Secondo il Codice per la Progettazione Antigelo delle Strutture Idrauliche, il calcestruzzo F400 deve essere utilizzato per le parti delle strutture importanti, gravemente congelate e difficili da riparare in aree con temperature molto basse (il calcestruzzo deve essere in grado di resistere a 400 cicli di gelo-disgelo). Secondo questa specifica, il calcestruzzo F400 deve essere utilizzato per la soletta di fondazione e la soletta di base al di sopra del livello dell'acqua morta della diga in roccia del fronte del bacino superiore della centrale elettrica di pompaggio di Huanggou, per l'area di fluttuazione del livello dell'acqua all'ingresso e all'uscita del bacino superiore, per l'area di fluttuazione del livello dell'acqua all'ingresso e all'uscita del bacino inferiore e per altre parti. Prima di allora, non esisteva alcun precedente per l'applicazione del calcestruzzo F400 nel settore idroelettrico nazionale. Per preparare il calcestruzzo F400, il team di costruzione ha indagato in molti modi presso istituti di ricerca nazionali e produttori di additivi per calcestruzzo, ha incaricato aziende professionali di svolgere ricerche speciali, ha preparato il calcestruzzo F400 aggiungendo fumo di silice, agente aerante, agente riducente dell'acqua ad alta efficienza e altri materiali e li ha applicati alla costruzione della centrale elettrica ad accumulo di pompaggio di Huanggou.
Inoltre, nelle zone con temperature molto fredde, se il calcestruzzo a contatto con l'acqua presenta leggere crepe, l'acqua penetrerà nelle crepe in inverno. Con il continuo ciclo di gelo e disgelo, il calcestruzzo verrà gradualmente distrutto. La soletta di rivestimento in calcestruzzo della diga principale del bacino superiore della centrale elettrica ad accumulo e pompaggio svolge la funzione di trattenere l'acqua e prevenire le infiltrazioni. Se sono presenti numerose crepe, la sicurezza della diga sarà seriamente compromessa. Il team di costruzione della centrale elettrica ad accumulo e pompaggio di Huanggou ha sviluppato un tipo di calcestruzzo resistente alle crepe, aggiungendo agente espandente e fibre di polipropilene durante la miscelazione del calcestruzzo per ridurre la comparsa di crepe e migliorare ulteriormente la resistenza al gelo della soletta di rivestimento in calcestruzzo.
Cosa succede se ci sono crepe sulla superficie in calcestruzzo della diga? Il team di costruzione ha anche creato una linea di resistenza al gelo sulla superficie del pannello, utilizzando poliurea raschiata a mano come rivestimento protettivo. La poliurea raschiata a mano può interrompere il contatto tra calcestruzzo e acqua, rallentare lo sviluppo di danni da gelo e disgelo sulla soletta di calcestruzzo e impedire anche ad altri ingredienti nocivi presenti nell'acqua di erodere il calcestruzzo. Ha le seguenti funzioni: impermeabilità, anti-invecchiamento, resistenza al gelo e disgelo, ecc.
La soletta di protezione di una diga in calcestruzzo con roccia non viene gettata in un'unica soluzione, ma costruita in sezioni. Ciò si traduce in un giunto strutturale tra ogni sezione del pannello. Il trattamento anti-infiltrazione comune consiste nel ricoprire il giunto strutturale con una piastra di copertura in gomma e fissarla con tasselli ad espansione. In inverno, nelle zone con temperature molto rigide, l'area del bacino sarà soggetta a uno strato di ghiaccio più spesso e la parte esposta del tassello ad espansione si congelerà insieme allo strato di ghiaccio, causando danni da distacco del ghiaccio. La centrale elettrica ad accumulo e pompaggio di Huanggou adotta in modo innovativo una struttura di rivestimento comprimibile, che risolve il problema dei giunti strutturali danneggiati dal distacco del ghiaccio. Il 20 dicembre 2021, la prima unità della centrale elettrica ad accumulo e pompaggio di Huanggou sarà messa in funzione per la produzione di energia. Un'operazione invernale ha dimostrato che questo tipo di struttura può prevenire i danni ai giunti strutturali dei pannelli causati dal distacco del ghiaccio o dall'estrusione per espansione dovuta al gelo.
Per completare la costruzione del progetto il prima possibile, il team di costruzione ha cercato di eseguire i lavori invernali. Sebbene non vi siano praticamente possibilità di lavori invernali all'aperto, la centrale elettrica sotterranea, il tunnel di adduzione dell'acqua e gli altri edifici della centrale elettrica ad accumulo sono interrati in profondità e presentano condizioni di costruzione. Ma come si getta il calcestruzzo in inverno? Il team di costruzione deve installare porte isolanti per tutte le aperture che collegano le caverne sotterranee con l'esterno e installare ventilatori ad aria calda da 35 kW all'interno delle porte; l'impianto di miscelazione del calcestruzzo deve essere completamente chiuso e gli impianti di riscaldamento sono installati all'interno. Prima della miscelazione, lavare l'impianto di miscelazione del calcestruzzo con acqua calda; calcolare la quantità di aggregati grossolani e fini in inverno in base alla quantità di calcestruzzo necessario per il getto invernale e trasportarli nel tunnel per lo stoccaggio prima dell'inverno. Il team di costruzione riscalda anche gli aggregati prima della miscelazione e indossa "vestiti imbottiti di cotone" su tutte le autobetoniere che trasportano il calcestruzzo per garantire il mantenimento della temperatura durante il trasporto; dopo la presa iniziale del calcestruzzo, la superficie del calcestruzzo deve essere ricoperta con un materassino isolante termico e, se necessario, coperta elettrica per il riscaldamento. In questo modo, il team di costruzione ha ridotto al minimo l'impatto del freddo sulla costruzione del progetto.
Garantire il funzionamento sicuro delle centrali elettriche ad accumulo nelle regioni con temperature estremamente fredde
Quando una centrale elettrica ad accumulo pompato pompa acqua o genera elettricità, il livello dell'acqua nei bacini superiori e inferiori varia costantemente. Durante il freddo inverno, quando la centrale elettrica ad accumulo pompato è in funzione quotidianamente, si forma una lastra di ghiaccio galleggiante al centro del bacino e una cintura di ghiaccio tritato all'esterno. La copertura di ghiaccio non ha un impatto significativo sul funzionamento della centrale elettrica ad accumulo pompato, ma se il sistema elettrico non necessita del funzionamento della centrale per un lungo periodo, i bacini superiori e inferiori potrebbero congelarsi. In questo periodo, sebbene ci sia acqua a sufficienza nel bacino della centrale elettrica ad accumulo pompato, il corpo idrico non può fluire a causa dell'incapacità di connettersi con l'atmosfera e il funzionamento forzato comporta rischi per la sicurezza delle strutture di approvvigionamento idrico, delle apparecchiature e degli impianti dell'unità.
Il team di costruzione ha condotto uno studio specifico sul funzionamento invernale delle centrali elettriche ad accumulo con pompaggio. La ricerca dimostra che il dispacciamento è fondamentale per garantire il funzionamento sicuro delle centrali elettriche ad accumulo con pompaggio in inverno. Durante i mesi più freddi, almeno un'unità genera elettricità o pompa acqua per più di 8 ore al giorno, il che può impedire la formazione di una calotta di ghiaccio completa nel bacino. Quando il dispacciamento della rete elettrica non riesce a soddisfare le condizioni di cui sopra, devono essere adottate misure antighiaccio e rompighiaccio.
Attualmente, per i bacini idrici e i pozzi di pompaggio delle centrali elettriche ad accumulo sono previste tre principali misure antighiaccio e rompighiaccio: la rottura artificiale del ghiaccio, il gonfiaggio con gas ad alta pressione e la rottura del ghiaccio mediante lavaggio con pompa d'acqua.
Il costo del metodo di rottura artificiale del ghiaccio è basso, ma richiede tempi di intervento lunghi, il rischio è elevato e gli incidenti di sicurezza sono frequenti. Il metodo di gonfiaggio a gas ad alta pressione utilizza l'aria compressa espulsa dal compressore d'aria in acque profonde per emettere un forte flusso di acqua calda, in grado di sciogliere lo strato di ghiaccio e prevenirne la formazione di nuovo. La centrale elettrica ad accumulo di pompaggio di Huanggou adotta il metodo di lavaggio con pompa d'acqua e rottura del ghiaccio, ovvero una pompa sommersa viene utilizzata per pompare l'acqua profonda, quindi l'acqua viene espulsa attraverso il foro del getto sul tubo di lancio per formare un flusso continuo, in modo da impedire la formazione di ghiaccio sulla superficie dell'acqua locale.
L'ingresso di ghiaccio galleggiante nel canale di flusso rappresenta un ulteriore rischio per le centrali elettriche ad accumulo e pompaggio in funzionamento invernale, in quanto potrebbe danneggiare le turbine idrauliche e altre apparecchiature meccaniche. All'inizio della costruzione della centrale elettrica ad accumulo e pompaggio di Huanggou, sono stati condotti test su modello e la velocità critica del ghiaccio galleggiante in ingresso nel canale è stata calcolata in 1,05 m/s. Per ridurre la velocità del flusso, la centrale elettrica ad accumulo e pompaggio di Huanggou ha progettato le sezioni di ingresso e uscita sufficientemente ampie e ha posizionato le sezioni di monitoraggio della velocità del flusso e della temperatura a diverse altitudini rispetto all'ingresso e all'uscita. Dopo un monitoraggio invernale, il personale della centrale elettrica non ha rilevato l'ingresso di ghiaccio galleggiante nel canale di flusso.
Il periodo di preparazione della centrale elettrica ad accumulo di pompaggio di Huanggou inizia a gennaio 2016. La prima unità entrerà in funzione per la produzione di energia il 20 dicembre 2021, mentre l'ultima unità entrerà in funzione per la produzione di energia il 29 giugno 2022. Il periodo di costruzione totale del progetto è di sei anni e mezzo. Rispetto a progetti di centrali elettriche ad accumulo di pompaggio analoghe in Cina, il periodo di costruzione della centrale elettrica ad accumulo di pompaggio di Huanggou non è stato inferiore, grazie alla sua ubicazione in zone con temperature estremamente fredde. Dopo aver superato la prova di un inverno rigido, tutte le strutture idrauliche, le attrezzature e gli impianti della centrale elettrica ad accumulo di pompaggio di Huanggou funzionano normalmente. In particolare, la perdita massima dietro la diga in roccia con paramento in calcestruzzo del bacino superiore è di soli 4,23 l/s, e l'indice di perdita è ai vertici tra le dighe in terra e roccia delle stesse dimensioni in Cina. L'unità si avvia con rapidità, risponde rapidamente e funziona stabilmente. Svolge le funzioni della Northeast Power Grid per soddisfare i picchi estivi, invernali e durante le festività più importanti e garantisce il funzionamento sicuro e stabile della Northeast Power Grid.
Data di pubblicazione: 17-11-2022
