NURHENING YUNIARTI EKO PRINTO

Transkripsi

1

2 BUKU AJAR NURHENING YUNIARTI EKO PRINTO

3 Pembangkit Tenaga Listrik DAFTAR ISI Bab 1 : Pendahuluan Sejarah Industri Pembangkit Listrik... 3 Konversi Energi... 7 Bab 2 : Generator Listrik Prinsip Generator Listrik Sistem Eksitasi Generator Paralel Generator Sinkron Bab 3 : Jenis Jenis Pembangkit Listrik Pembangkit Listrik Tenaga Air Pembangkit Listrik Tenaga Uap Pembangkit Listrik Tenaga Surya Bab 4 : Distributed Generation Definisi Distributed Generation Keuntungan Distributed Generation Teknologi DG Bab 5 : Teknologi Penyimpanan Energi Listrik Jenis Penyimpan Energi Listrik Pumped storage hydropower Compressed air energy storage Large-scale batteries Superconducting magnetic energy storage Flywheels Capacitors iii

4 PENDAHULUAN Sumber daya energi adalah sumber daya alam yang dapat diolah oleh manusia sehingga dapat digunakan bagi pemenuhan kebutuhan energi. Satuan perdagangan yang biasa digunakan untuk bahan bakar cair minyak bumi adalah satuan volume seperti liter, barrel (setara 159 ltr). Sedangkan untuk bahan bakar padat seperti batubara menggunakan satuan berat yaitu Ton, kg. Bahan bakar gas menggunakan satuan volume dan berat. Misalnya: standar normal meter kubik (N M 3 ) artinya satuan m 3 gas bumi pada tekanan normal (bar) dan suhu 15 o C. Di dunia tersedia berbagai sumber daya alam; antara lain angin, air, batu bara, minyak bumi, hutan, panas matahari, dan lain-lain. Di antara sumber daya alam tersebut tersedia bahan yang bisa menjadi sumber energi, sehingga disebut sumber daya energi. Berdasarkan definisi dalam Undang-Undang Republik Indonesia No. 30 Tahun 2007 Bab I Pasal 1, sumber energi adalah sesuatu yang dapat menghasilkan energi baik secara langsung maupun melalui proses konversi. Sedangkan sumber daya energi adalah sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan baik sebagai sumber energi maupun sebagai energi. Sumber : Buku Panduan Energi Terbarukan, PNPM Mandiri Gambar 1. Energi Terbarukan Pembangkit Tenaga Listrik 1

5 Energi listrik menunjukkan suatu modernisasi. Segala sesuatu yang kita anggap modern, dari lampu, radio dan televisi hingga peralatan rumah tangga, perangkat elektronik, komputer dan semua perlengkapan di zaman informasi ini bergantung pada ketersediaan listrik. Saat ini warga di kota besar menggunakan listrik begitu saja tanpa memperhatikan di pedesaan masih memerlukan keberadaan akan energi listrik. Penyediaan pasokan listrik adalah suatu proyek yang kompleks dan mahal. Saat ini, keamanan terhadap penyediaan listrik, transmisi dan pedistribusian sampai ke pelanggan mengenai kemanaannya juga menjadi isu yang diperbincangkan. Sementara orang-orang yang tidak tersentuh oleh modernitas masih bisa menjalani hidup mereka tanpa listrik, negara dengan industri modern yang memiliki kekurangan pasokan listrik apalagi tanpa listrik, akan menjadi tidak berdaya. Buku ini merupakan pengantar dalam penyediaan energi listrik melalui penjelasan berbagai macam pembangkit. Buku ini tidak mencakup sarana untuk mentransmisikan dan mendistribusukan listrik kepada penggunanya. Penjelasan dalam buku ini adalah tentang semua cara yang telah dibuat manusia untuk menghasilkan bentuk energi yang paling sulit dipahami ini, Pembangkit Tenaga Listrik 2

6 energi listrik. Buku ini terbagi dalam beberapa bab dengan satu bab yang menjelaskan tentang jenis jenis pembangkit listrik berdasarkan energi primer yang digunakan. Penjelasan yang diberikan bersifat menyeluruh dan teknis bila diperlukan namun tidak menggunakan bahasa yang terlalu teknis sehingga untuk pembaca pemula akan sulit dipahami. Tujuan buku ini adalah untuk memberikan gambaran tentang setiap jenis pembangkit tenaga dalam bentuk yang mudah dicerna. SEJARAH INDUSTRI PEMBANGKIT LISTRIK Permulaan industri pembangkit listrik modern ditemukan pada awal dan pertengahan abad kesembilan belas dan dalam karya seperti Benjamin Franklin, Alessandro Volta dan Michael Faraday. Faraday, khususnya, mampu menunjukkan hubungan antara listrik dan magnet, sebuah hubungan yang memungkinkan menghasilkan listrik menggunakan mesin penggerak dibanding mengambilnya dari baterai/ accu seperti yang terjadi pada zamannya. Pemerataan pemahaman tentang listrik bertepatan dengan perkembangan mesin uap, dan meluasnya penggunaan gas untuk bahan bakar dan penerangan. Di Amerika Serikat, Thomas Edison mengembangkan filamen karbon yang menghasilkan cahaya dari listrik. Pekerjaan serupa dilakukan di Inggris oleh Sir Joseph Swan. Peralatan penerangan merupakan penggunaan pertama dari energi listrik. Pertumbuhan dan perkembangan pembangkit listrik yang dipercepat terutama penggunaannya untuk daya traksi. Kereta listrik untuk transportasi perkotaan dan sistem kereta bawah tanah di London adalah jenis proyek yang mendorong pembangunan pembangkit listrik besar dalam dua dekade terakhir pada abad kesembilan belas. Asal-usul listrik dimungkinkan mulai ada pada abad kesembilan belas, namun beberapa pendapat menjelaskan bahwa pertumbuhan industri kelistrikan merupakan fenomena abad ke-20. Tidak diragukan bahwa listrik akan menjadi sumber energi terpenting di dunia. Perkembangan modern seperti komputer dan komunikasi tidak mungkin tanpa listrik. Perlu diingat bahwa sebagian besar elemen kunci yang diperlukan untuk pembangkit listrik, transmisi dan distribusi dikembangkan selama abad ke-20. Evolusi teknologi pembangkit listrik Stasiun pembangkit tenaga paling awal menggunakan mesin uap untuk menghasilkan tenaga. Mesin uap tidak ideal untuk tujuan pembangkitan listrik karena mesin uap tidak dapat dengan mudah membangkitkan kecepatan rotasi tinggi yang dibutuhkan untuk menggerakkan Pembangkit Tenaga Listrik 3

7 generator secara efektif. Kesulitan ini akhirnya diatasi dengan penemuan turbin uap oleh Sir Charles Parsons pada tahun Bahan bakar untuk pembangkit listrik ini biasanya menggunakan batubara, digunakan untuk menaikkan uap di dalam boiler. PLTA memasuki perkembangan pembangkit listrik pada tahap awal dalam pengembangan industri. Sebagian besar pekerjaan utama pada pembuatan PLTA adalah pada jenis turbin yang berbeda-beda yang digunakan untuk menangkap kekuatan air yang mengalir. Hal ini dilakukan pada paruh kedua abad kesembilan belas. Pada awal abad ke-20, mesin spark-ignition dan mesin diesel telah dikembangkan. Mesin ini juga bisa digunakan untuk menghasilkan listrik. Sebelum Perang Dunia II juga dimulai penggunaan turbin angin sebagai cara menghasilkan tenaga listrik. Namun sampai awal tahun 1950an, pembangkit listrik yang menggunakan turbin uap berbahan bakar batubara, dan kadangkadang minyak atau gas, bersama dengan stasiun tenaga air, menyediakan sebagian besar kapasitas pembangkit tenaga secara global. Pada tahun 1950-an tenaga nuklir lahir. Begitu prinsip perkembangan tenaga nuklir telah diperkuat, pembangunan pembangkit tenaga nuklir dipercepat. Di sini, diyakini secara luas, bahwa energi nuklir menjadi sumber energi modern untuk zaman modern; murah, bersih dan menarik secara teknis. Tenaga nuklir terus berkembang pesat di Amerika Serikat hingga akhir 1970-an. Di belahan dunia yang lain, perkembangan tenaga nuklir kurang cepat, tapi Inggris Raya, Prancis dan Jerman telah banyak berinvestasi untuk hal tersebut. Di Timur Tengah, Jepang, Taiwan dan Korea Selatan berkembang lebih lambat. Rusia mengembangkan industri tebaga nuklirnya sendiri dan India baru memulai program nuklir, begitu pula China. Di akhir tahun 1970an, industri nuklir yang dulu berjaya mulai meredup. Sejak saat itu kemajuan tenaga nuklir telah melambat secara dramatis, terutama di dunia barat. Pada awal dekade yang sama, tepatnya pada tahun 1973, perang Arab-Israel menyebabkan pergolakan besar dalam harga minyak dunia. Harga minyak meningkat secara dramatis. Pada saat itu minyak juga menjadi bahan bakar utama untuk pembangkit listrik. Negara-negara yang menggunakannya secara ekstensif mulai mencari cara baru untuk menghasilkan listrik dan ketertarikan pada sumber energi terbarukan mulai dikembangkan. Kenaikan harga minyak menyebabkan penelitian berbagai macam teknologi energi alternatif yang berbeda seperti tenaga ombak, hot-rock, tenaga panas bumi dan penggunaan etanol yang berasal dari tanaman, bukan dari bahan bakar bensin atau minyak. Namun yang mendominasi Pembangkit Tenaga Listrik 4

8 adalah tenaga surya dan tenaga angin. Perkembangannya memakan waktu lama namun pada akhir abad kedua teknologi surya dan angin telah mencapai tahap di mana keduanya telah layak digunakan secara teknis dan ekonomis. Ada banyak alasan untuk berharap teknologi surya dan angin dapat berkontribusi secara signifikan terhadap pertumbuhan pembangkitan listrik di abad kedua puluh satu. Salah satu kekhawatiran dari awal 1970-an dan mulai dirasakan di industri kelistrikan selama tahun 1980an adalah dampak terhadap lingkungan. Hal ini memaksa industri menerapkan langkah-langkah untuk mengurangi emisi lingkungan dari pembangkit listrik berbahan bakar fosil. Teknologi pembangkit listrik lainnya seperti tenaga air juga terpengaruh. Turbin gas mulai memberikan dampak besar selama tahun 1980an sebagai mesin untuk pembangkit listrik. Mesin tenaga uap disempurnakan selama dan setelah Perang Dunia II sebagai unit tenaga penerbangan, namun segera dipindahkan ke industri tenaga untuk digunakan di pembangkit listrik yang memasok permintaan beban puncak. Selama tahun 1980an, pembangkit listrik dengan beban dasar yang pertama menggunakan turbin gas dan turbin uap, dalam konfigurasi yang dikenal sebagai pabrik siklus kombinasi mulai dibangun. Konfigurasi ini telah menjadi sumber utama muatan kapasitas pembangkit di banyak negara dimana gas alam tersedia. Tahun-tahun pertama abad kedua puluh satu telah melihat penekanan baru pada sumber listrik baru dan terbarukan. Ada ketertarikan yang baru untuk mendapatkan energi listrik dari lautan yaitu ombak, arus, dan panasnya air laut tropis. Pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai sudah mulai berkembang di sekitar tepi Eropa. Berdasarkan penjelasan diatas, ketersediaan sumber daya alam dibagi menjadi dua jenis menurut sifatnya yaitu terbarukan (renewable resource) dan tidak terbarukan (non renewable resource). Demikian pula hanya dengan sumber energi, yaitu energi terbarukan (renewable energy) dan energi tak terbarukan (non renewable energy).pengklasifikasian seperti ini sangat dipengaruhi oleh peran variabel waktu. Sumber daya alam yang dapat diperbarui merupakan sumber daya yang terus-menerus tersedia sebagai input produksi dengan batas waktu tak terhingga. Termasuk sumber daya alam yang dapat diperbarui adalah panas matahari, angin, panas bumi, dan air laut (ombak). Sedangkan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui adalah sumber daya yang yang persediannya sebagai input produksi terbatas dalam jangka waktu tertentu. Termasuk disini adalah minyak bumi, gas bumi, dan batubara. Pembangkit Tenaga Listrik 5

9 Sumber daya yang terbarukan bisa berubah menjadi sumber daya tak terbarukan berdasarkan rentang waktu, laju pemakaian (produksi), serta pembentukan kembali (generation). Air sungai, misalnya, jika laju pemakaiannya jauh lebih besar dari debit dan kualitas air dari arah hulu atau dari sumber mata airnya, maka lama-kelamaan sungai tersebut akan mengalami kekeringan sampai airnya habis. Begitu juga dengan hutan. Dibutuhkan waktu paling tidak tahun untuk membesarkan pepohonan yang memiliki nilai ekonomi. Jika laju produksi hutan (penebangan kayu) lebih besar dari laju pertumbuhan kembali pepohonan, maka sumber daya hutan tersebut akan habis. Sumber daya alam seperti minyak bumi, gas bumi, dan batubara membutuhkan waktu jutaan tahun untuk proses pembentukannya. Dengan jumlah ketersediaan yang terbatas di alam dan dengan laju produksi yang besar serta skala waktu produksinya harian (jauh lebih kecil dari skala waktu jutaan tahun), maka tentu saja sumber daya alam ini makin lama makin tipis persediaannya hingga akhirnya habis. Pada akhirnya klasifikasi sumber daya alam terbarukan dan tak terbarukan akan sangat tergantung juga pada manajemen pemanfaatannya, yaitu sejauh mana besarnya laju produksi dibandingkan dengan laju pembentukan kembali. Sumber daya akan menjadi tak bebarukan apabila laju produksi (production rate) lebih besar dari laju pembentukan kembali (generation rate) di alam. Dari segi pemakaian sumber energi terdiri atas energi primer dan energi sekunder. Energi yang langsung diberikan oleh alam dalam wujud aslinya dan belum mengalami perubahan (konversi) disebut sebagai energi primer. Sementara energi sekunder adalah energi primer yang telah mengalami proses lebih lanjut. Minyak bumi jika baru digali (baru diproduksikan ke permukaan), gas bumi, batu bara, uranium (nuklir), tenaga air, biomassa, panas bumi, radiasi panas matahari (solar), tenaga angin, dan tenaga air laut dalam wujud aslinya disebut sebagai energi primer. Hasil olahan minyak bumi seperti bahan bakar minyak dan LPG disebut sebagai energi sekunder. Air terjun apabila belum diolah masuk klasifikasi energi primer. Apabila sudah dipasang pembangkit tenaga listrik maka hasil olahannya, yaitu energi listrik, disebut sebagai energi sekunder. Pada dasarnya energi sekunder berasal dari olahan energi primer. Energi primer adalah energi yang diperoleh langsung dari alam seperti: minyak mentah, gas bumi, batu bara, tenaga air, panas bumi, mineral radio aktif, angin, pasangsurut, kayu bakar, sampah,dan lain sebagainya. Pembangkit Tenaga Listrik 6

10 Sumber : Buku Panduan Energi Terbarukan, PNPM Mandiri Energi listrik membawa peranan yang sangat penting bagi masyarakat, industri dan pemerintah. Seperti pada bidang produksi, penelitian atau riset, bidang pertahanan dan keamanan, bidang komunikasi dan mass media, bidang rumah tangga dan lain-lain. Bahkan tingkat produksi dan penjualan listrik telah menjadi salah satu ukuran bagi perkembangan kemajuan suatu Negara. KONVERSI ENERGI Energi di alam adalah kekal artinya energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi hanya bisa diubah dari energi satu ke energi lainnya (Hukum kekekalan energi). Ilmu yang mempelajari perubahan energi dari energi satu kelainnya adalah disebut dengan ilmu konversi energi. Tingkat keberhasilan perubahan energi adalah disebut dengan efisiensi. Adapun sifat-sifat energi secara umum adalah : 1. Transformasi energi, artinya energi bisa diubah menjadi bentuk lain, misalkan energi panas pembakaran menjadi energi mekanik mesin. Pembangkit Tenaga Listrik 7

11 Gambar 2. Perubahan energi pada motor bakar Contoh yang lain adalah proses perubahan energi atau konversi energi pada turbin dan pompa. Perubahan energi pada turbin adalah sebagai berikut, energi fluida (energi kinetik fluida) masuk turbin dan berekspansi, terjadi perubahan energi yaitu dari energi fluida menjadi energi mekanik putaran poros turbin. Kemudian, putaran poros turbin memutar poros generator listrik, dan terjadi perubahan energi kedua yaitu dari energi mekanik menjadi energi listrik. Gambar 3. Proses perubahan energi Pembangkit Tenaga Listrik 8

