Uporaba tehnologije katodne zaščite v vetrnih elektrarnah na morju

Tehnologija katodne zaščite (Cathodic Protection, CP) je kritična tehnika za nadzor korozije v vetrni industriji na morju, ki se uporablja predvsem za zaščito jeklenih konstrukcij (kot so temelji monopilov, strukture plaščev in podpostaje na morju) pred elektrokemično korozijo v morski vodi in morskem atmosferskem okolju. Zaradi dolgoročne-izpostavljenosti vetrnih naprav na morju zapletenim korozivnim okoljem, za katere so značilni visoka slanost, vlaga, valovi in ​​mikroorganizmi, je tehnologija katodne zaščite postala eden od ključnih ukrepov za zagotavljanje njihovega dolgoročnega{2}}varnega delovanja.

Korozija v vetrnih napravah na morju izvira predvsem iz naslednjih okoljskih dejavnikov:

• Korozija morske vode: visoka slanost, raztopljeni kisik in kloridni ioni pospešijo korozijo kovin.
• Korozija v coni plimovanja: izmenični mokri-suhi cikli ustvarjajo razlike v koncentraciji kisika, kar krepi lokalno korozijo.
• Biološko obraščanje v morju: mikroorganizmi (npr. bakterije, ki reducirajo sulfat-) spodbujajo lokalno korozijo.
• Ciklična obremenitev: dinamične napetosti, ki jih povzročajo veter in valovi, pospešijo korozijsko utrujenost.

Tipična območja,-nagnjena k koroziji:

• Monopile temelji: potopljeno območje, območje plimovanja, območje brizganja.
• Strukture plašča in prehodni deli: Varjeni spoji, cevasti vozli.
• Platforme postaj na morju: jekleni piloti, podporne konstrukcije.
• Notranji cevovodi: jekleni plašči za kable, cevi za injekcijsko maso.

1. Katodna zaščita žrtvene anode (SACP)

Načelo:

• Uporablja kovine z večjo elektrokemijsko aktivnostjo (npr. aluminij, cinkove zlitine) kot anode, ki prednostno korodirajo za zaščito jeklenih konstrukcij.

Aplikacije:

• Enopilni temelji: Anode, privarjene ali privijačene neposredno na površino pilota.
• Cevasta vozlišča plašča: obročaste anode, nameščene okoli cevnih spojev.
• Prehodne cone za fugiranje: Anode, vdelane v materiale za fugiranje.

Anodni materiali:

• Anode iz aluminijeve zlitine: visoka tokovna učinkovitost (85 % ~ 90 %), visoka električna zmogljivost, primerna za okolja z morsko vodo.
• Anode iz cinkove zlitine: odlična stabilnost, tokovni izkoristek 90 % ~ 95 % v morski vodi in blatu morskega dna, primerne za okolja z morsko vodo in podmorskim blatom.

Oblikovni vidiki:

• Izračunajte količino in porazdelitev anode glede na življenjsko dobo strukture (običajno 25-30 let).
• Upoštevajte zahteve glede gostote toka (npr. potopljeno območje: 80~120 mA/m²; območje plimovanja: 150~200 mA/m²; sub-blatno območje: 20~25 mA/m²).

2. Katodna zaščita z vtisnjenim tokom (ICCP)

Načelo:

• Uporablja zunanji vir energije za prisilni tok toka na zaščiteno strukturo, kar povzroči katodno polarizacijo na kovinski površini.

Aplikacije:

• Velike postaje na morju: visoka pokritost in trenutno povpraševanje.
• Kompleksne strukture: Več-pilotni plašči ali dinamični kabelski sistemi.

Komponente sistema:

• Anode: anode iz mešanega kovinskega oksida (MMO), platinizirana niobijeva anoda, platinizirana titanova anoda.
• Napajanje: transformatorski usmerniki ali usmerniki s konstantnim tokom.
• Referenčne elektrode: Ag/AgCl ali cinkove elektrode za-nadzor potenciala v realnem času.

Prednosti:

• Nastavljiv izhodni tok za prilagajanje dinamičnim korozijskim okoljem.
• Suitable for long-life projects (>30 let) z nizkimi stroški vzdrževanja.

