Penerapan Teknologi Proteksi Katodik pada Ladang Angin Lepas Pantai

Teknologi proteksi katodik (Cathodic Protection, CP) adalah teknik pengendalian korosi yang penting dalam industri angin lepas pantai, terutama digunakan untuk melindungi struktur baja (seperti pondasi monopile, struktur jaket, dan gardu induk lepas pantai) dari korosi elektrokimia di air laut dan lingkungan atmosfer laut. Karena-paparan jangka panjang fasilitas angin lepas pantai terhadap lingkungan korosif kompleks yang ditandai dengan salinitas tinggi, kelembapan, gerusan gelombang, dan mikroorganisme, teknologi perlindungan katodik telah menjadi salah satu langkah inti untuk memastikan pengoperasian yang aman-jangka panjangnya.

Korosi pada fasilitas pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai terutama disebabkan oleh faktor lingkungan berikut:

• Korosi air laut: Salinitas tinggi, oksigen terlarut, dan ion klorida mempercepat korosi logam.
• Korosi zona pasang surut: Siklus basah-kering yang bergantian menyebabkan perbedaan konsentrasi oksigen, sehingga meningkatkan korosi lokal.
• Biofouling laut: Mikroorganisme (misalnya bakteri pereduksi sulfat-) menyebabkan korosi lokal.
• Pembebanan siklik: Tegangan dinamis yang disebabkan oleh angin dan gelombang mempercepat kelelahan korosi.

Area rawan korosi-khas:

• Fondasi monopile: Zona terendam, zona pasang surut, zona percikan.
• Struktur jaket dan potongan transisi: Sambungan las, simpul berbentuk tabung.
• Platform gardu induk lepas pantai: Tiang pancang baja, struktur pendukung dek.
• Saluran pipa internal: Selongsong baja kabel, pipa nat.

1. Proteksi Katodik Anoda Pengorbanan (SACP)

Prinsip:

• Menggunakan logam dengan aktivitas elektrokimia yang lebih tinggi (misalnya aluminium, paduan seng) sebagai anoda, yang cenderung menimbulkan korosi untuk melindungi struktur baja.

Aplikasi:

• Fondasi monopile: Anoda dilas atau dibaut langsung ke permukaan tiang.
• Node tubular jaket: Anoda annular dipasang di sekitar sambungan tubular.
• Zona nat bagian transisi: Anoda tertanam dalam bahan nat.

Bahan anoda:

• Anoda paduan aluminium: Efisiensi arus tinggi (85%~90%), kapasitas listrik tinggi, cocok untuk lingkungan air laut.
• Anoda paduan seng: Stabilitas luar biasa, efisiensi arus 90%~95% di air laut dan lumpur dasar laut, cocok untuk lingkungan air laut dan lumpur bawah laut.

Pertimbangan desain:

• Hitung kuantitas dan distribusi anoda berdasarkan umur struktur (biasanya 25-30 tahun).
• Pertimbangkan persyaratan kepadatan arus (misalnya, zona terendam: 80~120 mA/m²; zona pasang surut: 150~200 mA/m²; sub-zona lumpur: 20~25 mA/m²).

2. Perlindungan Katodik Arus Terkesan (ICCP)

Prinsip:

• Menggunakan sumber daya eksternal untuk memaksa aliran arus ke struktur yang dilindungi, menginduksi polarisasi katodik pada permukaan logam.

Aplikasi:

• Platform gardu induk lepas pantai yang besar: Cakupan area yang tinggi dan permintaan saat ini.
• Struktur kompleks: Jaket multi-tiang atau sistem kabel dinamis.

Komponen sistem:

• Anoda: Anoda oksida logam campuran (MMO), Anoda Niobium Berlapis, Anoda Titanium Berlapis.
• Catu daya: penyearah transformator atau penyearah arus konstan.
• Elektroda referensi: Elektroda Ag/AgCl atau seng untuk pemantauan potensi{0}}secara real-time.

Keuntungan:

• Output arus yang dapat disesuaikan untuk beradaptasi dengan lingkungan korosi dinamis.
• Suitable for long-life projects (>30 tahun) dengan biaya perawatan yang rendah.

