De acordo com o Código de Projeto Anticongelante de Estruturas Hidráulicas, o concreto F400 deve ser utilizado nas partes importantes das estruturas, severamente congeladas e de difícil reparo em áreas com frio intenso (o concreto deve suportar 400 ciclos de congelamento e degelo). De acordo com essa especificação, o concreto F400 deve ser utilizado na laje de face e na laje de base acima do nível de água parada da barragem de enrocamento da face superior do reservatório da Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Huanggou, na área de flutuação do nível d'água da entrada e saída do reservatório superior, na área de flutuação do nível d'água da entrada e saída do reservatório inferior e em outras partes. Antes disso, não havia precedentes para a aplicação do concreto F400 na indústria hidrelétrica nacional. Para preparar o concreto F400, a equipe de construção investigou institutos de pesquisa nacionais e fabricantes de aditivos para concreto de várias maneiras, confiou a empresas profissionais a realização de pesquisas especiais, preparou o concreto F400 adicionando sílica ativa, agente incorporador de ar, agente redutor de água de alta eficiência e outros materiais, e aplicou-os à construção da Usina Elétrica de Armazenamento Bombeado de Huanggou.
Além disso, em áreas de frio extremo, se o concreto em contato com a água apresentar pequenas rachaduras, a água penetrará nessas rachaduras no inverno. Com o ciclo contínuo de congelamento e degelo, o concreto será gradualmente destruído. A laje de concreto da barragem principal do reservatório superior da usina hidrelétrica reversível desempenha a função de reter água e evitar infiltrações. Se houver muitas rachaduras, a segurança da barragem será seriamente reduzida. A equipe de construção da Usina Hidrelétrica Reversível de Huanggou desenvolveu um tipo de concreto resistente a rachaduras – adicionando agente expansor e fibra de polipropileno na mistura do concreto para reduzir a ocorrência de rachaduras no concreto e melhorar ainda mais a resistência ao gelo da laje de concreto.
E se houver rachaduras na face de concreto da barragem? A equipe de construção também instalou uma linha de resistência ao congelamento na superfície do painel, utilizando poliureia raspada manualmente como revestimento protetor. A poliureia raspada manualmente pode cortar o contato entre o concreto e a água, retardar o desenvolvimento de danos causados pela incrustação por congelamento e degelo no concreto da laje frontal e também impedir que outros componentes nocivos presentes na água corroam o concreto. Ela possui as funções de impermeabilização, antienvelhecimento, resistência ao congelamento e degelo, entre outras.
A laje frontal da barragem de concreto com enrocamento não é moldada de uma só vez, mas construída em seções. Isso resulta em uma junta estrutural entre cada seção do painel. O tratamento anti-infiltração comum é cobrir uma placa de cobertura de borracha na junta estrutural e fixá-la com parafusos de expansão. No inverno, em áreas de frio severo, a área do reservatório estará sujeita a uma camada de gelo mais espessa, e a parte exposta do parafuso de expansão será congelada junto com a camada de gelo, causando danos por remoção de gelo. A Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Huanggou adota de forma inovadora uma estrutura do tipo revestimento compressível, que resolve o problema de juntas estruturais danificadas por remoção de gelo. Em 20 de dezembro de 2021, a primeira unidade da Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Huanggou será colocada em operação para geração de energia. Uma operação de inverno provou que esse tipo de estrutura pode evitar danos às juntas estruturais do painel causados por remoção de gelo ou extrusão de expansão por geada.
Para concluir a construção do projeto o mais rápido possível, a equipe de construção tentou realizar a construção de inverno. Embora seja quase impossível realizar a construção de inverno ao ar livre, a casa de força subterrânea, o túnel de transporte de água e outros edifícios da usina hidrelétrica reversível estão profundamente enterrados e apresentam condições de construção. Mas como despejar concreto no inverno? A equipe de construção deve instalar portas de isolamento para todas as aberturas que conectam as cavernas subterrâneas e o exterior, e instalar ventiladores de ar quente de 35 kW dentro das portas; O sistema de mistura de concreto é completamente fechado e as instalações de aquecimento são instaladas dentro. Antes da mistura, lave o sistema de mistura de concreto com água quente; Calcule a quantidade de agregados grossos e finos no inverno de acordo com a quantidade de terraplenagem de concreto necessária para o vazamento de inverno e transporte-os para o túnel para armazenamento antes do inverno. A equipe de construção também aquece os agregados antes da mistura e coloca "roupas acolchoadas de algodão" em todos os caminhões betoneira que transportam concreto para garantir que a temperatura seja mantida durante o transporte do concreto; Após a concretagem inicial, a superfície de concreto será coberta com manta isolante térmica e, se necessário, coberta com manta elétrica para aquecimento. Dessa forma, a equipe de construção minimizou o impacto do frio na obra.
