TWI778111B - 離岸風機的支撐系統以及支撐系統的保護方法、以及用於保護支撐系統的陰極保護系統及陰極保護系統的用途 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種適於支撐離岸風機的支撐系統，包含適於支撐離岸風機的鋼支撐結構以及適於保護鋼支撐結構以防止鋼支撐結構腐蝕的陰極保護系統。陰極保護系統包含一或多個電鍍陽極連接於鋼支撐結構、以及電性連接一或多個電鍍陽極至鋼支撐結構的第一電連接部，藉此鋼支撐結構可被自一或多個電鍍陽極流往鋼支撐結構的電子所極化。第一電性連接部為一高適性的電性連接部，第一電性連接部可改變電子自一或多個電鍍陽極流往鋼支撐結構的速度，以改變鋼支撐結構的極性。

Description

離岸風機的支撐系統以及支撐系統的保護方法、以及用於 保護支撐系統的陰極保護系統及陰極保護系統的用途
本發明有關於一種離岸風機的支撐系統及保護離岸風機的支撐系統的方法、以及有關於一種陰極保護系統及陰極保護系統的用途。
離岸風機已被證實是一種有效的發電方式。然而如何提供一個安全的基座來支撐離岸風機卻是一個挑戰。此一課題無法輕易地達成的原因在於符合離岸風機需求的基座壽命一般來說要超過25年。
鋼支撐結構通常使用於支撐離岸風機。然而鋼支撐結構會以一些方式而劣化。關鍵之一便是腐蝕。海水相較淡水增加了腐蝕的速度。在海水中的鹽(電解質)增加了電解質的傳導率。
為了保護鋼支撐結構對抗腐蝕，通常會使用具有一或多個電鍍陽極的陰極保護系統。製成電鍍陽極的材料的電化學活性較鋼支撐結構高。當電鍍陽極連接到鋼支撐結構，即形成了一電路，此電路是以海水中的離子流以及金屬連接部內的電流運行。如此一來陽極將會自我犧牲，最後電鍍陽極會被消耗掉。所要保護的結構的是朝向陰性極化，因此成為一極化的結構。
根據規範及標準(例如，EN12495、DNV-RP-B401)，在一氧化環境中對鋼支撐結構的充分保護是當此結構對於電離子的勢能於一銀/氯化銀/海水的參考電極下低於-800微伏特。
通常，陽極以不均勻的方式分布於鋼支撐結構的表面，而這將造成相較於遠離陽極的陰性結構離子勢能，更多的陰性結構離子勢能接近於陽極。接近於鋁製電鍍陽極的離子勢能結構於一銀/氯化銀/海水的參考電極下大概是-1050微伏特。
為了持續的保護鋼支撐結構，當舊的電鍍陽極已部分或完全的消耗掉時，必須安裝新的電鍍陽極。然而，卻造成了離岸風機的運作複雜且昂貴。
因而，如何提供一種較低維護需求的陰極保護系統，仍是現今尚未解決的問題。
根據一第一方面，本發明是有關於一種適於支撐離岸風機的支撐系統，包含適於支撐離岸風機的鋼支撐結構以及適於保護鋼支撐結構以防止鋼支撐結構腐蝕的陰極保護系統。陰極保護系統包含一或多個連接於鋼支撐結構的電鍍陽極、以及電性連接一或多個電鍍陽極至鋼支撐結構的第一電連接部，藉此鋼支撐結構可被自一或多個電鍍陽極流往鋼支撐結構的電子所極化。第一電性連接部為高適性的電性連接部，第一電性連接部可改變電子自一或多個電鍍陽極流往鋼支撐結構的速度，以改變鋼支撐結構的極性。
承上，藉由具有高適性的電連接部，可將鋼支撐結構的極性量身定製到符合特定的需求，藉此可減少散逸到水中的陽極材料。這也可以增加一或多個電鍍陽極的壽命以及更降低陰極保護系統對於環境的衝擊。
鋼支撐結構可為用於離岸風機結構的單樁式(monopole)、例如套筒式(jacket)或三腳式(tripod)的空間桁架(space frame)、兼容式塔(compliant tower)、重力結構(gravity structure)或浮式結構(floating structure)。離岸風機結構可例如為張力腳平台(tension leg platform,TLP)、半浮式平台(Semi-Submersible)、柱狀浮筒(spar platform)或三樁式(tri-pile)。陰極保護系統可包含複數個配置在圍繞鋼支撐結構的陽極殼體中的電鍍陽極。電鍍陽極可為利用不同金屬所製成的合金。電鍍陽極可由鋁(aluminium)及/或鋅(zinc)為基礎。
於一些實施例中，陰極保護系統更包含一操作地連接於第一電性連接部的控制單元。控制單元適於控制第一電性連接部，以改變鋼支撐結構的極性。