1. Kriteria potensial:

• Kisaran potensi perlindungan untuk struktur baja: -0,80 V ~ -1,10 V (vs. elektroda Ag/AgCl).
• Hindari perlindungan-berlebihan (potensi di bawah -1,10 V vs. Ag/AgCl) untuk mencegah pelepasan lapisan atau penggetasan hidrogen.

2. Tata letak dan pemasangan anoda:

• Fondasi monopile: Anoda biasanya disusun secara melingkar, dengan fokus pada zona pasang surut dan area di bawah garis lumpur.
• Struktur jaket: Peningkatan kepadatan anoda pada sambungan tubular dan las.
• Zona dinamis: Gunakan anoda tambahan yang dikencangkan atau desain tersegmentasi untuk mengakomodasi deformasi struktural.

3. Sinergi pelapisan:

• CP harus dipadukan dengan lapisan-anti-korosi berkinerja tinggi (misalnya, epoksi, poliuretan).
• Perlindungan katodik mengkompensasi cacat atau kerusakan lapisan.

4. Pemantauan dan pemeliharaan:

• Pemantauan potensial: Melalui-elektroda referensi yang telah dipasang sebelumnya atau inspeksi ROV.
• Pemeriksaan konsumsi anoda: Pengukuran rutin massa sisa anoda atau keluaran arus.
• Sistem cerdas: IoT-memungkinkan transmisi data-waktu nyata ke pusat kendali di darat.

• Ladang Angin Ocean Breeze Energy Bard Offshore 1 Jerman.
• Shenneng Hainan CZ2 600Proyek Demonstrasi Tenaga Angin Lepas Pantai MW.
• Proyek Penelitian Sistem ICCP Ladang Angin Lepas Pantai CGN Shanwei Jiazi II 400MW.
• Proyek Ladang Angin Lepas Pantai SPIC Xiangshan 1# 500MW.
• Proyek Tenaga Angin Lepas Pantai Tiga Ngarai Yangjiang Yangxi Shapa 300MW Cina.
• Proyek Pembangkit Listrik Tenaga Angin Lepas Pantai Selat Haitan 300MW Huadian Fujian Fuqing.
• Proyek Ladang Angin Lepas Pantai CPI Dafeng H3# 300MW.

1. Tantangan teknis

• Efek pembebanan dinamis: Retak lelah yang disebabkan oleh gelombang pada sambungan struktur anoda.
• Lingkungan-laut dalam: Distribusi arus anoda yang tidak merata pada kedalaman melebihi 50 meter.
• Pengendalian biaya: Biaya material anoda mencapai 10-15% dari total pengeluaran di pembangkit listrik tenaga angin besar.

2. Arah inovasi

Bahan anoda baru:

• Nano-anoda komposit (misalnya, Al-Zn-In-Ti) untuk meningkatkan efisiensi arus.
• Anoda ramah lingkungan (kelarutan logam berat rendah).

Sistem cerdas:

• Teknologi penyesuaian potensi adaptif berbasis AI-.
• ROV-membantu pemantauan kolaboratif.

Pasokan energi hibrida:

• Integrasi tenaga surya dan angin untuk menyediakan energi ramah lingkungan bagi sistem ICCP.

3. Standar dan peraturan

• ISO 24656-2022 (Perlindungan Katodik pada Struktur Angin Lepas Pantai).
• Desain Proteksi Katodik DNV-RP-B401.

Standar Tiongkok:

• SY/T10030-2018 "Kode Desain Sistem Proteksi Katodik pada Platform Tetap Lepas Pantai".
• NB/T 10626-2021 "Kode untuk Desain Anti-Korosi pada Proyek Ladang Angin Lepas Pantai".

Teknologi proteksi katodik merupakan landasan untuk memastikan ketahanan struktur angin lepas pantai, yang memerlukan integrasi ilmu material, teknik kelautan, dan teknologi pemantauan cerdas. Seiring kemajuan industri menuju perairan yang lebih dalam dan kapasitas yang lebih besar, sistem CP akan menekankan efisiensi yang lebih tinggi, kelestarian lingkungan, dan kecerdasan. Inovasi masa depan dalam bidang material dan manajemen digital diharapkan dapat mengurangi biaya siklus hidup dan mendukung pengembangan energi angin lepas pantai yang berkelanjutan secara global.