PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR
(PLTA)
Disusun oleh :
Defri Agustian (G1D006025)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BENGKULU
2009
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR ( PLTA )
1. PENDAHULUAN
Energi, merupakan suatu kebutuhan utama yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan manusia. Semakin maju suatu negara, semakin besar energi yang dibutuhkan. Bila ditinjau dari sumber pengadaan energi Dunia saat ini, sumber dari migas, merupakan sumber utama yang digunakan. Sumber migas yang terdapat di Bumi kita, sangat terbatas, dan pada suatu saat akan habis, oleh karena itu berbagai penelitian dilakukan para peneliti untuk menemukan sumber energi diluar migas, sebagai sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan sesuai kebutuhannya.
Keberadaan wilayah Indonesia yang begitu beragamnya sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan, merupakan tantangan bagi para peneliti Indonesia, untuk melakukan penelitian/ kajian untuk menendapatkan sumber energi alternatif yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi sesuai kebutuhan. Salah satu sumber energi alternatif yang dapat dikembangkan adalah pembangkit listrik tenaga air.
Pembangkit listrik tenaga air dapat beroperasi sesuai dengan rancangan sebelumnya, bila mempunyai daerah aliran sungai (DAS) yang potensial sebagai sumber air untuk memenuhi kebutuhan dalam pengoperasian pembangkit listrik tenaga air tersebut. Pada operasi pembangkit listrik tenaga air tersebut, perhitungan keadaan air yang masuk pada waduk / dam tempat penampungan air, beserta besar air yang tersedia dalam waduk / dam dan perhitungan besar air yang akan dialirkan melalui pintu saluran air untuk menggerakkan turbin sebagai penggerak sumber listrik tersebut, merupakan suatu keharusan untuk dimiliki, dengan demikian kontrol terhadap air yang masuk maupun yang didestribusikan kepintu saluran air untuk menggerakkan turbin harus dilakukan dengan baik, sehingga dalam operasi pembangkit listrik tenaga air tersebut, dapat dijadikan sebagai dasar tindakan pengaturan efesiensi penggunaan air maupun pengamanan seluruh sistem, sehingga pembangkit listrik tenaga air tersebut, dapat beroperasi sepanjang tahun, walaupun pada musim kemarau panjang.
Kontrol tersebut dapat dilakukan dengan malakukan analisa terhadap keadaan air melalui perhitungan-perhitungan hidrologi yang tersedia pada pusat kontrol operasi pembangkit listrik tenaga air (PLTA). Analisa keadaan air dilakukan dengan bantuan program-program yang terintegrasi dalam sistem perangkat lunak (software) yang diinstal pada sistem komputer yang tersedia pada pusat kontrol. Setiap operasi yang dilakukan dalam sistem kontrol mengikuti instruksi-instruksi yang diberikan oleh para operator maupun pimpinan operasi yang berhubungan dengan operasi pembangkit listrik tenaga air maupun tindakan keputusan dalam rangka pengamanan seluruh sistem, dengan demikian setiap pemberi instruksi dalam pengoperasian harus bertanggung jawab terhadap hasil operasi yang terjadi.
Bila seluruh instruksi yang terdapat dalam sistem perangkat lunak dapat dioperasikan setiap orang, maka dapat mengakibatkan kesalahan fatal terhadap operasi PLTA dari orang yang tidak bertanggung jawab. Misalnya, bila dipuncak musim hujan, dengan volume air yang mengalir dari seluruh sungai yang masuk ke waduk / dam sudah melebihi kemampuan daya tampung waduk / dam, yang seharusnya harus segera diintruksikan pembukaan maksimum pintu pembungan air keluar dari waduk / dam, tidak diberikan instruksi, sehingga dapat mengakibatkan jebolnya tanggul waduk/dam, karena tidak dapat menahan tekanan air yang masuk ke waduk / dam begitu dahsyat atau pada musim kemarau panjang seseorang memberikan instruksi pembukaan maksimum pintu pembungan air keluar dari waduk / dam, sehingga terjadi pengeringan waduk / dam, sehingga sistem pembangkit listrik tenaga air tersebut tidak dapat beroperasi. Dengan demikian kerugian yang terjadi sangat besar, yang dialami masyarakat maupun pemerintah.
