BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG
Turbin air tergolong mesin konversi energi yang mengubah energi gerak air menjadi energi listrik, mekanis dan lain sebagainya. Energi gerak air tergolong energi terbarukan atau renewable energy. Energi gerak air disebut sebagai energi terbarukan dikarenakan energi ini tidak memiliki batasan masa/waktu atau dapat dikatakan energi ini tidak memiliki batasan watu. Energi gerak air termasuk energi yang mudah dan relatif mudah didapat. Energi gerak air terjadi karena adanya beda ketinggian permukaan, secara umum air bergerak dari permukaan tinggi menuju permukaan yang rendah atau dapat dikatakan bahwa air bergerak pada tekanan yang tinggi menuju tekanan rendah. Energi gerak air dapat dimanfaatkan dikarenakan dalam air mengandung energi potensial berupa perbedaan ketinggian pada air dan energi kinetic yang disebabkan oleh kecepatan aliran air. Pada hukum newton
dikatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dilenyapkan, energi memiliki sifat mutlak sebagaimana dinyatakaan dalam hukum kekekalan energi. Energi listrik tentu tidak dapat diciptakan melainkan energi listrik ada karena adanya pengkonversian melalui energi lain. Salah satu pengkonversi energi listrik dari tenaga mekanis adalah energi gerak air. Energi air dapat dikonversi menjadi energi listrik karena adanya mesin pengkonversi turbin air. Mesin pengkonversi energi air memanfaatkan energi gerak yang dirubah menjadi listrik atau energi yang lain.
Masyarakat umum yang lekat dengan peradaban teknologi membuat kebutuhan akan listrik menjadi kebutuhan pokok. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut dibuat mesin pembangkit energi yang memanfatkan energi gerak air. Perkembangan turbin air mulai nampak pada awal abad 18. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan. Perkembangan turbin air hingga saat ini mulai memuncak sampai akhirnya ditemukan microhidro, microhidro memimiliki peluang besar untuk dimanfaatkan oleh masyarakat umum. Aliran sungai dengan sejumlah anak sungainya dibendung dengan sebuah Dam. Airnya ditampung dalam waduk yang kemudian dialirkan melaui Pintu Pengambilan Air (Intake Gate) yang selanjutnya masuk ke dalam Terowongan Tekan (Headrace Tunnel). Sebelum memasuki Pipa Pesat (Penstock), air harus melewati Tangki Pendatar (Surge Tank) yang berfungsi untuk mengamankan pipa pesat apabila terjadi tekanan kejut atau tekanan mendadak yang biasa disebut sebagai pukulan air (water hammer) saat Katup Utama (Inlet Valve) ditutup seketika. Setelah
Katup Utama dibuka, aliran air memasuki Rumah Keong (Spiral Case). Aliran air yang bergerak memutar Turbin dan dari turbin, air mengalir keluar melalui Pipa Lepas (Draft Tube) dan selanjutnya dibuang ke Saluran Pembuangan (Tail Race). Poros turbin yang berputar tersebut dikopel dengan poros Generator sehingga menghasilkan energi listrik. Melalui Trafo Utama (Main Transformer), energi listrik disalurkan melewati Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 70 kV ke konsumen melalui Gardu Induk.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Untuk mememanfaatkan energi terbarukan sebagai pengganti energi yang tidak dapat diperbaruhi, maka diperlukan untuk mempelajari mengenai mesin konversi energi. Salah satu mesin konversi energi berbasis renewable energi adalah turbin air. Batasan topik tentang turbin angin terdiri dari:
1. Apa yang dimaksud dengan turbin air?
2. Bagaimana perkembangan turbin air konvensional hingga modern? 1.3 TUJUAN
Materi turbin air memiliki peran penting dalam perkembangan energi terbarukan. Turbin air dapat digunakan untuk mengkonversi energi gerak menjadi energi yang dibutuhkan oleh masyarakat. Tujuan dari mempelajari turbin angin adalah:
1. Mengetahui hal khusus dan umum tentang turbin air. 2. Mengetahui analisis dari turbin angin.
1.4 MANFAAT
Manfaat yang dapat diambil dari mempelajari turbin air adalah: 1. Mengetahui tentang perkembangan teknologi pengelolahan energi
terbarukan berupa turbin air.
BAB 2 ISI 2.1 PENGERTIAN UMUM TURBIN AIR
Turbin merupakan mesin yang berputar diakibatkan oleh energi kinetik dan potensial dari aliran fluida. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, "asembli rotor-blade". Fluida yang bergerak menjadikan blade pada turbin berputar dan menghasilkan energi untuk menggerakkan rotor.
Perbedaan dasar antara turbin air awal dengan kincir air terletak pada komponen. Komponen pada turbin lebih optimal dan dapat memanfaatkan air dengan putaran lebih cepat serta dapat memanfaatkan head yang lebih tinggi. Komponen kincir lebih sederhana dengan biaya peralatan dan perawatan yang
lebih murah. Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial dan kinetik menjadi energi mekanik. gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar.
Komponen-komponen utama pada turbin air terdiri dari rotor dan stator. A Rotor yaitu bagian yang berputar pada sistem yang terdiri dari:
1. Sudu pengarah berfungsi untuk mengontrol kapasitas aliran masuk turbin.
2. Poros berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak putar yang dihasilkan oleh sudu.
3. Bantalan berfungsi sebagai perapat-perapat komponen-komponen dengan tujuan agar tidak mengalami kebocoran pada sistem. 4. Runner berfungsi untuk merubah energi potensial fluida menjadi
energi mekani.
B Stator yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari: 1. Pipa pengarah/nozzle berfungsi untuk meneruskan alira fluida
sehingga tekanan dan kecepatan alir fluida yang digunakan di dalam sistem besar.
