Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial menjadi energi mekanik dan dari energi mekanik dirubah menjadi energi listrik. Pembangkit listrik tenaga air konvesional dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air di buang. Pada saat beban puncak air dalam lowerreservior akan dipompa ke upperreservior sehingga cadangan pada waduk utama tetap stabil. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial( dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik(dengan bantuan generator). PLTA dapat beroperasi sesui dengan perencanaan sebelumnya, bila mempunyai daerah aliran sungai yang berpotensi sebagai sumber air untuk memenuhi kebutuhan pengoperasiaan PLTA tersebut. Pada operasi PLTA tersebut, perhitungan keadaan air yang masuk pada waduk dam tempat penampungan air, beserta besar air yang masuk untuk menggerakan turbin sebagai penggerak sumber listrik tersebut, merupakan suatu keharusan untuk memiliki, dengan kontrol terhadap air yang masuk maupun yang didistribusikan ke pintu saluran air untuk menggerakan turbin harus dilakukan dengan baik, sehingga PLTA dapat beroperasi.
Pengertian Tenaga Air
Tenaga air dalam bahasa inggris yaitu "hydropower" adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Pada dasarnya, air di seluruh permukaan Bumi ini bergerak (mengalir). Di alam sekitar kita, kita mengetahui bahwa air memiliki siklus. Dimana air menguap, kemudian terkondensasi menjadi awan. Air akan jatuh sebagai hujan setelah ia memiliki massa yang cukup. Air yang jatuh di dataran tinggi akan terakumulasi menjadi aliran sungai. Aliran sungai ini menuju ke laut. Di laut juga terdapat gerakan air, yaitu gelombang pasang,ombak, dan arus laut. gelombang pasang dipengaruhi oleh gravitasi bulan, sedangkan ombak disebabkan oleh angin yang berhembus di permukaan laut dan arus laut di sebabkan oleh perbedan kerapatan (massa jenis air), suhu dan tekanan, serta rotasi bumi. Tenaga air yang memanfaatkan gerakan air biasanya didapat dari sungai yang dibendung. Pada bagian bawah dam tersebut terdapat lubang-lubang saluran air. Pada lubang-lubang tersebut terdapat turbin yang berfungsi mengubah energi kinetik dari gerakan air menjadi energi mekanik yang dapat menggerakan generator listrik. Energi listrik yang berasal dari energi kinetik air disebut "hydroelectric". Hydroelectric ini menyumbang sekitar 715.000 MW atau sekitar 19% kebutuhan listrik dunia. bahkan di Kanada, 61% dari kebutuhan listrik negara berasal dari Hydroelectric. Saat ini para peneliti juga mencari kemungkinan hydroelectric yang berasal dari arus laut dan gelombang pasang. Semoga hal tersebut berhasil dan kita dapat memelihara Bumi yang kita cintai ini.
Air sebagai Sumber
Tenaga Energi air merupakan energi terbarukan yang murni, Pemanfaatannya tidak mengakibatkan air mengalami perubahan bentuk, rasa, maupun bau. Inilah salah satu energi terbarukan yang benar-benar terbarukan. Jadi, setelah dimanfaatkan air yang dimanfaatkan tetap berupa air. Energi air juga tidak mengakibatkan polusi, walaupun perlu diakui juga proses pembangunannya tetap menghasilkan polusi. Namun, manfaat yang dihasilkan oleh energi air bagi lingkungan jauh lebih banyak daripada hal negatif yang menyertainya. Oleh karena itu, pemanfaatan energi air yang maksimal diharapkan bisa memberikan dampak yang positif terhadap lingkungan. Energi air dibedakan dalam dua golongan besar, yaitu air tawar dan air laut. Energi air tawar ada dua, yaitu energi gravitasi akibat perbedaan elevasi dan arus. Sementara, energi air laut meliputi energi gelombang (tidal), perbedaan suhu permukaan air laut dengan air dalam (OTEC), Pasang Surut, dan perbedaan salinitas.
Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air
Pada prinsipnya PLTA mengolah energy potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan adanya head, lalu energy kinetis ini berubah menjadi energy mekanis dengan adanya aliran air yang menggerakkan turbin, lalu energy mekanis ini berubah menjadi energy listrik mealui perputaran rotor pada generator. Jumlah energy listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang mengalir (debit). Sudah dijelaskan di atas bahwa Pembangkit Listrik Tenaga Air menggunakan tenaga yang dimiliki oleh air untuk dapat beroperasi. Jadi, konsep kerja dari sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air ini kurang lebih adalah seperti itu. Bagaimana caranya mengubah energi besar yang dimiliki oleh air agar berfungsi untuk ―memancing‖ hadirnya energi listrik atau arus listrik.
Baling-baling pada turbin, seperti yang telah dijelaskan di atas adalah elemen yang nantinya akan berputar dan menghasilkan energi. Energi yang dihasilkan oleh pergerakan balingbaling turbin berupa energi panas. Energi panas itulah yang kemudian diproses sehingga menjadi energi listrik yang manfaatnya dapat kita rasakan sehari-hari. Itu artinya, pergerakan baling-baling turbin dipengaruhi oleh jumlah air yang ada di waduk atau bendungan. Semakin banyak jumlah air yang terdapat di waduk atau bendungan tersebut, maka energi panas yang dihasilkannya pun otomatis akan semakin besar. Sebaliknya, semakin kecil debit air, maka kekuatan baling-baling berputar pun akan semakin kecil.
Jenis-jenis Pembangkit Listrik Tenaga Air
Aliran air pada ketinggian tertentu (energi potensial) dengan adanya gaya gravitasi dapat diarahkan untuk menggerakkan turbin yang akan menghasilkan energi mekanik. Apabila poros turbin air tersebut dikaitkan dengan poros generator listrik maka akan dibangkitkan tenaga listrik. Kemampuan pembangkitan listrik tenaga air ditentukan oleh letak tinggi air diatas turbin dan potensi debit air yang dapat dimanfaatkan. Jenis-jenis tenaga air dapat diklasifikasikan berdasarkan head (ketinggian jatuhnya air), kapasitas dan tipe grid Klasifikasi berdasarkan head
- Head tinggi : H > 100 m biasanya digunakan turbin Pelton
- Head menengah : 30-100 m biasanya digunakan turbin "cross-flow"
- Head rendah : 2-30 m biasanya digunakan turbin "propeller"
Berdasarkan Tinggi Terjun PLTA
- PLTA jenis terusan air (water way), adalah pusat listrik yang mempunyai tempat ambil air (intake) di hulu sungai dan mengalirkan air ke hilir melalui terusan air dengankemiringan (gradient) yang agak kecil. Tenaga listrik dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan kemiringan sungai.
- PLTA jenis DAM /bendungan, adalah pembangkit listrik dengan bendungan yang melintang disungai, pembuatan bendungan ini dimaksudkan untuk menaikkan permukaan air dibagian hulu sungai guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai pembangkit listrik.
- PLTA jenis terusan dan DAM (campuran) Adalah pusat listrik yang menggunakan gabungan dari dua jenis sebelumnya, jadi energi potensial yang diperoleh dari bendungan dan terusan.
PLTA Berdasarkan Aliran Sungai
- PLTA jenis aliran sungai langsung (run of river) banyak dipakai dalam PLTA saluran air/terusan, jenis ini membangkitkan listrik dengan memanfaatkan aliran sungai itu sendiri secara alamiah.
- PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond) mengatur aliran sungai setiap hari atau setiap minggu dengan menggunakan kolam pengatur yang dibangun melintang sungai dan membangkitkan listrik sesuai dengan beban. Disamping itu juga dibangun kolam pengatur di hilir untuk dipakai pada waktu beban puncak (peaking power plant) dengan suatu waduk yang mempunyai kapasitas besar yang akan mengatur perubahan air pada waktu beban puncak sehingga energi yang dihasilkan lebih maksimal.
