Volgens de Code voor het ontwerp van antivriesconstructies voor waterbouwkundige constructies moet F400-beton worden gebruikt voor belangrijke, sterk bevroren en moeilijk te repareren constructies in extreem koude gebieden (het beton moet bestand zijn tegen 400 vorst-dooicycli). Volgens deze specificatie moet F400-beton worden gebruikt voor de voor- en achterplaat boven het dooiwaterniveau van de bovenste reservoirdam van de Huanggou-pompcentrale, het gebied waar het waterpeil fluctueert bij de inlaat en uitlaat van het bovenste reservoir, het gebied waar het waterpeil fluctueert bij de inlaat en uitlaat van het onderste reservoir en andere onderdelen. Voorheen bestond er geen precedent voor de toepassing van F400-beton in de binnenlandse waterkrachtsector. Om F400-beton te bereiden, deed het bouwteam op allerlei manieren onderzoek bij binnenlandse onderzoeksinstituten en fabrikanten van betonadditieven, lieten ze professionele bedrijven speciaal onderzoek uitvoeren en bereidden ze F400-beton voor door silicafume, luchtbelvormer, zeer efficiënt waterreducerend middel en andere materialen toe te voegen. Dit werd vervolgens toegepast bij de bouw van de Huanggou-pompcentrale.
Bovendien zal in extreem koude gebieden, als het beton in contact komt met water, het water in de winter in de scheuren doordringen. Door de voortdurende vries-dooicyclus zal het beton geleidelijk worden vernietigd. De betonnen gevelplaat van de hoofddam van het bovenste reservoir van de pompcentrale vervult een rol als waterkering en -preventie. Als er veel scheuren zijn, zal de veiligheid van de dam ernstig worden verminderd. Het bouwteam van de pompcentrale van Huanggou heeft een soort scheurbestendig beton ontwikkeld door expansiemiddel en polypropyleenvezels toe te voegen tijdens het mengen van het beton om het ontstaan van betonscheuren te verminderen en de vorstbestendigheid van het gevelbeton verder te verbeteren.
Wat als er scheuren in het betonnen oppervlak van de dam ontstaan? Het bouwteam heeft ook een vorstbestendige lijn op het oppervlak van het paneel aangebracht – met handgeschraapt polyureum als beschermende coating. Handgeschraapt polyureum kan het contact tussen beton en water afsnijden, de ontwikkeling van vorst-dooi-aanslag op het betonnen gevelvlak vertragen en voorkomen dat andere schadelijke bestanddelen in het water het beton aantasten. Het is waterdicht, anti-veroudering, bestand tegen vorst en dooi, enzovoort.
De gevelplaat van een betonnen damwand met stortsteen wordt niet in één keer gestort, maar in delen geconstrueerd. Dit resulteert in een structurele verbinding tussen elk paneeldeel. De gebruikelijke anti-doorsijpelingbehandeling bestaat uit het afdekken van een rubberen afdekplaat op de structurele verbinding en het bevestigen ervan met expansiebouten. In de winter, in extreem koude gebieden, zal het reservoirgebied te maken krijgen met dikkere ijsvorming, waardoor het blootgestelde deel van de expansiebout samen met de ijslaag bevriest, wat schade door ijsuittrekking veroorzaakt. De Huanggou pompcentrale maakt innovatief gebruik van een samendrukbare coatingstructuur, die het probleem van schade aan structurele verbindingen door ijsuittrekking oplost. Op 20 december 2021 zal de eerste eenheid van de Huanggou pompcentrale in gebruik worden genomen voor de opwekking van elektriciteit. Een winteroperatie heeft bewezen dat dit type structuur schade aan structurele paneelverbindingen door ijsuittrekking of vorstexpansie kan voorkomen.
Om de bouw van het project zo snel mogelijk te voltooien, probeerde het bouwteam de winterwerkzaamheden uit te voeren. Hoewel er vrijwel geen mogelijkheid is om buiten in de winter te bouwen, liggen de ondergrondse energiecentrale, de watertransporttunnel en andere gebouwen van de pompcentrale diep onder de grond en zijn er bouwomstandigheden. Maar hoe stort je beton in de winter? Het bouwteam plaatst isolatiedeuren voor alle openingen die de ondergrondse cavernes met de buitenlucht verbinden en installeert 35 kW heteluchtventilatoren in de deuren. Het betonmengsysteem is volledig gesloten en de verwarmingsinstallaties bevinden zich binnen. Spoel het betonmengsysteem vóór het mengen met warm water. Bereken de hoeveelheid grove en fijne toeslagmaterialen in de winter op basis van de hoeveelheid grondwerk die nodig is voor het storten van beton in de winter en transporteer deze naar de tunnel voor opslag vóór de winter. Het bouwteam verwarmt de toeslagmaterialen ook vóór het mengen en trekt "katoenen doeken" aan op alle betonmixers die beton vervoeren om ervoor te zorgen dat de temperatuur tijdens het betontransport behouden blijft. Na de eerste uitharding van het betonstorten wordt het betonoppervlak bedekt met een thermische isolatiedeken en, indien nodig, afgedekt met een elektrische deken voor verwarming. Op deze manier beperkte het bouwteam de impact van het koude weer op de bouw van het project tot een minimum.