12 Pada gambar diatas terlihat proses konversi energi dari energi listrik menjadi energi fluida. Prosesnya yaitu energi listrik akan diubah menjadi energi mekanik pada motor listrik, energi mekanik tersebut adalah putaran poros motor listrik yang akan diteruskan ke poros pompa. Pada pompa terjadi perubahan energi mekanik menjadi energi fluida, fluida yang keluar dari pompa mempunyai energi yang lebih tinggi dibanding sebelum masuk pompa. Gambar 4. Pompa 2. Transfer energi, yaitu energi panas (heat) dapat ditransfer dari tempat satu ke tempat lainnya atau dari material satu ke material lainnya. Gambar 5. Transfer panas 3. Energi dapat pindah ke benda lain melalui suatu gaya yang menyebabkan pergeseran, sering disebut dengan energi mekanik. Pembangkit Tenaga Listrik 9

13 W = FxS Gambar 6. Gaya dan Torsi Pembangkit Tenaga Listrik 10

14 Gambar 7. Kerja putaran poros Energi mekanik Putaran Poros adalah yang paling sering digunakan untuk perhitungan mesin mesin konversi energi, karena hampir sebagian besar mesin mesin konversi adalah mesin-mesin rotari. Alasan pemilihan gerak putaran poros mesin (mesin rotari) sebagai transfer energi atau kerja dibanding dengan putaran bolak-balik (reciprocating) adalah karena gerak rotari mempunyai efisiensi mekanik yang tinggi, getaran rendah, dan tidak banyak memerlukan komponen mesin yang rumit. Energi atau kerja langsung bisa ditransfer atau diterima perlatan tanpa perlatan tambahan. Sebagai perbandingan mesin rotari adalah mesin reciprocating yaitu motor bakar. Sumber Daya Alam Nonkonvensional Sumber daya alam nonkonvensional banyak berasal dari temuan atau pengembangan teknologi seperti accu/baterai (aki), nuklir, solar cell dan sejenisnya. Tetapi sumber daya non konvensional tetap menggunakan bahan baku atau sumber dari alam, hanya diproses dan diubah dalam bentuk yang lebih praktis untuk siap digunakan. Beberapa alternatif pengembangan sumber energi nonkonvensional yang dikembangkan untuk mengganti sumber energi konvensional yang terbatas jumlahnya adalah sebagai berikut: Pembangkit Tenaga Listrik 11

15 1. Energi matahari. Cahaya matahari dapat diubah menjadi energi listrik dengan jalan menangkap cahaya matahari dengan beribu-ribu fotosel. Fotosel dapat dibuat dari silikon yang sisi-sisinya dilapisi dengan Boron dan Arsen. Untuk mendapatkan voltase yang tinggi dan arus yang kuat, ribuan fotosel dihubungkan secara seri-paralel. Energi matahari dapat juga diubah menjadi energi panas dengan pertolongan cermin cekung. Dalam hal ini dikaitkan dengan pemanfaatan energi matahari yang berasal dari pancaran sinar matahari secara langsung ke bumi. Dalam pelaksanaan pemanfaatannya dapat dibedakan 3 macam cara: a. Pemanasan Langsung Dalam hal ini sinar matahari memanasi langsung benda yang akan dipanaskan atau memanasi secara langsung medium, misalnya air yang akan dipanaskan. b. Konversi Surya Termis Elektris (KSTE) Pada cara ini yang dipanaskan adalah juga air, akan tetapi panas yang terkandung dalam air itu dikonversikan menjadi energi listrik. Pada prinsipnya, KSTE memerlukan sebuah konsentrator optik untuk pemanfaatan energi surya, sebuah alat yang dapat menyerap energi yang terkumpul, sistem pengangkut panas, dan sebuah mesin yang agak konvensional untuk pembangkit tenaga listrik. Diperkirakan bahwa sebuah unit KSTE untuk menghasilkan 100 MW listrik memerlukan buah heliostat dengan permukaan refleksi masing-masing seluas 40m 2, sebuah menara penerima setinggi 250 m yang memikul sebuah penyerap untuk membuat uap bagi sebuah turbin selama 6-8 jam sehari. c. Konversi Energi Photoltaic Pada cara ini, energi sinar matahari langsung dikonversikan menjadi tenaga listrik. Energi pancaran sinar matahari dapat diubah menjadi arus searah dengan mempergunakan lapisan-lapisan tipis dari silikon, atau bahan-bahan semikonduktor lainnya. Sebuah Kristal silinder silikon (Si) yang hampir murni diperoleh dengan cara mencairkan silikon dalam suhu tinggi dengan lingkungan atmosfer yang diatur. Sel surya silikon dikembangkan sejak tahun 1955 oleh Bell Laboratoris (USA) dan Pembangkit Tenaga Listrik 12

16 banyak dipergunakan untuk sistem-sistem tenaga kendaraan-kendaraan ruang angkasa dan satelit-satelit selama 20 tahun terakhir. Keuntungan-keuntungan dari konvensi energi photovoltaic: (1) Tidak ada bagian-bagian yang bergerak. (2) Usia pemakaian dapat melampaui 100 tahun sekalipun efisiensinya sepanjang masa pemakaian akan menurun. (3) Pemeliharaan tidak sulit. (4) Sistem ini mudah disesuaikan pada berbagai jenis pemanfaatannya. 2. Energi panas bumi. Panas dari gunung berapi bersumber dari magma. Bila di dekat magma tersebut terdapat cadangan air maka air itu akan mendapatkan panas. Rembesan air panas ke permukaan bumi dapat merupakan sumber air panas, berupa semburan uap atau semburan air panas. Panas bumi berupa uap air panas dapat digunakan untuk menggerakkan turbin yang dapat menggerakkan generator listrik. 3. Energi angin Langsung dapat diubah menjadi listrik dengan menggunakan kincir angin yang dihubungkan dengan generator listrik. 4. Energi pasang surut Dapat dimanfaatkan dengan menggunakan dam yang memiliki pintu air yang dapat diatur pembukaannya. Pada saat air laut pasang, air laut masuk ke dalam dam melalui pintu air. Bila air surut maka air laut akan ke luar juga melalui pintu air yang sama. Di pintu air itulah dipasang turbin yang dapat menggerakkan generator listrik. 5. Energi biogas 6. Energi biomassa Prinsipnya adalah memanfaatkan jasad hidup sampah melalui cara pembusukan dengan pertolongan bakteri pengurai. Bakteri itu diperoleh dari kotoran kerbau atau sapi. Gas yang sebagian besar adalah metan dapat dibakar. Panas yang timbul, digunakan untuk memanaskan ketel uap. Uap yang dihasilkan digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Sumber Daya Energi Konvensional Sumber daya energi konvensional adalah sumber daya energi yang digunakan untuk memenuhi sebagian besar kebutuhan energi manusia sekarang. Sumber daya energi konvensional terdiri dari: Pembangkit Tenaga Listrik 13

17 1. minyak bumi 2. batubara 3. gas alam 4. kayu Ketersediaan sumber daya energi diartikan sebagai kemampuan manusia untuk mendapatkan sumber daya energi tersebut berdasarkan teknologi yang telah dikembangkan serta dengan cara yang secara ekonomi dapat diterima. Ketersediaan sumber daya energi ditinjau dari beberapa macam aspek, yaitu keberadaan sumber daya tersebut di alam, ketersediaan teknologi untuk mengeksploitasi sumber daya tersebut, ketersediaan teknologi untuk memanfaatkan sumber daya tersebut, pertimbangan dalam aspek ekonomi, pertimbangan dampak (lingkungan, sosial) dan kompetisi dengan penggunaan penting lainnya. Berdasarkan berbagai aspek pertimbangan tentang ketersediaan sumber daya energi yang telah disebutkan di atas, maka secara lebih praktis ketersediaan sumber daya energi didasarkan pada dua aspek penting, yaitu ketersediaan data yang cukup dan konsisten serta estimasi biaya yang diperlukan untuk menggali. Untuk mengeksploitasi suatu sumber daya alam (termasuk sumber daya energi) disamping dua pertimbangan tersebut masih diperlukan pertimbangan berikutnya yang menyangkut dampak lingkungan maupun sosial akibat eksploitasi sumber daya alam dan kompetisi (benturan) dengan penggunaan penting lainnya. Sumber Daya Energi Terbarukan Sumber daya energi terbarukan adalah sumber daya energi yang tersedia secara terus menerus dalam waktu sangat lama karena siklus alaminya. Sumber daya energi terbarukan terdiri dari : 1. energi angin 2. energi surya 3. geothermal 4. aliran air (sungai) 5. biomassa (sampah, kultivasi) 6. kelautan (arus laut, gelombang, pasang surut, beda suhu) 7. badan air besar / danau (beda suhu) Pembangkit Tenaga Listrik 14

18 Energi terbarukan adalah sumber-sumber energi yang bisa habis secara alamiah. Energi terbarukan berasal dari elemen-elemen alam yang tersedia di bumi dalam jumlah besar, misal: matahari, angin, sungai, tumbuhan dan sebagainya. Energi terbarukan merupakan sumber energy paling bersih yang tersedia di bumi ini. Ada beragam jenis energi terbarukan, namun tidak semuanya bisa digunakan di daerah-daerah terpencil dan perdesaan. Secara sederhana, energi terbarukan didefinisikan sebagai energi yang dapat diperoleh ulang (terbarukan) seperti sinar matahari dan angin. Sumber energi terbarukan adalah sumber energi ramah lingkungan yang tidak mencemari lingkungan dan tidak memberikan kontribusi terhadap perubahan iklim dan pemanasan global seperti pada sumber-sumber tradisional lain. Ini adalah alasan utama mengapa energi terbarukan sangat terkait dengan masalah lingkungan dan ekologi di mata banyak orang. Banyak orang biasanya menunjuk energi terbarukan sebagai antitesis untuk bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil memiliki tradisi penggunaan yang panjang, sementara sektor energi terbarukan baru saja mulai berkembang dan ini adalah alasan utama mengapa energi terbarukan masih sulit bersaing dengan bahan bakar fosil. Energi terbarukan masih perlu meningkatkan daya saing, karena sumber energi yang terbarukan masih membutuhkan subsidi untuk tetap kompetitif dengan bahan bakar fosil dalam hal biaya (meskipun harus juga disebutkan bahwa perkembangan teknologi pada energi terbarukan terus menurunkan harganya dan hanya masalah waktu energi terbarukan akan memiliki harga yang kompetitif tanpa subsidi dibandingkan bahan bakar tradisional.) Selain dalam hal biaya, energi terbarukan juga perlu meningkatkan efisiensinya. Sebagai contoh, panel surya rata-rata memiliki efisiensi sekitar 15% yang berarti banyak energi akan terbuang dan ditransfer menjadi panas, bukan menjadi bentuk lain energi yang bermanfaat untuk digunakan. Namun, ada banyak penelitian yang sedang berlangsung dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi teknologi energi terbarukan, beberapa darinya benar-benar menjanjikan, meskipun kita belum melihat solusi energi terbarukan yang sangat efisien dan bernilai komersial tinggi. Sektor energi terbarukan bisa memutuskan untuk "wait and see" karena bahan bakar fosil pada akhirnya akan habis dan energi terbarukan kemudian akan menjadi alternatif terbaik guna memenuhi kebutuhan dunia akan energi. Tapi ini akan menjadi strategi yang buruk karena dua alasan: keamanan energi dan perubahan iklim. Pembangkit Tenaga Listrik 15

19 Sebelum bahan bakar fosil habis, sektor energi terbarukan harus dikembangkan untuk cukup menggantikan batubara, minyak bumi, dan gas alam dan ini hanya dapat dilakukan jika kemajuan teknologi energi terbarukan berlanjut di tahun-tahun mendatang. Kegagalan pengembangkan teknologi energi terbarukan akan membahayakan keamanan energi masa depan kita, dan ini harus dihindari oleh dunia. Energi terbarukan sering dianggap sebagai cara terbaik untuk mengatasi pemanasan global dan perubahan iklim. Energi terbarukan akan mengurangi penggunakan bahan bakar fosil yang terus kita bakar, mengurangi pembakaran bahan bakar fosil berarti juga mengurangi emisi karbon dioksida dan memberikan dampak perubahan iklim yang lebih rendah. Sebenarnya ada banyak alasan untuk memilih energi terbarukan dibandingkan bahan bakar fosil, tetapi kita tidak boleh lupa bahwa energi terbarukan masih belum siap untuk sepenuhnya menggantikan bahan bakar fosil. Di tahun-tahun mendatang hal itu pasti terjadi, tetapi tidak untuk sekarang. Hal yang paling penting untuk dilakukan sekarang adalah mengembangkan teknologi yang berbeda bagi energi terbarukan guna memastikan bahwa saat datangnya hari dimana bahan bakar fosil habis, dunia tidak perlu khawatir dan energi terbarukan sudah siap untuk menggantikannya. Tenaga Surya, Tenaga Angin, Biomassa dan Tenaga Air adalah teknologi yang paling sesuai untuk menyediakan energi di daerah-daerah terpencil dan perdesaan. Energi terbarukan lainnya termasuk Panas Bumi dan Energi Pasang Surut adalah teknologi yang tidak bisa dilakukan di semua tempat. Indonesia memiliki sumber panas bumi yang melimpah; yakni sekitar 40% dari sumber total dunia. Akan tetapi sumber-sumber ini berada di tempat-tempat yang spesifik dan tidak tersebar luas. Teknologi energi terbarukan lainnya adalah tenaga ombak, yang masih dalam tahap pengembangan. Indonesia adalah negeri yang kaya raya. Sumber daya alamnya sangat melimpah. Beberapa di antaranya bisa dikembangkan menjadi energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak yang terus menurun dan menyusut. Sejumlah negara masih mengandalkan minyak bumi, batu bara, dan gas alam untuk memenuhi sebagian besar kebutuhan energinya. Padahal, stok bahan bakar fosil sebagai sumber energi saat ini terus berkurang. Dalam banyak studi, Indonesia menyimpan ribuan energi terbarukan (renewable energy). Berikut 10 energi terbarukan yang dimiliki Indonesia dan berpotensi besar untuk menyediakan sumber energi berlebih. Pembangkit Tenaga Listrik 16

20 1. Energi matahari Matahari terletak berjuta-juta kilometer dari Bumi (149 juta kilometer) akan tetapi menghasilkan jumlah energi yang luar biasa banyaknya. Energi yang dipancarkan oleh matahari yang mencapai Bumi setiap menit akan cukup untuk memenuhi kebutuhan energi seluruh penduduk manusia di bumi selama satu tahun, jika bisa ditangkap dengan benar. Setiap hari, kita menggunakan tenaga surya, misal untuk mengeringkan pakaian atau mengeringkan hasil panen. Tenaga surya bisa dimanfaatkan dengan cara-cara lain: Sel Surya (yang disebut dengan sel fotovoltaik yang mengkonversi cahaya matahari menjadi listrik secara langsung. Pada waktu memanfaatkan energi matahari untuk memanaskan air, panas matahari langsung dipakai untuk memanaskan air yang dipompakan melalui pipa pada panel yang dilapisi cat hitam. PT PLN (Persero) memanfaatkan energi ini untuk menerangi pulau terpencil pada tahun Energi biomasa (biomass energy) Sektor perkebunan menyumbang 64 juta ton limbah untuk energi ini. Biomassa merupakan salah satu sumber energi yang telah digunakan orang sejak dari jaman dahulu kala. Orang telah membakar kayu untuk memasak makanan selama ribuan tahun. Biomassa adalah semua benda organik (misal: kayu, tanaman pangan, limbah hewan & manusia) dan bisa digunakan sebagai sumber energi untuk memasak, memanaskan dan pembangkit listrik. Sumber energi ini bersifat terbarukan karena pohon dan tanaman pangan akan selalu tumbuh dan akan selalu ada limbah tanaman. Ada empat jenis biomassa: Terurai di alam; Kayu serta limbah pertanian bisa dibakar dan digunakan untuk menghasilkan uap dan listrik. Banyak listrik yang digunakan oleh industri menghasilkan limbah yang bisa dipakai untuk menggerakkan mesin mereka sendiri (contoh: produsen furnitur). Bahan bakar padat limbah anorganik; Tidak semua limbah adalah organik; beberapa di antaranya bersifat anorganik, seperti plastik. Pembangkit listrik yang memanfaatkan sampah untuk menghasilkan energi disebut pembangkit listrik tenaga sampah. Pembangkit listrik ini bekerja dengan cara yang sama sebagai pembangkit listrik tenaga batubara, kecuali bahan bakar tersebut bukan bahan bakar fosil tetapi sampah yang bisa dibakar. Pembangkit Tenaga Listrik 17

