BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat,
karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air ( Hydropower ) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian penggergajian kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan. dikembangkan.
Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber sumber air
bergantung pada besarnya head dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. Untuk wilayah Indonesia, energi yang punya prospek bagus adalah energi arus laut. Hal ini dikarenakan Indonesia mempunyai banyak pulau dan selat sehingga arus laut akibat interaksi BumiBulan-Matahari mengalami percepatan saat melewati selat-selat tersebut. Selain itu, Indonesia adalah tempat pertemuan arus laut yang diakibatkan oleh konstanta pasang surut M2 yang dominan di Samudra Hindia dengan periode sekitar 12 jam dan konstanta pasang surut K1 yang dominan di Samudra Pasifik dengan periode lebih kurang 24 jam. M2 adalah konstanta pasang surut akibat gerak Bulan mengelilingi Bumi, sedangkan K1 adalah konstanta pasang surut yang diakibatkan oleh kecondongan kecondongan orbit Bulan saat mengelilingi Bumi.
1
Interaksi Bumi-Bulan diperkirakan menghasilkan daya energi arus pasang surut setiap harinya sebesar 3.17 TW, lebih besar sedikit dari kapasitas pembangkit listrik yang terpasang di seluruh dunia pada tahun 1995 sebesar 2.92 TW (Kantha & Clayson, 2000). Namun, untuk wilayah Indonesia potensi daya energi arus laut tersebut belum dapat diprediksi kapasitasnya. Keuntungan penggunaan penggunaan energi arus laut adalah selain ramah lingkungan, energi ini juga mempunyai intensitas energi kinetik yang besar dibandingkan dengan energi terbarukan yang lain. Hal ini disebabkan densitas air laut 830 kali lipat densitas udara sehingga dengan kapasitas kapasitas yang sama, turbin arus laut akan jauh lebih kecil dibandingkan dengan turbin angin. Keuntungan lainnya adalah tidak perlu perancangan perancangan struktur yang kekuatannya berlebihan seperti turbin angin yang dirancang dengan memperhitungkan memperhitungkan adanya angin topan karena kondisi fisik pada kedalaman tertentu cenderung tenang dan dapat diperkirakan. Kekurangan dari energi arus laut adalah output-nya mengikuti grafik sinusoidal sesuai dengan respons pasang surut akibat gerakan interaksi Bumi-Bulan-Matahari. Pada saat pasang purnama, purnama, kecepatan arus akan deras sekali, sekali, saat pasang perbani, kecepatan kecepatan arus akan berkurang kira-kira setengah dari pasang purnama. Kekurangan lainnya adalah biaya instalasi dan pemeliharaannya pemeliharaannya yang cukup besar. Kendati begitu bila turbin arus laut dirancang dengan kondisi pasang perbani, yakni saat di mana kecepatan arus paling kecil, dan dirancang untuk bekerja secara terus-menerus tanpa reparasi selama lima tahun, maka kekurangan ini dapat diminimalkan dan keuntungan ekonomisnya ekonomisnya sangat besar. Hal yang terakhir ini merupakan tantangan teknis tersendiri untuk para insinyur dalam desain sistem turbin, sistem roda gigi, dan sistem generator yang dapat bekerja secara terus-menerus selama lebih kurang lima tahun.
2
Interaksi Bumi-Bulan diperkirakan menghasilkan daya energi arus pasang surut setiap harinya sebesar 3.17 TW, lebih besar sedikit dari kapasitas pembangkit listrik yang terpasang di seluruh dunia pada tahun 1995 sebesar 2.92 TW (Kantha & Clayson, 2000). Namun, untuk wilayah Indonesia potensi daya energi arus laut tersebut belum dapat diprediksi kapasitasnya. Keuntungan penggunaan penggunaan energi arus laut adalah selain ramah lingkungan, energi ini juga mempunyai intensitas energi kinetik yang besar dibandingkan dengan energi terbarukan yang lain. Hal ini disebabkan densitas air laut 830 kali lipat densitas udara sehingga dengan kapasitas kapasitas yang sama, turbin arus laut akan jauh lebih kecil dibandingkan dengan turbin angin. Keuntungan lainnya adalah tidak perlu perancangan perancangan struktur yang kekuatannya berlebihan seperti turbin angin yang dirancang dengan memperhitungkan memperhitungkan adanya angin topan karena kondisi fisik pada kedalaman tertentu cenderung tenang dan dapat diperkirakan. Kekurangan dari energi arus laut adalah output-nya mengikuti grafik sinusoidal sesuai dengan respons pasang surut akibat gerakan interaksi Bumi-Bulan-Matahari. Pada saat pasang purnama, purnama, kecepatan arus akan deras sekali, sekali, saat pasang perbani, kecepatan kecepatan arus akan berkurang kira-kira setengah dari pasang purnama. Kekurangan lainnya adalah biaya instalasi dan pemeliharaannya pemeliharaannya yang cukup besar. Kendati begitu bila turbin arus laut dirancang dengan kondisi pasang perbani, yakni saat di mana kecepatan arus paling kecil, dan dirancang untuk bekerja secara terus-menerus tanpa reparasi selama lima tahun, maka kekurangan ini dapat diminimalkan dan keuntungan ekonomisnya ekonomisnya sangat besar. Hal yang terakhir ini merupakan tantangan teknis tersendiri untuk para insinyur dalam desain sistem turbin, sistem roda gigi, dan sistem generator yang dapat bekerja secara terus-menerus selama lebih kurang lima tahun.
2
1.2
1.3
Rumusan Masalah
1.
Pengertian dari energi air?
2.
Apa saja pembangkit dari energi air?
3.
Kandungan apa saja yang terdapat pada energi air?
4.
Pengertian dari macam-macam kandungan energi air?
5.
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)?
6.
Jenis-jenis PLTA?
7.
Apa manfaat dari PLTA?
8.
Bagaimana Prinsip kerja PLTA?
9.
Penjelasan Pembangkit Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut?
10.
Pengertian dari macam-macam Turbin dan kincir?
Tujuan
Tujuan dari makalah ini diharapkan : 1.