Zorgen voor de veilige werking van pompaccumulatiecentrales in extreem koude gebieden
Wanneer een pompaccumulatiecentrale water pompt of elektriciteit opwekt, verandert het waterpeil in de bovenste en onderste reservoirs voortdurend. In de koude winter, wanneer de pompaccumulatiecentrale dagelijks operationele taken uitvoert, vormt zich een drijvende ijslaag in het midden van het reservoir en een ring van gemalen ijs aan de buitenkant. De ijslaag heeft geen grote invloed op de werking van de pompaccumulatiecentrale, maar als het elektriciteitsnet de pompaccumulatiecentrale langere tijd niet nodig heeft, kunnen de bovenste en onderste reservoirs bevriezen. Hoewel er op dat moment voldoende water in het reservoir van de pompaccumulatiecentrale aanwezig is, kan het waterlichaam niet stromen omdat het geen verbinding kan maken met de atmosfeer. De geforceerde werking brengt veiligheidsrisico's met zich mee voor de watervoorziening, de apparatuur en de installaties.
Het bouwteam heeft een speciale studie uitgevoerd naar de winterbedrijfsmodus van pompaccumulatiecentrales. Het onderzoek toont aan dat de distributiemethode essentieel is voor de veilige werking van pompaccumulatiecentrales in de winter. In de koude winter wekt minstens één eenheid meer dan 8 uur per dag elektriciteit op of pompt water, waardoor de vorming van een volledige ijskap in het reservoir kan worden voorkomen. Wanneer de distributiemethode van het elektriciteitsnet niet aan bovenstaande voorwaarden voldoet, moeten maatregelen worden genomen om ijs te weren en ijs te breken.
Momenteel zijn er drie belangrijke maatregelen tegen ijsvorming en het breken van ijs in reservoirs en sluisputten van pompaccumulatiecentrales: kunstmatig ijsbreken, het opblazen van gas onder hoge druk en het ijsbreken door middel van spoeling met waterpompen.
De kosten van kunstmatige ijsbrekers zijn laag, maar de inzet van personeel is lang, het risico hoog en ongevallen kunnen gemakkelijk gebeuren. De hogedrukgasmethode bestaat uit het gebruik van perslucht die door de luchtcompressor in het diepe water wordt gespoten om een sterke stroom warm water te produceren, waardoor de ijslaag smelt en de vorming van een nieuwe ijslaag wordt voorkomen. De Huanggou pompcentrale maakt gebruik van de methode van waterpompspoeling en ijsbrekers. Dit houdt in dat de dompelpomp het diepe water oppompt en het water vervolgens door het spuitgat in de spuitbuis spuit om een continue waterstroom te vormen, waardoor ijsvorming op het wateroppervlak wordt voorkomen.
Drijfijs dat in de stromingskanalen terechtkomt, vormt een ander risico voor pompaccumulatiecentrales in de winter, wat schade kan veroorzaken aan hydraulische turbines en andere mechanische apparatuur. Aan het begin van de bouw van de pompaccumulatiecentrale van Huanggou werden modelproeven uitgevoerd en werd de kritische snelheid van het drijvend ijs dat het kanaal binnenkomt, berekend op 1,05 m/s. Om de stroomsnelheid te verlagen, heeft de pompaccumulatiecentrale van Huanggou de in- en uitlaatsectie groot genoeg ontworpen en de secties voor de stroomsnelheids- en temperatuurbewaking op verschillende hoogtes van de in- en uitlaat geplaatst. Na een wintermonitoring troffen de medewerkers van de centrale geen drijvend ijs aan in de stromingskanalen.
De voorbereidingsperiode van de Huanggou-pompcentrale start in januari 2016. De eerste eenheid zal op 20 december 2021 in gebruik worden genomen voor de opwekking van elektriciteit en de laatste eenheid op 29 juni 2022. De totale bouwperiode van het project bedraagt zes en een half jaar. Vergeleken met soortgelijke pompcentrales in China is de bouwperiode van de Huanggou-pompcentrale niet achtergebleven, omdat deze zich in extreem koude gebieden bevindt. Na de beproeving van een koude winter werken alle hydraulische constructies, apparatuur en faciliteiten van de Huanggou-pompcentrale normaal. Met name de maximale lekkage achter de betonnen dam van het bovenste reservoir bedraagt slechts 4,23 l/s, en de lekkage-index is het hoogste niveau onder aarden dammen van dezelfde omvang in China. De eenheid start direct na de dispatch, reageert snel en werkt stabiel. Het neemt de taken van Northeast Power Grid op zich om de piektijden in de zomer, winter en tijdens belangrijke festivals te kunnen opvangen en zorgt voor een veilige en stabiele werking van Northeast Power Grid.
Plaatsingstijd: 17-11-2022