2. Rumah turbin berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen komponen dari turbin.
Untuk merencanakan turbin diperlukan beberapa pertimbangan, pertimbangan yang digunakan untuk menentukan jenis turbin yang sesuai
ditempatkan disuatu daerah tergantung dari ketinggian dan debit air. Secara umum turbin air terbagi atas 4 jenis turbin yaitu turbin Pelton, Francis, Banki dan
Kaplan. Adapun perbandingan karakteristik jenis turbin dapat kita lihat pada grafik net head (m) dan flow (m3/s) di bawah ini:
Dapat dilihat pada grafik diatas bahwa turbin kaplan adalah turbin yang beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran yang tinggi atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah. Hal ini karena sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur secara manual atau otomatis untuk merespon perubahan kapasitas. Berkebalikan dengan turbin kaplan, turbin pelton adalah turbin yang beroperasi pada head tinggi dengan kapasitas yang rendah. Untuk turbin francis mempunyai karakteristik yang berbeda dengan yang lainnya yaitu turbin francis dapat beroperasi pada head yang rendah atau beroperasi pada head yang tinggi. Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head,
efisiiensinya baik dalam segala kondisi aliran. Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head yang didapatkan adalah sebagai berikut ini : 1) Turbin Kaplan : 2 < H < 100 meter
2) Turbin Francis : 5 < H < 500 meter 3) Turbin Pelton : H < 30 meter 4) Turbin Banki : 2 < H < 200 meter 2.2 SEJARAH TURBIN AIR
Kata "turbine" ditemukan oleh seorang insinyur Perancis yang bernama Claude Bourdin pada awal abad 19, yang diambil dari terjemahan bahasa Latin dari kata "whirling" (putaran) atau "vortex" (pusaran air). Ján Andrej Segner mengembangkan turbin air reaksi pada pertengahan tahun 1700. turbin ini mempunyai sumbu horizontal dan merupakan awal mula dari turbin air modern. Turbin ini merupakan mesin yang simpel yang masih diproduksi saat ini untuk pembangkit tenaga listrik skala kecil. Segner bekerja dengan Euler dalam
membuat teori matematis awal untuk desain turbin. Pada tahun 1820, Jean-Victor Poncelet mengembangkan turbin aliran kedalam. Pada tahun 1826, Benoit
Fourneyon mengembangkan turbin aliran keluar. Turbin ini sangan efisien (80%) yang mengalirkan air melalui saluran dengan sudu lengkung satu dimensi. Saluran keluaran juga mempunyai lengkungan pengarah. Pada tahun 1844, Uriah A. Boyden mengembangkan turbin aliran keluar yang meningkatkan performa dari turbin Fourneyon. Bentuk sudunya mirip dengan turbin Francis. Pada tahun 1849, James B. Francis meningkatkan efisiensi turbin reaksi aliran kedalam hingga lebih dari 90%. Dia memberikan test yang memuaskan dan mengembangkan metode engineering untuk desain turbin air. Turbin Francis dinamakan sesuai dengan namanya, yang merupakan turbin air modern pertama. Turbin ini masih digunakan secara luas di dunia saat ini. Turbin air aliran kedalam mempunyai susunan mekanis yang lebih baik dan semua turbin reaksi modern menggunakan desain ini. Putaran massa air berputar hingga putaran yang semakin cepat, air berusaha menambah kecepatan untuk membangkitkan energi. Energi tadi dibangkitkan
pada sudu dengan memanfaatkan berat jatuh air dan pusarannya. Tekanan air berkurang sampai nol sampai air keluar melalui sirip turbin dan memberikan energi. Sekitar tahun 1890, bantalan fluida modern ditemukan, sekarang umumnya digunakan untuk mendukung pusaran turbin air yang berat. Hingga tahun 2002, bantalan fluida terlihat mempunyai arti selama lebih dari 1300 tahun Sekitar tahun 1913, Victor Kaplan membuat turbin Kaplan, sebuah tipe mesin baling-baling. Ini merupakan evolusi dari turbin Francis tetapi dikembangkan dengan kemampuan sumber air yang mempunyai head kecil.
Pada umumnya semua turbin air hingga akhir abad 19 (termasuk kincir air) merupakan mesin reaksi; tekanan air yang berperan pada mesin dan menghasilkan kerja. Sebuah turbin reaksi membutuhkan air yang penuh dalam proses transfer energi. Pada tahun 1866, tukang pembuat gilingan di California, Samuel Knight menemukan sebuah mesin yang mengerjakan tuntas sebuah konsep yang berbeda jauh. Terinspirasi dari system jet tekanan tinggi yang digunakan dalam lapangan pengeboran emas hidrolik, Knight mengembangkan ceruk kincir yang dapat menangkap energi dari semburan jet, yang ditimbulkan dari energi kinetik air. Pada sumber yang cukup tinggi (ratusan kaki) yang dialirkan melalui sebuah pipa saluran. Turbin ini disebut turbin impulse atau turbin tangensial. Aliran air
mendorong ceruk disekeliling kincir turbin pada kecepatan maksimum dan jatuh keluar sudu dengan tanpa kecepatan. Pada tahun 1879, Lester Pelton, melakukan percobaan dengan kincir Knight, dikembangkanlah desain ceruk ganda yang membuang air kesamping, menghilangkan beberapa energi yang hilang pada kincir Knight yang membuang sebagian air kembali melawan kincir. Sekitar tahun 1895, William Doble mengembangkan ceruk setengah silinder milik Pelton menjadi ceruk berbentuk bulat memanjang, termasuk sebuah potongan
didalamnya yang memungkinkan semburan untuk membersihkan masukan ceruk. Turbin ini merupakan bentuk modern dari turbin Pelton yang saat ini dapat memberikan efisiensi hingga 92%. Pelton telah memprakarsai desain yang efektif, kemudian Doble mengambil alih perusahaan Pelton dan tidak mengganti namanya menjadi Doble karena nama Pelton sudah dikenal. Turgo dan turbin aliran silang merupakan desain turbin impulse selanjutnya. Turbin air terdapat dalam suatu pembangkit listrik berfungsi untuk mengubah energi potensial yang dimiliki air menjadi energi kinetik. Selanjutnya energi kinetic ini akan dirubah menjadi energi elektrik melalui generator. Hal ini menyebabkan setiap pembahasan tentang turbin hidrolik akan mengikutsertakan generator sebagai pembangkit listrik.
2.3 JENIS TURBIN AIR
Turbin air dapat digolongkan menjadi dua yaitu turbin air berdasarkan model aliran air masuk runner dan berdasarkan bentuknya. Berikut ini akan diuraikan klasifikasi jnis turbin air.
Berdasaran model aliran air masuk runner, maka turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe yaitu :
A. Turbin Aliran Tangensial
Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan poros runner mengakibatkan runner berputar,
contohnya Turbin Pelton dan Turbin Cross-Flow. B. Turbin Aliran Aksial
Pada turbin ini air masuk runner dan keluar runner sejajar dengan
poros runner, Turbin Kaplan atau Propeller adalah salah satu contoh dari tipe turbin ini.
C. Turbin Aliran Aksial - Radial
Pada turbin ini air masuk ke dalam runner secara radial dan keluar runner secara aksial sejajar dengan poros. Turbin Francis adalah termasuk dari jenis
turbin ini.
2.3.2. Berdasarkan bentuknya A. Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh energi air (yang terdiri dari energi potensial+tekanan+kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nozle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.
Turbin impuls merubah aliran semburan air. Semburan turbin membentuk sudut yang membuat aliran turbin. Hasil perubahan momentum (impuls)
disebabkan tekanan pada sudu turbin. Sejak turbin berputar, gaya berputar melalui kerja dan mengalihkan aliran air dengan mengurangi energi.Sebelum mengenai sudu turbin, tekanan air (energi potensial) dikonversi menjadi energi kinetik oleh sebuah nosel dan difokuskan pada turbin. Tidak ada tekanan yang dirubah pada sudu turbin, dan turbin tidak memerlukan rumahan untuk operasinya.
Hukum kedua Newton menggambarkan transfer energi untuk turbin impuls. Turbin impuls paling sering digunakan pada aplikasi turbin tekanan sangat tinggi. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton, turbin Cross Flow, dan turbin Tugor.
Berikut adalah macam-macam turbin impuls sebagai berikut 1 Turbin Pelton
Turbin Pelton yang bekerja dengan prinsip impuls, semua energi tinggi dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Pancaran air tersebut yang akan menjadi gaya tangensial F yang bekerja pada sudu roda jalan. Turbin pelton beroperasi pada tinggi jatuh yang besar . Tinggi air jatuh dihitung mulai dari permukaan atas sampai tengah tengah pancaran air. Bentuk sudu terbelah menjadi dua bagian yang simetris, dengan maksud adalah agar dapat membalikan pancaran air dengan baik dan membebaslan sudu dari gaya-gaya samping . Tidak semua sudu menerima pancaran air, hanya sebagaian – jarum katup air tekanan tinggi bagaian saja scara bergantian bergantung posisi sudut tersebut. Jumlah noselnya bergantung kepada besarnya kapasitas air, tiap roda turbin dapat dilengkapi dengan nosel 1 sampai 6. Adapun penampang konstruksi sudu jalan dari pelton beserta noselnya dapat dilihat pada gambar 21.2 Ukuran-ukuran utama turbin pelton adalah diameter lingkar sudu yang kena pancaran air, disingkat diameter lingkaran pancar dan diameter pancaran air. Pengaturan nosel akan menentukan kecepatan dari turbin. Untuk turbin-turbin yang bekerja pada kecepatan tinggi jumlah nosel diperbanyak hubungan antara jumlah nosel dengan keceptan sepesifik.
