Zgodnie z Kodeksem Projektowania Przeciwzamarzaniowego Konstrukcji Wodnych, beton F400 powinien być stosowany do części konstrukcji, które są ważne, silnie zamarznięte i trudne do naprawy w regionach o bardzo niskich temperaturach (beton musi wytrzymać 400 cykli zamrażania i rozmrażania). Zgodnie z tą specyfikacją, beton F400 powinien być stosowany do płyty czołowej i płyty fundamentowej powyżej poziomu martwej wody zapory z kruszywa skalnego na powierzchni górnego zbiornika elektrowni szczytowo-pompowej Huanggou, obszaru wahań poziomu wody wlotu i wylotu górnego zbiornika, obszaru wahań poziomu wody wlotu i wylotu dolnego zbiornika oraz innych części. Wcześniej nie było precedensu w stosowaniu betonu F400 w krajowej energetyce wodnej. Aby przygotować beton F400, zespół budowlany przeprowadził szeroko zakrojone badania w krajowych instytutach badawczych i u producentów domieszek do betonu, zlecił przeprowadzenie specjalistycznych badań profesjonalnym firmom, przygotował beton F400 poprzez dodanie pyłu krzemionkowego, środka napowietrzającego, wysokowydajnego środka redukującego zawartość wody i innych materiałów, a następnie zastosował go do budowy elektrowni szczytowo-pompowej Huanggou.
Ponadto, w regionach o bardzo niskich temperaturach, jeśli beton w kontakcie z wodą ma drobne pęknięcia, woda będzie wnikać w nie zimą. Ciągły cykl zamarzania i rozmarzania powoduje stopniowe niszczenie betonu. Betonowa płyta czołowa zapory głównej zbiornika górnego elektrowni szczytowo-pompowej pełni rolę retencyjną i zapobiega przesiąkaniu. Duża liczba pęknięć znacznie zmniejsza bezpieczeństwo zapory. Zespół budowlany elektrowni szczytowo-pompowej Huanggou opracował rodzaj betonu odpornego na pękanie – dodając środek spieniający i włókna polipropylenowe podczas mieszania betonu, aby zmniejszyć ryzyko pękania betonu i dodatkowo poprawić mrozoodporność płyty czołowej.
A co, jeśli na betonowej powierzchni zapory pojawią się pęknięcia? Ekipa budowlana utworzyła również linię mrozoodporności na powierzchni panelu – stosując ręcznie skrobany polimocznik jako powłokę ochronną. Ręcznie skrobany polimocznik może odciąć kontakt betonu z wodą, spowolnić rozwój uszkodzeń betonu płyty licowej spowodowanych zamarzaniem i rozmarzaniem, a także zapobiec erozji betonu przez inne szkodliwe składniki zawarte w wodzie. Posiada on właściwości wodoodporne, przeciwstarzeniowe, mrozoodporny itp.
Płyta czołowa betonowej zapory nasypowej nie jest odlewana jednorazowo, lecz budowana w sekcjach. W rezultacie powstaje konstrukcyjny styk pomiędzy poszczególnymi sekcjami panelu. Powszechnym sposobem zabezpieczenia przed przesiąkaniem jest pokrycie gumowej płyty osłonowej stykiem konstrukcyjnym i zamocowanie go za pomocą śrub rozporowych. Zimą, w obszarach o bardzo niskich temperaturach, obszar zbiornika będzie narażony na grubsze oblodzenie, a odsłonięta część śruby rozporowej zostanie zamarznięta wraz z warstwą lodu, powodując uszkodzenia spowodowane wyciąganiem lodu. Elektrownia szczytowo-pompowa Huanggou innowacyjnie wykorzystuje konstrukcję typu ściskanej powłoki, która rozwiązuje problem uszkodzeń styków konstrukcyjnych spowodowanych wyciąganiem lodu. 20 grudnia 2021 r. pierwszy blok elektrowni szczytowo-pompowej Huanggou zostanie oddany do eksploatacji w celu wytwarzania energii. Eksploatacja zimowa dowiodła, że ten typ konstrukcji może zapobiegać uszkodzeniom styków konstrukcyjnych paneli spowodowanym wyciąganiem lodu lub ekstruzją pod wpływem mrozu.
Aby jak najszybciej ukończyć projekt, ekipa budowlana starała się prowadzić prace budowlane w warunkach zimowych. Chociaż praktycznie nie ma możliwości prowadzenia prac budowlanych na zewnątrz, podziemna elektrownia, tunel transportu wody i inne budynki elektrowni szczytowo-pompowej są głęboko zakopane pod ziemią i wymagają specjalnych warunków budowlanych. Jak jednak wylać beton zimą? Ekipa budowlana powinna zainstalować drzwi izolacyjne we wszystkich otworach łączących podziemne komory z częścią zewnętrzną oraz zainstalować w nich wentylatory nadmuchowe o mocy 35 kW; System mieszania betonu jest całkowicie zamknięty, a instalacje grzewcze są zainstalowane wewnątrz. Przed mieszaniem należy umyć system mieszania betonu gorącą wodą; Należy obliczyć ilość kruszywa grubego i drobnego w zimie, w zależności od ilości betonu potrzebnego do zimowego wylania, i przetransportować je do tunelu w celu składowania przed zimą. Ekipa budowlana podgrzewa również kruszywo przed mieszaniem i zakłada „bawełniane ubrania” na wszystkie betonomieszarki transportujące beton, aby zapewnić utrzymanie temperatury podczas transportu; Po wstępnym związaniu betonu powierzchnia betonu powinna zostać pokryta izolacją termiczną, a w razie potrzeby kocem elektrycznym w celu ogrzewania. W ten sposób ekipa budowlana zminimalizowała wpływ niskiej temperatury na realizację projektu.
