PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO Dosen Pengajar : Dr. Very Dermawan ST., MT
DISUSUN OLEH: ANZILIRROHMAH ANZILIRROHMAH LITSANIYAH 135060400111017
KEMENTRIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK TEKNIK PENGAIRAN MALANG JANUARI 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Indonesia memiliki topografi pegunungan yang tersebar hampir di seluruh wilayah. Pada umumnya, pegunungan bertekstur terjal dengan jumlah penduduk yang relatif sedikit. Kondisi ini menghambat pembangunan infrastruktur oleh pemerintah atau swasta, karena biaya dan perawatan tidak berimbang dengan hasil yang didapat. Oleh karena itu,listrik masih menjadi sesuatu yang mahal bagi masyarakat pegunungan. Daerah pegunungan memiliki energi listrik yang besar dalam bentuk air. Sebagian daerah pegunungan terdapat sumber mata air yang mengalir melalui sungai-sungai sepanjang tahun. Aliran sepanjang tahun dan mempunyai ketinggian dapat dimanfaatkan sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan teknologi yang handal dan ramah lingkungan. Peralatan yang digunakan relatif sederhana dan mudah dicari. Lahan yang dibutuhkan tidak luas, sehingga tidak perlu membuka hutan
untuk
membangun
instalasinya.
Pemasangan
peralatan
dapat
disesuaikan dengan kondisi alam yang ada dan desainnya dapat disesuaikan dengan ketersediaan debit air. 1.2. Tujuan
Makalah ini dibuat dengan maksud agar pembaca mengetahui tentang apa itu PLTMH, apa peredaannya dengan minihidro dan PLTA, bagaimana prinsip kerjanya, apa komponen-komponen penyusunnya. 1.3. Batasan Masalah
Makalah ini dibatasi pada fenomena turbin, khususnya pengertian dari PLTMH, prinsip kerja, perhitungan teknis, perhitungan ekonomis, komponen PLTMH, kelebihan dan kelemahaannya.
BAB II ISI
1.
Pengertian Pemangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik berskala kecil (kurang dari 100 kW), yang memanfaatkan tenaga (aliran) air sebagai sumber penghasil energi. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH dipilih karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan, serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Secara ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatif murah, sedangkan biaya investasinya cukup bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH mudah diterima masyarakat luas (bandingkan misalnya dengan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). PLTMH biasanya dibuat dalam skala desa di daerah-daerah terpencil yang belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga air yang digunakan dapat berupa aliran air pada sistem irigasi, sungai y ang dibendung atau air terjun. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dan instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari istalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Seperti dikatakan di atas, Mikrohidro hanyalah sebuah istilah. Mikro artinya kecil sedangkan hidro artinya air. Dalam prakteknya, istilah ini tidak merupakan sesuatu yang baku namun bisa dibayangkan bahwa Mikrohidro pasti mengunakan air sebagai sumber energinya. Yang membedakan antara istilah Mikrohidro dengan Minihidro adalah output daya yang dihasilkan. Mikrohidro menghasilkan daya lebih rendah dari 100 kW, sedangkan untuk minihidro daya keluarannya berkisar antara 100 sampai 5000 kW. Lebih dari 5000 kW dapat dikatakan sebagai PLTA.
2.
Prinsip kerja PLT Mikrohidro
PLT Mikrohidro pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air perdetik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan
listrik.
