A aplicação da tecnologia de proteção catódica em parques eólicos offshore

A tecnologia de proteção catódica (Proteção Catódica, CP) é uma técnica crítica de controle de corrosão na indústria eólica offshore, usada principalmente para proteger estruturas de aço (como fundações monoestacas, estruturas de revestimento e subestações offshore) contra corrosão eletroquímica na água do mar e em ambientes atmosféricos marinhos. Devido à exposição-de longo prazo de instalações eólicas offshore a ambientes corrosivos complexos caracterizados por alta salinidade, umidade, ondas e microorganismos, a tecnologia de proteção catódica tornou-se uma das principais medidas para garantir sua operação segura-de longo prazo.

A corrosão em instalações eólicas offshore decorre principalmente dos seguintes fatores ambientais:

• Corrosão da água do mar: alta salinidade, oxigênio dissolvido e íons cloreto aceleram a corrosão do metal.
• Corrosão na zona de maré: ciclos alternados de úmido-seco criam diferenças na concentração de oxigênio, intensificando a corrosão localizada.
• Bioincrustação marinha: Microorganismos (por exemplo, bactérias redutoras de sulfato) promovem corrosão localizada.
• Carregamento cíclico: As tensões dinâmicas induzidas pelo vento e pelas ondas aceleram a fadiga por corrosão.

Áreas típicas-propensas à corrosão:

• Fundações monoestacas: Zona imersa, zona de maré, zona de respingo.
• Estruturas de revestimento e peças de transição: Juntas soldadas, nós tubulares.
• Plataformas de subestações offshore: Estacas metálicas, estruturas de suporte de convés.
• Tubulações internas: Invólucros de aço para cabos, tubos de argamassa.

1. Proteção Catódica do Ânodo Sacrificial (SACP)

Princípio:

• Utiliza metais com maior atividade eletroquímica (por exemplo, alumínio, ligas de zinco) como ânodos, que corroem preferencialmente para proteger estruturas de aço.

Aplicações:

• Fundações monoestacas: Ânodos soldados ou aparafusados ​​diretamente na superfície da estaca.
• Nós tubulares de revestimento: Ânodos anulares instalados em torno de juntas tubulares.
• Zonas de argamassa de peças de transição: Ânodos embutidos em materiais de argamassa.

Materiais de ânodo:

• Ânodos de liga de alumínio: Alta eficiência de corrente (85% ~ 90%), alta capacidade elétrica, adequados para ambientes de água do mar.
• Ânodos de liga de zinco: Excelente estabilidade, eficiência de corrente de 90% ~ 95% em água do mar e lama do fundo do mar, adequados para ambientes de água do mar e lama submarina.

Considerações de projeto:

• Calcule a quantidade e distribuição de ânodos com base na vida útil da estrutura (normalmente 25 a 30 anos).
• Considere os requisitos de densidade de corrente (por exemplo, zona imersa: 80~120 mA/m²; zona de maré: 150~200 mA/m²; zona sub-de lama: 20~25 mA/m²).

2. Proteção Catódica de Corrente Impressa (ICCP)

Princípio:

• Utiliza uma fonte de energia externa para forçar o fluxo de corrente na estrutura protegida, induzindo polarização catódica na superfície metálica.

Aplicações:

• Grandes plataformas de subestações offshore: Alta área de cobertura e demanda atual.
• Estruturas complexas: revestimentos de múltiplas-estacas ou sistemas de cabos dinâmicos.

Componentes do sistema:

• Ânodos: Ânodos de óxido metálico misto (MMO), Ânodo de Nióbio Platinizado, Ânodo de Titânio Platinizado.
• Fonte de alimentação: retificadores transformadores ou retificadores de corrente constante.
• Eletrodos de referência: eletrodos Ag/AgCl ou zinco para monitoramento de potencial-em tempo real.

Vantagens:

• Saída de corrente ajustável para se adaptar a ambientes de corrosão dinâmica.
• Suitable for long-life projects (>30 anos) com baixos custos de manutenção.

1. Critérios potenciais:

• Faixa de potencial de proteção para estruturas de aço: -0,80 V ~ -1,10 V (vs. eletrodo Ag/AgCl).
• Evite super-proteção (potenciais abaixo de -1,10 V vs. Ag/AgCl) para evitar a dissolução do revestimento ou a fragilização por hidrogênio.

2. Layout e instalação do ânodo:

• Fundações monoestacas: Ânodos normalmente dispostos circunferencialmente, com foco em zonas de maré e áreas abaixo da linha de lama.
• Estruturas de revestimento: Aumento da densidade do ânodo em juntas tubulares e soldas.
• Zonas dinâmicas: Use ânodos auxiliares tensionados ou designs segmentados para acomodar a deformação estrutural.

3. Sinergia de revestimento:

• O CP deve ser combinado com revestimentos anticorrosivos de alto-desempenho-(por exemplo, epóxi, poliuretano).
• A proteção catódica compensa defeitos ou danos no revestimento.

4. Monitoramento e manutenção:

• Monitoramento potencial: por meio de eletrodos de referência pré-instalados ou inspeções de ROV.
• Verificações do consumo do ânodo: Medição regular da massa residual do ânodo ou da saída de corrente.
• Sistemas inteligentes: a IoT-permitiu a transmissão de dados-em tempo real para centros de controle onshore.

• Parque Eólico Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1 da Alemanha.
• Shenneng Hainan CZ2 600Projeto de demonstração de energia eólica offshore de MW.
• Projeto de pesquisa do sistema ICCP do parque eólico offshore CGN Shanwei Jiazi II 400MW.
• Projeto de parque eólico offshore SPIC Xiangshan 1# 500MW.
• China Três Gargantas Yangjiang Yangxi Shapa Projeto de energia eólica offshore de 300 MW.
• Projeto Eólico Offshore de 300 MW do Estreito de Huadian Fujian Fuqing Haitan.
• Projeto de parque eólico offshore CPI Dafeng H3# 300MW.

1. Desafios técnicos

• Efeitos de carregamento dinâmico: fissuras por fadiga-induzidas por ondas nas conexões da estrutura-do ânodo.
• Ambientes-de águas profundas: distribuição desigual da corrente anódica em profundidades superiores a 50 metros.
• Controle de custos: Os custos do material anódico representam 10-15% das despesas totais em grandes parques eólicos.

2. Direções de inovação

Novos materiais anódicos:

• Ânodos nano-compostos (por exemplo, Al-Zn-In-Ti) para aumentar a eficiência da corrente.
• Ânodos ecológicos (baixa dissolução de metais pesados).

Sistemas inteligentes:

• Tecnologia de ajuste de potencial adaptativo-baseada em IA.
• Monitoramento colaborativo-assistido por ROV.

Fornecimento de energia híbrida:

• Integração de energia solar e eólica para fornecer energia verde para sistemas ICCP.

3. Normas e regulamentos

Padrões internacionais:

• ISO 24656-2022 (Proteção Catódica de Estruturas Eólicas Offshore).
• Projeto de proteção catódica DNV-RP-B401.

Padrões chineses:

• SY/T10030-2018 "Código de Projeto para Sistemas de Proteção Catódica de Plataformas Fixas Offshore".
• NB/T 10626-2021 "Código para Projeto Anticorrosão de Projetos de Parques Eólicos Offshore".

A tecnologia de proteção catódica é uma pedra angular para garantir a durabilidade das estruturas eólicas offshore, exigindo a integração da ciência dos materiais, da engenharia naval e de tecnologias de monitorização inteligentes. À medida que a indústria avança em direção a águas mais profundas e maiores capacidades, os sistemas de CP enfatizarão maior eficiência, sustentabilidade ambiental e inteligência. Espera-se que futuras inovações em materiais e gestão digital reduzam os custos do ciclo de vida e apoiem o desenvolvimento sustentável global da energia eólica offshore.