Conformément au Code de conception antigel des ouvrages hydrauliques, le béton F400 doit être utilisé pour les parties importantes des structures, fortement exposées au gel et difficiles à réparer dans les régions à grand froid (ce béton doit pouvoir résister à 400 cycles de gel-dégel). Selon cette spécification, le béton F400 doit être utilisé pour les dalles de parement et de pied situées au-dessus du niveau d'eau mort du barrage en enrochement du bassin supérieur de la centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Huanggou, ainsi que pour les zones de fluctuation du niveau d'eau à l'entrée et à la sortie du bassin supérieur et du bassin inférieur, et pour d'autres éléments. L'utilisation du béton F400 était jusqu'alors inédite dans le secteur hydroélectrique chinois. Afin de préparer le béton F400, l'équipe de construction a étudié de nombreuses manières les instituts de recherche nationaux et les fabricants d'adjuvants pour béton, a confié à des entreprises spécialisées la réalisation de recherches spécifiques, 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 hydroélectrique de stockage par pompage de Huanggou.
De plus, dans les régions soumises à des températures extrêmement basses, si le béton en contact avec l'eau présente de légères fissures, l'eau s'infiltrera dans ces fissures en hiver. Avec les cycles répétés de gel et de dégel, le béton se détériorera progressivement. La dalle de parement en béton du barrage principal du réservoir supérieur de la centrale hydroélectrique de pompage-turbinage assure la rétention d'eau et empêche les infiltrations. En cas de nombreuses fissures, la sécurité du barrage sera gravement compromise. L'équipe de construction de la centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Huanggou a mis au point un béton résistant à la fissuration, grâce à l'ajout d'un agent d'expansion et de fibres de polypropylène lors du malaxage, ce qui réduit l'apparition de fissures et améliore encore la résistance au gel du béton de la dalle de parement.
Que se passe-t-il si des fissures apparaissent sur la face en béton du barrage ? L’équipe de construction a également mis en place une barrière antigel sur la surface du panneau, grâce à un revêtement protecteur en polyurée appliqué manuellement. Ce revêtement empêche le contact entre le béton et l’eau, ralentit la formation d’écailles dues au gel-dégel sur la dalle de parement et protège le béton contre l’érosion causée par d’autres substances nocives présentes dans l’eau. Il offre des propriétés d’imperméabilité, de protection contre le vieillissement et de résistance au gel-dégel.
La dalle de parement d'un barrage en enrochement à parement bétonné n'est pas coulée en une seule fois, mais construite par sections. Il en résulte un joint structurel entre chaque section. Le traitement anti-infiltration classique consiste à recouvrir le joint d'une plaque de caoutchouc et à la fixer à l'aide de boulons d'expansion. En hiver, dans les régions au froid intense, la zone du réservoir est soumise à un givrage plus épais, et la partie exposée du boulon d'expansion gèle avec la couche de glace, provoquant des dommages par arrachement de glace. La centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Huanggou adopte une structure innovante à revêtement compressible, qui résout le problème des joints structurels endommagés par l'arrachement de glace. Le 20 décembre 2021, la première tranche de la centrale de Huanggou a été mise en service pour la production d'électricité. Une période d'exploitation hivernale a démontré que ce type de structure permet de prévenir les dommages aux joints structurels des panneaux causés par l'arrachement de glace ou l'extrusion due au gel.
Afin de terminer la construction du projet au plus vite, l'équipe a tenté de réaliser les travaux en hiver. Bien que les travaux extérieurs soient quasiment impossibles en hiver, la centrale hydroélectrique souterraine, le tunnel d'adduction d'eau et les autres bâtiments de la centrale de pompage-turbinage sont profondément enfouis et permettent la construction. Mais comment couler du béton en hiver ? L'équipe a installé 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 de ces portes. Le système de malaxage du béton a été entièrement fermé et un système de chauffage a été installé à l'intérieur. Avant le malaxage, le système a été nettoyé à l'eau chaude. Les quantités de granulats grossiers et fins ont été calculées en fonction du volume de terrassement nécessaire pour le coulage hivernal et stockées dans le tunnel avant l'hiver. Les granulats ont également été chauffés avant le malaxage et des housses en coton ont été placées sur tous les camions-bétonnières afin de maintenir la température du béton pendant le transport. Après la prise initiale du béton, sa surface a été recouverte d'une couverture isolante thermique et, si nécessaire, d'une couverture chauffante. De cette manière, l'équipe de construction a minimisé l'impact du froid sur le chantier.
