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柔性直流输电对海上设施腐蚀的影响及防护策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球能源结构的调整和对清洁能源需求的不断增长，海上设施在能源开发、交通运输、海洋监测等领域发挥着愈发关键的作用。海上风电场作为获取清洁能源的重要方式，其规模和数量持续扩大，为缓解能源危机和减少碳排放做出重要贡献。海上石油钻井平台等设施对于保障能源供应、推动海洋资源开发至关重要，是国家能源战略的重要支撑。港口码头则是海上运输的关键节点，连接着国内外的贸易往来，对促进经济发展、提升国际竞争力意义重大。据相关统计，全球海上风电装机容量在过去十年间呈现迅猛增长态势，从2010年的不到40GW激增至2020年的超过350GW，预计到2030年将突破1000GW。

与此同时，柔性直流输电技术凭借其独特优势，在海上设施的电力传输中得到日益广泛的应用。相较于传统交流输电，柔性直流输电技术具有可控性强、能够实现有功功率和无功功率的独立调节、无需额外增加无功补偿设备等优点，尤其适用于海上风力发电场的长距离输电以及向无源网络供电。在远距离输电过程中，柔性直流输电可减少线路损耗，提高输电效率，有效降低能源浪费。在海上风电场中，该技术能够更好地适应复杂的海洋环境和风电的间歇性特点，保障电力的稳定输出，满足海上风电场的电力输送需求。英国德文郡的Hywind项目作为世界上第一个商业运营的海上风电柔性直流输电项目，采用VSC-HVDC技术，成功将距离海岸30公里的近海风电场电力以高压直流形式输送到陆地电网，为海上风电的发展提供了成功范例。

然而，柔性直流输电系统运行过程中产生的杂散电流，可能会对海上设施的金属结构造成腐蚀，严重威胁海上设施的安全和使用寿命。当柔性直流输电系统接地电流通过海水等电解质时，会在金属结构表面形成电位差，引发电化学反应，导致金属腐蚀。这种腐蚀不仅会削弱金属结构的强度和稳定性，增加设施维护成本，还可能引发安全事故，造成巨大的经济损失和环境风险。若海上风电场的输电电缆因腐蚀发生故障，可能导致整个风电场停电，影响能源供应的稳定性，维修和更换电缆也将耗费大量的人力、物力和财力。据研究表明，因杂散电流腐蚀导致的海上设施维修成本每年高达数十亿美元，且呈逐年上升趋势。

因此，深入研究柔性直流输电对海上设施腐蚀的影响，具有重要的理论和现实意义。从理论层面来看，有助于深化对杂散电流腐蚀机理的认识，丰富海洋腐蚀与防护领域的理论体系，为后续研究提供坚实的理论基础。通过研究杂散电流在海水中的分布规律以及与金属结构的相互作用机制，能够揭示腐蚀的本质，为制定有效的防护措施提供科学依据。从现实应用角度出发，能够为海上设施的腐蚀防护提供科学指导，提高防护措施的针对性和有效性，降低腐蚀风险，保障海上设施的安全稳定运行，延长设施使用寿命，减少维护成本，具有显著的经济效益和社会效益。对推动柔性直流输电技术在海上领域的广泛应用，促进海上能源开发和海洋经济的可持续发展具有重要的推动作用。

1.2国内外研究现状

在国外，柔性直流输电技术的研究起步较早，发展较为成熟，相关的工程应用案例也较多。英国的Hywind项目作为世界上第一个商业运营的海上风电柔性直流输电项目，自投运以来，为后续类似项目提供了宝贵的实践经验。研究人员对该项目运行过程中产生的杂散电流对海上设施腐蚀的影响进行了持续监测和深入分析，通过建立数学模型，模拟杂散电流在海水中的传播路径和分布规律，研究其对不同金属材料腐蚀速率的影响。结果表明，杂散电流会显著加速金属的腐蚀，且腐蚀速率与电流密度、海水温度、盐度等因素密切相关。

丹麦的Han?ytangen项目利用柔性直流输电技术将海上风电和潮汐能发电进行整合，通过海底电缆将电力输送至陆地电网。针对该项目，研究人员重点研究了柔性直流输电系统在不同工况下的运行特性，以及杂散电流对海底电缆和海上平台金属结构的腐蚀影响。采用电化学测试方法，对金属结构的腐蚀电位、腐蚀电流进行了实时监测，发现杂散电流会导致金属结构的局部腐蚀加剧，降低其使用寿命。通过优化接地系统和采取防腐措施，有效降低了杂散电流对海上设施的腐蚀风险。

近年来，国外学者在柔性直流输电对海上设施腐蚀影响的研究中，更加注重多因素耦合作用的研究。研究海水流速、溶解氧含量、微生物等因素与杂散电流共同作用下，对海上设施腐蚀机理和腐蚀行为的影响。有学者通过室内模拟实验，研究了不同海水流速下杂散电流对碳钢腐蚀的影响，发现海水流速的增加会加速杂散电流引起的腐蚀，因为流速的增加会促进氧气的传输和离子的扩散，从而加快电化学反应速率。

在国内，随着海上风电等新能源产业的快速发展，柔性直流输电技术的应用也越来越广泛。三峡江苏如东80万千瓦海上风电场作为亚洲首个海上风电柔性直流输电系统，自全容量并网投产以来，