BAB II PUSAT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA) (P LTA) Tujuan Instruksional Umum
Setelah akhir kuliah diharapkan mahasiswa mampu memahami tentang Pusat Listrik Listrik Tenaga Air (PLTA). (P LTA). Tujuan Instruksional Khusus
Setelah akhir kuliah diharapkan mahasiswa dapat: 1. menjelaskan proses pembangkitan tenaga listrik pada PLTA, 2. menghitung daya keluaran PLTA, 3. menyebutkan jenis-jenis bendungan pada PLTA, 4. menyebutkan macam-macam turbin air, 5. menyebutkan kelebihan dan kekurangan PLTA. 2.1 Potensi Tenaga Air
Dalam PLTA, potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga listrik. Mula-mula potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga mekanik dalam turbin air. Kemudian turbin air memutar generator yang membangkitkan tenaga list rik. Gambar 3.1a menggambarkan secara skematis bagaimana potensi tenaga air, yaitu sejumlah air yang terletak pada ketinggian tertentu diubah menjadi tenaga mekanik dalam turbin air.
Gambar 2.1 Proses konversi dalam pusat listrik tenaga Air (PLTA) II - 1
Gambar 2.2 Instalasi tenaga air PLTA bila dilihat dari atas Daya yang dibangkitkan generator yang diputar oleh turbin air adalah: P = k . . H .q .[kW]
(2.1)
keterangan: P = daya [Kw] H = tinggi terjun air [meter] 3
q = debit air [m /detik] η = efisiensi turbin dan generator k = konstanta
Konstanta k dihitung berdasarkan pengertian bahwa 1 daya kuda = 75 kgm/detik dan 1 daya kuda = 0,736 Kw sehingga apabila P ingin dinyatakan dalam kW, sedang tinggi terjun H 3
dinyatakan dalam meter dan debit air dinyatakan dalam m /detik, maka:
II - 2
2.2 Bangunan Sipil
Potensi tenaga air didapat dari sungai yang mengalir di daerah pegunungan.Untuk dapat memanfaatkan potensi air dari sungai ini, maka perlu membendung sungai tersebut dan airnya disalurkan ke bangunan air PLTA seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2. Ditinjau dari caranya membendung air, PLTA dapat dibagi menjadi dua kategori: a. PLTA run off river b. PLTA dengan kolam tando ( reservoir )
Gambar 2.2a. Prinsip kerja PLTA run off river Pada PLTA run off river , air sungai dialihkan dengan menggunakan dam yang dibangun memotong aliran sungai. Air sungai ini kemudian disalurkan ke bangunan air PLTA seperti pada Gambar 2.2a. Pada PLTA dengan kolam tando ( reservoir ), aliran air sungai dibendung dengan bendungan besar agar terjadi penimbunan air sehingga terjadi kolam tando. Selanjutnya air dari kolam tando dialirkan ke bangunan air PLTA seperti gambar 2.2b. Dengan adanya penimbunan air terlebih dahulu dalam kolam tando, maka pada musim hujan dimana debit air sungai besarnya melebihi kapasitas penyaluran air bangunan air PLTA, air dapat ditampung dalam kolam tando. Pada musim kemarau dimana debit air sungai lebih kecil daripada kapasitas penyaluran air bangunan air PLTA, selisih kekurangan air ini dapat diatasi dengan
II - 3
mengambil timbunan air yang ada dalam kolam tando. Inilah keuntungan penggunaan kolam tando pada PLTA. Hal ini tidak dapat dilakukan pada PLTA run off river
