Average angle of penstock Ap
1. Turbin pompa terbalik (Pump as Turbin = PAT)
Standar unit pompa ketika dioperasikan terbalik memiliki sejumlah keuntungan diatas turbin konvensional untuk pembangkit listrik mikro-hidro. Pompa diproduksi massal, dan sebagai hasilnya, memiliki keuntungan untuk mikro-hidro dibandingkan dengan turbin yang dibuat dengan suatu tujuan. Keuntungan utama adalah sebagai berikut:
¾ Pompa dan motor yang menyatu dapat untuk digunakan sebagai satu set turbin dan generator
¾ Terdapat kisaran yang luas dari head dan aliran
¾ Tersedia dalam sebuah jumlah yang besar untuk ukuran standar
¾ Biaya rendah
¾ Waktu pengadaan cepat
¾ Suku cadang seperti seal dan bearing mudah pengadaannya ¾ Mudah pemasangannya-menggunakan pipa fitting standar
Ada beberapa keuntungan praktis dari dapat digunakannya sebuah direct drive pump as turbin (PAT), yaitu satu dimana batang pompa disambung secara langsung ke generator, seperti dijelaskan di bagian selanjutnya.
Suplayer pompa biasanya memiliki sejumlah stock pompa yang berbeda disain yang sesuai untuk sebuah kisaran yang luas untuk head dan debit. Kisaran nyata head dan debit untuk sebuah PAT yang sesuai dijelaskan dalam bagian kemudian.
Kesederhanaan dari PAT yaitu bahwa PAT benar-benar memiliki batasan yang jelas ketika dibandingkan dengan banyak tipe turbin yang mahal. Batasan utama adalah bahwa kisaran dari nilai debit berlebih dimana secara satuan yang dapat beroperasi lebih sedikit daripada untuk sebuah turbin konvensional. Sejumlah jalan keluar dari batasan yang ada ini akan dikupas pada akhir bab ini. Oleh karena itu, pemilihan pompa yang dapat digunakan harus diseleksi mengacu dibawah ini.
2.Penggunaan direct drive Pumps as Turbine
Salah satu keuntungan dari penggunaan sebuah PAT daripada sebuah turbin konvensional adalah peluang untuk menghindari sebuah belt drive. Bagaimanapun, dalam sejumlah lingkaran ada keuntungan-keuntungan untuk mencocokkan sebuah belt drive ke sebuah PAT. Keuntungan-keuntungan menggunakan sebuah direct drive arangement dilaporkan dibawah.
¾ Sangat kecil friction loss dalam drive (hemat hingga 5% dari output listrik) ¾ Mudah pemasangannya – PAT dan generator datang sebagai satu unit. ¾ Biaya rendah – tanpa pulley, lebih kecil lapisan dasar.
¾ Biaya rendah (dalam kasus sebuah disain monoblok) karena kosntruksi sederhana, lebih sedikit bearing, dll.
¾ Lebih sedikit bearing dipakai-tanpa kerugian sampingan pada bearing. ¾ Perawatan kecil-tanpa perlu mengatur tegangan belt atau mengganti belt.
Penggunaan kombinasi satuan motor dan pompa dianjurkan untuk skema mikro-hidro yang digunakan hanya untuk menghasilkan listrik, dan dimana pemasangan sesederhana
mungkin dilakukan. Walau bagaimanapun, ada beberapa batasan untuk penggunaan seperti unit integral, disebut dibawah:
¾ Kecepatan turbin sama dengan kecepatan generator – sehingga pengurangan kisaran dari nilai rendah ketika kecocokan performan PAT ke kondisi lokasi.
¾ Pilihan terbatas dari generator yang ada terutama untuk PAT.
¾ Tidak ada kemungkinan sambungan beban mekanik secara langsung ke PAT. 3. Kisaran yang sesuai untuk head dan debit
Pompa sentrifugal standar dibuat dalam ukuran jumlah besar, untuk mengatasi sebuah kisaran besar dari head dan debit. Pada kondisi yang benar, pump as turbine dapat digunakan diatas kisaran normal yang diatas oleh multi-jet pelton turbine, turbin croassflow, dan turbin francis kecil. Bagaimanapun, untuk head tinggi, penggunaan aliran rendah, sebuah turbin pelton sepertinya lebih efisien daripada sebuah pompa, dan tidak lebih mahal.
Bagan dalam gambar 7-2.1 menunjukkan kisaran dari head dan debit berlebih dimana berbagai pilihan turbin digunakan. Kisaran dari turbin pelton dan crossflow ditunjukkan berdasarkan pada informasi dari kisaran turbin yang dibuat di Nepal, dan dibandingkan dengan kisaran dari pompa sentrifugal standar yang berjalan dengan sebuah generator kutub empat (mendekati 1500 rpm). Kisaran dari PAT dapat diperluas dengan mengunakan generator baik dua kutub (mendekati 3000 rpm) atau enam kutub (mendekati 1000 rpm), seperti ditunjukkan dalam gambar 7-2.2. Kisaran pompa sebagai turbin ini berdasarkan pada pompa sentrifugal standar diproduksi oleh sebuah pabrik besar Inggris.