承上，第一電性連接部可由一簡單的方式控制。
控制單元可適於因應所接獲到來自一或多個感測器的感測訊號或因應所接獲來自外部來源的控制訊號來控制第一電性連接部。陰極保護系統可更適於透過第一電性連接部週期性地量測電流，例如控制單元可適於透過第一電性連接部週期性地量測電流。控制單元可適於藉由分析週期性的電流量測，而估計出電鍍陽極流失到海中的金屬量，例如控制單元可估計已移動經過第一電性連接部的總電量，估計的方式可例如為數值整合週期性的電流量測。已移動經過第一電性連接部的總電量與電鍍陽極的流失到海中的金屬量之間具有一線性關係。
於一些實施例中，第一電性連接部藉由包含至少一個具有多狀態的電性構件而為高適性。
至少一具有多狀態的電性構件可選自下列電性構件：可變電阻及電動開關。第一電性連接部可包含例如為線性電壓調節器(linear voltage regulator)或交換式電壓調節器(switched voltage regulator)的電壓調節器。
於一些實施例中，陰極保護系統更包含設置於連接至鋼支撐結構的第一位置的第一參考電極，其中控制單元更操作地連接於第一參考電極，以因應第一參考電極所量測得的電化學勢而控制第一電性連接部。
承上，鋼支撐結構的極化可有效的被控制，使得陰極保護系統可考量到鋼支撐結構的改變量(例如鋼支撐結構塗層的劣化)。
控制單元可適於控制第一電性連接部，使鋼支撐結構的保護勢能低於預定門檻值。
第一參考電極可為銀/氯化銀/海水(Ag/AgCl/seawater)的參考電極。控制單元可適於依第一參考電極的空間位置以及第一參考電極所量測得的電化學勢控制第一電性連接部，例如當第一參考電極位於接近一或多個電鍍陽極時，預設的門檻值可低於當第一參考電極位於較遠離一或多個電鍍陽極時，以將鋼支撐結構極化的空間因素變異量納入考量，如圖2及3所解釋。預設的門檻值可基於鋼支撐結構的狀態及/或其他參考電極所量測得的電化學勢週期性的更新。例如在一校準過程中，另一參考電極可沿鋼支撐結構向下移動，以決定用於具體說明鋼支撐結構的電化學極化的空間分佈的函數，如圖2或3所示。其中預設門檻值是基於決定的函數所決定，因此鋼支撐結構的每一部分可有效的被極化。第一參考電極適於量測鋼支撐結構與第一參考電極間的電化學勢。第一參考電極可永久地附著於鋼支撐結構。較佳地，第一參考電極是直接附著於鋼支撐結構以避免錯誤源，例如來自水的電阻或鋼支撐結構上的結垢及/或海洋生物的影響。
於一些實施例中，陰極保護系統更包含一設置於連接至鋼支撐結構的第二位置的第二參考電極。控制單元更操作地連接於第二參考電極，以因應第一參考電極及第二參考電極所量測得的電化學勢而控制第一電性連接部。
承上，鋼支撐結構的極化的空間變異因素可被計入。可使控制單元將空間變異因素納入計算並更精確地最佳化第一電性連接部。
陰極保護系統可包含兩個以上的參考電極，例如至少3、4或5個參考電極。於一些實施例中，至少一參考電極配置於水中以及至少一參考電極配置於海底下方。於一些實施例中，至少一參考電極配置於鋼支撐結構的中空內部。第一參考電極可配置於第一深度，而第二參考電極可配置於相異於第一深度的第二深度。控制單元可適於控制第一電性連接部，使得第一參考電極量測得的電化學勢低於第一參考電極的門檻值，及/或使得第二參考電極量測得的電化學勢低於第二參考電極的門檻值。較佳地，第一參考電極的門檻值與第二參考電及的門檻值可不相同。第一參考電極的門檻值的選擇可取決於第一參考電極的空間位置。第一參考電極的門檻值可取決於其他參考電極，例如第二參考電極，所執行的量測。第二參考電極的門檻值的選擇可取決於第二參考電極的空間位置。第二參考電極的門檻值可取決於其他參考電極，例如第一參考電極，所執行的量測。
第二參考電極的門檻值可取決於與第一參考電極間量測得的電化學勢與第二參考電極間量測得的電化學勢的差值。例如，如果第二參考電極配置在相較第一參考電極較遠離一或多個電鍍陽極的位置，兩個電化學勢間的顯著差異可如圖3所示電化學極化的空間分布。然而若電化學勢差異很小，則如圖2所示電化學極化的空間分布。因而，相較於兩電化學勢差異很小時，在兩電化學勢差異很大的情況下可降低第二門檻值，以確定鋼支撐結構最遠離一或多個電鍍陽極的部分也有效地被極化，藉此鋼支撐結構可被保護而避免腐蝕。
