Aplikace technologie katodové ochrany v pobřežních větrných farmách

Technologie katodové ochrany (Cathodic Protection, CP) je kritická technika kontroly koroze v pobřežním větrném průmyslu, primárně používaná k ochraně ocelových konstrukcí (jako jsou monopilové základy, plášťové konstrukce a pobřežní rozvodny) před elektrochemickou korozí v mořské vodě a mořském atmosférickém prostředí. Vzhledem k dlouhodobému-vystavení pobřežních větrných zařízení složitému korozivnímu prostředí, které se vyznačuje vysokou slaností, vlhkostí, drhnutím vln a mikroorganismy, se technologie katodové ochrany stala jedním z klíčových opatření k zajištění jejich dlouhodobého-bezpečného provozu.

Koroze v pobřežních větrných zařízeních primárně pramení z následujících faktorů životního prostředí:

• Koroze mořské vody: Vysoká slanost, rozpuštěný kyslík a chloridové ionty urychlují korozi kovů.
• Koroze v přílivové zóně: ​​Střídavé mokré-cykly sucha vytvářejí rozdíly v koncentraci kyslíku a zesilují lokalizovanou korozi.
• Mořské biologické znečištění: Mikroorganismy (např. bakterie redukující sírany-) podporují lokalizovanou korozi.
• Cyklické zatížení: Dynamická napětí vyvolaná větrem a vlnami urychlují korozní únavu.

Typické oblasti náchylné ke korozi-:

• Monopilové základy: Ponořená zóna, přílivová zóna, rozstřikovací zóna.
• Plášťové konstrukce a přechodové díly: Svařované spoje, trubkové uzly.
• Platformy pro pobřežní rozvodny: Ocelové piloty, nosné konstrukce paluby.
• Vnitřní potrubí: Kabelové ocelové pláště, injektážní trubky.

1. Katodická ochrana obětní anody (SACP)

Princip:

• Využívá kovy s vyšší elektrochemickou aktivitou (např. hliník, slitiny zinku) jako anody, které korodují přednostně k ochraně ocelových konstrukcí.

Aplikace:

• Monopilové základy: Anody přivařené nebo přišroubované přímo k povrchu piloty.
• Plášťové trubkové uzly: Prstencové anody instalované kolem trubkových spojů.
• Injektážní zóny přechodových kusů: Anody zalité do spárovacích materiálů.

Materiály anody:

• Anody z hliníkové slitiny: Vysoká proudová účinnost (85%~90%), vysoká elektrická kapacita, vhodné pro prostředí s mořskou vodou.
• Anody ze slitiny zinku: Vynikající stabilita, proudová účinnost 90%~95% v mořské vodě a bahně mořského dna, vhodné pro prostředí s mořskou vodou a podmořským bahnem.

Úvahy o designu:

• Vypočítejte množství a distribuci anody na základě životnosti konstrukce (obvykle 25-30 let).
• Zvažte požadavky na proudovou hustotu (např. ponorná zóna: 80~120 mA/m²; přílivová zóna: 150~200 mA/m²; pod-bahnitá zóna: 20~25 mA/m²).

2. Katodická ochrana vloženého proudu (ICCP)

Princip:

• Využívá externí zdroj energie k vynucení toku proudu na chráněnou strukturu, čímž se na kovovém povrchu vyvolá katodická polarizace.

Aplikace:

• Velké pobřežní rozvodny: Oblast s vysokým pokrytím a současná poptávka.
• Složité struktury: Vícevrstvé-plášťové pláště nebo dynamické kabelové systémy.

Součásti systému:

• Anody: Anody z oxidů smíšených kovů (MMO), poplatinovaná niobová anoda, poplatinovaná titanová anoda.
• Napájení: transformátorové usměrňovače nebo usměrňovače konstantního proudu.
• Referenční elektrody: Ag/AgCl nebo zinkové elektrody pro-monitorování potenciálu v reálném čase.

výhody:

• Nastavitelný proudový výstup pro přizpůsobení dynamickému koroznímu prostředí.
• Suitable for long-life projects (>30 let) s nízkými náklady na údržbu.

