BAB I
PENDAHULUAN
I.2. Latar Belakang
Listrik adalah merupakan energi yang sangat penting dan di butuhkan
manusia untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. Tingkat pemakaian listrik
perkapita menggambarkan secara langsung laju perkembangan kebutuhan hidup
didalam suatu negara tersebut. Kebutuhan yang semakin meningkat akan semakin
mendorong perkembangan perusahaan pembangkit listrik dengan berbagai sumber
energi alternatif yang dapat mengisi kebutuhan hidup akan energi listrik dan
mengurangi adanya krisis energi sejalan dengan peningkatan kebutuhan hidup
manusia.
Pada saat ini efisiensi energi mutlak diperlukan dalam menghadapi
perkembangan sistem pembangkit listrik. Jika efesiensi energi tidak diperhatikan
maka pemenuhan kebutuhan akan energi listrik akan mengalami kesulitan.
Efisiensi energi dalam sistem pembangkit daya dapat mencakup penggunaan alat,
bahan bakar, tempat, dan kinerja dalam suatu alat. Oleh karena itu Air merupakan
sumber daya energi yang mempunyai nilai ekonomis dan efesien. Ketersediaan air
di dunia ini mencapai 1.400.000.000 , lebih kurang 97% merupakan air laut
(air asin), 3% sisanya, 2% berupa gunung-gunung es di kedua kutub bumi, 0,75%
merupakan air tawar, baik berupa mata air, air sungai, danau, maupun air tanah
dan selebihnya berupa uap air. Dengan begitu sumber energi yang memanfaatkan
tenaga air memiliki prospek yang sangat baik.
Pusat listrik yang menggunakan tenaga air sering disebut Pembangkit
Listrik Tenaga Air (PLTA). Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000
MW, atau setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24 %
kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang.
I.2. Tujuan
Tanpa menghilangkan tujuan utama dalam memenuhi tugas mata kuliah
Konversi Energi, yang mana merupakan penilaian dalam tugas individu. Makalah
ini disusun untuk menambah wawasan mahasiswa pada umumnya mengenai
Pembangkit Listrik Tenaga Air.
1
BAB II
PEMBAHASAN
II.1. Definisi
Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah suatu sistem pembangkit energi
listrik dengan cara memanfaatkan aliran dari air (energi potensial ataupun energi
kinetik air) yang kemudian dirubah menjadi energi listrik melalui putaran turbin
dan generator. Sistem yang mudah dan yang penting adalah ramah terhadap
lingkungan.
Pembangkit listrik adalah suatu rangkaian alat atau mesin yang mengubah
energi mekanikal untuk menghasulkan energi listrik, biasanya rangkaian alat itu
terdiri dari turbin dan generator listrik.
Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah motor yang
dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun,
secara luas pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah
waduk atau air terjun, tetapi juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan
tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak.
II.2. Diagram Skematik
2
II.3. Komponen-Komponen dan Fungsi
A. Bendungan (Dam)
Merupakan suatu bangunan menahan laju air sehingga mencapai ktinggian
tertentu agar menghasilkan energi yang besar saat dialirkan. Bendungan ini
berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air.
Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk
menyimpan energi.
Gambar Bendungan
Macam – macam bendungan:
Berdasarkan Penggunaannya Berdasarkan bahan pembuatannya
1. Intake Dam 1. Dam Beton
2. Storage Dam 2. Dam Baja
3. Regulating Dam 3. Dam Kayu
4. Pumped storge Dam 4. Dam Alami
B. Turbin
Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air
menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu
turbin impuls dan turbin reaksi.
3
Jenis-jenis turbin antara lain:
B.1 Turbin Impuls
Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar
nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah
membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan
momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah
sama dengan turbin tekanan karena aliran air yang keluar dari nozle tekanannya
adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan
tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.
Macam – macam turbin impuls:
B.1.1 Turbin Pelton
Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set
sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau
lebih alat yang disebut nozle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin
air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan
untuk head tinggi.
4
Gambar Turbin Pelton
B.1.2 Turbin Turgo
Turbin turgo dapat beroperasi pada head 30 m s/d 300 m. Seperti turbin
pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda.
