Gli esseri umani hanno imparato a sfruttare l'energia dell'acqua corrente molti millenni fa. Per più di un secolo, l'elettricità è stata generata utilizzando la forza dell'acqua. La maggior parte delle persone associa l'uso dell'energia idrica allo sbarramento dei fiumi, ma l'energia idroelettrica può anche essere generata sfruttando le maree.
Le operazioni di generazione idroelettrica coprono un vasto territorio e molti climi, che vanno dal permafrost artico alla foresta pluviale equatoriale. La posizione geografica dell'impianto di generazione influirà sulle condizioni pericolose che possono essere presenti, poiché i rischi professionali come insetti e animali aggressivi, o anche piante velenose, variano da luogo a luogo.
Una stazione di idrogenerazione è generalmente costituita da a diga che intrappola una grande quantità di acqua, a sfioratore che rilascia l'acqua in eccesso in modo controllato e a centrale elettrica. Dykes Della centrale idroelettrica possono far parte anche altre strutture di contenimento e controllo delle acque, pur non essendo direttamente coinvolte nella produzione di energia elettrica. La centrale elettrica contiene canali di conduzione che guidano l'acqua attraverso turbine che convertono il flusso lineare dell'acqua in un flusso rotante. L'acqua cadrà attraverso le pale della turbina oppure scorrerà orizzontalmente attraverso di esse. La turbina e il generatore sono collegati tra loro. Pertanto, la rotazione della turbina provoca la rotazione del rotore del generatore.
Il potenziale di energia elettrica dal flusso d'acqua è il prodotto della massa dell'acqua, l'altezza attraverso la quale cade e l'accelerazione gravitazionale. La massa è una funzione della quantità di acqua disponibile e della sua portata. Il progetto della centrale determinerà l'altezza dell'acqua. La maggior parte dei progetti attinge l'acqua dalla parte superiore della diga e poi la scarica sul fondo in un alveo esistente a valle. Ciò ottimizza l'altezza mantenendo un flusso ragionevole e controllabile.
Nella maggior parte delle moderne centrali idroelettriche, i turbogeneratori sono orientati verticalmente. Queste sono le strutture familiari che sporgono sopra il piano principale in queste stazioni. Tuttavia, la quasi totalità della struttura si trova al di sotto di quanto visibile a livello del piano nobile. Ciò include il pozzo del generatore e, al di sotto, il pozzo della turbina e il tubo di aspirazione e scarico. Occasionalmente si accede a queste strutture e ai canali di guida dell'acqua.
Nelle stazioni di vecchia annata, il turbogeneratore è orientato orizzontalmente. L'albero della turbina sporge da un muro nella centrale elettrica, dove si collega al generatore. Il generatore assomiglia a un motore elettrico molto grande, vecchio stile, a cassa aperta. A testimonianza del design e della qualità costruttiva di queste apparecchiature, sono ancora in funzione alcuni impianti di inizio secolo. Alcune stazioni odierne incorporano versioni aggiornate dei progetti delle stazioni più vecchie. In tali stazioni, il canale dell'acqua circonda completamente il turbogeneratore e l'ingresso avviene attraverso un involucro tubolare che attraversa il canale dell'acqua.
Un campo magnetico viene mantenuto negli avvolgimenti del rotore nel generatore. L'energia per questo campo è fornita da banchi di batterie al piombo-acido o al nichel cadmio riempite con sostanza caustica. Il moto del rotore e il campo magnetico presente nei suoi avvolgimenti inducono un campo elettromagnetico negli avvolgimenti dello statore. Il campo elettromagnetico indotto fornisce l'energia elettrica che viene fornita alla rete elettrica. La tensione elettrica è la pressione elettrica che deriva dall'acqua che scorre. Per mantenere la pressione elettrica, cioè la tensione, a un livello costante, è necessario modificare il flusso d'acqua attraverso la turbina. Ciò avverrà al variare della domanda o delle condizioni.
Il flusso di elettricità può portare ad arco elettrico, come ad esempio nel gruppo eccitatore nel rotore. Gli archi elettrici possono generare ozono che, anche a bassi livelli, può influire negativamente sulla gomma delle manichette antincendio e di altri materiali.