Pengaturan nosel pada turbin poros vertikal dan horizontal dapat dilihat pada gambar
Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jenis turbin aksi (impulse turbine). Prinsip kerja turbin ini mula-mula ditemukan oleh seorang insinyur Australia yang bernama A.G.M. Michell pada tahun 1903. Kemudian turbin ini dikembangkan dan dipatenkan di Jerman Barat oleh Prof. Donat Banki sehingga turbin ini diberi nama Turbin Banki kadang disebut juga Turbin Michell-Ossberger (Haimerl, L.A., 1960).
Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya.
Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin Cross-Flow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya bisa lebih murah. Demikian juga daya guna atau effisiensi rata-rata turbin ini lebih tinggi dari pada daya guna kincir air. Hasil pengujian laboratorium yang dilakukan oleh pabrik turbin Ossberger Jerman Barat yang menyimpulkan bahwa daya guna kincir air dari jenis yang paling unggul
sekalipun hanya mencapai 70 % sedang effisiensi turbin Cross-Flow mencapai 82 % ( Haimerl, L.A., 1960). Tingginya effisiensi Turbin Cross-Flow ini akibat pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali, yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner. Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan keuntungan dalam hal effektifitasnya yang tinggi dan kesederhanaan pada sistim pengeluaran air dari runner.
Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozzle membentur sudu pada sudut 20o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.
B. Turbin Reaksi
Turbin Reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik. Turbin jenis ini adalah turbin yang paling banyak digunakan. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini
dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksisepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. Berikut ini adalah macam-macam turbin reaksi.
Turbin francis mempunyai poros tegak dengan ukuran yang besar, sedangakan dengan ukuran yang kecil dengan ukuran mendatar. Turbin francis memakai roda propeller atau runner yang dapat berputar secara bebas.Turbin francis adalah termasuk turbin jenis ini [gambar 21.9]. Konstruksi turbin terdiri dari dari sudu pengarah dan sudu jalan, dan kedua sudu tersebut, semuanya terendam di dalam aliran air. Air pertama masuk pada terusan berbentuk rumah keong. Perubahan energi seluruhnya terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak. Aliran air masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan semakin naik degan tekanan yang semakin turun sampai roda jalan, pada roda jalan kecapatan akan naik lagi dan tekanan turun sampai di bawah 1 atm. Untuk menghindari kavitasi, tekanan harus dinaikan sampai 1 atm dengan cara pemasangan pipa hisap. Pengaturan daya yang dihasilkan yaitu dengan mengatur posisi pembukaan sudu pengarah, sehingga kapasitas air yang masuk ke roda turbin dapat diperbesar atau diperkecil. Turbin francis dapat dipasang dengan poros vertikal dan horizontal lih.gambar 21.10.
Gambar turbin kaplan atau propeller
Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanya
mempunyai tiga hingga enam sudu. Tidak berbeda dengan turbin francis, turbin kaplan cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda dengan roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin.
Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang tahun. Turbin kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai
menyesuaikan dengan beban yang ada.Turbin kaplan adalah turbin yang beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran air yang tinggi atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat renah. Hal ini karena sudu-sudu trubin kaplan dapat diatur secara manual atau otomatis untuk merespon perubahan kapasitas Berkebalikan denga turbin kaplan turbin pelton adalah turbin yang beroperasi dengan head tinggi dengan kapasitas yang rendah. Untuk turbin francis mempunyai karakteritik yang berbeda dengan lainnya yaitu turbin francis dapat beroperasi pada head yang rendah atau beroperasi pada head yang tinggi.
Turbin air berguna untuk merubah energi potensial menjadi energi mekanik. Pengelompokkan turbin air terbagi menjadi dua: (1) Turbin Implus, (2) Turbin Reaksi.
Turbin impuls adalah turbin air yang cara kerjanya merubah seluruh energi air (yang terdiri dari energi potensial, tekanan dan kecepatan) yang tersedia menjadi energi kinetik untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi kinetik. Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah
membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran airyang keluar dari nozle tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Contoh turbin impuls adalah turbin Pelton.
Turbin reaksi adalah turbin yang cara kerjanya merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi kinetik. Turbin jenis ini adalah turbin yang paling banyak digunakan. Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini
dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
Tabel dibawah ini merupakan pengelompokkan turbin air berdasarkan cara kerja terhadap high head, medium head, dan low head. Jenis turbin air terdiri dari turbin pelton, turgo, crossflow, francis, Kaplan propeller.
a. Turbin Pelton
Turbin Pelton ditemukan pada tahun 1870an oleh Lester Allan Pelton. Jenis Turbin ini memiliki satu atau beberapa jet penyemprot air untuk memutar piringan.Tak seperti turbin jenis reaksi, turbin ini tidak memerlukan tabung diffuser. Ketinggian air (head) = 200 s.d 2000 meter. Debit air = 4 s.d 15 m3/s. Keuntungan turbin pelton : (1) Daya yang dihasilkan besar (2) Konstruksi yang sederhana, (3) Mudah dalam perawatan dan (4) Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kekurangan : Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancaran
atau nosel. Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Pada waktu melewati roda turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan sebagian lagi digunakan untuk melawan
gesekan dengan permukaan sudu turbin. b. Turbin turgo
Turbin turgo Dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse.
Turbin Cross Flow juga disebut Turbin Banki-Mitchel atau Turbin Ossbeger, dikarenakan jenis turbin ini disebut-sebut ditemukan oleh ilmuwan Australia Anthony Michell, Ilmuwan Australia Donat Banki, Ilmuwan Jerman Fritz Ossberger. Mereka masing-masing memiliki patent atas jenis turbin ini.
Tak seperti kebanyakan turbin yang beputar dikarenakan aliran air secara axial maupun radial, pada turbin Cross Flow air mengalir secara melintang atau
memotong blade turbin, Turbin Cross Flow didesain untuk mengakomodasi debit air yang lebih besar dan head yang lebih rendah dibanding Pelton. Headnya kurang dari 200 meter.
