Podle Předpisu pro návrh vodních konstrukcí s ochranou proti zamrznutí se beton F400 musí použít pro části konstrukcí, které jsou důležité, silně zmrzlé a obtížně opravitelné v oblastech s vysokým chladem (beton musí být schopen odolat 400 cyklům mrazu a rozmrazování). Podle této specifikace se beton F400 musí použít pro čelní a patní desku nad hladinou mrtvé vody horního líce nádrže přečerpávací elektrárny Huanggou, oblast kolísání hladiny vody na vstupu a výstupu horní nádrže, oblast kolísání hladiny vody na vstupu a výstupu spodní nádrže a další části. Předtím neexistoval precedent pro použití betonu F400 v domácím vodním energetickém průmyslu. Za účelem přípravy betonu F400 stavební tým provedl mnoho průzkumů u domácích výzkumných ústavů a výrobců přísad do betonu, pověřil odborné firmy provedením speciálního výzkumu, připravil beton F400 přidáním křemičitého úletu, provzdušňovacího činidla, vysoce účinného redukčního činidla a dalších materiálů a aplikoval jej na stavbu přečerpávací elektrárny Huanggou.
Kromě toho v oblastech s vysokým chladem, pokud má beton, který je v kontaktu s vodou, drobné praskliny, voda v zimě pronikne do trhlin. V důsledku nepřetržitého cyklu mrznutí a tání se beton postupně ničí. Betonová čelní deska hlavní hráze horní nádrže přečerpávací elektrárny hraje roli zadržování vody a prevence průsaku. Pokud je zde mnoho trhlin, bezpečnost přehrady se výrazně sníží. Stavební tým přečerpávací elektrárny Huanggou vyvinul druh betonu odolného proti praskání – přidává expanzní činidlo a polypropylenová vlákna při míchání betonu, aby se snížil výskyt trhlin v betonu a dále se zlepšila mrazuvzdornost betonu čelní desky.
Co když se na betonovém líci přehrady objeví praskliny? Stavební tým také na povrchu panelu vytvořil mrazuvzdornou vrstvu – jako ochranný nátěr použil ručně škrábanou polyureu. Ručně škrábaná polyurea dokáže přerušit kontakt mezi betonem a vodou, zpomalit rozvoj poškození betonu lícní desky mrazem a táním a také zabránit erozi betonu dalšími škodlivými složkami ve vodě. Má vodotěsné, proti stárnutí, odolnost proti mrazu a tání atd.
Lícní deska betonové násypné hráze se nelije najednou, ale staví se po sekcích. Výsledkem je konstrukční spoj mezi jednotlivými panelovými sekcemi. Běžnou protiprůsakovou úpravou je zakrytí konstrukčního spoje gumovou krycí deskou a její upevnění rozpínacími šrouby. V zimě v oblastech s extrémním chladem je oblast nádrže vystavena silnější vrstvě námrazy a odkrytá část rozpínací šrouby zmrzne spolu s vrstvou ledu, což způsobí poškození vytažením ledu. Přečerpávací elektrárna Huanggou inovativně využívá konstrukci typu stlačitelného povlaku, která řeší problém konstrukčních spojů poškozených vytažením ledu. 20. prosince 2021 bude uveden do provozu první blok přečerpávací elektrárny Huanggou pro výrobu energie. Zimní provoz prokázal, že tento typ konstrukce dokáže zabránit poškození konstrukčních spojů panelů způsobenému vytažením ledu nebo extruzí mrazu.
Aby byl projekt dokončen co nejdříve, stavební tým se snažil provést zimní stavbu. Přestože zimní stavba venku téměř není možná, podzemní elektrárna, tunel pro dopravu vody a další budovy přečerpávací elektrárny jsou hluboko v zemi a mají stavební podmínky. Jak ale lití betonu v zimě? Stavební tým musí nainstalovat izolační dveře do všech otvorů spojujících podzemní prostory s venkovním prostorem a uvnitř dveří instalovat horkovzdušné ventilátory o výkonu 35 kW. Systém míchání betonu je zcela uzavřen a topná zařízení jsou instalována uvnitř. Před mícháním je nutné systém míchání betonu propláchnout horkou vodou. Množství hrubého a jemného kameniva v zimě vypočítat podle množství betonové zeminy potřebné pro zimní lití a dopravit je do tunelu k uskladnění před zimou. Stavební tým také kamenivo před mícháním zahřeje a na všechny míchačky přepravující beton dává „bavlněné oděvy“, aby se zajistilo, že se během přepravy betonu udrží požadovaná teplota. Po počátečním ztuhnutí betonu je nutné betonový povrch pokrýt tepelně izolační dekou a v případě potřeby elektrickou dekou pro vytápění. Tímto způsobem stavební tým minimalizoval dopad chladného počasí na stavbu projektu.
