，用于电能的存储、输出调控及装置运行状态 的实时监测。
在能量捕获转换单元中，针对叶轮、发电机等金属构件，可采用仿生超滑表面涂层等高性能防护技术。 此外对于高速螺旋桨等关键部件，可应用高性能无锡自抛光防污涂料。在支撑与结构系统方面，主框架、 塔筒及机舱外壳等主体结构的防护需根据不同服役环境进行差异化设计。在大气区，推荐采用环氧富锌底 漆、环氧中间漆与聚氨酯面漆的复合涂装体系。而对于全浸区，则可选用环氧玻璃鳞片涂料或聚合物基重防 腐涂层。针对系泊与固类工程构件，诸如钢缆索、重力式锚具、负压式锚定装置等，可综合运用涂层防护体 系与阴极保护技术进行协同防护。在重力锚的外表面施加环氧树脂涂层，对于处于潮差区等易受强烈腐蚀 环境的部件，可借助海洋中波浪与洋流所蕴含的动能，驱动摩擦纳米发电机运转，进而产生周期性变化的电 场环境，从根本上抑制生物污损膜的形成。海流能装备系统分区域防腐防污方式如图 7 所示。
图 7 海流能装备系统分区域防腐防污方式示意图 Fig.7 Schematic diagram of anti-corrosion and anti-fouling methods by region of ocean current energy equipment system
3.5 温差能装备系统
海洋温差能发电的关键机制在于借助海洋表层与深层水体间恒定的温度梯度，驱动热力学循环以产生 电力。具体而言工作流程如下：首先将上层温度较高的海水引入蒸发器，用以加热并使一种低沸点工质蒸 发，从而形成具有较高压力的蒸汽；此蒸汽随后驱动涡轮旋转，进而带动发电机输出电能。完成能量转换后 的低压蒸汽，会进入冷凝器，在此被来自深海的冷水冷却，重新凝结为液态工质；之后液态工质经工质泵加 压处理，再次返回蒸发器，完成整个循环过程。表层温暖海水与深层寒冷海水间存在显著的温度差，一般需 达到 20 摄氏度以上。在此条件下工质通过在系统内完成蒸发吸热与冷凝放热的相变过程，形成稳定的能量 传递，进而驱动涡轮机械运转，最终将海洋的热能高效转化为可用的电能。
海洋温差能发电体系的构成主要涵盖四大关键模块。其一为表层温水处理单元，该单元由温水采集装 置、输送管路、杂质过滤组件以及驱动水泵构成，后者将表层海水加压并输送至能量转换的核心部件——蒸 发器。其二是深层冷水供应系统，包含深入深海的冷水采集口、具备耐压特性的超长直径垂直输水管路、稳 固的管道支撑架构以及用于将深层低温海水提升至热交换装置的高功率水泵。其三是工质能量循环模块， 作为整个发电流程的能量枢纽，由蒸发器、驱动涡轮运转的发电机组、实现热量交换的冷凝器、推动工质循 环的专用工质泵以及连接各设备的密闭管路与控制阀门组成，特定的低沸点工质在此闭环系统内持续流转 以完成能量传递。其四是电力汇集与输出系统，其功能是对涡轮机组产生的原始电力进行电压调整、电流转换或稳定性优化处理，随后通过海底输电线路将净化后的电力输送至陆地电网或直接供给海洋作业平台。
考虑到温差能装置长期暴露于高盐高湿且生物附着严重的海洋环境中，系统内所有功能组件均必须进 行全面的防腐与防污处理。在核心热交换系统方面，传热管与管板通常优先采用钛合金材料，尽管该材 料成本较高，但其卓越的耐氯离子点蚀及耐电化学腐蚀性能，可显著提升设备在海水中的长期稳定性。牺牲 阳极保护法和外加电流阴极保护技术被广泛应用于管道内壁。与此同时工程实践中常将管道内电解防污系 统与周期性低剂量化学药剂投加方案相结合来保障取水管道的长期稳定运行。海洋工程中与水体直接接触 的各类金属构件，例如泵体外壳、控制阀门、输送管道的外表面以及支撑架构等，均应实施多层防护处理。 核心防护措施包括涂覆具备高强度抗腐蚀性能的防护涂层，如环氧树脂、聚氨酯或玻璃鳞片增强型涂料，同 时辅以阴极保护技术。针对易受海洋生物黏附的设备外部，通常采用添加防污毒剂的自抛光型防污涂料或 有机硅基低表面能防污涂层，其主要功能在于抑制海洋附着生物的滋生，从而有效降低流体阻力，保障设备 的热交换效率。温差能装置系统的分区防腐防污设计方案如图 8 所示。