21 Bahan Bakar Gas. Sampah yang ada di tempat pembuangan sampah akan membusuk dan menghasilkan gas metan. Jika gas metan tersebut ditampung, maka bisa langsung dimanfaatkan untuk dibakar yang menghasilkan panas untuk penggunaan praktis atau digunakan pada pembangkit listrik untuk menghasilkan listrik. Metan bisa juga dihasilkan dengan menggunakan kotoran hewan dan manusia dalam metode yang terkendali. Biodigester adalah wadah kedap udara di mana limbah atau kotoran difermentasi dalam kondisi tanpa oksigen melalui proses yang dinamakan pencernaan anaerob untuk menghasilkan gas yang mengandung banyak metan. Gas ini bisa dipakai untuk memasak, memanaskan & membangkitkan listrik. Gasifikasi adalah proses untuk menghasilkan gas yang bisa dipakai sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik. Dalam proses gasifikasi, biomassa dengan biaya murah, seperti batubara atau limbah pertanian dibakar sebagian dan gas sintetik yang dihasilkan dikumpulkan dan digunakan untuk pemanas dan pembangkit listrik. Dengan menggunakan teknik lebih lanjut lagi, maka gas sintetik bisa dikonversi menjadi minyak solar sintetik/ bahan bakar dari sumber hayati (biofuel) berkualitas tinggi, yang setara dengan minyak solar yang digunakan untuk menggerakkan mesin diesel konvensional Bahan Bakar Hayati Berbentuk Cair. Bahan bakar hayati adalah bahan bakar untuk kendaraan bermotor atau mesin. Bahan bakar ini bisa digunakan sebagai tambahan atau menggantikan bahan bakar konvensional untuk mesin. Bioethanol adalah alkohol yang dibuat melalui proses fermentasi gula yang terkandung pada tanaman pangan (contoh: tebu, ubi kayu atau jagung), dan digunakan sebagai tambahan untuk bensin. Biodiesel dibuat dari minyak sayur (misal: Minyak Sawit, Jatropha Curcas, Minyak Kelapa, atau Minyak Kedelai, atau Limbah Minyak Sayur/WVO). Biodiesel bisa digunakan sendiri atau sebagai tambahan pada mesin diesel tanpa memodifikasi mesin. 3. Hydropower (sumber daya air) Sungai-sungai dan air terjun di Indonesia sangat potensial bagi energi ini. Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir atau air terjun. Air yang mengalir ke puncak baling-baling atau baling-baling yang ditempatkan di sungai, akan Pembangkit Tenaga Listrik 18

22 menyebabkan baling-baling bergerak dan menghasilkan tenaga mekanis atau listrik. Tenaga air sudah cukup dikembangkan dan ada banyak pembangkit listrik tenaga air (PLTA) yang menghasilkan listrik di seluruh Indonesia. Pada umumnya, bendungan dibangun di seberang sungai untuk menampung air di mana sudah ada danau. Air selanjutnya dialirkan melalui lubang-lubang pada bendungan untuk menggerakkan baling-baling modern yang disebut dengan turbin untuk menggerakkan generator dan menghasilkan listrik. Akan tetapi, hampir semua program PLTA kecil di Indonesia merupakan program yang memanfaatkan aliran sungai dan tidak mengharuskan mengubah aliran alami air sungai. 4. Energi dari laut (ocean energy) Masih seputar lautan. Lautan menyediakan energi terbarukan (renewable energy), seperti energi gelombang atau pemanfaatan pasang surut air laut dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik dan energi panas air laut (ocean thermal energy) yang berasal dari panas yang tersimpan dalam air laut. Dua kali sehari, air pasang naik dan turun menggerakkan volume air yang sangat banyak saat tingkat air laut naik dan turun di sepanjang garis pantai. Energi air pasang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik seperti halnya listrik tenaga air tetapi dalam skala yang lebih besar. Pada saat air pasang, air bisa ditahan di belakang bendungan. Ketika surut, maka tercipta perbedaan ketinggian air antara air pasang yang ditahan di bendungan dan air laut, dan air laut di belakang bendungan bisa mengalir melalui turbin yang berputar, untuk menghasilkan listrik. Memang tidak mudah membangun penahan air pasang ini, karena pantai harus terbentuk secara alami dalam bentuk kuala, dan hanya 20 lokasi di seluruh dunia yang telah diidentifikasi sebagai tempat yang berpotensi untuk dimanfaatkan energi pasang surut. Ombak laut yang selalu beralun disebabkan oleh angin yang meniup di atas laut. Ombak laut memiliki potensi menjadi sumber energi yang hebat jika bisa dimanfaatkan dengan benar. Ada beberapa metode untuk memanfaatkan energi ombak. Ombak bisa ditangkap dan dinaikkan ke bilik dan udara dikeluarkan paksa dari bilik tersebut. Udara yang bergerak menggerakkan turbin (seperti turbin angin) yang menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Sistem energi ombak yang lain adalah memanfaatkan gerakan naik turun ombak untuk menggerakkan piston yang bisa menggerakkan generator. Tidak Pembangkit Tenaga Listrik 19

23 mudah untuk menghasilkan listrik dari ombak dalam jumlah besar. Lagipula memindahkan energi tersebut ke pantai merupakan kesulitan tersendiri. Inilah sebabnya sistem tenaga ombak sejauh ini belum lazim. 5. Energi angin Sepertiga luas Indonesia adalah lautan. Potensi angin sebagai energi terbarukan dengan menggunakan turbin angin untuk menghasilkan listrik. Pada saat angin bertiup, angin disertai dengan energi kinetik (gerakan) yang bisa melakukan suatu pekerjaan. Contoh, perahu layar memanfaatkan tenaga angin untuk mendorongnya bergerak di air. Tenaga angin juga bisa dimanfaatkan menggunakan baling-baling yang dipasang di puncak menara, yang disebut dengan turbin angin yang akan menghasilkan energi mekanik atau listrik. 6. Energi geothermal Energi panas bumi adalah energi panas yang berasal dari dalam Bumi. Pusat Bumi cukup panas untuk melelehkan bebatuan. Tergantung pada lokasinya, maka suhu Bumi meningkat satu derajat Celsius setiap penurunan 30 hingga 50 m di bawah permukaan tanah. Suhu Bumi 3000 meter di bawah permukaan cukup panas untuk merebus air. Kadangkadang, air bawah tanah merayap mendekati bebatuan panas dan menjadi sangat panas atau berubah menjadi uap. Pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTPB) adalah seperti pembangkit listrik tenaga batu bara biasa, hanya tidak memerlukan bahan bakar. Uap atau air panas langsung berasal dari bawah tanah dan menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan generator yang menghasilkan listrik. Lubang-lubang dibor ke dalam tanah dan uap atau air panas keluar dari pipa-pipa dialirkan ke pembangkit listrik tenaga panas bumi untuk menghasilkan listrik. Tenaga panas bumi bersifat terbarukan selama air yang diambil dari Bumi dimasukkan kembali secara terus-menerus ke dalam tanah setelah didinginkan di pembangkit listrik. Tidak banyak tempat di mana PLTPB bisa dibangun, karena perlu menemukan lokasi dengan jenis bebatuan yang sesuai dengan kedalaman di mana memungkinkan untuk melakukan pemboran ke dalam tanah dan mengakses panas yang tersimpan. Di dalam perut negeri ini, tersimpan 40 persen cadangan panas bumi di dunia. Mayoritas masih tidur di bumi Andalas atau Sumatra. Cadangan panas bumi di Sumatra sebesar Pembangkit Tenaga Listrik 20

24 Megawatt electric (MWe) atau hampir 50 persen dari total cadangan nasional, sebesar MWe. 7. Hidrogen Hidrogen memiliki potensi yang amat besar sebagai bahan bakar dan sumber energi. 8. Biodiesel Saat ini, pengembangan biodiesel yang bersumber dari tanaman jarak (Jatropha) terus dilakukan. Sayang, energi ini belum dikembangkan secara maksimal. 9. Bioetanol Bioetanol merupakan salah satu jenis biofuel (bahan bakar cair dari pengolahan tumbuhan) di samping biodiesel. Bisa berbahan baku dari singkong, jagung, kelapa sawit. 10. Gasifikasi batu bara (gasified coal) Beberapa perusahaan sudah mengembangkan dan memanfaatkan energi ini. Manfaat Energi Terbarukan Tersedia secara melimpah Lestari tidak akan habis Ramah lingkungan (rendah atau tidak ada limbah dan polusi) Sumber energi bisa dimanfaatkan secara cuma-cuma dengan investasi teknologi yang sesuai Tidak memerlukan perawatan yang banyak dibandingkan dengan sumber-sumber energi konvensional dan mengurangi biaya operasi. Membantu mendorong perekonomian dan menciptakan peluang kerja 'Mandiri' energi tidak perlu mengimpor bahan bakar fosil dari negara ketiga Lebih murah dibandingkan energi konvensional dalam jangka panjang Bebas dari fluktuasi harga pasar terbuka bahan bakar fosil Beberapa teknologi mudah digunakan di tempat-tempat terpencil Distribusi Energi bisa diproduksi diberbagai tempat, tidak tersentralisir. Kerugian dari Energi Terbarukan Biaya awal besar Kehandalan pasokan Pembangkit Tenaga Listrik 21

25 Sebagian besar energi terbarukan tergantung kepada kondisi cuaca. Saat ini, energi konvensional menghasilkan lebih banyak volume yang bisa digunakan dibandingkan dengan energi terbarukan. Energi tambahan yang dihasilkan energi terbarukan harus disimpan, karena infrastruktur belum lengkap agar bisa dengan segera menggunakan energi yang belum terpakai, dijadikan cadangan di negara-negara lain dalam bentuk akses terhadap jaringan listrik. Kurangnya tradisi/pengalaman Energi terbarukan merupakan teknologi yang masih berkembang Masing-masing energi terbarukan memiliki kekurangan teknis dan sosialnya sendiri. Gambar 8. Renewable Energy Hambatan Pengembangan Energi Baru dan Terbarukan Kontinuitas dari suplai energi yang tidak bisa dijamin, karena banyak berhubungan dengan alam, misal : debit air. Masih memerlukan pengembangan teknologi diamana harga alatnya relatif mahal. Harga keekonomian dari energi/daya listrik masih belum kompetitif. Biaya investasi masih mahal karena pengembangan masih dalam skala kecil. Pemanfaatan energi masih sebatas dimanfaatkan untuk listrik konsumtif dan belum untuk kegiatan produktif. Pembangkit Tenaga Listrik 22

26 GENERATOR LISTRIK Generator listrik sinkron (juga disebut alternator) termasuk keluarga mesin listrik. Jenis lain dari mesin listrik adalah motor atau generator arus searah (dc), motor induksi atau generator induksi, dan sejumlah turunan dari ketiganya. Proses yang terjadi pada mesin listri pada dasarnya adalah konversi energi elektromagnetik menjadi energi mekanik, dan sebaliknya. Oleh karena itu, untuk memahami prinsip-prinsip fisika yang mengatur pengoperasian mesin listrik, kita harus memahami beberapa dasar teknik listrik dan mekanik. Generator arus bolak-balik (AC) atau disebut dengan alternator adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik (elektrik) menggunakan induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena adanya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator). Dikatakan sebagai generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Kumparan medan pada generator sinkron terletak pada rotornya sedangkan kumparan jangkarnya terletak pada stator. Konstruksi Generator Sinkron Secara umum konstruksi generator sinkron terdiri dari stator yang merupakan bagian yang diam dan rotor adalah bagian yang bergerak. Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk simetris dan silindris. Selain itu generator sinkron memiliki celah udara ruang antara stator dan rotor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluksi atau induksi energi listrik dari rotor ke stator. Adapun konstruksi generator AC yaitu: Rangka stator terbuat dari besi tuang, yang merupakan rumah stator tersebut. Stator adalah bagian yang diam. Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi. Rotor merupakan bagian yang berputar (dinamis). Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet sehingga menghasilkan tegangan kemudian akan diinduksikan ke stator. Rotor pada generator juga berfungsi sebagai tempat belitan medan (eksitasi). Dimana Kumparan medan magnet disusun pada alur-alur inti besi rotor, sehingga apabila pada kumparan tersebut dialirkan arus searah (DC) maka akan membentuk kutub-kutub magnet Utara dan Pembangkit Tenaga Listrik 23

27 Selatan pada inti rotor. Pada bagian rotor terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat. Cincin geser, terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor. Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus. Generator sinkron memiliki dua tipe rotor, yaitu : Salient Pole Rotor Pada Salient Pole Rotor mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Pada Kumparannya dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy. Pada belitan-belitan medannya dihubung seri, sehingga ketika belitan medan ini disuplai oleh eksiter, maka kutub yang berdekatan akan membentuk kutub yang berlawanan. Salient Pole Rotor umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran rendah dan sedang sehingga salient pole akan mengalami rugi-rugi yang besar dan mengeluarkan suara bising jika diputar dengan kecepatan tinggi. Bentuk salient pole dapat di lihat pada gambar berikut: Gambar 9. Silent Pole Rotor Pada rotor salient pole terdiri dari sejumlah besar kutub yang diproyeksikan yang dipasang pada roda magentik. Pemasangan rotor salient pole ditunjukkan pada gambar kanan. Kutub yang diproyeksikan terdiri dari lapisan baja. Lilitan rotor disediakan pada kutub-kutub ini dan didukung oleh sepatu kutub. rotor salient pole memiliki panjang aksial berdiameter besar. Pembangkit Tenaga Listrik 24

28 Secara umumnya digunakan pada mesin listrik dengan kecepatan rendah, misalnya 100 RPM sampai 1500 RPM. Karena kecepatan rotor lebih rendah, lebih banyak jumlah kutub diperlukan untuk mencapai frekuensi yang dibutuhkan. (Ns = 120f / P di sana, f = Ns * p / 120) yaitu frekuensi sebanding dengan jumlah kutub). Biasanya jumlah kutub antara 4 sampai 60. Distribusi fluks relatif buruk daripada non silent pole sehingga bentuk gelombang emf yang dihasilkan tidak sebagus rotor non silent pole. Rotor salient pole umumnya membutuhkan lilitan peredam untuk mencegah osilasi rotor selama beroperasi. Generator sinkron salient pole banyak digunakan di pembangkit listrik tenaga air. Non Salient Pole Rotor Non Salient Pole Rotor dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang mempunyai sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga kumparan medan pada rotor maka mengakibatkan jumlah kutub pun sedikit terbentuk. Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih baik karena rugi-rugi anginnya lebih kecil dibandingkan Salient Pole Rotor. Non Salient Pole Rotor umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran tinggi (1500 atau 3000 rpm) karena distribusi disekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga lebih baik dari kutub menonjol dan juga konstruksinya memiliki kekuatan mekanik pada kecepatan putar tinggi. Gambar bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada Gambar berikut: Gambar 10. Non Silent Pole Rotor Rotor non silent pole berbentuk silindris yang memiliki slot paralel di atasnya untuk menempatkan belitan rotor. Ini terbuat dari baja padat. Pembangunan rotor non silent pole (rotor silinder) ditunjukkan pada gambar diatas. Dahulu mereka juga disebut sebagai rotor drum. Diameternya lebih kecil tapi memiliki panjang aksial yang lebih panjang. Rotor silinder digunakan pada mesin listrik berkecepatan tinggi, biasanya 1500 Rpm sampai 3000 RPM. Hilangnya rugi serta noise lebih kecil dibandingkan dengan silent pole rotor. Konstruksi non silent pole lebih kokoh dibandingkan dengan rotor silent pole. Jumlah kutub Pembangkit Tenaga Listrik 25

29 biasanya 2 atau 4. Lilitan damper tidak diperlukan pada rotor non silent pole. Distribusi fluida sinusoidal dan karenanya memberikan bentuk gelombang emf yang lebih baik. Rotor non silent pole digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir, gas dan panas. Prinsip Kerja Generator Sinkron Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi yang akan disuplai oleh arus searah sehingga menimbulkan fluks yang besarnya tetap terhadap waktu. Kemudian penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya sesuai dengan persamaan: dimana: n = Kecepatan putar rotor (rpm) p = Jumlah kutub rotor f = frekuensi (Hz) Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor akan menginduksikan tegangan tiga fasa pada kumparan jangkar sehingga akan menimbulkan medan putar pada stator. Perputaran tersebut menghasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut. Sistem Eksitasi Pada Generator Sinkron Eksitasi atau biasa disebut sistem penguatan adalah suatu perangkat yang memberikan arus penguat (I f ) kepada kumparan medan generator arus bolak-balik (alternating current) yang dijalankan dengan cara membangkitkan medan magnetnya dengan bantuan arus searah. Arus eksitasi adalah pemberian arus listrik pada kutub magnetik. Dengan mengatur besar kecilnya arus listrik tersebut kita dapat mengatur besar tegangan output generator atau dapat juga mengatur besar daya reaktif yang diinginkan pada generator yang sedang paralel dengan sistem jaringan besar ( Infinite bus). Sistem eksitasi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu sistem eksitasi dengan menggunakan sikat dan sistem eksitasi tanpa sikat. Sistem eksitasi dengan menggunakan sikat terdiri dari Sistem eksitasi statis dan Sistem eksitasi dinamik. Pembangkit Tenaga Listrik 26