Zajištění bezpečného provozu přečerpávacích elektráren v oblastech s extrémním chladem
Když přečerpávací elektrárna čerpá vodu nebo vyrábí elektřinu, hladina vody v horní a dolní nádrži se neustále mění. V chladné zimě, kdy má přečerpávací elektrárna každodenní provoz, se uprostřed nádrže vytvoří plovoucí ledová pokrývka a vně se vytvoří prstenec pásu drceného ledu. Ledová pokrývka nebude mít velký vliv na provoz přečerpávací elektrárny, ale pokud energetická soustava nepotřebuje delší provoz přečerpávací elektrárny, mohou horní a dolní nádrže zamrznout. V této době, i když je v nádrži přečerpávací elektrárny dostatek vody, vodní plocha nemůže proudit kvůli neschopnosti spojení s atmosférou a nucený provoz představuje bezpečnostní rizika pro vodovodní stavby a zařízení a zařízení jednotky.
Stavební tým provedl speciální studii o zimním provozním režimu přečerpávacích elektráren. Výzkum ukazuje, že dispečerský provoz je klíčem k zajištění bezpečného provozu přečerpávacích elektráren v zimě. V chladné zimě alespoň jedna jednotka vyrábí elektřinu nebo čerpá vodu déle než 8 hodin denně, což může zabránit vytvoření úplné ledové pokrývky nádrže. Pokud dispečerský provoz elektrické sítě nemůže splnit výše uvedené podmínky, je třeba přijmout opatření proti námraze a proti rozbití ledu.
V současné době existují tři hlavní opatření proti ledu a proti lámání ledu na nádržích a uzavíracích studních přečerpávacích elektráren: umělé lámání ledu, vhánění vysokotlakého plynu a lámání ledu proplachováním vodními čerpadly.
Náklady na metodu umělého lámání ledu jsou nízké, ale doba provozu personálu je dlouhá, riziko je vysoké a snadno dochází k nehodám. Metoda nafukování vysokotlakým plynem spočívá ve využití stlačeného vzduchu vháněného vzduchovým kompresorem do hluboké vody k vypuštění silného proudu teplé vody, který může roztavit vrstvu ledu a zabránit tvorbě nové vrstvy ledu. Přečerpávací elektrárna Huangkou používá metodu proplachování vodním čerpadlem a lámání ledu, což znamená, že ponorné čerpadlo se používá k čerpání hluboké vody a poté je voda vháněna tryskovým otvorem v tryskové trubce, čímž se vytváří nepřetržitý proud vody, aby se zabránilo zamrznutí místní vodní hladiny.
Dalším rizikem pro přečerpávací elektrárnu v zimním provozu je vniknutí plovoucího ledu do průtokového kanálu, který může poškodit hydraulické turbíny a další mechanická zařízení. Na začátku výstavby přečerpávací elektrárny Huanggou byly provedeny modelové zkoušky a kritická rychlost plovoucího ledu vstupujícího do kanálu byla vypočtena na 1,05 m/s. Aby se snížila rychlost proudění, přečerpávací elektrárna Huanggou navrhla vstupní a výstupní úsek dostatečně velký a úseky pro sledování rychlosti proudění a teploty umístila v různých výškách vstupu a výstupu. Po zimním monitorování personál elektrárny nezjistil, že by plovoucí led vstupoval do průtokového kanálu.
Přípravné období pro přečerpávací elektrárnu Huanggou začíná v lednu 2016. První blok bude uveden do provozu 20. prosince 2021 a poslední blok bude uveden do provozu 29. června 2022. Celková doba výstavby projektu je šest a půl roku. Ve srovnání s podobnými projekty přečerpávacích elektráren v Číně se doba výstavby přečerpávací elektrárny Huanggou nijak nezdála zpožděná, protože se nachází v oblastech s extrémním chladem. Po zkoušce mrazivé zimy fungují všechny hydraulické konstrukce, zařízení a objekty přečerpávací elektrárny Huanggou normálně. Zejména maximální únik za betonovou hrází horní nádrže je pouze 4,23 l/s a index úniku je na přední úrovni mezi zemně-skálními přehradami stejného rozsahu v Číně. Jednotka začíná s výjezdem, reaguje rychle a pracuje stabilně. Plní úkoly společnosti Northeast Power Grid, aby splnila špičku v létě, zimě a o důležitých svátcích, a zajišťuje bezpečný a stabilní provoz společnosti Northeast Power Grid.
Čas zveřejnění: 17. listopadu 2022