I generatori di energia idroelettrica producono correnti e tensioni molto elevate. I conduttori dei generatori si collegano a un trasformatore di unità e da questo a un trasformatore di potenza. Il trasformatore di potenza aumenta la tensione e riduce la corrente per la trasmissione su lunghe distanze. La bassa corrente riduce al minimo la perdita di energia dovuta al riscaldamento durante la trasmissione. Alcuni sistemi utilizzano gas esafluoruro di zolfo al posto degli oli convenzionali come isolante. Gli archi elettrici possono produrre prodotti di decomposizione che possono essere significativamente più pericolosi dell'esafluoruro di zolfo.
I circuiti elettrici includono interruttori che possono interrompere rapidamente e in modo imprevedibile il generatore dalla rete elettrica. Alcune unità utilizzano un getto d'aria compressa per interrompere la connessione. Quando una tale unità entra in funzione, produrrà un livello estremamente elevato di rumore impulsivo.
Amministrazione e operazioni di stazione
La maggior parte delle persone ha familiarità con gli aspetti dell'amministrazione e delle operazioni di stazione della generazione idroelettrica, che generalmente creano il profilo pubblico dell'organizzazione. L'amministrazione della centrale cerca di garantire che l'impianto fornisca un servizio affidabile. L'amministrazione comprende il personale d'ufficio coinvolto in funzioni commerciali e tecniche e la direzione. Il personale addetto alle operazioni di stazione comprende direttori e supervisori di impianto e operatori di processo.
L'idrogenerazione è un'operazione di processo ma, a differenza di altre operazioni di processo, come quelle dell'industria chimica, molte stazioni di idrogenerazione non hanno personale operativo. L'apparecchiatura di generazione è azionata tramite telecomando, a volte da lunghe distanze. La quasi totalità dell'attività lavorativa si svolge durante la manutenzione, la riparazione, la modifica e l'aggiornamento di impianti e attrezzature. Questa modalità di funzionamento richiede sistemi efficaci in grado di trasferire il controllo dalla produzione di energia alla manutenzione per evitare avviamenti imprevisti.
Pericoli e struttura gestionale
I servizi elettrici sono tradizionalmente gestiti come organizzazioni "dal basso verso l'alto". Cioè, la struttura organizzativa ha tradizionalmente fornito un percorso di mobilità ascendente che inizia con posizioni entry-level e conduce al senior management. Relativamente pochi individui entrano nell'organizzazione lateralmente. Ciò significa che la supervisione e la gestione in un'azienda elettrica avranno probabilmente sperimentato le stesse condizioni di lavoro delle persone che attualmente occupano posizioni di livello base. Tale struttura organizzativa può avere implicazioni rispetto alla potenziale esposizione dei lavoratori ad agenti pericolosi, in particolare quelli che hanno effetti cumulativi cronici. Ad esempio, considera il rumore. I dipendenti che attualmente ricoprono posizioni dirigenziali potrebbero aver subito una grave perdita dell'udito quando erano impiegati in lavori che avevano esposizioni professionali al rumore. La loro perdita dell'udito potrebbe non essere rilevata nei programmi di test audiometrici aziendali, poiché tali programmi generalmente includono solo quei dipendenti che sono attualmente esposti a livelli elevati di rumore sul lavoro.
Manutenzione delle apparecchiature di generazione
La manutenzione degli impianti di generazione si suddivide in due principali tipologie di attività: la manutenzione elettrica e la manutenzione meccanica. Sebbene entrambi i tipi di lavoro possano svolgersi simultaneamente e fianco a fianco, le competenze e il lavoro necessari per eseguirli sono completamente diversi.
La manutenzione potrebbe richiedere l'arresto e lo smantellamento di un'unità. Il flusso d'acqua all'ingresso è controllato da portelloni. Le testate sono strutture in acciaio che vengono abbassate nel canale di aspirazione per bloccare il flusso dell'acqua. Il blocco del flusso consente all'acqua di defluire dai canali interni. Il livello dell'acqua di riposo nell'uscita dalla turbina (tubo di pescaggio) è al di sotto del livello della cassa della chiocciola e delle pale della girante della turbina. Questo permette l'accesso a queste strutture. La chiocciola è una struttura affusolata a forma di spirale che dirige il flusso d'acqua attorno al rotore della turbina in modo uniforme. L'acqua passa dalla cassa del rotolo attraverso le alette guida che dirigono il flusso e le alette mobili (portelli) che controllano il volume.