Assurer le fonctionnement sûr des centrales de pompage-turbinage dans les régions extrêmement froides
Lorsqu'une centrale de pompage-turbinage fonctionne, le niveau d'eau des réservoirs supérieur et inférieur fluctue constamment. En hiver, lorsque la centrale fonctionne quotidiennement, une couche de glace se forme au centre du réservoir, entourée d'une bande de glace pilée. Cette couverture de glace n'affecte généralement pas le fonctionnement de la centrale, mais si le réseau électrique n'a pas besoin de la centrale pendant une période prolongée, les réservoirs supérieur et inférieur risquent de geler. Dans ce cas, même si le réservoir contient suffisamment d'eau, celle-ci ne peut s'écouler faute de contact avec l'atmosphère. Toute tentative de mise en marche forcée engendrerait alors des risques pour les infrastructures d'adduction d'eau et les équipements de la centrale.
L'équipe de construction a mené une étude spécifique sur le fonctionnement hivernal des centrales de pompage-turbinage. Cette étude démontre que la gestion de la production est essentielle pour garantir le bon fonctionnement de ces centrales en hiver. Par temps froid, au moins une unité doit produire de l'électricité ou pomper de l'eau pendant plus de 8 heures par jour, ce qui permet d'éviter la formation d'une calotte glaciaire sur le réservoir. Si la gestion du réseau électrique ne permet pas de respecter ces conditions, des mesures de dégivrage et de déglaçage doivent être mises en œuvre.
À l'heure actuelle, il existe trois principales mesures anti-glace et de déglaçage pour les réservoirs et les puits de vannes des centrales de stockage d'énergie par pompage : le déglaçage artificiel, le gonflage au gaz à haute pression et le déglaçage par rinçage à la pompe à eau.
Le coût du dégivrage artificiel est faible, mais la durée d'intervention du personnel est longue, les risques élevés et les accidents fréquents. La méthode de gonflage à haute pression consiste à utiliser l'air comprimé projeté par un compresseur en eaux profondes pour créer un puissant jet d'eau chaude, capable de faire fondre la couche de glace et d'empêcher la formation d'une nouvelle. La centrale hydroélectrique de Huanggou utilise quant à elle le système de pompage et de dégivrage par injection d'eau : une pompe submersible aspire l'eau des profondeurs, puis l'eau est projetée par un orifice situé sur la conduite d'injection pour former un flux continu, empêchant ainsi la formation de glace en surface.
La présence de glace flottante dans le canal d'écoulement constitue un autre risque pour les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage en hiver, pouvant endommager les turbines hydrauliques et autres équipements mécaniques. Lors de la construction de la centrale de Huanggou, des essais sur modèle réduit ont permis de calculer une vitesse critique d'entrée de glace de 1,05 m/s. Afin de réduire cette vitesse, la centrale a dimensionné ses sections d'entrée et de sortie et installé des stations de surveillance de la vitesse et de la température à différentes hauteurs. Après une surveillance hivernale, aucune présence de glace flottante n'a été constatée dans le canal d'écoulement.
La phase préparatoire de la centrale hydroélectrique de pompage-turbinage de Huanggou a débuté en janvier 2016. La première tranche sera mise en service le 20 décembre 2021 et la dernière le 29 juin 2022. La durée totale du projet est de six ans et demi. Malgré son emplacement dans une région aux hivers rigoureux, la centrale de Huanggou a bénéficié d'un délai de construction relativement court, comparable à celui d'autres centrales de ce type en Chine. Après avoir subi les tests d'un hiver rigoureux, l'ensemble des ouvrages hydrauliques, équipements et installations de la centrale de Huanggou ont fonctionné normalement. En particulier, le débit de fuite maximal en aval du barrage en enrochement à parement bétonné du réservoir supérieur n'est que de 4,23 L/s, un taux de fuite parmi les plus bas des barrages en enrochement de même taille en Chine. La tranche démarre au signal, réagit rapidement et fonctionne de manière stable. Elle prend en charge les tâches du réseau électrique du Nord-Est afin de répondre aux pics de consommation en été, en hiver et lors des fêtes importantes, et assure le fonctionnement sûr et stable de ce réseau.
Date de publication : 17 novembre 2022