Garantir a operação segura de usinas de energia bombeada em regiões de frio intenso
Quando uma usina hidrelétrica reversível bombeia água ou gera eletricidade, o nível da água dos reservatórios superior e inferior muda constantemente. No inverno frio, quando a usina hidrelétrica reversível realiza tarefas operacionais diárias, uma camada de gelo flutuante se forma no centro do reservatório e um anel de gelo picado se forma na parte externa. A camada de gelo não tem grande impacto na operação da usina hidrelétrica reversível, mas se o sistema de energia não precisar que a usina hidrelétrica reversível opere por um longo período, os reservatórios superior e inferior podem congelar. Nesse momento, embora haja água suficiente no reservatório da usina hidrelétrica reversível, o corpo d'água não consegue fluir devido à incapacidade de se conectar com a atmosfera, e a operação forçada trará riscos à segurança das estruturas de abastecimento de água, equipamentos e instalações da unidade.
A equipe de construção realizou um estudo especial sobre o modo de operação de inverno de usinas hidrelétricas reversíveis. A pesquisa demonstra que a operação de despacho é fundamental para garantir a operação segura das usinas hidrelétricas reversíveis no inverno. No inverno rigoroso, pelo menos uma unidade gera eletricidade ou bombeia água por mais de 8 horas por dia, o que pode impedir a formação de uma camada de gelo completa no reservatório. Quando o despacho da rede elétrica não atender às condições acima, medidas antigelo e de quebra-gelo devem ser tomadas.
Atualmente, existem três principais medidas antigelo e de quebra de gelo para reservatórios e poços de comportas de usinas de energia bombeadas: quebra de gelo artificial, inflação de gás de alta pressão e quebra de gelo por descarga de bomba de água.
O custo do método de quebra de gelo artificial é baixo, mas o tempo de operação da equipe é longo, o risco é alto e acidentes de segurança são fáceis de ocorrer. O método de inflação de gás de alta pressão consiste em usar o ar comprimido ejetado pelo compressor de ar em águas profundas para ejetar um forte fluxo de água quente, que pode derreter a camada de gelo e prevenir a formação de nova camada de gelo. A Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Huanggou adota o método de lavagem com bomba d'água e quebra de gelo, ou seja, a bomba submersível é usada para bombear a água profunda para cima, e então a água é ejetada através do orifício de jato no tubo de jato para formar um fluxo contínuo de água, de modo a evitar o congelamento da superfície da água local.
A entrada de gelo flutuante na passagem de fluxo é outro risco para usinas hidrelétricas reversíveis em operação no inverno, podendo danificar turbinas hidráulicas e outros equipamentos mecânicos. No início da construção da Usina Hidrelétrica Reversível de Huanggou, foram realizados testes de modelo, e a velocidade crítica do gelo flutuante que entra no canal foi calculada em 1,05 m/s. Para reduzir a velocidade do fluxo, a Usina Hidrelétrica Reversível de Huanggou projetou seções de entrada e saída suficientemente grandes, e configurou as seções de monitoramento de velocidade e temperatura do fluxo em diferentes elevações da entrada e saída. Após o monitoramento de inverno, a equipe da usina não encontrou gelo flutuante entrando na passagem de fluxo.
O período de preparação da Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Huanggou começou em janeiro de 2016. A primeira unidade entrará em operação para geração de energia em 20 de dezembro de 2021, e a última unidade entrará em operação para geração de energia em 29 de junho de 2022. O período total de construção do projeto é de seis anos e meio. Comparado com projetos de usinas hidrelétricas de armazenamento bombeado do mesmo tipo na China, o período de construção da usina hidrelétrica de armazenamento bombeado de Huanggou não ficou para trás por estar localizada em áreas de frio severo. Após passar pelo teste de um inverno rigoroso, todas as estruturas hidráulicas, equipamentos e instalações da Usina Hidrelétrica de Armazenamento Bombeado de Huanggou operam normalmente. Em particular, o vazamento máximo atrás da barragem de enrocamento de concreto da face do reservatório superior é de apenas 4,23 l/s, e o índice de vazamento está no nível líder entre barragens de terra e rocha do mesmo porte na China. A unidade inicia com despacho, responde rapidamente e opera de forma estável. Ela assume as tarefas da Northeast Power Grid para atender aos picos de energia no verão, inverno e festivais importantes, além de garantir a operação segura e estável da Northeast Power Grid.
Horário da publicação: 17/11/2022