Gambar 2.2b. Potongan memanjang pipa pesat PLTA Sutami (PLTA dengan kolam tando) Pada PLTA run off river , daya yang dapat dibangkitkan tergantung pada debit air sungai. Biaya pembangunan PLTA run off river lebih murah daripada PLTA kolam tando, karena PLTA kolam tando memerlukan bendungan yang besar dan juga memerlukan daerah genangan yang luas. Jika ada sungai yang keluar dari sebuah danau, maka dapat dibangun PLTA dengan menggunakan danau tersebut sebagai kolam tando. Contoh mengenai hal ini adalah PLTA Asahan yang menggunakan Danau Toba sebagai kolam tando, karena Sungai Asahan mengalir dari danau Toba. Bangunan air PLTA yang mengalirkan air dari dam pada PLTA run off river dan dari kolam tando pada PLTA yang menggunakan bendungan sampai ke turbin digambarkan oleh gambar 2.3. Secara garis besar bangunan air ini terdiri dari saluran air yang terbuka atau tertutup (terowongan) sampai pada tabung peredam. Sebelum tabung peredam terdapat katup pengaman dan setelah tabung peredam terdapat saluran air berupa pipa pesat yang harus tahan goncangan tekanan air. Tabung peredam dalam bahasa Inggris disebut
surge tank dan
berfungsi meredam goncangan tekanan air yang terjadi dalam pipa pesat. Pada ujung bawah pipa pesat terdapat katup utama turbin. Dari katup utama turbin, air menuju ke katup pengatur turbin, lalu air menuju bawah pipa pesat terdapat katup utama
II - 4
turbin. Dari katup utama turbin, air menuju ke katup pengatur turbin, lalu air mengenai roda air turbin yang mengubah tenaga potensial air menjadi tenaga mekanik roda ai r turbin. Gambar 2.3a sampai dengan 2.3f adalah foto-foto dari berbagai bangunan PLTA.
Gambar 2.3a. Bendungan PLTA Mrica di Jawa Tengah dengan kapasitas 3 x 60,3 MW
Gambar 2.3b. Bendungan Waduk PLTA Saguling 4 x 175 MW, dimana tampak Rock Fill Dam (sisi kiri) dan Pelimpasan (bagian tengah) serta Pintu Air untuk pengamanan Dam.
II - 5
Gambar 2.3c Intake PLTA Saguling Jawa Barat(4 x 175 MW)
Gambar 2.3d Pipa pesat dan gedung PLTA Saguling Jawa Barat (4x 175 MW)
Gambar 2.3e Ruang turbin PLTA Cirata Jawa Barat ( 6 x 151 MW )
Gambar 2.3f Pipa pesat PLTA Lamajan Jawa Barat (3x 6,5 MW) II - 6
2.3
Macam-macam Turbin Air
Ditinjau dari teknik mengkonversikan tenaga potensial air menjadi tenaga mekanik pada roda air turbin, ada tiga macam turbin air (lihat Gambar 2.3g, 2.3h, 2.3i, 2.3j dan 2.3k ). a. Turbin Kaplan Turbin Kaplan digunakan untuk tinggi terjun yang rendah, yaitu di bawah 20 meter. Teknik mengkonversikan tenaga potensial air menjadi tenaga mekanik roda air turbin dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air. Roda air turbin Kaplan mnyerupai baling-baling kipas angin (perhatikan Gambar 2.3g.) b. Turbin Francis Turbin Francis paling banyak digunakan di Indonesia. Turbin ini digunakan untuk tinggi terjun sedang , yaitu antara 20 – 400 meter. Teknik mengkonversikan tenaga potensial air menjadi tenaga mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses reaksi sehingga turbin Francis juga di sebut sebagai turbin Reaksi. c. Turbin Pelton Turbin Pelton adalah turbin untuk tinggi terjun yang tingggi, yaitu di atas 300 meter. Teknik mengkonversikan tenaga potensial air menjadi tenaga mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses impuls sehingga menjadi tenaga mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses impuls sehingga turbin pelton juga disebut sebagai turbin impuls.