1. Možna merila:

• Razpon zaščitnega potenciala za jeklene konstrukcije: -0,80 V ~ -1,10 V (v primerjavi z elektrodo Ag/AgCl).
• Izogibajte se prekomerni -zaščiti (potenciali pod -1,10 V v primerjavi z Ag/AgCl), da preprečite odvajanje prevleke ali vodikovo krhkost.

2. Postavitev in namestitev anode:

• Monopile temelji: anode so običajno razporejene obodno, s poudarkom na območjih plimovanja in območjih pod blatno črto.
• Strukture plašča: povečana gostota anode na cevnih spojih in zvarih.
• Dinamične cone: Uporabite napete pomožne anode ali segmentirane oblike, da se prilagodite strukturni deformaciji.

3. Sinergija premaza:

• CP je treba kombinirati z visoko-zmogljivimi -premazi proti koroziji (npr. epoksi, poliuretan).
• Katodna zaščita kompenzira napake ali poškodbe premaza.

4. Spremljanje in vzdrževanje:

• Morebitno spremljanje: Prek -vnaprej nameščenih referenčnih elektrod ali pregledov ROV.
• Kontrole porabe anode: Redno merjenje preostale mase anode ali izhodnega toka.
• Pametni sistemi: IoT{0}}omogočen-prenos podatkov v kontrolne centre na kopnem.

• Nemška vetrna elektrarna Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1.
• Shenneng Hainan CZ2 600MW predstavitveni projekt vetrne energije na morju.
• CGN Shanwei Jiazi II 400 MW vetrna elektrarna na morju Raziskovalni projekt sistema ICCP.
• SPIC Xiangshan 1# 500MW projekt vetrne elektrarne na morju.
• Kitajska Tri soteske Yangjiang Yangxi Shapa 300 MW projekt vetrne elektrarne na morju.
• Projekt vetrnih elektrarn na morju Huadian Fujian Fuqing Haitan Strait 300MW.
• Projekt vetrne elektrarne na morju CPI Dafeng H3# 300 MW.

1. Tehnični izzivi

• Učinki dinamične obremenitve:-Utrujajoče razpoke zaradi valov na povezavah anodne-strukture.
• Globoko{0}}morska okolja: neenakomerna porazdelitev anodnega toka v globinah nad 50 metrov.
• Nadzor stroškov: Stroški anodnega materiala predstavljajo 10-15 % vseh stroškov v velikih vetrnih elektrarnah.

2. Inovacijske smeri

Novi anodni materiali:

• Nano-kompozitne anode (npr. Al-Zn-In-Ti) za izboljšanje tokovne učinkovitosti.
• Okolju prijazne anode (nizko raztapljanje težkih kovin).

Inteligentni sistemi:

• Prilagodljiva potencialna prilagoditvena tehnologija- na osnovi umetne inteligence.
• Sodelovalno spremljanje-s pomočjo ROV.

Hibridna oskrba z energijo:

• Integracija sončne in vetrne energije za zagotavljanje zelene energije za sisteme ICCP.

3. Standardi in predpisi

Mednarodni standardi:

• ISO 24656-2022 (Katodna zaščita vetrnih struktur na morju).
• DNV-RP-B401 Zasnova katodne zaščite.

Kitajski standardi:

• SY/T10030-2018 "Kodeks načrtovanja za sisteme katodne zaščite priobalnih fiksnih ploščadi".
• NB/T 10626-2021 "Kodeks za protikorozijsko načrtovanje projektov vetrnih elektrarn na morju".

Tehnologija katodne zaščite je temelj za zagotavljanje trajnosti vetrnih struktur na morju, ki zahteva integracijo znanosti o materialih, pomorskega inženiringa in tehnologij pametnega spremljanja. Ko industrija napreduje proti globljim vodam in večjim zmogljivostim, bodo sistemi CP poudarjali večjo učinkovitost, okoljsko trajnost in inteligenco. Pričakuje se, da bodo prihodnje inovacije na področju materialov in digitalnega upravljanja zmanjšale stroške življenjskega cikla in podprle globalni trajnostni razvoj vetrne energije na morju.