De acuerdo con el Código para el Diseño Anticongelante de Estructuras Hidráulicas, el hormigón F400 se utilizará para las partes de las estructuras importantes, severamente congeladas y difíciles de reparar en zonas de frío extremo (el hormigón deberá ser capaz de soportar 400 ciclos de congelación-descongelación). Según esta especificación, el hormigón F400 se utilizará para la losa de frente y la losa de pie sobre el nivel de agua muerta de la presa de enrocado del frente del embalse superior de la Central Hidroeléctrica de Almacenamiento por Bombeo de Huanggou, el área de fluctuación del nivel del agua de la entrada y salida del embalse superior, el área de fluctuación del nivel del agua de la entrada y salida del embalse inferior, y otras partes. Anteriormente, no existían precedentes de la aplicación de hormigón F400 en la industria hidroeléctrica nacional. Para preparar el hormigón F400, el equipo de construcción investigó institutos de investigación nacionales y fabricantes de aditivos para hormigón de muchas maneras, confió a empresas profesionales para realizar una investigación especial, preparó el hormigón F400 agregando humo de sílice, agente incorporador de aire, agente reductor de agua de alta eficiencia y otros materiales, y lo aplicó a la construcción de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Huanggou.
Además, en zonas de frío extremo, si el hormigón en contacto con el agua presenta pequeñas grietas, el agua penetrará en ellas durante el invierno. Con el ciclo continuo de congelación y descongelación, el hormigón se deteriorará gradualmente. La losa de hormigón de la presa principal del embalse superior de la central de bombeo cumple la función de retención de agua y prevención de filtraciones. Si existen muchas grietas, la seguridad de la presa se verá seriamente comprometida. El equipo de construcción de la central de bombeo de Huanggou ha desarrollado un hormigón resistente a las grietas, añadiendo agente de expansión y fibra de polipropileno al mezclar el hormigón para reducir la aparición de grietas y mejorar aún más la resistencia a las heladas del hormigón de la losa de hormigón.
¿Qué ocurre si hay grietas en la cara de hormigón de la presa? El equipo de construcción también ha instalado una línea de resistencia al hielo en la superficie del panel, utilizando poliurea raspada a mano como revestimiento protector. Esta capa puede cortar el contacto entre el hormigón y el agua, ralentizar la formación de incrustaciones por congelación-descongelación en el hormigón de la losa de fachada y evitar que otros componentes nocivos del agua erosionen el hormigón. Ofrece propiedades impermeables, antienvejecimiento y de resistencia a la congelación-descongelación, entre otras.
La losa frontal de una presa de enrocamiento de hormigón no se construye de una sola vez, sino por secciones. Esto crea una junta estructural entre cada sección del panel. El tratamiento antifiltración habitual consiste en cubrir la junta estructural con una placa de goma y fijarla con pernos de expansión. En invierno, en zonas de frío extremo, la zona del embalse se ve expuesta a una mayor capa de hielo, y la parte expuesta del perno de expansión se congela junto con la capa de hielo, causando daños por desprendimiento de hielo. La central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Huanggou adopta de forma innovadora una estructura de revestimiento compresible que soluciona el problema de las juntas estructurales dañadas por desprendimiento de hielo. El 20 de diciembre de 2021, se puso en funcionamiento la primera unidad de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Huanggou para la generación de energía. Una operación invernal ha demostrado que este tipo de estructura puede prevenir el daño de las juntas estructurales de los paneles causado por el desprendimiento de hielo o la extrusión por expansión por heladas.
Para completar la construcción del proyecto lo antes posible, el equipo de construcción intentó realizar la obra en invierno. Aunque es prácticamente imposible realizar obras en invierno al aire libre, la central eléctrica subterránea, el túnel de conducción de agua y otros edificios de la central de bombeo se encuentran a gran profundidad y presentan condiciones de construcción. Pero ¿cómo se vierte el hormigón en invierno? El equipo de construcción instalará puertas aislantes en todas las aberturas que conectan las cavernas subterráneas con el exterior, e instalará ventiladores de aire caliente de 35 kW en el interior de las puertas. El sistema de mezcla de hormigón estará completamente cerrado y se instalarán sistemas de calefacción en el interior. Antes de mezclar, se lavará el sistema de mezcla de hormigón con agua caliente. Se calculará la cantidad de áridos gruesos y finos en invierno según la cantidad de movimiento de tierras necesario para el vertido invernal y se transportarán al túnel para su almacenamiento antes del invierno. El equipo de construcción también calentará los áridos antes de mezclarlos y colocará "ropa acolchada de algodón" en todos los camiones hormigonera que transportan hormigón para garantizar que la temperatura se mantenga durante el transporte. Tras el fraguado inicial del vertido del hormigón, la superficie del hormigón se cubrirá con una manta aislante térmica y, si es necesario, con una manta eléctrica para calefacción. De esta manera, el equipo de construcción minimizó el impacto del frío en la construcción del proyecto.