第一參考電極適於量測鋼支撐結構與第一參考電極間的電化學勢。第二參考電極適於量測鋼支撐結構與第二參考電極間的電化學勢。第一及 第二參考電極可永久地附著於鋼支撐結構。較佳地，第一參考電極是直接附著於鋼支撐結構以避免錯誤源，例如來自水的電阻或鋼支撐結構上的結垢。
於一些實施例中，控制單元是基於第一參考電極及第二參考電極所量測得的電化學勢估計出一第一函數，並基於第一函數控制第一電性連接部。
第一函數可具體說明出鋼支撐結構的電化學極化的空間分布。電化學極化的空間分布可假設為僅相關相對於陽極位置的水深，也就是說具有單一變數(相對於陽極位置的水深)的函數可具體說明電化學勢。控制單元可讀取用於具體說明典型電化學極化的空間分布的第一資料，其中控制單元是藉由第一資料(除了第一參考電極與第二參考電極所量測得的電化學勢之外)來估計出第一函數。
於一些實施例中，控制單元適於控制第一電性連接部，因此第一函數是低於預設的門檻值。
預設的門檻值可藉由例如重量試片(gravimetric coupons)或電阻試片(electrical resistance coupons)的腐蝕試片(corrosion coupons)而獲得。當腐蝕相對極化減緩時，腐蝕試片可提供資訊。
於一些實施例中，控制單元更可獲得關於電化學極化空間分配的輔助資料，其中控制單元適於因應輔助資料、以及第一參考電極及/或第二參考電極所量測得的電化學勢而控制第一電性連接部。
輔助資料可指示出鋼支撐結構上塗層的狀態。
於一些實施例中，陰極保護系統更包含操作地連接於控制單元的通訊單元。
通訊單元可適於自外部來源，例如位於風機或船上的操作者，接收控制訊號。控制單元可適於因應通訊單元接收到的控制訊號來控制第一電性連接部。通訊單元可為一無線或有線的通訊單元。通訊單元可直接與操作者通訊，或經由另一配置連接於支撐系統的通訊單元與操作者通訊。通訊單元可適於傳送資料給遠端的接收者。傳送的資料可包含陰極保護系統的一或多個參考電極的量測數據所給出的資料。
於一些實施例中，若已確認出錯誤或潛在的錯誤，控制單元適於控制通訊單元來傳送訊息給遠端的接收者。
錯誤的範例可有：參考電極失效、第一電性連接部失效、一或多個電鍍陽極部分或完全的消耗。
於一些實施例中，鋼支撐結構具有圍繞一中空的內部空間的一或多個面牆體。一或多個面牆體具有第一開口，一或多個電鍍陽極被設置於鋼支撐結構的外部，且其中第一電性連接部包含第一電纜，第一電纜的第一端連接於一或多個電鍍陽極並透過第一開口延伸進入中空的內部空間中，其中第一電纜電性絕緣於鋼支撐結構的第一開口，第一電纜並電性連接於第一電性連接部配置於中空的內部空間內的另一部分。
如此一來，陰極保護系統的活動部件諸如開關、可變電阻及控制單元可配置於鋼支撐結構內部而得到更佳的保護。由於更多系統的元件可預先安裝然後再將支撐結構投入海底，使得安裝可調整的陰極保護系統也更加容易。陰極保護系統配置於鋼支撐結構內的部件可配置為與一或多個配置於鋼支撐結構外的電鍍陽極相同的深度。可選擇地，陰極保護系統配置於鋼支撐結構內的部件可配置在水面以上。
根據一第二方面，本發明有關於一種陰極保護系統以保護離岸風機的鋼支撐結構對抗腐蝕，陰極保護系統包含：一或多個連接於鋼支撐結構的電鍍陽極、以及電性連接一或多個電鍍陽極至鋼支撐結構的第一電連接部，藉此鋼支撐結構可被自一或多個電鍍陽極流往鋼支撐結構的電子所極化，其中第一電性連接部為高適性的電性連接部，第一電性連接部可改變電子自一或多個電鍍陽極流往鋼支撐結構的速度，以改變鋼支撐結構的極性。
於一些實施例中，陰極保護系統更包含操作地連接於第一電性連接部的控制單元。控制單元適於控制第一電性連接部，以改變鋼支撐結構的極性。
於一些實施例中，第一電性連接部藉由包含至少一個具有多狀態的電性構件而為高適性。
於一些實施例中，陰極保護系統更包含設置於連接至鋼支撐結構的第一位置的第一參考電極，其中控制單元更操作地連接於第一參考電極，以因應第一參考電極所量測得的電化學勢而控制第一電性連接部。
於一些實施例中，陰極保護系統更包含設置於連接至鋼支撐結構的第二位置的第二參考電極，其中控制單元更操作地連接於第二參考電極，以因應第一參考電極及第二參考電極所量測得的電化學勢而控制第一電性連接部。
