Η Εφαρμογή της Τεχνολογίας Καθοδικής Προστασίας σε Υπεράκτια Αιολικά Πάρκα

Η τεχνολογία καθοδικής προστασίας (Cathodic Protection, CP) είναι μια κρίσιμη τεχνική ελέγχου της διάβρωσης στην υπεράκτια αιολική βιομηχανία, που χρησιμοποιείται κυρίως για την προστασία χαλύβδινων κατασκευών (όπως θεμέλια μονού πυλώνων, κατασκευές μανδύας και υπεράκτιοι υποσταθμοί) από ηλεκτροχημική διάβρωση σε θαλασσινό νερό και σε θαλάσσια ατμοσφαιρικά περιβάλλοντα. Λόγω της μακροπρόθεσμης-έκθεσης των υπεράκτιων αιολικών εγκαταστάσεων σε πολύπλοκα διαβρωτικά περιβάλλοντα που χαρακτηρίζονται από υψηλή αλατότητα, υγρασία, καθαρισμό κυμάτων και μικροοργανισμούς, η τεχνολογία καθοδικής προστασίας έχει γίνει ένα από τα βασικά μέτρα για τη διασφάλιση της μακροπρόθεσμης ασφαλούς λειτουργίας τους.

Η διάβρωση στις υπεράκτιες αιολικές εγκαταστάσεις πηγάζει κυρίως από τους ακόλουθους περιβαλλοντικούς παράγοντες:

• Διάβρωση θαλασσινού νερού: Η υψηλή αλατότητα, το διαλυμένο οξυγόνο και τα ιόντα χλωρίου επιταχύνουν τη διάβρωση μετάλλων.
• Διάβρωση παλιρροϊκής ζώνης: Οι εναλλασσόμενοι κύκλοι υγρού-ξηρού δημιουργούν διαφορές στη συγκέντρωση οξυγόνου, εντείνοντας την τοπική διάβρωση.
• Θαλάσσια βιορρύπανση: Οι μικροοργανισμοί (π.χ., τα βακτήρια που μειώνουν τα θειικά-) προάγουν την τοπική διάβρωση.
• Κυκλική φόρτιση: Οι δυναμικές τάσεις που προκαλούνται από τον άνεμο και τα κύματα επιταχύνουν την κόπωση από τη διάβρωση.

Τυπικές περιοχές που είναι επιρρεπείς σε διάβρωση-:

• Μονόπηλα θεμέλια: Βυθισμένη ζώνη, παλιρροιακή ζώνη, ζώνη πιτσιλίσματος.
• Κατασκευές μπουφάν και κομμάτια μετάβασης: Συγκολλημένοι σύνδεσμοι, σωληνοειδείς κόμβοι.
• Πλατφόρμες υπεράκτιων υποσταθμών: Σωροί από χάλυβα, κατασκευές στήριξης καταστρώματος.
• Εσωτερικοί αγωγοί: Χαλύβδινα περιβλήματα καλωδίων, σωλήνες ενέματος.

1. Καθοδική προστασία θυσιαστικής ανόδου (SACP)

Αρχή:

• Χρησιμοποιεί μέταλλα με υψηλότερη ηλεκτροχημική δραστηριότητα (π.χ. αλουμίνιο, κράματα ψευδαργύρου) ως άνοδοι, τα οποία διαβρώνονται κατά προτίμηση για την προστασία των χαλύβδινων κατασκευών.

Εφαρμογές:

• Μονόπηλα θεμέλια: Άνοδοι συγκολλημένες ή βιδωμένες απευθείας στην επιφάνεια του πασσάλου.
• Σωληνοειδής κόμβοι σακακιού: Δακτυλιοειδείς άνοδοι εγκατεστημένοι γύρω από σωληνοειδείς αρθρώσεις.
• Ζώνες ενέματα τεμαχίων μετάβασης: Άνοδοι ενσωματωμένες σε υλικά ενέματος.

