Energi dan Ketenagalistrikan

(1)

Energi dan Ketenagalistrikan

PENGEMBANGAN PLTMH TURBIN SIPHON : PROSPEK DAN

HAMBATANNYA DI INDONESIA

Widhiatmaka

Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan dan Energi Baru dan Terbarukan

widhi_wise@yahoo.com

S A R I

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dengan turbin Siphon merupakan teknologi yang sederhana dan tepat guna untuk masyarakat Indonesia. Pembangkit ini bekerja berdasarkan tekanan hidrostatik/tekanan akibat gaya berat air. PLTMH dapat secara langsung memanfaatkan aliran irigasi/sungai dengan head sangat rendah/ultra-low head (h < 3 m) untuk memutar turbin dan sungai-sungai tersebut banyak kita jumpai di sekitar kita. PLTMH Turbin Siphon dapat dirancang pada kisaran daya 5-100 kW dan memiliki efisiensi total sekitar 60%. PLTMH ini dapat menghemat biaya pembangunan sampai 50% dibandingkan PLTMH turbin cross-flow, karena mengurangi pekerjaan bangunan sipil.

Kata kunci: turbin Siphon, tekanan hidrostatik, ultra low head.

1. PENDAHULUAN

Pernahkah Anda menyedot bensin dari tangki motor dengan menggunakan selang kecil? Jika iya, maka tentu Anda bertanya mengapa bensin dapat mengalir ke atas lalu turun ke bawah? Dari mana tekanan untuk mendorong bensin ke atas? Jawabannya adalah selang dimasukkan ke dalam tangki hingga tenggelam dalam bensin, lalu disedot menggunakan mulut hingga bensin memenuhi selang, buka mulut maka bensin dapat mengalir sendiri dari tangki keluar untuk ditampung di baskom. Proses mengalirnya bensin dari tangki ke baskom disebabkan adanya tekanan hidrostatik bensin, serta adaya perbedaan tinggi tekan/head antara permukaan bensin pada tangki dengan permukaan baskom. Tekanan hidrostatik adalah tekanan akibat berat fluida cair (seperti air, bensin dan lain-lain), tekanan ini yang dapat mendorong fluida cair dari resevoar mengalir ke luar resevoar dengan posisi lebih rendah. Tekanan hidrostatik dapat terjadi karena perbedaan tekanan di dalam fluida cair terhadap tekanan atmosfer, di mana

tekanan dalam fluida cair lebih besar dibandingkan tekanan atmosfer (P_air > P_atmosfer).

Tekanan hidrostatik dapat dihitung dengan persamaan berikut :

dengan, P = tekanan (Pa)

= kerapatan fluida cair (kg/m3₎

g = percepatan gravitasi (= 9,81 m/s2₎

z = kedalaman dari permukaan fluida cair (m) P = .g. z ... 1)

Dari persamaan di atas menunjukkan bahwa besar tekanan hidrostatik akan meningkat seiring meningkatnya kedalaman fluida cair.

Proses penyedotan bensin dari tangki motor ke dalam baskom disebut 'siphon'. (Gambar 1). Prinsip siphon dapat juga dimanfaatkan pada berbagai kebutuhan, salah satunya untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH). Dengan PLTMH turbin siphon diharapkan akan semakin banyak pilihan teknologi pembangkitan energi listrik tenaga air untuk head rendah.

(2)

Energi dan Ketenagalistrikan

Gambar 1. Prinsip Siphon

(Sumber : www.yourdictionary.com)

2. PLTMH TURBIN SIPHON

Pada umumnya PLTMH yang ada di Indonesia adalah jenis PLTMH turbin cross-flow. PLTMH turbin cross-flow memerlukan bangunan sipil untuk operasi pembangkitan listrik, seperti saluran pembawa, bak penenang, bak pelimpah serta power house/rumah pembangkit. PLTMH dengan turbin Siphon merupakan teknologi sederhana dan tepat guna (Gambar 2), karena industri dalam negeri sudah dapat membuat PLTMH dengan kapasitas sampai 100 kW. PLTMH turbin Siphon dapat secara langsung memanfaatkan aliran irigasi/sungai sehingga tidak memerlukan bak penenang lagi. PLTMH dengan turbin Siphon bekerja pada sungai atau saluran irigasi dengan head sangat rendah/ ultra-low head (h < 3 m) yang banyak di temui di sekitar kita.