Pembangunan
PLTMH
perlu
diawali
dengan
pembangunan bendungan untuk mengatur aliran air yang akan dimanfaatkan sebagai tenaga penggerak PLTMH. Bendungan ini dapat berupa bendungan beton atau bendungan beronjong. Bendungan perlu dilengkapi dengan pintu air dan saringan sampah untuk mencegah masuknya kotoran atau endapan lumpur. Bendungan sebaiknya dibangun pada dasar sungai yang stabil dan aman terhadap banjir. Di dekat bendungan dibangun bangunan pengambilan ( intake). Kemudian dilanjutkan dengan pembuatan saluran penghantar yang berfungsi mengalirkan air dari intake. Saluran ini dilengkapi dengan saluran pelimpah pada setiap jarak tertentu untuk mengeluarkan air yang berlebih. Saluran ini dapat berupa saluran terbuka atau tertutup. Di ujung saluran pelimpah dibangun kolam pengendap. Kolam ini berfungsi untuk mengendapkan pasir dan menyaring kotoran sehingga air yang masuk ke turbin relatif bersih. Saluran ini dibuat dengan memperdalam dan memperlebar saluran penghantar dan menambahnya dengan saluran penguras. Kolam penenang ( forebay) juga dibangun untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke turbin dan mengarahkannya masuk ke pipa pesat ( penstok ). Saluran ini dibuat dengan konstruksi beton dan berjarak sedekat mungkin ke rumah turbin untuk menghemat pipa pesat. Pipa pesat berfungsi mengalirkan air sebelum masuk ke turbin. Dalam pipa ini, energi potensial air di kolam penenang diubah menjadi energi kinetik yang akan memutar roda turbin. Biasanya terbuat dari pipa baja yang dirol, lalu dilas. Untuk sambungan antar pipa digunakan flens. Pipa ini harus didukung oleh pondasi yang mampumenahan beban statis dan dinamisnya. Pondasi dan dudukan ini diusahakan selurus mungkin, karena itu perlu dirancang sesuai dengan kondisi tanah.
Turbin, generator dan sistem kontrol masing-masing diletakkan dalam sebuah rumah yang terpisah. Pondasi turbin-generator juga harus dipisahkan dari pondasi rumahnya. Tujuannya adalah untuk menghindari masalah akibat getaran. Rumah turbin harus dirancang sedemikian agar memudahkan perawatan dan pemeriksaan. Setelah keluar dari pipa pesat, air akan memasuki turbin pada bagian inlet. Di dalamnya terdapat guided vane untuk mengatur pembukaan dan penutupan turbin serta mengatur jumlah air yang masuk ke runner/blade (komponen utama turbin). Runner terbuat dari baja dengan kekuatan tarik tinggi yang dilas pada dua buah piringan sejajar. Aliran air akan memutar runner dan menghasilkan energi kinetik yang akan memutar poros turbin. Energi yang timbul akibat putaran poros kemudian ditransmisikan ke generator. Seluruh sistem ini harus balance. Turbin perlu dilengkapi casing yang berfungsi mengarahkan air kerunner. Pada bagian bawah casing terdapat pengunci turbin. Bantalan (bearing ) terdapat pada sebelah kiri dan kanan poros dan berfungsi untuk menyangga poros agar dapat berputar dengan lancar. Daya poros dari turbin ini harus ditransmisikan ke generator agar dapat diubah menjadi energi listrik. Generator yang dapat digunakan pada mikrohidro adalah generator sinkron dan generator induksi. Sistem transmisi daya ini dapat berupa sistem transmisi langsung (daya poros langsung dihubungkan dengan poros generator dengan bantuan kopling), atau sistem transmisi daya tidak langsung, yaitu menggunakan sabuk atau belt untuk memindahkan daya antara dua poros sejajar. Keuntungan sistem transmisi langsung adalah lebih kompak, mudah dirawat, dan efisiensinya lebih tinggi. Tetapi sumbu poros harus benar-benar lurus dan putaran poros generator harus sama dengan kecepatan putar poros turbin. Masalah ketidaklurusan sumbu dapat diatasi dengan bantuan kopling fleksibel. Gearbox dapat digunakan untuk mengoreksi rasio kecepatan putaran. Sistem transmisi tidak langsung memungkinkan adanya variasi dalam penggunaan generator secara lebih luas karena kecepatan putar poros generator tidak perlu sama dengan kecepatan putar poros turbin. Jenis sabuk yang biasa digunakan untuk
PLTMH skala besar adalah jenis flat belt , sedang V-belt digunakan untuk skala di bawah 20 kW. Komponen pendukung yang diperlukan pada sistem ini adalah pulley, bantalan dan kopling. Listrik yang dihasilkan oleh generator dapat langsung ditransmisikan lewat kabel pada tiang-tiang listrik menuju rumah konsumen.
3.
Perhitungan Teknis
Potensi daya mikrohidro dapat dihitung dengan persamaan: daya (P) = 9.8 x Q x Hn x h
dengan:
P
= Daya (kW)
Q
= debit aliran (m3/s)
Hn = Head net (m) 9,8 = konstanta grav itasi h
= efisiensi keseluruhan.
Misalnya, diketahui data di suatu lokasi adalah sebagai berikut: Q = 300 m 3/s, Hn = 12 m dan h = 0,5. Maka, besarnya potensi daya (P) adalah: P
= 9,8 x Q x Hn x h = 9,8 x 300 x 12 x 0,5 = 17640 W = 17,64 kW
4.
Perhitungan Ekonomis
Pembangunan PLT Mikrohidro memerlukan investasi yang relatif besar. Nilai investasi per kW terpasangnya - menurut perhitungan Yayasan Mandiri - berkisar antara Rp. 4 juta sampai Rp. 8 juta. Adapun, biay a (harga) listrik per kWH-nya dihitung berdasarkan biaya awal (initial cost ) dan biaya operasional (operational cost ). Komponen biaya awal terdiri dari: biaya bangunan sipil, biaya fasilitas elektrik dan mekanik serta biaya sistem pendukung lain. Komponen biaya operasional yaitu: biaya perawatan, biaya penggantian suku cadang, biaya tenaga kerja (operator) serta biaya lain yang digunakan selama pemakaian.
Contoh perhitungan harga listrik per kWh dari PLT Mikrohidro adalah sebagai berikut. Misalkan, untuk membangun suatu PLTMH dengan kapasitas terpasang 1 kW, dibutuhkan biaya awal Rp 4 juta. Umur pakai mikrohidro yang dirancang adalah 10 tahun dengan biaya operasional Rp. 1 Jut/tahun. Sehingga total biayanya menjadi Rp. 10 Juta. Maka, biaya rata-rata (Rp) per hari adalah: Rp/hari = = .
= Rp 3836/ hari
Biaya (harga) per kWh ditentukan oleh biaya rata-rata per hari dan besarnya energi listrik yang dihasilkan per hari (kWh/hari). Energi per hari ini ditentukan oleh besarnya daya terpasang serta faktor daya. Faktor daya adalah jumlah waktu (jam) efektif di mana PLT Mikrohidro menghasilkan energi listrik dalam satu hari (satuannya: jam/hari). Nilai faktor daya dipengaruhi oleh karakteristik (fluktuasi) aliran air di mana PLTM dibangun. Jika diasumsikan faktor daya besarnya 12, maka harga energi list rik per kWh2 adalah: Harga/kWh
.
= = =
= Rp 320/kWh
5.
Perancangan sistem PLT Mikrohidro
Tahap pertama perancangan PLT Mikrohidro adalah studi awal. Studi ini diawali dengan survey lapangan untuk memperoleh data primer mengenai debit aliran dan head (beda ketinggian). Debit aliran dapat diukur dengan metode konduktivitas atau metode Weir. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung perkiraan potensi daya awal. Data lapangan sebaiknya diambil
beberapa kali pada musim yang berbeda untuk memperoleh gambaran yang tepat mengenai potensi daya dari aliran air tersebut. Selain itu, perlu dicari data pendukung, yaitu: kondisi air (keasaman, kekeruhan, serta kandungan pasir atau lumpur), keadaan dan kestabilan tanah di lokasi bangunan sipil, serta ketersediaan bahan, transportasi dan tenaga trampil (operator). Setelah survey lapangan, tahap perancangan selanjutnya adalah pemilihan lokasi dan penentuan dimensi utama, pembuatan analisis keunggulan dan kelemahan setiap alternatif pilihan, pembuatan sketsa elemen utama, penentuan tipe serta kapasitas turbin dan generator yang akan digunakan, penentuan sistem kontrol sistem (manual/otomatis), perancangan jaringan transmisi dan distribusi serta perancangan sistem penyambungan ke rumah-rumah. Sebelum membangun PLT Mikrohidro di suatu tempat perlu diketahui dahulu rencana PLN untuk daerah yang bersangkutan, kebutuhan listriknya, rencana penggunaan daya listrik dan faktor bebannya, studi kelayakan ekonomi serta kesiapan lembaga pengelola. Setelah semua studi yang diperlukan siap dan layak, dilakukan proses disain yang lebih lebih rinci, yaitu: pembuatan detail gambar teknik, penentuan spesif ikasi teknis secara jelas, penyusunan jadwal kegiatan, penghitungan biaya setiap komponen serta penyiapan pengurus yang akan mengelola PLTMH. Jika seluruh disain ini telah siap maka pembangunan PLT Mikrohidro dapat dimulai.
6.
Komponen-Komponen PLT Mikro Hidro
Gambar 2. Komponen-komponen Besar dari sebuah Skema Mikro Hidro
• Diversion Weir dan Intake (Dam/Bendungan Pengalih dan Intake) Dam pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah pembuka di bagian sisi sungai (‘ Intake’ pembuka) ke dalam sebuah bak pengendap (Settling Basin).
• Settling Basin (Bak Pengendap) Bak pengendap digunakan untuk memindahkan partikel-partikel pasir dari air. Fungsi dari bak pengendap adalah sangat penting untuk melindungi komponen-komponen berikutnya dari dampak pasir.
• Headrace (Saluran Pembawa) Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan.
• Headtank (Bak Penenang) Fungsi dari bak penenang adalah untuk mengatur perbedaan keluaran air antara sebuah penstock dan headrace, dan untuk pemisahan akhir kotoran dalam air seperti pasir, kayu-kayuan.
• Penstock (Pipa Pesat) Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah roda air, dikenal sebagai sebuah Turbin.
• Turbin dan Generator Perputaran gagang dari roda dapat digunakan untuk memutar sebuah alat mekanikal (seperti sebuah penggilingan biji, pemeras minyak, mesin bubut kayu dan sebagainya), atau untuk mengoperasikan sebuah generator listrik. Mesin-mesin atau alat-alat, dimana diberi tenaga oleh skema hidro, disebut dengan ‘Beban’ (Load), dalam Gambar 2. bebannya adalah sebuah penggergajian kayu.
Tentu saja ada banyak variasi pada penyusunan disain ini. Sebagai sebuah contoh, air dimasukkan secara langsung ke turbin dari sebuah saluran tanpa sebuah penstock seperti yang terlihat pada penggergajian kayu di Gambar 2. Tipe ini adalah metode paling sederhana untuk mendapatkan tenaga air, tetapi belakangan ini tidak digunakan untuk pembangkit listrik karena efisiensinya rendah. Kemungkinan lain adalah bahwa saluran dapat dihilangkan dan sebuah penstock dapat langsung ke turbin dari bak pengendap pertama. Variasi seperti ini akan tergantung pada karakteristik khusus dari lokasi dan skema keperluan-keperluan dari pengguna.
7.
Kelebihan dan Kelemahan PLTMikrohidro
Setiap pembangkit pasti akan mengalami kelebihan dan kelemahan pada umumnya, pada observasi lapangan telah didapat beberapa kelebihan dan kelemahan pada kincir air tersebut. Kelebihan dari PLTMH bahwa terutama pada rangkaian yang sederhana akan dapat menghasilkan energi listrik yang dapat dinikmati sebagai fasilitas kebutuhan sehari-hari dengan biaya yang tidak terlalu mahal, apalagi jika 1 rangkaian digunakan oleh 5 rumah atau lebih akan sangat terjangkau. Selain perawatannnya mudah juga tidak perlu mengeluarkan biaya banyak untuk melakukan perawatan tersebut, hanya perlu pelumasan pada gear jika sudah kasar suaranya dan pengecekan lainnya. Kelemahannya yaitu pembangkit jenis ini dipengaruhi oleh tidak adanya penyimpan arus sehingga pada siang hari tidak diaktifkan. Selain itu dengan daya input sebesar 5000 watt hanya akan menghasilkan daya sebesar 3000 watt saja karena adanya beban putaran pada transmisi, generator dan pendistribusian, kerusakan biasanya pada gear dan rantai karena aus dan memuai. Pada generator keluaran 3000 watt bisanya menggunakan magnet buatan jadi konsumsi listrik harus konstan, apabila pemakaiannya kecil maka daya generator ringan dan perputaran generator akan bertambah besar sehingga generator akan terbakar karena menggunakan magnet buatan, sebaliknya jika pemakaiannya lebih besar maka perputaran generator akan
melambat dan lampu-lampu akan meredup. Generator jenis ini digunakan oleh 9 rumah. Pada generator keluaran 500 watt digunakan oleh 2 rumah dan menggunakan magnet tetap, konsumsi listrik juga harus konstan, karena jika konsumsi listrik lebih sedikit maka generator akan berputar lebih cepat dan tidak akan terjadi kebakaran karena menggunakan megnet tetap tetapi bola lampu yang ada akan menyala sangat terang dan akhirnya akan putus atau meledak karena kelebihan daya.
BAB III PENUTUP
Penggunaan PLTMH sangat efektif dan efisien khususnya di daerah pegunungan yang belum terjangkau oleh PLN. Karena selain dapat menikmati listrik juga konsumsi biaya yang dikeluarkan juga terjangkau. Proses kerja dari PLTMH pada intinya apabila arus air dari waduk dialirkan maka akan mengenai turbin kemudian turbin akan bergerak. Setelah turbin berputar maka secara otomatis puli akan berputar sehingga generator pun ikut berputar. Didalam generator akan di ubah energi kinetik menjadi energi listrik yang kemudian disalurkan ke rumah-rumah. Dan belum ditemukannya alat penyimpan arus pada PLTMH agar lebih efektif semoga pada generasi yang akan datang dapat ditemukan yang lebih sempurna dari yang pernah ada dan bisa dinikmati bagi wilayah pegunungan .
DAFTAR PUSTAKA
http://www.litbang.esdm.go.id/index.php?option=com_content&view=articl e&id=79:mikrohidro&catid=80:ketenagalistrikan-dan-ebtke&Itemid=93. Diakses pada tanggal 1 Januari 2014 pukul 08:50.
http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/09/panduan-pembangunan pembangkit-listrik.html. Diakses pada tanggal 1 Januari 2014 pukul 08:54.
http://ebookbrowsee.net/makalah-tentang-tenaga-listrik-tenaga-mikrohidro pdf-d380970459. Diakses pada tanggal 1 Januari 2014 pukul 18:52.
elimeklipigoiddaadocsLpdf . Diakses pada tanggal 1 Januari 2014 pukul 18:57.
http://www.omkris.com/2012/03/pembangkit-listrik-tenagamikro.html#.UsQCwtIW1Bk . Diakses pada tanggal 1 Januari 2014 pukul 19:02.
www.elsppat.or.id/download/fileapdf. Diakses pada tanggal 1 Januari 2014 pukul 19:08.
http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:http://aulya260202. blogspot.com/2013/03/pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro.html. Diakses pada tanggal 1 Januari 2014 pukul 19:04.
http://shalahuddin-hasan.blogspot.com/2010/11/pembangkit-listrik-microhydro-mini.html. Diakses pada tanggal 2 Januari 2014 pukul 06:20.