图 8 温差能装备系统 Fig.8 Temperature difference energy equipment system
3.6 盐差能装备系统
利用不同水体间的盐浓度梯度如海水与淡水来获取能量的技术，被称为盐差能。其核心机制是渗透作用 的应用。当两种具有不同盐度的溶液被半透膜分离时，水分子会自发地从盐浓度较低的一侧向盐浓度较高 的一侧渗透，这种水分子的定向迁移会形成渗透压，或直接驱动离子进行定向移动，从而实现能量的转化与 利用。当前主流的技术手段涵盖反电渗析与压力延迟渗透两种方式。在反向电渗析技术里，溶液中的盐度差 异会促使带正电与负电的离子，借助交替布置的阴离子交换膜和阳离子交换膜，朝特定方向移动。这种离子 的定向迁移过程，能够在膜堆两端的电极间形成稳定的直流电输出。压力延迟渗透工艺其核心原理是，当淡 水与高压海水在半透膜两侧形成接触时，水分子会自发地从盐度较低的淡水区域向盐度较高的海水区域渗 透。这一渗透现象会导致海水侧的静水压显著上升，随后，这部分具有较高能量的高压水可直接用于驱动涡 轮发电机组运转，进而实现电能的转化。
一个完整的盐差能转换装置由若干紧密耦合的关键组件构成。其首要环节为溶液的净化与输运模块， 该模块的功能是将咸水与淡水引入系统内部，一般包含取水设施、加压泵、流体管路、控制阀门以及不可或 缺的前期过滤设备，用于清除水中可能对膜结构造成阻塞的悬浮颗粒物、水生藻类或微生物群落。再者能量 转换是系统的核心环节，其构成因技术路线而异。在反电渗析技术中，该单元以交替排列的阴离子交换膜与 阳离子交换膜为核心构建膜堆，并通过位于膜堆两端的电极及电解液室实现电流的高效收集与传导。而压 力延迟渗透系统的能量转换核心，则聚焦于承受显著压力梯度的关键半透膜模块，同时辅以压力交换器等 设备对高压侧流体的压力进行调控。能量转换环节中，在反向电渗析技术架构内，电极所输出的直流电往往 需借助逆变器的作用，转化为可供系统运行的交流电；而在压力延迟渗透过程中，高压状态下的水流则是直 接驱动水轮机或涡轮机，进而通过机械传动方式带动发电机完成能量转化。系统的最后构成部分是调控与 辅助系统，其核心功能在于对流量、压力、盐浓度以及电压电流等关键运行参数进行实时监测与精准调控，以此保障整个能量转换系统的高效与稳定运作。
考虑到渗透能装置长期暴露于具有强烈侵蚀性的海洋环境中，实施可靠的防腐蚀与防附着策略具有不 可或替代的重要性。作为能量转化的关键组件，离子交换膜及半透膜的材质必须展现出卓越的耐酸碱侵 蚀性能，其表面常通过特殊涂层工艺进行处理，从而构建起兼具物理阻隔与化学防护的双重屏障。在对溶液 进行处理及输送的管路系统、控制阀门、输送泵体以及承压设备等金属构件的防护设计中，核心策略在于甄 选具备耐化学侵蚀性能的工程材料，诸如超低碳不锈钢、钛合金以及氏合金等特种合金材料。与此同时针对 关键部件的表面处理亦至关重要，可通过涂覆高性能防腐涂层或构建阴极保护系统来实现，其中后者可采 用牺牲阳极法或外加电流法。同时科研领域正致力于研发具备本征抗黏附特性的新型表面材料，以及集成 化的在线监测系统，旨在实现污垢生成过程的精准预警与清洗周期的智能调控。图 9 展示了盐差能装置 系统分区防腐防污的具体实施方案。
