Primjena tehnologije katodne zaštite u vjetroelektranama na moru

Tehnologija katodne zaštite (Cathodic Protection, CP) je kritična tehnika kontrole korozije u industriji vjetroelektrana na moru, koja se prvenstveno koristi za zaštitu čeličnih konstrukcija (kao što su monopilni temelji, obložne konstrukcije i podstanice) od elektrohemijske korozije u morskoj vodi i morskim atmosferskim okruženjima. Zbog dugotrajne-izloženosti vjetroelektrana na moru složenim korozivnim sredinama koje karakterišu visoki salinitet, vlaga, talasno pražnjenje i mikroorganizmi, tehnologija katodne zaštite postala je jedna od ključnih mjera za osiguranje njihovog dugoročno-sigurnog rada.

Korozija u vjetroelektranama na moru prvenstveno proizlazi iz sljedećih faktora okoline:

• Korozija morske vode: Visok salinitet, rastvoreni kiseonik i joni klorida ubrzavaju koroziju metala.
• Korozija plimne zone: naizmjenični mokri{0}}suhi ciklusi stvaraju razlike u koncentraciji kisika, pojačavajući lokaliziranu koroziju.
• Morsko bioobraštanje: Mikroorganizmi (npr. sulfat-reducirajuće bakterije) potiču lokaliziranu koroziju.
• Ciklično opterećenje: Dinamička naprezanja izazvana vjetrom i valovima ubrzavaju korozijski zamor.

Tipične oblasti{0}}sklone koroziji:

• Monopilni temelji: Potopljena zona, zona plime, zona prskanja.
• Konstrukcije omotača i prijelazni dijelovi: Zavareni spojevi, cjevasti čvorovi.
• Platforme trafostanica na moru: čelični šipovi, potporne konstrukcije palube.
• Unutrašnji cjevovodi: čelična kućišta kablova, cijevi za injektiranje.

1. Katodna zaštita sa žrtvenom anodom (SACP)

princip:

• Koristi metale sa većom elektrohemijskom aktivnošću (npr. aluminijum, legure cinka) kao anode, koje korodiraju prvenstveno radi zaštite čeličnih konstrukcija.

Prijave:

• Monopilni temelji: anode zavarene ili pričvršćene direktno na površinu šipa.
• Cjevasti čvorovi omotača: Prstenaste anode postavljene oko cijevnih spojeva.
• Zone za injektiranje prelaznih komada: anode ugrađene u materijale za injektiranje.

Anodni materijali:

• Anode od legure aluminijuma: Visoka strujna efikasnost (85%~90%), veliki električni kapacitet, pogodna za okruženja sa morskom vodom.
• Anode od legure cinka: Odlična stabilnost, trenutna efikasnost od 90%~95% u morskoj vodi i mulju s morskog dna, pogodna za okruženja morske vode i podmorskog mulja.

Razmatranje dizajna:

• Izračunajte količinu i distribuciju anode na osnovu životnog veka strukture (obično 25-30 godina).
• Uzmite u obzir zahtjeve za gustinu struje (npr. uronjena zona: 80~120 mA/m²; zona plime: 150~200 mA/m²; sub-zona blata: 20~25 mA/m²).

2. Impresionirana trenutna katodna zaštita (ICCP)

princip:

• Koristi eksterni izvor napajanja da prisili struju da teče na zaštićenu strukturu, izazivajući katodnu polarizaciju na metalnoj površini.

Prijave:

• Velike platforme podstanica na moru: Velika pokrivenost i trenutna potražnja.
• Kompleksne strukture: više-konstrukcije ili dinamički kablovski sistemi.

Komponente sistema:

• Anode: Anode od miješanog metalnog oksida (MMO), Platinizirana niobijska anoda, Platinizirana titanijumska anoda.
• Napajanje: transformatorski ispravljači ili ispravljači konstantne struje.
• Referentne elektrode: Ag/AgCl ili cink elektrode za praćenje potencijala-u realnom vremenu.

Prednosti:

• Podesivi izlaz struje za prilagođavanje dinamičkim okruženjima korozije.
• Suitable for long-life projects (>30 godina) uz niske troškove održavanja.