Υλικά ανόδου:

• Άνοδοι από κράμα αλουμινίου: Υψηλή απόδοση ρεύματος (85%~90%), υψηλή ηλεκτρική χωρητικότητα, κατάλληλα για περιβάλλοντα με θαλασσινό νερό.
• Άνοδοι από κράμα ψευδαργύρου: Εξαιρετική σταθερότητα, απόδοση ρεύματος 90%~95% σε θαλασσινό νερό και λάσπη βυθού, κατάλληλα για περιβάλλοντα θαλασσινού και υποθαλάσσιου λάσπης.

Θεωρήσεις σχεδιασμού:

• Υπολογίστε την ποσότητα και την κατανομή της ανόδου με βάση τη διάρκεια ζωής της δομής (συνήθως 25-30 χρόνια).
• Λάβετε υπόψη τις απαιτήσεις πυκνότητας ρεύματος (π.χ. βυθισμένη ζώνη: 80~120 mA/m², παλιρροιακή ζώνη: 150~200 mA/m², υπο-ζώνη λάσπης: 20~25 mA/m²).

2. Καθοδική Προστασία Εντυπωσιασμένου Ρεύματος (ICCP)

Αρχή:

• Χρησιμοποιεί μια εξωτερική πηγή ενέργειας για να εξαναγκάσει τη ροή ρεύματος στην προστατευμένη κατασκευή, προκαλώντας καθοδική πόλωση στην μεταλλική επιφάνεια.

Εφαρμογές:

• Μεγάλες πλατφόρμες υπεράκτιων υποσταθμών: Υψηλή περιοχή κάλυψης και τρέχουσα ζήτηση.
• Πολύπλοκες κατασκευές: Πολλαπλοί-μπουφάν ή δυναμικά καλωδιακά συστήματα.

Στοιχεία συστήματος:

• Άνοδοι: Ανόδια μικτού οξειδίου μετάλλου (MMO), άνοδος επιπλατινοποιημένου νιοβίου, άνοδος επιπλατινοποιημένου τιτανίου.
• Τροφοδοτικό: ανορθωτές μετασχηματιστή ή ανορθωτές σταθερού ρεύματος.
• Ηλεκτρόδια αναφοράς: Ηλεκτρόδια Ag/AgCl ή ψευδαργύρου για παρακολούθηση δυναμικού σε πραγματικό χρόνο.

Φόντα:

• Ρυθμιζόμενη έξοδος ρεύματος για προσαρμογή σε δυναμικά περιβάλλοντα διάβρωσης.
• Suitable for long-life projects (>30 χρόνια) με χαμηλό κόστος συντήρησης.

1. Δυνητικά κριτήρια:

• Εύρος δυναμικού προστασίας για μεταλλικές κατασκευές: -0,80 V ~ -1,10 V (έναντι ηλεκτροδίου Ag/AgCl).
• Αποφύγετε την υπερβολική-προστασία (δυνητικά κάτω από -1,10 V έναντι Ag/AgCl) για να αποτρέψετε την αποσύνδεση της επίστρωσης ή την ευθραυστότητα του υδρογόνου.

2. Διάταξη και εγκατάσταση ανόδου:

• Μονοπολικά θεμέλια: Οι άνοδοι συνήθως διατάσσονται περιφερειακά, εστιάζοντας σε παλιρροϊκές ζώνες και περιοχές κάτω από τη γραμμή λάσπης.
• Κατασκευές μανδύα: Αυξημένη πυκνότητα ανόδου σε σωληνοειδείς αρμούς και συγκολλήσεις.
• Δυναμικές ζώνες: Χρησιμοποιήστε τεντωμένες βοηθητικές ανόδους ή τμηματικά σχέδια για την αντιμετώπιση της δομικής παραμόρφωσης.

3. Συνέργεια επίστρωσης:

• Το CP πρέπει να συνδυάζεται με-αντιδιαβρωτικές επιστρώσεις υψηλής απόδοσης- (π.χ. εποξειδικές, πολυουρεθάνης).
• Η καθοδική προστασία αντισταθμίζει ελαττώματα ή ζημιές επίστρωσης.