於一些實施例中，控制單元是基於第一參考電極及第二參考電極所量測得的電化學勢估計出一第一函數，並基於第一函數控制第一電性連接部。
第一函數可具體說明出鋼支撐結構的電化學極化的空間分布。電化學極化的空間分布可假設為僅相關相對於陽極位置的水深，也就是說具有單 一變數(相對於陽極位置的水深)的函數可具體說明電化學勢。控制單元可讀用於具體說明典型電化學極化的空間分布的第一資料，其中控制單元是藉由第一資料(除了第一參考電極與第二參考電極所量測得的電化學勢之外)來估計出第一函數。
於一些實施例中，控制單元適於控制第一電性連接部，因此第一函數是低於預設的門檻值。
預設的門檻值可藉由腐蝕試片(corrosion coupons)而獲得。當腐蝕相對極化減緩時，腐蝕試片可提供資訊。
於一些實施例中，控制單元更可獲得關於電化學極化空間分配的輔助資料，其中控制單元適於因應輔助資料、以及第一參考電極及/或第二參考電極所量測得的電化學勢而控制第一電性連接部。
輔助資料可指示出鋼支撐結構上塗層的狀態。
於一些實施例中，陰極保護系統更包含操作地連接於控制單元的通訊單元。
通訊單元可適於自外部來源，例如位於風機或船上的操作者，接收控制訊號。控制單元可適於因應通訊單元接收到的控制訊號來控制第一電性連接部。通訊單元可為一無線或有線的通訊單元。通訊單元可直接與操作者通訊，或經由另一配置連接於支撐系統的通訊單元與操作者通訊。通訊單元可適於傳送資料給遠端的接收者。傳送的資料可包含陰極保護系統的一或多個參考電極的量測數據所給出的資料。
於一些實施例中，若已確認出錯誤或潛在的錯誤，控制單元適於控制通訊單元來傳送訊息給遠端的接收者。
錯誤的範例可有：參考電極失效、第一電性連接部失效、一或多個電鍍陽極部分或完全的消耗。
於一些實施例中，第一電性連接部包含第一電纜，第一電纜的第一端連接於一或多個電鍍陽極並透過第一開口延伸進入中空的內部空間中，其中第一電纜電性絕緣於鋼支撐結構的第一開口，第一電纜並電性連接於第一電性連接部配置於中空的內部空間內的另一部分。
根據一第三方面，本發明有關於第二方面所揭露相關的陰極保護系統的用途，以保護離岸風機的鋼支撐結構對抗腐蝕。
根據一第四方面，本發明有關於一種保護離岸風機的鋼支撐結構對抗腐蝕的方法，鋼支撐結構適於支持離岸風機，此方法包含以下步驟：獲得陰極保護系統，陰極保護系統揭露於與第二方面相關及/或圖4；設置陰極保護系統，並使陰極保護系統連接於鋼支撐結構；使用陰極保護系統的第一電性連接部電性連接陰極保護系統的一或多個電鍍陽極至鋼支撐結構；量測鋼支撐結構與一或多個參考電極間的一或多個電化學勢；根據量測得的一或多個電化學勢來調整陰極保護系統的第一電性連接部。
於一些實施例中，較佳地彼此靠近排列的複數個鋼支撐結構(例如一離岸風機場的複數個鋼支撐結構)是安裝有揭露於與第二方面相關及/或圖4的陰極保護系統，其中方法更包含以下步驟：在第一鋼支撐結構與一或多個參考電壓間量測一或多個電化學勢；使用量測得的一或多個電化學勢來調整契合於第一鋼支撐結構的陰極保護系統的第一電性連接部；利用相同量測得的一或多個電化學勢來調整契合於第二鋼支撐結構的陰極保護裝置的第一電性連接部。
承上，藉由使用實施在第一鋼支撐結構的量測來控制第二鋼支撐結構(以及潛在另外的鋼支撐結構，例如至少3、5、10個另外的鋼支撐結構)的陰極保護系統，可在一簡單有效的方式下提供有效的陰極保護給整個離岸風機場。
根據一第五方面，本發明有關於一種陰極保護系統以保護離岸風機的鋼支撐結構對抗腐蝕，陰極保護系統包含連接於鋼支撐結構的一或多個電鍍陽極、以及用於電性連接一或多個電鍍陽極至鋼支撐結構的第一電連接部電性，藉此鋼支撐結構可被自一或多個電鍍陽極流往鋼支撐結構的電子所極化。其中陰極保護系統更包含控制單元，適於週期性地量測流經第一電性連接部的電流，控制單元並利用電流的量測來估計一或多個電鍍陽極流失到海洋中的金屬量。
於一些實施例中，控制單元更適於預估一或多個電鍍陽極剩餘的金屬量。