Tinggi Terjunan (head): H = 5… 200 m Debit: Q = 0,03… 13 m³/s
Kapasitas: N = 10… 3 500 kW
Turbin Crossflow adalah radial, turbin bertekanan kecil dengan injeksi tangensial dari putaran kipas dengan poros horisontal. Turbin ini digolongkan sebagai turbin berkecepatan rendah. Aliran air mengalir melalui pintu masuk pipa, dan diatur oleh baling-baling pemacu dan masuk ke putaran kipas turbin. Setelah air melewati putaran kipas turbin, air berada pada putaran kipas yang berlawanan, sehingga memberikan efisiensi tambahan. Akhirnya, air mengalir dari casing baik secara bebas atau melalui tabung dibawah turbin. Pada prakteknya, aliran air pada putaran kipas memberikan efek pembersihan sendiri. Setiap kotoran yang
terdorong diantara putaran kipas akan masuk bersama air yang juga ditarik keluar oleh gaya sentrifugal. Setelah setengah putaran dari kipas, air mengambil kotoran yang keluar dan menyembur keluar kedalam kolam penenang. Jika aliran air berubah – ubah, maka turbin Crossflow dirancang dengan dua sel. Pembagian standar dari sel masuk adalah 1:2. Sel sempit memproses aliran air kecil dan sel lebar memproses aliran deras. Kedua sel bersama-sama memproses aliran penuh. Dengan pembagian ini, aliran air yang digunakan adalah 100 sampai 17% pada efisiensi optimal. Dengan demikian turbin Crossflow dapat digunakan pada aliran sungai yang sangat bervariasi, bahkan mencapai efisiensi 80%.
Tingkat efisisensi turbin
Total efisiensi turbin crossflow mini dengan ketinggian yang kecil adalah 84% sepanjang aliran. Efisiensi maksimum dari turbin menengah dan besar dengan Ketingian yang besar, adalah 87%. Dalam Gambar 3 diilustrasikan Kelebihan dari turbin crossflow. Aliran air sungai dalam kurun waktu setahun aliran sungai menjadi sangat kecil untuk beberapa bulan. Selama bulan-bulan tersebut, kemampuan turbin untuk menghasilkan listrik tergantung pada program efisiensi dari turbin yang yang dipakai. Dalam keadaan normal, turbin mencapai efisiensi tinggi, namun selama arus air kecil, efisiensi agak rendah, mencapai output tahunan yang lebih rendah ditempat-tempat dengan variabel aliran air dimana turbin dengan efisiensi kurva yang tetap datar.
Pegangan baling-baling
Dalam turbin crossflow split, air yang dibutuhkan untuk menggerakkan turbin diarahkan oleh dua kekuatan permukaan pegangan baling-baling yang seimbang. Semburan air dipisahkan oleh baling-baling, diseimbangkan dan dibiarkan masuk dengan lancar melewati kipas secara bebas sesuai dengan ruang yang ada. Kedua pegangan baling-baling putar diatur dengan tepat didalam rumah turbin dan dapat berfungsi sebagai alat penutup turbin jika terjadi penurunan arus air. Maka katup penutup tidak perlu digunakan sebagai penyeimbang tekanan antara pipa dan turbin. Kedua pegangan baling-baling dipasang dengan pemisah yang diperpanjang , yang dihubungkan dan dikontrol secara manual atau otomatis. Pegangan baling-baling ditempatkan dalam rumah pelumas dan tidak memerlukan perawatan khusus. Apabila terjadi penghentian, maka turbin mampu menutup secara otomatis oleh gaya gravitasi karena adanya beban tambah pada ujung pemisahnya .
Rumah Turbin
Rumah turbin crossflow terbuat dari struktur baja, sehingga kuat dan tahan terhadap benturan dan beku.
Runner
Runner adalah bagian paling penting dari turbin, dilengkapi dengan lempengan yang terbuat dari profil baja dengan metode yang sudah terbukti. Kedua ujungnya dipasang dan di las pada bagian dalam ujung cakram dari runner tersebut. Runner dapat mempunyai lempengan sampai 37 buah tergantung dari ukuran turbin. Lempengan miring menciptakan sedikit kekuatan aksial, untuk itu pelumasan tidak diperlukan karena telah diperkuat oleh bantalan aksial.
Lempengan pada runner yang lebar ditunjang oleh beberapa cakram. Sebelum instalasi akhir dari turbin, runner benar-benar diukur secara seimbang dan diuji untuk deteksi keretakan.
Bantalan
Turbin crossflow dilengkapi dengan bantalan rol serta dengan beberapa keunggulan seperti putaran dengan daya aus rendah dan pemeliharaan yang sederhana. Desain dari rumah bantalan mencegah kebocoran air ke dalam bantalan dan kontak dengan pelumas. Ini adalah kualitas terpenting dari desain paten dari rumah bantalan turbin crossflow kami. Selain itu, bantalan ini juga dipergunakan pada kipas yang berpusat pada turbin. Pada setiap penemuan solusi teknis selalu dilengkapi elemen penyegelan yang bebas perawatan. Selain penggantian pelumas setiap tahun, bantalan tidak memerlukan perawatan apapun. Selain itu, solusi teknis yang digunakan memungkinkan penggantian sederhana dari kipas tanpa mengeluarkan seluruh turbin keluar dari posisinya.
Draft Tube
Pada prinsipnya, turbin crossflow adalah turbin aliran bebas. Namun, dalam kasus dengan Ketinggian (head) dengan ukuran sedang atau rendah,
diperlukan Draft Tube. Hal ini untuk memastikan bahwa ruang mesin bebas dari banjir dan sekaligus ketinggian seluruh ukuran Ketinggian terjunan dapat
diterapkan. Jika aliran bebas turbin dengan skala luas digunakan, maka kolom air dalam Draft tube harus dikontrol. Hal ini dipastikan dengan menyeimbangkan katup udara, yang mempengaruhi tekanan bawah dalam rumah turbin. Dengan cara tersebut, turbin dengan tinggi hisap dari 1 sampai 3m dapat digunakan secara optimal tanpa ada bahaya kavitasi. Selain itu, apabila Ketinggian dengan ukuran yang rendah digunakan, pembuatan draft tube sebagai pipa baja pengumpul akan mengurangi biaya konstruksi yang jauh lebih rendah. Dengan demikian, biaya dapat ditekan pada kebanyakan proyek yang bermasalah.
Operasi karakteristik
Berkat desain turbin crossflow yang unik, bahaya akan kavitasi tidak ada. Sehingga kipas tidak perlu ditempatkan di bawah tingkat air tanah. Dengan demikian konstruksi biaya dan operasi merugikan dapat dihindari.
Baja dengan struktur normal digunakan untuk hingga 90m. Untuk Ketinggian dengan ukuran 90 sampai 120m, kipas terbuat dari struktur baja. Sedangkan untuk Ketinggian yang melebihi 120m, seluruh turbin harus terbuat dari baja.
Kecepatan maksimum yang kontinyu dari turbin crossflow biasanya mencapai kelipatan 2.3 dari kecepatan nominal. Fakta ini memungkinkan untuk diproduksi secara massal dengan menggunakan generator
Keuntungan ke ekonomian
Dengan meningkatnya minat masyarakat akan kelestarian lingkungan dalam upaya mencari sumber daya alam yang dapat digunakan seperti memproduksi energi listrik dari sumber energi terbarukan. Sayangnya, penggunaan power hydro terbatas oleh faktor-faktor yang sangat signifikan sebagai berikut ini : tingginya biaya instalasi, termasuk desain dan perencanaan, dimensi, serta produk dari mesin yang dibutuhkan.
Oleh karena itu, insinyur serta konsultan dan desainer turbin telah mencoba untuk mengurangi total biaya dari turbin air yang standar. Pendekatan seperti ini hanya layak untuk turbin besar. Namun di sisi lain, hal ini mungkin dapat menyebabkan masalah dengan dimensi untuk turbin kecil, bila head (Ketinggian ) yang diproyeksikan dan variasi aliran air sepanjang tahun diperhitungkan.
