i
MAKALAH
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)
Oleh:
Arif Rivianto Putra
Aziz Hasan Fadilah
Baehaqi
Erika Surya Putra
Musthofainal Akhyar Banifade
Taufiq Adi Pratama
POLITEKNIK GAJAH TUNGGAL
1 ELEKTRO A
KATA PENGANTAR
Pada dasarnya energi adalah suatu besaran yang dimiliki oleh setiap benda yang ada di alam ini. Namun dari energi yang dikandung oleh setiap benda tersebut ada yang dapat dimanfaatkan dengan mudah dan ada yang memerlukan usaha yang keras untuk memanfaatkannya. Cara mengambil manfaat dari energi yang terkandung diperlukan proses perubahan atau konversi energi. Salah satu bentuk energi yang sangat mudah dimanfaatkan bagi kehidupan manusia pada zaman modern ini adalah energi listrik. Sumber-sumber energi listrik tersebut biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Pada makalah ini akan dikhususkan untuk membahas Pembangkit Listrik Tenaga Air, prinsip kerja konversi energi gerakan air menjadi energi listrik, jenis-jenis PLTA, kelebihan dan kekurangan PLTA.
Kemudian, banyak kurangnya dari makalah kami ini kami minta maaf yang sebesar-besarnya. Terimakasih atas perhatiannya. Wassalamualiaikum warohmatullohi wabarokatuh.
Tanggerang, 29 Oktober 2013
Penyusun
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN 1
A. LATAR BELAKANG 1
B. TUJUAN 1
C. MANFAAT 1
BAB II PLTA SECARA UMUM 2
A. PRINSIP KERJA PLTA 2
B. MACAM-MACAM PLTA 3
BAB III PLTA CIRATA 9
A. PENGENALAN 9
B. BAGIAN BAGIAN PLTA CIRATA 9
1. BAGIAN BAGIAN PLTA (dalam diagram) 9
C. CARA KERJA PLTA CIRATA 11
BAB IV KESIMPULAN 15
A. PERBANDINGAN ANTAR PLTA 15
B. KELEBIHAN-KEKURANGAN: 15
C. Daftar Pustaka 16
BAB I
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah salahsatu pembangkit yang memanfaatkan aliran air untuk diubah menjadi energi listrik Pembangkit listrik ini bekerja dengan cara merubah energi air yang mengalir (dari bendungan atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator). Kemudian energi listrik tersebut dialirkan melalui jaringan-jaringan yang telah dibuat, hingga akhirnya energi listrik tersebut sampai ke rumah kita.
TUJUAN
Setelah membaca makalah ini diharapkan pembaca mengerti alur proses pembangkitan energi dari wujud air menjadi listrik.
MANFAAT
Pengetahuan tentang PLTA ini dapat dimanfaatkan oleh seluruh masyarakat Indonesia untuk merangkai pembangkit listrik tenaga airnya sendiri. PLTA tidak harus memiliki waduk, bahkan melalui aliran sungai dekat rumah sendiri pun bisa.
BAB II
PLTA SECARA UMUM
PRINSIP KERJA PLTA
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) merupakan pembangkit tenaga listrik yang mengubah energi potensial air (energi gravitas air) menjadi energi listrik. Mesin penggerak yang digunakan adalah turbin air untuk mengubah energi potensial air menjadi kerja mekanis poros yang akan memutar rotor generator untuk menghasilkan energi listrik.
Gambar 1: Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air
Air sebagai bahan baku PLTA dapat diperoleh dari sungai secara langsung disalurkan untuk memutar turbin, atau dengan cara ditampung dahulu (bersamaan dengan air hujan) dengan menggunakan kolam tandon atau waduk sebelum disalurkan untuk memutar turbin.
