Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
Aldi Priansyah
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya Kampus Palembang Jalan Srijaya Negara
Palembang-Bukit Besar Email: aldipriansyah94@gmail.com
Abstrak
Perkembangan listrik pedesaan yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN masih tergantung pada pemakaian mesin diesel. Minat terhadap mesin diesel telah mengalami penurunan akhir-akhir ini, karena biaya operasional terutama harga bahan bakar yang terus meningkat dan kekurangan – kekurangan lainnya yang tidak dapat diabaikan, misalnya; pemadaman berkala, biaya kebutuhan pemeliharaan dan kesulitan yang dialami oleh para staf dalam melakukan pengiriman bahan bakar yang disebabkan oleh keadaan jalan desa yang belum memadai dan jarak yang cukup jauh dari agen penyuplai. Stasiun Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) merupakan salah satu bentuk energi alternatif yang sangat mungkin untuk dikembangkan di negara - negara dengan sumber air yang tersebar luas, misalnya Indonesia. Untuk melaksanakan pembangunan PLTMH diperlukan suatu perencanaan yang matang sehingga perlu disurvey tentang potensi sungai dan kondisi desa tersebut. Di daerah pedesaan umumnya terdapat saluran irigasi yang utama berfungsi untuk mengairi sawah dan juga berpotensi untuk digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik
Kata kunci : PLTMH, mesin diesel, pembangkit tenaga listrik, energi alternatif, air
1. Pendahuluan
Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik berskala kecil (kurang dari 200 kW), yang memanfaatkan tenaga (aliran) air sebagai sumber penghasil energi. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH dipilih karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan, serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Secara ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatif murah, sedangkan biaya investasinya cukup bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH mudah diterima masyarakat luas (bandingkan misalnya dengan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). PLTMH biasanya
dibuat dalam skala desa di daerah-daerah terpencil yang belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga air yang digunakan dapat berupa aliran air pada sistem irigasi, sungai yang dibendung atau air terjun.
PLT Mikrohidro pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik. Secara skematik prinsip PLTMH ditunjukkan pada Gambar 1. PLTMH mempunyai head
besar daya keluaran gene-rator (PGen) yang disuplaikan ke beban (PBeban) akan selalu berubah sesuai dengan kebutuhan konsumen.
Gambar 1. Skematik PLTMH dengan ELC
Automatic Voltage Regulator (AVR) bertindak sebagai penjaga tegangan keluaran generator, sedangkan untuk menjaga frekuensi agar tetap konstan pada PLTMH tidak menggunakan sistem governor sebagaimana pada pembangkit-pebangkit besar karena tidak ekonomis. Untuk keperluan tersebut pada PLTMH yang menggunakan generator sinkron menggunakan Electronic Load Control
(ELC) dan untuk PLTMH yang
menggunakan generator induksi
menggunakan Induction Generator
Controler (IGC).
Aksi pengendali ini untuk menjaga keseimbangan antara daya beban dan daya yang masuk ke dummy load (ballast) untuk mendapatkan daya keluaran total generator terjaga tetap. Atau dapat dituliskan:
PGen = PBeban + PBallast = Konstan
Dengan demikian putaran atau frekuensi generator akan terjaga konstan pula.
PLTMH mempunyai beberapa kelebihan, yaitu :
1. Bahan bakar PLTU adalah batu bara. Berdasarkan pengertian yang sama, kita dapat mengatakan bahwa bahan bakar untuk PLTA adalah air (batu bara putih). Keunggulan bahan bakar untuk PLTA ini sama sekali tidak habis terpakai ataupun berubah menjadi sesuatu yang lain dan merupakan suatu sumber yang
abadi. PLTA tidak menghadapi masalah pembuangan limbah, sedangkan untuk
PLTU menghadapi masalah
pembuangan limbah berupa abu batu bara.
2. Biaya pengoperasian dan pemeliharaan PLTA sangat rendah jika dibandingkan dengan PLTU atau PLTN. Pada PLTU, disamping pengeluaran biaya untuk batu bara, perlu diperhitungkan pula biaya transportasi bahan bakar tersebut. 3. Turbin – turbin pada PLTA bisa
dioperasikan atau dihentikan
pengoperasiannya setiap saat.
4. PLTA, cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk dioperasikan. Ketangguhan sistemnya dapat lebih diandalkan dibandingkan dengan sumber – sumber daya yang lainnya.
5. Peralatan PLTA yang mutakhir, umumnya memiliki peluang yang besar untuk bisa dioperasikan selama lebih dari 50 tahun. Hal ini cukup bersaing jika dibandingkan dengan umur efektif dari PLTN yang sekitar 30 tahun. 6. Dengan teknik perencanaan yang
mutakhir, pembangkit listrik dapat menghasilkan tenaga dengan efisien yang sangat tinggi meskipun fluktuasi beban cukup besar.
7. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air,
telah dimungkinkan untuk
memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan keadaan setempat.
