PEMBANGKIT TENAGA LISTRIK [TUGAS 2]
PLTA (Pembangkit listrik tenaga air)
Oleh
Nama : Amran Syahni Putra Rahda
Nim : 521 411 035
TEKNIK ELEKTRO
1. Landasan teori
Tenaga air merupakan sumber daya terpenting. Tenaga air memiliki beberapa keuntungan yang tidak dapat dipisahkan. Bahan bakar untuk PLTU adakah batubara. Berdasarkan pengertian yang sama, kita dapat mengatakan bahwa bahan bakr untuk PLTA adalah air. Nyatanya suatu jurnal teknis mengenai tenag air menamakannya sebagi batubara putih. Tetapi keunggulan untuk bahan bakar PLTA ini sama sekali tidak akan habis terpakai ataupun berubah menjadi yang lain.
PLTA tidak menghadapi masalah pembuangan limbah. PLTA meruapkan suatu sumber energy yang abadi. Air melintas melalaui turbin tanpa kehilangan kemampuan pelayanan untuk wilayah di hilirnya. Biaya pengoperasian dan pemeliharaan PLTA sangat rendah.
2. Gambaran umum tentang PLTA
Tenaga air di konversi menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air), kemudian dari energi mekanik tersebut dikonversi menjadi energi listrik (dengan bantuan generator). Di wilayah yang bergunung-gunung dengan banyak sumber air, PLTA sangat ideal.
Energi listrik yang di bangkitkan dari ini biasana disebut sebagai hidroelektrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh air
Kapasitas PLTA diseluruh dunia ad sekitar 675.000 MW ,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atatu sama dengan 24% kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh 1 milyar orang.
3. Prinsip kerja PLTA
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 yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan.
Ek = 0,5 m . v . v Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis. dirumuskan: listrik sesuai persamaan: El = V . I . t Dimana: El : Energi Listrik V : tegangan (Volt) I : Arus (Ampere) t : waktu (s)
4. Jenis-Jenis 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 dengan kemiringan (gradient) yang agak kecil.Tenaga listrikyang dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan kemiringan sungai.
PLTA jenis DAM/Bendungan
Adalah pembangkit listrik dengan bendungan yang melintang disungai,pembuatan bendungan ini di maksudkan untuk menaikan permukaan air dibagian hulu sungai guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai pembnagkit listrik.
PLTA jenis Terusan dan DAM (campuran)
Adalah pusat listrik yang menggunakn gabungan dari dua jenis sebelumnya, jadi energi potensial yang diperoleh dari bendungan dan terusan.
PLTA jenis aliran sungai langsung (run of river)
Banyak dipakai dalam PLTA saluran air/terusan,jenis ini membnagkitkan listrik dengan memanfaatkan aliran sungai itu sendiri secara alamiah
PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond)
Mengatur aliiran sungai setiap hari atau setiap minggu dengan mengggunakan kolam pengatur yang dengan menggunakan kolam penagtur yang dibangun melintang sungai dan membangkitkan listrik sesuai dengan beban.
PLTA jenis pompa (pumped Storage)
PLTA jenis waduk (reservoir)
Di buat 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.
5. Komponen dasar PLTA
Komponen – komponen 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.
Turbin
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan memukul sudu – sudu dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.
Turbin merupakan peralatan yang tersusun dan terdiri dari beberapa peralatan suplai air masuk turbin, diantaranya sudu (runner), pipa pesat (penstock), rumah turbin (spiral 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 sudusudu 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-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.
1.Turbin Francis
Turbin francis merupakan jenis turbin tekanan lebih. Sudunya terdiri atas sudu pengarah dan sudu jalan yang keduanya terendam dalam air. Perubahan energi terjadi seluruhnya dalam sudu pengarah dan sudu gerak, dengan mengalirkan air ke dalam sebuah terusan atau dilewatkan ke dalam sebuah cincin yang berbentuk spiral atau rumah kosong.
2.Turbin Kaplan
3.Turbin Pleton
Turbin Pelton adalah turbin untuk tinggi terjun yang tinggi, yaitu di atas 300 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses impuls sehingga turbin Pelton disebut juga turbin impuls.
Dalam instalasi turbin ini semua energi ( geodetic dan tekanan ) diubah menjadi kecepatan keluar nosel. Konstruksi nosel dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Tidak semua sudu menerima hempasan air, tetapi secara bergantian tergantung posisi sudu tersebut. Jumlah tergantung besarnya kapasitas air, dapat bervariasi satu sampai enam.
4.Turbin propeller
Generator
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.
Tiga hal yang harus dipenuhi agar generator menghasilakn listrik : 1. Putaran
Putaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan persamaan:
η = 60 . f / P dimana: η : 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.
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. Sehingga didapat persamaan:
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. Generator yang digunakan di Saguling adalah jenis Setengah Payung.
Travo
Trafo 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.
Bendungan
Bendungan beton
Bendungan Gravitasi
Bendungan Busur
Bendungan Rongga Bendungan Urugan
Bendungan Urugan Batu
Bendungan tanah Bendungan kerangka bajah Bendungan kayu
Pipa pesat (Penstock)
Pipa pesat 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 meter di atas 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 ½ inch.
Bangunan sentral atau rumah pembangkit yang didalamnya terdapat fasilitasfasilitas atau bagian-bagian PLTA seperti turbin air, generator, ruang kontrol, ruang tegangan tinggi, ruang bengkel dan sebagainya. Rumah pembangkit sangat penting sekali karena semua kegiatan pembangkit terpusat disini. Rumah pembangkit PLTA Ketenger 2 lantai (dua lantai diatas tanah dan dua lantai dibawah tanah).
Jalur transmisi
Jalur Transmisi Jalur transmisi berfungsi untuk mengalirkan listrik dari PLTA ke rumah – rumah atau industri. Sebelum listrik dikonsumsi terlebih dahulu tegangannya di turunkan dengan transformator Step Down.
6. Parameter yang mempengaruhi pengoperasian PLTA
Keberadaan Air Untuk dapat mengoptimalkan pengoperasian PLTA, baik dalam keadaan musim penghujan. Maupun musim kemaraupanjang, diperlukan perhitungan besar volume air yang tersedia dalam waduk / dam, guna perhitungan berapa besar debit air yang harus dialirkan melalui pintu air yang dialirkan ke turbin. Bila terjadi banjir, berapa besar volume air yang harus dibuang 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 DAS dalam waduk / dam tersebut.
Konstruksi Saluran Air ke Turbin
Kecepatan gerakan turbin, dipengaruhi oleh besar tekanan aliran air yang dialirkan ke turbin. 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. Pada prinsipnya ada beberapa parameter yang mempengaruhi operasi PLTA, disebabkan oleh :
Keberadaan Air
Untuk dapat mengoptimalkan pengoperasian PLTA, 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 ke turbin. Bila terjadi banjir, berapa besar volume air yang harus dibuang 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 DAS dalam waduk / dam tersebut. Data hasil pengukuran yang diperoleh pada stasiun pengukuran, ditransmisikan melalui media komunikasi yang digunakan ke pusat kontrol operasi PLTA untuk diproses sesuai fungsinya dalam sistem kontrol tersebut. Pada perhitungan keberadaan air tersebut, ada beberapa parameter yang harus diperhatikan antara lain:
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.
Aliran dasar ( Base flow)
Tinggi muka air
Kehilangan air karena keadaan lingkungan Parameter 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.
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.
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. 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. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator.
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.
