Aplicarea tehnologiei de protecție catodică în parcurile eoliene offshore

Tehnologia de protecție catodică (Cathodic Protection, CP) este o tehnică critică de control al coroziunii în industria eoliană offshore, utilizată în principal pentru a proteja structurile din oțel (cum ar fi fundațiile monopilote, structurile de manta și substațiile offshore) împotriva coroziunii electrochimice în apa de mare și mediile atmosferice marine. Datorită expunerii pe termen lung-a instalațiilor eoliene offshore la medii corozive complexe, caracterizate prin salinitate ridicată, umiditate, curățarea valurilor și microorganisme, tehnologia de protecție catodică a devenit una dintre măsurile de bază pentru a asigura funcționarea lor în siguranță pe termen lung-.

Coroziunea în instalațiile eoliene offshore provine în principal din următorii factori de mediu:

• Coroziunea apei de mare: salinitatea ridicată, oxigenul dizolvat și ionii de clorură accelerează coroziunea metalului.
• Coroziunea zonei de maree: ciclurile umed-alternante creează diferențe de concentrație de oxigen, intensificând coroziunea localizată.
• Biofouling marine: microorganismele (de exemplu, bacteriile reducătoare de sulfat-) promovează coroziunea localizată.
• Încărcare ciclică: tensiunile dinamice induse de vânt și valuri accelerează oboseala de coroziune.

Zonele tipice-supuse la coroziune:

• Fundații monopil: zonă scufundată, zonă de maree, zonă de stropire.
• Structuri de manta si piese de tranzitie: Imbinari sudate, noduri tubulare.
• Platforme de substație offshore: Piloți de oțel, structuri de susținere a punții.
• Conducte interne: carcase din oțel pentru cabluri, țevi de chituire.

1. Protecție catodică cu anod sacrificial (SACP)

Principiu:

• Folosește metale cu activitate electrochimică mai mare (de exemplu, aluminiu, aliaje de zinc) ca anozi, care se corodează preferabil pentru a proteja structurile din oțel.

Aplicatii:

• Fundații monopil: Anozi sudați sau înșurubat direct pe suprafața pilonului.
• Noduri tubulare manta: Anozi inelare instalați în jurul îmbinărilor tubulare.
• Zone de chit piese de tranziție: Anozi încorporați în materiale de chit.

Materiale anod:

• Anozi din aliaj de aluminiu: Eficiență ridicată a curentului (85% ~ 90%), capacitate electrică mare, potrivite pentru mediile cu apă de mare.
• Anozi din aliaj de zinc: stabilitate excelentă, eficiență curentă de 90% ~ 95% în apa de mare și noroiul din fundul mării, potriviti pentru mediile cu apă de mare și noroi submarin.

Considerații de proiectare:

• Calculați cantitatea și distribuția anodului pe baza duratei de viață a structurii (de obicei 25-30 de ani).
• Luați în considerare cerințele de densitate curentă (de exemplu, zonă scufundată: 80~120 mA/m²; zona de maree: 150~200 mA/m²; zonă sub-noroioasă: 20~25 mA/m²).

2. Protecție catodică cu curent impresionat (ICCP)

Principiu:

• Utilizează o sursă de alimentare externă pentru a forța fluxul de curent către structura protejată, inducând polarizarea catodică pe suprafața metalică.

Aplicatii:

• Platforme mari de substație offshore: zonă mare de acoperire și cerere actuală.
• Structuri complexe: jachete cu mai multe-pilote sau sisteme de cabluri dinamice.

Componentele sistemului:

• Anozi: anozi de oxid de metal mixt (MMO), anod de niobiu platinizat, anod de titan platinizat.
• Alimentare: redresoare cu transformator sau redresoare cu curent constant.
• Electrozi de referință: electrozi Ag/AgCl sau zinc pentru monitorizarea potențialului{0}}real.

Avantaje:

• Ieșire de curent reglabilă pentru a se adapta la mediile dinamice de coroziune.
• Suitable for long-life projects (>30 ani) cu costuri reduse de întreținere.