Pengoperasian pembangkit listrik tenaga air ini, harus dilakukan perhitungan yang teliti terhadap besar bukaan pintu saluran air yang mengalirkan air keturbin, sesuai air yang tersedia dalam waduk / dam, dan sesuai dengan kebutuhan. Berapa besar bukaan pintu saluran air yang dibuka dan berapa besar listrik yang dihasikan, telah diperhitungan pada perancangan seluruh sistem PLTA, baik konstruksi secara menyeluruh, perangkat keras pendukung lainnya maupun dalam peroces sistem perangkat lunaknya. Jadi keseimbangan air yang tersedia dalam waduk / dam, merupakan parameter penting yang harus diperhatikan dengan baik.Untuk menghindari atau pengendalian terhadap kemungkinan masalah diatas, maka dibutuhkan sistem kontrol untuk mengontrol dan mengendalikan setiap orang yang mengoperasikan sistem pembangkit listrik tenagai air tersebut.
2. PRINSIP KERJA PLTA
Pembangkit tinggi tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energy mekanik menjadi energy listrik (dengan bantuan generator).
Komponen – kompnen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi.
Dam berfungsi untuk menampung air dalam jumlah besar karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Selain itu dam juga berfungsi untuk pengendalian banjir. contoh waduk Jatiluhur yang berkapasitas 3 miliar kubik air dengan volume efektif sebesar 2,6 miliar kubik.
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan memukul susu – sudu dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. Turbin terdiri dari berbagai jenis seperti turbin Francis, Kaplan, Pelton, dll.
Besarnya daya listrik yang dihasilkan tergantung dari air yang mengalir melalui waterways dan head (tinggi dari free surface bendungan (head water) ke tail water ). Daqya listrik yang dihasilkan dapat dihitung dengan persasmaan berikut :
P = ηρgQH
P adalah Daya output dalam kilowatt
η efisiensi keseluruhan
ρ masssa jenis air dalam Kg/m3
g adalah konstanta gravitasi dalam m/s2
Q debit alirn air dalam m3/detik
H adalah tinggi terjun air dalam m
Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran turbin untuk memutar kumparan magnet didalam generator sehingga terjadi pergerakan elektron yang membangkitkan arus AC.
Travo digunakan untuk menaikan tegangan arus bolak balik (AC) agar listrik tidak banyak terbuang saat dialirkan melalui transmisi. Travo yang digunakan adalah travo step up.
Transmisi berguna untuk mengalirkan listrik dari PLTA ke rumah – rumah atau industri. Sebelum listrik kita pakai tegangannya di turunkan lagi dengan travo step down.
Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang. Saat ini ada teknologi baru yang dikenal dengan pumped storage plant. Pumped storage plant memiliki dua penampungan yaitu:
- Waduk Utama (upper reservoir) seperti dam pada PLTA konvensional. Air dialirkan langsung ke turbin untuk menghasilkan listrik.
- Waduk cadangan (lower reservoir). Air yang keluar dari turbin ditampung di lower reservoir sebelum dibuang disungai.
Pada saat beban puncak air dalam lower reservoir akan di pompa ke upper reservoir sehingga cadangan air pada Waduk utama tetap stabil.
