Makalah Teknik Tenaga Listrik dan Penggerak Mula :
Pembangkit Listrik Tenaga Air
NAMA : ANGGA RISKY ANUGRAH
NIM : 140150124
LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MALIKUSSALEH
BUKIT INDAH 2016/2017
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air memiliki manfaat yang sangat besar bagi kehidupan manusia. Tidak ada satupun yang meragukan itu. Terbukti pada saat masyarakat mengeluh ketika air di saluran air tidak keluar. Manfaat air sangat dirasakan betul sebagai penyelamat” kehidupan. Salah satu pemanfaatan air yang cukup cerdas adalah dibentuknya pembangkit listrik tenaga air.
Manfaat air yang cukup besar dan berpengaruh terhadap kehidupan manusia secara keseluruhan ini harusnya diimbangi dengan kesadaran menjaga sumber air yang ada di bumi. Membuang-buang air untuk sesuatu hal yang tidak perlu bukan pekerjaan yang mulia. Pemanfaatan air untuk digunakan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Air akan jauh lebih berguna bagi kehidupan.
Air dan listrik menjadi dua kebutuhan yang tidak bisa digantikan oleh apapun. Kegiatan sehari-hari akan sangat terganggu ketika pasokanair dan listrik terganggu. Oleh karena itu, upaya untuk menjaga agar dua hal tersebut tidak terjadi pun dilakukan. Jika membicarakan Pembangkit Listrik Tenaga Air, maka yang dibicarakan di sini adalah upaya untuk tetap menjaga agar pasokan listrik tetap ada.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang akan dibahas pada makalah ini adalah : 1. Apa yang dimaksud dengan pembangkit listrik tenaga air?
Adapun tujuan dari pembahasan makalah ini yaitu: 1. Mengetahui pengertian dari pembangkit listrik tenaga air. 2. Mengetahui konsep kerja pembangkit listrik tenaga air? 3. Mengetahui cara kerja pembangkit listrik tenaga air?
4. Mengetahui komponen-komponen dasar pada pembangkit listrik tenaga air. 5. Mengetahui prinsip PLTA dan konversi energinya?
6. Mengetahui perkembangan dan potensi Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) 7. Mengetahui kelebihan dan kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
1.4 Manfaat
Adapun manfaat dari pembuatan makalah ini yaitu : 1. Mengetahui mengenai pembangkit listrik tenaga air.
BAB II
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR
2.1 Apa Itu Pembangkit Listrik Tenaga Air?
dihubungkan dengan air? Bukan kah keduanya saling bersinggungan? Bukankah jika ada air, aliran listrik justru sangat berbahaya?
Secara awam, itu memang benar. Ketika ada air menggenang kemudian di sekitarnya ada aliran listrik, hal tersebut akan sangat berbahaya. Bisa mengancam nyawa siapapun yang menyentuh air tersebut. Akan tetapi, ketika membicarakan Pembangkit Listrik Tenaga Air, penjelasan tentang air dan listrik tentu tidak akan sesederhana itu.
Membicarakan air dan listrik dalam bahasan Pembangkit Listrik Tenaga Air memerlukan penjelasan yang lebih ilmiah. Sebuah penjelasan yang nantinya mengacu pada keilmuan. Pembangkit Listrik Tenaga Air adalah upaya membangkitkan daya listrik melalui tenaga yang dimiliki oleh air. Sederhananya, kemunculan listrik dipancing menggunakan air. Tentu saja dengan ilmu penerapan yang tidak sembarangan.
Tenaga air yang digunakan dalam sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air adalah tenaga kinetik serta energi potensial yang dimiliki oleh air. Meskipun tergolong tenang, air ternyata memiliki tenagayang cukup besar. Air bahkan bisa digunakan untuk membangkitkan energi listrik. Energy listrik yang berhasil dibangkitkan oleh tenaga air tersebut dikenal dengan istilah hidroelektrik.
Untuk mengakomodasi tenaga air yang besar tersebut, beberapa peralatan dan sistem pun diterapkan. Peralatan yang umum digunakan dalam sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air tersebut adalah turbin. Turbin lah yang nantinya akan dikenai tenaga besar dari air sehingga mampu membangkitkan listrik.
Turbin yang berguna dalam sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air ini merupakan sebuah mesin. Mesin ini mendapatkan energidari aliranfluida. Aliran fluida tersebut bisa untuk menggerakkan baling-baling yang ada di dalam mesin turbin. Baling-baling itulah yang berperan untuk menggerakkan rotor. Jadi, singkatnya Pembangkit Listrik Tenaga Air adalah memanfaatkan kekuatan air untuk membangkitkan sumber energi listrik.
Meskipun pada umumnya sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air menggunakan turbin sebagai sarananya, tetapi ada juga Pembangkit Listrik Tenaga Air yang hanya memanfaatkan kekuatan yang dimiliki oleh ombak. Hal itu menyebabkan pembangunan bendunganatau waduk sama sekali tidak diperlukan.
