L'application de la technologie de protection cathodique dans les parcs éoliens offshore

La technologie de protection cathodique (Cathodi Protection, CP) est une technique critique de contrôle de la corrosion dans l'industrie éolienne offshore, principalement utilisée pour protéger les structures en acier (telles que les fondations monopieux, les structures de chemise et les sous-stations offshore) contre la corrosion électrochimique dans l'eau de mer et les environnements atmosphériques marins. En raison de l'exposition à long terme des installations éoliennes offshore à des environnements corrosifs complexes caractérisés par une salinité élevée, une humidité élevée, l'affouillement des vagues et des micro-organismes, la technologie de protection cathodique est devenue l'une des mesures essentielles pour garantir leur fonctionnement sûr à long terme.

La corrosion dans les installations éoliennes offshore provient principalement des facteurs environnementaux suivants :

• Corrosion de l’eau de mer : une salinité élevée, l’oxygène dissous et les ions chlorure accélèrent la corrosion des métaux.
• Corrosion de la zone de marée : l'alternance de cycles humides-secs crée des différences de concentration en oxygène, intensifiant ainsi la corrosion localisée.
• Biosalissure marine : les micro-organismes (par exemple, les bactéries sulfato-réductrices) favorisent la corrosion localisée.
• Chargement cyclique : les contraintes dynamiques induites par le vent et les vagues accélèrent la fatigue par corrosion.

Zones typiques sujettes à la corrosion :

• Fondations monopieux : Zone immergée, zone de marée, zone d'éclaboussure.
• Structures de gaine et pièces de transition : Joints soudés, nœuds tubulaires.
• Plateformes de sous-stations offshore : pieux en acier, structures de support de pont.
• Canalisations internes : gaines en acier pour câbles, tuyaux de coulis.

1. Protection cathodique anodique sacrificielle (SACP)

Principe:

• Utilise comme anodes des métaux ayant une activité électrochimique plus élevée (par exemple, alliages d'aluminium et de zinc), qui se corrodent préférentiellement pour protéger les structures en acier.

Applications :

• Fondations monopieux : Anodes soudées ou boulonnées directement sur la surface du pieu.
• Nœuds tubulaires à gaine : anodes annulaires installées autour des joints tubulaires.
• Zones de coulis des pièces de transition : Anodes intégrées dans les matériaux de coulis.

Matériaux d'anodes :

• Anodes en alliage d'aluminium : efficacité de courant élevée (85 % ~ 90 %), capacité électrique élevée, adaptées aux environnements d'eau de mer.
• Anodes en alliage de zinc : Excellente stabilité, efficacité actuelle de 90 % à 95 % dans l'eau de mer et la boue des fonds marins, adaptées aux environnements d'eau de mer et de boue sous-marine.

Considérations de conception :

• Calculez la quantité et la distribution des anodes en fonction de la durée de vie de la structure (généralement 25 à 30 ans).
• Tenez compte des exigences de densité de courant (par exemple, zone immergée : 80~120 mA/m² ; zone de marée : 150~200 mA/m² ; zone sub-boue : 20~25 mA/m²).

2. Protection cathodique à courant imposé (ICCP)

Principe:

• Utilise une source d'alimentation externe pour forcer le flux de courant sur la structure protégée, induisant une polarisation cathodique sur la surface métallique.

Applications :

• Grandes plates-formes de sous-stations offshore : zone de couverture élevée et demande actuelle.
• Structures complexes : gaines multi-pieux ou systèmes de câbles dynamiques.

Composants du système :

• Anodes : anodes en oxyde métallique mixte (MMO), anode en niobium platiné, anode en titane platiné.
• Alimentation : transformateurs redresseurs ou redresseurs à courant constant.
• Électrodes de référence : électrodes Ag/AgCl ou zinc pour-surveillance du potentiel en temps réel.

Avantages :

• Sortie de courant réglable pour s'adapter aux environnements de corrosion dynamiques.
• Suitable for long-life projects (>30 ans) avec de faibles coûts de maintenance.