Gambar 1. Hydropower Plant
Gambar Head pada Hydropower Plant
Gambar turbin
Bagian – bagian Turbin:
PLTA Batutegi dengan kapasitas terpasang 2 x 14,3 MW dengan spesifikasi turbin berikut:
* Type : Francis
* Putaran : 375 rpm
* Daya Keluar : 14.8 MW
* Head Efektif : 90 M
* Kapasitas Aliran Air : 18,5 m3
Bagian – bagian utama turbin ditunjukkan seperti pada gambar Di atas
3. PARAMETER YANG MEMPENGARUHI OPERASI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR
Pada prinsipnya ada beberapa parameter yang mempengaruhi operasi pembangkit listrik tenaga air :
3.1. Keberadaan Air
Untuk dapat mengoptimalkan pengoperasiann pembangkit listrik tenaga air, baik dalam keadaan musim penghujan maupun musim kemarau panjang, diperlukan perhitungan besar volume air yang tersedia dalam waduk / dam, guna perhitungan berapa besar debit air yang harus dialirkan melalui pintu air yang dialirkan keturbin. Bila terjadi banjir, berapa besar volume air yang harus dibungan keluar dari waduk / dam melalui pintu pembungan air, sehingga tetap terjadi keseimbangan air dalam waduk / dam, dengan demikian dapat dihindari kerusakan bangunan waduk / dam maupun perangkat keras pendukung lainnya. Untuk kebutuhan perhitungan keadaan air baik yang akan masuk maupun yang berada dalam waduk / dam, dilakukan pengukuran terhadap parameter yang mempengaruhi keadaan air yang akan masuk maupun yang ada dalam waduk/dam. Pengukuran tersebut dilakukan pada berbagai stasiun ukur yang tersebar pada daerah tangkap sungai (DAS) dalam waduk / dam tersebut. Data hasil pengukuran yang diproleh pada stasiun pengukuran, ditransmisikan melalui media komunikasi yang digunakan ke pusat kontrol operasi pembangkit listrik tenaga air untuk diproces sesuai fungsinya dalam sistem kontrol tersebut. Pada perhitungan keberadaan air tersebut, ada beberapa parameter yang harus diperhatikan antara lain :
a. Aliran permukaan ( surface flow)
b. Aliran dasar ( Base flow)
c. Tinggi muka air
Aliran permukaan dan aliran dasar dipengaruhi intensitas curah hujan dan lama turunnya hujan. Semakin tinggi intensitas curah hujan dan semakin lama waktu turunnya hujan, semakin besar aliran permukaan dan aliran dasar sungai. Tinggi permukaan dipengaruhi aliran permukaan dan aliran dasar. Semakin besar aliran permukaan dan aliran dasar, semakin tinggi muka air yang terjadi, sehingga semakin besar volume air yang mengalir ke dalam waduk / dam.
d. Kehilangan air karena keadaan lingkungan
Paremeter kehilangan air yang disebabkan keadaan lingkungan, dipengaruhi antara lain :
Suhu udara : semakin tinggi suhu udara, semakin besar kehilangan air
Kelembaban : semakin kecil kelembaban (humidity),semakin besar kehilangan air
Kecepatan angin : semakin cepat kecepatan angin berhembus, semakin besar kehilangan air
Penyinaran Matahari : semakin panas dan semakin lama penyinaran matahari, semakin besar kehilangan air
e. Keadaan daerah aliran sungai (DAS)
Parameter keadaan daerah aliran sungai (DAS) dipengaruahi beberapa parameter, antara lain :
Vagitasi : semakin rapat tumbuhnya tumbuh-tumbuhan (pohon) dalam DAS, semakin besar aliran dasar sungai
Penduduk : semakin padat / ramai penduduk yang bermukim dalam DAS, semakin besar kehilangan air
Industri : semakin banyak industri yang beroperasi dalam DAS, semakin besar kehilangan air
3.2. Konstruksi Saluran Air ke Turbin
Kecepatan gerakan turbin, dipengaruhi oleh besar tekanan aliran air yang dialirkan keturbin. Besar tekanan aliran air yang dialirkan tersebut, dipengaruhi debit air yang dialirkan beserta konstruksi dan penempatan saluran air yang mengalirkan air tersebut. Semakin lebar diameter dan semakin tinggi pintu saluran air dibuka, semakin besar debit air yang dialirkan, semakin tinggi tekanan air yang terjadi masuk ke turbin. Selain hal tersebut diatas, rancangan dan peletakan saluran air tersebut, juga mempengaruhi tekanan air yang dialirkan ke turbin. Semakin besar perbedaan sudut antara posisi saluran pintu masuk air dari waduk / dam (Q2) dengan posisi saluran pintu air keluar yang mengalirkan air masuk ke turbin (Q1) pada gambar 1, semakin besar tekanan air yang mengalir masuk ke turbin, dengan demikian perputaran turbin semakin cepat. Semakin cepat perputaran turbin, semakin besar listrik yang terjadi. Bentuk peletakan posisi saluran air yang mengalirkan air ke turbin, dipaparkan pada gambar 1.
