Согласно Кодексу проектирования гидротехнических сооружений с защитой от замерзания, бетон F400 должен использоваться для важных, сильно подверженных замерзанию и трудно поддающихся ремонту участков сооружений в условиях сильных морозов (бетон должен выдерживать 400 циклов замораживания-оттаивания). В соответствии с этой спецификацией, бетон F400 должен использоваться для облицовочной и подпорной плит выше уровня мертвой воды верхней водохранилищной каменно-насыпной плотины Хуангоуской гидроаккумулирующей электростанции, зоны колебаний уровня воды на входе и выходе верхнего водохранилища, зоны колебаний уровня воды на входе и выходе нижнего водохранилища и других участков. До этого в отечественной гидроэнергетической отрасли не было прецедентов применения бетона F400. Для приготовления бетона F400 строительная бригада провела многочисленные исследования в отечественных научно-исследовательских институтах и у производителей добавок для бетона, поручила профессиональным компаниям провести специальные исследования, приготовила бетон F400 с добавлением микрокремнезема, воздухововлекающей добавки, высокоэффективного водоредуцирующего агента и других материалов и применила его при строительстве гидроаккумулирующей электростанции Хуангоу.
Кроме того, в регионах с суровыми холодами, если бетон, контактирующий с водой, имеет небольшие трещины, вода будет проникать в них зимой. При непрерывном цикле замерзания-оттаивания бетон будет постепенно разрушаться. Бетонная облицовочная плита главной плотины верхнего водохранилища гидроаккумулирующей электростанции выполняет функцию удержания воды и предотвращения просачивания. При наличии большого количества трещин безопасность плотины значительно снижается. Строительная бригада гидроаккумулирующей электростанции Хуангоу разработала особый вид трещиностойкого бетона – добавление в бетонную смесь расширительного агента и полипропиленового волокна для уменьшения образования трещин и дальнейшего повышения морозостойкости бетона облицовочной плиты.
Что делать, если на бетонной поверхности плотины появятся трещины? Строительная бригада также нанесла на поверхность панели морозостойкую линию, используя в качестве защитного покрытия полиуретан, нанесенный вручную. Полимочевина, нанесенная вручную, позволяет перекрыть контакт бетона с водой, замедлить развитие повреждений бетона облицовочной плиты от замерзания и оттаивания, а также предотвратить эрозию бетона другими вредными веществами, содержащимися в воде. Она обладает водонепроницаемыми, антивозрастными, морозостойкими и другими свойствами.
Лицевая плита бетонной каменно-насыпной плотины не заливается целиком, а строится по секциям. Это приводит к образованию конструктивного шва между каждой секцией. Обычно для предотвращения фильтрации на конструктивный шов накладывают резиновую накладку и фиксируют её анкерными болтами. Зимой в суровых холодных регионах зона водохранилища подвергается более толстому обледенению, и открытые участки анкерных болтов замерзают вместе со слоем льда, вызывая повреждения от обледенения. Инновационная конструкция гидроаккумулирующей электростанции Хуангоу использует сжимаемое покрытие, что решает проблему повреждения конструктивных швов от обледенения. 20 декабря 2021 года первый энергоблок гидроаккумулирующей электростанции Хуангоу будет введен в эксплуатацию. Зимняя эксплуатация показала, что такая конструкция предотвращает повреждение конструктивных швов панелей от обледенения или выдавливания из-за расширения при замерзании.
Для скорейшего завершения строительства проекта строительная бригада попыталась провести работы в зимних условиях. Хотя возможность зимних работ на открытом воздухе практически исключена, подземное машинное отделение, водоотводный тоннель и другие здания гидроаккумулирующей электростанции расположены глубоко под землей и имеют свои особенности. Но как же заливать бетон зимой? Строительная бригада устанавливает теплоизоляционные двери во всех проемах, соединяющих подземные камеры с наружным пространством, и устанавливает внутри дверей вентиляторы горячего воздуха мощностью 35 кВт; система смешивания бетона полностью закрывается, и внутри устанавливаются отопительные системы. Перед замешиванием бетон промывается горячей водой; количество крупного и мелкого заполнителя рассчитывается на зиму в соответствии с объемом земляных работ, необходимых для заливки бетона, и доставляется в тоннель для хранения. Строительная бригада также нагревает заполнитель перед смешиванием и накрывает все бетоносмесительные машины хлопчатобумажными тканями, чтобы обеспечить поддержание температуры во время транспортировки бетона; после первоначального схватывания бетона поверхность бетона покрывается теплоизоляционным утеплителем и, при необходимости, электрическим одеялом для обогрева. Таким образом, строительная бригада свела к минимуму влияние холодной погоды на ход строительства.