Dapat mengetahui pengertian dari energi air
2.
Dapat mengetahui pembangkit apa saja yang bisa di manfaatkan
3.
Dapat mengetahui kandungan kandungan di dalam energi air
4.
Dapat mengetahui pengertian dari bagian-bagian energi air
5.
Dapat mengetahui Pengertian PLTA
6.
Dapat mengetahui jenis-jenis PLTA
7.
Dapat mengetahui manfaat dari PLTA
8.
Dapat mengetahui Prinsip kerja dari PLTA
9.
Dapat mengetahui Pembangkit Pembangkit listrik tenaga arus laut
10.
Dapat mengetahui pengertian dari turbin dan kincir pembangkit tenaga air
1.4
Manfaat
Manfaat yang kita dapat dari makalah ini yaitu, diharapkan mahasiswa mengerti tentang energi yang dihasilkan oleh air sehingga bisa menciptakan energi yang terbaharukan.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Energi Air yang Berasal dari Lautan
Lautan yang meliputi dua per tiga permukaan bumi, menerima energi panas yang berasal dari penyinaran matahari. Lautan befungsi sebagai suatu penampungan yang cukup besar dari energi surya yang mencapai bumi. Kirakira seperempat dari daya surya sebesar 1,7 x 10 17 watt yang mencapai atmosfer diserap oleh lautan. Selain itu, air laut juga menerima energi panas yang berasal dari panas bumi, yaitu magma yang berasal dari bawah laut. Pemanasan dari permukaan air di daerah tropikal mengakibatkan permukaaan air laut memiliki suhu kira-kira 27 - 30 oC. Bilamana air permukaan yang hangat ini dipakai dalam kombinasi dengan air yang lebih dingin (5 - 7 oC) pada kedalaman 500 - 600 meter, maka suatu sumber energi panas yang relatif besar akan tersedia. Menurut rancangan-rancangan terkini energi listrik akan dapat dibangkitkan dalam pusat-pusat listrik tenaga panas laut (PLT-PL) dengan menggunakan siklus Rankine rangkaian tertutup maupun terbuka. Selisih suhu sebesar 20oC akan tersedia selama 24 jam sehari dan sepanjang tahun. Hal ini jauh lebih menguntungkan dibanding dengan pemanfaatan sinar matahari di daratan, yang tersedia hanya siang hari, itupun bilamana udara tidak mendung atau cuaca tidak hujan. Bilamana selisih 20 oC itu dimanfaatkan dengan suatu efisiensi efektif sebesar misalnya 1,2%, maka suatu arus air sebesar 5 meter kubik per detik akan dapat menghasilkan daya elektrik bersih dengan daya sebesar kira-kira 1 MW. Dapat dibayangkan bahwa ukuran- ukuran yang besar sekali diperlukan untuk dapat membantu suatu PLT-PL yang besar. Sebab sejumlah arus air yang meliputi 500 meter kubik per detik yang akan diperlukan untuk dapat membuat suatu PLT-PL yang besar, misalnya 100 MW.
4
BAB III PEMBAHASAN
3.1
Macam-macam Energi Air
Energi air dapat dibagi menjadi tiga macam : 1. Energi Ombak (wave energy) 2. Energi Pasang Surut (tidal energy) 3. Energi Panas Laut ( ocean thermal energy) Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi itu adalah memakai enrgi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakan generator untuk menghasilkan listrik. 3.1.1 Energi Ombak (wave energy) Ombak dihasilkan oleh angin yang bertiup di permukaan laut. Sesungguhnya ombak merupakan sumber energi yang cukup besar, namun, untuk memanfaatkan energi yang terkandungnya tidaklah mudah; terlebih lagi mengubahnya menjadi listrik dalam jumlah yang memadai. Inilah sebabnya jumlah pembangkit listrik tenaga ombak yang ada di dunia sangat sedikit. Salah satu metode yang efektif untuk memanfaatkan energi ombak adalah dengan membalik cara kerja alat pembuat ombak yang biasa terdapat di kolam renang. Pada kolam renang dengan ombak buatan, udara ditiupkan keluar masuk sebuah ruang di tepi kolam yang mendorong air sehingga bergoyang naik turun menjadi ombak.
Gambar 1. Skema Oscillating Water Column
5
Pada sebuah pembangkit listrik bertenaga ombak (PLTO), aliran masuk dan keluarnya ombak ke dalam ruangan khusus menyebabkan terdorongnya udara keluar dan masuk melalui sebuah saluran di atas ruang tersebut (Lihat gambar 1) . Jika di ujung saluran diletakkan sebuah turbin, maka aliran udara yang keluar masuk tersebut akan memutar turbin yang menggerakkan generator. Masalah dengan desain ini ialah aliran keluar masuk udara dapat menimbulkan kebisingan, akan tetapi, karena aliran ombak pun sudah cukup bising umumnya ini tidak menjadi masalah besar. Setelah selesai dibangun, energi ombak dapat diperoleh secara gratis, tidak butuh bahan bakar, dan tidak pula menghasilkan limbah ataupun polusi. Namun tantangannya adalah bagaimana membangun alat yang mampu bertahan dalam kondisi cuaca buruk di laut yang terkadang sangat ganas, tetapi pada saat bersamaan mampu menghasilkan listrik dalam jumlah yang memadai dari ombak-ombak kecil (jika hanya dapat menghasilkan listrik ketika terjadi badai besar maka suplai listriknya kurang dapat diandalkan). Beberapa perusahaan yang mengembangkan PLTO versi komersial sesuai dengan metode yang dijelaskan di atas antara lain: Wavegen dari Inggris, dengan prototipnya yang bernama LIMPET dengan kapasitas 500 kW di pantai barat Skotlandia, dan Energetech dari Australia yang sedang mengusahakan proposal proyek PLTO
berkapasitas 2 MW di Rhode Island. Selain metode yang telah dijelaskan, beberapa perusahaan & institusi lainnya mengembangkan metode yang berbeda untuk memanfaatkan ombak sebagai penghasil energi listrik:
Ocean Power Delivery; perusahaan ini mendesain tabung-tabung yang
sekilas terlihat seperti ular mengambang di permukaan laut (dengan sebutan Pelamis) sebagai penghasil listrik. Setiap tabung memiliki panjang sekitar 122 meter dan terbagi menjadi empat segmen. Setiap ombak yang melalui alat ini akan menyebabkan tabung silinder tersebut bergerak secara vertikal maupun lateral. Gerakan yang ditimbulkan akan mendorong piston diantara tiap sambungan segmen yang selanjutnya memompa cairan hidraulik bertekanan melalui sebuah motor untuk menggerakkan generator 6
listrik. Supaya tidak ikut terbawa arus, setiap tabung ditahan di dasar laut menggunakan jangkar khusus.