Gambar 1. Bentuk posisi pintu saluran masuk air dan keluar, dengan Q1 = sudut posisi peletakan pintu keluar air dengan garis horizontal, Q2 = sudut posisi peletakan pintu saluran air masuk dari waduk/dam dengan garis horizontal.
Data hasil pengukuran yang ditransmisikan ke pusat kontrol operasi pembangkit listrik tenaga air tersebut diproces sesuai kebutuhan masing-masing data tersebut. Dari hasil olahan data tersebut, diketahui berapa besar listrik yang dapat dihasilkan dari setiap operasi yang dilakukan, berdasarkan besar debit air yang dialirkan melalui pintu saluran air ke turbin, beserta keputusan apa yang segera diinstruksikan untuk dioperasikan, dalam upaya pengamanan sistem pembangkit listrik tenaga air secara menyeluruh. Block diagram alur data hasil pengukuran dipaparklan pada gambar 2.
Gambar 2. Block diagram alur data hasil pengukuran, dengan St1 s/d Stn = stasiun ukur pada DAS, WD = stasiun ukur pada waduk / dam, Pi1 s/d Pin = pintu-pintu masuk air ke saluran air, Po1 s/d Pon = pintu-pintu keluar air dari saluran, T = turbin, L = listrik yang dihasilkan.
4. KONVERSI ENERGI PLTA
Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000 MW ,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24 % kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang.
Jadi dapat kita hitung berapa perbandingan daya yang dihasilkan dengan menggunakan air dan menggunakan bahan bakar :
Ø Dengan menggunakan minyak
Data yang diperoleh :
675.000 MW ,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak
Ø Dengan menggunakan air
Persamaan daya PLTA :
Data yang diperoleh :
Type turbin : Francis
Putaran : 375 rpm
Daya Keluar : 14.8 MW
Head Efektif : 90 M
Kapasitas Aliran Air : 18,5 m3
Berdasarkan daya yang dihasilkan dengan menggunakan minyak dapat dihitung berapa m3 air yang diperlukan untuk menghasilkan 675.000 MW :
= (18,5 m3 : 14,8 MW) x 675.000 MW = 843.750 m3
Jadi, dengan 843.750 m3 air dapat menghemat 3,6 barrel minyak yang digunakan sebagai bahan pembangkit listrik.
5. Keunggulan dan Kelemahan PLTA
- Keunggulan
a. Biaya bahan bakar lebih murah dari pembangkit listrik lainnya
b. Salah satu energy terbarukan yang dapat mengurangi pemanasan global
c. Tidak terdapat polusi udara
d. Bahan dasar air tidak aka nada habis-habisnya
- Kelemahan
a. Biaya investasi untuk pembangunan yang mahal.
b. Butuh perawatan yang intensif agar dapat beroperasi untuk jangka panjang.
c. Dapat menyebabkan banjir pada daerah sekitar dam PLTA apabila tidak dikontrol dengan baik.
6. Kesimpulan
Dari pembahasan diatas dapat disimpulkan:
v PLTA merupakan suatu energy terbarukan yang dapat dijadikan sumber energy altenatif untuk jangka panjang.
v PLTA dapat mengoptimalakan daya listrik yang dihaslikan dan dapat menghemat panggunaan bahan bakar yang slama ini digunakan untuk menghasilkan daya listrik karena bahan bakar yang semakin mahal dan pasti akan habis.
v Ada beberapa aspek yang perlu diperhatikan dalam membangun PLTA terutama lingkungan disekitar pembangunan PLTA.
DAFTAR PUSTAKA
Tobing L. Bonggas. 2003. Dasar teknik tegangan tinggi. Gramedia putaka, Jakarta.
http://id.wikipedia.org/wiki/PLTA
http://yahoindo.com/showthread.php?t=5377
http://bopper12.blogspot.com/
http://techno.okezone.com/index.php/ReadStory/2007/11/06/56/58827/PLTA
Arismunandar,Wiranto.2002.PEngantar Turbin Air.Bandung : ITB
Zuhal.1988.Dasar Teknik Tenaga Listrik dan elektronika Daya. Jakarta:PT. Gramedia
