De acordo com o Código para Projeto Anticongelante de Estruturas Hidráulicas, o concreto F400 deve ser utilizado em partes de estruturas importantes, severamente congeladas e de difícil reparo em áreas de frio intenso (o concreto deve ser capaz de suportar 400 ciclos de congelamento e descongelamento). Segundo essa especificação, o concreto F400 deve ser utilizado na laje de face e na laje de pé acima do nível morto da barragem de enrocamento da face do reservatório superior da Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou, na área de flutuação do nível da água na entrada e saída do reservatório superior, na área de flutuação do nível da água na entrada e saída do reservatório inferior e em outras partes. Anteriormente, não havia precedentes para a aplicação do concreto F400 na indústria hidrelétrica nacional. Para preparar o concreto F400, a equipe de construção pesquisou institutos de pesquisa nacionais e fabricantes de aditivos para concreto de diversas maneiras, contratou empresas especializadas para realizar pesquisas específicas, preparou o concreto F400 adicionando sílica ativa, agente incorporador de ar, aditivo superplastificante e outros materiais, e o aplicou na construção da Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou.
Além disso, em áreas de frio intenso, se o concreto em contato com a água apresentar pequenas fissuras, a água penetrará nessas fissuras durante o inverno. Com o ciclo contínuo de congelamento e descongelamento, o concreto se deteriorará gradualmente. A laje de concreto da barragem principal do reservatório superior da usina hidrelétrica reversível desempenha a função de reter água e prevenir infiltrações. Se houver muitas fissuras, a segurança da barragem ficará seriamente comprometida. A equipe de construção da Usina Hidrelétrica Reversível de Huanggou desenvolveu um tipo de concreto resistente a fissuras, adicionando agente expansor e fibra de polipropileno à mistura do concreto para reduzir a ocorrência de fissuras e melhorar ainda mais a resistência ao congelamento 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 gelo na superfície do painel, utilizando poliureia raspada manualmente como revestimento protetor. A poliureia raspada manualmente impede o contato entre o concreto e a água, retarda o desenvolvimento de danos por descamação causados pelo congelamento e descongelamento na laje de concreto e também impede que outros componentes nocivos presentes na água corroam o concreto. Ela possui as funções de impermeabilização, antienvelhecimento, resistência ao congelamento e descongelamento, etc.
A laje de face da barragem de enrocamento com face de concreto não é moldada em uma única peça, mas construída em seções. Isso resulta em uma junta estrutural entre cada seção do painel. O tratamento anti-infiltração comum consiste em cobrir a junta estrutural com uma placa de borracha e fixá-la com parafusos de expansão. No inverno, em áreas de frio intenso, a área do reservatório fica sujeita a uma camada de gelo mais espessa, e a parte exposta do parafuso de expansão congela junto com a camada de gelo, causando danos por arrancamento do gelo. A Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou adota, de forma inovadora, uma estrutura com revestimento compressível, que resolve o problema de juntas estruturais danificadas pelo arrancamento do gelo. Em 20 de dezembro de 2021, a primeira unidade da Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou entrou em operação para geração de energia. A operação durante o inverno comprovou que esse tipo de estrutura pode prevenir os danos às juntas estruturais dos painéis causados pelo arrancamento do gelo ou pela extrusão por expansão do gelo.
Para concluir a construção do projeto o mais rápido possível, a equipe de construção tentou realizar a obra durante o inverno. Embora seja praticamente impossível construir ao ar livre no inverno, a casa de máquinas subterrânea, o túnel de adução de água e outras estruturas da usina hidrelétrica reversível estão profundamente enterrados e apresentam condições ideais para a construção. Mas como concretar no inverno? A equipe de construção instalou portas isolantes em todas as aberturas que conectam as cavernas subterrâneas ao exterior e ventiladores de ar quente de 35 kW dentro das portas; o sistema de mistura de concreto foi completamente fechado e sistemas de aquecimento foram instalados internamente. Antes da mistura, o sistema de mistura de concreto foi lavado com água quente; a quantidade de agregados graúdos e miúdos foi calculada de acordo com a quantidade de terraplenagem necessária para a concretagem no inverno e transportada para o túnel para armazenamento antes da chegada do inverno. A equipe de construção também aqueceu os agregados antes da mistura e colocou "coberturas de algodão" em todos os caminhões betoneira que transportavam o concreto para garantir a manutenção da temperatura durante o transporte; após a pega inicial do concreto, a superfície foi coberta com manta de isolamento térmico e, se necessário, com cobertor elétrico para aquecimento. Dessa forma, a equipe de construção minimizou o impacto do clima frio na obra.