Garantizar el funcionamiento seguro de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en regiones de frío extremo
Cuando una central de bombeo bombea agua o genera electricidad, el nivel de agua de los embalses superior e inferior fluctúa constantemente. En invierno, cuando la central opera a diario, se forma una capa de hielo flotante en el centro del embalse y un cinturón de hielo picado en el exterior. Esta capa de hielo no afecta significativamente el funcionamiento de la central, pero si el sistema eléctrico no la necesita durante un periodo prolongado, los embalses superior e inferior pueden congelarse. En este caso, aunque el embalse de la central tenga suficiente agua, el agua no puede fluir debido a la imposibilidad de conectar con la atmósfera, lo que conlleva riesgos de seguridad para las estructuras de suministro de agua, los equipos y las instalaciones de la unidad.
El equipo de construcción realizó un estudio especial sobre el modo de operación invernal de las centrales eléctricas de bombeo. La investigación demuestra que el despacho de la red eléctrica es clave para garantizar la operación segura de las centrales en invierno. En inviernos fríos, al menos una unidad genera electricidad o bombea agua durante más de 8 horas diarias, lo que puede evitar la formación de una capa de hielo completa en el embalse. Cuando el despacho de la red eléctrica no pueda cumplir con las condiciones mencionadas, se deben tomar medidas antihielo y rompehielos.
En la actualidad, existen tres medidas principales contra el hielo y para romper el hielo en los embalses y pozos de compuerta de las plantas de energía de almacenamiento por bombeo: ruptura de hielo artificial, inflado con gas a alta presión y ruptura de hielo con descarga de bombas de agua.
El costo del método de rompehielos artificial es bajo, pero requiere mucho tiempo de operación, el riesgo es alto y los accidentes son frecuentes. El método de inflado con gas a alta presión utiliza el aire comprimido expulsado por el compresor en aguas profundas para generar un fuerte flujo de agua caliente, lo que permite derretir la capa de hielo y evitar la formación de nuevas capas. La central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Huanggou utiliza el método de descarga con bomba de agua y rompehielos. Es decir, se utiliza una bomba sumergible para bombear agua a las aguas profundas y luego se expulsa el agua a través del orificio de la tubería de inyección para formar un flujo continuo que evita la congelación de la superficie local.
La entrada de hielo flotante en el canal de flujo es otro riesgo para las centrales eléctricas de bombeo durante el funcionamiento invernal, ya que puede dañar las turbinas hidráulicas y otros equipos mecánicos. Al inicio de la construcción de la central eléctrica de bombeo de Huanggou, se realizaron pruebas con modelos, y se calculó que la velocidad crítica de entrada de hielo flotante al canal era de 1,05 m/s. Para reducir la velocidad del flujo, la central diseñó las secciones de entrada y salida con un tamaño suficiente, y colocó las secciones de monitoreo de velocidad y temperatura del flujo a diferentes alturas de la entrada y la salida. Tras un monitoreo invernal, el personal de la central no detectó la entrada de hielo flotante en el canal de flujo.
El período de preparación de la Central Eléctrica de Almacenamiento por Bombeo de Huanggou comenzó en enero de 2016. La primera unidad se pondrá en funcionamiento para la generación de energía el 20 de diciembre de 2021 y la última unidad se pondrá en funcionamiento para la generación de energía el 29 de junio de 2022. El período total de construcción del proyecto es de seis años y medio. En comparación con el mismo tipo de proyectos de centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en China, el período de construcción de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Huanggou no se ha retrasado debido a su ubicación en áreas de frío severo. Después de experimentar la prueba de un invierno frío, todas las estructuras hidráulicas, equipos e instalaciones de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Huanggou operan con normalidad. En particular, la fuga máxima detrás de la presa de enrocado de cara de hormigón del embalse superior es de solo 4,23 L/s, y el índice de fugas está a la cabeza entre las presas de roca de tierra de la misma escala en China. La unidad comienza con despacho, responde rápidamente y opera de forma estable. Se encarga de las tareas de la Red Eléctrica del Noreste para cubrir los picos de demanda en verano, invierno y festivales importantes, y garantiza el funcionamiento seguro y estable de la Red Eléctrica del Noreste.
Hora de publicación: 17 de noviembre de 2022
