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
Belichtung |
Wo es zu finden ist |
Betroffene Arbeitnehmer |
Ansätze zur Kontrolle |
Schleifstäube |
Staub kann Strahlmittel und Farbstaub enthalten. Farben, die vor 1971 aufgetragen wurden, können PCB enthalten. |
Mechanisch |
-Staubkontrollsystem |
Asbest |
Asbest kann in Generatorbremsen, Rohr- und Elektroisolierungen, Sprühbeschichtungen, Asbestzement und anderen Produkten enthalten sein; Die Exposition hängt von der Brüchigkeit und der Nähe zur Quelle ab. |
Elektrische Wartung |
-Akzeptieren Sie aktuelle Best Practices für Arbeiten mit Asbest- |
Batterie |
Ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen in Batteriebänken kann zu Explosionen und Bränden sowie zum Kontakt mit Flüssigkeiten und Aerosolen des Elektrolyten führen. |
Elektrische Wartung |
- Abschirmung von Batterieklemmen und nicht isolierten Leitern |
Beschichtung |
Zu den Emissionen können gehören: Kohlenmonoxid, anorganische Pigmente, die Blei und andere Chromate enthalten, sowie Zersetzungsprodukte von Lackharzen. PCBs wurden möglicherweise vor 1971 als Weichmacher verwendet. PCBs können beim Erhitzen Furane und Dioxine bilden. |
Mechanisch |
-Lokale Abgasventilation |
Chlor |
Während des Anschließens/Trennens von Chlorflaschen in Wasser- und Abwasserbehandlungssystemen kann es zu einer Chlorexposition kommen. |
Betreiber |
- Befolgen Sie beim Arbeiten mit Chlorgasflaschen die Richtlinien der Chlorindustrie |
Entfetten |
Das Entfetten von Elektrogeräten erfordert Lösungsmittel mit spezifischen Eigenschaften der Entflammbarkeit, Lösungsfähigkeit und schnellen Verdunstung ohne Rückstände; Lösungsmittel, die diese Eigenschaften erfüllen, sind flüchtig und können beim Einatmen gefährlich sein. |
Elektrische Wartung |
-Lokale Abgasventilation |
Diesel |
Die Emissionen umfassen hauptsächlich Stickstoffdioxid, Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Schwefeldioxid und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) enthaltende Partikel aus Fahrzeugen oder Motoren, die im Kraftwerk betrieben werden. |
Alle Arbeiter |
- Verbieten Sie den Betrieb von Autos und Lastwagen in Gebäuden. |
Insektenreste |
Einige Insekten brüten in den schnellen Gewässern rund um die Station; Nach der Paarung sterben die Erwachsenen und die Kadaver verrotten und trocknen; Einige Personen entwickeln allergische Atemwege
Nach dem Ablassen können in den Wasserkanälen lebende Insektenlarven versuchen, ihre Körper durch die Produktion fadenartiger Seile in das verbleibende Wasser abzusenken. Einige Personen können aufgrund des Austrocknens dieser Materialien eine allergische Atemwegsempfindlichkeit gegenüber Staub entwickeln. |
Alle Arbeiter
|
-Insekten, die einen Teil ihres Lebens in schnell fließenden Gewässern verbringen, verlieren ihren Lebensraum durch den Bau von a |
Öle und Schmiermittel |
Öle und Hydraulikflüssigkeiten beschichten Wicklungen von Rotor und Stator; Bei der Zersetzung von Kohlenwasserstoffen in Kontakt mit heißen Oberflächen können polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) entstehen. Die Exposition kann durch Einatmen und Hautkontakt erfolgen. Hautkontakt kann Dermatitis verursachen. |
Elektrische Wartung |
-Persönliche Schutzausrüstung (abhängig von den Umständen) |
Ozon |
Ozon, das durch Lichtbögen im Rotor und anderen elektrischen Geräten erzeugt wird, kann je nach Nähe zur Quelle ein Expositionsproblem darstellen. |
Alle Arbeiter |
- Warten Sie elektrische Geräte, um Lichtbögen zu vermeiden |
Farbdämpfe |
Lacksprays enthalten aufgesprühte Farbe und Verdünnungsmittel; Lösungsmitteltröpfchen und -dämpfe können ein brennbares Gemisch bilden; Das Harzsystem kann Isocyanate, Epoxide, Amine, Peroxide und andere reaktive Zwischenprodukte enthalten. |
Zuschauer, Maler |
- Lackierkabine |
Polychloriert |
PCBs wurden bis in die frühen 1970er Jahre in elektrischen Isolierflüssigkeiten verwendet; Originalflüssigkeiten oder Rückstände können noch in Kabeln, Kondensatoren, Transformatoren oder anderen Geräten vorhanden sein; Die Exposition kann durch Einatmen oder Hautkontakt erfolgen. Feuer oder extreme Erwärmung während des Betriebs können PCB in Furane und Dioxine umwandeln. |
Elektrische Wartung |
-Persönliche Schutzausrüstung |
Schwefelhexafluorid |
Beim elektrischen Lichtbogendurchbruch von Schwefelhexafluorid entstehen gasförmige und feste Substanzen mit erheblich größerer Toxizität. |