8. Pengembangan PLTA dengan memanfaatkan arus sungai dapat menimbulkan juga manfaat lain seperti misalnya; pariwisata, perikanan dan lain -lain, sedangkan jika diperlukan waduk untuk keperluan tersebut dapat dimanfaatkan pula misalnya sebagai irigasi dan pengendali banjir.
Kelemahan - kelemahan PLTMH
2. Masa persiapan suatu proyek PLTA pada umumnya memakan waktu yang cukup lama.
3. PLTA sangat tergantung pada aliran sungai secara alamiah, sehingga pada umumnya tenaga andalan atau tenaga mantap akan sangat lebih kecil jika dibandingkan dengan kapasitas totalnya.
2. Model Sistem Hibrida Mikrohidro
Sistem pembangkit hibrida mikrohidro terdiri dari turbin mikrohidro dan generator diesel, seperti pada gambar 2. Kedua sumber listrik dihubungkan pada bus AC untuk mencatu beban AC.
Gambar 2. Model Sistem Hibrida Mikro Hidro
2.1. Data Debit Air
Debit air rata-rata per bulan di lokasi adalah seperti ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Data Debit Air Rata-Rata Per Bulan
Debit air tertinggi terjadi pada bulan-bulan musim hujan (November, Desember dan Januari). Sedangkan pada musim kemarau (Juni, Juli dan Agustus) debit air di lokasi menjadi lebih rendah. Debit air rata-rata dalam satu tahun adalah sebesar 29,1 L/detik.
2.2. Generator Diesel
Generator diesel yang digunakan memiliki karakteristik kurva efisiensi seperti pada gambar 4. Kurva efisiensi menunjukkan bahwa generator diesel dapat
beroperasi dengan efisiensi yang tinggi apabila dibebani di atas 40%.
Pada pembebanan di bawah 40% efisisensi generator diesel berkurang berdasarkan karakteristik kurva tersebut.
Gambar 4. Kurva Efisiensi Generator Diesel
3. Perhitungan Daya Listrik
3.1. Daya Output Mikrohidro
Daya output turbin mikrohidro dihitung berdasarkan persamaan:
Pmh ═ ηmh · ρair · gh Q
1000
Pmh = daya output turbin mikrohidro (kW)
Ηmh = efisiensi turbin mikrohidro (%)
Pair = rapat jenis air (1000 kg/m3)
g = percepata gravitasi bumi (9,81 m/s2)
h = ketinggian efektif (m)
Q = debit aliran air yang masuk ke turbin (m3/s)
3.2. Daya Output Generator Diesel
Daya output generator diesel dihitung berdasarkan persamaan:
Pgen = F·F0· Ygen
F 1
Pgen = daya output generator diesel (kW)
F = tingkat konsumsi bahan bakar (L/jam) F0 = koefisien intercept (L/jam/kWrated)
F1 = koefisien slope (L/jam/kW)
Ygen = Kapasitas generator diesel (kW)
percobaan ini, nilai-nilai parameter F0 =
0,01609 dan F1 = 0,2486.
4. Hasil dan Bahasan
Turbin mikrohidro dianggap memiliki usia pakai selama 30 tahun, sedangkan generator diesel memiliki batas usia beroperasi selama 15.000 jam. Dengan potensi debit air seperti yang ditunjukkan sebelumnya, maka pemanfaatan turbin mikro hidro dapat mengurangi pengoperasian generator diesel. Pada gambar 5 ditunjukkan pembagian pembangkitan energi listrik oleh turbin mikrohidro dan generator diesel dalam sistem hibrida mikrohidro/diesel untuk memenuhi kebutuhan listrik.
Gambar 5. Daya Listrik Sistem Hibrida Mikrohidro/Diesel
Pada sistem hibrida mikrohidro/diesel, turbin mikrohidro menyumbangkan energi listrik sebesar 73% dari total listrik yang dibangkitkan, sedangkan sisanya sebesar 27% dari generator diesel.
5. Kesimpulan
Pemanfaatan potensi energi air di daerah terpencil, dapat mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak bumi dalam pembangkitan energi listrik. Pembangkit listrik mikrohidro merupakan salah satu pemanfaatan potensi air yang tersedia dan dapat digunakan untuk membantu generator diesel. Oleh karena itu penggabungan turbin mikrohidro dengan generator diesel untuk
membentuk sistem hibrida
mikrohidro/diesel sangat disarankan di daerah-daerah terpencil yang memiliki potensi debit air yang cukup layak.
Daftar Pustaka
1. Y. Kussuryani, Walujanto,” Action plan for R&D activities at research and development center for electricity and new renewable energy for answering strategic issues and achieving key performance year 2010-2014”, M&E, vol. 8, no. 1, hal. 65-68, 2010.
2. Rajoriya, E. Fernandez,”Sustainable energy generation using hybrid energy system for remote hilly rural area in India”, International Journal of Sustainable Engineering, hal. 1-9, 2010.
3. A. A. Setiawan, Y. Zhao, dan C. V. Nayar, “Design, economic analysis and enviromental considerations of mini-grid hybrid power system with reserve osmosis desalination plant for remote areas”, Renewable Energy, vol. 34, hal. 374-383, 2009
