Secondo il Codice per la progettazione antigelo delle strutture idrauliche, il calcestruzzo F400 deve essere utilizzato per le parti delle strutture che rivestono particolare importanza, sono soggette a forti gelate e difficili da riparare nelle zone a clima rigido (il calcestruzzo deve essere in grado di resistere a 400 cicli di gelo-disgelo). In base a questa specifica, il calcestruzzo F400 deve essere utilizzato per la soletta di rivestimento e la soletta di base al di sopra del livello di piena della diga in terra e roccia del bacino superiore della centrale idroelettrica di pompaggio di Huanggou, per l'area di fluttuazione del livello dell'acqua tra l'ingresso e l'uscita del bacino superiore, per l'area di fluttuazione del livello dell'acqua tra l'ingresso e l'uscita del bacino inferiore e per altre parti. In precedenza, non esisteva alcun precedente per l'applicazione del calcestruzzo F400 nel settore idroelettrico nazionale. Per preparare il calcestruzzo F400, il team di costruzione ha esaminato in vari modi istituti di ricerca nazionali e produttori di additivi per calcestruzzo, ha affidato a società specializzate la ricerca specifica e ha preparato il calcestruzzo F400 aggiungendo fumo di silice, agente aerante, agente riduttore d'acqua ad alta efficienza e altri materiali, applicandolo poi alla costruzione della centrale idroelettrica di pompaggio di Huanggou.
Inoltre, nelle zone con climi rigidi, se il calcestruzzo a contatto con l'acqua presenta piccole crepe, quest'ultima penetrerà nelle fessure durante l'inverno. Con il continuo ciclo di gelo e disgelo, il calcestruzzo si deteriorerà gradualmente. La soletta di rivestimento in calcestruzzo della diga principale del bacino superiore della centrale idroelettrica di pompaggio svolge la funzione di trattenere l'acqua e prevenire le infiltrazioni. La presenza di numerose crepe comprometterebbe seriamente la sicurezza della diga. Il team di costruzione della centrale idroelettrica di pompaggio di Huanggou ha sviluppato un tipo di calcestruzzo resistente alle crepe, aggiungendo un agente espansivo e fibre di polipropilene alla miscela di calcestruzzo per ridurre la formazione di crepe e migliorare ulteriormente la resistenza al gelo della soletta di rivestimento.
Cosa succede se si formano delle crepe sulla superficie in calcestruzzo della diga? Il team di costruzione ha predisposto anche una linea di resistenza al gelo sulla superficie del pannello, utilizzando poliurea applicata a mano come rivestimento protettivo. La poliurea applicata a mano può interrompere il contatto tra calcestruzzo e acqua, rallentare lo sviluppo di danni da sfaldamento e gelo sulla superficie in calcestruzzo e impedire che altri elementi nocivi presenti nell'acqua erodano il calcestruzzo. Ha quindi funzioni di impermeabilizzazione, anti-invecchiamento, resistenza al gelo e al disgelo, ecc.
La soletta di rivestimento in calcestruzzo della diga in terra e roccia non viene gettata in un'unica soluzione, ma costruita a sezioni. Ciò comporta la presenza di un giunto strutturale tra ciascuna sezione del pannello. Il trattamento anti-infiltrazione comunemente utilizzato consiste nel rivestire il giunto strutturale con una piastra di gomma fissata con bulloni ad espansione. Nelle zone con temperature rigide, durante l'inverno, l'area del bacino è soggetta a una maggiore formazione di ghiaccio e la parte esposta dei bulloni ad espansione si congela insieme allo strato di ghiaccio, causando danni da estrazione del ghiaccio. La centrale idroelettrica di pompaggio di Huanggou adotta in modo innovativo una struttura con rivestimento comprimibile, che risolve il problema dei giunti strutturali danneggiati dall'estrazione del ghiaccio. Il 20 dicembre 2021, la prima unità della centrale idroelettrica di pompaggio di Huanggou è entrata in funzione per la produzione di energia. Il funzionamento invernale ha dimostrato che questo tipo di struttura è in grado di prevenire i danni ai giunti strutturali dei pannelli causati dall'estrazione del ghiaccio o dall'espansione dovuta al gelo.
Per completare il progetto di costruzione il prima possibile, il team di costruzione ha cercato di effettuare i lavori invernali. Sebbene sia quasi impossibile costruire all'aperto in inverno, la centrale elettrica sotterranea, il tunnel di adduzione dell'acqua e gli altri edifici della centrale idroelettrica di pompaggio sono interrati in profondità e presentano condizioni di costruzione favorevoli. Ma come gettare il calcestruzzo in inverno? Il team di costruzione ha installato porte isolanti per tutte le aperture che collegano le caverne sotterranee con l'esterno e ventilatori ad aria calda da 35 kW all'interno delle porte; l'impianto di betonaggio è stato completamente chiuso e gli impianti di riscaldamento sono stati installati all'interno. Prima della miscelazione, l'impianto di betonaggio è stato lavato con acqua calda; la quantità di aggregati grossolani e fini necessari per il getto invernale è stata calcolata in base alla quantità di calcestruzzo necessaria e trasportata in galleria per lo stoccaggio prima dell'inverno. Il team di costruzione ha anche riscaldato gli aggregati prima della miscelazione e ha posizionato "teli imbottiti di cotone" su tutti gli autocarri betoniera che trasportano il calcestruzzo per garantire che la temperatura venga mantenuta durante il trasporto; dopo la prima fase di getto del calcestruzzo, la superficie è stata coperta con un telo termoisolante e, se necessario, con una coperta elettrica per il riscaldamento. In questo modo, il team di costruzione ha ridotto al minimo l'impatto del freddo sulla realizzazione del progetto.