Gambar 2. Lay out dan PLTMH turbin Siphon

(3)

Energi dan Ketenagalistrikan

2.1. Komponen-Komponen Utama

1) Penstock/Pipa Pesat

Penstock berfungsi sebagai saluran pembawa air dari resevoar/head race ke ruang turbin. Pipa ini ditempatkan tenggelam dalam sungai pada kedalaman tertentu dan memperhitungkan ketinggian air saat musim kemarau, sehingga PLTMH dapat dioperasikan sepanjang tahun. Pada ujung penstock yang tercelup air, lubangnya diberi penyaring berupa kisi-kisi agar sampah dan kotoran-kotoran tidak bisa masuk ke ruang turbin.

2) Turbin Siphon

Turbin Siphon sama dengan turbin propeller, kata 'siphon' hanya menunjukkan bahwa pembangkit bekerja berdasarkan prinsip siphon. Turbin propeller umumnya mempunyai 3 - 8 buah sudu gerak/runner dan satu set sudu pengarah Gambar 3. Air menumbuk sudu-sudu turbin ini secara aksial (arah masuknya air sejajar dengan poros turbin). Turbin ini memiliki putaran spesifik antara 400-800 dan efisiensi yang tinggi yaitu sekitar 80%.

3) Generator

Generator berfungsi merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator yang dipakai adalah generator ac putaran tinggi (n = 1500

Gambar 3. Turbin propeller (4 runner) dan sudu pengarah (Sumber : Derwent Hydro)

rpm). Generator dipasang di bagian atas pembangkit (up stream) sehingga mempermudah perawatan.

4) Sistem Transmisi

Sistem transmisi digunakan untuk menaikkan putaran dari turbin ke generator agar tercapai putaran nominal generator untuk menghasilkan listrik (Gambar 4). Pada PLTMH dengan turbin Siphon sistem transmisi biasanya menggunakan puli dan v-belt, hal ini disebabkan rasio kenaikan putaran dari turbin propeller ke generator tidak terlalu besar. Perbandingan/rasio kecepatan yang dipakai pada PLTMH ini adalah 2:1 atau 3:1. Untuk keekonomian puli dan v-belt termasuk cukup ekonomis dan memilki umur pakai/life time yang lama.

Gambar 4. Sistem transmisi dan generator (Sumber : Derwent Hydro)

(4)

Energi dan Ketenagalistrikan

5) Ball Vallve

Ball valve berfungsi untuk menciptakan dan memutus efek siphon. Jumlah ball valve yang dipakai adalah 2 buah dan diletakkan di ujung penstock dan di pipa yang letaknya harus di bawah permukaan resevoar/head race untuk memberikan perbedaan head sehingga air dapat mengalir.

6) Draft Tube

Draft tube atau pipa hisap adalah pipa saluran keluar air dari turbin propeller. Bentuk draft tube memiliki diameter yang semakin membesar ke arah tail race. (Gambar 5). Fungsi draft tube yaitu mengurangi kecepatan air keluaran turbin, sehingga meminimalkan rugi-rugi energi kinetik di tail race.

Gambar 5. Draft tube (Sumber : Derwent Hydro)

2.2. Prinsip Kerja

Awal pengoperasian PLTMH turbin Siphon adalah dengan menciptakan efek siphon, pertama kedua ball valve harus diatur pada posisi tertutup. Kemudian memasukkan air lewat lubang tepat di atas ruang turbin secara manual sampai penuh. Setelah penuh, lubang

air tutup lagi. Ball valve dibuka secara bersamaan, maka air di resevoar akan tersedot dan memutar turbin. Putaran turbin kemudian diteruskan ke generator melalui sistem transmisi untuk menghasilkan listrik.

Ada saatnya PLTMH ini ada pekerjaan perawatan atau perbaikan pada turbin, maka langkah pertama yang harus dilakukan adalah menghentikan efek siphon dengan jalan menutup ball valve. Dengan penghentian efek siphon tersebut, maka pekerjaan perawatan atau perbaikan turbin dapat dilakukan.

Turbin Siphon memiliki sudu pengarah dan sudu gerak/runner yang tetap/tidak dapat diatur, sehingga diperlukan kontrol kecepatan agar dapat bekerja secara efisien pada berbagai kondisi beban. Kontrol kecepatan yang digunakan pada turbin Siphon adalah variabel speed control, yang dengan alat ini putaran turbin dapat disesuaikan dengan perubahan tinggi head.

