Згідно з Кодексом про проектування гідротехнічних споруд з антизамерзанням, бетон F400 слід використовувати для важливих, сильно замерзлих та важко ремонтованих частин споруд у регіонах з сильними холодами (бетон повинен витримувати 400 циклів замерзання-відтавання). Згідно з цією специфікацією, бетон F400 слід використовувати для лицьової та нижньої плит над рівнем мертвої води верхньої кам'яної греблі водосховища гідроакумулюючої електростанції Хуангоу, зони коливання рівня води на вході та виході верхнього водосховища, зони коливання рівня води на вході та виході нижнього водосховища та інших частин. До цього не було прецедентів застосування бетону F400 у вітчизняній гідроенергетичній галузі. Для приготування бетону F400 будівельна група провела численні дослідження вітчизняних дослідницьких інститутів та виробників бетонних добавок, доручила професійним компаніям проведення спеціальних досліджень, підготувала бетон F400, додавши кремнеземну піску, повітровтягувальний агент, високоефективний водозменшувач та інші матеріали, та застосувала його під час будівництва гідроакумулюючої електростанції Хуангоу.
Крім того, в регіонах з сильними холодами, якщо бетон, що контактує з водою, має невеликі тріщини, вода взимку проникне в тріщини. Через безперервний цикл замерзання-відтавання бетон поступово руйнується. Бетонна лицьова плита головної греблі верхнього резервуару гідроакумулюючої електростанції відіграє роль утримання води та запобігання просочуванню. Якщо є багато тріщин, безпека греблі буде серйозно знижена. Будівельна команда гідроакумулюючої електростанції Хуангоу розробила різновид тріщиностійкого бетону – додаючи розширювальний агент та поліпропіленове волокно під час змішування бетону, щоб зменшити появу тріщин у бетоні та ще більше покращити морозостійкість бетону лицьової плити.
Що робити, якщо на бетонній поверхні дамби є тріщини? Будівельна бригада також встановила морозостійку лінію на поверхні панелі, використовуючи полісечовину, нанесену вручну, як захисне покриття. Полісечовина, нанесена вручну, може перекрити контакт між бетоном і водою, уповільнити розвиток пошкоджень від замерзання та відтавання на бетонній поверхні плити, а також запобігти ерозії бетону іншими шкідливими інгредієнтами у воді. Вона має функції водонепроникності, захисту від старіння, стійкості до замерзання та відтавання тощо.
Лицьова плита бетонної кам'яної насипної греблі не відливається за один раз, а будується секціями. Це призводить до утворення структурного стика між кожною секцією панелі. Загальним методом захисту від фільтрації є покриття структурного стика гумовою кришкою та закріплення її розпірними болтами. Взимку в регіонах з сильними холодами зона водосховища піддається товстішому обмерзанню, і відкрита частина розпірного болта примерзає разом із шаром льоду, що призводить до пошкодження внаслідок витягування льоду. Хуангоуська гідроакумулююча електростанція інноваційно використовує конструкцію типу стисливого покриття, яка вирішує проблему пошкодження структурних з'єднань внаслідок витягування льоду. 20 грудня 2021 року перший блок Хуангоуської гідроакумулюючої електростанції буде введено в експлуатацію для виробництва електроенергії. Зимова експлуатація довела, що цей тип конструкції може запобігти пошкодженню структурних з'єднань панелей, спричиненому витягуванням льоду або морозним розширенням та екструзією.
Щоб якомога швидше завершити будівництво проекту, будівельна бригада намагалася проводити зимове будівництво. Хоча зимове будівництво на відкритому повітрі практично неможливо, підземна електростанція, тунель для водопостачання та інші будівлі гідроакумулюючої електростанції розташовані глибоко під землею та мають будівельні умови. Але як заливати бетон взимку? Будівельна бригада повинна встановити ізоляційні двері для всіх отворів, що з'єднують підземні печери та зовнішнє середовище, та встановити вентилятори гарячого повітря потужністю 35 кВт всередині дверей; система змішування бетону повністю закрита, а опалювальні установки встановлені всередині. Перед змішуванням систему змішування бетону промивають гарячою водою; розраховують кількість крупного та дрібного заповнювача взимку відповідно до обсягу бетонних земляних робіт, необхідних для зимового заливання, та транспортують їх до тунелю для зберігання до зими. Будівельна бригада також нагріває заповнювачі перед змішуванням та одягає «бавовняний одяг» на всі бетонозмішувачі, що транспортують бетон, щоб забезпечити підтримку температури під час транспортування бетону; після початкового застигання бетонної заливки бетонну поверхню потрібно покрити теплоізоляційною ковдрою та, за необхідності, електричною ковдрою для обігріву. Таким чином, будівельна бригада мінімізувала вплив холодної погоди на будівництво проєкту.
Забезпечення безпечної експлуатації гідроакумулюючих електростанцій у регіонах із суворими холодами
Коли гідроакумулююча електростанція перекачує воду або виробляє електроенергію, рівень води у верхньому та нижньому резервуарах постійно змінюється. Холодної зими, коли гідроакумулююча електростанція щодня виконує свої робочі завдання, у центрі резервуара утворюється плавучий крижаний покрив, а зовні — кільце подрібненого льоду. Крижаний покрив не матиме великого впливу на роботу гідроакумулюючої електростанції, але якщо енергосистемі не потрібна тривала робота гідроакумулюючої електростанції, верхнє та нижнє резервуари можуть замерзнути. У цей час, хоча у резервуарі гідроакумулюючої електростанції достатньо води, водойма не може текти через неможливість з'єднання з атмосферою, а вимушена робота створює ризики для водопровідних споруд, обладнання та споруд агрегатів.
Будівельна команда провела спеціальне дослідження зимового режиму роботи гідроакумулюючих електростанцій. Дослідження показує, що диспетчерська робота є ключем до забезпечення безпечної роботи гідроакумулюючих електростанцій взимку. У холодну зиму принаймні один блок виробляє електроенергію або перекачує воду більше 8 годин на день, що може запобігти утворенню повної крижаної шапки на водосховищі; коли диспетчерська робота електромережі не може виконати вищезазначені умови, необхідно вжити заходів проти льоду та боротьби з ним.
Наразі існують три основні заходи боротьби з льодом та його руйнування для водосховищ та засувних свердловин гідроакумулюючих електростанцій: штучне руйнування льоду, накачування газом під високим тиском та руйнування льоду промивкою водяними насосами.
Вартість методу штучного льодоруху низька, але час роботи персоналу довгий, ризик високий, і легко трапляються нещасні випадки. Метод надування газу під високим тиском полягає у використанні стисненого повітря, що викидається повітряним компресором у глибоку воду, для викиду сильного потоку теплої води, який може розтопити шар льоду та запобігти утворенню нового шару льоду. Хуангоуська гідроакумулююча електростанція використовує метод промивання водяним насосом та льодоруху, тобто занурювальний насос використовується для накачування глибокої води, а потім вода викидається через отвір для струменя на струменевій трубі для утворення безперервного потоку води, щоб запобігти обмерзанню місцевої поверхні води.
Попадання плавучого льоду в проточний канал є ще однією небезпекою для гідроакумулюючої електростанції під час зимової експлуатації, оскільки це може пошкодити гідравлічні турбіни та інше механічне обладнання. На початку будівництва гідроакумулюючої електростанції Хуангоу були проведені модельні випробування, і критична швидкість плавучого льоду, що потрапляє в канал, була розрахована на рівні 1,05 м/с. Щоб зменшити швидкість потоку, гідроакумулююча електростанція Хуангоу спроектувала вхідний та вихідний перерізи достатньо великими, а секції моніторингу швидкості потоку та температури встановила на різних висотах входу та виходу. Після зимового моніторингу персонал електростанції не виявив плавучого льоду, що потрапляє в проточний канал.
Підготовчий період будівництва гідроакумулюючої електростанції Хуангоу розпочнеться з січня 2016 року. Перший блок буде введено в експлуатацію 20 грудня 2021 року, а останній – 29 червня 2022 року. Загальний термін будівництва проекту становить шість з половиною років. Порівняно з аналогічними проектами гідроакумулюючих електростанцій у Китаї, термін будівництва гідроакумулюючої електростанції Хуангоу не відстає, оскільки вона розташована в районах з суворими холодами. Після випробування холодною зимою всі гідротехнічні споруди, обладнання та споруди гідроакумулюючої електростанції Хуангоу працюють нормально. Зокрема, максимальний витік за бетонною кам'яною дамбою верхнього водосховища становить лише 4,23 л/с, а показник витоку знаходиться на провідному рівні серед земляних кам'яних дамб такого ж масштабу в Китаї. Блок запускається диспетчерськи, швидко реагує та працює стабільно. Він виконує завдання Північно-Східної енергомережі щодо задоволення пікових навантажень влітку, взимку та під час важливих свят, а також забезпечує безпечну та стабільну роботу Північно-Східної енергомережі.
Час публікації: 17 листопада 2022 р.