Turbin crossflow kami terbuat dari komponen standar yang dikonfigurasikan sesuai dengan kebutuhan pelanggan – yaitu diperhitungkan secara menyeluruh potensi dari air dan Ketinggian (head) dilokasi ditempat tertentu. Seperti sistem modular yang menyediakan dan merancang semua fungsi dengan harga yang baik pada waktu yang bersamaan.
Turbin crossflow memiliki purna jual yang panjang dan bebas perawatan. Selama pengoperasian, tidak diperlukan suku cadang yang mahal atau kompleks, maupun dapat di perbaiki langsung dilapangan. Keuntungan tertentu turbin crossflow adalah dapat digunakan dalam sistem air bersih gravitasi, bahkan di
saluran yang sangat panjang, ataupun tidak menyebabkan dampak yang tidak diinginkan secara hidrolik dan dengan demikian tidak mempengaruhi kualitas air minum selama pengoperasian. Hal ini telah berhasil diuji beberapa kali oleh perusahaan kami di banyak negara di seluruh dunia.
Turbin Cross-Flow adalah salah satu turbin air dari jeis turbin aksi (impulse turbine). Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya.
Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air.
d. Turbin francis
Turbin FRANCIS memiliki runner dengan baling-baling tetap, biasanya jumlahnya 9 atau lebih. Air dimasukkan tepat diatas runner dan mengelilinginya dan jatuh melalui runner dan memutarnya. Selain Runner komponen lainnya adalah scroll case, wicket gate dan draft tube.
Turbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara
sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah
Turbin francis bekerja dengan memakai proses tekanan lebih. Pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian dari enrgi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah diubah sebagai kecepatan air masuk. Sisa energi tinggi jatuh
dimanfaatkan dalam sudu jalan, dengan adanya pipa isap memungkinkan energi tinggi jatuh bekerja di sudu jalan dengan semaksimum mungkin. Turbin yang dikelilingi dengan sudu pengarah semuanya terbenam dalam air. Air yang masuk kedalam turbin dialirkan melalui pengisian air dari atas turbin (schact) atau melalui sebuah rumah yang berbentuk spiral (rumah keong). Semua roda jalan selalu bekerja. Daya yang dihasilkan turbin diatur dengan cara mengubah posisi pembukaan sudu pengarah. Pembukaan sudu pengarah dapat dilakuakan dengan tangan atau dengan pengatur dari oli tekan(gobernor tekanan oli), dengan demikian kapasitas air yang masuk ke dalam roda turbin bisa diperbesar atau diperkecil. Pada sisi sebelah luar roda jalan terdapat tekanan kerendahan (kurang dari 1 atmosfir) dan kecepatan aliran yang tinggi. Di dalam pipa isap kecepatan alirannya akan berkurang dan tekanannya akan kembali naik sehingga air bisa dialirkan keluar lewat saluran air di bawah dengan tekanan seperti keadaan sekitarnya.
e. Turbin kaplan propeller
Turbin propeller pada umumnya memiliki runner dengan 3 sampai dengan 6 blade dimana air mengenai semua blade secara konstan. Pitch dari blade dapat fix atau diadjust. Ada beberapa macam turbin propeller yaitu : turbin bulb, turbin Straflo, turbin tube dan turbin KAPLAN
Turbin KINETIK juga disebut turbin aliran bebas, menghasilkan listrik dari energi kinetik di dalam air yang mengalir, alih-alih dari energi potensial dari ketinggian. Sistem dapat beroperasi di sungai, saluran buatan manusia, air pasang surut, atau arus laut. Sistem Kinetic memanfaatkan jalur alami aliran air. Turbin ini tidak memerlukan pengalihan air melalui saluran buatan manusia, dasar sungai, atau pipa, meskipun mungkin memiliki aplikasi dalam saluran tersebut. Sistem Kinetic tidak memerlukan pekerjaan sipil yang besar; Namun dapat menggunakan struktur yang ada seperti jembatan, tailraces dan saluran. 2.4 Kriteria Pemilihan Turbin
Ada beberapa faktor yang mendasari perencanaan dan pemilihan suatu turbin air. Faktor-faktor tersebut yang terutama antara lain adalah:
1. Debit aliran air
2. Head atau tinggi air jatuh 3. Kecepatan spesifik 4. Putaran turbin
5. Biaya pembangunan instalasi
Dari sekian banyak faktor tersebut di atas, yang paling menentukan adalah debit dan head aliran air. Ukuran atau dimensi turbin air sangat tergantung kepada debit dan head air ini. Debit air yang besar pada head tertentu akan memerlukan turbin air ukuran besar, dimensi turbin air cenderung lebih kecil. Dengan
demikian debit dan head air ini secara tidak langsung akan menentukan biaya pembuatan turbin air berikut pembangkitnya. Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata
alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiensinya baik dalam segala kondisi aliran.
Turbin kecil (umumnya dibawah 10 MW) mempunyai poros horisontal, dan kadang dipakai juga pada kapasitas turbin mencapai 100 MW. Poros Pelton bisa vertikal maupun horisontal karena ukuran turbin lebih kecil dari head yang di dapat atau tersedia. Beberapa turbin impuls menggunakan beberapa semburan air tiap semburan untuk meningkatkan kecepatan spesifik dan keseimbangan gaya.
Dari diagram diatas dapat dinyatakan sebagai berikut. Turbin kaplan adalah turbin yang beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran yang tinggi atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang sangat rendah. Hal ini karena
sudu – sudu turbin kaplan dapat diatur secara manual atau otomatis untuk merspon perubahan kapasitas. Berkebalikan dengan turbin kaplan, turbin pelton adalah turbin yang beroperasi pada head tinggi dengan kapasitas yang rendah. Untuk turbin francis mempunyai karakteristik yang berbeda dengan yang lainnya yaitu turbin francis dapat beroperasi pada head yang rendah atau beroperasi pada head yang tinggi.
Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiiensinya baik dalam segala kondisi aliran.
Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head yang didapatkan adalah sebagai berikut ini :
1) Turbin Kaplan : 2 < H < 100 meter 2) Turbin Francis : 5 < H < 500 meter 3) Turbin Pelton : H < 30 meter
4) Turbin Banki : 2 < H < 200 meter 2.5 Gejala-gejala pada Pada Turbin A. Kavitasi
Salah satu masalah yang sering timbul dalam perawatan turbin yaitu kavitasi. Kavitasi merupakan peristiwa terjadinya gelembung-gelembung uap yang kecil (minute microscopic bubbles) di dalam cairan (air) yang mengalir, dimana tekanan yang trjadi ditempat tersebut sama atau lebih rendah dari tekanan uap jenuhnya.
Pada saat gelembung-gelembung tersebut sampai pada daerah yang tekanannya lebih tinggi maka gelembung tersebut akan pecah dan mengakibatkan lubang-lubang kikisan pada permukaan dinding saluran hisap bagian atas (draft tube), sudu-sudu, dan rumah turbin. Selain itu juga akan menimbulkan getaran dan bunyi yang berisik. Kavitasi yang sangat besar akan menurunkan daya dan efisiensi turbin.
Kavitasi dapat diantisipasi atau dikurangi dengan cara antara lain :
1. Memasang turbin pada tempat yang cocok, yaitu dengan memperkecil tinggi hisap agar tekanan air lebih rendah dari tekanan uap jenuhnya. 2. Memperbaiki konstruksi dan diusahakan agar tidak terdapat belokan-belokan yang tajam.