图 9 盐差能装备系统分区域防腐防污示意图 Fig.9 Schematic diagram of salt differential energy equipment system by regional anti-corrosion and anti-fouling
3.7 海上光伏能装备系统
海上光伏能装备系统的核心机制是借助太阳能电池板将太阳辐射能直接转换为电能，其显著特征在于 将整套能量转换装置安放在海洋环境里。从能量转换原理而言，与陆地光伏系统并无差异，均遵循光伏效应 的基本规律：当由特定半导体材料构成的光伏电池受到阳光照射时，光子会使电池内部的电子被激发，进而 产生直流电。然而海洋环境所产生的显著降温作用，往往有助于增强光伏组件的光电转换效能，其核心原因 在于，太阳能电池在低温工况下通常展现出更为出色的运行表现。
一个典型的海上光伏能系统主要由以下几个核心部分组成：首先是光伏组件本身，即太阳能电池板，它 们是能量转换的核心，通常被封装在坚固的框架和防护玻璃下；其次是浮体结构，负责承载光伏组件并使其 稳定漂浮在水面上，这些浮体可以是刚性平台、柔性薄膜浮体或充气式结构；第三是锚固系统，通过锚链或 缆绳将整个浮式平台牢牢固定在预定海域的海床上，或通过桩基支撑上部光伏组件，防止其漂移；第四是电 力收集与传输系统，包括水下电缆、汇流箱、逆变器以及升压变压器等，用于将产生的电力高效输送至岸上 电网或储能设施；最后是监控与控制系统，用于实时监测系统性能、环境参数并进行必要的远程操作。
针对光伏板组件而言，其外部的铝合金边框及内部的接线盒均需采用特制的防腐涂层技术，具体包括多 层环氧树脂、聚氨酯或者氟碳材料的涂覆工艺，同时必须保障接口处具备卓越的密封性能，以此有效阻隔海 盐雾气与潮湿水汽对组件内部线路及太阳能电池片的侵蚀破坏。浮体架构的构建材料必须具备卓越的抗腐 蚀性能，可优先选用高密度聚乙烯、纤维增强塑料等高分子材料，或对混凝土、金属基材实施专项防腐工艺 处理，以提升其耐介质侵蚀能力。针对金属构件，特别是钢制连接节点与水下锚固装置，阴极保护技术是目 前应用最广泛的长效防护手段。海洋电力输送系统的核心构成要素为水下电缆，其外部防护体系包含多层关键技术。首先电缆的护套材料需具备卓越的阻水性能与抗腐蚀能力，通常选用高阻水、耐酸碱的特种复合 材料。其次为增强机械强度与耐久性，铠装结构一般通过镀锌工艺处理低碳钢或采用镍基耐蚀合金材料。最 后在电缆接头部位，采用多重冗余密封设计，并灌注专用的防水绝缘胶 。
海上光伏能装备系统领域目前应用最为广泛的防污手段是防污涂料。传统型防污漆，如含铜或有机锡成 分的产品，或者不含锡元素的自抛光共聚物漆，以及以硅酮为基础的低表面能防污漆。物理防污策略主要涵 盖两类核心途径：其一通过在易受污损的关键结构部位加装防污涂层带，形成物理屏障以阻隔海洋生物；其 二采用表面微纳结构设计技术，利用仿生微结构或超疏水表面改变生物与基底的接触状态，从而抑制附着。 此外电化学防污技术作为另一重要技术路径。为确保水下机器人系统的长期稳定与高效作业，定期对其进 行水下探测与清洁维护，或根据表面附着生物及污垢的积累情况实施人工保养，也是保障设备持续发挥效 能的关键环节。图 10 展示了针对海上光伏电站各类装备单元所采用的差异化区域防腐与防污处理方案。