Daya listrik yang dibangkitkan dapat dihitung menggunakan pendekatan rumus :
P = 9,8 Q x H x ή t x ή g ( kW )
Dimana :
P = Daya yang dihasilkan (kW)
Q = Debit air dalam (m3/detik)
H = Tinggi terjun (m)
ή t = Efisiensi turbin (%)
ή g = Efisiensi Generator (%)
Perencanaan pengoperasian PLTA yang dilakukan berdasarkan pada kondisi hydrologi yang meliputi :
Tahun Basah Sekali
Tahun Basah
Tahun Normal
Tahun Kering
Tahun Kering Sekali
Untuk mendapatkan hasil yang optimum dan memudahkan untuk perencanaan operasional tahunan, maka perencanaan operasi dilakukan berdasarkan pada kondisi hydrologi tahun normal dan tahun kering, yang kemudian dilakukan penyesuaian tiap bulan berdasarkan kondisi air masuk. Indonesia hanya mengenal dua musim yaitu musim hujan biasa dimulai bulan Nopember s.d Maret dan musim kemarau pada bulan April s.d Oktober, sehingga kondisi ini dipergunakan untuk proses pengisian dan penggunaan air.
MACAM-MACAM PLTA
PLTA DENGAN WADUK (RESERVOIR)
Air sungai dialirkan ke kolam melalui saluran terbuka atau tertutup dengan disaring terlebih dahulu dan ditampung di suatu kolam yang berfungsi untuk:
Mengendapkan pasir
Mengendapkan lumpur
Sebagai waduk (reservoir)
Gambar 3: PLTA dengan kolam tandon
Air dari satu sungai atau lebih ditampung di suatu tempat untuk mendapatkan ketinggian tertentu dengan jalan dibendung. Air dari waduk tersebut dialirkan melalui saluran terbuka, melalui pintu air ke saluran tertutup yang selanjutnya melalui pipa pesat menggerakkan turbin untuk membangkitkan tenaga listrik.
Contoh:
PLTA Cirata
from: wikipedia
Daerah
Desa Tegal Waru, Kecamatan Plered, Kabupaten Purwakarta, Jawa Barat
Tipe PLTA
Dengan waduk
Mulai beroperasi
1988
Jumlah pembangkit
8
Kapasitas
126 MW tiap pembangkit, total kapasitas 1008 MW
Daya listrik rata-rata pertahun
1428 GWH
Jaringan transmisi
500 KV
Turbin PLTA Cirata
Kapasitas turbin
129.000 KW
Putaran Turbin
187,5 RPM
Tinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin
112,5 meter
Debit air maksimum
135 m3/detik
PLTA ALIRAN DANAU
Sumber air dari PLTA ini adalah sebuah danau yang potensinya cukup besar. Untuk pengambilan air yang masuk ke PLTA dilaksanakan dengan:
Pembuatan bendungan yang berfungsi juga sebagai pelimpas yang berlokasi pada mulut sungai.
Perubahan duga muka air (DMA) + 4 meter
Intake
Contoh:
PLTA Tes
Daerah
Desa Turan Tiging, Kecamatan Tes, Kabupaten Rejang Lebong, Provinsi Bengkulu, Sumatera.
Tipe PLTA
Memanfaatkan aliran danau
Mulai beroperasi
1923 (saat pemerintahan Kolonial Belanda)
Jumlah pembangkit
4 buah
Kapasitas
4 MW tiap pembangkit, total kapasitas 16 MW
Jaringan transmisi
70 KV
Data Operasi
Lantai dasar intake
EL 560.20 mdpl
Lantai dasar inlet
EL 557.40 mdpl
Turbin lama
EL 520.00 mdpl
Turbin baru
EL 507.50 mdpl
Debit air rata-rata
34 m3/S
Level efektif maksimal
EL 563.50 mdpl
Level efektif minimal
EL 563.00 mdpl
Unit terpasang
6 Unit
Kapasitas terpasang
18,96 MW
Beban puncak
18 MW
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)
Suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air.
Komponen mikrohidro sebagai berikut:
Air : (sebagai sumber energi).
Turbin: mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis.
Generator : menghasilkan listrik dari putaran mekanis.
Saluran Pembawa (Headrace): Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjagaelevasi dari air yang disalurkan.
Panel kontrol : panel kontrol berfungsi untuk menstabilkan tegangan.
