V skladu s kodeksom za načrtovanje hidravličnih konstrukcij proti zmrzovanju se mora beton F400 uporabiti za dele konstrukcij, ki so pomembni, močno zamrznjeni in jih je težko popraviti v območjih z visokim mrazom (beton mora biti sposoben prenesti 400 ciklov zmrzovanja in odtajanja). V skladu s to specifikacijo se mora beton F400 uporabiti za čelno ploščo in podnožje plošče nad nivojem mrtve vode zgornjega kamnitega jezu črpalne elektrarne Huanggou, območje nihanja gladine vode na zgornjem vhodu in izhodu rezervoarja, območje nihanja gladine vode na spodnjem vhodu in izhodu rezervoarja ter druge dele. Pred tem ni bilo precedensa za uporabo betona F400 v domači hidroenergetski industriji. Za pripravo betona F400 je gradbena ekipa na več načinov raziskala domače raziskovalne inštitute in proizvajalce dodatkov za beton, zaupala strokovnim podjetjem izvedbo posebnih raziskav, pripravila beton F400 z dodajanjem silicijevega dioksida, sredstva za vezavo zraka, visoko učinkovitega sredstva za zmanjšanje vode in drugih materialov ter ga uporabila pri gradnji črpalne elektrarne Huanggou.
Poleg tega bo v območjih z močnim mrazom, če ima beton, ki je v stiku z vodo, rahle razpoke, voda pozimi prodrla vanje. Zaradi neprekinjenega cikla zmrzovanja in odtajanja se bo beton postopoma uničeval. Betonska ploskev glavnega jezu zgornjega rezervoarja črpalne elektrarne igra vlogo zadrževanja vode in preprečevanja pronicanja. Če je veliko razpok, se bo varnost jezu resno zmanjšala. Gradbena ekipa črpalne elektrarne Huanggou je razvila vrsto betona, odpornega proti razpokam – pri mešanju betona so dodali ekspanzijsko sredstvo in polipropilenska vlakna, da bi zmanjšali pojav razpok v betonu in dodatno izboljšali odpornost betona ploskev proti zmrzovanju.
Kaj pa, če so na betonski površini jezu razpoke? Gradbena ekipa je na površino plošče namestila tudi linijo, odporno proti zmrzovanju – z ročno strgano poliureo kot zaščitnim premazom. Ročno strgana poliurea lahko prekine stik med betonom in vodo, upočasni razvoj poškodb zaradi zmrzovanja in odtajevanja na betonski površini plošče ter prepreči erodiranje betona zaradi drugih škodljivih sestavin v vodi. Ima funkcije vodoodpornosti, proti staranju, odpornosti proti zmrzovanju in odtajanju itd.
Čelna plošča betonskega kamnitega jezu ni vlita naenkrat, temveč je zgrajena v odsekih. To ima za posledico strukturni spoj med posameznimi odseki panelov. Običajna obdelava proti pronicanju je prekrivanje strukturnega spoja z gumijasto pokrivno ploščo in pritrditev z razteznimi vijaki. Pozimi v hudo mrzlih območjih je območje rezervoarja izpostavljeno debelejšemu ledu, izpostavljeni del razteznega vijaka pa bo zamrznjen skupaj s plastjo ledu, kar bo povzročilo škodo zaradi izpiranja ledu. Črpalna elektrarna Huanggou inovativno uporablja strukturo stisljivega premaza, ki rešuje problem strukturnih spojev, poškodovanih zaradi izpiranja ledu. 20. decembra 2021 bo začela obratovati prva enota črpalne elektrarne Huanggou za proizvodnjo električne energije. Zimsko obratovanje je dokazalo, da lahko ta vrsta konstrukcije prepreči poškodbe strukturnih spojev panelov zaradi vlečenja ledu ali ekstruzije zaradi zmrzali.
Da bi čim prej zaključili gradnjo projekta, si je gradbena ekipa prizadevala za zimsko gradnjo. Čeprav zimska gradnja na prostem skoraj ni mogoča, so podzemna elektrarna, predor za prenos vode in druge stavbe črpalne elektrarne globoko pod zemljo in imajo gradbene pogoje. Toda kako vlivati beton pozimi? Gradbena ekipa mora namestiti izolacijska vrata za vse odprtine, ki povezujejo podzemne kaverne z zunanjostjo, in v vrata namestiti 35 kW ventilatorje za vroč zrak; sistem za mešanje betona je popolnoma zaprt, ogrevalne naprave pa so nameščene v zaprtih prostorih. Pred mešanjem je treba sistem za mešanje betona sprati z vročo vodo; količino grobega in drobnega agregata pozimi izračunati glede na količino betonskih zemeljskih del, potrebnih za zimsko vlivanje, in jih prepeljati v predor za skladiščenje pred zimo. Gradbena ekipa pred mešanjem agregate tudi segreje in na vse mešalnike, ki prevažajo beton, namesti "bombažno oblazinjena oblačila", da se zagotovi vzdrževanje temperature med prevozom betona; po začetnem strjevanju betona je treba betonsko površino prekriti s toplotnoizolacijsko odejo in po potrebi z električno odejo za ogrevanje. Na ta način je gradbena ekipa zmanjšala vpliv hladnega vremena na gradnjo projekta.