30 Sistem eksitasi statik adalah sistem eksitasi generator dengan menggunakan peralatan eksitasi yang tidak bergerak, yang berarti bahwa peralatan eksitasi tidak ikut berputar bersama rotor generator sinkron. Sistem eksitasi ini disebut juga dengan self excitation merupakan sistem eksitasi yang tidak memerlukan generator tambahan sebagai sumber eksitasi generator sinkron dan sebagai gantinya sumber eksitasi berasal dari keluaran generator sinkron itu sendiri yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan rectifiier. Pada mulanya rotor ada sedikit magnet yang tersisa, magnet yang sisa ini akan menimbulkan tegangan pada stator, tegangan ini kemudian masuk dalam penyearah dan dimasukkan kembali pada rotor, akibatnya medan magnet yang dihasilkan makin besar dan tegangan AC naik demikian seterusnya sampai dicapai tegangan nominal dari generator AC tersebut. Biasanya penyearah itu mempunyai pengatur sehingga tegangan generator dapat diatur konstan menggunakan AVR. Gambar 11. Sistem eksitasi statik Sistem Eksitasi dinamik adalah sistem eksitasi generator tersebut disuplai dari eksiter yang merupakan mesin bergerak. Sebagai eksiternya menggunakan generator DC atau dapat juga menggunakan generator AC yang kemudian disearahkan menggunakan rectifier. Slip ring digunakan untuk menyalurkan arus dari generator penguat pertama ke medan penguat generator penguat kedua. Pembangkit Tenaga Listrik 27

31 Gambar 12. Sistem eksitasi dinamik Sistem eksitasi tanpa sikat sama sekali tidak bergantung pada sumber listrik eksternal, melainkan dengan menggunakan pilot exciter dan sistem penyaluran arus eksitasi ke rotor generator utama, maupun untuk eksitasi eksiter tanpa melalui media sikat arang. Pilot exciter terdiri dari sebuah generator arus bolak-balik dengan magnet permanen yang terpasang pada poros rotor dan kumparan tiga phasa pada stator. Adapun diagram prinsip kerjanya adalah sebagai berikut: Gambar 13. Brusless excitation Paralel Generator Sinkron Apabila suatu generator bekerja dan mendapatkan pembebanan yang melebihi dari kapasitasnya, maka dapat mengakibatkan generator tersebut tidak dapat bekerja atau bahkan akan mengalami kerusakan. Sehingga dalam hal ini dapat diatasi dengan menjalankan generator lain yang kemudian dioperasikan secara paralel dengan generator utama yang telah bekerja sebelumnya pada satu jaringan listrik yang sama. Keuntungan dari dilakukannya paralel alternator adalah : Pembangkit Tenaga Listrik 28

32 Mendapatkan daya yang lebih besar. Untuk memudahkan penentuan kapasitas generator. Untuk menjamin kotinuitas ketersediaan daya listrik. Untuk melayani beban yang berkembang. Persyaratan Paralel Generator yang harus dipenuhi dalam melakukan penyinkronan alternator ini yaitu : Tegangan kedua alternator harus sama Dimana tegangan generator (yang akan diparalel) dengan tegangan sistem jaringan harus sama besarnya (nilainya). Pengaturan tegangan generator tersebut harus diatur dengan mengatur arus eksitasinya. Pada saat generator bekerja paralel, perubahan arus eksitasi akan merubah faktor daya. Frekuensi kedua alternator harus sama Frekuensi generator dan frekuensi sistem harus sama. Untuk menyamakannya, maka putaran generator harus diatur, yaitu dengan cara mengatur katup governor (aliran uap masuk turbin). Mempunyai urutan dan sudut fasa yang sama Urutan fasa dan sudut fasa generator sinkron yang akan di paralelkan harus sama, sebab jika adanya perbedaan fasa maka tidak akan dapat dilakukan penyinkronan. Mempunyai sudut fasa yang sama bisa diartikan, kedua fasa dari 2 Generator mempunyai sudut fasa yang berhimpit sama atau 0 derajat. Dengan kata lain urutan fasa dari generator yang diparalelkan harus sama dengan fasa pada sistem (busbar). Metode Paralel Antar Dua Generator Sinkron Dalam memparalelkan generator, metode yang sering digunakan untuk melihat apakah telah terjadi sinkronisasi yaitu dengan metode lampu sinkronisasi, dimana fungsi lampu ini sebagai indikator bahwa kedua generator dapat diparalelkan dengan sistem infinite bus. Ada beberapa metode lampu sinkronisasi yang dapat digunakan untuk mengetahui keadaan telah sinkron pada pengoperasian paralel antar generator sinkron yaitu metode lampu hubungan terang, lampu hubungan gelap dan lampu hubungan gelap terang. Pembangkit Tenaga Listrik 29

33 Gambar 14. Metode sinkronisasi hubungan terang Dalam metode lampu hubungan terang, prinsipnya ialah menghubungkan antara ketiga fasa, yaitu R dengan V, S dengan W, T dengan U seperti yang terlihat pada gambar diatas. Jika antara fasa terdapat beda tegangan maka ketiga lampu akan menyala sama terang dan generator siap untuk diparalel. Dalam metode hubungan lampu gelap, prinsipnya adalah menghubungkan antara ketiga fasa, yaitu R dengan U, S dengan V, T dengan W. Jika rangkaian paralel benar (urutan fasa nya sama) maka lampu L1, L2 dan L3 akan gelap secara bersamaan. Pada saat lampu nyala terang maka beda phasanya besar, dan jika lampunya redup maka beda phasanya kecil. Dalam metode gelap-terang, Prinsipnya yaitu dengan menghubungkan satu fasa sama dan dua fasa yang berlainan, misalnya fasa R dengan U, fasa S dengan W dan fasa T dengan V sehingga akan menghasilkan satu lampu gelap dan dua lampu lainnya terang. Dengan kata lain, jika rangkaian paralel benar (urutan fasa nya sama), maka lampu L1, L2 dan L3 akan terang gelap. Apabila ketiga lampu sudah tidak berkedip lagi (L2 dan L3 terang) dan lampu L1 padam berarti frekuensi dan tegangannya telah sama. Dalam metode penyinkronan pada kedua generator ini menggunakan lampu sinkronisasi, bila keadaan tegangan dan putaran tiap generator dengan urutan fasa jaringan busbar dengan generator belum sama, maka kondisi lampu L1, L2 dan L3 akan berputar cepat yang menandakan fasa tiap generator belum sama. Namun jika frekuensi dan tegangan masing-masing generator telah sama maka kondisi lampu akan semakin lambat berputar dan kondisi L1 padam dan kondisi L2 dan L3 terang karena semua urutan fasa jaringan dengan urutan fasa generator telah saling berhimpit sehingga dikatakan telah sinkron. Pembangkit Tenaga Listrik 30

34 JENIS JENIS PEMBANGKIT LISTRIK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial menjadi energi mekanik dan dari energi mekanik dirubah menjadi energi listrik. Pembangkit listrik tenaga air konvesional dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air di buang. Pada saat beban puncak air dalam lowerreservior akan dipompa ke upperreservior sehingga cadangan pada waduk utama tetap stabil. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial( dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik(dengan bantuan generator). PLTA dapat beroperasi sesui dengan perencanaan sebelumnya, bila mempunyai daerah aliran sungai yang berpotensi sebagai sumber air untuk memenuhi kebutuhan pengoperasiaan PLTA tersebut. Pada operasi PLTA tersebut, perhitungan keadaan air yang masuk pada waduk dam tempat penampungan air, beserta besar air yang masuk untuk menggerakan turbin sebagai penggerak sumber listrik tersebut, merupakan suatu keharusan untuk memiliki, dengan kontrol terhadap air yang masuk maupun yang didistribusikan ke pintu saluran air untuk menggerakan turbin harus dilakukan dengan baik, sehingga PLTA dapat beroperasi Pengertian Tenaga Air Pengertian tenaga air dalam bahasa inggris yaitu "hydropower" adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Pada dasarnya, air di seluruh permukaan Bumi ini bergerak (mengalir). Di alam sekitar kita, kita mengetahui bahwa air memiliki siklus. Dimana air menguap, kemudian terkondensasi menjadi awan. Air akan jatuh sebagai hujan setelah ia memiliki massa yang cukup. Air yang jatuh di dataran tinggi akan terakumulasi menjadi aliran sungai. Aliran sungai ini menuju ke laut. Di laut juga terdapat gerakan air, yaitu gelombang pasang,ombak, dan arus laut. gelombang pasang dipengaruhi oleh gravitasi bulan, sedangkan ombak disebabkan oleh angin yang berhembus di permukaan laut dan arus laut di sebabkan oleh perbedan kerapatan (massa jenis air), suhu dan tekanan, serta rotasi bumi. Tenaga air yang memanfaatkan gerakan air biasanya didapat dari sungai yang dibendung. Pada bagian bawah dam tersebut terdapat lubang-lubang saluran air. Pada lubang-lubang tersebut terdapat turbin yang berfungsi mengubah energi kinetik dari gerakan air menjadi energi mekanik Pembangkit Tenaga Listrik 31

35 yang dapat menggerakan generator listrik. Energi listrik yang berasal dari energi kinetik air disebut "hydroelectric". Hydroelectric ini menyumbang sekitar MW atau sekitar 19% kebutuhan listrik dunia. bahkan di Kanada, 61% dari kebutuhan listrik negara berasal dari Hydroelectric. Saat ini para peneliti juga mencari kemungkinan hydroelectric yang berasal dari arus laut dan gelombang pasang. Semoga hal tersebut berhasil dan kita dapat memelihara Bumi yang kita cintai ini. Air sebagai Sumber Tenaga Energi air merupakan energi terbarukan yang murni, Pemanfaatannya tidak mengakibatkan air mengalami perubahan bentuk, rasa, maupun bau. Inilah salah satu energi terbarukan yang benar-benar terbarukan. Jadi, setelah dimanfaatkan air yang dimanfaatkan tetap berupa air. Energi air juga tidak mengakibatkan polusi, walaupun perlu diakui juga proses pembangunannya tetap menghasilkan polusi. Namun, manfaat yang dihasilkan oleh energi air bagi lingkungan jauh lebih banyak daripada hal negatif yang menyertainya. Oleh karena itu, pemanfaatan energi air yang maksimal diharapkan bisa memberikan dampak yang positif terhadap lingkungan. Energi air dibedakan dalam dua golongan besar, yaitu air tawar dan air laut. Energi air tawar ada dua, yaitu energi gravitasi akibat perbedaan elevasi dan arus. Sementara, energi air laut meliputi energi gelombang (tidal), perbedaan suhu permukaan air laut dengan air dalam (OTEC), Pasang Surut, dan perbedaan salinitas. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air Pada prinsipnya PLTA mengolah energy potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan adanya head, lalu energy kinetis ini berubah menjadi energy mekanis dengan adanya aliran air yang menggerakkan turbin, lalu energy mekanis ini berubah menjadi energy listrik mealui perputaran rotor pada generator. Jumlah energy listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang mengalir (debit). Sudah dijelaskan di atas bahwa Pembangkit Listrik Tenaga Air menggunakan tenaga yang dimiliki oleh air untuk dapat beroperasi. Jadi, konsep kerja dari sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air ini kurang lebih adalah seperti itu. Bagaimana caranya mengubah energi besar yang dimiliki oleh air agar berfungsi untuk memancing hadirnya energi listrik atau arus listrik. Pembangkit Tenaga Listrik 32

36 Baling-baling pada turbin, seperti yang telah dijelaskan di atas adalah elemen yang nantinya akan berputar dan menghasilkan energi. Energi yang dihasilkan oleh pergerakan balingbaling turbin berupa energi panas. Energi panas itulah yang kemudian diproses sehingga menjadi energi listrik yang manfaatnya dapat kita rasakan sehari-hari. Itu artinya, pergerakan baling-baling turbin dipengaruhi oleh jumlah air yang ada di waduk atau bendungan. Semakin banyak jumlah air yang terdapat di waduk atau bendungan tersebut, maka energi panas yang dihasilkannya pun otomatis akan semakin besar. Sebaliknya, semakin kecil debit air, maka kekuatan baling-baling berputar pun akan semakin kecil. Jenis-jenis Pembangkit Listrik Tenaga Air Aliran air pada ketinggian tertentu (energi potensial) dengan adanya gaya gravitasi dapat diarahkan untuk menggerakkan turbin yang akan menghasilkan energi mekanik. Apabila poros turbin air tersebut dikaitkan dengan poros generator listrik maka akan dibangkitkan tenaga listrik. Kemampuan pembangkitan listrik tenaga air ditentukan oleh letak tinggi air diatas turbin dan potensi debit air yang dapat dimanfaatkan. Jenis-jenis tenaga air dapat diklasifikasikan berdasarkan head (ketinggian jatuhnya air), kapasitas dan tipe grid Klasifikasi berdasarkan head 1. Head tinggi : H > 100 m biasanya digunakan turbin Pelton 2. Head menengah : m biasanya digunakan turbin "cross-flow" 3. Head rendah : 2-30 m biasanya digunakan turbin "propeller" Berdasarkan Tinggi Terjun PLTA a. PLTA jenis terusan air (water way) Adalah pusat listrik yang mempunyai tempat ambil air (intake) di hulu sungai dan mengalirkan air ke hilir melalui terusan air dengankemiringan (gradient) yang agak kecil. Tenaga listrik dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan kemiringan sungai. b. PLTA jenis DAM /bendungan Pembangkit Tenaga Listrik 33

37 Adalah pembangkit listrik dengan bendungan yang melintang disungai, pembuatan bendungan ini dimaksudkan untuk menaikkan permukaan air dibagian hulu sungai guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai pembangkit listrik. c. PLTA jenis terusan dan DAM (campuran) Adalah pusat listrik yang menggunakan gabungan dari dua jenis sebelumnya, jadi energi potensial yang diperoleh dari bendungan dan terusan. PLTA Berdasarkan Aliran Sungai a. 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. b. 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. c. 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. d. 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. PLTA telah berkontribusi banyak bagi pembangunan kesejahteraan manusia sejak beberapa puluh abad yang lalu. Yunani tercatat sebagai negara pertama yang memanfaatkan tenaga air untuk memenuhi kebutuhan energi listriknya. Pada akhir tahun 1999, tenaga air yang sudah berhasil dimanfaatkan di dunia adalah sebesar 2650 TWh, atau sebesar 19 % energi listrik yang terpasang di dunia. Pembangkit Tenaga Listrik 34

38 Indonesia mempunyai potensi pembangkit listrik tenaga air (PLTA) sebesar mega watt (MW). Potensi ini baru dimanfaatkan sekitar 6 persen atau MW atau 14,2 % dari jumlah energi pembangkitan PT PLN. Komponen-Komponen Dasar pada Pembangkit Listrik Tenaga Air Komponen komponen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi. Dam/Waduk/Bendungan berfungsi untuk menampung air dalam jumlah besar karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Selain itu dam juga berfungsi untuk pengendalian banjir. contoh waduk Jatiluhur yang berkapasitas 3 miliar kubik air dengan volume efektif sebesar 2,6 miliar kubik. Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan memukul susu sudu dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. Turbin terdiri dari berbagai jenis yaitu: Terdapat dua jenis turbin air (PLTA,PLTMH) yaitu: turbin impulse dan turbin reaksi. Type Turbin ini dipengaruhi oleh "head" atau tinggi dari air terhadap turbin dan debit atau volume air di lokasi Pembangkit. Faktor lain yang mempengaruhi adalah efisiensi dan biaya. Gambar 15. Ilustrasi Head pada PLTA ( 1. Turbin Impulse Turbin impulse umumnya menggunakan kecepatan dari air untuk menggerakkan runner dan dilepaskan pada tekanan atmosfir. Aliran air menyemprot setiap piringan pada runner. Tidak ada bagian yang menghisap dibawah turbin dan air mengalir kebawah rumah turbin setelah mengenai runner. Turbin impulse umumnya cocok untuk yang memiliki head tinggi dan volume air rendah. 2. Turbin Pelton Pembangkit Tenaga Listrik 35

39 Gambar 16. Turbin Pelton (sumber Turbin Pelton ditemukan pada tahun 1870an oleh Lester Allan Pelton. Jenis Turbin ini memiliki satu atau beberapa jet penyemprot air untuk memutar piringan.tak seperti turbin jenis reaksi, turbin ini tidak memerlukan tabung diffuser. Ketinggian air (head) = 200 s.d 2000 meter. Debit air = 4 s.d 15 m3/s 3. Turbin Cross Flow Gambar 17. Turbin Cross Flow Turbin Cross Flow juga disebut Turbin Banki-Mitchel atau Turbin Ossbeger, dikarenakan jenis turbin ini disebut-sebut ditemukan oleh ilmuwan Australia Anthony Michell, Ilmuwan Australia Donat Banki, Ilmuwan Jerman Fritz Ossberger. Mereka masing-masing memiliki patent atas jenis turbin ini. Tak seperti kebanyakan turbin yang beputar dikarenakan aliran air secara axial maupun radial, pada turbin Cross Flow air mengalir secara melintang atau memotong blade Pembangkit Tenaga Listrik 36

40 turbin, Turbin Cross Flow didesain untuk mengakomodasi debit air yang lebih besar dan head yang lebih rendah dibanding Pelton. Headnya kurang dari 200 meter. 4. Turbin Reaksi Turbin REAKSI menghasilkan daya dari kobinasi tekanan dan pergerakan air. Runner di letakkan langsung pada aliran arus. turbin reaksi biasanya digunakan untuk lokasi PLTA/PLTMH yang memiliki head yang lebih rendah dan debit yang lebih besar dibandingkan dengan turbin IMPULSE. 5. Turbin Propeller Gambar 18. Turbin Propeller jenis KAPLAN (Sumber : Turbin propeller pada umumnya memiliki runner dengan 3 sampai dengan 6 blade dimana air mengenai semua blade secara konstan. Pitch dari blade dapat fix atau diadjust. Ada beberapa macam turbin propeller yaitu : turbin bulb, turbin Straflo, turbin tube dan turbin KAPLAN 6. Turbin Francis Pembangkit Tenaga Listrik 37

41 Gambar 19. Turbin FRANCIS ( Turbin FRANCIS memiliki runner dengan baling-baling tetap, biasanya jumlahnya 9 atau lebih. Air dimasukkan tepat diatas runner dan mengelilinginya dan jatuh melalui runner dan memutarnya. Selain Runner komponen lainnya adalah scroll case, wicket gate dan draft tube. 7. Turbin Kinetic Gambar 20. Free Flow Turbine ( Pembangkit Tenaga Listrik 38

42 Turbin KINETIK juga disebut turbin aliran bebas, menghasilkan listrik dari energi kinetik di dalam air yang mengalir, alih-alih dari energi potensial dari ketinggian. Sistem dapat beroperasi di sungai, saluran buatan manusia, air pasang surut, atau arus laut. Sistem Kinetic memanfaatkan jalur alami aliran air. Turbin ini tidak memerlukan pengalihan air melalui saluran buatan manusia, dasar sungai, atau pipa, meskipun mungkin memiliki aplikasi dalam saluran tersebut. Sistem Kinetic tidak memerlukan pekerjaan sipil yang besar; Namun dapat menggunakan struktur yang ada seperti jembatan, tailraces dan saluran. Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran turbin untuk memutar kumparan magnet didalam generator sehingga terjadi pergerakan elektron yang membangkitkan arus AC. Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu: 1. Putaran Putaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan persamaan: n = 60. f / P dimana: n : putaran f : frekuensi P : jumlah pasang kutub Jumlah kutub pada rotor di PLTA Saguling sebanyak 9 pasang, dengan frekuensi system sebesar 50 Hertz, maka didapat nilai putaran rotor sebesar 333 rpm. 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: Dimana: E : Gaya elektromagnet B : Kuat medan magnet E = B. V. L Pembangkit Tenaga Listrik 39

43 V L : Kecepatan putar : Panjang penghantar Dari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga agar beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu dengan mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai kemagnetannya. Menurut jenis penempatan thrust bearingnya, generator dibedakan menjadi empat, yaitu: a) Jenis biasa - thrust bearing diletakkan diatas generator dengan dua guide bearing. b) Jenis Payung (Umbrella Generator) - thrust bearing dan satu guide bearing diletakkan dibawah rotor. c) Jenis setengah payung (Semi Umbrella Generator) kombinasi guide dan thrust bearing diletakkan dibawah rotor dan second guide bearing diletakkan diatas rotor. d) Jenis Penunjang Bawah thrust bearing diletakkan dibawah coupling. Prinsip PLTA dan Konversi Energi Pada prinsipnya PLTA mengolah energi potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan adanya head, lalu energi kinetis ini berubah menjadi energi mekanis dengan adanya aliran air yang menggerakkan turbin, lalu energi mekanis ini berubah menjadi energi listrik melalui perputaran rotor pada generator. Jumlah energi listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang mengalir (debit). Untuk bisa menghasilkan energi listrik dari air, harus melalui beberapa tahapan perubahan energi, yaitu: 1. Energi Potensial Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian. Besarnya energi potensial yaitu: Ep = m. g. h Dimana: Ep : Energi Potensial m : massa (kg) g : gravitasi (9.8 kg/m2) h : head (m) Pembangkit Tenaga Listrik 40

44 2. Energi Kinetis Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan Dimana: Ek : Energi kinetis m : massa (kg) v : kecepatan (m/s) Ek = 0,5 m. v. v 3. Energi Mekanis Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis dirumuskan: Dimana: Em : Energi mekanis T : torsi Ɵ : sudut putar t : waktu (s) 4. Energi Listrik Em = T. Ɵ. t Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan: Dimana: El : Energi Listrik V : tegangan (Volt) I : Arus (Ampere) t : waktu (s) El = V. I. t Trafo/Transformator digunakan untuk menaikan tegangan arus bolak balik (AC) agar listrik tidak banyak terbuang saat dialirkan melalui transmisi. Travo yang digunakan adalah travo step up. Transmisi berguna untuk mengalirkan listrik dari PLTA ke rumah rumah atau industri. Sebelum listrik kita pakai tegangannya di turunkan lagi dengan travo step down. Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam Pembangkit Tenaga Listrik 41

45 ke turbin setelah itu air dibuang. Saat ini ada teknologi baru yang dikenal dengan pumpedstorage plant. Pumped-storage plant memiliki dua penampungan yaitu: 1. Waduk Utama (upper reservoir) seperti dam pada PLTA konvensional. Air dialirkan langsung ke turbin untuk menghasilkan listrik. 2. 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. Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar MW,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24 % kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang. PLTA merubah energi yang disebabkan gaya jatuh air untuk menghasilkan listrik. Turbin mengkonversi tenaga gerak jatuh air ke dalam daya mekanik. Kemudian generator mengkonversi daya mekanik tersebut dari turbin ke dalam tenaga elektrik. Jenis PLTA bermacam-macam, mulai yang berbentuk mikro-hidro dengan kemampuan mensupalai untuk beberapa rumah saja sampai berbentuk raksasa seperti Bendungan Karangkates yang menyediakan listrik untuk berjuta-juta orang-orang. Photo dibawah ini menunjukkan PLTA di Sungai Wisconsin, merupakan jenis PLTA menengah yang mampu mensuplai listrik untuk orang. Komponen PLTA dan Cara kerjanya : Gambar 21. Cara Kerja PLTA Pembangkit Tenaga Listrik 42

46 1. Bendungan, berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air. Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energi. Gambar 22. Bendungan 2. Turbine, gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin. Selanjutnya turbin merubah energi kenetik yang disebabkan gaya jatuh air menjadi energi mekanik. 3. Generator, dihubungkan dengan turbin melalui gigi-gigi putar sehingga ketika balingbaling turbin berputar maka generator juga ikut berputar. Generator selanjutnya merubah energi mekanik dari turbin menjadi energi elektrik. Generator di PLTA bekerja seperti halnya generator pembangkit listrik lainnya. Pembangkit Tenaga Listrik 43

47 Gambar 23. Turbin Dan Generator 4. Jalur Transmisi, berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan pusat industri. Gambar 24. Saluran transmisi Sumber : isch&sa=x&ved=0ahukewipndixnqtsahviflwkhzuxaruq_auiccgb&biw=1366 &bih=627#imgrc=b0dbumebwzax8m: 5. Pipa pesat (penstock),berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan air ke cerobong turbin. Salah satu ujung pipa pesat dipasang pada bak penenang minimal 10 cm diatas lantai dasar bak penenang. Sedangkan ujung yang lain diarahkan pada Pembangkit Tenaga Listrik 44

48 cerobong turbin. Pada bagian pipa pesat yang keluar dari bak penenang, dipasang pipa udara (Air Vent) setinggi 1 m diatas permukaan air bak penenang. Pemasangan pipa udara ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya tekanan rendah (Low Pressure) apabila bagian ujung pipa pesat tersumbat. Tekanan rendah ini akan berakibat pecahnya pipa pesat. Fungsi lain pipa udara ini untuk membantu mengeluarkan udara dari dalam pipa pesat pada saat start awal PLTMH mulai dioperasikan. Diameter pipa udara ± ½ inch. Gambar 25. Penstock Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Air Ada beberapa keunggulan dari pembangkit listrik tenaga air (PLTA) yang dapat dirangkum secara garis besar sebagai berikut : 1. Respon pembangkit listrik yang cepat dalam menyesuaikan kebutuhan beban. Sehingga pembangkit listrik ini sangat cocok digunakan sebagai pembangkit listrik tipe peak untuk kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan. 2. Kapasitas daya keluaran PLTA relatif besar dibandingkan dengan pembangkit energi terbarukan lainnya dan teknologinya bisa dikuasai dengan baik oleh Indonesia. 3. PLTA umumnya memiliki umur yang panjang, yaitu tahun. 4. Bendungan yang digunakan biasanya dapat sekaligus digunakan untuk kegiatan lain, seperti irigasi atau sebagai cadangan air dan pariwisata. 5. Bebas emisi karbon yang tentu saja merupakan kontribusi berharga bagi lingkungan. Selain keunggulan yang telah disebutkan diatas, ada juga dampak negatif dari pembangunan PLTA pada lingkungan, yaitu mengganggu keseimbangan ekosistem sungai/danau akibat Pembangkit Tenaga Listrik 45

49 dibangunnya bendungan, pembangunan bendungannya juga memakan biaya dan waktu yang lama. Disamping itu, terkadang kerusakan pada bendungan dapat menyebabkan resiko kecelakaan dan kerugian yang sangat besar. Dampak Lingkungan Akibat Adanya Pembangkait Tenaga Listrik Tenaga Air Dampak pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dapat menjadi sumber energy yang besar dan mempunyai keunggulan yang cukup banyak, namun disamping keunggulan yang banyak PLTA sendiri mempunyai dampak terhadap lingkungan, yaitu : 1. Mengganggu keseimbangan ekosistem sungai/danau akibat dibangunnya bendungan. 2. Pembangunan bendungannya juga memakan biaya dan waktu yang lama. 3. Kerusakan pada bendungan dapat menyebabkan resiko kecelakaan dan kerugian yang sangat besar. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP Pembangkit Listrik Tenaga Uap atau yang sering disebut dengan PLTU adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untuk start up awal. Prinsip kerja PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi secara tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Urutan sirkulasinya secara singkat adalah sebagai berikut : Pertama air disalurkan melalui pipa-pipa menuju boiler. Didalam boiler air di dalam pipapipa tersebut dipanaskan dengan gas panas hasil pembakaran batubara sehingga berubah menjadi uap.kedua, uap hasil produksi boiler dengan tekanan dan temperatur tertentu diarahkan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan daya mekanik berupa putaran.ketiga, generator yang dikopel langsung dengan turbin berputar menghasilkan energi listrik sebagai hasil dari perputaran medan magnet dalam kumparan. Dalam proses pembangkitan yang terjadi dalam PLTU terdapat 2 siklus yaitu : Siklus Batu Bara dan Abu Pembangkit Tenaga Listrik 46

50 Sistem pembakaran dalam PLTU dimulai dari muatan kapal batubara di Coal Jetty dibongkar dengan Ship Unloader dan disimpan di Coal Yard. Secara kontinu batubara diambil oleh Stacker Reclaimer dialirkan melalui Conveyor menuju boiler house dan disimpan di dalam coal bunker setelah itu menuju coal feeder, pulverizer, coal pipes dan combustion burner,. Dalam bangunan PLTU, coal bunker berfungsi sebagai tempat penampung batubara yang akan didistribusikan ke pulverizer melalui coal feeder. Untuk menghasilkan pembakaran yang efisien, batu bara yang masuk ruang pembakaran harus digiling terlebih dahulu hingga berbentuk serbuk/tepung (pulverized coal). Penggilingan batu bara menjadi serbuk dilakukan mill pulverizer yang dikenal juga dengan nama bowl-mill, batubara digiling hingga berukuran 200 mesh (200 bagian/inchi). Disebut bowl-mill karena di dalamnya terdapat mangkuk (bowl) tempat batu bara ditumbuk dengan grinder. Pemasukan batu bara dari coal bunker ke pulverizer diatur dengan coal feeder, sehingga jumlah batu bara yang masuk ke pulverizer bisa diatur dari control room. Batu bara yang sudah digiling menjadi serbuk ditiup dengan udara panas (udara primer) dari pulverizer menuju combustion burner melalui pipa-pipa coal piping. Pada saat start up, pembakaran tidak langsung dilakukan dengan batu bara, tetapi terlebih dahulu mempergunakan bahan bakar minyak (Fuel Oil). Baru setelah beban mencapai 30% batu bara pelan-pelan mulai masuk menggantikan minyak. Tetapi kenyataannya dilapangan baru bisa bila beban lebih dari 50%. Maka selain coal piping, burner juga terhubung dengan oil pipe, atomizing air dan scavanging air pipe yang berfungsi untuk mensuplai BBM. Agar pembakaran dalam combustion chamber berlangsung dengan baik perlu didukung dengan sistem suplai udara dan sistem pembuangan gas sisa pembakaran yang baik. Tugas ini dilakukan oleh Air and Flue Gas Sistem. Air and Flue Gas Sistem terdiri dari Primary Air (PA) Fans, Forced Draft (FD) Fans, Induced Draft (ID) Fans, Air Heater, Primary Air Ducts, Secondary Air Ducts dan Flue Gas Ducts. Udara yang akan disuplai ke ruang pembakaran dipanaskan terlebih dahulu agar tercapai efisiensi pembakaran yang baik. Pemanasan tersebut dilakukan oleh Air Heater dengan cara konduksi dengan memanfaatkan panas dari gas buang sisa pembakaran di dalam furnace. Ada 2 (dua) tipe Air Heater yang banyak dipakai di PLTU. Yang pertama air heater type tubular, banyak dipakai di PLTU yang berkapasitas kecil. Sedangkan air heater type rotary lebih dipilih untuk PLTU kapasitas besar. Primary Air Fans berfungsi untuk menghasilkan primary air Pembangkit Tenaga Listrik 47

51 (udara primer) yang diperlukan untuk mendorong serbuk batu bara dari pulverizer ke burner. Forced Draft Fans berfungsi untuk menghasilkan secondary air (udara sekunder) untuk mensuplai udara ke ruang pembakaran. Sedangkan Induced Draft Fans berfungsi untuk menyedot gas sisa pembakaran dari combustion chamber untuk dikeluarkan ke cerobong asap. Flue Gas sistem adalah bagian yang sangat penting untuk menjaga agar PLTU tidak menyebabkan polusi berlebihan kepada lingkungan. Bagian dari flue gas sistem yang umum terdapat di semua PLTU adalah Electrostatic Precipitator (EP). EP hanya digunakan untuk batu bara bilamana pada waktu start awal yang menggunakan HSD EP tersebut dimatikan karena bisa merusak komponen EP tersebut. Electrostatic Precipitator adalah alat penangkap debu batu bara. Sebelum dilepas ke udara bebas, gas buang sisa pembakaran batu bara terlebih dahulu melewati electrostatic precipitator untuk dikurangi semaksimal mungkin kandungan debunya. Bagian utama dari (EP) ini adalah housing (casing), bagian dalam yang terdiri dari discharge electrode, collecting plates dan hammering sistem, dan ash hoppers yang terletak di bagian bawah untuk menampung abu. Siklus Air dan Uap Pertama air dari laut dipompa yang dialirkan melalui pipa dan masuk ke proses desalinasi. Dalam proses ini air laut yang mengandung garam dan ion maka akan dipisahkan garam serta mengurangi kadar ion yang terkandung di dalamnya, sehingga air yang sudah didesalinasi tidak mengandung garam dan menjadi air murni. Setelah air Tidak mengandung garam maka air akan dipompa menuju tanki make up water tank. Kemudian air dipompa menuju demin water tank. Dari demin water tank maka air akan dipompa kemudian melewatikondensor,di dalam kondensor air yang berasal dari demin water tankkemudian akan bercampur dengan air yang berasal dari uap air sisa turbin. Setelah air keluar dari kondensor kemudian air dipompa menuju LP Heater.LP Heater adalah Low Pressure Heater,fungsinya untuk memanaskan airsupaya suhunya layak untuk diproses di Daerator. Agar proses pelepasan iniberlangsung sempurna, suhu air harus memenuhi suhu yang disyaratkan. Olehkarena itulah selama perjalanan menuju Dearator, air mengalamai beberapaproses pemanasan oleh peralatan yang disebut LP (Low Pressure Heater). Daerator biasanya terletak di lantai atas PLTU, tapi bukan lantai yang palingatas.dari dearator, air turun kembali ke Ground Floor. Sesampainya di ground floor, air langsung dipompakan oleh Boiler Feed Pump / BFP (Pompa airpengisi) menuju Boiler atau tempat Pembangkit Tenaga Listrik 48