Gambar 2.3g Turbin Kaplan buatan Toshiba (Kaplan runner (kiri)) dan turbin Kaplan tipe vertical (kanan)
II - 7
(a)
(b)
(c) Gambar 2.3h. Turbin Francis buatan Thosiba (a. Francis Runner, b. turbin Francis tipe horizontal, c. turbin Francis tipe vertical)
Gambar 2.3i. Turbin Francis dan generator 3600 kW II - 8
Gambar 2.3j. Turbin Francis dan generator 4190 kW
Untuk semua macam turbin air tersebut di atas, ada katup pengatur yang mengatur banyaknya air yang akan dialirkan ke roda air. Dengan pengaturan air ini daya turbin dapat diatur. Di depan katup pengatur terdapat katup utama yang harus ditutup apabila turbin air diberhentikan untuk melaksanakan pekerjaan pemeliharaan atau perbaikan pada turbin. Apabila terjadi gangguan listrik yang mengakibatkan PMT generator trip, maka untuk mencegah turbin berputar terlalu cepat karena hilangnya beban generator yang diputar oleh turbin, katup pengatur air yang menuju ke turbin harus ditutup. Penutupan katup pengatur air ini akan menimbulkan gelombang air membalik yang dalam bahasa Inggris disebut water hammer (palu air). Water hammer ini menimbulkan pukulan mekanis kepada pipa pesat kearah atas (hulu) yang akhirnya diredam dalam tabung peredam ( surge tank ). Kecepatan spesifik ( specific speed ) turbin air didefinisikan sebagai jumlah putaran per menit (ppm) (rotation per minute [rpm]) dari turbin untuk menghasikan satu daya kuda pada tinggi terjun H = 1 meter. Dari percobaan didapat:
(2.2) keterangan: Ns = kecepatan spesifik [ppm atau rpm] N = putaran per menit pada keadaan katup terbuka penuh [ppm atau rpm] H = tinggi terjun [ feet ] P = daya keluar rotor [ Horse Power biasa disingkat HP] Rumus 2.2 di atas merupakan rumus empiris. II - 9
(a)
(b)
(c) Gambar 2.3k. Turbin Pelton buatan Toshiba (a) Pel ton runner (b) turbin Pelton tipe horizontal dan ( c ) turbin Pelton tipe vertikal Saluran air dari dam atau kolam tando sampai pada tabung peredam, panjangnya dapat mencapai beberapa kilometer.Apabila saluran ini tidak rata, jalannya naik turun, maka di bagian-bagian cekungan yang rendah, harus ada katup untuk membuang endapan pasir atau lumpur yang terjadi di cekungan rendah tersebut. Di sisi lain, yaitu di bagian-bagian lenggkungan yang tinggi juga harus ada katup, tetapi dalam hal ini untuk membuang udara yang terperangkap dalam lengkungan yang tinggi ini. Secara periodik, katup-katup tersebut di atas harus dibuka untuk membuang endapan yang terjadi maupun untuk membuang udara yang terperangkap.