4. Παρακολούθηση και συντήρηση:

• Πιθανή παρακολούθηση: Μέσω προ{0}}εγκατεστημένων ηλεκτροδίων αναφοράς ή επιθεωρήσεων ROV.
• Έλεγχοι κατανάλωσης ανόδου: Τακτική μέτρηση της υπολειπόμενης μάζας ή της εξόδου ρεύματος ανόδου.
• Έξυπνα συστήματα: Το IoT-ενεργοποίησε τη μετάδοση δεδομένων σε πραγματικό-χρόνο σε χερσαία κέντρα ελέγχου.

• Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1 Wind Farm της Γερμανίας.
• Shenneng Hainan CZ2 600MW Offshore Wind Power Demonstration Project.
• CGN Shanwei Jiazi II 400MW Υπεράκτια Αιολικό Πάρκο ICCP Ερευνητικό Έργο Συστήματος.
• Έργο υπεράκτιου αιολικού πάρκου SPIC Xiangshan 1# 500MW.
• China Three Gorges Yangjiang Yangxi Shapa 300MW Offshore Wind Power Project.
• Έργο υπεράκτιας αιολικής ενέργειας Huadian Fujian Fuqing Haitan Strait 300MW.
• CPI Dafeng H3# 300MW Offshore Wind Farm Project.

1. Τεχνικές προκλήσεις

• Δυναμικά εφέ φόρτωσης: Κύματα-προκαλούμενες ρωγμές κόπωσης σε συνδέσεις ανόδου-.
• Βαθιά-θαλάσσια περιβάλλοντα: Ανομοιόμορφη κατανομή ρεύματος ανόδου σε βάθη άνω των 50 μέτρων.
• Έλεγχος κόστους: Το κόστος υλικών ανόδου αντιπροσωπεύει το 10-15% των συνολικών δαπανών σε μεγάλα αιολικά πάρκα.

2. Κατευθύνσεις καινοτομίας

Νέα υλικά ανόδου:

• Νανο-σύνθετες άνοδοι (π.χ. Al-Zn-In-Ti) για τη βελτίωση της τρέχουσας απόδοσης.
• Φιλικές προς το περιβάλλον άνοδοι (χαμηλή διάλυση βαρέων μετάλλων).

Ευφυή συστήματα:

• Τεχνολογία προσαρμοστικής προσαρμογής δυναμικού βάσει AI-.
• Το ROV-υποβοήθησε τη συνεργατική παρακολούθηση.

Υβριδική παροχή ενέργειας:

• Ενσωμάτωση ηλιακής και αιολικής ενέργειας για την παροχή πράσινης ενέργειας για συστήματα ICCP.

3. Πρότυπα και κανονισμοί

Διεθνή πρότυπα:

• ISO 24656-2022 (Καθοδική Προστασία Υπεράκτιων Αιολικών Κατασκευών).
• Σχεδιασμός καθοδικής προστασίας DNV-RP-B401.

Κινεζικά πρότυπα:

• SY/T10030-2018 «Κώδικας Σχεδιασμού Συστημάτων Καθοδικής Προστασίας Υπεράκτιων Σταθερών Πλατφορμών».
• NB/T 10626-2021 "Code for Anti-Corosion Design of Offshore Wind Farm Projects".

Η τεχνολογία καθοδικής προστασίας είναι ο ακρογωνιαίος λίθος για τη διασφάλιση της ανθεκτικότητας των υπεράκτιων αιολικών κατασκευών, που απαιτούν ενσωμάτωση της επιστήμης των υλικών, της θαλάσσιας μηχανικής και των τεχνολογιών έξυπνης παρακολούθησης. Καθώς η βιομηχανία προχωρά προς τα βαθύτερα νερά και τις μεγαλύτερες χωρητικότητες, τα συστήματα CP θα δίνουν έμφαση στην υψηλότερη απόδοση, την περιβαλλοντική βιωσιμότητα και την ευφυΐα. Οι μελλοντικές καινοτομίες στα υλικά και την ψηφιακή διαχείριση αναμένεται να μειώσουν το κόστος του κύκλου ζωής και να υποστηρίξουν την παγκόσμια βιώσιμη ανάπτυξη της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας.