Theo Quy chuẩn thiết kế chống đóng băng cho các công trình thủy lợi, bê tông F400 phải được sử dụng cho các bộ phận quan trọng, chịu được đóng băng nghiêm trọng và khó sửa chữa ở các vùng lạnh giá (bê tông phải chịu được 400 chu kỳ đóng băng - tan băng). Theo quy chuẩn này, bê tông F400 phải được sử dụng cho mặt trước và mặt dưới đập đá phía trên mực nước chết của thượng lưu đập tích thủy điện Hoàng Kinh, khu vực dao động mực nước cửa vào và cửa ra thượng lưu, khu vực dao động mực nước cửa vào và cửa ra hạ lưu và các bộ phận khác. Trước đây, chưa từng có tiền lệ nào về việc ứng dụng bê tông F400 trong ngành thủy điện trong nước. Để chuẩn bị bê tông F400, đội thi công đã nghiên cứu nhiều viện nghiên cứu và nhà sản xuất phụ gia bê tông trong nước, giao cho các công ty chuyên nghiệp thực hiện nghiên cứu đặc biệt, chuẩn bị bê tông F400 bằng cách thêm silica fume, chất tạo bọt khí, chất giảm nước hiệu quả cao và các vật liệu khác, và ứng dụng vào việc xây dựng đập tích thủy điện Hoàng Kinh.
Ngoài ra, ở những vùng có khí hậu lạnh khắc nghiệt, nếu bê tông tiếp xúc với nước có những vết nứt nhỏ, nước sẽ thấm vào các vết nứt trong mùa đông. Với chu kỳ đóng băng - tan chảy liên tục, bê tông sẽ bị phá hủy dần dần. Mặt bê tông của đập chính thuộc thượng nguồn nhà máy thủy điện tích năng đóng vai trò giữ nước và chống thấm. Nếu có nhiều vết nứt, độ an toàn của đập sẽ bị giảm sút nghiêm trọng. Đội thi công nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Cát đã phát triển một loại bê tông chống nứt – bằng cách thêm chất giãn nở và sợi polypropylene khi trộn bê tông để giảm sự xuất hiện của các vết nứt bê tông và nâng cao hơn nữa khả năng chống đông của bê tông mặt đập.
Nếu bề mặt bê tông của đập xuất hiện các vết nứt thì sao? Nhóm thi công cũng đã thiết lập một lớp chống đóng băng trên bề mặt tấm bê tông – sử dụng lớp phủ polyurea được cạo thủ công. Lớp phủ polyurea cạo thủ công có thể ngăn chặn sự tiếp xúc giữa bê tông và nước, làm chậm quá trình hình thành lớp bong tróc do đóng băng tan chảy trên bề mặt bê tông, đồng thời ngăn chặn các thành phần có hại khác trong nước ăn mòn bê tông. Nó có các chức năng chống thấm nước, chống lão hóa, chống đóng băng tan chảy, v.v.
Mặt bê tông cốt thép của đập đá đắp không được đúc liền khối mà được xây dựng theo từng phần. Điều này dẫn đến sự hình thành các mối nối kết cấu giữa mỗi phần. Phương pháp chống thấm thông thường là phủ một tấm cao su lên mối nối kết cấu và cố định bằng bu lông nở. Vào mùa đông ở những vùng lạnh giá khắc nghiệt, khu vực hồ chứa sẽ bị đóng băng dày hơn, và phần bu lông nở tiếp xúc sẽ bị đóng băng cùng với lớp băng gây ra hư hỏng do hiện tượng bong tróc băng. Nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Giấy đã áp dụng một cách sáng tạo cấu trúc dạng lớp phủ nén, giải quyết được vấn đề hư hỏng các mối nối kết cấu do bong tróc băng. Vào ngày 20 tháng 12 năm 2021, tổ máy đầu tiên của Nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Giấy đã được đưa vào vận hành phát điện. Việc vận hành trong mùa đông đã chứng minh rằng loại cấu trúc này có thể ngăn ngừa hư hỏng các mối nối kết cấu tấm do hiện tượng bong tróc băng hoặc sự giãn nở do đóng băng gây ra.
Để hoàn thành công trình sớm nhất có thể, đội thi công đã cố gắng thực hiện thi công mùa đông. Mặc dù hầu như không thể thi công ngoài trời vào mùa đông, nhưng nhà máy điện ngầm, đường hầm dẫn nước và các công trình khác của nhà máy thủy điện tích năng nằm sâu dưới lòng đất và có điều kiện thi công thuận lợi. Nhưng làm thế nào để đổ bê tông vào mùa đông? Đội thi công phải lắp đặt cửa cách nhiệt cho tất cả các lối thông giữa hầm ngầm và bên ngoài, và lắp đặt quạt gió nóng 35kW bên trong cửa; Hệ thống trộn bê tông được đóng kín hoàn toàn, và các thiết bị sưởi ấm được bố trí trong nhà. Trước khi trộn, phải rửa sạch hệ thống trộn bê tông bằng nước nóng; Tính toán lượng cốt liệu thô và mịn vào mùa đông theo khối lượng đất bê tông cần thiết cho việc đổ bê tông mùa đông, và vận chuyển chúng đến đường hầm để dự trữ trước mùa đông. Đội thi công cũng làm nóng cốt liệu trước khi trộn, và đặt “vải bông cách nhiệt” lên tất cả các xe trộn bê tông để đảm bảo duy trì nhiệt độ trong quá trình vận chuyển bê tông; Sau khi bê tông đổ vào giai đoạn đầu, bề mặt bê tông phải được phủ bằng chăn cách nhiệt và, nếu cần, phủ thêm chăn điện để sưởi ấm. Bằng cách này, đội thi công đã giảm thiểu tối đa tác động của thời tiết lạnh đến tiến độ xây dựng dự án.
Đảm bảo vận hành an toàn các nhà máy thủy điện tích năng tại các vùng lạnh khắc nghiệt.
Khi nhà máy thủy điện tích năng bơm nước hoặc phát điện, mực nước của các bể chứa trên và dưới sẽ liên tục thay đổi. Vào mùa đông lạnh giá, khi nhà máy thủy điện tích năng hoạt động hàng ngày, một lớp băng nổi sẽ hình thành ở trung tâm bể chứa, và một vòng băng vụn sẽ hình thành bên ngoài. Lớp băng này sẽ không ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nhà máy thủy điện tích năng, nhưng nếu hệ thống điện không cần nhà máy thủy điện tích năng hoạt động trong thời gian dài, các bể chứa trên và dưới có thể bị đóng băng. Lúc này, mặc dù lượng nước trong bể chứa của nhà máy thủy điện tích năng vẫn đủ, nhưng do không thể kết nối với khí quyển nên nước không thể lưu thông, và việc vận hành cưỡng bức sẽ gây ra rủi ro an toàn cho các công trình cấp nước và thiết bị, máy móc của nhà máy.
Đội thi công đã tiến hành một nghiên cứu đặc biệt về chế độ vận hành mùa đông của các nhà máy thủy điện tích năng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều độ vận hành là chìa khóa để đảm bảo vận hành an toàn của các nhà máy thủy điện tích năng trong mùa đông. Trong mùa đông lạnh giá, ít nhất một tổ máy phát điện hoặc bơm nước hơn 8 giờ mỗi ngày, điều này có thể ngăn chặn sự hình thành lớp băng hoàn toàn trên hồ chứa; khi việc điều độ lưới điện không đáp ứng được các điều kiện trên, cần phải thực hiện các biện pháp chống đóng băng và phá băng.
Hiện nay, có ba biện pháp chính chống đóng băng và phá băng cho các hồ chứa và giếng điều tiết của các nhà máy thủy điện tích năng: phá băng nhân tạo, bơm khí áp suất cao và phá băng bằng cách xả nước từ máy bơm.
Phương pháp phá băng nhân tạo có chi phí thấp, nhưng thời gian vận hành của nhân công dài, rủi ro cao và dễ xảy ra tai nạn. Phương pháp bơm khí áp suất cao sử dụng khí nén được máy nén khí phun ra từ vùng nước sâu để tạo ra dòng nước ấm mạnh, giúp làm tan lớp băng và ngăn ngừa sự hình thành lớp băng mới. Nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Cát áp dụng phương pháp xả nước và phá băng, tức là sử dụng bơm chìm để bơm nước từ vùng nước sâu lên, sau đó nước được phun ra qua lỗ phun trên ống phun để tạo thành dòng nước liên tục, nhằm ngăn ngừa hiện tượng đóng băng cục bộ trên bề mặt nước.
Băng trôi xâm nhập vào đường dẫn dòng chảy là một rủi ro khác đối với nhà máy thủy điện tích năng trong mùa đông, có thể gây hư hại cho tuabin thủy lực và các thiết bị cơ khí khác. Khi bắt đầu xây dựng Nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Giấy, các thử nghiệm mô hình đã được thực hiện và vận tốc tới hạn của băng trôi xâm nhập vào kênh được tính toán là 1,05 m/s. Để giảm vận tốc dòng chảy, Nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Giấy đã thiết kế phần cửa vào và cửa ra đủ lớn, và bố trí các trạm quan trắc vận tốc dòng chảy và nhiệt độ ở các độ cao khác nhau của cửa vào và cửa ra. Sau quá trình quan trắc mùa đông, nhân viên của nhà máy không phát hiện băng trôi xâm nhập vào đường dẫn dòng chảy.
Công tác chuẩn bị xây dựng Nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Giấy bắt đầu từ tháng 1 năm 2016. Tổ máy đầu tiên sẽ được đưa vào vận hành phát điện vào ngày 20 tháng 12 năm 2021, và tổ máy cuối cùng sẽ được đưa vào vận hành phát điện vào ngày 29 tháng 6 năm 2022. Tổng thời gian xây dựng dự án là sáu năm rưỡi. So với các dự án nhà máy thủy điện tích năng cùng loại ở Trung Quốc, thời gian xây dựng của Nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Giấy không hề bị tụt hậu mặc dù nằm ở vùng khí hậu lạnh giá. Sau khi trải qua thử thách mùa đông lạnh giá, tất cả các công trình thủy lực, thiết bị và cơ sở vật chất của Nhà máy thủy điện tích năng Hoàng Giấy đều hoạt động bình thường. Đặc biệt, lượng rò rỉ tối đa phía sau đập đá đắp mặt bê tông của bể chứa thượng nguồn chỉ là 4,23 L/s, và chỉ số rò rỉ này thuộc hàng đầu trong số các đập đá đất cùng quy mô ở Trung Quốc. Tổ máy khởi động nhanh chóng, phản ứng kịp thời và hoạt động ổn định. Nó đảm nhận nhiệm vụ của Lưới điện Đông Bắc nhằm đáp ứng nhu cầu điện năng cao điểm vào mùa hè, mùa đông và các ngày lễ quan trọng, đồng thời đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của Lưới điện Đông Bắc.
Thời gian đăng bài: 17/11/2022