1. Critères potentiels :

• Plage de potentiel de protection pour les structures en acier : -0,80 V ~ -1,10 V (vs. électrode Ag/AgCl).
• Évitez la sur-protection (potentiels inférieurs à -1,10 V par rapport à Ag/AgCl) pour éviter le décollement du revêtement ou la fragilisation par l'hydrogène.

2. Disposition et installation des anodes :

• Fondations monopieux : anodes généralement disposées circonférentiellement, se concentrant sur les zones de marée et les zones situées sous la ligne de boue.
• Structures de gaine : densité anodique accrue au niveau des joints tubulaires et des soudures.
• Zones dynamiques : utilisez des anodes auxiliaires tendues ou des conceptions segmentées pour s'adapter à la déformation structurelle.

3. Synergie de revêtement :

• Le CP doit être associé à des revêtements anticorrosion-performances-hautes (par exemple, époxy, polyuréthane).
• La protection cathodique compense les défauts ou dommages du revêtement.

4. Surveillance et maintenance :

• Surveillance potentielle : via des-électrodes de référence préinstallées ou des inspections ROV.
• Contrôles de la consommation de l'anode : Mesure régulière de la masse résiduelle de l'anode ou du courant débité.
• Systèmes intelligents : l'IoT-permet la transmission de données-en temps réel vers les centres de contrôle terrestres.

• Parc éolien allemand Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1.
• Projet de démonstration d'énergie éolienne offshore de Shenneng Hainan CZ 2 600 MW.
• Projet de recherche sur le système ICCP du parc éolien offshore CGN Shanwei Jiazi II de 400 MW.
• Projet de parc éolien offshore SPIC Xiangshan 1# 500 MW.
• Chine Projet d'énergie éolienne offshore de 300 MW à Yangjiang Yangxi Shapa des Trois Gorges.
• Projet éolien offshore de 300 MW du détroit d'Haitan à Huadian Fujian Fuqing.
• Projet de parc éolien offshore CPI Dafeng H3# 300 MW.

1. Défis techniques

• Effets de chargement dynamique : fissuration par fatigue induite par les vagues au niveau des connexions de la structure anodique.
• Environnements-mers profonds : répartition inégale du courant anodique à des profondeurs supérieures à 50 mètres.
• Contrôle des coûts : les coûts des matériaux d'anode représentent 10 à 15 % des dépenses totales dans les grands parcs éoliens.

2. Orientations de l'innovation

Nouveaux matériaux d'anode :

• Anodes nano-composites (par exemple, Al-Zn-In-Ti) pour améliorer l'efficacité du courant.
• Anodes respectueuses de l'environnement (faible dissolution des métaux lourds).

Systèmes intelligents :

• Technologie d'ajustement du potentiel adaptatif basée sur l'IA-.
• Surveillance collaborative assistée par ROV-.

Approvisionnement en énergie hybride :

• Intégration de l'énergie solaire et éolienne pour fournir de l'énergie verte aux systèmes ICCP.

3. Normes et réglementations

Normes internationales :

• ISO 24656-2022 (Protection cathodique des structures éoliennes offshore).
• DNV-RP-Conception de protection cathodique B401.

Normes chinoises :

• SY/T10030-2018 « Code de conception pour les systèmes de protection cathodique des plates-formes fixes offshore ».
• NB/T 10626-2021 « Code de conception anticorrosion des projets de parcs éoliens offshore ».

La technologie de protection cathodique est la pierre angulaire pour garantir la durabilité des structures éoliennes offshore, nécessitant l'intégration de la science des matériaux, de l'ingénierie marine et des technologies de surveillance intelligente. À mesure que l’industrie progresse vers des eaux plus profondes et des capacités plus grandes, les systèmes CP mettront l’accent sur une efficacité, une durabilité environnementale et une intelligence accrues. Les futures innovations en matière de matériaux et de gestion numérique devraient réduire les coûts du cycle de vie et soutenir le développement durable mondial de l’énergie éolienne offshore.