Según el Código para el Diseño Anticongelante de Estructuras Hidráulicas, el hormigón F400 debe utilizarse en las partes de las estructuras que son importantes, están severamente congeladas y son difíciles de reparar en zonas de frío extremo (el hormigón debe ser capaz de soportar 400 ciclos de congelación-descongelación). De acuerdo con esta especificación, el hormigón F400 debe utilizarse en la losa frontal y la losa de pie por encima del nivel de agua muerto de la presa de enrocado frontal del embalse superior de la central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou, en la zona de fluctuación del nivel del agua de la entrada y salida del embalse superior, en la zona de fluctuación del nivel del agua de la entrada y salida del embalse inferior y en otras partes. Anteriormente, no existía ningún precedente para la aplicación del hormigón F400 en la industria hidroeléctrica nacional. Para preparar el hormigón F400, el equipo de construcción investigó exhaustivamente a institutos de investigación nacionales y fabricantes de aditivos para hormigón, encargó a empresas especializadas la realización de investigaciones específicas, preparó el hormigón F400 añadiendo 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 hidroeléctrica de bombeo de Huanggou.
Además, en zonas de frío intenso, si el hormigón en contacto con el agua presenta pequeñas fisuras, 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 hidroeléctrica de bombeo cumple la función de retener el agua y prevenir filtraciones. Si existen numerosas fisuras, la seguridad de la presa se verá seriamente comprometida. El equipo de construcción de la central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou ha desarrollado un tipo de hormigón resistente a las fisuras, añadiendo un agente expansivo y fibra de polipropileno durante la mezcla para reducir la aparición de fisuras y mejorar aún más la resistencia a las heladas del hormigón de la losa.
¿Qué ocurre si aparecen grietas en la superficie de hormigón de la presa? El equipo de construcción también ha instalado una capa protectora antihielo en la superficie del panel, utilizando poliurea raspada a mano. Esta poliurea, raspada a mano, evita el contacto entre el hormigón y el agua, ralentiza la aparición de descamación por ciclos de congelación y descongelación en la losa de hormigón y previene la erosión causada por otros componentes dañinos del agua. Posee propiedades impermeables, antienvejecimiento y de resistencia a la congelación y descongelación, entre otras.
La losa frontal de la presa de enrocado de hormigón no se funde de una sola vez, sino que se construye por secciones. Esto genera 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 intenso, el área del embalse se congela con mayor espesor, y la parte expuesta del perno de expansión se congela junto con la capa de hielo, provocando daños por desprendimiento de hielo. La central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou adopta de forma innovadora una estructura con revestimiento compresible, que resuelve el problema de los daños en las juntas estructurales causados por el desprendimiento de hielo. El 20 de diciembre de 2021, la primera unidad de la central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou entró en funcionamiento para la generación de energía. La operación invernal ha demostrado que este tipo de estructura puede prevenir los daños en las juntas estructurales de los paneles causados por el desprendimiento de hielo o la extrusión por congelación.
Para completar la construcción del proyecto lo antes posible, el equipo de construcción intentó realizar la construcción en invierno. Aunque casi no hay posibilidad de construir en invierno al aire libre, la central eléctrica subterránea, el túnel de conducción de agua y otros edificios de la central hidroeléctrica de bombeo están profundamente enterrados y tienen condiciones de construcción. Pero, ¿cómo verter hormigón en invierno? El equipo de construcción debe colocar puertas aislantes en todas las aberturas que conectan las cavernas subterráneas con el exterior, e instalar ventiladores de aire caliente de 35 kW dentro de las puertas; el sistema de mezcla de hormigón está completamente cerrado y se instalan instalaciones de calefacción en el interior. Antes de la mezcla, se lava el sistema de mezcla de hormigón con agua caliente; se calcula la cantidad de agregados gruesos y finos en invierno según la cantidad de tierra de hormigón necesaria para el vertido invernal, y se transportan al túnel para su almacenamiento antes del invierno. El equipo de construcción también calienta los agregados antes de la mezcla y coloca "mantas acolchadas de algodón" en todos los camiones hormigonera que transportan hormigón para asegurar que se mantenga la temperatura durante el transporte; después del fraguado inicial del vertido de hormigón, la superficie del hormigón debe cubrirse con una manta aislante térmica y, si es necesario, con una manta eléctrica para calefacción. De esta forma, el equipo de construcción minimizó el impacto del clima frío en la construcción del proyecto.