- Pusat listrik jenis waduk (reservoir) dibuat dengan cara membangun suatu waduk yang melintang sungai, sehingga terbentuk seperti danau buatan, atau dapat dibuat dari danau asli sebagai penampung air hujan sebagai cadangan untuk musim kemarau.
- PLTA Jenis Pompa (pumped storage) adalah jenis PLTA yang memanfaatkan tenaga listrik yang berlebihan ketika musim hujan atau pada saat pemakaian tenaga listrik berkurang saat tengah malam, pada waktu ini sebgian turbin berfungsi sebagai pompa untuk memompa air yang di hilir ke hulu, jadui pembangkit ini memanfaatkan kembali air yang dipakai saat beban puncak dan dipompa ke atas lagi saat beban puncak terlewati.
Komponen-Komponen Dasar pada Pembangkit Listrik Tenaga Air
Komponen–komponen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi. Dam/Waduk/Bendungan 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 – sudut dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. Turbin terdiri dari berbagai jenis yaitu: Terdapat dua jenis turbin air (PLTA,PLTMH) yaitu: turbin impulse dan turbin reaksi. Type Turbin ini dipengaruhi oleh "head" atau tinggi dari air terhadap turbin dan debit atau volume air di lokasi Pembangkit. Faktor lain yang mempengaruhi adalah efisiensi dan biaya.

- Turbin Impulse, umumnya menggunakan kecepatan dari air untuk menggerakkan runner dan dilepaskan pada tekanan atmosfir. Aliran air menyemprot setiap piringan pada runner. Tidak ada bagian yang menghisap dibawah turbin dan air mengalir kebawah rumah turbin setelah mengenai runner. Turbin impulse umumnya cocok untuk yang memiliki head tinggi dan volume air rendah.
- Turbin Pelton, ditemukan pada tahun 1870an oleh Lester Allan Pelton. Jenis Turbin ini memiliki satu atau beberapa jet penyemprot air untuk memutar piringan.Tak seperti turbin jenis reaksi, turbin ini tidak memerlukan tabung diffuser. Ketinggian air (head) = 200 s.d 2000 meter. Debit air = 4 s.d 15 m3/s

- Turbin Cross Flow juga disebut Turbin Banki-Mitchel atau Turbin Ossbeger, dikarenakan jenis turbin ini disebut-sebut ditemukan oleh ilmuwan Australia Anthony Michell, Ilmuwan Australia Donat Banki, Ilmuwan Jerman Fritz Ossberger. Mereka masing-masing memiliki patent atas jenis turbin ini. Tak seperti kebanyakan turbin yang beputar dikarenakan aliran air secara axial maupun radial, pada turbin Cross Flow air mengalir secara melintang atau memotong blade turbin, Turbin Cross Flow didesain untuk mengakomodasi debit air yang lebih besar dan head yang lebih rendah dibanding Pelton. Headnya kurang dari 200 meter

- Turbin Reaksi Turbin REAKSI menghasilkan daya dari kobinasi tekanan dan pergerakan air. Runner di letakkan langsung pada aliran arus. turbin reaksi biasanya digunakan untuk lokasi PLTA/PLTMH yang memiliki head yang lebih rendah dan debit yang lebih besar dibandingkan dengan turbin IMPULSE.
- Turbin propeller pada umumnya memiliki runner dengan 3 sampai dengan 6 blade dimana air mengenai semua blade secara konstan. Pitch dari blade dapat fix atau diadjust. Ada beberapa macam turbin propeller yaitu : turbin bulb, turbin Straflo, turbin tube dan turbin KAPLAN

- Turbin FRANCIS memiliki runner dengan baling-baling tetap, biasanya jumlahnya 9 atau lebih. Air dimasukkan tepat diatas runner dan mengelilinginya dan jatuh melalui runner dan memutarnya. Selain Runner komponen lainnya adalah scroll case, wicket gate dan draft tube.