Renewable Energy Holdings; ide mereka untuk menghasilkan listrik dari
tenaga ombak menggunakan peralatan yang dipasang di dasar laut dekat tepi pantai sedikit mirip dengan Pelamis. Prinsipnya menggunakan gerakan naik turun dari ombak untuk menggerakkan piston yang bergerak naik turun pula di dalam sebuah silinder. Gerakan dari piston tersebut selanjutnya digunakan untuk mendorong air laut guna memutar turbin.
SRI International ; konsepnya menggunakan sejenis plastik khusus
bernama elastomer dielektrik yang bereaksi terhadap listrik. Ketika listrik dialirkan melalui elastomer tersebut, elastomer akan meregang dan terkompresi bergantian. Sebaliknya jika elastomer tersebut dikompresi atau diregangkan, maka energi listrik pun timbul. Berdasarkan konsep tersebut idenya ialah menghubungkan sebuah pelampung dengan elastomer yang terikat di dasar laut. Ketika pelampung diombangambingkan oleh ombak, maka regangan maupun tahanan yang dialami elastomer akan menghasilkan listrik.
BioPower Systems; perusahaan inovatif ini mengembangkan sirip-ekor-
ikan-hiu buatan dan rumput laut mekanik untuk menangkap energi dari ombak. Idenya bermula dari pemikiran sederhana bahwa sistem yang berfungsi paling baik di laut tentunya adalah sistem yang telah ada disana selama beribu-ribu tahun lamanya. Ketika arus ombak menggoyang sirip ekor mekanik dari samping ke samping sebuah kotak gir akan mengubah gerakan osilasi tersebut menjadi gerakan searah yang menggerakkan sebuah generator magnetik. Rumput laut mekaniknya pun bekerja dengan cara yang sama, yaitu dengan menangkap arus ombak di permukaan laut dan menggunakan generator yang serupa untuk merubah pergerakan laut menjadi listrik.
7
Gambar 2. Pembangkit Listrik Tenaga Ombak
Secara ringkas, kelebihan dan kekurangan pembangkit listrik berenergi ombak yaitu: Kelebihan:
Energi bisa diperoleh secara gratis.
Tidak butuh bahan bakar.
Tidak menghasilkan limbah.
Mudah dioperasikan dan biaya perawatan rendah.
Dapat menghasilkan energi dalam jumlah yang memadai.
Kekurangan:
Bergantung pada ombak; kadang dapat energi, kadang pula tidak.
Perlu menemukan lokasi yang sesuai dimana ombaknya kuat dan muncul secara konsisten.
3.1.2 Energi Pasang Surut Pasang surut menggerakkan air dalam jumlah besar setiap harinya; dan pemanfaatannya dapat menghasilkan energi dalam jumlah yang cukup besar. Dalam sehari bisa terjadi hingga dua kali siklus pasang surut. Oleh karena waktu siklus bisa diperkirakan (kurang lebih setiap 12,5 jam sekali), suplai listriknya pun relatif lebih dapat diandalkan daripada pembangkit listrik bertenaga ombak.
8
Namun demikian, menurut situs darvill.clara.net, hanya terdapat sekitar 20 tempat di dunia yang telah diidentifikasi sebagai tempat yang cocok untuk pembangunan pembangkit listrik bertenaga pasang surut ombak. Pada dasarnya ada dua metodologi untuk memanfaatkan energi pasang surut:
Gambar 4. Ketika surut, air mengalir keluar dari dam menuju laut sambil
memutar turbin. Pembangkit listrik tenaga pasang surut (PLTPs) terbesar di dunia terdapat di muara sungai Rance di sebelah utara Perancis. Pembangkit listrik ini dibangun pada tahun 1966 dan berkapasitas 240 MW. PLTPs La Rance didesain dengan teknologi canggih dan beroperasi secara otomatis, sehingga hanya membutuhkan dua orang saja untuk pengoperasian pada akhir pekan dan malam hari. PLTPs terbesar kedua di dunia terletak di Annapolis, Nova Scotia, Kanada dengan
kapasitas ―hanya‖ 16 MW. Kekurangan terbesar dari pembangkit listrik tenaga pasang surut adalah mereka hanya dapat menghasilkan listrik selama ombak mengalir masuk (pasang) ataupun mengalir keluar (surut), yang terjadi hanya selama kurang lebih 10 jam per harinya. Namun, karena waktu operasinya dapat diperkirakan, maka ketika PLTPs tidak aktif, dapat digunakan pembangkit listrik lainnya untuk sementara waktu hingga terjadi pasang surut lagi. Berikut ini disajikan secara ringkas kelebihan dan kekurangan dari pembangkit listrik tenaga pasang surut: Kelebihan:
Setelah dibangun, energi pasang surut dapat diperoleh secara gratis.
9
Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.
Tidak membutuhkan bahan bakar.
Biaya operasi rendah.
Produksi listrik stabil.
Pasang surut air laut dapat diprediksi.
Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan tidak menimbulkan dampak lingkungan yang besar.
Kekurangan:
Sebuah dam yang menutupi muara sungai memiliki biaya pembangunan yang sangat mahal, dan meliputi area yang sangat luas sehingga merubah ekosistem lingkungan baik ke arah hulu maupun hilir hingga berkilokilometer.
Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya, ketika ombak bergerak masuk ataupun keluar.