根據一第六方面，本發明有關於一種保護離岸風機的鋼支撐結構對抗腐蝕的方法，鋼支撐結構適於支持離岸風機，方法包含以下步驟： 獲得陰極保護系統，陰極保護系統可如本發明第五方面所揭露的陰極保護系統；設置陰極保護系統以連接陰極保護系統至鋼支撐結構；藉由陰極保護系統的第一電性連接部，電性連接陰極保護系統的一或多個電鍍陽極至鋼支撐結構；量測鋼支撐結構及一或多個參考電極間的一或多個電化學勢；以及藉由量測得的一或多個電化學勢來調整陰極保護系統的第一電性連接部。
本發明的不同方面可由前述及稍後描述的不同方法加以實現。每一方面產生一或多個與前述方面結合的效益和優點，每一方面具有一或多個較佳實施例對應前述結合於至少其中前述一方面的較佳實施例，及/或從屬權利要求項中所揭露的較佳實施例。此外，應當理解的是，結合於其中一種前述方面下進行描述的實施例也可同樣地應用於其他方面。
100:支撐系統
101-105、400:陰極保護系統
101、401:電鍍陽極
102、402:第一電性連接部
102’:第一電纜
103、403:第一參考電極
104、404:第二參考電極
105、405:陽極殼體
107、407:控制單元
110:外部的水
114:第三參考電極
115:第四參考電極
116:第五參考電極
120:內部空間
121:牆體
160:海底
170:水
171:導引裝置
180:鋼支撐結構
181:風機
182:塔
183:艙體
184:轉子輪轂
185:轉動葉片
187:發電機
188:轉軸
189:轉接件
190:電纜
201、206、301:曲線
202、203、302、303:座標軸
204、205、304、305:線
301:電化學勢曲線圖
408:通訊單元
501~505:步驟
本發明前述及/或另外的目的、特徵以及優點將會藉由以下的說明以及非限制的發明詳細描述，參照所附圖式做進一步的闡述，其中：圖1顯示根據本發明的一實施例的配置在支撐系統100上的離岸風機的示意圖。
圖2顯示鋼支撐結構的電化學極化以深度函數呈現的一曲線圖的範例。
圖3顯示鋼支撐結構的電化學極化以深度函數呈現的一曲線圖的範例。
圖4顯示根據本發明的一實施例的陰極保護系統的一示意圖，其中陰極保護系統用於保護鋼支撐結構對抗腐蝕，而鋼支撐結構用於支撐離岸風機。
圖5顯示根據本發明的一實施例的保護鋼支撐結構對抗腐蝕的方法的一流程圖。
以下敘述的參考是在搭配圖式下完成，以顯示本發明如何藉由說明的方法加以實施。
圖1顯示根據本發明的一實施例的離岸風機181配置在支撐系統100的示意圖。圖1顯示一中間的橫截面。支撐系統100包含鋼支撐結構180以及適於保護鋼支撐結構180免於腐蝕的陰極保護系統101-105。離岸風機181是一水平軸風機。離岸風機181包含塔182、艙體183以及連接到三個轉動葉片185的轉子輪轂184。轉動葉片/轉子輪轂組件是連接到驅動發電機187的轉軸188。發電機187產生的電力透過電纜190供應到電網。鋼支撐結構180是部分地被水170所淹沒且部分地嵌入海底160中。鋼支撐結構180包含轉接件189。鋼支撐結構180具有圓形的牆體121圍繞著一中空的內部空間120。電纜190可藉由使用導引裝置171例如為j形管，自外部的水110進入鋼支撐結構180的中空的內部空間120。在本實施例中，鋼支撐結構180是單樁結構。陰極保護系統101-105包含配置連接至鋼支撐結構180的複數電鍍陽極101、以及電性連接複數電鍍楊極101至鋼支撐結構180的第一電性連接部102，藉此鋼支撐結構180可被自複數電鍍陽極101流往鋼支撐結構180的電子所極化。複數電鍍陽極101配置在電性絕緣於鋼支撐結構180的陽極殼體105中。第一電性連接部102是高適性的電性連接部，第一電性連接部102可改變電子自複數電鍍陽極101流往鋼支撐結構180的速度，以改變鋼支撐結構180的極性。第一電性連接部102包含連接複數電鍍陽極101到鋼支撐結構180的可變電阻而可具有高適性。
陰極保護系統101-105更包含控制單元107操作地連接到第一電性連接部102，控制單元107並適於控制第一電性連接部102以改變鋼支撐結構180的極性。如一範例，控制單元107可配置為控制第一電性連接部102的可變電阻的電阻值，藉此可改變鋼支撐結構180的極性。例如，藉由增加可變電阻的電阻值，可降低極性，而藉由降低可變電阻的電阻值則可增加極性。