II - 10
2.4
Operasi dan Pemeliharaan Ada kalanya PLTA yang mempunyai kolam tando besa r mempunyai fungsi serbaguna,
yaitu selain berfungsi sebagai pembangkit tenaga listrik PLTA juga berfungsi untuk menyediakan air irigasi, pengendalian banjir, perikanan, pariwisata, dan penyedia air bagi lalulintas pelayaran sungai. Pada PLTA serbaguna, pembangkitan tenaga listriknya perlu dikoordinasikan dengan keperluan irigasi dan musim tanam padi yang membutuhkan banyak air. Dari segi pengendalian banjir, PLTA serbaguna harus dapat diatur air keluarnya sehingga pada saat banyak hujan tidak timbul banjir di sisi hilir. Contoh PLTA serba guna adalah PLTA Jatiluhur di Jawa Barat. Ditinjau dari specific speed , turbin Kaplan mempunyai specific speed terbesar, kemudian disusul oleh turbin Francis dan Pelton. Oleh karena itu untuk terjun yang tinggi, misalnya 400 meter, digunakan turbin Pelton agar jumlah putaran permenit yang didapat dari turbin tidak terlalu tinggi sehingga tidak timbul persoalan mekanis. Dari penjelasan di atas, tampak bahwa pelestarian hutan di daerah aliran sungai (DAS), terutama di sisi hulu PLTA sangat penting bagi kelangsungan hidup PLTA. Apabila hutannya rusak, maka kemampuan tanah di DAS untuk menyimpan air akan turun sehingga timbul banjir di waktu musim hujan dan di musim kemarau timbul kekeringan. Selain itu timbul erosi tanah sewaktu hujan yang akan mengendap dalam kolam tando sehingga terjadi pendangkalan kolam tando, lihat Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Hutan beserta lapisan humus di DAS
Dibandingkan dengan pusat listrik lainnya dengan daya yang sama, biaya operasi PLTA paling rendah, tetapi biaya pembangunannya yang paling mahal. Salah satu fa ktor yang menyebabkan biaya pembangunan PLTA menjadi mahal, yaitu karena umumnya terletak di daerah pegunungan, jauh dari pusat konsumsi tenaga listrik (kota) sehingga memerlukan
II - 11
saluran transmisi yang panjang dan daerah genangan air yang luas di mana kedua hal tersebut memerlukan biaya pembangunan yang tidak sedikit. Di dalam sistem interkoneksi dimana terdapat PLTA yang diinterkoneksikan dengan pusat-pusat listrik termis yang menggunakan bahan bakar, adakalanya dibangun PLTA pompa yang dapat memompa air ke atas. Hal ini baru ekonomis apabila biaya pembangkitan dalam sistem interkoneksi bersangkutan mempunyai variasi yang besar. Pemompaan air dilakukan sewaktu biaya pembangkitan rendah. Kemudian air hasil pemompaan ini digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik sewaktu biaya pembangkitan sistem interkoneksi mahal sehingga pembangkitan tenaga listrik dengan biaya mahal bisa dikurangi jumlahnya. Keuntungan teknik operasional PLTA adalah: a) mudah (cepat) distart dan distop, b) bebannya mudah di diubah-ubah, c) angka gangguannya rendah, d) pemeliharaannya mudah, dan e) umumnya dapat distart tanpa daya dari luar ( black start ). Masalah utama yang timbul pada operasi PLTA adalah timbulnya kavitasi pada turbin air. Kavitasi adalah peristiwa terjadinya “letusan” kecil dari gelembung uap air yang sebelumnya terbentuk di daerah aliran yang tekanannya lebih rendah daripada tekanan uap air di tempat tersebut, kemudian gelembung ini akan menciut secara cepat (“meletus”) ketika uap air ini melewati daerah aliran yang tekanannya lebih besar daripada tekanan uap air tersebut, karena jumlahnya sangat banyak sekali (ribuan perdetik) dan letusan itu sangat cepat maka permukaan turbin yang dikenai oleh letusan ini akan terangkat sehingga terjadi burik yang menyebabkan bagian-bagian turbin air (setelah waktu tertentu, kira-kira 40.000 jam) menjadi keropos dan perlu diganti. Kavitasi terjadi di bagian-bagian turbin yang mengalami perubahan tekanan air secara mendadak, misalnya pada