Garantir a operação segura de usinas hidrelétricas de bombeamento em regiões de frio extremo.
Quando uma central hidrelétrica de bombeamento reversível bombeia água ou gera eletricidade, o nível da água nos reservatórios superior e inferior varia constantemente. No inverno rigoroso, quando a central opera diariamente, forma-se uma camada de gelo flutuante no centro do reservatório e uma faixa de gelo fragmentado ao redor. A camada de gelo não impacta significativamente a operação da central, mas se o sistema elétrico ficar inativo por um longo período, os reservatórios superior e inferior podem congelar. Nesse caso, mesmo que haja água suficiente no reservatório, o fluxo da água fica impedido pela impossibilidade de contato com a atmosfera, e a operação forçada representa riscos à segurança das estruturas de abastecimento de água e dos equipamentos e instalações da central.
A equipe de construção realizou um estudo específico sobre o modo de operação de inverno das usinas hidrelétricas de bombeamento. A pesquisa demonstra que a operação de despacho é fundamental para garantir a segurança do funcionamento dessas usinas no inverno. Em invernos rigorosos, pelo menos uma unidade deve gerar eletricidade ou bombear água por mais de 8 horas diárias, o que impede a formação completa de uma camada de gelo no reservatório. Quando o despacho da rede elétrica não atender a essas condições, medidas anti-gelo e de quebra-gelo devem ser implementadas.
Atualmente, existem três principais medidas anti-gelo e de quebra-gelo para reservatórios e poços de comporta de usinas hidrelétricas de bombeamento: quebra-gelo artificial, inflação de gás de alta pressão e quebra-gelo por lavagem com bomba d'água.
O método artificial de quebra de gelo tem baixo custo, mas exige longa mão de obra, apresenta alto risco e acidentes de segurança são frequentes. O método de inflação com gás de alta pressão utiliza ar comprimido, injetado por um compressor em águas profundas, para gerar um forte fluxo de água quente que derrete a camada de gelo e impede a formação de novas camadas. A Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou adota o método de lavagem com bomba d'água e quebra de gelo. Nesse método, uma bomba submersível bombeia água das profundezas, que é então injetada através de orifícios em tubos de jato, formando um fluxo contínuo que impede o congelamento da superfície da água.
A entrada de gelo flutuante no canal de escoamento representa outro risco para usinas hidrelétricas de bombeamento durante a operação no inverno, podendo danificar turbinas hidráulicas e outros equipamentos mecânicos. No início da construção da Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou, foram realizados testes em modelo reduzido, e a velocidade crítica de entrada de gelo flutuante no canal foi calculada em 1,05 m/s. Para reduzir a velocidade do fluxo, a Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou projetou as seções de entrada e saída com dimensões suficientes e instalou sensores de velocidade e temperatura em diferentes níveis de elevação na entrada e na saída. Após o monitoramento de inverno, a equipe da usina não encontrou gelo flutuante entrando no canal de escoamento.
O período de preparação da Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou teve início em janeiro de 2016. A primeira unidade entrará em operação para geração de energia em 20 de dezembro de 2021 e a última unidade em 29 de junho de 2022. O período total de construção do projeto é de seis anos e meio. Comparada a outros projetos de usinas hidrelétricas de bombeamento semelhantes na China, a construção da usina de Huanggou não sofreu atrasos, mesmo estando localizada em uma região de frio intenso. Após enfrentar o rigoroso inverno, todas as estruturas hidráulicas, equipamentos e instalações da Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Huanggou operam normalmente. Em particular, o vazamento máximo atrás da barragem de enrocamento com face de concreto do reservatório superior é de apenas 4,23 L/s, um índice de vazamento que se encontra entre os melhores do mercado para barragens de enrocamento de mesma escala na China. A unidade inicia a operação com agilidade, responde rapidamente e opera de forma estável. Ela assume as tarefas da Northeast Power Grid para atender aos picos de demanda no verão, inverno e em festivais importantes, e garante a operação segura e estável da Northeast Power Grid.
Data da publicação: 17/11/2022