或/另外地，控制單元107可配置為控制電性連接複數電鍍陽極101到鋼支撐結構180的電性開關。例如，控制單元107可配置為將電性開關控制為週期性地在開啟狀態及關閉狀態之間做轉換，其中控制單元107可配置為 將電性開關在較大比例時間控制在關閉狀態以增加極性而在較小比例時間控制在關閉狀態以減少極性。電性開關可為交換式電壓調節器(switched voltage regulator)的一部分。
陰極保護系統101-105更包含第一參考電極103在第一位置配置連接於鋼支撐結構180、以及第二參考電極104在第二位置配置連接於鋼支撐結構180，其中控制單元107更操作地連接到第一參考電極103及第二參考電極104。控制單元107適於因應第一參考電極103及第二參考電極104所量測得的電化學勢來控制第一電性連接部102。如此一來，可更有效且精準地控制鋼支撐結構180的極性。這也使得陰極保護系統101-105可取得鋼支撐結構180的變化量，例如，鋼支撐結構180塗層的劣化情形。於此實施例中，陰極保護系統101-105更包含第三參考電極114配置在海底160下方且操作地連接到控制單元107、第四參考電極115配置在鋼支撐結構180內的海底160下方且操作地連接到控制單元107、以及第五參考電極116配置在鋼支撐結構180內且操作地連接到控制單元107。
於此實施例中，鋼支撐結構180的牆體121具有第一開口。第一電性連接部102包含第一電纜102’。第一電纜102’經由第一電纜102’的第一端電性連接至複數電鍍陽極101並經由第一開口延伸進入中空的內部空間102。其中第一電纜102’是電性絕緣於鋼支撐結構180的第一開口且電性連接到配置在中空的內部空間102中的第一電性連接部102的另一部分。因此，陰極保護系統101-105的活動部件諸如開關、可變電阻及控制單元可配置於鋼支撐結構內，藉此得到更佳的保護以及更容易被觸及。圖中的虛線格子117顯示第一電性接部102的活動部件的可替代位置。即第一電性接部102的活動部件可大致位於跟電鍍楊極101相同深度的位置，藉此系統可用較少的電纜安裝在鋼支撐結構180中。
控制單元107可適於基於第一參考電極103及第二參考電極104所量測得的電化學勢來估計第一函數。控制單元107並可適於基於第一函數而控制第一電性連接部102。
第一函數可具體說明鋼支撐結構180的電化學極化(electrochemical polarization)的空間分布。電化學極化的空間分布可假設為僅取決於深度，即具有單一變數(深度)的函數可具體說明電化學極化的情形。
圖2顯示鋼支撐結構的電化學極化以深度函數呈現的一曲線201的範例。座標軸202定義電化學勢而座標軸203定義深度。極化的量測可相對於參考電極，例如銀/氯化銀/海水參考電極。通常到陰極保護系統的距離增加時(意即電化學勢變得較不陰性)，則極化下降。線205顯示一特定電鍍陽極所能達到的最大電化學勢，而線204顯示根據規範及標準，要保護鋼支稱結構所需的電化學勢。例如，若電鍍陽極由鋁製成，線205可對應的電化學勢為-1050mV，而線204可對應的電化學勢為-800mV。曲線206顯示在採用根據本發明一實施例的陰極保護系統的第一連接部來降低電化學勢後，以深度函數呈現的鋼支撐結構的電化學勢的範例。第一電性連接部可受控制單元的控制以適於確定此函數低於線204所給定的門檻值，例如一深度範圍下低於-800mV。
圖3顯示以深度函數呈現的鋼支撐結構的電化學勢的曲線301的例子。座標軸302定義電化學勢而座標軸303定義深度。線305顯示一特定電鍍陽極所能達到的最大電化學勢，而線304顯示根據規範及標準，要保護鋼支稱結構所需的電化學勢。在此範例中，由於鋼支撐結構不具塗層，因此曲線圖發生變化。從而，在本發明的實施例中，用於定義塗層狀態的輔助資料可用來控制第一電性連接部。
控制單元可存取用於具體說明電化學勢的空間分布的第一資料，其中控制單元利用第一資料估計第一函數。