52 memasak air. Bisa dibayangkan Boilerini seperti panci, tetapi panci berukuran raksasa. Air yang dipompakan iniadalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat agar uap yang dihasilkanjuga bertekanan tinggi. Karena itulah konstruksi PLTU membuat dearatorberada di lantai atas dan BFP berada di lantai dasar. Karena denganmeluncurnya air dari ketinggian membuat air menjadi bertekanan tinggi. Sebelum masuk boiler air mengalami beberapa proses pemanasan di HP (HighPressure) Heater. Setelah itu barulah air masuk boiler untuk dilakukanpemanasan lebih lanjut.setelah air masuk ke dalam Boiler maka air akan dipanaskan sampai terbentukuap. Untuk membantu proses pemanasan digunakan FDF ( Force Draft Fan) untuk menghisap udara luar,udaratersebut kemudian dipanaskan dan udara tersebut akan disemprotkan di sekitarboiler,sehigga pemanasan akan lebih optimum. Dari pemanasan tersebut akanterdapat sisa-sisa pembakaran yang berupa gas,gas sisa tersebut akan dibuangmelalui cerobong asap. Setelah terbentuk uap, maka uap tersebut masih berupa uap jenuh,uap tersebuttidak akan kuat untuk memutar turbin. Sebelumnya uap tersebut akandisimpan di dalam steam drum yang berfungsi sebagai penampungan uap airsebelum menuju super heater.supaya uap tersebut bisa menggerakan turbinuap akan dialirakan menuju Super Heater. Dalam Super heater uaptersebut akan dihilangkan kadar airnya,sehingga uap tersebut benar-benarkering. Di dalam boiler juga terdapat economizer,economizer berfungsi untukmenyerap gas hasil pemanasan super heater yang akan digunakan untukmemanaskan air pengisi sebelum masuk ke main drum. Setelah itu uap dari Super heater akan mengalir menuju HP Turbin dankemudian menggerakan turbin tersebut,setelah itu sisa uap akan kembalimenuju reheater dalam boiler untuk kembali dipanaskan supaya uapnya kuatuntuk menggerakkan LP Turbin. Setelah uap dari reheater maka uap akan menuju LP Heater dan menggerakanturbin tersebut,karena poros-poros HP Turbin & LP Turbin terhubung ke generator maka jika kedua turbin ikut berputar maka generator juga ikutberputar. Putaran generator inilah yang akan menghasilkan perbedaanpotensial listrik yang kemudian menghasilkan listrik. Kemudian listrik akanditampung dan kemudian akan disalurkan.dari LP Turbin masih terdapat sedikit sisa uap,dari sisa tersebut maka uap airakan dikondensasi oleh kondensor,sehingga akan menjadi cair kembali danakan digunakan kembali dan ada yang dibuang kembali ke laut. Pembangkit Tenaga Listrik 49

53 1. Bagian bagian PLTU Bagian Utama 1. Boiler Gambar 26. Skema Boiler Boiler berfungsi untuk mengubah air (feed water) menjadi uap panas lanjut (superheated steam) yang akan digunakan untuk memutar turbin. 2. Turbin Uap Turbin uap berfungsi untuk mengkonversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar (energi mekanik). Poros turbin dikopel dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar generator juga ikut berputar. 3. Kondensor Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin (uap yang telah digunakan untuk memutar turbin). Pembangkit Tenaga Listrik 50

54 4. Generator Gambar 27. Generator PLTU Banten 1 Suralaya Generator berfungsi untuk mengubah energi putar dari turbin menjadi energi listrik. 5. Generator Transformer (GT) Gambar 28. Generator Transformer (GT) Generator Transformer berfungsi sebagai penaik tegangan yang dihasilkan oleh Generator. Pembangkit Tenaga Listrik 51

55 Bagian Penunjang 1. Desalination Plant Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh water) dengan metode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal ini dikarenakan sifat air laut yang korosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan langsung masuk ke dalam unit utama, maka dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU. 2. Reverse Osmosis (RO) Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metode yang digunakan berbeda. Pada peralatan ini digunakan membran semi permeabel yang dapat menyaring garam-garam yang terkandung pada air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant. 3. Demineralizer Plant Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkandung dalam air tawar. Air sebagai fluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air masih mengandung mineral berarti konduktivitasnya masih tinggi sehingga dapat menyebabkan terjadinya GGL induksi pada saat air tersebut melewati jalur perpipaan di dalam PLTU. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU. 4. Hydrogen Plant Pada PLTU digunakan hydrogen (H2) sebagai pendingin Generator. 5. Chlorination Plant Berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCl) yang digunakan untuk memabukkan/melemahkan mikro organisme laut pada area water intake. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan (scaling) pada pipa-pipa kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro organisme laut tersebut. Kelebihan PLTU Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan jenis pembangkit listrik lainnya. Keunggulan tersebut antara laindibagimenjadi 2, darisegipenggunaandanpembangunan Segi Penggunaan Pembangkit Tenaga Listrik 52

56 1. Dapat dioperasikan dengan menggunakan berbagai jenis bahan bakar(padat, cair, gas). 2. Dapat dibangun dengan kapasitas yang bervariasi 3. Dapat dioperasikan dengan berbagai mode pembebanan 4. Kontinyuitas operasinya tinggi 5. Usia pakai (life time) relatif lama Segi Pembangunan 1. Pembangunan PLTU memiliki dampak tersendiri baik bagi lingkunganmasyarakat maupun baik lingkungan di lokasi PLTU tersebut dibangun.dampak positif dari pembangunan PLTU diantaranya adalah sebagaiberikut : 2. Menambah sumber tenaga listrik baru, sehingga dapat membantumengatasi masalah kekurangan sumber energi listrik yang sedang terjadi. 3. Mengurangi angka pengangguran, karena PLTU akan mempekerjakanwarga di sekitar lokasi untuk menjadi karyawan. 4. Membuka lahan pekerjaan baru bagi warga. 5. Lokasi dibangunnya PLTU akan lebih berkembang dari sebelumnya. Kelemahan PLTU Namun PLTU mempunyai beberapa kelemahan yang harusdipertimbangkan dalam memilih jenis pembangkit termal, Kelemahantersebutjugadibagimenjadi 2, darisegipenggunaandanpembangunan. Segi Penggunaan 1. Sangat tergantung pada tersedianya pasokan bahan bakar 2. Tidak dapat dioperasikan (start) tanpa pasok listrik dari luar 3. Memerlukan tersedianya air pendingin yang sangat banyak dan kontinyu 4. Investasi awalnya mahal 5. PLTU menghasilkan banyak gas rumah kaca Segi Pembangunan Namun tidak hanya dampak positif yang timbul dari pembangunan PLTU,dampak negatifnya juga timbul seiring pembangunan PLTU, diantaranya adalah : 1. Tahap pra konstruksi : pembukaan lahan, pencemaran akibat pembakaranlahan, kecemburuan sosial antara pemilik lahan dengan masyarakat sekitar Pembangkit Tenaga Listrik 53

57 2. Tahap konstruksi : kerusakan jalan akibat angkutan berat yang membawaalat dan bahan untuk membangun PLTU, timbulnya permasalahan sosialdi sekitar lokasi pembangunan PLTU, pencemaran udara oleh semen yangdigunakan untuk pembangunan bangunan PLTU. 3. Tahap operasi : Dampak Kerusakan Akibat Pencemaran Lingkungan : Dalam dampakterhadap lingkungan secara makro dapat dikelompokkan kedalamdampak terhadap lingkungan Abiotik (A), Biotik (B), dan Cultur (C).ketiga jenis lingkungan tersebut saling interaksi dan interdependensisatu dengan yang lain. Adanya interaksi menyebabkan terjadinyadampak secara langsung yang dirasakan, sedangkan terjadinya dampaksecara langsung yang dirasakan, sedangkan adanya interdependensimenyebabkan dampak secara tidak langsung. Dampak Terhadap Kesehatan :Dampak terhadap kesehatan terjadiakibat perubahan kualitas lingkungan. Meningkatkan kasus diare, ISPA,penyakit kulit, penurunan IQ akibat Pb atau logam berat lain, merupakan contoh penyakit yang terjadi akibat pencemaran lingkungan.pada umumnya mekanisme terjadi melalui oral (mulut), pernafasan atauiritasi melalui kulit. Kerugian terhadap kesehatan merupakan kerugianbesar akibat kerusakan lingkungan. Dampak Terhadap Perairan : Perairan pada suatu wilayah terdiri darimateri dan energi untuk mendukung kehidupan, yang popular dengandaya dukung lingkungan. Polutan merupakan materi dan energi asingyang memasuki badan air, sehingga menurunkan daya dukunglingkungan. Kondisi tercemar terjadi bila perubahan tersebutmenyebabkan badan air berubah dari peruntukannya. Bahan organikmerupakan bahan yang dominan sebagai polutan. 4. Pasca operasi : lahan yang tidak bisa dipergunakan lagi, kasus penyakitpada masyarakat yang tinggi, perairan yang telah tercemar, meningkatnyaangka pengangguran karena ketiadaan lahan pekerjaan. Adapun Upaya Pengendalian Dampak Hasil kajian menyimpulkan bahwa untuk mengantisipasi dan meminimalkanpotensi dampak yang diakibatkan oleh pembangunan PLTU khususnya padaaspek lingkungan dan sosial, maka semua pihak terkait perlu memperhatikan danmemahami serta mematuhi peraturan dan Pembangkit Tenaga Listrik 54

58 kebijakan terkait baik berupa Regulasi,Undang-Undang, Hukum, Peraturan Pemerintah, dan lain sebagainya, sertamemiliki komitmen untuk melaksanakannya dengan baik, benar dan penuhtanggung jawab.berdasarkan kesimpulan kajian tersebut, maka rekomendasi yang diajukanadalah: 1. Rencana pengelolaan lingkungan yang bersifat komprehensif mulaipada tahap prakonstruksi, dan pasca konstruksi 2. Adanya pedoman yang bersifat aplikatif yang dapat digunakan olehsemua pihak baik intern maupun ekstern PLN yang dijadikan sebagaiacuan dalam setiap rencana dan pelaksanaan pembangunan pembangkitlistrik 3. Memasukkan penanganan dampak lingkungan dalam kinerja baikintern PLN maupun pihak-pihak lain terkait yang memiliki peran dantanggung jawab dalam pelaksanaan proyek (kontraktor maupunkonsultan terkait) 4. Adanya sosialisasi secara simultan mengenai rencana pra-konstruksi,konstruksi, dan paska konstruksi PLTU dan potensi dampak yangdimungkinkan timbul kepada segenap stake holders dan pihak-pihakterkait baik intern maupun ekstern PLN. Adanya tim dan lialison officer yang profesional guna mengkomunikasikanrencana dan pelaksanaan pembangunan PLTU serta untuk menjembatani antarpihak manakala terjadi permasalahan baik itu dikarenakan oleh kesenjangankomunikasi atau hal lain sehingga menyebabkan terjadinya konflik. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA Pemusatan Energi Surya Sistem pemusatan energi surya (concentrated solar power, CSP) menggunakan lensa atau cermin dan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari dari luasan area tertentu ke satu titik. Panas yang terkonsentrasikan lalu digunakan sebagai sumber panas untuk pembangkitan listrik biasa yang memanfaatkan panas untuk menggerakkan generator. Sistem cermin parabola, lensa reflektor Fresnel, dan menara surya adalah teknologi yang paling banyak digunakan. Fluida kerja yang dipanaskan bisa digunakan untuk menggerakan generator (turbin uap konvensional hingga mesin Stirling) atau menjadi media penyimpan panas. Ivanpah Solar Plant yang terletak di Gurun Mojave akan menjadi pembangkit listrik tenaga surya tipe pemusatan energi surya terbesar dengan daya mencapai 377 MegaWatt. Meski pembangunan didukung oleh pendanaan Amerika Serikat atas visi Barrack Obama mengenai Pembangkit Tenaga Listrik 55

59 program MW energi terbarukan, namun pembangunan ini menuai kontroversi karena mengancam keberadaan satwa liar di sekitar gurun. Photovoltaic (sel surya) Sel surya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm, yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan kutub negatif. Prinsip dasar pembuatan sel surya adalah memanfaatkan efek fotovoltaik, yaitu suatu efek yang dapat mengubah langsung cahaya matahari menjadi energi listrik. Prinsip ini pertama kali diketemukan oleh Bacquere, seorang ahli fisika berkebangsaan Prancis tahun 1839 (Darmoyo, 2007). Bagian utama peubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber (penyerap), meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh terhadap efisiensi dari sel surya. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis gelombang elektromagnetik yang secara spectrum radiasi panas matahari mempunyai panjang gelombang 10-7 s/d 10-5, frekuensi s/d Hz dan energi foton 10-1 s/d 101 ev. Oleh karena itu absorber disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin solar radiation yang berasal dari cahaya matahari (Beisser, 1968 vide Faisal, 2008). Bahan Pembentuk Sel Surya a. Sel surya silikon monokristal Sel surya ini dibentuk dari bahan dasar monokristal. Bahan outputnya adalah SiO2 dalam bentuk kwarsa atau kristal kwarsa. Bentuk kwarsa ini dalam suatu open melalui reduksi dengan arang baru dibentuk bahan mentah silikon, yang terdiri dari 98% silikon dan 2% kotoran. b. Sel surya silikon polykristal Pembuatan sel surya silikon sebagai sumber arus konstan, tidaklah sesederhana pembuatan silikon untuk bahan semikonduktor. Secara kuantitatif sel surya polykristal menduduki tempat kedua. Efisiensinya terletak antara 10-13% lebih rendah dari sel monokristal. c. Sel surya a-silikon (a-si) Sel surya a-silikon susunan atomnya tidak beraturan, bahwa sel surya ini pada dasarnya lebih produktif, dimana absorbsi a-silikon terhadap cahaya hampir 40 kali lebih baik dari silikon kristal. Keuntungan sel surya a-silikon antara lain: Pembangkit Tenaga Listrik 56

60 1). Daya absorbsi besar 2). Daerah band tinggi 3). Kebutuhan bahan lebih sedikit 4). Kemungkinan cara pembuatannya dapat secara otomatis Kelemahannya adalah efisiensinya masih rendah, akibat tahanan dalamnya besar dan arus foto yang ditimbulkannya sangat kecil. d. Sel surya banyak lapisan Sel surya ini mempunyai lapisan lebih tipis dari yang lain, sehingga cahaya yang mengenai sel kedua pas setengah dari cahaya diatasnya. e. Sel surya galiumarsenid Bahan ini mempunyai sifat: 1. Daya listriknya meningkat bila dilakukan pemusatan sinar 2. Pengurangan daya pada suatu kenaikan temperatur lebih kecil dari bahan silikon. 3. Dapat beroperasi pada temperatur yang tinggi. Kelemahan utamanya adalah penyediaan bahan mentah gallium dan arsen sangat mahal. Penelitian pembuatan charger handphone ini, sel surya yang digunakan adalah sel surya a- silikon (a-si) yang mempunyai produktifitas absorbsi cahaya matahari besar dan mempunyai daerah band yang tinggi. Faktor-faktor yang Memengaruhi Sel Surya a. Pengaruh intensitas cahaya matahari terhadap arus dan tegangan Intensitas cahaya matahari mempengaruhi karakteristik arus-tegangan pada sel surya. Pengaruh intensitas cahaya matahari terhadap arus yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan tegangan terminalnya (Laksanawati, 2006). Kurva karakteristik arus-tegangan pada modul sel surya pada variasi tingkat radiasi disajikan pada Gambar Pembangkit Tenaga Listrik 57