- Turbin KINETIK juga disebut turbin aliran bebas, menghasilkan listrik dari energi kinetik di dalam air yang mengalir, alih-alih dari energi potensial dari ketinggian. Sistem dapat beroperasi di sungai, saluran buatan manusia, air pasang surut, atau arus laut. Sistem Kinetic memanfaatkan jalur alami aliran air. Turbin ini tidak memerlukan pengalihan air melalui saluran buatan manusia, dasar sungai, atau pipa, meskipun mungkin memiliki aplikasi dalam saluran tersebut. Sistem Kinetic tidak memerlukan pekerjaan sipil yang besar; Namun dapat menggunakan struktur yang ada seperti jembatan, tailraces dan saluran.

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.
Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:
- Putaran Putaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan persamaan:
n = 60 . f / P
dimana:
n : putaran
f : frekuensi
P : jumlah pasang kutub
- Kumparan Banyak dan besarnya jumlah kumparan pada stator mempengaruhi besarnya daya listrik yang bisa dihasilkan oleh pembangkit
- Magnet Magnet yang ada pada generator bukan magnet permanen, melainkan dihasilkan dari besi yang dililit kawat. Jika lilitan tersebut dialiri arus eksitasi dari AVR maka akan timbul magnet dari rotor. Sehingga didapat persamaan:
Dimana:
E : Gaya elektromagnet
B : Kuat medan magnet
V : Kecepatan putar
L : Panjang penghantar
Dari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga
agar beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu
dengan mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai
kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai kemagnetannya. Menurut jenis penempatan thrust bearingnya, generator dibedakan menjadi empat, yaitu:
- Jenis biasa - thrust bearing diletakkan diatas generator dengan dua guide bearing.
- Jenis Payung (Umbrella Generator) - thrust bearing dan satu guide bearing diletakkan dibawah rotor.
- Jenis setengah payung (Semi Umbrella Generator) – kombinasi guide dan thrust bearing diletakkan dibawah rotor dan second guide bearing diletakkan diatas rotor.
- Jenis Penunjang Bawah – thrust bearing diletakkan dibawah coupling.
Prinsip PLTA dan Konversi Energi
Pada prinsipnya PLTA mengolah energi potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan
adanya head, lalu energi kinetis ini berubah menjadi energi mekanis dengan adanya aliran air
yang menggerakkan turbin, lalu energi mekanis ini berubah menjadi energi listrik melalui
perputaran rotor pada generator. Jumlah energi listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber
daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang
mengalir (debit).
Untuk bisa menghasilkan energi listrik dari air, harus melalui beberapa tahapan perubahan
energi, yaitu:
- Energi Potensial Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian. Besarnya energi potensial yaitu:
Ep = m . g . h
Dimana:
Ep : Energi Potensial
m : massa (kg)
g : gravitasi (9.8 kg/m2)
h : head (m)
- Energi Kinetis Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan
Ek = 0,5 m . v . v
Dimana:
Ek : Energi kinetis
m : massa (kg)
v : kecepatan (m/s)
- Energi Mekanis Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis dirumuskan:
Em = T . Ɵ . t
Dimana:
Em : Energi mekanis
T : torsi
Ɵ : sudut putar
t : waktu (s)
- Energi Listrik Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan:
El = V . I . t
Dimana:
El : Energi Listrik
V : tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
t : waktu (s)
Trafo/Transformator digunakan untuk menaikan tegangan arus bolak balik (AC) agar
listrik tidak banyak terbuang saat dialirkan melalui transmisi. Trafo yang digunakan adalah
trafo step up.
Transmisi berguna untuk mengalirkan listrik dari PLTA ke rumah – rumah atau industri.