Kincir air : sebagai pengerak dinamo.
Prinsip dasar mikrohidro adalah memanfaatkan energi potensial yang dimiliki oleh aliran air pada jarak ketinggian tertentu dari tempat instalasi pembangkit listrik. Sebuah skema mikrohidro memerlukan dua hal yaitu, debit air dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang dapat dimanfaatkan. Hal ini adalah sebuah sistem konversi energi dari bentuk ketinggian dan aliran (energi potensial) ke dalam bentuk energi mekanik dan energi listrik. Daya yang masuk (Pgross) merupakan penjumlahan dari daya yang dihasilkan (Pnet) ditambah dengan faktor kehilangan energi (loss) dalam bentuk suara atau panas.
Daya yang dihasilkan merupakan perkalian dari daya yang masuk dikalikan dengan efisiensi konversi (Eo). Rumus:
Pnet = Pgross ×Eo kW
Contoh:
Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan dengan sebuah faktor gravitasi (g = 9.8), sehingga persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah :
Pnet = g ×Hgross × Q ×Eo kW
Dimana head dalam meter (m), dan debit air dalam meter kubik per detik (m/s3).
Daya yang dihasilkan (Pnet) (W)
Daya yang masuk (Pgross) (W)
Ketinggian jatuh (head) (m)
Aliran (energi potensial)
Faktor kehilangan energi (loss)
Efisiensi konversi (Eo)
Head kotor (Hgross)
Debit air (Q) (m/s3)
Gravitasi (g = 9.8)
Contoh:
PLTMH Sengkaling 1
Debit
1 m3/detik
Tinggi jatuh
15,2 m
Daya terbangkit
1 KW
BAB III
PLTA CIRATA
PENGENALAN
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 yang dislaurkan melalui jaringan transmisi tegangan ekstra tinggi 500 kV ke sistem interkoneksi Jawa-Madura-Bali (Jamali). Energi didapat dari bendungan Cirata dengan volume 2.163 m3. Unit Pembangkitan Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia Tenggara.
PLTA Cirata dibangun dengan komposisi bangunan power house empat lantai di bawah tanah yang berjarak sekitar 2 km dari mesin-mesin pembangkit yang terletak di power house.
PLTA Cirata 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), di mana 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 merupakan salah satu cara pemanfaatan potensi tenaga air di Sungai Citarum yang letaknya di wilayah kabupaten Bandung, kurang lebih 60 km sebelah barat laut kota Bandung atau 100 km dari Jakarta melalui jalan Purwakarta.
BAGIAN BAGIAN PLTA CIRATA
BAGIAN BAGIAN PLTA (dalam diagram)
http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja
http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja
No. Petunjuk
Nama Alat
Keterangan
1
Waduk
Tempat menampung air sungai
2
Main Gate
Pintu air utama
3
Bendungan
Penahan laju sungai
4
Penstock
Pipa yang menyalurkan air dari waduk menuju sungai
5
Katup Utama
Katup buka-tutup
6
Turbin
Baling-baling yang digerakkan oleh air
7
Generator
Pengubah energi mekanik menjadi energi listrik
8
Draftube
Penampung air sebelum dibuang
9
Trailrace
Pembuangan air
10
Transformator
Pengubah listrik
11
Switch yard
Pengatur listrik
12
Kabel Transmisi
Distributor listrik
13
Spillways
Tempat keluarnya lebihan air waduk
SPESIFIKASI TURBIN PLTA CIRATA
Guna menghasilkan energi listrik sebesar 1.428 GWH, dioperasikan delapan buah turbin dengan kapasitas masing-masing 129MW dengan putaran 187,5 RPM. Adapun tinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin 112,5 meter dengan debit air maksimum 135 m3 perdetik. Turbin yang digunakan di waduk Cirata adalah Turbin Francis dengan spesifikasi:
SPESIFIKASI
KETERANGAN
Tipe
Francis, vertical shaft
Produksi
VOEST-ALPINE
Rate Net Head
106,8 m
Rated Output
129,6 MW
Kecepatan
187,5 rpm
Debit Pada Kondisi Diatas
132,5 m3/s
Runaway Speed
400 rpm
Spiral Case Inlet Diameter
4300 mm
Draft Tube Outlet Diameter
6400 rpm
Diameter Runner
Dth = 3400 m
Jumlah Runner Blade
z = 16
Jumlah Guide Vane
z = 24
Bukaan Maksimum Guide Vane
260 mm
Ketinggian Guide Vane
980 mm
Jumlah Servomotor
2
Tekanan Normal Operasi Guide Vane
55 kg/cm2
Tekanan Oli Minimum Guide Vane
38,5 kg/cm2
Langkah Servomotor
440 mm
Diameter Piston Servomotor
400 mm
CARA KERJA PLTA CIRATA
PRINSIP KERJA
Air yang berada pada ketinggian tertentu senantiasa mengalirkan air dengan masa tertentu setiap menit. Seperti masa air yang berada pada suatu ketinggian memiliki energi potensial gravitasi. Ketika masa air turun ke bawah energy potensialnya berkurang karna sebagian energi potensialnya dirubah menjadi enrgi kinetik.