Zapewnienie bezpiecznej eksploatacji elektrowni szczytowo-pompowych w regionach o bardzo niskich temperaturach
Podczas pompowania wody lub wytwarzania energii elektrycznej przez elektrownię szczytowo-pompową, poziom wody w zbiornikach górnym i dolnym będzie się stale zmieniał. W mroźną zimę, gdy elektrownia szczytowo-pompowa pracuje codziennie, w centrum zbiornika utworzy się pływająca pokrywa lodowa, a na zewnątrz pierścień z pokruszonego lodu. Pokrywa lodowa nie będzie miała dużego wpływu na pracę elektrowni szczytowo-pompowej, ale jeśli system energetyczny nie będzie potrzebował jej do długotrwałej pracy, zbiorniki górny i dolny mogą zamarznąć. W tym czasie, mimo że w zbiorniku elektrowni szczytowo-pompowej znajduje się wystarczająca ilość wody, zbiornik nie może płynąć z powodu braku połączenia z atmosferą, a wymuszona praca stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa obiektów zaopatrzenia w wodę oraz urządzeń i instalacji blokowych.
Zespół budowlany przeprowadził specjalistyczne badania dotyczące zimowego trybu pracy elektrowni szczytowo-pompowych. Badania wykazały, że praca dyspozytorni jest kluczowa dla zapewnienia bezpiecznej pracy elektrowni szczytowo-pompowych w okresie zimowym. W mroźne zimy co najmniej jedna jednostka wytwarza energię elektryczną lub pompuje wodę przez ponad 8 godzin dziennie, co może zapobiec całkowitemu oblodzeniu zbiornika. Jeśli praca dyspozytorni sieci energetycznej nie spełnia powyższych warunków, należy podjąć działania zapobiegające oblodzeniu i rozbijaniu lodu.
Obecnie stosuje się trzy główne środki zapobiegające oblodzeniu i łamaniu lodu w zbiornikach i studniach zasuwowych elektrowni szczytowo-pompowych: sztuczne łamanie lodu, pompowanie gazem pod wysokim ciśnieniem oraz łamanie lodu za pomocą płukania pomp wodnych.
Koszt sztucznej metody kruszenia lodu jest niski, ale czas pracy personelu jest długi, ryzyko wysokie, a ryzyko wypadków jest duże. Metoda pompowania gazem pod wysokim ciśnieniem polega na wykorzystaniu sprężonego powietrza wyrzucanego przez sprężarkę powietrza na głębokie wody w celu wytworzenia silnego strumienia ciepłej wody, który może stopić warstwę lodu i zapobiec tworzeniu się nowej. Elektrownia szczytowo-pompowa Huanggou wykorzystuje metodę przepłukiwania pompą wodną i kruszenia lodu. Pompa zanurzeniowa pompuje wodę z głębokiej wody, a następnie woda jest wyrzucana przez otwór w rurze wyrzutowej, tworząc ciągły przepływ, zapobiegający zamarzaniu lokalnej powierzchni wody.
Kolejnym zagrożeniem dla elektrowni szczytowo-pompowych eksploatowanych zimą jest unoszący się lód wpadający do kanału przepływowego, który może uszkodzić turbiny hydrauliczne i inne urządzenia mechaniczne. Na początku budowy elektrowni szczytowo-pompowej Huanggou przeprowadzono testy modelowe, a prędkość krytyczna unoszącego się lodu wpadającego do kanału została obliczona na 1,05 m/s. Aby zmniejszyć prędkość przepływu, elektrownia zaprojektowała sekcje wlotową i wylotową o odpowiedniej wielkości oraz umieściła sekcje monitorujące prędkość przepływu i temperaturę na różnych wysokościach wlotu i wylotu. Po zimowym monitoringu personel elektrowni nie stwierdził unoszącego się lodu wpadającego do kanału przepływowego.
Okres przygotowawczy elektrowni szczytowo-pompowej Huanggou rozpoczyna się w styczniu 2016 roku. Pierwszy blok zostanie oddany do eksploatacji 20 grudnia 2021 roku, a ostatni 29 czerwca 2022 roku. Całkowity czas budowy projektu wynosi sześć i pół roku. W porównaniu z podobnymi projektami elektrowni szczytowo-pompowych w Chinach, budowa elektrowni szczytowo-pompowej Huanggou przebiega sprawnie, ponieważ jest ona zlokalizowana w regionach o bardzo niskich temperaturach. Po przejściu próby mroźnej zimy wszystkie konstrukcje hydrauliczne, urządzenia i instalacje elektrowni szczytowo-pompowej Huanggou działają normalnie. W szczególności maksymalny przeciek za betonową zaporą ziemną górnego zbiornika wynosi zaledwie 4,23 l/s, a wskaźnik przecieku jest na wiodącym poziomie wśród zapór ziemnych o tej samej skali w Chinach. Jednostka rozpoczyna pracę z pełną dyspozycyjnością, szybko reaguje i pracuje stabilnie. Realizuje zadania sieci Northeast Power Grid związane z pokryciem szczytowego zapotrzebowania na energię w okresie letnim, zimowym oraz podczas ważnych festiwali, a także zapewnia bezpieczną i stabilną pracę sieci Northeast Power Grid.
Czas publikacji: 17-11-2022