3.1.3 Energi Panas Laut Ide pemanfaatan energi dari laut yang terakhir bersumber dari adanya perbedaan temperatur di dalam laut. Jika anda pernah berenang di laut dan menyelam ke bawah permukaannya, anda tentu menyadari bahwa semakin dalam di bawah permukaan, airnya akan semakin dingin. Temperatur di permukaan laut lebih hangat karena panas dari sinar matahari diserap sebagian oleh permukaan laut. Tapi di bawah permukaan, temperatur akan turun dengan cukup drastis. Inilah sebabnya mengapa penyelam menggunakan pakaian khusus selam ketika menyelam jauh ke dasar laut. Pakaian khusus tersebut dapat menangkap panas tubuh sehingga menjaga mereka tetap hangat.
Pembangkit listrik dapat
memanfaatkan perbedaan temperatur tersebut untuk menghasilkan energi. Pemanfaatan sumber energi jenis ini disebut dengan konversi energi panas laut (Ocean Themal Energy Conversion atau OTEC). Perbedaan temperatur antara permukaan yang hangat dengan air laut dalam yang dingin dibutuhkan minimal
10
sebesar 77 derajat Fahrenheit (25 °C) agar dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dengan baik. Adapun proyek-proyek demonstrasi dari OTEC sudah terdapat di Jepang, India, dan Hawaii.
Gambar 7. Ocean Thermal Energy Conversion dengan Siklus Tertutup
Berdasarkan siklus yang digunakan, OTEC dapat dibedakan menjadi tiga macam: siklus tertutup, siklus terbuka, dan siklus gabungan ( hybrid ). Pada alat OTEC dengan siklus tertutup, air laut permukaan yang hangat dimasukkan ke dalam alat penukar panas untuk menguapkan fluida yang mudah menguap seperti misalnya amonia. Uap amonia akan memutar turbin yang menggerakkan generator. Uap amonia keluaran turbin selanjutnya dikondensasi dengan air laut yang lebih dingin dan dikembalikan untuk diuapkan kembali ( Lihat gambar 7 ). Pada siklus terbuka, air laut permukaan yang hangat langsung diuapkan pada ruang khusus bertekanan rendah. Kukus yang dihasilkan digunakan sebagai fluida penggerak turbin bertekanan rendah. Kukus keluaran turbin selanjutnya dikondensasi dengan air laut yang lebih dingin dan sebagai hasilnya diperoleh air desalinasi. Pada siklus gabungan, air laut yang hangat masuk ke dalam ruang vakum untuk diuapkan dalam sekejap ( flash-evaporated ) menjadi kukus (seperti siklus terbuka). Kukus tersebut kemudian menguapkan fluida kerja yang memutar turbin (seperti siklus tertutup). Selanjutnya kukus kembali dikondensasi menjadi air desalinasi. Fluida kerja yang populer digunakan adalah amonia karena tersedia dalam jumlah besar, murah, dan mudah ditransportasikan. Namun, amonia
11
beracun dan mudah terbakar. Senyawa seperti CFC dan HCFC juga merupakan pilihan yang baik, sayangnya menimbulkan efek penipisan lapisan ozon. Hidrokarbon juga dapat digunakan, akan tetapi menjadi tidak ekonomis karena menjadikan OTEC sulit bersaing dengan pemanfaatan hidrokarbon secara langsung. Selain itu, yang juga perlu diperhatikan adalah ukuran pembangkit listrik OTEC bergantung pada tekanan uap dari fluida kerja yang digunakan. Semakin tinggi tekanan uapnya maka semakin kecil ukuran turbin dan alat penukar panas yang dibutuhkan, sementara ukuran tebal pipa dan alat penukar panas bertambah untuk menahan tingginya tekanan terutama pada bagian evaporator. Secara ringkas, kekurangan dan kelebihan dari OTEC yaitu: Kelebihan:
Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.
Tidak membutuhkan bahan bakar.
Biaya operasi rendah.
Produksi listrik stabil.
Dapat dikombinasikan dengan fungsi lainnya: menghasilkan air pendingin, produksi air minum, suplai air untuk aquaculture, ekstraksi mineral, dan produksi hidrogen secara elektrolisis.
Kekurangan:
Belum ada analisa mengenai dampaknya terhadap lingkungan.
Jika menggunakan amonia sebagai bahan yang diuapkan menimbulkan potensi bahaya kebocoran.
Efisiensi total masih rendah sekitar 1%-3%.
Biaya pembangunan tidak murah.
12
3.2
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
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). 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. 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 . pumped-storage plant memiliki dua penampungan yaitu:
Waduk Utama (upper reservoir) seperti dam pada PLTA konvensional. Air dialirkan langsung ke turbin untuk menghasilkan listrik.
Waduk cadangan (lower reservoir). Air yang keluar dari turbin ditampung di lower reservoir sebelum dibuang disungai. Pada saat beban puncak air dalam lower reservoir akan di pompa ke upper reservoir sehingga cadangan air pada Waduk utama tetap stabil. 3.2.1 Jenis-Jenis PLTA 1. Berdasarkan Tinggi Terjun PLTA
PLTA jenis terusan air (water way) Adalah pusat listrik yang mempunyai
tempat ambil air (intake) di hulu sungai dan mengalirkan air ke hilir melalui terusan air dengankemiringan (gradient) yang agak kecil. Tenaga listrik dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan kemiringan sungai.
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 listr
13
2. PLTA Berdasarkan Aliran Sungai
PLTA
jenis
aliran
sungai
langsung
(run
of
river)
Banyak dipakai dalam PLTA saluran air/terusan, jenis ini membangkitkan listrik dengan memanfaatkan aliran sungai itu sendiri secara alamiah.
PLTA
dengan
kolam
pengatur
(regulatoring
pond)
Mengatur aliran sungai setiap hari atau setiap minggu dengan menggunakan kolam pengatur yang dibangun melintang sungai dan membangkitkan listrik sesuai dengan beban. Disamping itu juga dibangun kolam pengatur di hilir untuk dipakai pada waktu beban puncak (peaking power plant) dengan suatu waduk yang mempunyai kapasitas besar yang akan mengatur perubahan air pada waktu beban puncak sehingga energi yang dihasilkan lebih maksimal.