图 10 海上光伏能装备系统分区域防腐防污示意图 Fig.10 Zonal anti-corrosion and anti-fouling schematic diagram of offshore photovoltaic energy equipment system
根据前文，不同的海洋能装备系统的防腐和抗生物污损技术如表 5 所示。
表 5 不同的海洋能装备系统的防腐与抗生物污损技术 Tab.5 Corrosion protection and antifouling technologies for different marine energy equipment systems
4 当前海洋能装备系统面临的挑战
4.1 单一防腐防污材料的环境通用性不足
海洋生态系统的不同区域在腐蚀行为上呈现出显著的特异性，单一的防护技术往往难以应对复杂多变 的腐蚀挑战。针对特定海域环境，必须制定并实施具有针对性的防腐防污策略。以浪溅区为例，在此环境下 若仅依赖传统的单一涂层防护方式，极易因机械力的反复冲击而导致涂层体系失效，无法提供持久有效的 保护。针对部署于远洋深海或特殊作业环境的装备而言，其面临的温度波动更为严酷，比如在高温海水与极 寒介质之间发生的骤然转换。这种急剧的热胀冷缩现象，将对防护涂层与基材之间的力学匹配性能提出严 苛挑战。
4.2 长效防护问题与运维成本较高
海洋环境中存在的多因子耦合腐蚀使得长效防护问题较难解决，阴极保护中牺牲阳极需定期更换，外加 电流系统依赖持续供电与监测，深海维护困难。复杂海洋能结构易形成腐蚀死角，潮汐能涡轮叶片高速水流 冲击加剧涂层磨损。现有材料的服役寿命普遍较短，无法满足海洋能装备 20~30 年的设计寿命要求，导 致频繁维护和高昂运维成本，制约了海洋能产业化发展。对于现有材料的工作寿命问题，需进一步研究才能 实现结构长效安全运行和运维成本较低的目标。
4.3 实验室环境模拟结果较难准确预测实际工程寿命
在科研实践中，实验室环境的模拟往往难以做到尽善尽美。如传统的盐雾腐蚀试验装置，其功能相对单 一，主要聚焦于特定的盐雾条件，却无法精准再现海洋大气中紫外线的持续照射、海水动力带来的机械磨 损，以及微生物群落附着滋生等多种环境因素的协同作用，这直接造成了实验数据与实际应用场景之间出 现偏差。
4.4 实际大量使用的有机聚合物涂料多含有毒有害物质
当前广泛应用的有机高分子涂料，在其制造环节往往会产生若干有毒有害成分，进而造成生态环境的负 面影响。以应用历史悠久且应用范围广阔的环氧树脂为典型例证，其生产过程几乎无法脱离双酚 A 的使用。 双酚 A 作为一种应用领域极广的化工原料，因人类各项活动的影响，已在河流等水体环境及其栖息生物体 内被频繁检出，甚至在人体的血液、尿液等生理体液中也能发现该物质及其代谢产物的存在。其 他一些类型的防护膜与环氧涂层具有相似特性，这些防护膜系在施工阶段会释放出易挥发的有机化合物， 这些物质不仅对周边大气生态系统构成潜在威胁，也会对从事涂装作业人员的身体健康造成不良作用。此 外当涂层经过老化而发生剥落时，因其通常难以自然降解，会在生物体内不断累积。这种累积不仅对生态平 衡构成潜在威胁，也可能通过食物链等途径对人类的健康状态产生不容忽视的危害。因此开发对生态系统 扰动更为轻微、更具环境友好特性的海洋防腐涂料已成为当务之急。
5 未来展望