1. Potenciální kritéria:

• Rozsah ochranného potenciálu pro ocelové konstrukce: -0,80 V ~ -1,10 V (vs. Ag/AgCl elektroda).
• Vyhněte se nadměrné{0}}ochraně (potenciály pod -1,10 V vs. Ag/AgCl), abyste zabránili rozpojení povlaku nebo vodíkovému křehnutí.

2. Uspořádání a instalace anody:

• Monopilové základy: Anody typicky uspořádané po obvodu se zaměřením na přílivové zóny a oblasti pod bahnem.
• Struktura pláště: Zvýšená hustota anody v trubkových spojích a svarech.
• Dynamické zóny: Použijte napnuté pomocné anody nebo segmentované konstrukce pro přizpůsobení strukturální deformaci.

3. Synergie povlaků:

• CP je nutné kombinovat s vysoce{0}}výkonnými antikorozními-nátěry (např. epoxid, polyuretan).
• Katodická ochrana kompenzuje vady nebo poškození povlaku.

4. Monitorování a údržba:

• Sledování potenciálu: Prostřednictvím předem{0}}nainstalovaných referenčních elektrod nebo kontrol ROV.
• Kontroly spotřeby anody: Pravidelné měření zbytkové hmotnosti anody nebo proudového výstupu.
• Chytré systémy: IoT -umožňoval-přenos dat v reálném čase do pobřežních řídicích center.

• Německá větrná farma Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1.
• Shenneng Hainan CZ2 600Demonstrační projekt větrné elektrárny na moři v MW.
• CGN Shanwei Jiazi II 400MW Offshore Wind Farm ICCP System Research Project.
• Projekt pobřežní větrné farmy SPIC Xiangshan 1# 500 MW.
• Čína Tři soutěsky Yangjiang Yangxi Shapa 300MW Projekt větrné elektrárny na moři.
• Pobřežní větrný projekt Huadian Fujian Fuqing Haitan Strait 300 MW.
• Projekt pobřežní větrné farmy CPI Dafeng H3# 300 MW.

1. Technické výzvy

• Účinky dynamického zatížení: Vlnové-praskání způsobené únavou na spojích anodové{1}}konstrukce.
• Hlubinné-mořské prostředí: Nerovnoměrné rozložení anodového proudu v hloubkách přesahujících 50 metrů.
• Řízení nákladů: Náklady na materiál anody tvoří 10-15 % celkových nákladů ve velkých větrných elektrárnách.

2. Inovační směry

Nové materiály anody:

• Nano-kompozitní anody (např. Al-Zn-In-Ti) pro zvýšení současné účinnosti.
• Ekologické anody (nízké rozpouštění těžkých kovů).

Inteligentní systémy:

• Technologie adaptivního přizpůsobení potenciálu založená na AI-.
• ROV-asistované společné monitorování.

Hybridní dodávka energie:

• Integrace solární a větrné energie pro zajištění zelené energie pro systémy ICCP.

3. Normy a předpisy

Mezinárodní standardy:

• ISO 24656-2022 (Katodická ochrana větrných konstrukcí na moři).
• Návrh katodové ochrany DNV-RP-B401.

Čínské standardy:

• SY/T10030-2018 „Konstrukční kód pro systémy katodické ochrany pevných plošin na moři“.
• NB/T 10626-2021 „Kodex pro antikorozní návrh projektů větrných elektráren na moři“.

Technologie katodové ochrany je základním kamenem pro zajištění trvanlivosti pobřežních větrných struktur, což vyžaduje integraci vědy o materiálech, námořního inženýrství a inteligentních monitorovacích technologií. Jak průmysl postupuje směrem k hlubším vodám a větším kapacitám, systémy CP budou zdůrazňovat vyšší účinnost, udržitelnost životního prostředí a inteligenci. Očekává se, že budoucí inovace v oblasti materiálů a digitální správy sníží náklady životního cyklu a podpoří celosvětově udržitelný rozvoj pobřežní větrné energie.