Elektrische Wartung |
-Lokale Abgasventilation |
Schweißen und Löten |
Cadmium, Blei, Silber im Lot |
Boardelektronik
Mechanisch |
-Lokale Abgasventilation |
Tabelle 2. Kontrolle der Exposition gegenüber ausgewählten chemischen und biologischen Gefahren bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft
Belichtung |
Wo es zu finden ist |
Betroffene Arbeitnehmer |
Ansätze zur Kontrolle |
Umständliches Arbeiten |
Längeres Arbeiten in ungünstiger Körperhaltung kann zu Verletzungen des Bewegungsapparates führen. |
Alle Arbeiter |
-Ausstattung nach ergonomischen Grundsätzen |
Enge Räume |
Der Damm, Kontrollstrukturen, Kontrolltore, wasserführende Kanäle, Generator- und Turbinenmaschinen enthalten viele Gruben, Sümpfe, Tanks und andere umschlossene und teilweise umschlossene Räume, die sauerstoffarm werden können, gefährliche Atmosphären einschließen oder andere gefährliche Bedingungen enthalten können. |
Alle Arbeiter |
-Luftprüfgeräte |
Ertrinken |
Ertrinken kann nach einem Sturz in sich schnell bewegendes Wasser in der Vorbucht (Einlasszone) oder im Unterlauf (Abflusszone) oder in einem anderen Bereich auftreten. Extrem kaltes Wasser ist in höheren Breiten in den Frühlings-, Herbst- und Wintermonaten vorhanden. |
Alle Arbeiter |
-Personenschutzbarrieren |
Stromschlag |
Bereiche in der Station enthalten unter Spannung stehende, nicht abgeschirmte Leiter; Geräte mit abgeschirmten Leitern können nach Entfernung der Abschirmung unter Spannung stehen. Das Risiko eines Stromschlags ergibt sich aus dem absichtlichen Eindringen in nicht autorisierte Bereiche oder aus dem versehentlichen Versagen von Schutzsystemen. |
Alle Arbeiter |
- Festlegung von Praktiken und Verfahren zur Gewährleistung sicherer Arbeitsbedingungen mit elektrischen Geräten. |
elektromagnetisch |
Generatoren und andere elektrische Geräte erzeugen DC- und 60-Hz- (und höher) AC-Felder; Die Exposition hängt von der Nähe zur Quelle und der Abschirmung durch Strukturen ab. Magnetfelder lassen sich besonders schwer durch Abschirmung dämpfen. Die Signifikanz der Exposition muss noch festgestellt werden. Hochfrequenz: Auswirkungen auf den Menschen nicht vollständig nachgewiesen. |
Alle Arbeiter |
-Gefährdung unterhalb der gegenwärtigen Grenzwerte nicht festgestellt |
Wärme- |
Generatoren entwickeln erhebliche Hitze; Generatoren und Wärmetauscher können erwärmte Luft in das Krafthaus abgeben; Krafthausstruktur kann Sonnenenergie absorbieren und in das Gebäude einstrahlen; Hitzeschäden können in den wärmeren Monaten je nach Klima und Anstrengungsgrad auftreten. |
Innenarbeiter |
- Umleitung erwärmter Luft zum Dach, Abschirmung, technische Steuerung |
Lärm |
Dauerrauschen von Generatoren und anderen Quellen und Aufgaben könnte die vorgeschriebenen Grenzwerte überschreiten; Druckluftbrecher erzeugen sehr hohe Schlaggeräusche; diese könnten sich jederzeit entladen. |
Alle Arbeiter |
-Lärmschutztechnologie anwenden. |
Schichtarbeit |
Schichtbetrieb kann zu physiologischen und psychosozialen Belastungen führen; psychosoziale Belastungen können für die kleine Zahl der Beteiligten in kleinen und isolierten Gemeinschaften, in denen sich diese Betriebe normalerweise befinden, besonders schwerwiegend sein. |
Betreiber |
- Nehmen Sie Arbeitspläne an, die das aktuelle Wissen über zirkadiane Rhythmen widerspiegeln. |
Vibration, Hand-Arm |
Vibrationen, die von angetriebenen Handwerkzeugen und handgehaltenen Geräten erzeugt werden, werden durch Handgriffe übertragen. |
Elektrische Wartung |
- Verwenden Sie Werkzeuge, die den aktuellen Standards für Hand-Arm-Vibrationen entsprechen. |
Vibration, Ganzkörper |
Körperschallschwingungen, die aus der Rotationsbewegung von Generatoren und Turbulenzen von Wasserströmungen entstehen, werden über Böden und Wände übertragen. |
Alle Arbeiter |
- Überwachen und warten Sie rotierende Geräte, um Vibrationen zu minimieren. |
Visuelle Anzeigeeinheiten |
Die effektive Nutzung von Computerarbeitsplätzen hängt von der Anwendung visueller und büroergonomischer Prinzipien ab. |
Büroarbeiter |
- Wenden Sie ergonomische Prinzipien des Büros auf die Auswahl und Nutzung von Videodisplays an |
Wetterbedingt |
Ultraviolette Energie kann Sonnenbrand, Hautkrebs und grauen Star verursachen. Kälte kann Kältestress und Erfrierungen verursachen. |
Arbeiter im Freien |
-Arbeitskleidung, die vor Kälte schützt |
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.