Garantizar el funcionamiento seguro de las centrales hidroeléctricas de bombeo en regiones de frío extremo.
Cuando una central hidroeléctrica de bombeo bombea agua o genera electricidad, el nivel del agua en los embalses superior e inferior varía constantemente. En invierno, cuando la central opera diariamente, se forma una capa de hielo flotante en el centro del embalse, rodeada por un anillo de hielo triturado. Si bien esta capa de hielo no afecta significativamente el funcionamiento de la central, si el sistema eléctrico no requiere su operación durante un período prolongado, los embalses superior e inferior pueden congelarse. En tal caso, aunque haya suficiente agua en el embalse, la falta de conexión con la atmósfera impide el flujo del agua, y la operación forzada conlleva riesgos para la seguridad de las estructuras de suministro de agua, los equipos y las instalaciones.
El equipo de construcción realizó un estudio especial sobre el modo de operación invernal de las centrales hidroeléctricas de bombeo. La investigación demuestra que la gestión de la operación es clave para garantizar el funcionamiento seguro de estas centrales durante el invierno. En invierno, al menos una unidad debe generar electricidad o bombear agua durante más de 8 horas diarias, lo que evita la formación de una capa de hielo completa en el embalse. Cuando la gestión de la red eléctrica no permite cumplir con estas condiciones, se deben implementar medidas antihielo y de ruptura de hielo.
Actualmente, existen tres medidas principales contra la formación de hielo y para romper el hielo en los embalses y pozos de compuerta de las centrales hidroeléctricas de bombeo: la rotura artificial del hielo, el inflado con gas a alta presión y la rotura del hielo mediante el lavado con bombas de agua.
El método de ruptura de hielo artificial tiene un costo bajo, pero requiere mucho tiempo de operación, conlleva riesgos elevados y aumenta la probabilidad de accidentes. El método de inflado con gas a alta presión utiliza aire comprimido, expulsado por un compresor en aguas profundas, para generar un flujo de agua caliente que derrite la capa de hielo y previene la formación de nuevas capas. La central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou emplea un método de bombeo de agua para romper el hielo: se utiliza una bomba sumergible para elevar el agua a gran profundidad y luego se expulsa a través de un orificio en la tubería de chorro, creando un flujo continuo que evita la formación de hielo en la superficie.
La entrada de hielo flotante en el conducto de flujo es otro riesgo para las centrales hidroeléctricas de bombeo durante el invierno, ya que puede dañar las turbinas hidráulicas y otros equipos mecánicos. Al inicio de la construcción de la central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou, se realizaron pruebas con modelos y se calculó que la velocidad crítica de entrada de hielo flotante en el canal era de 1,05 m/s. Para reducir la velocidad del flujo, la central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou diseñó las secciones de entrada y salida con un tamaño suficiente y estableció secciones de monitoreo de velocidad y temperatura del flujo a diferentes alturas de la entrada y la salida. Tras un período de monitoreo invernal, el personal de la central no detectó la entrada de hielo flotante en el conducto de flujo.
El período de preparación de la central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou comenzó en enero de 2016. La primera unidad entrará en funcionamiento para la generación de energía el 20 de diciembre de 2021, y la última unidad lo hará el 29 de junio de 2022. El período total de construcción del proyecto es de seis años y medio. En comparación con proyectos similares de centrales hidroeléctricas de bombeo en China, el período de construcción de la central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou no se ha retrasado debido a su ubicación en zonas de frío extremo. Tras superar la prueba de un invierno frío, todas las estructuras hidráulicas, equipos e instalaciones de la central hidroeléctrica de bombeo de Huanggou funcionan con normalidad. En particular, la fuga máxima detrás de la presa de enrocado con revestimiento de hormigón del embalse superior es de tan solo 4,23 L/s, y el índice de fugas se encuentra entre los mejores de China para presas de enrocado de la misma escala. La unidad arranca con rapidez, responde con prontitud y opera de forma estable. Se encarga de las tareas de la red eléctrica del noreste para hacer frente a los picos de demanda en verano, invierno y durante las festividades importantes, y garantiza el funcionamiento seguro y estable de dicha red.
Fecha de publicación: 17 de noviembre de 2022