Обеспечение безопасной эксплуатации гидроаккумулирующих электростанций в регионах с суровыми холодами.
Когда гидроаккумулирующая электростанция перекачивает воду или вырабатывает электроэнергию, уровень воды в верхнем и нижнем водохранилищах постоянно меняется. В холодную зиму, когда гидроаккумулирующая электростанция ежедневно выполняет свои рабочие задачи, в центре водохранилища образуется плавающий ледяной покров, а снаружи – кольцо из измельченного льда. Ледяной покров не оказывает существенного влияния на работу гидроаккумулирующей электростанции, но если энергосистема длительное время не нуждается в работе гидроаккумулирующей электростанции, верхний и нижний водохранилища могут замерзнуть. В это время, даже при достаточном количестве воды в водохранилище гидроаккумулирующей электростанции, поток воды не может быть обеспечен из-за невозможности соединения с атмосферой, а вынужденная эксплуатация создаст угрозу безопасности для водоснабжающих сооружений, оборудования и объектов энергоблока.
Строительная бригада провела специальное исследование режима работы гидроаккумулирующих электростанций в зимнее время. Исследование показало, что диспетчерское управление является ключевым фактором обеспечения безопасной работы гидроаккумулирующих электростанций в зимний период. В холодную зиму, когда как минимум один энергоблок вырабатывает электроэнергию или перекачивает воду более 8 часов в сутки, это предотвращает образование полного ледяного покрова в водохранилище; если диспетчерское управление электросетью не может обеспечить соблюдение вышеуказанных условий, необходимо принимать меры по предотвращению обледенения и его разрушению.
В настоящее время существует три основных метода предотвращения обледенения и разрушения льда в водохранилищах и затворах гидроаккумулирующих электростанций: искусственное разрушение льда, закачивание газа под высоким давлением и разрушение льда с помощью промывочных водяных насосов.
Стоимость метода искусственного разрушения льда низка, но время работы персонала велико, риск высок, и легко могут произойти аварии. Метод нагнетания газа под высоким давлением заключается в использовании сжатого воздуха, подаваемого воздушным компрессором в глубокую воду, для создания мощного потока теплой воды, который может растопить слой льда и предотвратить образование нового. На гидроаккумулирующей электростанции Хуангоу используется метод промывки водой и разрушения льда, то есть погружной насос используется для откачки воды из глубины, а затем вода подается через струйное отверстие в струйной трубе, образуя непрерывный поток воды, что предотвращает локальное обледенение поверхности воды.
Попадание плавающего льда в канал является еще одним риском для гидроаккумулирующих электростанций в зимний период, что может повредить гидравлические турбины и другое механическое оборудование. В начале строительства гидроаккумулирующей электростанции Хуангоу были проведены модельные испытания, и критическая скорость попадания плавающего льда в канал была рассчитана как 1,05 м/с. Для снижения скорости потока гидроаккумулирующая электростанция Хуангоу спроектировала входное и выходное сечения достаточно большими и установила секции контроля скорости потока и температуры на разных высотах от входа и выхода. После зимнего мониторинга персонал электростанции не обнаружил попадания плавающего льда в канал.
Подготовка к строительству гидроаккумулирующей электростанции Хуангоу началась в январе 2016 года. Первый энергоблок будет введен в эксплуатацию 20 декабря 2021 года, а последний — 29 июня 2022 года. Общий срок строительства проекта составляет шесть с половиной лет. По сравнению с аналогичными гидроаккумулирующими электростанциями в Китае, сроки строительства Хуангоу не отстают, поскольку она расположена в регионе с суровыми холодами. После испытаний в условиях холодной зимы все гидротехнические сооружения, оборудование и объекты гидроаккумулирующей электростанции Хуангоу работают в обычном режиме. В частности, максимальная утечка за бетонной каменно-насыпной плотиной верхнего водохранилища составляет всего 4,23 л/с, что является лучшим показателем среди земляных каменно-насыпных плотин аналогичного масштаба в Китае. Энергоблоки запускаются в работу оперативно, быстро реагируют на изменения и работают стабильно. Она выполняет задачи Северо-восточной энергосистемы по обеспечению пиковых нагрузок в летний и зимний периоды, а также во время важных праздников, и гарантирует безопасную и стабильную работу Северо-восточной энергосистемы.
Дата публикации: 17 ноября 2022 г.