Quando necessario, il generatore e la turbina possono essere rimossi dalle loro normali posizioni e posizionati sul piano principale della centrale elettrica. La rimozione può essere necessaria per riverniciare o sgrassare e riparare e sostituire avvolgimenti, cuscinetti, freni o sistemi idraulici.
A volte le lame del pattino, così come i cancelletti, le alette di guida e le strutture di conduzione dell'acqua nella cassa della chiocciola e nel tubo di pescaggio, subiscono danni da cavitazione. La cavitazione si verifica quando la pressione nell'acqua scende al di sotto della sua tensione di vapore. Quando ciò accade, si formano bolle di gas e la turbolenza causata da queste bolle erode i materiali toccati dall'acqua. Potrebbe essere necessario riparare i materiali danneggiati mediante saldatura o riparare e ricoprire le superfici in acciaio e calcestruzzo.
Le strutture in acciaio possono anche richiedere riparazioni e ricoperture se sono state corrose.
Pericoli
Ci sono una varietà di pericoli associati alla generazione di energia idroelettrica. Alcuni di questi pericoli sono condivisi da tutti i dipendenti che lavorano nel settore, mentre altri sono limitati a coloro che sono coinvolti in attività di manutenzione elettrica o meccanica. La maggior parte dei pericoli che possono insorgere sono riassunti nella tabella 1 e nella tabella 2, che riassumono anche le precauzioni.
Tabella 1. Controllo delle esposizioni a rischi chimici e biologici selezionati nella produzione di energia idroelettrica
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Esposizione |
Dove si può trovare |
Lavoratori interessati |
Approcci al controllo |
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Polveri abrasive |
La polvere può contenere materiale esplosivo e polvere di vernice. La vernice applicata prima del 1971 può contenere PCB. |
Meccanico |
-Sistema di controllo della polvere |
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Amianto |
L'amianto può essere presente nei freni dei generatori, nei tubi e nell'isolamento elettrico, nei rivestimenti a spruzzo, nel cemento amianto e in altri prodotti; l'esposizione dipende dalla friabilità e dalla vicinanza alla fonte. |
Manutenzione elettrica |
-Adottare le migliori pratiche attuali per il lavoro che coinvolge l'amianto- |
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batteria |
Il cortocircuito tra i terminali nei banchi di batterie potrebbe causare esplosioni, incendi ed esposizione a liquidi e aerosol dell'elettrolito. |
Manutenzione elettrica |
-Schermatura dei terminali della batteria e dei conduttori non isolati |
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Rivestimento |
Le emissioni possono includere: monossido di carbonio, pigmenti inorganici contenenti piombo e altri cromati e prodotti di decomposizione delle resine delle vernici. I PCB potrebbero essere stati usati come plastificanti prima del 1971. I PCB possono formare furani e diossine, se riscaldati. |
Meccanico |
- Ventilazione di scarico locale |
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Cloro |
L'esposizione al cloro può verificarsi durante il collegamento/scollegamento delle bombole di cloro nei sistemi di trattamento dell'acqua e delle acque reflue. |
Operatori |
-Seguire le linee guida del settore del cloro quando si lavora con bombole di cloro |
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sgrassante |
Lo sgrassaggio delle apparecchiature elettriche richiede solventi con specifiche proprietà di infiammabilità, solvatazione e rapida evaporazione senza lasciare residui; i solventi che soddisfano queste caratteristiche sono volatili e possono comportare rischi di inalazione. |
Manutenzione elettrica |
- Ventilazione di scarico locale |
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Diesel |
Le emissioni includono principalmente biossido di azoto, ossido nitrico, monossido di carbonio, anidride carbonica, anidride solforosa e particolato contenente idrocarburi policiclici aromatici (IPA) provenienti da veicoli o motori utilizzati nella centrale elettrica. |
Tutti i lavoratori |
-Proibire il funzionamento di automobili e camion negli edifici. |
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Resti di insetti |
Alcuni insetti si riproducono nelle acque veloci attorno alla stazione; in seguito all'accoppiamento, gli adulti muoiono e le carcasse si decompongono e si seccano; alcuni individui sviluppano allergie respiratorie
Dopo il drenaggio, le larve di insetti che vivono nei canali d'acqua possono tentare di abbassare i loro corpi nell'acqua residua producendo corde filiformi; alcuni individui possono sviluppare una sensibilità respiratoria allergica alla polvere derivante dall'essiccamento di questi materiali. |