B.1.3 Turbin Crossflow
Turbin cross-flow merupakan jenis turbin yang dikembangkan oleh
Anthony Michell (Australia), Donat Banki (Hongaria) dan Fritz Ossberger
(Jerman). Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang
lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai
sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis.
5
Gambar Turbin Turgo
Gambar Turbin crossflow
B.2. Turbin Reaksi
Sudut pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan
terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini
memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat
berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai
turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada
dalam rumah turbin.
Macam- macam Turbin Reaksi:
B.2.1. Turbin Francis
Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang
diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah
di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah.
B.2.2 Turbin Kaplan & Propeller
Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial.
Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut
biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan dengan mempertimbangkan
parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :
6
Gambar Turbin Francis
a. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan
dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang
mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton
efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat
efektif beroperasi pada head rendah.
b. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit
yang tersedia.
c. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.
Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator
dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat
mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow
berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak
beroperasi.
C. Generator
Generator yang dipakai dalam PLTA adalah generator sinkron tiga fasa.
Konstruksi Generator Sinkron
Suatu generator sinkron secara umum terdiri dari :
7
1. Stator adalah bagian dari mesin yang diam dan berbentuk silinder .
Secara umum stator terdiri dari kerangka stator, inti stator, dan slot.
a. Rangka Stator
Rangka stator berfungsi sebagai tempat melekatnya stamping jangkar dan
kumparan jangkar. Pada rangka stator terdapat lubang pendingin dimana
udara dan gas pendingin disirkulasikan. Rangka stator biasanya dibuat dari
besi campuran baja atau plat baja giling yang dibentuk sedemikian rupa
sehingga diperoleh rangka yang sesuai dengan kebutuhan.
b. Inti Stator
Inti stator melekat pada rangka stator dimana inti ini terbuat dari laminasi-
laminasi besi khusus atau campuran baja.
c. Slot
Slot adalah tempat konduktor berada yang letaknya pada bagian dalam
sepanjang keliling stator. Bentuk slot ada 3 yaitu Slot Terbuka, Slot Setengah
Terbuka, Slot Tertutup.
2. Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar juga berbentuk silinder
Sebagai tempat belitan penguat yang membentuk kemagnetan listrik
kutub Utara-Selatan pada inti rotor. Ada 2 macam bentuk rotor, yaitu :
a. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)
b. Rotor kutub tak menonjol (Rotor Silinder)
c. Sikat
Komponen pendukung generator
a. Exciter sebagai penguat yang digunakan generator untuk membangkitan
sumber tenaga. Sebagai penggerak mula generator.
b. AVR (AutomaticVoltage Regulator) merupakan suatu alat yang mengatur
tegangan yang berubah ubah dan terdiri dari satu kumparan.
c. Bearing berfungsi menjaga kesetabilan posisi dan putaran poros.
8
d. Pengatur generator berfungsi mengatur kecepatan putaran generator atau
turbin dan sebagai rem
Prinsip kerja generator sinkron berdasarkan induksi elektromagnetik.
Setelah rotor diputar oleh penggerak mula (prime mover), dengan demikian
kutub-kutub yang ada pada rotor akan berputar. Jika kumparan kutub diberi arus
searah maka pada permukaan kutub akan timbul medan magnet (garis-garis gaya
fluks) yang berputar, kecepatannya sama dengan putaran kutub. Garis-garis gaya
fluks yang berputar tersebut akan memotong kumparan jangkar distator, sehingga
menimbulkan EMF atau GGL atau tegangan induksi. Kecepatan putaran suatu
generator sinkron tergantung kepada penggerak mulanya (Putaran Turbin).
Generator untuk pembangkit listrik tenaga air skala piko menggunakan
generator sinkron 1 phasa. Generator ini memiliki kecepatan rata-rata antara 70 –
1500 rpm. Daya yang dihasilkan oleh generator 1 phasa dihitung dengan
persamaan :
Dimana :
P = daya yang dihasilkan generator (watt)
V = tegangan terminal generator (volt)
I = arus (ampere)
cos φ = faktor daya
D. Jalur Transmisi
Berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan
pusat industri.
E. Reservoir atau waduk
Waduk adalah tempat jutaan meter kubik air akan diubah energinya menjadi
energi mekanik penggerak.