3. EFISIENSI PLTMH

Efisiensi total PLTMH turbin siphon meliputi efisensi turbin, efisiensi generator, efisiensi transmisi, efisiensi penstock dan efisiensi draft tube. Pada gambar di bawah ditampilkan hasil uji coba PLTMH turbin siphon (4 sudu) 15 kW di Borrowash Mill, Inggris yang menunjukkan bahwa efisiensi total pembangkit berkisar antara 45-70% ( rata-rata = 60%). (Gambar 6). Efisiensi PLTMH turbin Siphon memang masih dibawah efisiensi total PLTMH turbin cross-flow ( rata-rata = 70%), namun demikian efisiensi pembangkit ini masih dapat ditingkatkan dengan re-desaign pada sudu-sudu turbin dan mengubah sudut sudu-sudu pengarahnya. Pada grafik (Gambar 7) sudu pengarah diatur pada sudut 100_{dan 20}0_{, dari hasil uji coba} diperoleh data bahwa saat sudu pengarah dengan sudut 100_{ada kenaikan daya}_output_yang cukup signifikan dibanding dengan sudut

(5)

Energi dan Ketenagalistrikan

200_{. Hal ini dimungkinkan pada sudut 10}0_{, air}

dapat menumbuk seluruh luasan sudu gerak turbin sehingga dayanya meningkat.

4. PROSPEK DAN HAMBATAN

PENGEMBANGAN DI INDONESIA PLTMH turbin Siphon memang belum pernah dibangun di Indonesia, tetapi telah dikembangkan dibeberapa negara Eropa, seperti Inggris dan Italia. Prospek pengembangan PLTMH turbin Siphon di Indonesia sangat baik, karena potensi saluran irigasi/sungai dengan head sangat rendah/ ultra-low head cukup melimpah, terutama di daerah Pulau Kalimantan yang memiliki sungai-sungai besar dengan head yang rendah. Pada saluran irigasi yang rata-rata peninggalan Belanda dan

Gambar 6. Efisiensi PLTMH turbin Siphon dalam grafik fungsi efisiensi terhadap putaran turbin

(Sumber : Derwent Hydro)

Gambar 7. Pengaruh pengaturan sudut

sudu-sudu pengarah dalam grafik fungsi putaran turbin terhadap daya output

(Sumber : Derwent Hydro) biasanya telah dibangun bendungan, maka akan semakin mempermudah dan menghemat pembangunan PLTMH tersebut.

Untuk teknologi PLTMH, seperti turbin propeller telah ada perusahaan dalam negeri yang dapat membuatnya, seperti CV Cihanjuang Inti Teknik dan PT.Barata Indonesia. Sedangkan hambatan pengembangan PLTMH turbin Siphon dapat dikatakan tidak ada, karena secara teknis semua bisa dilakukan oleh sumber daya manusia (SDM) Indonesia. Satu hal lagi yang penting adalah PLTMH turbin Siphon dapat dibuat secara swadaya masyarakat tanpa harus menunggu bantuan dari pemerintah pusat atau daerah, karena biaya pembangunannya dapat ditekan sampai 50% dibandingkan PLTMH turbin cross-flow.

(6)

Energi dan Ketenagalistrikan

Gambar 8. Sungai Melong di Subang (Jawa Barat) dapat

dimanfaatkanuntuk PLTMH turbin siphon

5. KESIMPULAN

1) PLTMH turbin Siphon bekerja berdasarkan prinsip tekanan hidrostatik/tekanan akibat gaya berat air.

2) PLTMH turbin Siphon cocok untuk saluran irigasi/sungai dengan head sangat rendah (h < 3 m).

3) PLTMH turbin Siphon memiliki efisiensi berkisar 60% dan dapat ditingkatkan dengan re-desaign sudu turbin dan sudut sudu-sudu pengarah.

4) PLTMH turbin siphon perlu dikembangkan di Indonesia, karena potensi sungai yang melimpah serta teknologinya yang sederhana.

DAFTAR PUSTAKA

Denis, V., Small Hydro Power Plants A key Actor of Green Power Generation

Montgomery WH., 2004, Low Head Hydro Power in the South-East of England -A Review of the Resource and Associated Technical,Environmental and

Socio-Economic Issues, TV Energy

Frigaard, P., Knapp, W., and Kofoed, J.P., 2004,

Wave Dragon, Wave Power Plant using Low-head Turbine

Paish, O., Technical Innovations in Low Head Hydro Siphon Propeller Turbines Operating at variable speed, Derwent Hydro