โรงไฟฟ้าพลังงานสูบน้ำสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยในพื้นที่ละติจูดสูงและพื้นที่หนาวเย็นได้อย่างไร

ตามรหัสสำหรับการออกแบบโครงสร้างไฮดรอลิกที่ป้องกันการแข็งตัว คอนกรีต F400 ควรใช้กับส่วนต่างๆ ของโครงสร้างที่สำคัญ แข็งตัวอย่างรุนแรง และยากต่อการซ่อมแซมในพื้นที่ที่มีอากาศเย็นจัด (คอนกรีตจะต้องทนทานต่อการแช่แข็งและละลายน้ำแข็งได้ 400 รอบ) ตามข้อกำหนดนี้ คอนกรีต F400 ควรใช้กับแผ่นหน้าและแผ่นฐานเหนือระดับน้ำตายของเขื่อนหินถมหน้าอ่างเก็บน้ำส่วนบนของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำสูบ Huanggou พื้นที่ผันผวนของระดับน้ำของทางเข้าและทางออกอ่างเก็บน้ำส่วนบน พื้นที่ผันผวนของระดับน้ำของทางเข้าและทางออกอ่างเก็บน้ำส่วนล่าง และส่วนอื่นๆ ก่อนหน้านี้ ไม่มีกรณีตัวอย่างสำหรับการใช้คอนกรีต F400 ในอุตสาหกรรมพลังงานน้ำในประเทศ เพื่อเตรียมคอนกรีต F400 ทีมงานก่อสร้างได้ศึกษาสถาบันวิจัยในประเทศและผู้ผลิตสารผสมคอนกรีตในหลายๆ วิธี มอบหมายให้บริษัทมืออาชีพทำการวิจัยพิเศษ เตรียมคอนกรีต F400 โดยการเติมซิลิกาฟูม สารกักเก็บอากาศ สารลดน้ำที่มีประสิทธิภาพสูง และวัสดุอื่นๆ และนำมาประยุกต์ใช้ในการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าสูบน้ำ Huanggou
นอกจากนี้ ในพื้นที่ที่มีอากาศหนาวเย็นจัด หากคอนกรีตที่สัมผัสกับน้ำมีรอยแตกร้าวเล็กน้อย น้ำจะซึมเข้าไปในรอยแตกร้าวในฤดูหนาว ด้วยวงจรการแข็งตัวและละลายอย่างต่อเนื่อง คอนกรีตจะค่อยๆ ถูกทำลาย แผ่นหน้าคอนกรีตของเขื่อนหลักของอ่างเก็บน้ำด้านบนของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำทำหน้าที่กักเก็บน้ำและป้องกันการรั่วซึม หากมีรอยแตกร้าวจำนวนมาก ความปลอดภัยของเขื่อนจะลดลงอย่างมาก ทีมงานก่อสร้างของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำ Huanggou ได้พัฒนาคอนกรีตที่ทนต่อรอยแตกร้าวชนิดหนึ่ง โดยเติมสารขยายตัวและเส้นใยโพลีโพรพีลีนเมื่อผสมคอนกรีตเพื่อลดการเกิดรอยแตกร้าวในคอนกรีตและปรับปรุงความต้านทานน้ำแข็งของแผ่นหน้าคอนกรีตให้ดียิ่งขึ้น
จะเกิดอะไรขึ้นหากมีรอยแตกร้าวบนหน้าคอนกรีตของเขื่อน? ทีมงานก่อสร้างยังได้กำหนดแนวป้องกันน้ำแข็งบนพื้นผิวของแผงโดยใช้โพลียูเรียที่ขูดด้วยมือเป็นสารเคลือบป้องกัน โพลียูเรียที่ขูดด้วยมือสามารถตัดการสัมผัสระหว่างคอนกรีตกับน้ำ ชะลอการเกิดความเสียหายจากการแข็งตัวและละลายของแผ่นคอนกรีตด้านหน้า และยังป้องกันไม่ให้ส่วนผสมที่เป็นอันตรายอื่นๆ ในน้ำกัดเซาะคอนกรีต มีคุณสมบัติกันน้ำ ป้องกันการเสื่อมสภาพ ต้านทานการแข็งตัวและละลาย เป็นต้น
แผ่นหน้าเขื่อนคอนกรีตหน้าเขื่อนหินถมไม่ได้หล่อในครั้งเดียว แต่สร้างเป็นส่วนๆ ทำให้เกิดรอยต่อโครงสร้างระหว่างแต่ละแผง วิธีการป้องกันการรั่วซึมทั่วไปคือปิดแผ่นยางที่รอยต่อโครงสร้างและยึดด้วยสลักขยาย ในฤดูหนาวในพื้นที่หนาวเย็นจัด พื้นที่อ่างเก็บน้ำจะสัมผัสกับน้ำแข็งที่หนาขึ้น และส่วนที่เปิดออกของสลักขยายจะถูกแช่แข็งร่วมกับชั้นน้ำแข็งเพื่อสร้างความเสียหายจากการดึงน้ำแข็งออก Huanggou Pumped Storage Power Station นำโครงสร้างประเภทเคลือบที่บีบอัดได้อย่างสร้างสรรค์ ซึ่งช่วยแก้ปัญหารอยต่อโครงสร้างที่เสียหายจากการดึงน้ำแข็งออก ในวันที่ 20 ธันวาคม 2021 หน่วยแรกของ Huanggou Pumped Storage Power Station จะเริ่มดำเนินการผลิตไฟฟ้า การดำเนินการในฤดูหนาวได้พิสูจน์แล้วว่าโครงสร้างประเภทนี้สามารถป้องกันความเสียหายของรอยต่อโครงสร้างแผงที่เกิดจากน้ำแข็งดึงหรือการอัดรีดขยายตัวเนื่องจากน้ำแข็งได้
เพื่อให้โครงการก่อสร้างเสร็จสมบูรณ์โดยเร็วที่สุด ทีมงานก่อสร้างได้พยายามดำเนินการก่อสร้างในฤดูหนาว แม้ว่าจะแทบไม่มีความเป็นไปได้เลยที่จะก่อสร้างในฤดูหนาวกลางแจ้ง แต่โรงไฟฟ้าใต้ดิน อุโมงค์ส่งน้ำ และอาคารอื่นๆ ของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำก็ถูกฝังอยู่ใต้ดินอย่างลึกและมีเงื่อนไขการก่อสร้าง แต่จะเทคอนกรีตในฤดูหนาวอย่างไร ทีมงานก่อสร้างจะต้องติดตั้งประตูฉนวนสำหรับช่องเปิดทั้งหมดที่เชื่อมต่อถ้ำใต้ดินและกลางแจ้ง และติดตั้งพัดลมลมร้อน 35 กิโลวัตต์ภายในประตู ระบบผสมคอนกรีตจะต้องปิดสนิท และติดตั้งอุปกรณ์ทำความร้อนไว้ภายในอาคาร ก่อนผสมคอนกรีต ให้ล้างระบบผสมคอนกรีตด้วยน้ำร้อน คำนวณปริมาณมวลรวมหยาบและละเอียดในฤดูหนาวตามปริมาณงานดินคอนกรีตที่จำเป็นสำหรับการเทคอนกรีตในฤดูหนาว และขนส่งไปยังอุโมงค์เพื่อจัดเก็บก่อนฤดูหนาว ทีมงานก่อสร้างยังให้ความร้อนแก่มวลรวมก่อนผสม และใส่ "ผ้าฝ้ายบุ" บนรถบรรทุกผสมคอนกรีตทุกคันที่ขนส่งคอนกรีตเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิจะคงอยู่ระหว่างการขนส่งคอนกรีต หลังจากเทคอนกรีตเสร็จเรียบร้อยแล้ว ควรคลุมพื้นคอนกรีตด้วยผ้าห่มกันความร้อน และหากจำเป็น ควรคลุมด้วยผ้าห่มไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อน วิธีนี้ช่วยให้ทีมก่อสร้างลดผลกระทบของสภาพอากาศหนาวเย็นต่อการก่อสร้างโครงการได้

การรับประกันการดำเนินงานที่ปลอดภัยของโรงไฟฟ้าพลังงานสูบน้ำในพื้นที่หนาวเย็นจัด
เมื่อโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำสูบน้ำหรือผลิตไฟฟ้า ระดับน้ำในอ่างเก็บน้ำด้านบนและด้านล่างจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ในฤดูหนาวที่หนาวเย็น เมื่อโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำมีงานปฏิบัติการทุกวัน แผ่นน้ำแข็งลอยน้ำจะก่อตัวขึ้นที่ใจกลางอ่างเก็บน้ำ และวงแหวนน้ำแข็งบดจะก่อตัวขึ้นภายนอก น้ำแข็งปกคลุมจะไม่มีผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำ แต่หากระบบไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องให้โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำทำงานเป็นเวลานาน อ่างเก็บน้ำด้านบนและด้านล่างอาจแข็งตัวได้ ในเวลานี้ แม้ว่าจะมีน้ำเพียงพอในอ่างเก็บน้ำของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำ แต่แหล่งน้ำไม่สามารถไหลได้เนื่องจากไม่สามารถเชื่อมต่อกับบรรยากาศได้ และการดำเนินการแบบบังคับจะก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยต่อโครงสร้างการจ่ายน้ำ อุปกรณ์และสิ่งอำนวยความสะดวกของยูนิต
ทีมงานก่อสร้างได้ดำเนินการศึกษาพิเศษเกี่ยวกับโหมดการทำงานในฤดูหนาวของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำ การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการดำเนินการควบคุมเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองการทำงานที่ปลอดภัยของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบน้ำในฤดูหนาว ในฤดูหนาวที่หนาวเย็น อย่างน้อยหนึ่งหน่วยผลิตไฟฟ้าหรือสูบน้ำเป็นเวลา 8 ชั่วโมงทุกวัน ซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้อ่างเก็บน้ำเกิดน้ำแข็งปกคลุมทั้งหมด เมื่อการควบคุมระบบไฟฟ้าไม่สามารถปฏิบัติตามเงื่อนไขข้างต้นได้ จะต้องมีการใช้มาตรการป้องกันน้ำแข็งและน้ำแข็งแตก
ในปัจจุบันมีมาตรการป้องกันน้ำแข็งและทำลายน้ำแข็งหลักๆ สามประการสำหรับอ่างเก็บน้ำและบ่อน้ำประตูของโรงไฟฟ้าพลังงานเก็บพลังงานแบบสูบน้ำ ได้แก่ การทำลายน้ำแข็งเทียม การสูบลมก๊าซแรงดันสูง และการทำลายน้ำแข็งด้วยการล้างปั๊มน้ำ
ต้นทุนของวิธีการทำลายน้ำแข็งเทียมนั้นต่ำ แต่ระยะเวลาในการปฏิบัติงานของบุคลากรนั้นยาวนาน ความเสี่ยงนั้นสูง และอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยนั้นเกิดขึ้นได้ง่าย วิธีการเติมก๊าซแรงดันสูงนั้นใช้ลมอัดที่อัดออกมาจากเครื่องอัดอากาศในน้ำลึกเพื่อปล่อยน้ำอุ่นที่ไหลแรงออกมา ซึ่งสามารถละลายชั้นน้ำแข็งและป้องกันการก่อตัวของชั้นน้ำแข็งใหม่ได้ สถานีพลังงานสูบน้ำ Huanggou ใช้กรรมวิธีการล้างปั๊มน้ำและทำลายน้ำแข็ง นั่นคือ ใช้ปั๊มจุ่มเพื่อสูบน้ำลึกขึ้นไป จากนั้นน้ำจะถูกปล่อยออกมาผ่านรูเจ็ทบนท่อเจ็ทเพื่อสร้างการไหลของน้ำอย่างต่อเนื่อง เพื่อป้องกันไม่ให้ผิวน้ำในท้องถิ่นเกิดน้ำแข็ง
น้ำแข็งลอยที่ไหลเข้ามาในช่องทางการไหลเป็นอีกความเสี่ยงของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบในช่วงฤดูหนาว ซึ่งอาจทำให้กังหันไฮดรอลิกและอุปกรณ์เครื่องกลอื่นๆ เสียหายได้ ในช่วงเริ่มต้นการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบ Huanggou ได้มีการทดสอบแบบจำลอง และคำนวณความเร็ววิกฤตของน้ำแข็งลอยที่ไหลเข้ามาในช่องทางได้ 1.05 ม./วินาที เพื่อลดความเร็วการไหล โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบ Huanggou ได้ออกแบบส่วนทางเข้าและทางออกให้มีขนาดใหญ่พอ และกำหนดส่วนตรวจสอบความเร็วการไหลและอุณหภูมิที่ระดับความสูงต่างๆ ของทางเข้าและทางออก หลังจากการตรวจสอบในฤดูหนาว เจ้าหน้าที่ของโรงไฟฟ้าไม่พบน้ำแข็งลอยที่ไหลเข้ามาในช่องทางการไหล

ระยะเวลาเตรียมการของสถานีสูบน้ำเก็บพลังงาน Huanggou เริ่มตั้งแต่เดือนมกราคม 2016 หน่วยแรกจะเริ่มดำเนินการผลิตไฟฟ้าในวันที่ 20 ธันวาคม 2021 และหน่วยสุดท้ายจะเริ่มดำเนินการผลิตไฟฟ้าในวันที่ 29 มิถุนายน 2022 ระยะเวลาก่อสร้างทั้งหมดของโครงการคือหกปีครึ่ง เมื่อเปรียบเทียบกับโครงการสถานีสูบน้ำเก็บพลังงานประเภทเดียวกันในประเทศจีน ระยะเวลาก่อสร้างสถานีสูบน้ำเก็บพลังงาน Huanggou ไม่ได้ล้าหลังเพราะตั้งอยู่ในพื้นที่หนาวเย็นจัด หลังจากผ่านการทดสอบของฤดูหนาวที่หนาวเย็น โครงสร้างไฮดรอลิก อุปกรณ์ และสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหมดของสถานีสูบน้ำเก็บพลังงาน Huanggou ทำงานได้ตามปกติ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การรั่วไหลสูงสุดด้านหลังเขื่อนหินถมหน้าคอนกรีตของอ่างเก็บน้ำด้านบนอยู่ที่เพียง 4.23L/s และดัชนีการรั่วไหลอยู่ที่ระดับชั้นนำในบรรดาเขื่อนหินดินที่มีขนาดเดียวกันในประเทศจีน หน่วยเริ่มต้นด้วยการส่ง ตอบสนองอย่างรวดเร็ว และทำงานได้อย่างเสถียร รับผิดชอบภารกิจของ Northeast Power Grid เพื่อตอบสนองความต้องการไฟฟ้าสูงสุดในช่วงฤดูร้อน ฤดูหนาว และเทศกาลสำคัญต่างๆ รวมถึงดูแลให้ Northeast Power Grid ทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีเสถียรภาพ