Die Menschen haben vor vielen Jahrtausenden gelernt, die Energie des fließenden Wassers zu nutzen. Seit mehr als einem Jahrhundert wird Strom mit Wasserkraft erzeugt. Die meisten Menschen verbinden die Nutzung von Wasserkraft mit dem Aufstauen von Flüssen, aber auch Wasserkraft kann durch die Nutzung der Gezeiten erzeugt werden.

Wasserkraftanlagen erstrecken sich über ein riesiges Terrain und viele Klimazonen, vom arktischen Permafrost bis zum äquatorialen Regenwald. Der geografische Standort der Erzeugungsanlage wirkt sich auf die möglicherweise vorhandenen gefährlichen Bedingungen aus, da Berufsgefahren wie aggressive Insekten und Tiere oder sogar giftige Pflanzen von Standort zu Standort unterschiedlich sind.

Eine Hydrierstation besteht im Allgemeinen aus a Damm das eine große Menge Wasser einschließt, a Überlauf das überschüssiges Wasser kontrolliert abgibt und a Kraftpaket. Deiche und andere Wasserrückhalte- und Kontrollstrukturen können ebenfalls Teil des Wasserkraftwerks sein, obwohl sie nicht direkt an der Stromerzeugung beteiligt sind. Das Krafthaus enthält Leitkanäle, die Wasser durch Turbinen leiten, die die lineare Strömung des Wassers in eine rotierende Strömung umwandeln. Wasser fällt entweder durch die Schaufeln der Turbine oder fließt horizontal durch sie hindurch. Turbine und Generator sind miteinander verbunden. Somit verursacht die Rotation der Turbine eine Rotation des Rotors des Generators.

Das elektrische Energiepotential aus dem Wasserfluss ist das Produkt aus der Masse des Wassers, der Fallhöhe und der Erdbeschleunigung. Die Masse ist eine Funktion der zur Verfügung stehenden Wassermenge und ihrer Fließgeschwindigkeit. Die Auslegung des Kraftwerks bestimmt die Höhe des Wassers. Die meisten Konstruktionen saugen Wasser nahe der Oberseite des Damms an und leiten es dann unten in ein vorhandenes stromabwärts gelegenes Flussbett ab. Dies optimiert die Höhe, während ein angemessener und kontrollierbarer Durchfluss aufrechterhalten wird.

In den meisten modernen Wasserkraftwerken sind die Turbogeneratoren vertikal ausgerichtet. Dies sind die bekannten Strukturen, die in diesen Stationen über das Erdgeschoss hinausragen. Fast die gesamte Struktur befindet sich jedoch unterhalb dessen, was auf der Ebene des Erdgeschosses sichtbar ist. Dazu gehören der Generatorschacht und darunter der Turbinenschacht sowie das Ansaug- und Druckrohr. Diese Strukturen und die wasserführenden Kanäle werden gelegentlich betreten.

Bei Stationen älteren Jahrgangs ist der Turbogenerator horizontal ausgerichtet. Die Welle der Turbine ragt aus einer Wand in das Krafthaus, wo sie mit dem Generator verbunden ist. Der Generator ähnelt einem sehr großen Elektromotor im alten Stil mit offenem Gehäuse. Als Beweis für das Design und die Bauqualität dieser Geräte sind einige Anlagen aus der Zeit der Jahrhundertwende noch immer in Betrieb. Einige heutige Stationen enthalten aktualisierte Versionen der Designs der älteren Stationen. In solchen Stationen umgibt der Wasserkanal den Turbogenerator vollständig und der Eintritt erfolgt durch ein rohrförmiges Gehäuse, das durch den Wasserkanal verläuft.

In den Wicklungen des Rotors im Generator wird ein Magnetfeld aufrechterhalten. Die Energie für dieses Feld wird von Reihen von Blei-Säure- oder ätzmittelgefüllten Nickel-Cadmium-Batterien geliefert. Die Bewegung des Rotors und das in seinen Wicklungen vorhandene Magnetfeld induzieren ein elektromagnetisches Feld in den Wicklungen des Stators. Das induzierte elektromagnetische Feld liefert die elektrische Energie, die dem Stromnetz zugeführt wird. Elektrische Spannung ist der elektrische Druck, der durch das fließende Wasser entsteht. Um den elektrischen Druck – also die Spannung – auf einem konstanten Niveau zu halten, muss der Wasserfluss durch die Turbine verändert werden. Dies geschieht, wenn sich die Nachfrage oder die Bedingungen ändern.

Der Stromfluss kann zu Lichtbögen führen, wie zum Beispiel im Erregerpaket im Rotor. Lichtbögen können Ozon erzeugen, das selbst bei geringen Konzentrationen den Gummi in Feuerwehrschläuchen und anderen Materialien beeinträchtigen kann.

Wasserkraftgeneratoren erzeugen sehr hohe Ströme und hohe Spannungen. Leiter von den Generatoren sind mit einem Einheitstransformator und von diesem mit einem Leistungstransformator verbunden. Der Leistungstransformator erhöht die Spannung und reduziert den Strom für die Übertragung über große Entfernungen. Niedriger Strom minimiert den Energieverlust durch Erwärmung während der Übertragung. Einige Systeme verwenden Schwefelhexafluoridgas anstelle herkömmlicher Öle als Isolator. Lichtbögen können Abbauprodukte erzeugen, die erheblich gefährlicher sein können als Schwefelhexafluorid.

Die Stromkreise umfassen Unterbrecher, die den Generator schnell und unvorhersehbar vom Stromnetz trennen können. Einige Einheiten verwenden einen Druckluftstoß, um die Verbindung zu unterbrechen. Wenn ein solches Gerät einsetzt, erzeugt es einen extrem hohen Pegel an Impulsgeräuschen.

Verwaltung und Stationsbetrieb

Die meisten Menschen sind mit den Aspekten der Verwaltung und des Stationsbetriebs der Wasserkraft vertraut, die im Allgemeinen das öffentliche Profil der Organisation ausmachen. Die Kraftwerksverwaltung bemüht sich um einen zuverlässigen Betrieb der Anlage. Die Verwaltung umfasst Büropersonal, das in geschäftlichen und technischen Funktionen tätig ist, sowie das Management. Zu den Stationsbetriebsmitarbeitern gehören Betriebsleiter und Vorgesetzte sowie Prozessbediener.

Die Hydroerzeugung ist ein Prozessbetrieb, aber im Gegensatz zu anderen Prozessbetrieben, beispielsweise in der chemischen Industrie, haben viele Hydrierstationen kein Betriebspersonal. Die Stromerzeugungsanlage wird per Fernsteuerung betrieben, manchmal über große Entfernungen. Nahezu alle Arbeitstätigkeiten fallen während der Wartung, Reparatur, Änderung und Aufrüstung von Anlagen und Ausrüstungen an. Diese Betriebsweise erfordert effektive Systeme, die die Kontrolle von der Energieerzeugung auf die Wartung übertragen können, um ein unerwartetes Anlaufen zu verhindern.

Gefahren und die Managementstruktur

Energieversorger werden traditionell als „Bottom-up“-Organisationen geführt. Das heißt, die Organisationsstruktur bietet traditionell einen Weg der Aufstiegsmobilität, der mit Einstiegspositionen beginnt und bis zum Senior Management führt. Relativ wenige Personen treten seitlich in die Organisation ein. Dies bedeutet, dass die Aufsicht und das Management in einem Energieversorgungsunternehmen wahrscheinlich die gleichen Arbeitsbedingungen erlebt haben wie die Personen, die derzeit Einstiegspositionen besetzen. Eine solche Organisationsstruktur kann Auswirkungen auf die potenzielle Exposition von Arbeitnehmern gegenüber gefährlichen Stoffen haben, insbesondere solchen mit chronisch kumulativen Wirkungen. Denken Sie zum Beispiel an Rauschen. Mitarbeiter, die derzeit in Führungspositionen tätig sind, könnten selbst einen schweren Hörverlust erlitten haben, als sie an Arbeitsplätzen mit beruflicher Lärmbelastung beschäftigt waren. Ihr Hörverlust könnte in betrieblichen audiometrischen Testprogrammen unentdeckt bleiben, da solche Programme in der Regel nur diejenigen Mitarbeiter umfassen, die derzeit einem hohen Lärmpegel bei der Arbeit ausgesetzt sind.

Wartung von Erzeugungsanlagen

Die Wartung von Stromerzeugungsanlagen unterteilt sich in zwei Haupttätigkeitsarten: elektrische Wartung und mechanische Wartung. Während beide Arten von Arbeit gleichzeitig und nebeneinander auftreten können, sind die Fähigkeiten und die Arbeit, die erforderlich sind, um diese auszuführen, völlig unterschiedlich.

Wartungsarbeiten können das Abschalten und Zerlegen einer Einheit erforderlich machen. Der Wasserfluss am Einlass wird durch Headgates gesteuert. Headgates sind Stahlkonstruktionen, die in den Einlasskanal abgesenkt werden, um den Wasserfluss zu blockieren. Durch das Blockieren des Flusses kann Wasser aus den Innenkanälen abfließen. Der Ruhewasserspiegel im Austritt aus der Turbine (Saugrohr) liegt unterhalb des Niveaus des Spiralgehäuses und der Schaufeln des Turbinenlaufrads. Dies ermöglicht den Zugriff auf diese Strukturen. Das Spiralgehäuse ist eine sich verjüngende, spiralförmige Struktur, die den Wasserfluss gleichmäßig um das Turbinenlaufrad lenkt. Wasser strömt aus dem Spiralgehäuse durch Leitschaufeln, die den Fluss lenken, und bewegliche Schaufeln (Schlupfklappen), die das Volumen steuern.

Bei Bedarf können der Generator und die Turbine von ihren normalen Standorten entfernt und auf dem Hauptboden des Krafthauses platziert werden. Der Ausbau kann zum Neulackieren oder Entfetten sowie zur Reparatur und zum Austausch von Wicklungen, Lagern, Bremsen oder Hydrauliksystemen erforderlich sein.

Manchmal werden die Schaufeln des Laufrads sowie Leitgitter, die Leitschaufeln und die wasserführenden Strukturen in Spiralgehäuse und Saugrohr durch Kavitation beschädigt. Kavitation tritt auf, wenn der Druck im Wasser unter seinen Dampfdruck fällt. Wenn dies geschieht, bilden sich Gasblasen und die durch diese Blasen verursachten Turbulenzen erodieren die Materialien, die das Wasser berührt. Es kann erforderlich sein, die beschädigten Materialien durch Schweißen zu reparieren oder die Stahl- und Betonoberflächen zu reparieren und neu zu beschichten.

Stahlkonstruktionen müssen möglicherweise auch repariert und neu beschichtet werden, wenn sie korrodiert sind.

Gefahren

Mit der Stromerzeugung aus Wasserkraft sind vielfältige Gefahren verbunden. Einige dieser Gefahren gelten für alle Mitarbeiter, die in der Branche arbeiten, während andere auf diejenigen beschränkt sind, die entweder an elektrischen oder mechanischen Wartungsarbeiten beteiligt sind. Die meisten Gefahren, die auftreten können, sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 zusammengefasst, die auch Vorsichtsmaßnahmen zusammenfassen.

Tabelle 1. Kontrolle der Exposition gegenüber ausgewählten chemischen und biologischen Gefahren bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft

Tabelle 2. Kontrolle der Exposition gegenüber ausgewählten chemischen und biologischen Gefahren bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft

Auswirkungen auf die Umwelt

Die Stromerzeugung aus Wasserkraft wurde als umweltfreundlich beworben. Natürlich bringt es der Gesellschaft durch die Bereitstellung von Energie und die Stabilisierung des Wasserflusses einen enormen Nutzen. Aber eine solche Energieerzeugung geht nicht ohne Umweltkosten einher, die in den letzten Jahren immer mehr öffentliche Anerkennung und Aufmerksamkeit erhalten haben. So ist heute beispielsweise bekannt, dass die Überschwemmung großer Erd- und Gesteinsgebiete durch saures Wasser zur Auslaugung von Metallen aus diesen Materialien führt. Eine Bioakkumulation von Quecksilber wurde in Fischen festgestellt, die im Wasser solcher Überschwemmungsgebiete gefangen wurden.

Überschwemmungen verändern auch die Turbulenzmuster im Wasser sowie den Grad der Sauerstoffversorgung. Beides kann schwerwiegende ökologische Auswirkungen haben. So sind zum Beispiel Lachspisten an aufgestauten Flüssen verschwunden. Dieses Verschwinden ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass die Fische einen Pfad zu dem höheren Wasserspiegel entweder nicht finden oder überqueren können. Außerdem ähnelt das Wasser eher einem See als einem Fluss, und das stille Wasser eines Sees ist mit Lachsläufen nicht kompatibel.

Überschwemmungen zerstören auch den Lebensraum der Fische und können die Brutgebiete für Insekten zerstören, von denen Fische und andere Organismen als Nahrung abhängen. In einigen Fällen haben Überschwemmungen produktive land- und forstwirtschaftliche Flächen zerstört. Die Überschwemmung großer Gebiete hat auch die Besorgnis über den Klimawandel und andere Veränderungen im ökologischen Gleichgewicht geweckt. Das Zurückhalten von Süßwasser, das dazu bestimmt war, in einen Salzwasserkörper zu fließen, hat auch Bedenken hinsichtlich Änderungen des Salzgehalts geweckt.

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