Garantire il funzionamento sicuro delle centrali idroelettriche a pompaggio nelle regioni con clima rigido.
Quando una centrale idroelettrica a pompaggio pompa acqua o genera elettricità, il livello dell'acqua nei serbatoi superiore e inferiore varia costantemente. Durante il rigido inverno, quando la centrale è in funzione quotidianamente, si forma uno strato di ghiaccio galleggiante al centro del serbatoio e un anello di ghiaccio frantumato all'esterno. La copertura di ghiaccio non ha un impatto significativo sul funzionamento della centrale, ma se il sistema elettrico non necessita del funzionamento della centrale per un lungo periodo, i serbatoi superiore e inferiore potrebbero ghiacciare. In questo caso, anche se nel serbatoio della centrale è presente acqua a sufficienza, l'acqua non può fluire a causa dell'impossibilità di entrare in contatto con l'atmosfera, e un funzionamento forzato comporterebbe rischi per le infrastrutture di approvvigionamento idrico e per le apparecchiature e gli impianti della centrale.
Il team di costruzione ha condotto uno studio specifico sulla modalità di funzionamento invernale delle centrali idroelettriche a pompaggio. La ricerca ha dimostrato che la gestione della distribuzione dell'energia è fondamentale per garantire il funzionamento sicuro delle centrali idroelettriche a pompaggio durante l'inverno. Nei rigidi mesi invernali, almeno un'unità dovrebbe generare elettricità o pompare acqua per più di 8 ore al giorno, impedendo così la formazione di una calotta di ghiaccio completa nel bacino. Qualora la distribuzione dell'energia elettrica non sia in grado di soddisfare le suddette condizioni, è necessario adottare misure antighiaccio e di rottura del ghiaccio.
Attualmente, esistono tre principali misure antighiaccio e di rottura del ghiaccio per i serbatoi e i pozzi di chiusura delle centrali idroelettriche a pompaggio: la rottura artificiale del ghiaccio, l'insufflazione di gas ad alta pressione e la rottura del ghiaccio tramite lavaggio con pompe idrauliche.
Il costo del metodo di rottura artificiale del ghiaccio è basso, ma il tempo di intervento del personale è lungo, il rischio è elevato e gli incidenti di sicurezza sono frequenti. Il metodo di gonfiaggio con gas ad alta pressione consiste nell'utilizzare l'aria compressa espulsa da un compressore in acque profonde per generare un forte flusso di acqua calda, in grado di sciogliere lo strato di ghiaccio e impedirne la formazione di nuovo. La centrale idroelettrica di pompaggio di Huanggou adotta il metodo di lavaggio con pompa idraulica e rottura del ghiaccio: una pompa sommersa viene utilizzata per pompare acqua in profondità, che viene poi espulsa attraverso un ugello sul tubo di getto, creando un flusso continuo che impedisce la formazione di ghiaccio sulla superficie dell'acqua.
Un altro rischio per le centrali idroelettriche a pompaggio durante il funzionamento invernale è rappresentato dalla presenza di ghiaccio galleggiante nel canale di flusso, che può danneggiare le turbine idrauliche e altre apparecchiature meccaniche. All'inizio della costruzione della centrale idroelettrica a pompaggio di Huanggou, sono state effettuate delle prove su modello e la velocità critica di ingresso del ghiaccio galleggiante nel canale è stata calcolata in 1,05 m/s. Al fine di ridurre la velocità di flusso, la centrale idroelettrica a pompaggio di Huanggou ha progettato le sezioni di ingresso e di uscita con dimensioni adeguate e ha installato punti di monitoraggio della velocità e della temperatura del flusso a diverse altezze di ingresso e di uscita. Dopo un periodo di monitoraggio invernale, il personale della centrale non ha riscontrato la presenza di ghiaccio galleggiante nel canale di flusso.
La fase preparatoria della centrale idroelettrica di pompaggio di Huanggou è iniziata nel gennaio 2016. La prima unità è entrata in funzione per la produzione di energia il 20 dicembre 2021 e l'ultima il 29 giugno 2022. La durata totale del progetto è di sei anni e mezzo. Rispetto ad altri progetti di centrali idroelettriche di pompaggio di tipo simile in Cina, la costruzione della centrale di Huanggou non ha subito ritardi, nonostante la sua ubicazione in una zona con climi rigidi. Dopo aver superato la prova di un inverno rigido, tutte le strutture idrauliche, le apparecchiature e gli impianti della centrale di Huanggou funzionano regolarmente. In particolare, la perdita massima a monte della diga in terra e roccia con rivestimento in calcestruzzo del bacino superiore è di soli 4,23 l/s, un valore tra i più bassi in Cina per le dighe in terra e roccia di pari dimensioni. L'unità si avvia con rapidità, risponde prontamente e opera in modo stabile. Si occupa di gestire la rete elettrica del Nord-Est per far fronte ai picchi di domanda in estate, in inverno e durante le festività importanti, garantendo il funzionamento sicuro e stabile della rete stessa.
Data di pubblicazione: 17 novembre 2022