Sebelum listrik kita pakai tegangannya di turunkan lagi dengan trafo 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 pumpedstorage 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.
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.
PLTA merubah energi yang disebabkan gaya jatuh air untuk menghasilkan listrik. Turbin
mengkonversi tenaga gerak jatuh air ke dalam daya mekanik. Kemudian generator
mengkonversi daya mekanik tersebut dari turbin ke dalam tenaga elektrik.
Jenis PLTA bermacam-macam, mulai yang berbentuk ―mikro-hidro‖ dengan kemampuan
mensupalai untuk beberapa rumah saja sampai berbentuk raksasa seperti Bendungan
Karangkates yang menyediakan listrik untuk berjuta-juta orang-orang. Photo dibawah ini
menunjukkan PLTA di Sungai Wisconsin, merupakan jenis PLTA menengah yang mampu
mensuplai listrik untuk 8.000 orang.
Komponen PLTA dan Cara kerjanya :

- Bendungan, berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air. Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energi.
- Turbine, gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Selanjutnya turbin merubah energi kenetik yang disebabkan gaya jatuh air menjadi energi mekanik.
- Generator, dihubungkan dengan turbin melalui gigi-gigi putar sehingga ketika balingbaling turbin berputar maka generator juga ikut berputar. Generator selanjutnya merubah energi mekanik dari turbin menjadi energi elektrik. Generator di PLTA bekerja seperti halnya generator pembangkit listrik lainnya
- Jalur Transmisi, berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan pusat industri.
- Pipa pesat (penstock) ,berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan air ke cerobong turbin. Salah satu ujung pipa pesat dipasang pada bak penenang minimal 10 cm diatas lantai dasar bak penenang. Sedangkan ujung yang lain diarahkan pada cerobong turbin. Pada bagian pipa pesat yang keluar dari bak penenang, dipasang pipa udara (Air Vent) setinggi 1 m diatas permukaan air bak penenang. Pemasangan pipa udara ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya tekanan rendah (Low Pressure) apabila bagian ujung pipa pesat tersumbat. Tekanan rendah ini akan berakibat pecahnya pipa pesat. Fungsi lain pipa udara ini untuk membantu mengeluarkan udara dari dalam pipa pesat pada saat start awal PLTMH mulai dioperasikan. Diameter pipa udara ± ½ inch.
Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Air
Ada beberapa keunggulan dari pembangkit listrik tenaga air (PLTA) yang dapat dirangkum secara garis besar sebagai berikut :
- Respon pembangkit listrik yang cepat dalam menyesuaikan kebutuhan beban. Sehingga pembangkit listrik ini sangat cocok digunakan sebagai pembangkit listrik tipe peak untuk kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan.
- Kapasitas daya keluaran PLTA relatif besar dibandingkan dengan pembangkit energi terbarukan lainnya dan teknologinya bisa dikuasai dengan baik oleh Indonesia.
- PLTA umumnya memiliki umur yang panjang, yaitu 50-100 tahun.
- Bendungan yang digunakan biasanya dapat sekaligus digunakan untuk kegiatan lain, seperti irigasi atau sebagai cadangan air dan pariwisata.
- Bebas emisi karbon yang tentu saja merupakan kontribusi berharga bagi lingkungan.
Dampak Lingkungan Akibat Adanya Pembangkait Tenaga Listrik Tenaga Air
Dampak pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dapat menjadi sumber energy yang besar dan mempunyai keunggulan yang cukup banyak, namun disamping keunggulan yang banyak PLTA sendiri mempunyai dampak terhadap lingkungan, yaitu :
- Mengganggu keseimbangan ekosistem sungai/danau akibat dibangunnya bendungan.
- Pembangunan bendungannya juga memakan biaya dan waktu yang lama.
- Kerusakan pada bendungan dapat menyebabkan resiko kecelakaan dan kerugian yang sangat besar.
Komentar
Posting Komentar