从当前研究趋势看，海洋能装备防腐与抗生物污损技术未来发展的核心方向在于数字孪生技术与实时 监测系统的深度整合。这一趋势标志着传统的非在线检测模式正经历一场颠覆性的革新。过去，很多地方依 靠人工定期巡查或实验室样本分析来检测设备，这种方式往往存在明显的时间差，无法实时追踪设备在复 杂海洋环境中遭受的腐蚀与附着情况。现在，最新一代技术体系会在导管架、叶片及密封件等核心部件部署 高密集度、超小型化的在线监测传感系统，动态采集腐蚀速度、涂层完整性、海洋生物附着密度等关键性能 参数，同时记录水温、盐度、水流速度及波浪力等海洋环境要素。通过物联网技术，这些数据能实时传输和 高效整合。和传统的方式不同，这种机制实现了从“消极应对”向“积极预判”的转变，为风险的早期识别与预警打下了坚实基础。依托数字孪生技术架构，大数据分析与人工智能算法的深度融合，能增强系统 的安全防护效能与设备运维管理水平，在装备剩余寿命预测及智能决策支持领域有很大应用价值。传统 的预防性维护模式依赖预设的固定检修周期，容易出现两种问题：一是过度维护，造成资金和资源浪费；二 是维护疏漏，可能引发设备突发性故障。未来的技术生态里，会构建一个贯穿装备完整服役周期的数据中 枢，融合多维度信息资源，比如实时采集的设备运行状态数据、海洋环境历史记录、装备初始设计参数、材 料性能指标，还有日常维护与故障处理档案。借助大数据技术对多源异构信息进行清洗、整合与挖掘，能揭 示不同海洋环境下腐蚀与污损现象的内在规律。融合机器学习算法后，不仅可以识别早期腐蚀的微弱信 号特征，还能依据设备失效历史数据构建剩余寿命预测模型，评估防护涂层剩余使用寿命以及关键部件风 险等级。在此基础上，人工智能技术能为预防性维护策略提供智能决策支持。比如说，当系统预测到某区域 涂层将在未来数月内失效时，会综合考量海洋气象条件、现有运维资源等因素，自动生成最优的维修时机、 材料选择以及修复范围方案，实现更精准高效的运维管理目标。
从长远的发展规划和实际产业应用来看，未来的技术体系会更强调不同领域之间的配合与智能技术的 结合，还会通过把不同学科的知识深度融合来解决一些关键难题。传统的化学防污剂虽然能在短时间内阻 止海洋生物附着在设备表面，但它可能会对海洋环境造成污染，这和海洋能源持续发展的核心想法是冲突 的。在构建对环境友好的防护系统时，智能技术会和生态防护的方法结合得更紧密。比如研究人员参考了天 然防污物质的工作原理，做出了一种能根据情况自动反应的缓慢释放装置。这个装置用数字孪生技术， 能一直实时观察和判断表面有没有生物附着。当观察到的数据到了提前设定的警戒值时，装置就会精准放 出少量防污剂，这样就不会像传统方法那样一次性使用过多化学药剂，减少了对生态的危害。面对深海、极 地这些特殊地方的防护问题，需要把不同学科的知识和力量集中起来。材料学领域在研究能承受高压、抵抗 低温变化还能自己修复的新型涂层；海洋工程学科通过分析结构力学，给防护系统提供重要的数据支持；人 工智能领域在研究能在恶劣数据环境下正常工作的抗干扰计算方法；生态学研究则在评估各种防护措施对 生态系统的影响，确保这些措施不会破坏环境。
综上所述，海洋能装备防腐与抗生物污损技术的未来发展，会朝着数字化、智能化和生态化的方向走，依靠数字孪生、大数据、虚拟仿真这些先进技术，改变传统防护方法被动应对的局面。这些技术不仅能让装 备更可靠，防护效果更持久，还能通过收集不同海域的实际运行数据，找出防护系统失效的原因和薄弱的地 方，为技术更新提供依据。长远来看，这些技术突破会推动海洋能产业实现绿色、高效和持续发展，降 低整体的开发成本，助力“双碳”目标的实现。同时还能让我国在海洋能源技术领域的国际竞争力更强，为 建设海洋强国提供关键的技术支持。