Katodinės apsaugos technologijos taikymas jūros vėjo jėgainėse

Katodinės apsaugos technologija (Cathodic Protection, CP) yra kritinė korozijos kontrolės technika jūros vėjo pramonėje, pirmiausia naudojama apsaugoti plienines konstrukcijas (pvz., monopolius pamatus, apvalkalų konstrukcijas ir jūrines pastotes) nuo elektrocheminės korozijos jūros vandenyje ir jūros atmosferos aplinkoje. Dėl ilgalaikio-jūros vėjo įrenginių poveikio sudėtingai korozinei aplinkai, kuriai būdingas didelis druskingumas, drėgmė, bangų plovimas ir mikroorganizmai, katodinės apsaugos technologija tapo viena iš pagrindinių priemonių, užtikrinančių ilgalaikį saugų jų veikimą.

Korozija jūros vėjo jėgainėse pirmiausia kyla dėl šių aplinkos veiksnių:

• Jūros vandens korozija: Didelis druskingumas, ištirpęs deguonis ir chlorido jonai pagreitina metalų koroziją.
• Potvynių zonos korozija: kintantys šlapio{0}}džiūvimo ciklai sukuria deguonies koncentracijos skirtumus ir sustiprina vietinę koroziją.
• Jūrų biologinis užsiteršimas: mikroorganizmai (pvz., sulfatą{2}}redukuojančios bakterijos) skatina vietinę koroziją.
• Ciklinė apkrova: dinaminiai įtempiai, kuriuos sukelia vėjas ir bangos, pagreitina korozijos nuovargį.

Tipiškos korozijos{0}}sritys:

• Monopiliai pamatai: panardinta zona, potvynių zona, purslų zona.
• Striukės konstrukcijos ir pereinamieji elementai: Suvirintos jungtys, vamzdiniai mazgai.
• Jūros pastočių platformos: Plieniniai poliai, denio laikančiosios konstrukcijos.
• Vidiniai vamzdynai: Kabelių plieniniai korpusai, injekciniai vamzdžiai.

1. Anodo katodinė apsauga (SACP)

Principas:

• Naudoja metalus su didesniu elektrocheminiu aktyvumu (pvz., aliuminį, cinko lydinius) kaip anodus, kurie pirmiausia korozuoja, kad apsaugotų plieno konstrukcijas.

Programos:

• Vienpusiai pamatai: anodai suvirinami arba prisukami varžtais tiesiai ant polio paviršiaus.
• Apvalkalo vamzdiniai mazgai: žiediniai anodai, sumontuoti aplink vamzdines jungtis.
• Pereinamosios dalies skiedinio zonos: anodai, įterpti į skiedinio medžiagas.

Anodo medžiagos:

• Aliuminio lydinio anodai: didelis srovės efektyvumas (85% ~ 90%), didelė elektrinė talpa, tinka jūros vandens aplinkai.
• Cinko lydinio anodai: Puikus stabilumas, srovės efektyvumas 90% ~ 95% jūros vandenyje ir jūros dugno purve, tinka jūros vandens ir povandeninio purvo aplinkai.

Dizaino svarstymai:

• Apskaičiuokite anodo kiekį ir pasiskirstymą pagal konstrukcijos tarnavimo laiką (paprastai 25–30 metų).
• Atsižvelkite į srovės tankio reikalavimus (pvz., panardinta zona: 80–120 mA/m²; potvynio zona: 150–200 mA/m²; sub-purvo zona: 20–25 mA/m²).

2. Įspūdinga srovės katodinė apsauga (ICCP)

Principas:

• Naudoja išorinį maitinimo šaltinį, kad priverstų srovę tekėti į apsaugotą konstrukciją, sukeldama katodinę poliarizaciją ant metalinio paviršiaus.

Programos:

• Didelės jūrinės pastočių platformos: didelė aprėpties zona ir dabartinė paklausa.
• Sudėtingos konstrukcijos: kelių{0}} polių apvalkalai arba dinaminės kabelių sistemos.

Sistemos komponentai:

• Anodai: mišraus metalo oksido (MMO) anodai, platinizuotas niobio anodas, platinuotas titano anodas.
• Maitinimas: transformatoriniai lygintuvai arba nuolatinės srovės lygintuvai.
• Etaloniniai elektrodai: Ag/AgCl arba cinko elektrodai potencialo stebėjimui realiuoju laiku-.

Privalumai:

• Reguliuojama srovės išvestis, skirta prisitaikyti prie dinaminės korozijos aplinkos.
• Suitable for long-life projects (>30 metų) su mažomis priežiūros išlaidomis.