Di Indonesia, Pembangkit Listrik Tenaga Air adalah salah satu upaya yang dilakukan untuk memenuhi seluruh kebutuhan pasokan listrik bagi masyarakat Indonesia. Upaya ini cukup cerdas untuk menyiasati keberadaan bahan bakar batu bara sebagai salah satu bahan utama dalam membangkitkan tenaga listrik.
Banyaknya persediaan air yang dimiliki oleh Negara Indonesia menjadi salah satu alasan yang paling mendasar mengapa sistem pembangkitan listrik melalui tenaga air ini didirikan. Oleh karena itu, tidak mengherankan jika Indonesia pada akhirnya memiliki beberapa waduk serta bendungan. Hal itu karena waduk serta bendungan adalah rangkaian sistem dari Pembangkit Listrik Tenaga Air. Dengan upaya menciptakan Pembangkit Listrik Tenaga Air ini, kebutuhan masyarakat Indonesia terhadap listrik diharapkan mampu terpenuhi.
2.2 Konsep Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air
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 baling-baling 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.
2.3 Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air / PLTA
PLTA merupakan salah satu tipe pembangkit yang ramah lingkungan, karena menggunakan air sebagai energi primernya. Energi primer air dengan ketinggian tertentu digunakan untuk menggerakkan turbin yang dikopel dengan generator.
PLTA memiliki komponen sebagai berikut: 10. Transformator = pengubah listrik 11. Switchyard = pengatur listrik
12. Kabel Transmisi = distributor listrik
13. Spillways = air waduk yang lebih keluar lewat sinis
Pembangkit Listrik Tenaga Air merupakan pusat pembangkit tanaga listrik yang mengubah energi potensial air ( energi gravitasi air ) menjadi energi listrik. Mesin penggerak yang digunakan adalah turbin air untuk mengubah energi potensial air menjadi kerja mekanis poros yang akan memutar rotor pada generator untuk menghasilkan energi listrik.
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik(dengan bantuan generator).
Air dari sungai atau lebih ditampung disuatu tempat untuk mendapat ketinggian tertentu dengan jalan dibendung. Air dari waduk tersebut dialirkan melalui saluran terbuka melalui pintu air ke saluran tertutup yang selanjutnya melalui pipa pesat menggerakan turbin untuk membangkitkan tenaga listrik.
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:
1. Waduk Utama (upper reservoir) seperti dam pada PLTA konvensional. Air dialirkan langsung ke turbin untuk menghasilkan listrik.
2. 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 :
1. Bendungan, berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air. Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energi. 2. 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.
3. Generator, dihubungkan dengan turbin melalui gigi-gigi putar sehingga ketika baling-baling 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.
5. 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.
2.4 Komponen-komponen Dasar PLTA
Komponen – komponen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi. A. Waduk/Bendungan
Bendungan, berfungsi untuk menampung air dalam jumlah besar karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Dengan menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air. 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. Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energi.
Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pusat Listrik Tenaga Air. Kebanyakan dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan. Jenis bendungan antara lain:
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.
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 kinetik yang disebabkan gaya jatuh air menjadi energi mekanik.
chasing), katup utama (inlet valve), pipa lepas (draft tube), alat pengaman, poros, bantalan (bearing), dan distributor listrik. Menurut momentum air turbin dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin reaksi dan turbin impuls. Turbin reaksi bekerja karena adanya tekanan air, sedangkan turbin impuls bekerja karena kecepatan air yang menghantam sudu.
Prinsip Kerja Turbin Reaksi yaitu Sudu-sudu (runner) pada turbin francis dan propeller berfungsi sebagai sudu-sudu jalan, posisi sudunya tetap (tidak bisa digerakkan). Sedangkan sudu-sudu pada turbin kaplan berfungsi sebagai sudu-sudu jalan, posisi sudunya bisa digerakkan (pada sumbunya) yang diatur oleh servomotor dengan cara manual atau otomatis sesuai dengan pembukaan sudu atur. Proses penurunan tekanan air terjadi baik pada sudu-sudu atur maupun pada sudu-sudu jalan (runner blade). Prinsip Terja Turbin Pelton berbeda dengan turbin rekasi Sudu-sudu yang berbentuk mangkok berfungsi sebagai sudu-sudu jalan, posisinya tetap (tidak bisa digerakkan). Dalam hal ini proses penurunan tekanan air terutama terjadi didalam sudu-sudu aturnya saja (nosel) dan sedikit sekali (dapat diabaikan) terjadi pada sudu-sudu jalan (mangkok-mangkok runner).
Air yang digunakan untuk membangkitkan listrik bisa berasal dari bendungan yang dibangun diatas gunung yang tinggi, atau dari aliran sungai bawah tanah. Karena sumber air yang bervariasi, maka turbin air didesain sesuai dengan karakteristik dan jumlah aliran airnya. Berikut ini merupakan berbagai jenis turbin yang biasa digunakan untuk PLTA.
C. Generator
Generator, dihubungkan dengan turbin melalui gigi-gigi putar sehingga ketika baling-baling 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.
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.
Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis. Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator. Rotor terdiri dari 18 buah besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar sehingga membentuk 9 pasang kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus eksitasi dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor terletak satu poros dengan turbin, sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Magnet yang berputar memproduksi tegangan di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil" yang terletak di stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik. Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:
1. Putaran
Putaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan persamaan:
n : putaran f : frekuensi
P : jumlah pasang kutub
Jumlah kutub pada rotor di PLTA Saguling sebanyak 9 pasang, dengan frekuensi system sebesar 50 Hertz, maka didapat nilai putaran rotor sebesar 333 rpm.
2. Kumparan
Banyak dan besarnya jumlah kumparan pada stator mempengaruhi besarnya daya listrik yang bisa dihasilkan oleh pembangkit
3. 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. 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:
a) Jenis biasa - thrust bearing diletakkan diatas generator dengan dua guide bearing.
b) Jenis Payung (Umbrella Generator) - thrust bearing dan satu guide bearing diletakkan dibawah rotor.
c) Jenis setengah payung (Semi Umbrella Generator) – kombinasi guide dan thrust bearing diletakkan dibawah rotor dan second guide bearing diletakkan diatas rotor.
d) Jenis Penunjang Bawah – thrust bearing diletakkan dibawah coupling.
D. Transmisi
Transmisi berguna untuk mengalirkan listrik dari PLTA ke rumah – rumah atau industri. Sebelum listrik kita pakai tegangannya di turunkan lagi dengan travo step down.
2.5 Prinsip PLTA dan Konversi Energi
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:
1. Energi Potensial
Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian.
Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan
Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis
Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan:
El : Energi Listrik V : tegangan (Volt) I : Arus (Ampere) t : waktu (s)
2.6 Perkembangan dan Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
PLTA telah berkontribusi banyak bagi pembangunan kesejahteraan manusia sejak beberapa puluh abad yang lalu. Yunani tercatat sebagai negara pertama yang memanfaatkan tenaga air untuk memenuhi kebutuhan energi listriknya. Pada akhir tahun 1999, tenaga air yang sudah berhasil dimanfaatkan di dunia adalah sebesar 2650 TWh, atau sebesar 19 % energi listrik yang terpasang di dunia.
Indonesia mempunyai potensi pembangkit listrik tenaga air (PLTA) sebesar 70.000 mega watt (MW). Potensi ini baru dimanfaatkan sekitar 6 persen atau 3.529 MW atau 14,2 % dari jumlah energi pembangkitan PT PLN.
2.7 Kelebihan dan Kekurangan PLTA
Ada beberapa keunggulan dari pembangkit listrik tenaga air (PLTA) yang dapat dirangkum secara garis besar sebagai berikut :
1. 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.
2. Kapasitas daya keluaran PLTA relatif besar dibandingkan dengan pembangkit energi terbarukan lainnya dan teknologinya bisa dikuasai dengan baik oleh Indonesia.
3. PLTA umumnya memiliki umur yang panjang, yaitu 50-100 tahun.
4. Bendungan yang digunakan biasanya dapat sekaligus digunakan untuk kegiatan lain, seperti irigasi atau sebagai cadangan air dan pariwisata.
5. Bebas emisi karbon yang tentu saja merupakan kontribusi berharga bagi lingkungan.
Selain keunggulan yang telah disebutkan diatas, ada juga efek negatif pembangunan PLTA/kerugiannya yaitu sebagai berikut:
1. Pada lingkungan, yaitu mengganggu keseimbangan ekosistem sungai/danau akibat dibangunnya bendungan.
2. Biaya investasi paling mahal.
3. Pembangunan bendungan memakan waktu yang lama. 4. Memerlukan lahan yang luas.
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Kesimpulan dari makalah ini adalah:
1. Pembangkit Listrik Tenaga Air merupakan pusat pembangkit tanaga listrik yang mengubah energi potensial air ( energi gravitasi air ) menjadi energi listrik.
2. Konsep kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air menggunakan tenaga yang dimiliki oleh air untuk dapat beroperasi.
3. Cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik(dengan bantuan generator).
4. Komponen – komponen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi.
5. Untuk bisa menghasilkan energi listrik dari air, harus melalui beberapa tahapan perubahan energi
6. Indonesia mempunyai potensi pembangkit listrik tenaga air (PLTA) sebesar 70.000 mega watt (MW). Potensi ini baru dimanfaatkan sekitar 6 persen atau 3.529 MW atau 14,2 % dari jumlah energi pembangkitan PT PLN.
7. PLTA memiliki kelebihan dan kekurangan tersendiri.
3.2 Saran
Saran yang dapat diberikan pada pembahasan ini adalah agar Indonesia dapat lebih memanfaatkan energi air sehingga dapat menjadi sumber energi alternatif untuk pembangkit listrik masa depan.
Anonim1. 2013. Pembangkit Listrik Tenaga Air. (http://teknik-listrik-unbari.blogspot.com/2013/02/pembangkit-listrik-tenaga-air.html, diakses 16 Mei 2013). Anonim2. 2013. Pembangkit Listrik Tenaga Air.
(http://www.anneahira.com/pembangkit-listrik-tenaga-air.htm, diakses 16 Mei 2013).
Anonim3. 2013. Cara Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air. (http://4bri.blogspot.com/2012/11/cara-kerja-pembangkit-listrik-tenaga.html, diakses 16 Mei 2013).