1. Potencijalni kriterijumi:

• Opseg zaštitnog potencijala za čelične konstrukcije: -0,80 V ~ -1,10 V (u odnosu na Ag/AgCl elektrodu).
• Izbjegavajte prekomjernu-zaštitu (potencijali ispod -1,10 V u odnosu na Ag/AgCl) kako biste spriječili odvajanje premaza ili krhkost vodonika.

2. Izgled i instalacija anode:

• Monopilni temelji: Anode su obično raspoređene po obodu, fokusirajući se na zone plime i oseke i područja ispod muljevine.
• Strukture omotača: Povećana gustina anode na cevnim spojevima i zavarenim spojevima.
• Dinamičke zone: Koristite zategnute pomoćne anode ili segmentirane dizajne da biste prilagodili strukturnu deformaciju.

3. Sinergija premaza:

• CP se mora kombinovati sa -antikorozivnim premazima visokih performansi (npr. epoksid, poliuretan).
• Katodna zaštita kompenzira defekte ili oštećenja premaza.

4. Monitoring i održavanje:

• Potencijalni nadzor: putem unaprijed-instaliranih referentnih elektroda ili ROV inspekcija.
• Provjere potrošnje anode: Redovno mjerenje preostale mase anode ili izlazne struje.
• Pametni sistemi: IoT-omogućio je-prenos podataka u stvarnom vremenu do kontrolnih centara na kopnu.

• Njemačka vjetroelektrana Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1.
• Shenneng Hainan CZ{0}}MW demonstracijski projekat vjetroelektrane na moru.
• CGN Shanwei Jiazi II 400MW ICCP sistem istraživanja vjetroelektrane na moru.
• SPIC Xiangshan 1# 500MW projekat morske vjetroelektrane.
• Kina Tri klisure Yangjiang Yangxi Shapa 300MW Offshore Wind Power Project.
• Huadian Fujian Fuqing Haitan Strait 300MW Offshore Wind Project.
• Projekt morske vjetroelektrane CPI Dafeng H3# 300MW.

1. Tehnički izazovi

• Efekti dinamičkog opterećenja: Talasno-pucanje izazvano zamorom na spojevima anodne{1}}strukture.
• Duboko{0}}morsko okruženje: Neravnomjerna raspodjela anodne struje na dubinama većim od 50 metara.
• Kontrola troškova: Troškovi anodnog materijala čine 10-15% ukupnih troškova u velikim vjetroelektranama.

2. Pravci inovacija

Novi anodni materijali:

• Nano{0}}kompozitne anode (npr. Al-Zn-In-Ti) za poboljšanje trenutne efikasnosti.
• Ekološki prihvatljive anode (nisko otapanje teških metala).

Inteligentni sistemi:

• Tehnologija prilagođavanja potencijala zasnovana na AI-u.
• Zajedničko praćenje uz pomoć ROV-a.

Hibridno snabdevanje energijom:

• Integracija solarne energije i energije vjetra za obezbjeđivanje zelene energije za ICCP sisteme.

3. Standardi i propisi

Međunarodni standardi:

• ISO 24656-2022 (Katodna zaštita vjetroelektrana na moru).
• DNV-RP-B401 dizajn katodne zaštite.

Kineski standardi:

• SY/T10030-2018 "Kodeks dizajna za sisteme katodne zaštite fiksnih platformi na moru".
• NB/T 10626-2021 "Kodeks za antikorozivni dizajn projekata vjetroelektrana na moru".

Tehnologija katodne zaštite je kamen temeljac za osiguranje trajnosti vjetroelektrana na moru, zahtijevajući integraciju nauke o materijalima, pomorskog inženjerstva i pametnih tehnologija praćenja. Kako industrija napreduje ka dubljim vodama i većim kapacitetima, CP sistemi će naglašavati veću efikasnost, održivost životne sredine i inteligenciju. Očekuje se da će buduće inovacije u materijalima i digitalnom upravljanju smanjiti troškove životnog ciklusa i podržati globalni održivi razvoj energije vjetra na moru.