1. Galimi kriterijai:

• Plieninių konstrukcijų apsaugos potencialų diapazonas: -0,80 V ~ -1,10 V (palyginti su Ag/AgCl elektrodu).
• Venkite per didelės{0}}apsaugos (potencialai, mažesni nei -1,10 V, palyginti su Ag/AgCl), kad išvengtumėte dangos irimo ar vandenilio trapumo.

2. Anodo išdėstymas ir montavimas:

• Monopiliai pamatai: anodai paprastai išdėstyti perimetru, sutelkiant dėmesį į potvynių zonas ir sritis, esančias žemiau purvo linijos.
• Apvalkalų konstrukcijos: Padidėjęs anodo tankis vamzdinių jungčių ir suvirinimo siūlėse.
• Dinaminės zonos: naudokite įtemptus pagalbinius anodus arba segmentines konstrukcijas, kad prisitaikytumėte prie konstrukcijos deformacijų.

3. Dangos sinergija:

• CP turi būti derinamas su didelio -našumo antikorozinėmis- dangomis (pvz., epoksidine, poliuretanu).
• Katodinė apsauga kompensuoja dangos defektus ar pažeidimus.

4. Stebėjimas ir priežiūra:

• Galimas stebėjimas: naudojant{0}}iš anksto įdiegtus etaloninius elektrodus arba tikrinant ROV.
• Anodo suvartojimo patikrinimai: Reguliarus anodo likutinės masės arba srovės išėjimo matavimas.
• Išmaniosios sistemos: IoT{0}}įgalino{1}} duomenų perdavimą realiuoju laiku į sausumos valdymo centrus.

• Vokietijos „Ocean Breeze Energy Bard“ jūros vėjo jėgainių parkas 1.
• Shenneng Hainan CZ{0}}MW jūros vėjo energijos demonstravimo projektas.
• CGN Shanwei Jiazi II 400MW jūros vėjo jėgainių ICCP sistemos tyrimų projektas.
• SPIC Xiangshan 1# 500MW jūros vėjo jėgainių projektas.
• Kinijos trijų tarpeklių Yangjiang Yangxi Shapa 300MW jūros vėjo jėgainių projektas.
• Huadian Fujian Fuqing Haitan sąsiaurio 300MW jūros vėjo projektas.
• CPI Dafeng H3# 300MW jūros vėjo jėgainių projektas.

1. Techniniai iššūkiai

• Dinaminės apkrovos efektai: bangų{0}}sukeltas nuovargio įtrūkimas anodo{1}}struktūrų jungtyse.
• Gili{0}}jūra: netolygus anodo srovės pasiskirstymas gylyje, viršijančiame 50 metrų.
• Sąnaudų kontrolė: anodo medžiagų sąnaudos sudaro 10-15% visų didelių vėjo jėgainių išlaidų.

2. Inovacijų kryptys

Naujos anodo medžiagos:

• Nano-kompozitiniai anodai (pvz., Al-Zn-In-Ti), kad būtų padidintas srovės efektyvumas.
• Ekologiški anodai (mažas sunkiųjų metalų tirpimas).

Išmaniosios sistemos:

• AI-pagrįsta adaptyviojo potencialo koregavimo technologija.
• ROV{0}}pagalba bendradarbiaujant stebėti.

Hibridinis energijos tiekimas:

• Saulės ir vėjo energijos integravimas siekiant tiekti žalią energiją ICCP sistemoms.

3. Standartai ir taisyklės

Tarptautiniai standartai:

• ISO 24656-2022 (Jūros vėjo konstrukcijų katodinė apsauga).
• DNV-RP-B401 katodinės apsaugos dizainas.

Kinijos standartai:

• SY/T10030-2018 „Jūros fiksuotųjų platformų katodinės apsaugos sistemų projektavimo kodas“.
• NB/T 10626-2021 „Jūros vėjo jėgainių projektų antikorozinio projektavimo kodeksas“.

Katodinės apsaugos technologija yra kertinis akmuo, užtikrinantis jūros vėjo konstrukcijų patvarumą, reikalaujantis medžiagų mokslo, jūrų inžinerijos ir išmaniųjų stebėjimo technologijų integravimo. Pramonei tobulėjant link gilesnių vandenų ir didesnių pajėgumų, CP sistemos akcentuos didesnį efektyvumą, aplinkos tvarumą ir intelektą. Tikimasi, kad būsimos medžiagų ir skaitmeninio valdymo naujovės sumažins gyvavimo ciklo sąnaudas ir parems pasaulinę tvarią jūros vėjo energijos plėtrą.