61 Sumber : Laksanawati, 2006 Gambar 29. Karakteristik arus tegangan pada variasi tingkat radiasi b. Pengaruh suhu terhadap arus dan tegangan Isc akan mengalami perubahan dengan meningkatnya suhu, kenaikan kurang lebih 0,04 % per derajat celcius. Sedangkan V akan mengalami perubahan yang besar, pengurangan tegangan kurang lebih 0,3 % per derajat celcius. Gambar hubungan suhu terhadap arus dan tegangan dapat dilihat pada Gambar (Laksanawati, 2006). Sumber : Laksanawati, 2006 Gambar 30. Grafik arus dan tegangan pada suhu yang berbeda c. Pengaruh luas permukaan sel surya terhadap daya Luas sel surya mempengaruhi daya yang dihasilkan oleh sel surya tersebut dalam hal ini hubungannya adalah linier. Misalnya sel surya dengan luas penampang 100 cm dayanya Pembangkit Tenaga Listrik 58

62 akan dua kali lebih besar dibandingkan dengan sel surya yang luasnya 50 cm (Darmoyo, 2007). d. Pengaruh posisi cahaya matahari terhadap daya Cahaya matahari yang mengenai permukaan p-n sel surya akan maksimal bila cahaya yang jatuh pada permukaan sel surya dan tegak lurus, karena matahari terus mengorbit pada lintasan tertentu maka hal ini sulit dilakukan. Hal ini sangat penting untuk pemasangan sel surya agar dapat menangkap sinar matahari secara maksimum. Untuk wilayah Indonesia pemasangan panel surya dengan kemiringan sampai 120. Prinsip Kerja Sel Surya Prinsip kerja sel surya adalah ketika ada sebuah foton atau lebih masuk kedalam sel surya yang terdiri dari lapisan semikonduktor seperti pada gambar, maka akan menghasilkan pembawa muatan bebas berupa elektron dan hole. Foton yang masuk berasal dari radiasi matahari. Jika pembawa muatan dapat mencapai daerah ruang muatan sebelum terjadi rekombinasi, maka akibat oleh medan listrik yang ada akan dipisahkan dan dapat bergerak menuju kontaktor. Jika terdapat kawat penghubung antar kontaktor maka dapat dihasilkan arus (Suhono, 2009). Bahan yang digunakan dalam membuat sel surya sangat banyak variasinya. Silikon memiliki indeks bias bahan yang tinggi maka akibatnya pada permukaan terjadi rugi refleksi yang besar (sampai 30%). Oleh karena itu, untuk meminimalkan rugi tersebut maka pada permukaan dilapisi dengan lapisan antirefleksi/lapisan AR (Sihana, 2007). Diagram perubahan energi surya menjadi listrik pada sebuah potongan sel surya : Gambar 31. Proses Photovoltaic Cara kerja PLTS Energi Sinar matahari dikonversi menjadi energi listrik baik dengan cara langsung maupun tidak langsung. Energi listrik yang dihasilkan kemudian disimpan dalam sebuah battery berupa Pembangkit Tenaga Listrik 59

63 akumulator. Proses pengisian battery dikendalikan menggunakan sebuah sistem kontrol yang biasa disebut Battery Control Unit (BCU). Fungsi dari BCU adalah untuk menjaga kestabilan tegangan yang masuk ke battery dan mengindikasi keadaan battery (kosong atau penuh). Sebelum dimanfaatkan utuk menupli tegangan AC, listrik yang tersimpan dalam battery harus melewati inverter terlebih dahulu. Dalam hal ini iverter berfungsi merubah tegangan DC menjadi AC. Sumber : Laksanawati, 2006 Gambar 32. Diagram dari sebuah potongan sel surya Kelebihan PLTS 1. Ramah lingkungan Tidak seperti pembangkit listrik lainnya yang membutuhkan generator listrik jika terkena sinar matahari. Sehingga bisa dikatakan bahwa ini adalah energi gratis. Tidak ada suara bising yang terdengar saat peralatan ini bekerja. Sehingga tidak akan mengganggu orangorang di sekitarnya. Sealin itu tidak ada limbah/polusi yang dihasilkan dari penggunaan pembangkit listrik tenaga surya ini. 2. Tidak membutuhkan bahan bakar Dalam pengoperasiannya tidak membutuhkan bahan bakar seperti bensin, solar, dan sebagainya. Ini merupakan salah satu keuntungan karena sangat hemat biaya (bahkan gratis) dalam penggunaannya. 3. Sumber energi yang berkelanjutan Karena energi berasal dari matahari, tentu sumber energi ini tidak akan habis sebelum kiamat. Jadi selama ada sinar matahari, panel surya akan tetap bisa bekerja untuk Pembangkit Tenaga Listrik 60

64 menghasilkan energi listrik setap harinya. Makanya tidak sedikit orang mengatakan bahwa PLTS ini merupakan energi masa depan. 4. Hanya membutuhkan sedikit perawatan Keuntungan pembangkit listrik tenaga surya selanjutnya adalah hanya membutuhkan sedikit perawatan. Setelah instalasi dan di optimalisasi, panel surya dapat menciptakan listrik dengan luasan hanya beberapa milimeter dan tidak memerlukan perawatan yang berarti. Tak hanya itu saja, panel surya juga memproduksi energi dalam diam, sehingga tak mengeluarkan bunyi bising dan lainnya. Kelemahan PLTS 1. Harga pemasangan / pembuatan relatif mahal Biaya pemasangan PLTS untuk satu rumah relatif mahal, apalagi jika kebutuhan energi listrik relatif tinggi. Maka akan banyak membutuhkan panel surya dan baterai sebagai penyimpannnya. 2. Tidak berfungsi di malam hari Panel surya hanya dapat bekerja jika ada matahari. Maka di malam hari digantikan dengan baterai penyimpanan yang sebelumnya sudah terisi pada siang hari 3. Membutuhkan perangkat tambahan dalam pemakaiannya Tegangan yang dihasilkan dalah tegangan DC, maka membutuhkan perangkat tambahan seperti, pengubah tegangan DC ke AC, inverter, dan baterai 4. Daya yang dihasilkan berkurang ketika mendung PLTS membutuhkan sinar matahari untuk bekerja. Ketika mendung ataupun pada malam hari, keluaran energi panel surya kurang maksimal. Untuk menyiasati hal ini, banyak PLTS skala besar yang melacak matahari untuk menjaga panel surya di sudut optimal sepanjang hari. Perbandingan Penggunaan Sel Surya Dengan Energi Lain Energi baru dan terbarukan mulai mendapat perhatian sejak terjadinya krisis energi duniayaitu pada tahun 70-an dan salah satu energi itu adalah energi surya. Energi itu dapat berubahmenjadi arus listrik yang searah yaitu dengan menggunakan silikon yang tipis. Sebuah kristalsilindris di diperoleh dengan cara memanaskan Si itu dengan tekanan yang diatur sehingga Si itu berubah menjadi penghantar. Bila kristal silindris itu dipotong setebal 0,3 mm, akan terbentuklahsel-sel silikon yang tipis atau yang disebut juga dengan sel surya fotovoltaik. Sel-sel Pembangkit Tenaga Listrik 61

65 silikon itu dipasang dengan posisi sejajar/seri dalam sebuah panel yang terbuat dari alumunium atau bajaanti karat dan dilindungi oleh kaca atau plastik. Kemudian pada tiap-tiap sambungan sel itudiberi sambungan listrik. Bila sel-sel itu terkena sinar matahari maka pada sambungan itu akanmengalir arus listrik. Besarnya arus/tenaga listrik itu tergantung pada jumlah energi cahaya yang mencapai silikon itu dan luas permukaan sel itu. Pada asasnya sel surya fotovoltaik merupakan suatu dioda semikonduktor yang berkerja dalam proses tak seimbang dan berdasarkan efek fotovoltaik. Dalam proses itu sel surya menghasilkan tegangan 0,5-1 volt tergantung intensitas cahaya dan zat semikonduktor yangdipakai. Sementara itu intensitas energi yang terkandung dalam sinar matahari yang sampai ke permukaan bumi besarnya sekitar 1000 Watt. Tetapi karena daya guna konversi energi radiasi menjadi energi listrik berdasarkan efek fotovoltaik baru mencapai 25% maka produksi listrik maksimal yang dihasilkan sel surya baru mencapai 250 Watt per m2. Dari sini terlihat bahwa PLTS itu membutuhkan lahan yang luas. Hal itu merupakan salah satu penyebab harga PLTS menjadi mahal. Ditambah lagi harga sel surya fotovoltaik berbentuk kristal mahal, hal ini karena proses pembuatannya yang rumit. Namun, kondisi geografis Indonesia yang banyak memiliki daerah terpencil sulit dibubungkan dengan jaringan listrik PLN. Kemudian sebagai negara tropis Indonesia mempunyai potensi energi surya yang tinggi. Hal ini terlihat dari radiasi harian yaitusebesar 4,5 kwh/m2/hari. Berarti prospek penggunaan fotovoltaik di masa mendatang cukup cerah. Untuk itulah perlu diusahakan menekan harga fotovoltaik misalnya dengan cara sebagai berikut. Pertama menggunakan bahan semikonduktor. Kedua meningkatkan efisiensi sel surya dari 10% menjadi 15%.Energi listrik yang berasal dari energi surya pertama kali digunakan untuk penerangan rumahtangga dengan sistem desentralisasi yang dikenal dengan Solar Home System (SHS), kemudian untuk TV umum, komunikasi dan pompa air. Sementara itu evaluasi program SHS di Indonesia pada proyek Desa Sukatani, Bampres, dan listrik masuk desa menunjukkan tanda-tanda yang menggembirakan dengan keberhasilan penerapan secara komersial. Berdasarkan penelitian yang dilakukan sampai tahun 1994 jumlah pemakaian sistem fotovoltaik di Indonesia sudah mencapai berkisar 2,5-3 MWp. Yang pemakaiannya meliputi kesehatan 16%, hibrida 7%, pompa air 5%, penerangan pedesaan 13%, Radio dan TV komunikasi 46,6% dan lainnya 12,4%. Kemudian dari kajian awal BPPT diperoleh proyeksi kebutuhan sistem PLTS diperkirakan akan mencapai 50 MWp. Sementara itu menurut perkiraan yang lain pemakaian fotovoltaik di Pembangkit Tenaga Listrik 62

66 Indonesia 5-10 tahun mendatang akan mencapai 100 MW terutama untuk penerangan di pedesaan. Sedangkan permintaan fotovotaik diperkirakan sudah mencapai 52 MWp. Komponen utama sistem surya fotovoltaik adalah modul yang merupakan unit rakitan beberapa sel surya fotovoltaik. Pembangkit Tenaga Listrik 63

67 Distributed Generation (DG) Tiga komponen utama dari suatu system tenaga listrik adalah: pusat-pusat pembangkit, transmisi dan system distribusi. Pusat pusat listrik biasa juga disebut sentral listrik atau electric power stations. Pusat-pusat listrik adalah tempat dimana energi listrik diproduksi. Energi listrik yang dihasilkan diperoleh dari pengolahan energi primer baik dari energi terbarukan maupun dari energi tidak terbarukan. Pada masa sekarang, pemanfaatan energi fosil masih mendominasi energi primer dalam pengolahan menjadi energi listrik. Energi fosil merupakan energi yang tidak terbarukan yang berarti tidak dapat diperbaharui dan akan habis bila cadangannya sudah habis. Jenis pembangkit yang menggunakan energi fosil sebagai sumber energi primer bekerja berdasarkan siklus thermodinamika berupa konversi energi thermal menjadi energi listrik. Contoh energi primer diolah menjadi energi listrik seperti energi air, energi matahari dan lain sebagainya. Penegembangan energi terbarukan mulai dikembangkan secara lebih optimal karena melihat sifatnya yang dapat diperbaharui. Ada beberapa pembangkit tenaga listrik di Indonesia dewasa ini, baik yang sudah umum terpasang maupun yang masih dalam studi perencanaan ataupun dalam eksperimen. Oleh karena itu pembangkit secara garis besarnya terbagi atas dua bagian, yaitu : 1. Pembangkit tenaga listrik konvesional, yaitu pembangkit tenaga listrik yang hasil dayanya dikomersilkan, terdiri dari : Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) 2. Pembangkit tenaga listrik non konvesional, yaitu pembangkit tenaga listrik yang digunakan hasil dayanya dikomersilkan, terdiri dari : Pembangkit Listrik Tenaga Matahari Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Pembangkit Tenaga Listrik 64

68 Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) Pembangkit Listrik Tenaga Gas Bio Pemakain nama dari suatu jenis pembangkit diperoleh dari jenis energi penggeraknya sebagai contoh PLTU energi penggerak turbinnya adalah uap. Pengertian Distributed Generation (DG) Distributed Generation seringkali disebut juga dengan on-site generation, dispersed generation, embedded generation, decentralized generation, atau distributed eneryi. Secara mendasar, DG menghasilkan energi listrik dari beberapa sumber energi yang berkapasitas kecil dan dihubungkan langsung pada jaringan distribusi. CIGRE telah mendefinisikan Distributed Generation sebagai semua unit pembangkit dengan kapasitas maksimal berkisar sampai 50 MW dan dipasangkan ke jaringan distribusi. IEEE mendefinisikan Distributed Generation sebagai pembangkitan yang menghasilkan energi dalam kapasitas yang lebih kecil dibandingkan pusatpusat pembangkit konvensional dan dapat dipasangkan hampir pada setiap titik sistem tenaga listrik. IEA (2002) mendefinisikan Distributed Generation sebagai unit-unit yang menghasilkan energi pada sisi konsumen atau dalam jaringan distribusi lokal. Semua definisi di atas menunjukkan bahwa pembangkitan dengan skala kecil yang dihubungkan ke jaringan distribusi dapat dianggap sebagai bagian dari DG. Selain itu, pembangkitan yang dipasangkan dekat dengan sisi beban atau konsumen juga dapat dikatakan sebagai Distributed Generation. Gambar di bawah ini dapat dijadikan sebagai sebuah ilustrasi untuk membedakan apa itu distributed generation dan centralized generation: Gambar 33. Distributed vs Central Generation. Sumber : Pembangkit Tenaga Listrik 65

69 Untuk memberikan pemahaman yang sama tentang definisi dari DG tidak terlihat mudah karena: 1. DG, secara umum, tidak bergantung pada daya dan tegangan 2. Teknologi DG dapat dikategorikan sebagai renewable dan non-renewable. DG bukanlah merupakan sinonim dari sumber energi terbarukan 3. Lokasi geografis bukanlah parameter yang relevan untuk membedakan DG dari pembangkit yang terpusat. 4. DG dapat berdiri sendiri atau terhubung dengan grid. 5. DG dihubungkan ke grid baik secara langsung atau dengan menggunakan transformator atau perangkat elektronika daya. Dalam hal ini, sistem proteksi dan juga alat pengukuran dan metering juga termasuk ke dalamnya. 6. Di kebanyakan negara, DG dihubungkan ke jaringan distribusi. Akan tetapi, dimasa yang akan datang, wind farm lepas pantai yang lebih besar dari 110 MW dapat dihubungkan ke jaringan transmisi. 7. Keuntungan dari DG dapat dilihat dalam hal kualitas daya, proteksi lingkungan, pengurangan investasi dan rugi-rugi transmisi dan distribusi, penggunaan sumber bahan bakar domestik yang beragam, back-up, aplikasi CHP, suplai energi ke daerah terpencil, dan peningkatan lapangan kerja. Definsi dari distributed generation tersebut menurut beberapa pihak, antara lain: DPCA (Distributed Power Coalition of America) Distributed power generation adalah teknologi pembangkitan energi listrik berskala kecil yang menghasilkan daya listrik di suatu tempat yang lebih dekat dengan konsumen dibandingkan dengan pembangkit listrik pusat. Pembangkit ini dapat dihubungkan secara langsung ke konsumen atau ke sistem distribusi atau transmisi milik utility. CIGRE (International Conference on High Voltage Electric System) Distributed generation adalah: Tidak direncanakan secara terpusat Untuk saat ini tidak dikirim secara terpusat Biasanya terhubung dengan jaringan distribusi Lebih kecil dari 50 atau 100 MW. Pembangkit Tenaga Listrik 66