圖4顯示根據本發明的一實施例用於保護離岸風機的鋼支撐結構對抗腐蝕的陰極保護系統400的一示意圖。陰極保護系統400包含：配置連接於鋼支撐結構的一或多個電鍍陽極401、以及適於電性連接一或多個電鍍陽極401至鋼支撐結構的第一電性連接部402。藉由自一或多個電鍍陽極401流到鋼支撐結構的電流，鋼支撐結構可被極化。第一電性連接部402是一高適性的電性連接部，可改變電流從一或多個電鍍陽極401流到鋼支撐結構的速度而改變 鋼支撐結構的極性。於此實施例中，電鍍陽極401是配置於的陽極殼體405內，而陽極殼體405是電性連接到第一電性連接部402。陰極保護系統400可更包含控制單元407。控制單元407操作地連接到第一電性連接部402並適於控制第一電性連接部402，以改變鋼支撐結構的極性。陰極保護系統400可更包含第一參考電極403以及第二參考電極404，兩參考電極是分別於第一位置以及第二位置配置連接於鋼支撐結構，於此控制單元407分別於第一位置以及第二位置更操作地連接第一參考電極403以及第二參考電極404。控制單元407適於因應第一參考電極403以及第二參考電極404所量測得的電化學勢來控制第一電性連接部402。陰極保護系統400可更包含操作地連接到控制單元407的通訊單元408。在已確認出陰極保護系統400的錯誤或潛在的錯誤時，控制單元407可適於控制通訊單元408傳輸訊息給遠端接收者。通訊單元408可適於自外部來源，例如位於風機或船上的操作者，接收控制訊號。控制單元407可適於因應通訊單元408所接收到的控制訊號來控制第一電性連接部402。通訊單元408可為無線或有線通訊單元。通訊單元408可適於傳輸資料給遠端接收者。傳送的資料可包含陰極保護系統400的一或多個參考電極的量測數據所給出的資料。
圖5顯示根據本發明的一實施例用於保護鋼支撐結構對抗腐蝕的方法500的一流程圖。於第一步驟501中，獲得陰極保護系統，例如揭露於圖4的陰極保護系統。於次一步驟502中，設置陰極保護系統，並使陰極保護系統連接於鋼支撐結構。再於步驟503中，使用陰極保護系統的第一電性連接部電性連接陰極保護系統的一或多個電鍍陽極至鋼支撐結構。接下來於步驟504中，量測鋼支撐結構及一或多個參考電極間的一或多個電化學勢。最後於步驟505中，根據量測得的一或多個電化學勢去調整陰極保護系統的第一電性連接部。例如，若鋼支撐結構的極化已足夠保護鋼支撐結構對抗腐蝕，可對不必要的陽極材料排放入水中做限制。
雖然本發明已對一些實施例進行敘述並顯示其細節，本發明並不僅限於此，而是可在接下來的申請專利範圍定義的範圍下以其他方式實施。 尤其，應當理解的是其他可能未列出的實施例，以及結構與功能的修改可在不背離本發明的範圍下完成。
在裝置請求項中所列舉的一些手段，其中一些可藉由一及相同項目的硬體加以實施。事實上，在相互不同的附屬項或不同實施例中陳述的一些手段並非表示彼此的組合不具有優點。
需強調的是當用語「包含」使用在說明書中用來指定陳述的特徵、數值、步驟或構成物的存在時並非排除一或多個其他的特徵、數值、步驟、構成物或以上所述群組的存在或例外。
100:支撐系統
101:電鍍陽極
102:第一電性連接部
102’:第一電纜
103:第一參考電極
104:第二參考電極
105:陽極殼體
107:控制單元
110:外部的水
114:第三參考電極
115:第四參考電極
116:第五參考電極
117:虛線格子
120:內部空間
121:牆體
160:海底
170:水
171:導引裝置
180:鋼支撐結構
181:風機
182:塔
183:艙體
184:轉子輪轂
185:轉動葉片
187:發電機
188:轉軸
189:轉接件
190:電纜

Claims (15)

  1. 一種適於支撐離岸風機的支撐系統，包含一適於支撐該離岸風機的鋼支撐結構以及一適於保護該鋼支撐結構以防止該鋼支撐結構腐蝕的陰極保護系統，該陰極保護系統包含一或多個連接於該鋼支撐結構的電鍍陽極、以及電性連接該一或多個電鍍陽極至該鋼支撐結構的一第一電連接部，藉此該鋼支撐結構可被自該一或多個電鍍陽極流往該鋼支撐結構的電子所極化，其中該第一電性連接部為一高適性的電性連接部，該第一電性連接部可改變電子自該一或多個電鍍陽極流往該鋼支撐結構的速度，以改變該鋼支撐結構的極性。