Zagotavljanje varnega delovanja črpalnih elektrarn v hudo mrzlih območjih
Ko črpalna elektrarna črpa vodo ali proizvaja elektriko, se gladina vode v zgornjem in spodnjem rezervoarju nenehno spreminja. V hladni zimi, ko črpalna elektrarna vsak dan obratuje, se v središču rezervoarja oblikuje plavajoča ledena odeja, zunaj pa obroč zdrobljenega ledu. Ledena odeja ne bo imela velikega vpliva na delovanje črpalne elektrarne, če pa elektroenergetski sistem ne potrebuje daljšega delovanja črpalne elektrarne, lahko zgornji in spodnji rezervoar zamrzneta. V tem času, čeprav je v rezervoarju črpalne elektrarne dovolj vode, vodno telo ne more teči zaradi nezmožnosti stika z atmosfero, prisilno delovanje pa bo predstavljalo varnostno tveganje za objekte za oskrbo z vodo ter opremo in objekte enote.
Gradbena ekipa je izvedla posebno študijo o zimskem načinu delovanja črpalnih elektrarn. Raziskava kaže, da je dispečersko delovanje ključnega pomena za zagotavljanje varnega delovanja črpalnih elektrarn pozimi. V hladni zimi vsaj ena enota proizvaja elektriko ali črpa vodo več kot 8 ur na dan, kar lahko prepreči, da bi se rezervoar popolnoma prekril z ledom. Kadar dispečersko delovanje elektroenergetskega omrežja ne more izpolniti zgornjih pogojev, je treba sprejeti ukrepe proti ledu in za lomljenje ledu.
Trenutno obstajajo trije glavni ukrepi proti ledu in lomljenju ledu za rezervoarje in zapornice črpalnih elektrarn: umetno lomljenje ledu, vpihovanje s plinom pod visokim tlakom in lomljenje ledu z vodno črpalko.
Stroški metode umetnega lomljenja ledu so nizki, vendar je čas delovanja osebja dolg, tveganje veliko in varnostne nesreče se lahko zgodijo. Metoda napihovanja s plinom pod visokim tlakom uporablja stisnjen zrak, ki ga zračni kompresor izbrizga v globoko vodo, za izbruh močnega toplega toka vode, ki lahko stopi plast ledu in prepreči nastanek nove plasti ledu. Črpalna elektrarna Huanggou uporablja metodo izpiranja z vodno črpalko in lomljenja ledu, kar pomeni, da se potopna črpalka uporablja za črpanje globoke vode, nato pa se voda izbrizga skozi odprtino za curek na cevi za curek, da se ustvari neprekinjen tok vode, s čimer se prepreči zaledenitev lokalne vodne površine.
Vdor plavajočega ledu v pretočni kanal je še eno tveganje za črpalno elektrarno v zimskem obratovanju, saj lahko poškoduje hidravlične turbine in drugo mehansko opremo. Na začetku gradnje črpalne elektrarne Huanggou so bili izvedeni modelni testi, kritična hitrost plavajočega ledu, ki vstopa v kanal, pa je bila izračunana na 1,05 m/s. Da bi zmanjšali hitrost pretoka, je črpalna elektrarna Huanggou zasnovala dovolj velik vhodni in izhodni del ter namestila odseke za spremljanje hitrosti pretoka in temperature na različnih višinah vhoda in iztoka. Po zimskem spremljanju osebje elektrarne ni ugotovilo, da bi plavajoči led vstopal v pretočni kanal.
Priprave za gradnjo črpalne elektrarne Huanggou se začnejo januarja 2016. Prvi blok bo za proizvodnjo električne energije začel obratovati 20. decembra 2021, zadnji blok pa 29. junija 2022. Skupno obdobje gradnje projekta je šest let in pol. V primerjavi s podobnimi projekti črpalnih elektrarn na Kitajskem obdobje gradnje črpalne elektrarne Huanggou ni zaostajalo, saj se nahaja na območjih z zelo nizkimi temperaturami. Po preizkušnji mrzle zime vse hidravlične konstrukcije, oprema in objekti črpalne elektrarne Huanggou delujejo normalno. Največje puščanje za betonskim kamnitim jezom zgornjega rezervoarja je le 4,23 l/s, indeks puščanja pa je na vodilni ravni med kamnitimi jezovi podobnega obsega na Kitajskem. Enota se zažene takoj, se hitro odzove in deluje stabilno. Prevzema naloge severovzhodnega elektroenergetskega omrežja za doseganje konic poleti, pozimi in ob pomembnih praznikih ter zagotavlja varno in stabilno delovanje severovzhodnega elektroenergetskega omrežja.
Čas objave: 17. november 2022