9
F. Intake
Intake atau pemasukan adalah fasilitas yang digunakan untuk mengambil air
dari reservoir ke dalam saluran air. Intake terdiri dari: pintu (Gate) dan
saringan (Filter).
G. Control Gate
Control gate atau gerbang kontrol adalah pengatur masuknya air ke dalam pen
stock yang menuju turbin. Gerbang kontrol dapat di buka dan di tutup sesuai
waktu operasi ataupun jika terjadi masalah pada turbin atau komponen lain.
H. Pen Stock
Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air
dari bak penenang (forebay tank).
Gambar. Pen Stock
I. Transformator
Transformator adalah alat untuk menaikkan tegangan sehingga menncapai
nilai yang di inginkan untuk tegangan transmisi. Transformator terdiri dari
sebuah inti darisusunan lapisan yang mempunyai dua isolasi yaitu dari segi
tegangan rendah dan dari sisi tegangan tinggi.
10
II.4. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air
Pembangkit tenaga air yang banyak dilakukan dengan cara memutar
generator sinkron sehingga didapatkan tenaga listrik arus bolak balik tiga fase,
tenaga mekanik yang dipakai memutar generator listrik didapat dari mesin
penggerak generator listrik atau biasa disebut penggerak mula (primeover). Mesin
penggerak generator listrik yang banyak digunakan adalah mesin diesel, turbin
uap, turbin air dan turbin gas. Mesin penggerak generator melakukan konversi
tenaga primer menjadi tenaga mekanik penggerak generator. Proses konversi
energi primer menjadi energi mekanik menimbulkan produk sampingan berupa
limbah dan kebisingan yang perlu dikendalikan agar tidak menimbulkan masalah
lingkungan. Proses pembangkitan tenaga listrik adalah proses konversi energi
primer (bahan bakar atau potensi tenaga air) menjadi tenaga mekanik sebagai
penggerak generator listrik dan selanjutnya generator listrik menghasilkan tenaga
listrik.
Dalam PLTA, potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga listrik.
Mula-mula potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga mekanik dalam turbin
air. Kemudian turbin air memutar generator yang membangkitkan tenaga listik.
Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut :
P = ρ.Q.h.g
Dimana :
P = daya keluaran secara teoritis (watt)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3) Q = debit air (m3/s)
h = ketinggian efektif (m)
g = gaya gravitasi (m/s2)
11
II.5. Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Air
Tenaga air merupakan sumber daya terpenting setelah tenaga uap (panas).
Hampir 30%dari seluruh kebutuhan tenaga di dunia termasuk di Indonesia
dipenuhi oleh pusat-pusat listrik tenaga air. Tenaga air mempunyai beberapa
keuntungan yang tidak dapat dipisah-pisahkan yang membuatnya semakin
menarik, seperti berikut ini:
a. Biaya pengoperasian dan pemeliharaan PLTA sangat rendah jika
dibandingkan dengan PLTU atau PLTN. Pada PLTU, disamping
pengeluaran untuk biaya batubara, perlu diperhitungkan pula biaya
transportasi bahan bakar tersebut. Demikian pula hal ini juga berlaku pada
PLTA. Pada PLTA, transportasi batubara putih berlangsung secara
alamiah hampir pada setiap kasus (kecuali pada PLTA dengan sistem
kombinasi antara tampungan dan pompa). Meskipun demikian, kelebihan
kadang kala tidak terlihat, karena tertelan oleh biaya pembangunan yang
sangat besar. Beban pembayaran bunga atas biaya modal yang ditanam
sring kali melupakan sebagian besar dari biaya tahunan yang harus dipikul.
b. Turbin-turbin pada PLTA bisa dioperasikan atau pun dihentikan
pengoperasiannya setiap saat. Hal ini tidak dimungkinkan pada PLTU dan
PLTN. Untuk memenuhi kebutuhan puncak yang hanya terjadi selama
beberapa jam saja. Bukan masalah pada PLTA, karena dengan
kemampuannya untuk dioperasikan atau dihentikan kembali hampir pada
setiap saat merupakan suatu modal utama dalam pengoperasian sementara
pada PLTU dan PLTN akan mengakibatkan pemborosan bahan bakar yang
luar biasa.
c. PLTA, cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk
dioperasikan. Ketangguhan sistemnya dapat lebih diandalkan,
dibandingkan dengan sumber-sumber lainya.
d. Peralatan PLTA yang mutakhir, umumnya memiliki peluang yang besar
untuk bias dioperasikan selama lebih 50 tahun. Hal ini cukup bersaing bila
dibandingkan dengan umur efektif dari PLTN sekitar 30 tahun.