Gambar 7-2.1 Kisaran Head-Debit untuk Berbagai Pilihan Turbin H(m)
Q(λ/s) Key
Crossflow Turbine limit PAT limit @ 1550 rpm 500 400 300 200 150 100 70 50 40 30 20 10 5 2 4 6 8 10 15 20 30 40 60 80 100 150 200 Crossflow Turbines PAT H(m)
Gambar 7-2.2 Kisaran Head-Debit untuk Direct Drive Pump Sebagai Turbin Penggunaan pump as turbine memiliki keuntungan yang paling besar, pada bentuk biaya dan kesederhanaannya untuk lokasi dimana alternatif dapat diambil sebuah turbin crossflow, bekerja pada aliran yang relatif rendah, atau sebuah turbin multi-jet pelton. Untuk penggunaan ini, ditunjukkan dengan wilayah yang direncanakan pada gambar 2, sebuah turbin crossflow lebih mahal untuk pembuatan yang lebih besar karena kesulitan dalam fabrikasi runner. Oleh karena itu, pemasangan crossflow akan memerlukan sebuah operasi turbin besar pada kecepatan lebih rendah daripada sebuah PAT yang ekivalen, sebagai akibat kebutuhan untuk sebuah belt drive ke standar daya generator. Sebuah turbin pelton untuk penggunaan ini akan membutuhkan tiga atau empat semburan, sebagai akibatnya pengaturan yang rumit untuk casing dan nozzle, meskipun akan lebih fleksibel daripada PAT untuk beroperasi dengan sebuah kisaran nilai rendah. Sebuah turbin francis kecil dapat juga digunakan pada kisaran ini, tetapi akan menjadi lebih mahal daripada crossflow turbin sekalipun.
Apa yang diminta dari penggunaan sebuah pump as turbin adalah bahwa memerlukan sebuah nilai debit tetap dan oleh karena itu cocok untuk lokasi dimana ada sebuah kecukupan suplai air sepanjang tahun. Simpanan air jangka panjang tidak secara umum sebuah pilihan untuk skema mikrohidro karena biaya yang tinggi untuk membangun sebuah penampung air.
Karena sejumlah kesulitan dalam memilih PAT (pump As Turbine), dianjurkan bahwa klien sebaiknya mengkonfirmasikan kemampuan pompa tersebut ke disainer atau manufaktur pompa lebih lanjut, termasuk karakteristik pompa dan motor induksinya karena perbedaan karakteristik pompa oleh pembuatannya.
Tabel 7-2.1 “Pompa Sentrifugal buatan Southern Cross untuk PAT” dilampirkan disini hanya untuk referensi. Disainer, yang ingin tahu lebih detil tentang disain, dapat mempelajari lebih jauh bab berikutnya.
Q(λ/s) 2 4 6 8 10 15 20 30 40 60 100 200
4 pole limit (c. 1500 rpm)
Tabel 7-2.1 Pompa Sentrifugal buatan Southern Cross untuk PAT Pump Type (rpm) (rpm) (l/sec) (m) (%) (l/sec) (m) (kW) 50 x 32 – 160-L 1400 1470 3.1 9.5 56 5.7 23.1 0.5 50 x 32 – 160-M 1400 1470 2.6 7.5 54 4.9 19.1 0.4 50 x 32 – 160-S 1400 1470 2.5 6.0 50 5.0 16.7 0.3 65 x 50 – 160-L 1400 1470 5.5 9.0 65 9.0 18.3 0.7 65 x 50 – 160-M 1400 1470 4.5 7.5 60 7.8 16.8 0.6 65 x 50 – 160-S 1400 1470 4.0 6.0 57 7.2 14.3 0.4 80 x 65 – 160-L 1420 1491 9.5 9.5 78 13.4 15.5 1.1 80 x 65 – 160-M 1420 1491 7.5 7.5 74 11.0 13.1 0.7 80 x 65 – 160-S 1420 1491 6.8 6.0 68 10 .6 11.6 0.6 80 x 50 – 200-L 1420 1491 10.0 15.5 72 15.0 27.9 2.1 80 x 50 – 200-M 1420 1491 9.0 12.0 69 14.0 22.7 1.5 80 x 50 – 200S 1420 1491 8.0 9.0 68 12.6 17.3 1.0 100 x 80 – 160-L 1420 1491 18.0 9.5 80 24.9 15.1 2.1 100 x 80 – 160-M 1420 1491 16.0 6.5 77 22.8 10.8 1.3 100 x 80 – 160-S 1420 1491 15.0 5.0 75 21.8 8.6 1.0 100 x 65 – 200-L 1420 1491 18.5 15.0 78 26.1 24.5 3.5 100 x 65 – 200-M 1420 1491 16.0 11.5 75 23.3 19.7 2.4 100 x 65 – 200-S 1420 1491 14.0 9.0 70 21.5 16.7 1.8 100 x 65 – 250-L 1450 1523 20.0 24.0 78 28.2 39.2 6.0 100 x 65 – 250-M 1450 1523 18.5 19.0 76 26.6 32.0 4.5 100 x 65 – 250-S 1450 1523 16.5 15.0 73 24.5 26.5 3.3 125 x 100 – 200-L 1440 1512 38.0 14.5 85 50.0 21.4 6.3 125 x 100 – 200-M 1440 1512 34.0 10.0 81 46.5 15.6 4.1 125 x 100 – 200-S 1440 1512 30.0 8.0 78 42.3 13.1 3.0 125 x 100 – 250-L 1450 1523 40.0 24.0 81 54.7 37.5 11.6 125 x 100 – 250-M 1450 1523 36.0 19.0 80 49.6 30.1 8.4 125 x 100 – 250-S 1450 1523 33.0 14.0 78 46.5 22.9 5.8 150 x 125 – 250-L 1460 1523 70.0 23.0 88 89.6 32.5 17.9 150 x 125 – 250-M 1460 1523 70.0 17.0 83 93.8 25.8 14.0 150 x 125 – 250-S 1460 1523 50.0 13.0 80 69.0 20.0 8.0