Pusat listrik jenis waduk (reservoir) Dibuat dengan cara membangun suatu waduk yang melintang sungai, sehingga terbentuk seperti danau buatan, atau dapat dibuat dari danau asli sebagai penampung air hujan sebagai cadangan untuk musim kemarau. PLTA Jenis Pompa (pumped storage) adalah jenis PLTA yang memanfaatkan tenaga listrik yang berlebihan ketika musim hujan atau pada saat pemakaian tenaga listrik berkurang saat tengah malam, pada waktu ini sebgian turbin berfungsi sebagai pompa untuk memompa air yang di hilir ke hulu, jadui pembangkit ini memanfaatkan kembali air yang dipakai saat beban puncak dan dipompa ke atas lagi saat beban puncak terlewati.
14
3.2.2
Komponen – komponen dasar PLTA
1. DAM
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).
Bendungan Scrivener, Canberra Australia, dibangun untuk mengatasi banjir 5000-tahunan. Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Air. Kebanyakan dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan. Sedangkan waduk adalah kolam besar tempat menyimpan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dapat terjadi secara alami maupun dibuat manusia. Waduk buatan dibangun dengan cara membuat bendungan yang lalu dialiri air sampai waduk tersebut penuh. Bendungan Hoover, sebuah bendungan beton lengkung di Black Canyon di Sungai Colorado. Dam dapat diklasifikasikan menurut struktur, tujuan atau ketinggian. Berdasarkan struktur dan bahan yang digunakan, bendungan dapat diklasifikasikan sebagai dam kayu, "embankment
15
dam" atau "masonry dam", dengan berbagai subtipenya. Tujuan dibuatnya termasuk 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. Hanya beberapa dam yang dibangun untuk semua tujuan di atas. Menurut ketinggian, dam besar lebih tinggi dari 15 meter dan dam utama lebih dari 150 m. Sedangkan, dam rendah kurang dari 30 m, dam ketinggian-medium antara
30
-
100
m,
dan
dam
tinggi
lebih
dari
100
m.
Kadang-kadang ada yang namanya Bendungan Sadel sebenarnya adalah sebuah dike, yaitu tembok yang dibangun sepanjang sisi danau untuk melindungi tanah di sekelilingnya dari banjir. Ini mirip dengan tanggul, yaitu tembok yang dibuat sepanjang sisi sungai atau air terjun untuk melindungi tanah di sekitarnya dari kebanjiran. 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. 2. SWITCHYARD
Serandang hubung ialah saluran air yang digunakna untuk mengairkan air yang berasal dari bendungan. Saluran ini terhubung dengan Gedung sentral. Pada saluran ini air memiliki energi kinetic yang sangat besar, karena dipenaruhi oleh tekanan air yang disebabkan ketinggian bendungan. Semakin tinggi bendungan dan semakin banyak jumlah air, maka semakin besar pula energi kinetic yang dihasilkan. 3. GEDUNG SENTRAL
Terdiri atas Turbin dan Generator. Turbin adalah alat yang dapat merubah energi kinetic air menjadi energi mekanik, sedangkan generator ialah alat yang digunakan untuk merubah energi mekanik menjadi energi listrik.
16
3.2.3 Pemanfaatan PLTA Pemanfaatan PLTA skala besar memerlukan analisis yang rinci tentang berbagai aspek. Aspek-aspek tersebut akan dibahas secara garis besar di bawah ini. Di bawah ini akan dibahas tenetang berbagai macam pemanfaatan PLTA dengan mengambil contoh pada PLTA di Sungai Membrano. 3.2.4 Prinsip Kerja
Energi
Potensial
↔
Kinetik
↔
Air
pada
dam
yang
memiliki
ketinggian
bergerak
melalui
reservior
↓ Energi
Air
yang
↓ Energi
Mekanik
↔
Putaran
pada
turbin
↓ Energi
Listrik
↔
Putaran
rotor
generator
Sementara prinsip kerja suatu PLTA secara umum adalah menghimpun air dalam waduk atau bendungan atau kolam tando tahunan yang berfungsi dasar untuk menampung air dan menaikkan tinggi tekan air (head) yang merupakan potensi air sungai lalu menyalurkannya ke turbin dalam gedung sentral yang terletak lebih rendah dari waduk. Selanjutnya turbin menyalurkan energi air ke generator yang akan mengubahnya menjadi energi listrik. Prinsip dasar pembangkitan energi PLTA adalah pokok hukum hidrodinamika persamaan Bernoulli — yang merupakan turunan dari hukum kekekalan energi dalam fluida —yang secara matematis adalah P + ½ V2 + ∫ gh = konstan, yakni P
(pressure) adalah tekanan, ∫ (dibaca: rho) merupakan massa jenis dan V (velocity)
17
adalah kecepatan aliran, dan g (gravity) yakni gaya gravitasi bumi dan h (height) adalah tinggi zat cair. Dengan kata lain terdapat hubungan antara tekanan, kecepatan aliran dan letak (tinggi atau rendah) terhadap aliran air. Sehingga semakin tinggi letak air maka semakin besar tekanan air yang berefek semakin tingginya kecepatan air untuk menggerakkan turbin dan energi listrik yang dihasilkan pun semakin besar. Dalam hubungan dengan reservoir air maka h (height) adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air. Adanya udara bertekanan tinggi yang timbul akibat pengisian saluran pelimpah atau pipa pesat juga diperhitungkan dengan adanya pipa udara atau pipa gelombang yang diletakkan di ujung saluran pelimpah sebelum pintu masuk pipa pesat. Udara bertekanan tinggi tersebut dapat merusak turbin bila tidak diserap oleh pipa gelombang. Air yang mengalir menuju turbin juga menghasilkan arus balik yang bergelombang tinggi akibat pengaturan pemasukan air dalam turbin oleh penggerak turbin sehingga terjadi penolakan sebagian arus air. Arus balik ini dapat memperlambat arus air menuju turbin dan meningkatkan pukulan tekanan air (over pressure) terhadap dinding saluran pipa pesat. Dalam kasus seperti ini dibutuhkan tangki gelombang yang berfungsi sebagai penyangga yang menyerap peningkatan guncangan tekanan dengan cara menampung arus balik tersebut. Air yang mengalir melalui pipa-pipa selalu mempunyai head dan tinggi kinetik. Pada pintu pemasukan ke penggerak turbin (turbine runner), tinggi tekan dapat secara utuh diubah menjadi tinggi kinetik dalam keadaan tekanan jet air keluar dari satu atau lebih mulut pipa pemancar (nozzle) dan mengenai sudu-sudu roda. Pada kondisi seperti ini pancaran jet bebas akan menjadi tekanan atmosfer. Pada jenis turbin Francis yang digunakan PLTA Cirata yang termasuk turbin tekan atau turbin reaksi dan bekerja dengan aliran air bertekanan, penggerak turbin langsung mengubah tenaga kinetik dan tenaga tekanan menjadi tenaga mekanik secara bersamaan. Turbin-turbin hidrolik berhubungan erat dengan generator. Poros penggerak turbin berhubungan langsung dengan generator sehingga tenaga
18
mekanik yang diproduksi dialirkan ke generator yang memiliki kumparan kawat rotor dan stator yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Stator adalah susunan rangka baja yang dipipihkan sebagai inti magnet dan berbentuk medan magnet yang merupakan kepala rotor. Dengan berputarnya rotor karena perputaran poros turbin yang dihubungkan dengan poros generator, energi mekanik dari turbin memasuki medan magnet dan berubah menjadi energi listrik. Potensi tenaga air di seluruh Indonesia secara teoretis diperkirakan sekitar 75.000 MW yang tersebar pada 1.315 lokasi. Tenaga air merupakan salah satu potensi sumber energi yang sangat besar, tetapi pemanfaatannya masih jauh di bawah potensinya. Dari potensi tersebut diperkirakan sebesar 34.000 MW dapat dikembangkan untuk pusat pembangkit tenaga listrik dengan kapasitas cukup besar, yaitu 100 MW ke atas. Tenaga air dibagi dalam tiga kategori yaitu skala besar, mini, dan mikro. Belum ada ketentuan secara jelas mengenai pembagian skala tersebut. Tampaknya setiap negara mempunyai ukuran yang berbeda. Namun, secara umum tenaga air (hidro) skala besar mempunyai kapasitas diatas 10 MW, mini berkapasitas 200 kW sampai 10 MW, dan mikro berkapasitas sampai 200 kW. Pemanfaatan tenaga air skala besar untuk pembangkit tenaga listrik sampai dengan tahun 2000 mencapai 4.208 MW atau hanya sekitar 5,6% dari potensi yang ada. Namun, potensi tenaga air yang berada di Pulau Jawa telah dikembangkan secara optimal, yaitu telah dikembangkan sekitar 2.389 MW atau 53% dari total potensi yang ada. Sedangkan mini dan mikrohidro, potensinya sekitar 460 MW, dan yang sudah dimanfaatkan sekitar 64 MW yang pada umumnya dimanfaatkan untuk listrik perdesaan. Menurut jenis arusnya, sistem tenaga listrik dikenal dengan sistem arus bolak-balik (AC) dan sistem arus searah (DC). Pada sistem AC, penaikkan dan penurunan tegangan, medan magnet putarnya mudah dilakukan. Maka berdasarkan kemudahan tersebut, hampir di seluruh dunia menggunakan sistem tenaga listrik AC, walaupun sistem DC juga mulai dikembangkan dengan pertimbanganpertimbangan tertentu. Sementara sistem AC tidak dapat disimpan, sehingga dalam memenuhi permintaan konsumen, pusat listrik harus dioperasikan sesuai dengan permintaan konsumen
19
yang berubah dari waktu ke waktu. Sistem tenaga listrik dibangkitkan dalam pusatpusat listrik dan disalurkan ke konsumen melalui jaringan saluran tenaga listrik. Tenaga listrik dibangkitkan dalam Pusat-pusat Listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTP, PLTGU dan PLTD, kemudian disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan yang ada dipusat listrik. Saluran tegangan tinggi di Indonesia mem punyai tegangan 150 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan tegangan 500 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET). Saluran transmisi ada yang berupa saluran udara dan ada pula yang berupa kabel tanah. Karena saluran udara harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan kabel tanah, maka saluran transamisi kebanyakkan berupa saluran udara. Kerugian saluran transmisi menggunakan kabel udara adalah adanya gangguan petir., kena pohon dan lainlain. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi, maka sampailah tenaga listrik di Gardu Induk (GI) untuk diturunkan tegangannya melalui transformator penurun tegangan menjadi tegangan menengah atau yang juga disebut tegangan distribusi primer. Tegangan distribusi primer yang digunakan pada saat ini adalah tegangan 20 kV. Jaringan setelah keluar dari GI disebut jaringan distribusi, sedangkan jaringan antara Pusat Listrik dengan GI disebut jaringan transmisi. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer, maka kemudian tenaga listrik diturunkan tegangannya dalam gardugardu distribusi menjadi tegangan rendah dengan tegangan 380/220 Volt, kemudian disalurkan melalui Jaringan Tegangan Rendah untuk selanjutnya disalurkan ke rumah-rumah pelanggan (konsumen) melalui Sambungan Rumah. Dalam praktek karena luasnya jaringan distribusi, sehingga diperlukan banyak transformator distribusi, maka Gardu Distribusi seringkali disederhanakan menjadi transformator tiang. Pelanggan yang mempunyai daya tersambung besar tidak dapat disambung melalui Jaringan Tegangan Rendah, melainkan disambung langsung pada Jaringan Tegangan Menengah, bahkan ada pula yang disambung pada jaringan Transmisi Tegangan Tinggi, tergantung besarnya daya tersambung. Setelah tenaga listrik melalui
20
Jaringan Tegangan Menengah (JTM), Jaringan Tegangan Rendah (JTR) dan Sambungan Rumah, maka tenaga listrik selanjutnya melalui alat pembatas daya dan KWH meter. Dari uraian tersebut, dapat dimengerti bahwa besar kecilnya konsumsi tenaga listrik ditentukan sepenuhnya oleh para pelanggan, yaitu tergantung bagaimana para pelanggan akan menggunakan alat alat listriknya, yang harus diikuti besarnya suplai tenaga listrik dari Pusat-pusat Listrik. Proses penyampaian tenag a listrik dari Pusat-pusat Listrik 3.3
Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut
Perkembangan teknologi pemanfaatan energi samudera khususnya arus laut sebagai energi baru terbarukan di dunia saat ini berkembang dengan pesat, seiring dengan meningkatnya tuntutan akan kebutuhan energi listrik masyarakat kawasan pesisir serta semakin maraknya issu pemanasan global yang mendorong untuk membatasi penggunaan bahan bakar hidrokarbon. Prinsip yang dikembangkan pada aplikasi teknologi pemanfaatan energi dari laut adalah melalui konversi tenaga kinetik masa air laut menjadi tenaga listrik. Tercatat beberapa negara telah berhasil melakukan instalasi pembangkit energi listrik dengan memanfaatkan energi arus dan pasang surut, mulai dari prototype turbin pembangkit hingga mencapai turbin skala komersial dengan kapasitas 1,2 MW/turbin, seperti yang telah dibangun di Skotlandia, Swedia, Perancis, Norwegia, Inggris, Irlandia Utara, Australia, Italia, Korea Selatan dan Amerika Serikat. 3.3.1 Potensi Energi Arus Laut di Perairan Indonesia Kecepatan arus pasang-surut di perairan pantai-pantai Indonesia umumnya kurang dari 1,5 m/detik, kecuali di selat-selat diantara pulau-pulau Bali, Lombok, dan Nusa Tenggara Timur, kecepatan signifikannya bisa mencapai 2,5 - 3,4 m/detik. Arus pasang-surut terkuat yang tercatat di Indonesia adalah di Selat antara Pulau Taliabu dan Pulau Mangole di Kepulauan Sula, Propinsi Maluku Utara, mencapai kecepatan 5,0 m/detik, namun durasinya hanya mencapai 2-3 jam per hari. Berbeda dengan energi gelombang laut yang hanya terjadi pada kolom
21
air di lapisan permukaan saja, arus laut bisa terjadi sampai pada lapisan yang lebih dalam dan bahkan sampai ke dasar laut. Kelebihan karakter fisik arus laut ini memberikan peluang yang lebih optimal dalam pemanfaatan konversi energi kinetic menjadi energi listrik. 3.3.2 Konversi Energi Arus Laut Menjadi Listrik Pada dasarnya, arus laut merupakan gerakan horizontal massa air laut, sehingga arus laut memiliki energi kinetik yang dapat digunakan sebagai tenaga penggerak rotor atau turbin pembangkit listrik. Secara global, laut dunia mempunyai sumber energi yang sangat besar yaitu mencapai total 2,8 x 10 14 (280 Triliun) Watt-jam. Selain itu, arus laut ini juga menarik untuk dikembangkan sebagai pembangkit listrik karena sifatnya yang relatif stabil, periodik dan dapat diprediksi pola atau karakteristiknya. Pengembangan teknologi ekstraksi energi arus laut lazimnya dilakukan dengan mengadopsi prinsip teknologi energi angin yang telah lebih dulu berkembang, yaitu dengan mengubah energi kinetik arus laut menjadi energi rotasi dan energi listrik. Daya yang dihasilkan oleh turbin arus laut jauh lebih besar dari pada daya yang dihasilkan oleh turbin angin, karena rapat massa air laut hampir 800 kali rapat massa udara. Kapasitas daya yang dihasilkan dapat dihitung dengan pendekatan matematis yang memformulasikan daya yang melewati suatu permukaan atau luasan. Misalkan suatu aliran fluida yang menembus suatu permukaan A dalam arah yang tegak lurus permukaan, maka rumus umum yang digunakan adalah formulasi Fraenkel (1999) yaitu: 12P= 12 Ï• A V3 ' type="#_x0000_t75">, dimana P = daya (watt);
ρ=
rapat massa air
(kg/m³); A= luas penampang (m²); dan V = kecepatan arus (m/s). 3.3.3 Road Map Penelitian dan Pengembangan Energi Arus Laut di Indonesia Penelitian karakteristik arus laut yang telah dilakukan oleh Puslitbang Geologi Kelautan (PPPGL) diawali pada tahun 2005 berkolaborasi dengan Program Studi Oceanografi ITB. Pengukuran arus laut dilakukan menggunakan ADCP
22
(Accoustic Doppler Current Profiler) di Selat Lombok dan Selat Alas dalam kaitan dengan rencana penyiapan lokasi dan instalasi untuk Turbin Kobold buatan Italia yang berkapasitas 300 kW di bawah koordinasi Kementerian Riset dan Teknologi. Tahun 2006 - 2010 telah dilaksanakan penelitian karakteristik arus laut di berbagai selat di Nusa Tenggara Timur, yaitu di Selat Lombok , Selat Alas, Selat Nusa Penida, Selat Flores, dan Selat Pantar. Prototipe turbin pertama telah dibangun secara kemitraan bersama Kelompok Teknik T-Files ITB dan PT Dirgantara Indonesia, dengan mengadopsi dan memodifikasi model turbin Gorlov skala kecil (0,8 kW/cel). Kelompok T-Files ITB adalah kelompok mahasiswa yang terdiri dari berbagai latar belakang keilmuan yang secara langsung dibimbing oleh Prof. Iskandar Alisyahbana (Alm), mengembangkan berbagai jenis pembangkit listrik tenaga arus laut skala kecil. Salah satu prototipe perangkat pembangkit listrik hasil rakitan perdana telah diuji-coba di kolam uji PPPGL Cirebon dan tahun 2008, dilanjutkan dengan uji lapangan tahun 2009 di Selat Nusa Penida sehingga telah berhasil memperoleh "proven design" yang cocok untuk diterapkan pada perairan yang berkarakteristik selat (arus pasang surut). Prototipe dalam skala besar (> 80 kW) direncanakan akan dilaksanakan pada tahun 2012-2014 oleh institusi terkait lainnya yang berkewenangan (Ditjen Energi Baru, Terbarukan dan Konservasi Energi, Puslitbangtek EBTKE, Kementerian Ristek, BPPT, dsb.) untuk mengembangkan dan meningkatkan status skala prototipe menjadi skala pilot dan skala komersial. Diharapkan pada tahun 2025 energi listrik tenaga arus laut yang dihasilkan dari berbagai pembangkit (PLTAL) akan menunjang pencapaian proporsi 5% berbagai energi terbarukan dari sasaran kebijakan energi 25% bauran energi Indonesia, sesuai dengan visi bauran energi 25-25.
23
Road map penelitian karakteristik arus laut serta estimasi daya listrik yang telah dilaksanakan oleh PPPGL sampai tahun 2010 di perairan Nusa Tenggara, seperti yang ditunjukkan table dibawah ini. No. Selat Lombok
Selat
Nusa Selat
Penida
Larantuka
Selat
Keterangan
Pantar
1
1,8-8-2,4 m/det 0,5-3,2 m/det 1,5-3,4 m/det 1,5-3,1 m/det Kecepatan arus
2
15 m2
40 m2
3
70-150 kW Tahun 2006
40 m2
40 m2
Luas Turbin
200-400 kW
50-250 kW
Daya Listrik
Tahun
Tahun 2010
2007 Tahun 2008
dan 2009
3.4
Alat Pembangkit Listrik Tenaga Air menggunakan Kincir
Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu : 1. Kincir Air Overshot 2. Kincir Air Undershot 3. Kincir Air Breastshot 4. Kincir Air Tub 3.4.1 Kincir Air Overshot Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain.
24
Gambar 1.1 Kincir air Overshot Keuntungan ►
Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.
►
Tidak membutuhkan aliran yang deras.
►
Konstruksi yang sederhana.
►
Mudah dalam perawatan.
►
Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir.
Kerugian ►
Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih banyak.
►
Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.
►
Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.
►
Daya yang dihasilkan relatif kecil.
3.4.2 Kincir Air Undershot Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head.Tipe ini cocok dipasang pada
perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebut juga dengan ‖Vitruvian‖. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir.
25
Gambar 1.2 Kincir air Undershot Keuntungan
Konstruksi lebih sederhana
Lebih ekonomis
Mudah untuk dipindahkan
Kerugian
Efisiensi kecil
Daya yang dihasilkan relatif kecil
3.4.3 Kincir Air Breast Shot Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air tipe under shot
Gambar 1.3 Kincir air Breastshot Keuntungan ►
Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot
26
►
Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek
►
Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar
Kerugian ►
Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)
►
Diperlukan dam pada arus aliran datar
►
Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot
3.4.4 Kincir Air Tub Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.
Gambar 1.4 Kincir air Breastsh Keuntungan
Memiliki konstruksi yang lebih ringkas
Kecepatan putarnya lebih cepat
Kerugian
Tidak menghasilkan daya yang besar
Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih teliti
27
3.5
Kegunaan Kincir Air
Kincir air merupakan alat penggerak yang sangat bermanfaat untuk kebutuhan hidup manusia yaitu sebagai : 3.5.1 Mesin penggiling gandum Mesin penggiling gandum dengan penggerak kincir air sudah digunakan sejak abad pertama sebelum masehi, pada jaman kerajaan Romawi dan walaupun terkesan kuno tapi mesin penggiling ini masih tetap dipakai sampai sekarang. 3.5.2 Mesin Pemintal Benang Mesin pemintal benang yang digerakan oleh kincir air ini pertama kali diperkenalkan oleh dua insinyur Inggris, adalah Richards Arkwright dan James Hargreaves yang pada tahun 1773. dan mulai dibuat di USA pada tahun 1780-an. Pada abad ke-19 penggunaan mesin ini sudah digunakan untuk pembuatan secara massal, jadi orang tidak lagi membuat pakaiannya sendiri. 3.5.3 Mesin Tekstil Mesin tekstil dengan penggerak kincir air ini digunakan oleh industri tekstil pada abad ke-19. karena sumber energinya berupa air, maka pengeluaran untuk produksi dapat diminimalisir. Tetapi seiring dengan perkembangan teknologi, lambat laun mesin ini mulai ditinggalkan.
3.6
Alat Pembangkit Listrik Tenaga Air menggunakan Turbin
Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.
28
Tabel 1.1 Pengelompokan Turbin
impulse turbines
high head
medium head
low head
Pelton
cross-flow
cross-flow
Turgo
multi-jet Pelton Turgo
reaction turbines
Francis
propeller Kaplan
3.6.1 Turbin Implus 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 nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. a. Turbin Pelton Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi.
29
Gambar 1.5 Turbin Pelton Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris.
Sudu dibentuk
sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebut akan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar, sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.
Gambar 1.7 Turbin Pelton dengan banyak nozle Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi. b. Turbin Turgo Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozle membentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke
30
generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.
Gambar 1.8. Sudu turbin Turgo dan nozle c. Turbin Crossflow Salah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m 3/sec dan head antara 1 s/d 200 m.
Gambar 1.9. Turbin Crossflow Turbin Zcrossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu dan memberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk)
31
kemudian meninggalkan turbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. 3.6.2 Turbin Reaksi 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. a. Turbin Francis 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
mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.
Gambar 1.10. Turbin Francis
32
b. Turbin Kaplan dan 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.
Gambar 1.11. Turbin Kaplan
33
BAB IV PENUTUP
4.1
Kesimpulan
Dari hasil makalah ini dapat disimpulkan : Tenaga air ( Hydropower ) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai. Energi dapat dikategorikan menjadi tiga macam, energi ombak ( wave energy), energi pasang surut ( tidal energy), hasil konversi energi panas laut ( ocean thermal energy conversion).
Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi itu adalah: memakai energi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. 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). 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. Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang.
34