3. Menggunakan material yang mampu menahan erosi akibat pengikisan yang ditimbulkan oleh pecahnya gelembung-gelembung uap yang dibawa oleh air, dan material yang tahan terhadap korosi.
B. Kecepatan Liar (Run Away Speed)
Kecepatan liar yaitu suatu kecepatan yang terjadi akibat pada waktu turbin bekerja dimana tiba-tiba bebannya dihentikan dengan tiba-tiba. Dalam hal tersebut timbul gejala bahwa roda turbin akan berputar dengan sangat cepat.
Kekuatan turbin harus diperhitungkan terhadap kecepatan liarnyauntuk mencegah terjadinya kerusakan turbin atau generatornya. Kecepatan liar dapat diantisipasi atau dikurangi dengan cara, yaitu: pada bagian poros turbin dibuat suatu pengatur kecepatan (governor) yang dapat meredam putaran liar.
C. Water Hammer
Suatu peristiwa di mana timbulnya gelombang bertekanan akibat dari fluida yang mengalir tiba-tiba berhenti atau arah alirannya berubah (perubahan
momentum). Water hammer juga terjadi akibat katup pada air keluar turbin di tutup secara tiba-tiba sehingga tekanan di dalam turbin meningkat. Selain tekanan
tinggi juga terjadi gelombang kejut sehingga menimbulkan suara keras seperti suara menempa / pukulan. Ini dapat menyebabkan kerusakan pada turbin. Water hammer dapat diantisipasi atau dikurangi dengan cara, yaitu: dengan membuat surge tank pada bagian atas dekat sumber air. Surge tank ini akan menampung air yang membalik pada saat katup ditutup, sehingga water hammer dapat dihindari.
2.5. Perhitungan Daya dan energi yang dibangkitkan turbin Turbin Air
Daya yang dihasilkan turbin air bergantung pada kapasitas air (m3/detik), kerapatan air atau Rho, head atau tinggi jatuh air efektif dalam satuan meter. Dengan rumus sebagai berikut :
P=Q . ρ. g . h .η Diamana
ρ . g=massa
ρ = kerapatan air (Kg/m3) Q = kapasitas air (m3/detik)
G = gaya gravitasi, 9,81 (m/detik2) H = tinggi jatuh efektif (m)
η=¿ efisiensi total
sedangkan energi yang dibangkitkan turbin air adalah E = P . t . efisiensi generator . efisiensi transmisi. Dimana
P = daya turbin air (Watt) T = waktu
Secara sederhana dapat dinyatakan bahwa semakin tinggi jatuh air dengan kapasitas aliran akan mempunyai energi potensial yang ebih besar dibandingkan dengan tinggi jatuh air yang lebih rendah. Logika tersebut juga berlaku
sebaliknya, yaitu untuk tinggi jatuh air yang sama, tetapi energi potensial yang dimiliki akan lebih besar apabila kapasitas aliran air juga besar.
Putaran spesifik
Putaran spesifik yaitu putaran turbin dimana dibangkitkan daya sebesar satu satuan daya per tinggi jatuh (head) satu satuan tinggi jatuh (head efektif). Kecepatan spesifik tubin diberikan oleh perusahaan (dengan penilaian yang lainnya) dan dan selalu dapat diartikan sebagai titik efisiensi maksimum. Perhitungan tepat ini menghasilkan performa turbin dalam jangkauan head dan debit tertentu. Dengan rumus sebagai berikut.
Ns= n (p) 0,5 (H efektif ) 5 4 Diamana
Ns adalah putaran spesifik N = putaran turbin
P = daya turbin
H efektif = Hgross - Hlosses
Adapun performa dan karakteristiknya dapat dilihat pada tabel berikut Jenis turbin Kecepatan spesifik
ns dalam rpm
Efisiensi dalam % Tinggi air jatuh (H) Pelton 2-4 85 – 90 6000 – 2000 Francis 4 – 7 30 - 82 82 – 90 90 – 82 90 – 94 94 – 93 2000 – 400 500 500 – 15 Propeler 100 – 140 140 – 250 94 94 – 85 100 – 15 15 – 10
2.4 PENERAPAN TURBIN AIR PADA PLTA DAN MICROHIDRO Pembangkit Listrik Tenaga Ait
Pembangkit listrik tenaga air adalah salah satu sumber energi listrik yang memanfaatkan air sebagai sumber listrik. Pembangkit ini merupakan salah satu sumber energi listrik utama yang ada di Indonesia. Keberadaannya diharapkan mampu memenuhi pasokan listrik bagi masyarakat Indonesia, selain yang berasal dari bahan bakar batu bara. Pembangkit listrik tenaga air di Indonesia banyak dikembangkan. Hal ini karena persediaan air di Indonesia cukup melimpah. Keberadaan beberapa waduk besar di Indonesia, selain digunakan untuk penampungan air juga dimanfaatkan untuk menjadi energi penghasil listrik. Pilihan mengembangkan pembangkit listrik tenaga air ini salah satunya disebabkan potensi air yang ada di Indonesia. Jumlah air yang melimpah,
dikembangkan untuk menciptakan energi yang diubah menjadi sebuah arus listrik. Hal ini ditujukan untuk menciptakan biaya produksi yang murah pada listrik di Indonesia. Pembangkit listrik tenaga air termasuk salah satu sumber pembangkit listrik tertua yang pernah ditemukan. Selain pembangkit ini, masih ada pula beberapa jenis pembangkit listrik yang ada di dunia. Seperti pembangkit listrik tenaga surya, pembangkit listrik tenaga diesel, dan juga pembangkit listrik tenaga nuklir. Pembangkit tinggi tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energy mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan
generator). Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000 MW ,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau samadengan 24 % kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang. PLTA termasuk jenis pembangkitan hidro. Karena pembangkitan ini menggunakan air untuk kerjanya. Saat ini pengetahuan tentang PLTA perlu untuk diketahui oleh para mahasiswa sebagai modal awal untuk kedepannya.
PLTA mulai dikembangkan di Indonesia secara bertahap pada tahun 1900. Masa itu merupakan era dimana penggunaan bahan bakar minyak merupakan sumber energi utama di dunia. Pengembangan PLTA tidak terlalu diprioritaskan oleh karena itu progresnya berjalan lambat. Sedangkan sekarang, pengembangan PLTA mulai di tinjau ulang karena penggunaan bahan bakar minyak mengahasilkan banyak polusi lingkungan dan persediaan bahan bakar minyak mulai menipis. Beberapa alasan tambahan bahwa PLTA lebih menguntungkan dibandingkan tipe generator lain adalah :
1. Persediaan air cenderung tidak habis dan dapat diperbaharui. 2. Ramah Lingkungan.
3. Tidak memerlukan bahan bakar.
4. Periode mulainya terjadi secara terus menerus.
5. Pengoperasiannya sederhana dan biaya perawatannya murah. 6. Hampir tidak ada resiko meledak.
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.
Pada PLTA, transportasi batubara putih berlangsung secara alamiah. Turbin-turbin pada PLTA bisa dioperasikan setiap saat dan cukup sederhana untuk dimengerti. Peralatan PLTA yang mutakhir, umumnya memiliki peluang yang besar untuk bisa dioperasikan selama 50 tahun. PLTA bisa diamnfaatkan untuk cadangan yang bisa diandalakn pada sistem kelistrikan terpadu.
1. Pengertian PLTA
Pengertian pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan
generator) Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara
mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang. Pada saat beban puncak air dalam lower reservoir akan di pompa ke upper reservoir sehingga cadangan air pada waduk utama tetap stabil.