Tutti i lavoratori
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-Gli insetti che trascorrono parte della loro vita in acque a scorrimento veloce perdono l'habitat a causa della costruzione di a |
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Oli e lubrificanti |
Oli e fluidi idraulici rivestono gli avvolgimenti del rotore e dello statore; la decomposizione degli idrocarburi a contatto con superfici calde può produrre idrocarburi policiclici aromatici (IPA). L'esposizione può avvenire per inalazione e contatto con la pelle. Il contatto con la pelle può causare dermatiti. |
Manutenzione elettrica |
-Dispositivi di protezione individuale (dipende dalle circostanze) |
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Ozono |
L'ozono generato dall'arco nel rotore e in altre apparecchiature elettriche potrebbe rappresentare un problema di esposizione, a seconda della vicinanza alla sorgente. |
Tutti i lavoratori |
-Mantenere le apparecchiature elettriche per evitare la formazione di archi |
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Vapori di vernice |
Gli aerosol di vernice contengono vernice spruzzata e diluente; il solvente in goccioline e vapore può formare miscele infiammabili; il sistema di resina può includere isocianati, epossidici, ammine, perossidi e altri intermedi reattivi. |
Astanti, pittori |
- Cabina di verniciatura a spruzzo |
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Policlorurato |
I PCB sono stati utilizzati nei fluidi isolanti elettrici fino all'inizio degli anni '1970; fluidi o residui originali possono essere ancora presenti in cavi, condensatori, trasformatori o altre apparecchiature; l'esposizione può avvenire per inalazione o contatto con la pelle. Il fuoco o il riscaldamento estremo durante il servizio possono convertire i PCB in furani e diossine. |
Manutenzione elettrica |
-Equipaggiamento per la protezione personale |
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Esafluoruro di zolfo |
La rottura dell'arco elettrico dell'esafluoruro di zolfo produce sostanze gassose e solide di tossicità notevolmente maggiore. |
Manutenzione elettrica |
- Ventilazione di scarico locale |
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Saldatura e brasatura |
Cadmio, piombo, argento nelle saldature |
Electrical
Meccanico |
- Ventilazione di scarico locale |
Tabella 2. Controllo delle esposizioni a rischi chimici e biologici selezionati nella produzione di energia idroelettrica
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Esposizione |
Dove si può trovare |
Lavoratori interessati |
Approcci al controllo |
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Lavoro scomodo |
Il lavoro prolungato in una postura scomoda può portare a lesioni muscoloscheletriche. |
Tutti i lavoratori |
-Attrezzature progettate per riflettere i principi ergonomici |
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Spazi confinati |
La diga, le strutture di controllo, le porte di controllo, i canali di conduzione dell'acqua, i macchinari dei generatori e delle turbine contengono molti pozzi, pozzetti, serbatoi e altri spazi chiusi e parzialmente chiusi che possono diventare carenti di ossigeno, possono confinare atmosfere pericolose o possono contenere altre condizioni pericolose. |
Tutti i lavoratori |
-Dispositivi di prova dell'aria |
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Annegamento |
L'annegamento può verificarsi a seguito di una caduta in acqua in rapido movimento nella zona di ingresso (zona di aspirazione) o di coda (zona di scarico) o in un'altra area. L'acqua estremamente fredda è presente alle latitudini più elevate durante i mesi primaverili, autunnali e invernali. |
Tutti i lavoratori |
- Barriere di contenimento del personale |
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Elettrocuzione |
Le aree della stazione contengono conduttori sotto tensione non schermati; le apparecchiature contenenti conduttori schermati possono entrare in tensione dopo la rimozione della schermatura. Il rischio di folgorazione deriva dall'ingresso deliberato in aree non autorizzate o dal guasto accidentale dei sistemi di protezione. |
Tutti i lavoratori |
-Stabilire pratiche e procedure per garantire condizioni di lavoro sicure con apparecchiature elettriche. |
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Elettromagnetico |
