Conformément au Code de conception antigel des ouvrages hydrauliques, le béton F400 doit être utilisé pour les parties importantes des ouvrages, fortement gelées et difficiles à réparer dans les zones de froid intense (le béton doit résister à 400 cycles de gel-dégel). Selon cette spécification, le béton F400 doit être utilisé pour la dalle de parement et la dalle de pied au-dessus du niveau d'eau mort du barrage en enrochement de parement du réservoir supérieur de la centrale de pompage-turbinage de Huanggou, la zone de fluctuation du niveau d'eau à l'entrée et à la sortie du réservoir supérieur, la zone de fluctuation du niveau d'eau à l'entrée et à la sortie du réservoir inférieur, et d'autres parties. Auparavant, il n'existait aucun précédent pour l'utilisation du béton F400 dans le secteur hydroélectrique national. Afin de préparer le béton F400, l'équipe de construction a enquêté sur les instituts de recherche nationaux et les fabricants d'adjuvants pour béton de plusieurs manières, a confié à des entreprises professionnelles la réalisation de recherches spéciales, a préparé le béton F400 en ajoutant de la fumée de silice, un agent entraîneur d'air, un agent réducteur d'eau à haute efficacité et d'autres matériaux, et l'a appliqué à la construction de la centrale de pompage-turbinage de Huanggou.
De plus, dans les régions très froides, si le béton au contact de l'eau présente de légères fissures, l'eau s'y infiltrera en hiver. Avec le cycle continu de gel-dégel, le béton se dégrade progressivement. La dalle de parement en béton du barrage principal du réservoir supérieur de la centrale de pompage-turbinage joue un rôle de rétention d'eau et de prévention des infiltrations. De nombreuses fissures compromettent considérablement la sécurité du barrage. L'équipe de construction de la centrale de pompage-turbinage de Huanggou a développé un béton résistant aux fissures, en ajoutant un agent d'expansion et des fibres de polypropylène lors du mélange du béton afin de réduire l'apparition de fissures et d'améliorer la résistance au gel du béton de la dalle de parement.
Que faire en cas de fissures sur la face en béton du barrage ? L'équipe de construction a également installé une couche de protection antigel sur la surface du panneau, en utilisant de la polyurée grattée à la main. Cette polyurée permet d'éviter le contact entre le béton et l'eau, de ralentir l'apparition de l'écaillage dû au gel-dégel sur le béton de la dalle de parement et d'empêcher d'autres éléments nocifs présents dans l'eau d'éroder le béton. Elle possède des propriétés d'imperméabilité, de résistance au vieillissement et de résistance au gel-dégel, entre autres.
La dalle de parement d'un barrage en béton armé n'est pas coulée en une seule fois, mais construite par sections. Un joint structural est ainsi formé entre chaque section de panneau. Le traitement anti-infiltration habituel consiste à recouvrir le joint structural d'une plaque de protection en caoutchouc et à la fixer à l'aide de boulons à expansion. En hiver, dans les régions très froides, la zone du réservoir est soumise à une couche de glace plus épaisse, et la partie exposée du boulon à expansion gèle avec la couche de glace, provoquant des dommages par arrachement de glace. La centrale de pompage-turbinage de Huanggou adopte une structure innovante à revêtement compressible, qui résout le problème des joints structuraux endommagés par l'arrachement de glace. Le 20 décembre 2021, la première unité de la centrale de pompage-turbinage de Huanggou sera mise en service pour la production d'électricité. Une exploitation hivernale a démontré que ce type de structure permet de prévenir les dommages aux joints structuraux des panneaux causés par l'arrachement de glace ou l'extrusion par dilatation due au gel.
Afin d'achever le projet dans les meilleurs délais, l'équipe de construction a tenté de réaliser les travaux en hiver. Bien qu'il soit quasiment impossible de réaliser des travaux en extérieur en hiver, la centrale électrique souterraine, le tunnel d'adduction d'eau et les autres bâtiments de la centrale de pompage-turbinage sont profondément enfouis sous terre et présentent des conditions de construction difficiles. Mais comment couler le béton en hiver ? L'équipe de construction doit installer des portes isolantes sur toutes les ouvertures reliant les cavernes souterraines à l'extérieur, ainsi que des ventilateurs à air chaud de 35 kW à l'intérieur des portes. Le système de malaxage du béton est entièrement fermé et les systèmes de chauffage sont installés à l'intérieur. Avant le malaxage, le système de malaxage du béton doit être lavé à l'eau chaude. La quantité de granulats grossiers et fins pour l'hiver doit être calculée en fonction de la quantité de béton nécessaire au terrassement hivernal, et les transporter jusqu'au tunnel pour stockage avant l'hiver. L'équipe de construction chauffe également les granulats avant le malaxage et équipe tous les camions malaxeurs transportant le béton de vêtements en coton afin de garantir le maintien de la température pendant le transport. Après la prise initiale du béton, la surface du béton doit être recouverte d'une couverture isolante thermique et, si nécessaire, d'une couverture chauffante. De cette façon, l’équipe de construction a minimisé l’impact du froid sur la construction du projet.