12
e. Mengingat kemudahannya untuk memikul beban ataupun melepaskannya
kembali, PLTA pun bias dimanfaatkan sebagai cadangan yang biasa
diandalkan pada sistem kelistrikan terpadu antara PLTU, PLTA, dan
PLTN.
f. Dengan teknik perencanaan yang mutakhir, pembangkit listrik dapat
menghasilkan tenaga yang efesiensi yang tinggi meskipun fluktuasi beban
cukup besar.
g. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air,
telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan
keadaan setempat.
h. Pengembangan PLTA dengan memanfaatkan arus ungai dapat
menimbulkan pula manfaat lain seperti pariwisata, perikanan dan lain lain,
sedangkan jika diperlukan waduk untuk keperluan tersebut dapat
dimanfaatkan pula misalnya sebagai irigasi dan pengendali banjir.
i. Ramah lingkungan.
j. Tidak membutuhkan bahan bakar.
k. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.
l. Mudah dalam perawatan.
m. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di lingkungan yang
terisolisir.
II.6. Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Air
a. Sebagaimana yang telah disebutkan di atas, hampir semua PLTA
merupakan proyek padat modal. Seperti layaknya proyek padat modal
yang lain, laju pengembalian modal proyek PLTA adalah rendah.
b. Masa persiapan suatu proyek PLTA pada umumnya memakan waktu yang
cukup lama. Semenjak proyek berupa gagasan awal sampai dengan saat
pengoperasiannya, seringkali memakan waktu sekitar sepuluh sampai
dengan lima belas tahun. Untuk suatu PLTU, masa persiapan pada
umumnya lebih singkat.
c. PLTA sangat tergantung pada aliran sungai secara alamiah. Sedangkan
aliran sungai tersebut sangat bervariasi sehingga pada umumnya tenaga
13
andalan atau tenaga mantap akan sangat lebih kecil jika dibandingkan
dengan kapasitas totalnya. Hal ini berarti bahwa potensi yang ada tidak
termanfaatkan sepenuhnya, andaikata direncanakan factor kapasitas yang
tinggi untuk suatu PLTA. Sebaliknya jika PLTA dirancang dengan factor
kapasitas yang rendah, akan mengakibatkan sebagian dari peralatan hanya
akan termanfaatkan selama beberpa waktu saja dalam satu tahun, sehingga
modal yang sangat berharga yang telah ditanam akan menjadi modal
mati.dengan mengembangkan suatu sistem jaringan kelistrikan secara
terpadu yang pengendaliannya dilakukan dengan bantuan computer, hal
tersebut bukan masalah lagi.
d. Hasil produksi tidak stabil.
e. Membutuhkan tempat yang besar untuk pembangunan.
14
BAB III
PENUTUP
III.1. Kesimpulan
- Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah suatu sistem pembangkit energi
listrik dengan cara memanfaatkan aliran dari air (energi potensial ataupun
energi kinetik air) yang kemudian dirubah menjadi energi listrik melalui
putaran turbin dan generator.
- Pembangkitan tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga
air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan
menggunakan turbin air dan generator.
- Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada
besarnya head dan debit air.
- Listrik yang dihasilkan dinaikkan dahulu voltasenya menjadi 150 KV s/d
500 KV melalui trafo step up, penaikan tegangan ini berfungsi untuk
mengurangi kerugian akibat hambatan pada kawat penghantar dalam proses
transmisi. Dengan tegangan ekstra tinggi maka arus yang mengalir pada
kawat penghantar menjadi kecil.
15
DAFTAR PUSTAKA
Wibowo Paryatmo, Turbin Air, Graha Ilmu, Jakarta. 2007
M, Suyitno. 2011. Pembangkit Energi Listrik. Jakarta : Rineka Cipta
http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine
http ://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf
http :// enggineringtown .com
16