La generazione e altre apparecchiature elettriche producono campi CC e CA a 60 Hz (e superiori); l'esposizione dipende dalla vicinanza alla sorgente e dalla schermatura offerta dalle strutture. I campi magnetici sono particolarmente difficili da attenuare mediante schermatura. Il significato dell'esposizione deve ancora essere stabilito. Radiofrequenza: Effetti sull'uomo non completamente stabiliti. |
Tutti i lavoratori |
-Pericolo non stabilito al di sotto dei limiti attuali |
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calore |
I generatori sviluppano un notevole calore; i generatori e gli scambiatori di calore possono scaricare aria riscaldata nella centrale elettrica; la struttura della centrale elettrica può assorbire e irradiare l'energia solare nell'edificio; lesioni da calore possono verificarsi durante i mesi più caldi, a seconda del clima e del livello di sforzo. |
Lavoratori interni |
-Deviazione dell'aria riscaldata verso il tetto, schermatura, controlli tecnici |
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Rumore |
Il rumore in regime stazionario proveniente da generatori e altre fonti e attività potrebbe superare i limiti regolamentati; i demolitori ad aria producono livelli molto elevati di rumore da impatto; questi potrebbero scaricarsi in qualsiasi momento. |
Tutti i lavoratori |
-Applicare la tecnologia di controllo del rumore. |
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Lavoro a turni |
Le operazioni di turno possono produrre stress fisiologici e psicosociali; gli stress psicosociali possono essere particolarmente gravi per i piccoli numeri coinvolti in comunità piccole e isolate dove queste operazioni tendono a essere localizzate. |
Operatori |
-Adottare orari di lavoro che riflettano le attuali conoscenze sui ritmi circadiani. |
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Vibrazione, mano-braccio |
Le vibrazioni prodotte da utensili manuali motorizzati e apparecchiature portatili vengono trasmesse attraverso le impugnature. |
Manutenzione elettrica |
-Utilizzare strumenti che soddisfano gli standard attuali per le vibrazioni mano-braccio. |
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Vibrazione, tutto il corpo |
Le vibrazioni trasmesse dalla struttura originate dal moto rotatorio dei generatori e dalla turbolenza dei flussi d'acqua vengono trasmesse attraverso pavimenti e pareti. |
Tutti i lavoratori |
- Monitorare e riparare le apparecchiature rotanti per ridurre al minimo le vibrazioni. |
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Espositori visivi |
L'uso efficace delle postazioni di lavoro computerizzate dipende dall'applicazione dei principi visivi ed ergonomici dell'ufficio. |
Impiegati |
-Applicare i principi ergonomici dell'ufficio alla selezione e all'utilizzo dei display video |
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In relazione al tempo |
L'energia ultravioletta può causare scottature, cancro della pelle e cataratta. Il freddo può causare stress da freddo e congelamento. |
Lavoratori esterni |
-Abbigliamento da lavoro che protegga dal freddo |
Effetti ambientali
La produzione di energia idroelettrica è stata promossa come rispettosa dell'ambiente. Naturalmente, fornisce enormi benefici alla società attraverso la fornitura di energia e la stabilizzazione del flusso d'acqua. Ma tale generazione di energia non è priva di un costo ambientale, che negli ultimi anni ha ricevuto sempre più riconoscimenti e attenzioni pubbliche. Ad esempio, è ormai noto che l'allagamento di vaste aree della terra e della roccia da parte di acqua acida porta alla lisciviazione di metalli da questi materiali. Il bioaccumulo di mercurio è stato riscontrato nei pesci che sono stati catturati nell'acqua di tali aree allagate.
L'allagamento modifica anche i modelli di turbolenza nell'acqua e il livello di ossigenazione. Entrambi possono avere gravi effetti ecologici. Ad esempio, i corsi di salmone sono scomparsi sui fiumi arginati. Questa scomparsa è avvenuta, in parte, perché il pesce non è in grado di individuare o attraversare un percorso verso il livello dell'acqua più alto. Inoltre, l'acqua è arrivata ad assomigliare a un lago più che a un fiume, e l'acqua calma di un lago non è compatibile con i salmoni.
Le inondazioni distruggono anche l'habitat dei pesci e possono distruggere le aree di riproduzione degli insetti, da cui i pesci e altri organismi dipendono per il nutrimento. In alcuni casi, le inondazioni hanno distrutto terreni agricoli e forestali produttivi. Le inondazioni di vaste aree hanno anche sollevato preoccupazioni per il cambiamento climatico e altri cambiamenti nell'equilibrio ecologico. Il trattenimento di acqua dolce che era stata destinata a confluire in uno specchio d'acqua salata ha destato preoccupazione anche per le variazioni di salinità.