Sesuai dengan hukum kekekalan energi mekanik, semakin ke bawah energi kinetik semakin besar. Ek air yang cukup besar akan mengenai sudu-sudu turbin yang dipasang didasar air terjun dan akan memutarkan poros turbin yang seporos dengan poros generator Kemudian generator berputar dan menghasilkan energy listrik.
http://blogmechanical.blogspot.com/2011
http://jonny-havianto.blogspot.com/2012
Dengan energi potensial yang tinggi maka laju aliran air di ujung pipa akan tinggi pula. Apabila diameter pipa tidak berubah (semua pipa diameternya sama) maka kita dapat menentukan laju aliran air tersebut menggunakan rumus dibawah:
Ek = Ep
mv² = mgh
Keterangan:
Ek = energy kinetik (J)
Ep = energy potensial (J)
m = massa air (kg)
v = kecepatan air (m/s)
g = gravitasi 9.8 (m/s²)
h = ketinggian air (m)
Dengan demikian kita juga dapat menentukan debit airnya:
Q = Av
Keterangan:
A= luas penampang
Q = debit air (m3/s)
Besarnya daya listrik sebelum masuk ke turbin secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:
Pin turbin = ρhQg
Sedangkan besar daya output turbin adalah sebagai berikut :
Pout turbin = ρ . h . Q . g . ηturbin
Sehingga secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit adalah sebagai berikut :
Preal = ρ . h . Q. g . ηturbin . ηgenerator . ηtm
ηgenerator= WkeluaranWmasukan x 100%
Efisiensi turbin sesuai dengan kondisi beban:
Kutipan dari buku Hydroelectric Handbook, William P. Craeger and Joel D. Justin, Second Edition John Wiley & Sons, Inc., New York, 1950, hal. 832
Keterangan :
Pin= daya masukan ke turbin (watt)
Pout = daya keluaran dari turbin (watt)
Preal = daya sebenarnya yang dihasilkan (watt)
ρ = massa jenis fluida (kg/m3)
Q = debit air (m3/s)
h = ketinggian efektif (m)
g = gaya gravitasi (m/s²)
W = usaha (j)
Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air, oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis.
Namun, tidak semua energi potensial dari air diubah menjadi energi listrik. Oleh karena itu kita mengenal konsep efisiensi:
η = outputinput x 100%
Dengan demikian daya listrik yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga air adalah:
Pdihasilkan = ηPhitung
Pdihasilkan = ηρhQ
Untuk menghitug beda potensial yang dihasilkan, kita menggunakan rumus GGL induksi yang dikenal dalam Hukum induksi Faraday yang bunyinya "Gaya gerak listrik (GGL) induksi pada sebuah rangkaian sama dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut". Rumus yang digunakannya adalah:
ε = N B A ω sin ωt
ω = 2πf, terdapat pada rumus gerak melingkar (kecepatan berputar magnet)
Keterangan:
ε = ggl induksi sesaat (volt)
N = banyak lilitan kumparan
B = besar induksi magnetic (Wb/m²=T)
A = luas penampang/loop (m²)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
t = lama kumparan telah berputar (s)
f = frekuensi
CARA KERJA GENERATOR
http://4bri.blogspot.com/2012/11/cara-ke Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis. Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:
http://4bri.blogspot.com/2012/11/cara-ke
1. Putaran
Putaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan persamaan:
rpm = 60 . f / P
dimana:
rpm = putaran
f = frekuensi
P = jumlah pasang kutub
2. Kumparan
Banyak dan besarnya jumlah kumparan pada stator mempengaruhi besarnya daya listrik yang bisa dihasilkan oleh pembangkit
3. 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.