Assurer le fonctionnement sûr des centrales de pompage-turbinage dans les régions très froides
Lorsqu'une centrale de pompage-turbinage pompe de l'eau ou produit de l'électricité, le niveau d'eau des réservoirs supérieurs et inférieurs varie constamment. En hiver, lorsque la centrale est en fonctionnement quotidien, une couche de glace flottante se forme au centre du réservoir et un anneau de glace pilée se forme à l'extérieur. Cette couche de glace n'a pas d'impact majeur sur le fonctionnement de la centrale, mais si le réseau électrique n'a pas besoin de la centrale pendant une longue période, les réservoirs supérieurs et inférieurs peuvent geler. À ce moment-là, bien que le réservoir de la centrale soit suffisamment approvisionné en eau, le plan d'eau ne peut pas s'écouler en raison de l'impossibilité de communiquer avec l'atmosphère. Le fonctionnement forcé présente alors des risques pour la sécurité des structures d'approvisionnement en eau, des équipements et des installations de la centrale.
L'équipe de construction a mené une étude spécifique sur le fonctionnement hivernal des centrales de pompage-turbinage. Cette étude montre que la gestion des ressources est essentielle pour garantir la sécurité de fonctionnement des centrales en hiver. En hiver, au moins une unité produit de l'électricité ou pompe de l'eau pendant plus de 8 heures par jour, ce qui peut empêcher la formation d'une calotte glaciaire complète dans le réservoir. Lorsque la gestion du réseau électrique ne peut pas respecter les conditions susmentionnées, des mesures de déglaçage doivent être prises.
À l'heure actuelle, il existe trois principales mesures de lutte contre la glace et de déglaçage pour les réservoirs et les puits de vanne des centrales de pompage-turbinage : le déglaçage artificiel, le gonflage au gaz à haute pression et le déglaçage par pompage à eau.
Le coût de la méthode de brise-glace artificiel est faible, mais le temps d'intervention du personnel est long, les risques élevés et les accidents de sécurité fréquents. La méthode de gonflage au gaz haute pression utilise l'air comprimé projeté par le compresseur en eau profonde pour projeter un fort flux d'eau chaude, capable de faire fondre la couche de glace et d'empêcher la formation de nouvelle couche de glace. La centrale de pompage-turbinage de Huanggou utilise la méthode de pompage et de brise-glace : une pompe submersible est utilisée pour pomper l'eau profonde, puis l'eau est projetée par l'orifice de la conduite de pompage pour former un flux continu, empêchant ainsi le gel de la surface de l'eau.
La pénétration de glace flottante dans le canal d'écoulement constitue un autre risque pour les centrales de pompage-turbinage en exploitation hivernale, pouvant endommager les turbines hydrauliques et autres équipements mécaniques. Au début de la construction de la centrale de pompage-turbinage de Huanggou, des essais sur maquette ont été réalisés et la vitesse critique de pénétration de glace flottante dans le canal a été calculée à 1,05 m/s. Afin de réduire la vitesse d'écoulement, la centrale a conçu des sections d'entrée et de sortie suffisamment grandes et a installé des sections de surveillance de la vitesse d'écoulement et de la température à différentes altitudes. Après une surveillance hivernale, le personnel de la centrale n'a constaté aucune pénétration de glace flottante dans le canal d'écoulement.
La période de préparation de la centrale de pompage-turbinage de Huanggou a débuté en janvier 2016. La première unité sera mise en service le 20 décembre 2021 et la dernière le 29 juin 2022. La durée totale de construction du projet est de six ans et demi. Comparé aux projets de centrales de pompage-turbinage similaires en Chine, la construction de la centrale de pompage-turbinage de Huanggou n'a pas pris de retard, car elle est située dans des régions extrêmement froides. Après avoir subi les rigueurs d'un hiver rigoureux, tous les ouvrages hydrauliques, équipements et installations de la centrale fonctionnent normalement. En particulier, la fuite maximale derrière le barrage en enrochement du réservoir supérieur n'est que de 4,23 l/s, ce qui en fait l'un des meilleurs barrages en terre de même taille en Chine. La centrale démarre avec un système de répartition, réagit rapidement et fonctionne de manière stable. Il entreprend les tâches du réseau électrique du Nord-Est pour répondre aux pics d'été, d'hiver et aux festivals importants, et assure le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique du Nord-Est.
Date de publication : 17 novembre 2022
