Hydraulisten rakenteiden jäätymisenestosuunnittelumääräysten mukaan F400-betoni on käytettävä rakenteiden tärkeissä, pahasti jäätyneissä ja vaikeasti korjattavissa kylmillä alueilla (betonin on kestettävä 400 jäätymis-sulamissykliä). Tämän spesifikaation mukaan F400-betonia on käytettävä Huanggoun pumppuvoimalaitoksen ylemmän säiliön täyttöpadon kuolleen veden pinnan yläpuolella olevassa etu- ja jalkalaatassa, ylemmän säiliön tulo- ja lähtöaukon vedenpinnan vaihtelualueella, alemman säiliön tulo- ja lähtöaukon vedenpinnan vaihtelualueella sekä muissa osissa. Tätä ennen F400-betonin käytölle kotimaisessa vesivoimateollisuudessa ei ollut ennakkotapausta. F400-betonin valmistamiseksi rakennusryhmä tutki monin tavoin kotimaisia tutkimuslaitoksia ja betonin lisäaineiden valmistajia, antoi ammattimaisille yrityksille tehtäväksi suorittaa erikoistutkimuksia, valmisti F400-betonia lisäämällä piidioksidia, ilmanvaihtoainetta, tehokasta veden vähentämisainetta ja muita materiaaleja ja käytti sitä Huanggoun pumppuvoimalaitoksen rakentamisessa.
Lisäksi erittäin kylmillä alueilla, jos veden kanssa kosketuksissa olevassa betonissa on pieniä halkeamia, vesi tunkeutuu halkeamiin talvella. Jatkuvan jäätymis-sulamissyklin vuoksi betoni tuhoutuu vähitellen. Pumppuvoimalaitoksen ylemmän säiliön pääpadon betoninen pintalaatta pidättää vettä ja estää vuotoja. Jos halkeamia on paljon, padon turvallisuus heikkenee merkittävästi. Huanggoun pumppuvoimalaitoksen rakennustiimi on kehittänyt halkeamia kestävän betonin – betoniin on lisätty paisunta-ainetta ja polypropeenikuitua betonin sekoittamisen aikana, mikä vähentää betonin halkeamien esiintymistä ja parantaa entisestään pintalaatan pakkaskestävyyttä.
Entä jos padon betonipinnassa on halkeamia? Rakennustiimi on myös asettanut paneelin pinnalle pakkaskestävyyslinjan – käyttäen käsin kaavittua polyureaa suojapinnoitteena. Käsin kaavittu polyurea voi katkaista betonin ja veden välisen kosketuksen, hidastaa betonilaatan jäätymis-sulatusvaurioiden kehittymistä ja estää myös muiden vedessä olevien haitallisten ainesosien syövyttämästä betonia. Sillä on vedenpitävyys, ikääntymisenesto, pakkas-sulatuskestävyys jne.
Betonisen täyttöpadon pintalaattaa ei valeta kerralla, vaan se rakennetaan osissa. Tämä johtaa rakenteelliseen saumaukseen jokaisen paneeliosan välillä. Yleinen vuotojenestokäsittely on peittää rakenneliitos kumilevyllä ja kiinnittää se laajenemispulteilla. Talvella erittäin kylmillä alueilla säiliöalue altistuu paksummalle jäälle, ja laajenemispultin paljas osa jäätyy yhdessä jääkerroksen kanssa, mikä aiheuttaa jään irtoamisvaurioita. Huanggoun pumppuvoimalaitos ottaa innovatiivisesti käyttöön kokoonpuristuvan pinnoitteen, joka ratkaisee jään irtoamisen vaurioittamien rakenteellisten saumojen ongelman. Huanggoun pumppuvoimalaitoksen ensimmäinen yksikkö otetaan käyttöön sähköntuotantoon 20. joulukuuta 2021. Talvikäyttö on osoittanut, että tämäntyyppinen rakenne voi estää jään vetäytymisen tai roudan laajenemisen aiheuttamat paneelien rakenteellisten saumojen vauriot.
Jotta projektin rakentaminen saataisiin päätökseen mahdollisimman pian, rakennusryhmä pyrki toteuttamaan talvirakentamisen. Vaikka talvirakentamisen mahdollisuus ulkona on lähes olematon, pumppuvoimalaitoksen maanalainen voimalaitos, vesikuljetustunneli ja muut rakennukset ovat syvällä maan alla ja niissä on rakennusolosuhteet. Mutta miten valaa betonia talvella? Rakennusryhmän on asennettava eristysovet kaikkiin maanalaisten luolien ja ulkotilan yhdistäviin aukkoihin ja asennettava 35 kW:n kuumailmapuhaltimet ovien sisäpuolelle. Betonin sekoitusjärjestelmä on täysin suljettu ja lämmityslaitteet on sijoitettu sisätiloihin. Ennen sekoittamista betonin sekoitusjärjestelmä pestään kuumalla vedellä. Karkean ja hienon kiviaineksen määrä talvella lasketaan talvivalussa tarvittavan betonivallin määrän mukaan ja ne kuljetetaan tunneliin varastointia varten ennen talvea. Rakennusryhmä myös lämmittää kiviainekset ennen sekoittamista ja laittaa "puuvillapehmustetut vaatteet" kaikkiin betonia kuljettaviin sekoitusautoihin varmistaakseen, että lämpötila säilyy betonikuljetuksen aikana. Betonivalujen alkukovettumisen jälkeen betonipinta peitetään lämpöeristepeitteellä ja tarvittaessa sähkölämmityspeitteellä. Tällä tavoin rakennustiimi minimoi kylmän sään vaikutuksen projektin rakentamiseen.
