「水利構造物凍結防止設計規定」によると、厳寒地における重要かつ凍結が激しく、修復が困難な構造物部分には、F400コンクリートを使用しなければならない（400回の凍結融解サイクルに耐えなければならない）。この規定によると、黄溝揚水発電所上部貯水池切羽ロックフィルダムの死水位以上の切羽スラブと土手スラブ、上部貯水池出入口水位変動域、下部貯水池出入口水位変動域などにF400コンクリートを使用する。これまで、国内水力発電業界でF400コンクリートが採用された例はない。 F400コンクリートを調合するために、建設チームは国内の研究機関やコンクリート混和剤メーカーを多方面から調査し、専門会社に委託して特別な研究を実施し、シリカフューム、空気連行剤、高効率減水剤などの材料を添加してF400コンクリートを調合し、黄溝揚水発電所の建設に適用しました。
また、厳寒の地域では、水と接するコンクリートにわずかなひび割れがあると、冬季に水がひび割れに浸透し、凍結融解を繰り返すことでコンクリートが徐々に破壊されます。揚水発電所上部貯水池主ダムのコンクリート面版は、保水と浸透防止の役割を果たしており、ひび割れが多ければダムの安全性が著しく低下します。黄溝揚水発電所の建設チームは、ひび割れに強いコンクリートを開発しました。コンクリートを混ぜる際に膨張剤とポリプロピレン繊維を加えることで、コンクリートのひび割れ発生を低減し、面版コンクリートの耐凍害性をさらに向上させています。
ダムのコンクリート面にひび割れが生じた場合はどうなりますか？建設チームはパネル表面に耐凍害ラインを設け、手作業で削り取ったポリウレアを保護コーティングとして用いました。手作業で削り取ったポリウレアは、コンクリートと水の接触を遮断し、面スラブコンクリートの凍結融解によるスケールの付着を遅らせるだけでなく、水中のその他の有害成分によるコンクリートの侵食を防ぎます。防水、老化防止、凍結融解耐性などの機能を備えています。
コンクリートフェースロックフィルダムのフェーススラブは、一括鋳造ではなく、セクションごとに施工するため、各パネルセクション間に構造ジョイントが形成されます。一般的な防漏処理は、構造ジョイントにゴム製のカバープレートをかぶせ、伸縮ボルトで固定することです。厳寒地では冬季、貯水池エリアの着氷が厚くなり、伸縮ボルトの露出部分が氷層とともに凍結し、氷の離脱による損傷が発生します。黄溝揚水発電所は、圧縮性コーティング型構造を革新的に採用し、氷の離脱による構造ジョイントの損傷の問題を解決しました。2021年12月20日、黄溝揚水発電所の1号機が運転を開始し、発電を開始します。冬季運転により、この構造タイプは氷の離脱や凍結膨張による押し出しによるパネル構造ジョイントの損傷を防止できることが実証されました。
プロジェクト工事をできるだけ早く完了させるために、建設チームは冬季工事の実施に努めました。屋外での冬季工事の可能性はほとんどありませんが、揚水発電所の地下発電所、導水トンネルなどの建物は地下深くに埋設されており、工事条件が整っています。しかし、冬季にコンクリートを打設するにはどうすればよいでしょうか。建設チームは、地下空洞と屋外をつなぐすべての開口部に断熱扉を設け、扉の内側に35kWの温風ファンを設置します。コンクリートミキシングシステムは完全に密閉され、屋内に暖房設備が設置されています。ミキシング前にコンクリートミキシングシステムを温水で洗浄します。冬季の打設に必要なコンクリート土工量に応じて、冬季の粗骨材と細骨材の量を計算し、冬季前にトンネルに運搬して保管します。建設チームはまた、ミキシング前に骨材を温め、コンクリートを輸送するすべてのミキサー車に「綿パッド入りの服」を着せて、コンクリート輸送中の温度維持を確保します。コンクリート打設後、コンクリート表面は断熱キルトで覆われ、必要に応じて電気毛布で保温されます。これにより、建設チームは寒冷地での施工への影響を最小限に抑えました。
厳寒地における揚水発電所の安全運転の確保
揚水発電所が水を汲み上げたり発電したりすると、上部貯水池と下部貯水池の水位は常に変化します。寒い冬に揚水発電所が毎日運転業務を行っている場合、貯水池の中央に浮氷床が形成され、その外側に砕氷帯のリングが形成されます。氷の覆いは揚水発電所の運転に大きな影響を与えませんが、電力系統が長期間揚水発電所の運転を必要としない場合は、上部貯水池と下部貯水池が凍結する可能性があります。このとき、揚水発電所の貯水池には十分な水があっても、大気と接続できないため水体が流れることができず、強制運転は給水構造物やユニット機器・設備に安全上のリスクをもたらします。
建設チームは、揚水発電所の冬季運転モードに関する特別調査を実施しました。調査の結果、冬季における揚水発電所の安全運転を確保するには、ディスパッチング操作が鍵となることが明らかになりました。厳冬期には、少なくとも1基が毎日8時間以上発電または揚水を行うことで、貯水池の完全な氷冠形成を防ぐことができます。電力網のディスパッチングが上記の条件を満たせない場合は、防氷・砕氷対策を講じる必要があります。
現在、揚水発電所の貯水池とゲート井戸の防氷・砕氷対策としては、人工砕氷、高圧ガス充填、水ポンプ洗浄砕氷の3つが主に行われています。
人工砕氷工法はコストが低いものの、人員の作業時間が長く、リスクが高く、安全事故が発生しやすいという問題があります。高圧ガス充填工法は、空気圧縮機から深海に噴出される圧縮空気を利用して強力な温水流を噴出させ、氷層を溶かし、新たな氷層の形成を防ぐというものです。黄溝揚水発電所では、水ポンプフラッシング砕氷工法を採用しています。つまり、水中ポンプで深海を汲み上げ、噴出管の噴出孔から水を噴出させることで連続的な水流を形成し、局所的な水面の結氷を防止します。
浮氷が流路に侵入することは、冬季運転中の揚水発電所のもう一つのリスクであり、水車などの機械設備に損傷を与える可能性があります。黄溝揚水発電所の建設当初、模型実験が行われ、浮氷が流路に侵入する臨界速度は1.05 m/sと算出されました。流速を低減するため、黄溝揚水発電所は、入口と出口の面積を十分に大きく設計し、入口と出口の異なる高さに流速と温度の監視セクションを設置しました。冬季の監視後、発電所のスタッフは流路に侵入する浮氷を発見しませんでした。
黄溝揚水発電所の準備期間は2016年1月から始まり、最初のユニットは2021年12月20日に発電運転を開始し、最後のユニットは2022年6月29日に発電運転を開始する予定です。プロジェクトの総工期は6年半です。中国の同種の揚水発電所プロジェクトと比較すると、黄溝揚水発電所は厳寒地にあるため、工期が遅れることはありません。厳冬の試練を経て、黄溝揚水発電所のすべての水理構造物、機器、施設は正常に稼働しています。特に、上部貯水池のコンクリートフェースロックフィルダム背後の最大漏水量はわずか4.23L/sで、漏水指数は中国の同規模のアースロックダムの中でトップレベルです。ユニットはディスパッチで起動し、応答が速く、安定して稼働しています。夏季、冬季、重要祭日などの東北電力のピーク需要に対応する業務を担い、東北電力の安全かつ安定した運営を確保します。
投稿日時: 2022年11月17日