pipa pembuangan air turbin. Kavitasi menjadi lebih besar apabila beban turbin makin kecil. Oleh karena itu, ada pembatasan beban minimum turbin air (kira-kira 25 %). Bagian terbesar dari biaya pemeliharaan PLTA adalah biaya perbaikan atau penggantian bagian-bagian turbin air yang menjadi keropos akibat kavitasi. Di Indonesia tanaman enceng gondok sering menimbulkan penyumbatan saringan air dan menaikkan penguapan dari kolam tando sehingga merupakan salah satu masalah operasi PLTA. PLTA kecil dengan daya terpasang di bawah 100 kW, biasanya disebut Pusat Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTM). PLTM banyak dibangun, teruama di pedesaan. PLTM secara ekonomis bisa menguntungkan apabila didapat tempat ( site) air terjun yang baik, dalam arti bangunan sipilnya bisa sederhana dan murah, kemudian bagian elektromekaniknya dibuat II - 12
otomatis sehingga biaya personilnya murah. Di daerah yang ada jaringan perusahaan listrik, PLTM bisa di paralel dengan jaringan listrik yang ada. Pada pemanfaatan tinggi terjun yang rendah, untuk PLTM dapat digunakan turbin Kaplan dengan Generator yang direndam dalam aliran untuk mnyederhanakan bangunan sipil yang disebut bulb type unit . Karena PLTM sebaiknya tidak dijaga, maka untuk memudahkan proses sinkronisasi pada operasi paralel dengan sistem interkoneksi dapat digunakan Generator Asinkron. Ada juga PLTA yang menggunakan tenaga air dari pasang surutnya air laut, misalnya di Prancis. Efisiensi turbin bersama generator unit PLTA dapat mencapai nilai sekitar 95 %. Efisiensi keseluruhan dari PLTA dan instalasi listriknya, termasuk tenaga untuk pemakaian sendiri, angkanya berkisar antara 85 – 92 %. Lancarnya aliran air dalam instalasi air PLTA sangat mempengaruhi efisiensi PLTA. Oleh karena itu, harus diusahakan aliran bersifat laminar (jangan ada turbulensi). Untuk itu harus dihindari ti kungan yang tajam dalam instalasi air PLTA. Contoh Soal
1. Sebuah PLTA mempunyai debit air penggerak turbin sebesar 14 m 3/detik dengan tinggi terjun 125 m. Apabila efisiensi turbin bersama generator = 0,95 hitunglah besarnya daya yang dibangkitkan generator tersebut ! Jawaban : Daya yang dibangkitkan generator: P= k.
. H .q .
= 9,8 x 0,95 x 125 x 14 = 16.292,5 kW 2. Apabila pada contoh soal No. 1, PLTA berbeban penuh selama 24 jam sehari. a.
Berapa banyak jumlah produksi kWh-nya ?
b.
Berapa banyak pemakaian airnya ?
c.
Berapa besar pemakaian air yang diperlukan untuk memproduksi 1 MWh.
Jawaban: a.
Produksi kWh dalam satu hari (24 jam) = 16.292,5 kW x 24 jam = 391.020 kWh.
b.
Pemakaian air dalam satu hari = 14 x 3600 x 24 = 1.209.600 m 3
c.
Dalam 24 jam : Produksi = 391.020 kWh II - 13
Pemakaian air = 1.209.600 m
3
Untuk memproduksi tenaga sebesar 1 kWh diperlukan air sebanyak = = 3,093447905 m 3 Untuk memproduksi 1 MWh diperlukan air sebanyak 3.093,447905 m 3
3. PLTA dalam contoh soal no. 1 direncanakan mempunyai kolam tando tahunan. Debit air sungai penggerak PLTA berdasarkan pengamatan statistik diperkirakan rata-rata sebagai berikut: Bulan
Jan
Feb Mar Apr
Mei Jun Jul
Ags Sep Okt Nop Des
Debit (m /det)
23
22
13
6
20
16
10
8
5
10
14
20
Bila kolam tando yang dibangun harus bisa menampung seluruh air sungai kelebihan PLTA. a. Hitunglah berapa besarnya volume kolam tando ini dengan catatan bahwa banyaknya air kolam yang menguap adalah sebanyak 5 %. b. Dengan adanya kolam tando tersebut pada butir a. berapa lama PLTA ini bisa berbeban penuh dalam satu tahun. c. Dengan adanya kolam tando tersebut pada butir a. berapa besar jumlah produksi yang bisa dicapai dalam satu tahun. Jawaban: a. Instalasi PLTA hanya bisa mengalirkan maksimum 14 m 3/det. Jika debit air besarnya di atas
14 m3/det maka kelebihan ini harus bisa ditampung di kolam tando ini.