Pumppuvoimalaitosten turvallisen toiminnan varmistaminen erittäin kylmillä alueilla
Kun pumppuvoimalaitos pumppaa vettä tai tuottaa sähköä, ylempien ja alempien säiliöiden vedenpinta muuttuu jatkuvasti. Kylmänä talvena, kun pumppuvoimalaitos on toiminnassa joka päivä, säiliön keskelle muodostuu kelluva jääpeite ja sen ulkopuolelle murskatun jään vyöhyke. Jääpeitteellä ei ole suurta vaikutusta pumppuvoimalaitoksen toimintaan, mutta jos sähköjärjestelmä ei tarvitse pumppuvoimalaitosta pitkään aikaan, ylemmät ja alemmat säiliöt voivat jäätyä. Vaikka pumppuvoimalaitoksen säiliössä on riittävästi vettä, vesistö ei voi virrata, koska se ei saa yhteyttä ilmakehään, ja pakkokäyttö aiheuttaa turvallisuusriskejä vesihuoltorakenteille sekä yksikön laitteille ja tiloille.
Rakennustiimi suoritti erityistutkimuksen pumppuvoimalaitosten talvikäyttötilasta. Tutkimus osoittaa, että sähkönjakelu on avainasemassa pumppuvoimalaitosten turvallisen toiminnan varmistamisessa talvella. Kylmänä talvena ainakin yksi yksikkö tuottaa sähköä tai pumppaa vettä yli 8 tuntia päivässä, mikä voi estää säiliön täydellisen jääpeitteen muodostumisen. Kun sähköverkon sähkönjakelu ei pysty täyttämään edellä mainittuja ehtoja, on ryhdyttävä jäänesto- ja jäänmurtotoimenpiteisiin.
Tällä hetkellä pumppuvoimalaitosten säiliöissä ja sulkukaivoissa on kolme pääasiallista jäänmurron ja -estomenettoa: keinotekoinen jäänmurto, korkeapainekaasun täyttö ja vesipumpulla huuhteleva jäänmurto.
Keinotekoisen jäänmurtomenetelmän kustannukset ovat alhaiset, mutta henkilöstön käyttöaika on pitkä, riski on suuri ja onnettomuuksia voi tapahtua helposti. Korkeapainekaasutäyttömenetelmässä syvässä vedessä olevaa ilmakompressorin puhaltamaa paineilmaa käytetään voimakkaan lämpimän vesivirtauksen aikaansaamiseksi, mikä voi sulattaa jääkerroksen ja estää uuden jääkerroksen muodostumisen. Huanggoun pumppausvoimalaitos käyttää vesipumpun huuhtelu- ja jäänmurtomenetelmää, eli uppopumppua käytetään syvän veden pumppaamiseen, ja sitten vesi puhalletaan suihkuputken suuttimen läpi muodostaen jatkuvan vesivirtauksen, jotta paikallinen veden pinta ei jäätyisi.
Virtauskanavaan pääsevä kelluva jää on toinen pumppuvoimalaitoksen talvikäytön riski, joka voi vahingoittaa hydraulisia turbiineja ja muita mekaanisia laitteita. Huanggoun pumppuvoimalaitoksen rakentamisen alussa tehtiin mallikokeita, ja kanavaan tulevan kelluvan jään kriittiseksi nopeudeksi laskettiin 1,05 m/s. Virtausnopeuden pienentämiseksi Huanggoun pumppuvoimalaitos on suunnitellut tulo- ja lähtöosan riittävän suuriksi ja asettanut virtausnopeuden ja lämpötilan seurantaosat tulo- ja lähtöaukon eri korkeuksille. Talvivalvonnan jälkeen voimalaitoksen henkilökunta ei havainnut kelluvaa jäätä virtauskanavaan pääsevän.
Huanggoun pumppuvoimalaitoksen valmisteluvaihe alkaa tammikuussa 2016. Ensimmäinen yksikkö otetaan käyttöön sähköntuotannossa 20. joulukuuta 2021 ja viimeinen yksikkö 29. kesäkuuta 2022. Hankkeen kokonaisrakennusaika on kuusi ja puoli vuotta. Verrattuna saman tyyppisiin pumppuvoimalaitoshankkeisiin Kiinassa, Huanggoun pumppuvoimalaitoksen rakennusaika ei ole jäänyt jälkeen, koska se sijaitsee erittäin kylmillä alueilla. Kylmän talven koettelemusten jälkeen kaikki Huanggoun pumppuvoimalaitoksen hydrauliset rakenteet, laitteet ja tilat toimivat normaalisti. Erityisesti ylemmän säiliön betonipinnan täyttöpadon takana oleva suurin vuoto on vain 4,23 l/s, ja vuotoindeksi on Kiinan vastaavan kokoluokan maapatojen johtavalla tasolla. Yksikkö käynnistyy välittömästi, reagoi nopeasti ja toimii vakaasti. Se hoitaa Northeast Power Gridin tehtävät vastata kesän, talven ja tärkeiden juhlapäivien huippukuormitukseen ja varmistaa Northeast Power Gridin turvallisen ja vakaan toiminnan.
Julkaisun aika: 17.11.2022