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).
PLTA dapat beroperasi sesuai dengan perancangan sebelumnya, bila mempunyai Daerah Aliran Sungai (DAS) yang potensial sebagai sumber air untuk
memenuhkebutuhan dalam pengoperasian PLTA tersebut. Pada operasi PLTA tersebut, perhitungan keadaan air yang masuk pada waduk / dam tempat penampungan air, beserta besar air yang tersedia dalam waduk / dam dan perhitungan besar air yang akan dialirkan melalui pintu saluran air untuk
menggerakkan turbin sebagai penggerak sumber listrik tersebut, merupakan suatu keharusan untuk dimiliki, dengan demikian kontrol terhadap air yang masuk maupun yang didistribusikan ke pintu saluran air untuk menggerakkan turbin harus dilakukan dengan baik, sehingga dalam operasi PLTA tersebut, dapat dijadikan sebagai dasar tindakan pengaturan efisiensi penggunaan air maupun pengamanan seluruh sistem, sehingga PLTA tersebut, dapat beroperasi sepanjang tahun, walaupun pada musim kemarau panjang.
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.
Dalam penentuan pemanfaatan suatu potensi sumber tenaga air bagi pembangkitan tanaga listrik ditentukan oleh tiga faktor yaitu:
a. Jumlah air yang tersedia, yang merupakan fungsi dari jatuh hujan dan atau salju.
b. Tinggi terjun yang dapat dimanfaatkan, hal mana tergantung dari topografi daerah tersebut.
c. Jarak lokasi yang dapat dimanfaatkan terhadap adanya pusat-pusat beban atau jaringan transmisi.
2. Prinsip PLTA dan konversi energi
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:
a. 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) b. Energi Kinetis
Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan.
Ek = 0,5 m . v . v Dimana: Ek : Energi kinetis m : massa (kg) v : kecepatan (m/s) c. Energi Mekanis
Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis.
dirumuskan: Em = T . ω . t Dimana: Em : Energi mekanis T : torsi ω : sudut putar t : waktu (s) d. Energi Listrik
Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan:
El = V . I . t Dimana: El : Energi Listrik V : tegangan (Volt) I : Arus (Ampere) t : waktu (s)
3. 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. Selain itu dam juga berfungsi untuk pengendalian banjir.
a. 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 sudu pada turbin kaplan berfungsi sebagai sudu-sudu jalan, posisi sudu-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.
b. 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. Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:
i. 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. ii. Kumparan
Banyak dan besarnya jumlah kumparan pada stator mempengaruhi besarnya daya listrik yang bisa dihasilkan oleh pembangkit
iii. 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: E = B . V . L
Dimana:
E : Gaya elektromagnet B : Kuat medan magnet V : Kecepatan putar L : Panjang penghantar
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.
c. Travo
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. 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.
d. Bendungan
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:
i. Bendungan Beton · Bendungan Gravitasi · Bendungan Busur · Bendungan Rongga ii. Bendungan Urugan · Bendungan Urugan Batu · Bendungan Tanah
iii. Bendungan Kerangka Baja iv. Bendungan Kayu
4. Jenis PLTA
a. 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 listrik dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan kemiringan sungai.
b. PLTA jenis DAM /bendungan
Adalah pembangkit listrik dengan bendungan yang melintang disungai,
pembuatan bendungan ini dimaksudkan untuk menaikkan permukaan air dibagian hulu sungai guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai pembangkit listrik.
c. PLTA jenis terusan dan DAM (campuran)
Adalah pusat listrik yang menggunakan gabungan dari dua jenis sebelumnya, jadi energi potensial yang diperoleh dari bendungan dan terusan.
5. Waduk
Waduk adalah kolam besar tempat menyimpan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dapat terjadi secara alami maupun dibuat manusia.Sesuai dengan kondisi alam, pengembangan PLTA dapat dibagi atas 2 jenis yaitu : tipe waduk dan tipe aliran langsung. Tipe waduk dapat berupa bendungan(reservoir) dan keluaran danau (lake outlet), sedangkan tipe aliran langsung dapat berupa aliran langsung sungai (run-off river) dan aliran langsung dengan bendungan pendek (run-off river with low head dam). Contohnya adalah bendungan Scrivener, Canberra Australia, dibangun untuk mengatasi banjir 5000-tahunan. Waduk buatan dibangun dengan cara membuat bendungan yang lalu dialiri air sampai waduk tersebut penuh, dan dapat diklasifikasikan menurut struktur, tujuan atau ketinggian.
a. Berdasarkan struktur dan bahan yang digunakan, bendungan dapat diklasifikasikan sebagai: Dam kayu, "embankment dam" atau "masonry dam". b. Berdasarkan tujuan dibuatnya, yaitu: untuk menyediakan air untuk irigasi atau penyediaan air di perkotaan meningkatkan navigasi, menghasilkan tenaga hidroelektrik, menciptakan tempat rekreasi atau habitat untuk ikan dan hewan lainnya. Pencegahan banjir dan menahan pembuangan dari tempat industri seperti pertambangan atau pabrik.
c. Berdasarkan ketinggian, yaitu: dam besar lebih tinggi dari 15 meter dan dam utama lebih dari 150 m.-dam rendah kurang dari 30 m, dam ketinggian-medium antara 30 -100 m, dan dam tinggi lebih dari 100 m.Beberapa bendungan lainnya yaitu bendungan Sadel sebenarnya adalah sebuah dike,yaitu tembok yang dibangun sepanjang sisi danau untuk melindungi tanah disekelilingnya dari banjir. Ini mirip dengan tanggul, yaitu tembok yang dibuatsepanjang sisi sungai atau air terjun untuk melindungi tanah di sekitarnya darikebanjiran. Sebuah bendungan Pengukur overflow dam didisain untuk dilewati air. Weir adalah sebuah tipe bendungan pengukur kecil yang digunakan untuk mengukur input air. Bendungan Pengecek check dam adalah bendungan kecil yang didisain untuk mengurangi dan mengontrol arus soil erosion. Pumped-storage plant memiliki dua penampungan yaitu:
i. Waduk Utama (upper reservoir) seperti dam pada PLTA konvensional. Air dialirkan langsung ke turbin untuk menghasilkan listrik.
ii. Waduk cadangan (lower reservoir). Air yang keluar dari turbin ditampung di lower reservoir sebelum dibuang disungai. 6. Parameter yang mempengaruhi pengoperasian PLTA
a. 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. b. 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 :
i. 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:
ii. Aliran permukaan ( surface flow) 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.
iii. Aliran dasar ( Base flow) iv. Tinggi muka air
v. 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.
· Penyinaran matahari semakin panas dan semakin lama penyinaran matahari, semakin besar kehilangan air.
vi. Keadaan DAS
Parameter keadaan DAS dipengaruhi beberapa parameter, antara lain :
· Vagitasi semakin rapat tumbuhnya tumbuh-tumbuhan (pohon) dalam DAS, semakin besar aliran dasar sungai.
· Penduduk semakin padat / ramai penduduk yang bermukim dalam DAS, semakin besar kehilangan air.