Pengisian kolam tando akan berlangsung sebagai berikut, lihat Gambar 2.5 Januari
: (23-14) x 31 x 24 x 3600
=
+24.105.600
m
Februari
: (22-14) x 28 x 24 x 3600
=
+19.353.600
m (28 hari)
Maret
: (20-14) x 31 x 24 x 3600
=
+16.070.400
m
April
: (16-14) x 30 x 24 x 3600
=
+ 5.184.000
m
Mei
: (13-14) x 31 x 24 x 3600
=
− 2.678.400
m
Juni
: (10-14) x 30 x 24 x 3600
=
− 10.368.000
m
Juli
: (8-14) x 31 x 24 x 3600
=
− 16.070.400
m
Agustus
: (6-14) x 31 x 24 x 3600
=
− 21.427.200
m
September : (5-14) x 30 x 24 x 3600
=
− 23.328.000
m
II - 14
Oktober
: (10-14) x 31 x 24 x 3600
=
− 10.713.600
m
Nopember
: (14-14) x 30 x 24 x 3600
=
0
m
Desember
: (20-14) x 31 x 24 x 3600
=
+16.070.400
m
Pada perhitungan di atas , tanda (+)
berarti pengisian kolam tando dan tanda (-) berati
pengambilan air dari kolam, kedua-duanya untuk keadaan PLTA berbeban penuh dengan debit air 14 m 3/det. Volume kolam tando harus cukup menampung air selama proses pengisian dikurangi 5% karena penguapan. Dari uraian di atas tampak bahwa proses pengisian berlangsung dari bulan Januari sampai dengan April ditambah pada bulan Desember. Setelah dikurangi 5% karena penguapan maka didapat angka 76.744.800 m 3 ini adalah volume kolam tando yang diperlukan.
Gambar 2.5 Grafik debit air rata-rata setiap bulan b. Selama bulan Januari sampai dengan Maret dan selama bulan Desember PLTA ini bisa beroperasi penuh, tanpa mengambil air dari kolam tando. Untuk bulan-bulan yang lain untuk bisa berbeban penuh diperlukan suplisi air dari kolam tando sebanyak: Mei
: (14-13) x 31 x 24 x 3600
=
2.678.400
m
Juni
: (14-10) x 30 x 24 x 3600
=
10.368.000
m
Juli
:
(14-8) x 31 x 24 x 3600
=
16.070.400
m
Agustus
: (14-6) x 31 x 24 x 3600
=
21.427.200
m
II - 15
September : (14-5) x 30 x 24 x 3600
=
23.328.000 73.872.000
m m
Dengan membebani PLTA secara penuh yang memerlukan air sebanyak 14 m 3/det, dari Januari sampai akhir September, maka air dari kolam tando telah terpakai sebanyak 73.872.000 m 3, sedangkan isi kolam tando = 76.744.800 m 3 sehingga air dari kolam tando masih tersisa = 76.744.800 m 3 – 73.872.000 m 3 = 2.872.800 m 3. Jika pembebanan penuh ini diteruskan dalam bulan Oktober, maka dalam bulan 3
Oktober diperlukan suplisi air dari kolam tando sebanyak 14 – 10 = 4 m /det, sehingga sisa air kolam tando akan habis terpakai setelah: 2.872.800 m 3 = 718.200 detik = 8,31 hari. Ini berarti setelah beroperasi dengan beban penuh dari Januari sampai dengan September dan kemudian dalam bulan Oktober setelah 8,31 hari pertama hanya tersedia air sungai penggerak PLTA sebanyak 10 m 3/det yang hanya dapat membangkitkan daya sebesar : PH = k .