1. Criterii potențiale:

• Interval de potențial de protecție pentru structurile din oțel: -0,80 V ~ -1,10 V (față de electrodul Ag/AgCl).
• Evitați supra-protecția (potenţiale sub -1,10 V față de Ag/AgCl) pentru a preveni desprinderea stratului de acoperire sau fragilizarea hidrogenului.

2. Dispunerea anodului și instalarea:

• Fundații monopilote: anozii aranjați de obicei circumferențial, concentrându-se pe zonele de maree și zonele sub linia noroiului.
• Structuri de manta: Densitate crescută a anodului la îmbinările tubulare și sudurile.
• Zone dinamice: utilizați anozi auxiliari tensionați sau modele segmentate pentru a permite deformarea structurală.

3. Sinergia acoperirii:

• CP trebuie combinat cu acoperiri anticorozive de-performanță înaltă-(de exemplu, epoxidice, poliuretan).
• Protecția catodică compensează defectele de acoperire sau deteriorarea.

4. Monitorizare și întreținere:

• Monitorizare potențială: prin electrozi de referință pre-instalați sau inspecții ROV.
• Verificări ale consumului anodului: Măsurare regulată a masei reziduale anodului sau a curentului de ieșire.
• Sisteme inteligente: IoT-a permis transmiterea de date-în timp real către centrele de control onshore.

• Parcul eolian Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1 din Germania.
• Shenneng Hainan CZ2 600MW Proiect demonstrativ de energie eoliană offshore.
• Proiectul de cercetare a sistemului CGN Shanwei Jiazi II de 400 MW pentru parc eolian offshore.
• Proiectul SPIC Xiangshan 1# 500MW eolian offshore.
• China Three Gorges Yangjiang Yangxi Shapa 300MW Offshore Wind Power Project.
• Proiectul eolian offshore Huadian Fujian Fuqing Haitan Strait 300MW.
• Proiectul CPI Dafeng H3# 300MW Parc eolian offshore.

1. Provocări tehnice

• Efecte de încărcare dinamică: fisurarea prin oboseală indusă de val-la conexiunile structurii anodice-.
• Medii-de adâncime: distribuție neuniformă a curentului anodic la adâncimi care depășesc 50 de metri.
• Controlul costurilor: Costurile materialelor anodului reprezintă 10-15% din cheltuielile totale în fermele eoliene mari.

2. Direcții de inovare

Materiale noi pentru anozi:

• Anozi nano-compoziți (de exemplu, Al-Zn-In-Ti) pentru a spori eficiența curentului.
• Anozi ecologici (dizolvare redusă a metalelor grele).

Sisteme inteligente:

• Tehnologie de ajustare a potențialului adaptiv bazată pe{0}AI.
• ROV{0}}monitorizare colaborativă asistată.

Alimentare cu energie hibridă:

• Integrarea energiei solare și eoliene pentru a furniza energie verde pentru sistemele ICCP.

3. Standarde și reglementări

Standarde internaționale:

• ISO 24656-2022 (Protecția catodică a structurilor eoliene offshore).
• DNV-RP-B401 Design de protecție catodică.

Standarde chineze:

• SY/T10030-2018 „Codul de proiectare pentru sistemele de protecție catodică a platformelor fixe offshore”.
• NB/T 10626-2021 „Codul pentru proiectarea anticorozivă a proiectelor de parcuri eoliene offshore”.

Tehnologia protecției catodice este o piatră de temelie pentru asigurarea durabilității structurilor eoliene offshore, necesitând integrarea științei materialelor, a ingineriei maritime și a tehnologiilor de monitorizare inteligentă. Pe măsură ce industria avansează către ape mai adânci și capacități mai mari, sistemele CP vor pune accent pe o eficiență mai mare, durabilitatea mediului și inteligența. Se așteaptă ca inovațiile viitoare în materie de materiale și management digital să reducă costurile ciclului de viață și să susțină dezvoltarea durabilă globală a energiei eoliene offshore.