· Industri semakin banyak industri yang beroperasi dalam DAS, semakin besar kehilangan air
7. Klasifikasi PLTA
Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Air berdasarkan: a. Berdasarkan tujuan
Hal ini disebabkan karena fungsi yang berbeda-beda misalnya untuk mensuplai air, irigasi, kontrol banjir dan lain sebagainya disamping produksi utamanya yaitu tenaga listrik.
b. Berdasarkan keadaan hidraulik
Suatu dasar klasifikasi pada pembangkit listrik tenaga air adalah memperhatikan prinsip dasar hidraulika saat perencanaannya. Ada empat jenis pembangkit yang menggunakan prinsip ini. Yaitu:
i. Pembangkit listrik tenaga air konvensional yaitu pembangkit yang menggunakan kekuatan air secara wajar yang diperoleh dari pengaliran air dan sungai.
ii. Pembangkit listrik dengan pemompaan kembali air ke kolam
penampungan yaitu pembangkitan menggunakan konsep perputaran kembali air yang sama denagn mempergunakan pompa, yang dilakukan saat pembangkit melayani permintaan tenaga listrik yang tidak begitu berat.
iii. Pembangkit listrik tenaga air pasang surut yaitu gerak naik dan turun air laut menunjukkan adanya sumber tenaga yang tidak terbatas. Gambaran siklus air
pasang adalah perbedaan naiknya permukaan air pada waktu air pasang dan pada waktu air surut. Air pada waktu pasang berada pada tingkatan yang tinggi dan dapat disalurkan ke dalam kolam untuk disimpan pada tingkatan tinggi tersebut. Air akan dialirkan kelaut pada waktu surut melalui turbin-turbin.
iv. Pembangkit listrik tenaga air yang ditekan yaitu dengan mengalihkan sebuah sumber air yang besar seperti air laut yang masuk ke sebuah penurunan topografis yang alamiah, yang didistribusikan dalam pengoperasian ketinggian tekanan air untuk membangkitkan tenaga listrik.
c. Berdasarkan Sistem Pengoperasian
Pengoperasian bekerja dalam hubungan penyediaan tenaga listrik sesuai dengan permintaan, atau pengoperasian dapat berbentuk suatu kesatuan sistem kisi-kisi yang mempunyai banyak unit.
d. Berdasarkan Lokasi Kolam Penyimpanan dan Pengatur.
Kolam yang dilengkapi dengan konstruksi bendungan/tanggul. Kolam tersbut diperlukan ketika terjadi pengaliran tidak sama untuk kurun waktu lebih dari satu tahun. Tanpa kolam penyimpanan, pembangkit/instalasi dipergunakan dalam pengaliran keadaan normal.
e. Berdasarkan Lokasi dan Topografi
Instalasi pembangkit dapat berlokasi didaerah pegunungan atau dataran.
Pembangkit di pegunungan biasanya bangunan utamanya berupa bendungan dan di daerah dataran berupa tanggul.
f. Berdasarkan Kapasitas PLTA Menurut Mesonyi:
i. Pembangkit listrik yang paling kecil sampai dengan : 100 kW ii. Kapasitas PLTA yang terendah sampai dengan : 1000 kW iii. Kapasitas menengah PLTA sampai dengan : 10000 kW iv. Kapasitas tertinggi diatas : 10000 kW g. Berdasarkan ketinggian tekanan air
i. PLTA dengan tekanan air rendah kurang dari :dibawah 15 m ii. PLTA dengan tekan air menengah berkisar :15 m – 70 m iii. PLTA dengan tekanan air tinggi berkisar :71 m – 250 m iv. PLTA dengaan tekanan air yang sangat tinggi :diatas 250 m h. Berdasarkan bangunan/konstruksi utama
Berdasarkan bangunan / konstruksi utama dibagi atas:
· Pembangkit listrik pada aliran sungai, pemiliahn lokasi harus menjamin bahwa pengalirannya tetap normal dan tidak mengganggu bahan-bahn konstruksi pembangkit listrik. Dengan demikian pembangkit listrik walaupun mempunyai kolam cadangan untuk penyimpanan air yang besar, juga mempunyai sebuah saluran pengatur jalannya air dari kolam penyimpanan itu.
· Pembangkit listrik dengan bendungan yang terletak di lembah, maka bendungan itu merupakan lokasi utama dalam menciptakan sebauh kolam penampung cadangan air, dan konstruksi bangunan terletak pada sisi tanggul.
· Pembangkit listrik tenaga air dengan pengalihan terusan, aliran air yang dialirkan melalui sebauh terusan ke konstruksi bangunan yang lokasinya cukup jauh dari kolam penyimpanan. Air dari lokasi bangunan dikeringkan ke dalam sungai semula denagn suatu pengalihan aliran air. Pembangkt listrik tenaga air dengan pengalihan ketinggian, tekanan air dialirkan melalui sebuah sitem terowongan dan terusan yang menuju kolam cadangan diatas, atau aliran lain melalui lokasi bangunan ini.
EBTKE—Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia Tenggara. PLTA ini memiliki konstruksi power house di bawah tanah dengan kapasitas 8x126 Megawatt (MW) sehingga total kapasitas terpasang 1.008 Megawatt (MW) dengan produksi energi listrik rata-rata 1.428 Giga
Watthour (GWh) pertahun.
Kapasitas 1008 MW tersebut terdiri dari Cirata I yang memiliki empat unit masing-masing operasi dengan daya terpasang 126 MW yang mulai dioperasikan tahun 1988 dengan daya terpasang 504 MW, selain itu Cirata II juga dengan empat unit masing-masing 126 MW, yang mulai dioperasikan sejak tahun 1997 dengan daya terpasang 504 MW. Cirata I dan II mampu memproduksi energi listrik rata-rata 1.428 GWh pertahun yang kemudian dislaurkan melalui jaringan transmisi tegangan ekstra tinggi 500 kV ke sistem interkoneksi Jawa-Madura-Bali (Jamali).
Guna menghasilkan energi listrik sebesar 1.428 Gwh, dioperasikan delapan buah turbin dengan kapasitas masing-masing 129.000 KW dengan putaran 187,5 RPM. Adapun tinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin 112,5 meter dengan debit air maksimum 135 m3 perdetik.
PLTA Cirata dibangun dengan komposisi bangunan power house empat lantai di bawah tanah yang menpengoperasiannya dikendalikan dari ruang control
switchyard berjarak sekitar 2 kilometer (km) dari mesin-mesin pembangkit yang terletak di power house. PLTA tersebut merupakan pembangkit yang dioperasikan oleh anak perusahaan PT Perusahaan Listrik Negara (PLN persero) yaitu PT Pembangkitan Jawa Bali (PJB) yang disalurkan melalui saluran transmisi tenaga listrik 500 kilo volt (KV) ke sistem Jawa Bali yang diatur oleh dispatcher PLN Pusat Pengatur Beban (P3B).
Kontribusi utama Cirata terhadap sistem Jawa Bali yaitu memikul beban puncak dan beroperasi pada pukul 17.00-22.00, dengan moda operasi LFC (Load
Frequency Control), dimana memiliki fasilitas line charging bila sistem Jawa Bali mengalami Black Out dan Start up operasi/ sinkron ke jaringan 500 KV yang relatif cepat yaitu kurang lebih lima menit.
PLTA Cirata terletak di daerah aliran sungai (DAS) Citarum di Desa Tegal Waru, Kecamatan Plered, Kabupaten Purwakarta, Jawa Barat. Latar belakang pendirian PLTA ini, dengan letak sungai Citarum yang subur, bergunung-gunung dan dianugerahi curah hujan yang tinggi. Pembangunan proyek PLTA Cirata