. H .q = 9,8 x 0,95 x 125 x 10 = 11.637,5 kW 3
Dalam bulan November karena debit air rata-rata sungai menjadi 14 m /det kembali, yaitu dengan tibanya musim hujan, maka PLTA dapat kembali berbeban penuh 16.292,5 kW (lihat contoh soal no. 1). Begitu pula dalam bulan Desember karena debit 3
3
air sungai rata-rata menjadi 20 m /det > 14 m /det, maka PLTA bisa berbeban penuh sebesar 16.292,5 kW. Jadi hanya dalam bulan Oktober PLTA ini tidak bisa berbeban penuh selama 31 – 8,31 = 22,69 hari. Dalam satu tahun (365 hari) PLTA ini bisa berbeban penuh selama 365 – 22,69 = 342, 31 hari.
c. Produksi energi yang bisa dihasilkan PLTA dalam satu tahun : = (342,31 x 24 x 16.292,5 + 22,69 x 24 x 11.637,5) kWh. = 133.850.056 + 6.337.317 kWh = 140.187.373 kWh. Dari uraian dalam contoh soal no. 3 tersebut di atas bisa disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Daya keluar dari PLTA tergantung pada tinggi terjun air H, efisiensi
dan
kemampuan instalasi PLTA mengalirkan air yang menghasilkan debit air q. Nilai efisiensi dari PLTA sesungguhnya berubah dengan besarnya beban, nilai
maksimum
tercapai pada beban sekitar 80%. Nilai H dan juga nilai q dipengaruhi oleh desain dari II - 16
instalasi air PLTA. Tikungan yang tajam harus sedapat mungkin dihindarkan, karena tikungan yang tajam pada saluran air akan menimbulkan turbulensi yang akan menurunkan nilai H dan juga nilai q. 2. Energi yang dihasilkan PLTA tergantung dari jumlah air yang tersedia, jadi tergantung pada jumlah curah hujan dan kemampuan kolam tando menampung air waktu musim hujan. Karakteristik musim hujan seiap tahun adalah berbeda, ada tahun basah dan ada tahun kering. Karakteristik tahun basah atau tahun kering ini berulang setiap 8 – 10 tahun. Gambar 2.5 menggambarkan keadaan suatu tahun tertentu. Apabila jumlah curah hujan lebih besar daripada yang digambarkan oleh Gambar 2.5 ada kemungkinan kolam tando tidak bisa menampung air masuk sehingga terjadi pelimpasan (pembuangan) air. Sebaliknya apabila curah hujan yang terjadi lebih sedikit daripada yang digambarkan oleh Gambar 2.5, tahunnya lebih kering, maka periode dimana PLTA tidak bisa berbeban penuh karena kekurangan air akan berlangsung lebih lama daripada 22,69 hari seperti yang digambarkan oleh Gambar 2.6. 3. Untuk dapat memanfaatkan air yang masuk ke kolam tando dengan sebaik-baiknya, sedapat mungkin tidak ada air yang terbuang tetapi juga aman bagi bangunan sipil kolam tando, perlu ada suatu pola pengendalian kolam tando seperti digambarkan oleh Gambar 2.6 MW
8,31 h 22,69 h
20
h = hari
16.292 MW 15
11.637,5 MW 10
5
0
September
Oktober
Nopember
Desember Waktu (Bulan)
Gambar 2.6 Pembebanan PLTA di mana beban diusahakan maksimal tetapi disesuaikan dengan tersedianya air.
II - 17
Gambar 2.7 Duga muka air (DMA) kolam/waduk yang diinginkan (dipolakan)
Tinggi muka air atau duga muka air (DMA) dalam kolam (waduk) diukur dengan skala meter. Pola pengendalian isi kolam ditunjukkan dengan DMA yang diinginkan seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.7 menggambarkan periode pengisian yang dimulai pada akhir November yaitu perkiraan mulainya musim hujan.
Rangkuman
Daya yang dibangkitkan generator yang diputar oleh turbin air adalah P = k . . H .q [kW] . Ditinjau dari caranya membendung air, PLTA dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu: a. PLTA run off river dan b. PLTA dengan kolam tando ( reservoir ). Ditinjau dari teknik mengkonversikan tenaga potensial air menjadi tenaga mekanik pada roda air turbin, ada tiga macam turbin air , yaitu Turbin: a. Kaplan; b. Francis; dan c. Pelton. Pelestarian hutan di daerah aliran sungai (DAS), terutama di sisi hulu PLTA sangat penting bagi kelangsungan hidup PLTA. Apabila hutannya rusak, maka kemampuan tanah di DAS untuk menyimpan air akan turun sehingga timbul banjir di waktu musim hujan dan di musim kemarau timbul kekeringan. Selain itu timbul erosi tanah sewaktu hujan yang akan mengendap dalam kolam tando sehingga terjadi pendangkalan kolam tando. Dibandingkan dengan pusat listrik lainnya dengan daya yang sama, biaya operasi PLTA paling rendah, tetapi biaya pembangunannya yang paling mahal. Salah satu faktor yang menyebabkan biaya pembangunan PLTA menjadi mahal, yaitu karena umumnya terletak di daerah pegunungan, jauh dari pusat konsumsi tenaga listrik (kota) sehingga memerlukan saluran transmisi yang panjang dan daerah genangan air yang luas dimana kedua hal tersebut memerlukan biaya pembangunan yang tidak sedikit. II - 18
Keuntungan teknik operasional PLTA adalah: a) mudah (cepat) distart dan distop, b) bebannya mudah di diubah-ubah, c) angka gangguannya rendah, d) pemeliharaannya mudah, dan e) umumnya dapat distart tanpa daya dari luar (black start ). Bagian terbesar dari biaya pemeliharaan PLTA adalah biaya perbaikan atau penggantian bagian-bagian turbin air yang menjadi keropos akibat kavitasi.
Soal-soal Latihan
1. Jelaskan proses konversi tenaga menjadi tenaga listrik pada PLTA ! 2. Sebutkan beberapa macam bendungan pada PLTA ! 3. Sebutkan tiga macam turbin air dan lengkapi dengan spesifikasi penggunaannya. 4. Sebuah PLTA mempunyai debit air penggerak turbin sebesar 15 m3/detik dengan tinggi terjun 250 m. Apabila efisiensi turbin= 0,9 dan efisiensi generator = 0,95 hitunglah besarnya daya yang dibangkitkan generator tersebut. 5. Apabila pada soal no. 4, PLTA berbeban penuh selama 24 jam sehari. a. Berapa banyak jumlah produksi kWh-nya ? b. Berapa banyak pemakaian airnya ? c. Berapa besar pemakaian air yang diperlukan untuk memproduksi 1 MWh. 6. Sebuah PLTA mempunyai tinggi terjun 240 meter dan instalasinya maksimum bisa melewatkan air sebanyak 40 m 3/detik. PLTA ini mempunyai kolam tando tahunan. Debet air sungai penggerak PLTA ini dalam satu tahun (365 hari) adalah sebagai berikut: Selama 245 hari rata-rata = 60 m3/detik 3
Selama 120 hari rata-rata = 10 m /detik Efisiensi rata-rata PLTA ini = 90 % Ditanya (jika penguapan air kolam tando diabaikan): a. Berapa besar daya yang bisa dibangkitkan PLTA ? b. Berapa banyak air yang dibutuhkan untuk menghasilkan 1 kWh ?. c. Berapa besar volume kolam tando yang diperlukan dengan pengertian bahwa PLTA selalu siap operasi penuh sepanjang tahun ? d. Berapa besar produksi kWh yang bisa dicapai PLTA ini dalam 1 tahun? e. Apabila PLTA dioperasikan secara penuh, maka bisa beroperasi berapa hari dalam 1 tahun ? II - 19