PERHITUNGAN PROSES KEJADIAN LISTRIK
Daya input turbin:
P in turbin= ρ.h.Q.g
= 1025 x 106,8 x 132,5 x 9,8 = 141,8MW
Efisiensi turbin:
η = outputinput x 100%
= 129600000145047750 x 100% = 89%
Daya output turbin:
P out turbin = η.ρ.Q.g
= 89% x 1025 x 106,8 x 132,5 x 9,8 = 126,5 MW
Data di atas adalah perhitungan daya yang dihasilkan pada setiap turbin sesuai dengan spesifikasi turbin dan waduk di PLTA Cirata.
BAB IV
KESIMPULAN
PERBANDINGAN ANTAR PLTA
PLTA CIRATA
PLTA TES
PLMTH SENGKALING 1
Lokasi
Purwakarta, Jawa Barat
Lebong, Bengkulu
Malang, Jawa Timur
Tipe
Memanfaatkan potensi air dari waduk.
Memanfaatkan
Potensi air tampungan danau.
Memanfaatkan pergerakan air skala kecil yaitu irigasi.
Tipe turbin
Francis Vertika Shaft
Francis Horizontal Shaft
Cross Flow
Jumlah putaran
187,5 rpm
375,0 rpm
200,0 rpm
Daya yang dihasilkan
1008 MW
18,96 MW
100 KW
Sungai
Citarum
Danau Tes
Brantas
Debit air
135 m3/detik
34 m3/S
1 m3/detik
Tinggi Head
112,5 m
15,2 m
Mulai beroperasi
1988
1923
2008
Daerah pengguna daya
Sistem Jawa-Madura-Bali
Provinsi Bengkulu
Universitas Muhammadiyah Malang
KELEBIHAN-KEKURANGAN
PLTA CIRATA
Kelebihan:
Daya yang dihasilkan sangat besar dan menjadi tempat wisata.
Kekurangan:
Perawatan, pengawasan, yang tentu lebih memerlukan biaya yang lebih besar
PLTA TES
Kelebihan:
Daya yang dihasilkan relatif besar dan menjadi tempat pariwisata.
Kekurangan:
Merusak ekosistem danau Tes
PLTMH Sengkaling 1
Kelebihan:
Dapat mengurangi biaya listrik dari yang semestinya karena itu diberikan oleh Departemen ESDM RI untuk Universitas Muhammadiyah Malang.
Kekurangan:
Daya yang dihasilkan masih kurang untuk menjadikan listrik Universitas Muhammadiyah Malang mandiri.
DAFTAR PUSTAKA
Umum:
http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja-pembangkit-listrik-tenaga-air.html
PLTA Cirata:
http://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_Listrik_Tenaga_Air_Cirata
PLTA Tes:
http://id.wikipedia.org/wiki/PLTA_Tes
PLTMH Sengkaling 1:
http://ft.umm.ac.id/id/umm-news-1189-kerja-sama-dengan-pt-pln-persero-umm-tambah-pltmh.html
Turbin:
http://yefrichan.wordpress.com/2010/05/31/klasifikasi-turbin/
http://jonny-havianto.blogspot.com/2012/12/peluang-plta-buatan-indonesia.html
Generator:
http://4bri.blogspot.com/2012/11/cara-kerja-pembangkit-listrik-tenaga.html
ii
MAKALAH PLTA " 15