  2. 如請求項1所述適於支撐離岸風機的支撐系統，其中該陰極保護系統更包含一操作地連接於該第一電性連接部的控制單元，該控制單元適於控制該第一電性連接部，以改變該鋼支撐結構的極性。
  3. 如請求項1或2所述適於支撐離岸風機的支撐系統，其中該第一電性連接部包含至少一個具有多狀態的電性構件而具有高適性。
  4. 如請求項2所述適於支撐離岸風機的支撐系統，其中該陰極保護系統更包含一設置於連接至該鋼支撐結構的一第一位置的第一參考電極，其中該控制單元更操作地連接於該第一參考電極，以因應該第一參考電極所量測得的電化學勢而控制該第一電性連接部。
  5. 如請求項4所述適於支撐離岸風機的支撐系統，其中該陰極保護系統更包含一設置於連接至該鋼支撐結構的一第二位置的第二參考電極，其中該控制單元更操作地連接於該第二參考電極，以因應該第一參考電極及該第二參考電極所量測得的電化學勢而控制該第一電性連接部。
  6. 如請求項5所述適於支撐離岸風機的支撐系統，其中該控制單元是基於該第一參考電極及該第二參考電極所量測得的電化學勢估計出一第一函數，並基於該第一函數控制該第一電性連接部。
  7. 如請求項5所述適於支撐離岸風機的支撐系統，其中該控制單元更可獲得關於電化學極化空間分配的輔助資料，其中該控制單元適於因應該輔助資料、以及該第一參考電極及/或該第二參考電極所量測得的電化學勢而控制該第一電性連接部。
  8. 如請求項2所述適於支撐離岸風機的支撐系統，其中該陰極保護系統更包含一操作地連接於該控制單元的通訊單元。
  9. 如請求項1所述適於支撐離岸風機的支撐系統，其中該鋼支撐結構具有圍繞成一中空的內部空間的一或多個面牆體，該一或多個面牆體具有一第一開口，該一或多電鍍陽極被設置於該鋼支撐結構的外部，且其中該第一電性連接部包含一第一電纜，該第一電纜的一第一端連接於該一或多個電鍍陽極並透過該第一開口延伸進入該中空的內部空間中，其中該第一電纜電性絕緣於該鋼支撐結構的該第一開口，該第一電纜並電性連接於該第一電性連接部配置於該中空的內部空間內的另一部分。
  10. 一種陰極保護系統，適於保護支撐一離岸風機的一鋼支撐結構，以協助該鋼支撐結構對抗腐蝕，該陰極保護系統包含一或多個連接於該鋼支撐結構的電鍍陽極、以及電性連接該一或多個電鍍陽極至該鋼支撐結構的一第一電連接部，藉此該鋼支撐結構可被自該一或多個電鍍陽極流往該鋼支撐結構的電子所極化，其中該第一電性連接部為一高適性的電性連接部，該第一電性連接部可改變電子自該一或多個電鍍陽極流往該鋼支撐結構的速度，以改變該鋼 支撐結構的極性。
  11. 如請求項10所述的陰極保護系統，更包含一操作地連接於該第一電性連接部的控制單元，該控制單元並適於控制該第一電性連接部，以改變該鋼支撐結構的極性。
  12. 如請求項11所述的陰極保護系統，更包含一設置於連接至該鋼支撐結構的一第一位置的第一參考電極，其中該控制單元更操作地連接於該第一參考電極，以因應該第一參考電極所量測得的電化學勢而控制該第一電性連接部。
  13. 如請求項12所述的陰極保護系統，更包含一設置於連接至該鋼支撐結構的一第二位置的第二參考電極，其中該控制單元更操作地連接於該第二參考電極，以因應該第一參考電極及該第二參考電極所量測得的電化學勢而控制該第一電性連接部。
  14. 如請求項10所述的陰極保護系統，其中該第一電性連接部包含一第一電纜，該第一電纜的一第一端連接於該一或多個電鍍陽極並透過該第一開口延伸進入該中空的內部空間中，其中該第一電纜電性絕緣於該鋼支撐結構的該第一開口，該第一電纜並電性連接於該第一電性連接部配置於該中空的內部空間內的另一部分。
  15. 一種適於保護鋼支撐結構對抗腐蝕的方法，該鋼支撐結構適於支撐一離岸風機，該方法包含以下步驟：獲得一如請求項10-14任一項所述的陰極保護系統；設置該陰極保護系統以連接該陰極保護系統至該鋼支撐結構；藉由該陰極保護系統的該第一電性連接部，電性連接該陰極保護系統的一或 多個電鍍陽極至該鋼支撐結構；量測該鋼支撐結構及該一或多個參考電極間的一或多個電化學勢；以及藉由量測得的該一或多個電化學勢來調整該陰極保護系統的該第一電性連接部。
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