70 IEA (International Energy Agency) Distributed Generation adalah pembangkit listrik yang melayani konsumen di tempat (on-site), atau untuk mendukung jaringan distribusi, dan terhubung ke jaringan pada level tegangan distribusi. Teknologinya secara umum terdiri dari mesin, turbin kecil (termasuk turbin mikro), fuel cell dan photovoltaic. Umumnya, tenaga angin tidak termasuk ke dalamnya, karena sebagian besar tenaga angin diproduksi di wind-farm yang memang dibangun khusus untuk tujuan tersebut, dan bukan untuk memenuhi kebutuhan energi di suatu tempat yang ada didekatnya (lebih banyak terhubung ke saluran transmisi, bukan distribusi). Beberapa variasi definisi dari DG yang diusulkan oleh beberapa perusahaan di berbagai negara yang berbeda di Eropa didasarkan pada parameter yang berbeda-beda (rentang rating, lokasi, koneksi, dll). Ringkasan singkat dari definisi-definisi tersebut diberikan di bawah ini: Sumber pembangkit energi modular dan terstandarisasi menggunakan sumber energi terbarukan dengan rentang daya sampai sekian MW (Austria) Co-generation yang terhubung ke jaringan distribusi (Belgia) Sumber energi kurang dari 10 MW, yang tidak direncanakan secara terpusat (not centrally planned), dan terhubung ke jaringan distribusi (Bulgaria) Sumber energi kurang dari 50 MW untuk konsumsi lokal dan/atau dijual ke utility (Estonia) Sumber energi kurang dari 20 MW, yang tidak direncanakan secara terpusat dan tidak dikirim secara terpusat, dan terhubung ke jaringan distribusi Pembangkit listrik yang dimiliki oleh pihak ketiga yang terhubung ke jaringan (Prancis) Sumber yang tidak terhubung ke sistem transmisi (Inggris) Dari penjelasan yang ada di atas, maka kita dapat melihat bahwa banyak definisi yang sudah ada dan tidak ada keseragaman/ konsistensi diantara definisi-definisi tersebut. Karena banyaknya variasi definisi yang digunakan di berbagai literatur tersebut, ada beberapa isu yang harus didiskusikan untuk dapat mendefinisikan DG secara lebih akurat, yaitu : 1. Tujuan 2. Lokasi 3. Rating DG 4. Daerah pengiriman daya 5. Teknologi Pembangkit Tenaga Listrik 67

71 6. Pengaruh terhadap lingkungan 7. Mode operasi 8. Kepemilikan 9. Penetrasi DG Sehingga Ackermann et al, mengusulkan sebuah pendekatan untuk mendefinisikan DG secara umum dengan berdasarkan pada isu-isu di atas, dan definisi DG yang diusulkannya adalah: Distributed Generation adalah sumber energi listrik yang secara langsung terhubung ke jaringan distribusi atau ke meteran konsumen. Perbedaan diantara jaringan distribusi dan transmisi didasarkan pada definisi legalnya. Di kebanyakan pasar yang kompetitif, definisi legal untuk jaringan transmisi biasanya merupakan bagian dari peraturan pasar kelistrikan. Apapun yang tidak didefinisikan sebagai jaringan transmisi di peraturan perundangan dapat dianggap sebagai jaringan distribusi. Definisi DG tidak mendefinisikan rating sumber pembangkitan, karena rating maksimum bergantung pada kondisi jaringan distribusi lokal, seperti level tegangan. Akan tetapi, pembedaan kategori tersebut sangat berguna, sehingga Ackermann et al memberikan saran pembagian rating tersebut menjadi: Micro : ~1 Watt < 5 kw Small : 5 kw < 5 MW Medium : 5 MW < 50 MW Large : 50 MW < 300 MW Lebih lanjut, definisi DG tidak mendefinisikan tentang area pengiriman daya, penetrasi, kepemilikan maupun perlakuan di dalam operasi jaringan. Definsi mengenai DG juga tidak mendefinisikan teknologi, karena teknologi dapat digunakan secara luas dalam aplikasinya. Akan tetapi, kategorisasi kelompok teknologi yang berbeda mungkin dapat dilakukan, sehingga, Ackermann et al membaginya ke dalam kategori berikut (walaupun yang lain juga dapat digunakan): Renewable DG Modular DG CHP (Combined Heat and Power) DG Perkembangan teknologi DG di Indonesia telah berkembang sejak lama seiring dikeluarkannya Peraturan Pemerintah Nomor 10 Tahun 1989 Tentang Penyediaan dan Pembangkit Tenaga Listrik 68

72 Pemanfaatan Energi yang mengijinkan pembelian terhadap kelebihan energi listrik (excess power). Teknologi DG yang banyak digunakan pada masa itu adalah teknologi cogeneration. Bahkan menurut data penelitian Energy and Electricity (EERDC), kapasitas terpasang teknologi cogeneration telah mencapai 834 MW pada tahun Perkembangan teknologi DG terus berkembang dengan memfaatkan pembangkit listrik skala kecil (mikrohidro) yang dikelola oleh pihak PLN atau swasta (Independent Power Producer). Sejak tahun 2002, teknologi DG di Indonesia dikenal sebagai Pembangkit Listrik Skala Kecil Tersebar seperti yang tertuang dalam Peraturan Pemerintah Nomor 30 tahun Melalui PP Nomor 31/2009, Pemerintah juga mendorong penggunaan sumber energi baru, terbarukan dan energi primer yang yang lebih efisien untuk pembangkit tenaga listrik, dan diberikan kesempatan bagi Pembangkit Skala Kecil Swasta dan Koperasi (PSKSK) untuk menjual tenaga listriknya kepada PLN. Harga jual tenaga listrik dari PSKSK adalah harga pada titik interkoneksi dengan Sistem PLN dan harga jual ini disesuaikan setiap tahunnya berdasarkan perhitungan biaya marginal Sistem PLN. Dewasa ini, skema pemanfaatan teknologi DG di Indonesia dibagi atas 2, yaitu : 1. Skema IPP (Independent Power Producer) Skema ini berisi perjanjian dimana teknologi DG harus mengirim tenaga listriknya ke sistem PLN secara kontinu (24 jam). Skema ini biasanya memiliki kontrak dalam jangka waktu yang lama (minimal 15 tahun) dan dapat diperpanjang sesuai kebutuhan atas kesepakatan bersama. 2. Skema Pembelian Excess Power (Kelebihan Tenaga Listrik) Skema ini berisi perjanjian dimana teknologi DG mengirim kelebihan tenaga listriknya ke sistem PLN pada waktu-waktu tertentu (biasanya pada Waktu Beban Puncak). Skema ini biasanya memiliki kontrak jangka pendek (1 tahun) dan dapat diperpanjang sesuai kebutuhan atas kesepakatan bersama Pemanfaatan teknologi DG yang telah banyak dikembangkan di Indonesia adalah teknologi pembangkitan mikrohidro walaupun dewasa ini yang cukup signifikan adalah pembelian kelebihan energi listrik (excess power) dari pihak industri-industri besar (PLTU). Beberapa jenis teknologi DG yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah mikrohidro, bahan bakar nabati, biomassa, energi angin, tenaga surya, energi hybrid (angin dan surya), pasang surut, dan panas bumi. Pembangkit Tenaga Listrik 69

73 Secara garis besar, interkoneksi pada DG terbagi atas tiga komponen, yaitu : 1. Sumber Energi Utama (Prime Energy Source) Hal ini menunjuk pada teknologi DG sebagai sumber energi seperti energi surya, angin, mikrohidro, pasang surut dan biomassa.setiap teknologi DG memiliki karakter yang berbeda-beda dala menghasilkan energi, misalnya tipikal energi yang dihasilkan oleh PV dan fuel cell berupa direct current atau wind turbin yang tipikal energinya berupa energi mekanis (dihasilkan dari putaran pada turbin). Gambar 34. Grid Connection 2. Power Converter Power converter dalam interkoneksi, berfungsi untuk mengubah energi dari sumber energi utama (prime energy resources) menjadi energi dengan level frekuensi tertentu (50Hz - 60Hz). Secara garis besar, ada 3 kategori power converter yang digunakan dalam interkoneksi, yaitu : a. Generator sinkron b. Generator induksi c. Static power converter Generator sinkron dan generator induksi mengkonversi putaran energi mekanis ke dalam tenaga listrik dan sering disebut dengan routing power converter. Static power converter (biasa dikenal dengan inverter) tersusun atas solid-device seperti transistor. Pada inverter, transistor mengkonversi energi dari sumber menjadi energi dengan frekuensi 50-60Hz dengan switching (switch on-off). Teknologi DG yang dijual di pasaran, kebanyakan telah diintegrasikan dengan power converter masing-masing. Misalnya fuel cell yang telah diintegrasikan dengan inverter. Power converter memiliki efek yang besar terhadap DG pada sistem distribusi. Oleh sebab itu dibutuhkan peralatan interkoneksi untuk menjamin Pembangkit Tenaga Listrik 70

74 keamanan dan kestabilan operasi. Generator sinkron, generator induksi dan inverter memberikan respon yang sangat berbeda terhadap variasi kondisi dari sistem tenaga. 3. Sistem Interface dan peralatan proteksi Peralatan ini ditempatkan sebagai penghubung antara terminal output dari power converter dan jaringan primer. Komponen interkoneksi ini biasanya terdiri atas step-up transformer, metering kadang ditambahkan controller dan relay proteksi. Dalam komponen ini terkadang terdapat communication link untuk mengontrol kondisi pada sistem. Keuntungan Distributed Generation Dalam banyak penelitian, DG dapat beradaptasi dengan perubahan ekonomi dalam cara yang fleksibel karena ukurannnya yang kecil dan konstruksi yang lebih sederhana dibandingkan dengan pusat-pusat pembangkit konvensional. Menurut IEA, penilaian ekonomi atas nilai fleksibiltas DG sangat memungkinkan dan layak (2002). Sebagian besar DG memang sangat fleksibel dalam beberapa hal seperti operasi, ukuran, dan kemajuan teknologi.selain itu, DG dapat meningkatkan keandalan sistem tenaga listrik. Dalam pemasangannya di jaringan distribusi, DG ditempatkan dekat dengan daerah beban dan beberapa keuntungan dalam pemakaian DG : 1. DG memberi keandalan yang lebih tinggi dalam pemanfaatan daya 2. DG sebagai sumer energi lokal dapat membantu untuk penghematan daya listrik pada jaringan transmisi dan distribusi. 3. Dibandingkan dengan power plants, DG memiliki efesiensi yang lebih tinggi dalam penyaluran daya. Selain itu, bila dikoneksikan pada jaringan, DG dapat meningkatkan efesiensi sistem karena DG membantu mengurangi rugi-rugi pada sistem. 4. Dalam memproduksi energi listrik, DG bersifat ramah lingkungan. Emisi yang dihasilkan dari produksi energi listrik oleh DG tergolong rendah, bahkan mendekati nol. Teknologi DG Beberapa teknologi DG bukanlah merupakan teknologi yang baru (misalnya internal combustion engine, turbin gas). Disisi lain, karena perubahan industri utility, beberapa teknologi baru semakin dikembangkan lebih lanjut menuju tahap komersialisasi. Berikut ini dijelaskan mengenai teknologi DG yang digunakan di negara Amerika Serikat, yang dapat dijadikan referensi mengingat banyaknya jenis teknologi yang dipakai untuk aplikasi DG : Pembangkit Tenaga Listrik 71

75 1. Internal combustion engine Teknologi DG dengan kapasitas terpasang yang paling besar yang ada di Amerika Serikat adalah internal combustion engine, yaitu mempunyai kapasitas terpasang total sebesar 4614 MW di tahun Internal combustion engine mencapai posisi ini karena harganya yang murah dan memiliki efisiensi yang cukup tinggi, mencapai sekitar 43%, dan dapat menggunakan input yang bervariasi. Mesin berbahan bakar gas biasanya menggunakan bahan bakar yang berasal dari gas alam, walaupun biogas dan landfill gas sering juga digunakan. Mesin diesel biasanya menggunakan bahan bakar diesel, akan tetapi dengan meningkatnya kesadaran akan lingkungan, mesin tersebut banyak dioperasikan dengan menggunakan biodiesel. Teknologi combustion-atau gas-turbine dipasang dengan kapasitas 1964 MW di tahun Dimana combustion turbine biasanya digunakan di pusat pembangkit listrik combine cycle. Teknologi ini dapat digunakan dalam berbagai cara, akan tetapi yang paling umum digunakan adalah CHP (Combined Heat and Power), dimana kelebihan panas ditangkap dan dimanfaatkan sebagai uap atau air panas. Efisiensi secara umum biasanya bernilai sebesar 21-40%, sedangkan dengan menggunakan CHP efisiensi dapat mencapai 70-89%. Ukurannya berentang mulai dari 500 kw sampai 250 MW, dan beroperasi dengan menggunakan bahan bakar seperti gas alam, gas sintesis, landfill gas, dan BBM. Kelebihan utama dari turbin gas, adalah efisiensinya yang sangat tinggi ketika digunakan dalam aplikasi CHP. Kekurangan utama adalah turbin gas umumnya terlalu besar untuk konsumen kecil. 2. Microturbine Microturbine merupakan bagian dari combustion turbine. Dari namanya menyiratkan bahwa microturbine pada dasarnya adalah turbin gas yang diperkecil ukurannya. Daya keluaran microturbine berentang dari 20 kw sampai 500 kw, dan ukurannya berentang dari 0,4 1 m 3. Turbin ini dioperasikan dengan menggunakan gas alam, propana, BBM dan yang paling baru yaitu biogas. Turbin ini juga beroperasi dengan kecepatan rotasi yang sangat tinggi, sampai sekitar rpm. Microturbine mempunyai banyak kelebihan, diantaranya yaitu ukurannya yang kecil dan beratnya yang ringan dibandingkan dengan daya output, yang dapat digunakan ketika ada masalah keterbatasan tempat. Selain itu, microturbine dapat dihidupkan dan dimatikan Pembangkit Tenaga Listrik 72

76 dengan sangat mudah. Dengan bantuan perangkat elektronika daya, turbin ini dapat dikendalikan dengan sangat efisien. Karena sedikit mempunyai bagian yang bergerak dan desainnya yang sederhana membuat turbin ini tidak membutuhkan biaya perawatan yang mahal. Akan tetapi, sebagai teknologi baru yang relatif baru, microturbine masih cukup mahal bila dibandingkan dengan turbin gas konvensional. Selain itu, efektivitas microturbine masih sangat sensitif terhadap biaya bahan bakar. 3. Small-scale hydroelectric Hydroelectric biasanya berupa pusat pembangkit listrik berukuran besar. Hydroelectric yang terdistribusi dan berukuran kecil mempunyai kapasitas terpasang 1053 MW di tahun 2007 di Amerika Serikat. Hydroelectric berskala kecil biasanya didefinisikan sebagai instalasi yang mempunyai daya 5-10 MW dan biasanya dianggap sebagai sebuah cara pembangkitan listrik yang ekonomis dan lebih ramah lingkungan. Biaya relatif lebih murah (bila dibandingkan dengan teknologi energi terbarukan lainnya) Gambar 35. Hydroelectric.Sumber : 4. Steam Turbine Turbin uap yang mempunyai kapasitas terpasang total sebesar 3595 MW di tahun 2007, menempati urutan kedua diantara jenis-jenis teknologi DG yang ada di Amerika Serikat. Alasan kapasitas yang besar ini antara lain dapat disebabkan karena turbin uap dapat digunakan di dalam aplikasi yang beragam, dapat digunakan dengan menggunakan uap yang berasal dari, misalnya panas bumi, solar thermal, dan instalasi biomassa. Pembangkit Tenaga Listrik 73

77 5. Fuel cell Fuel cell dalah generator yang menggunakan hidrogen dan oksigen untuk membangkitkan listrik dan panas. Daya output dari fuel cell mirip seperti sebuah baterai, akan tetapi tidak membutuhkan untuk di-charge secara elektrik. Namun, diberi bahan bakar berupa substansi yang kaya akan hidrogen, seperti gas alam, gasoline, biogas, propana dan juga hidrogen murni. Fuel cell mempunyai ukuran yang bervariasi, yang bergantung pada aplikasinya, dengan daya output maksimumnya sebesar 1 MW. Fuel cell memiliki beberapa kelebihan. Fuel cell dianggap sebagai salah satu pembangkit yang paling ramah lingkungan, karena hasil sisanya yang berupa air (bila digunakan hidrogen murni sebagai input). Selain itu, teknologi ini seedikit atau bahkan sama sekali tidak memiliki bagian yang bergerak, sehingga sangat tidak berisik. Karena energi yang dikeluarkan dalam bentuk listrik dan uap, fuel cell dapat digunakan untuk aplikasi CHP. Selain itu, fuel cell juga dapat dengan mudah disusun untuk mengakomodasi permintaan daya yang besar. Fuel cell juga mempunyai keandalan yang tinggi, dan dapat beroperasi selama lebih dari 99% umur pakainya. Akan tetapi, metode untuk mengekstrak hidrogen dengan biaya yang murah belum ditemukan. Gambar 36. Fuel cell. Sumber : 6. Photovoltaic Photovoltaic (PV) terbuat dari kristal silikon yang dirancang untuk menangkap foton dari cahaya dan mengkonversikannya menjadi energi listrik. Sel-sel tersebut dihubungkan satu sama lain untuk membentuk panel surya dengan bentuk dan ukuran yang beragam, dan secara umum, semakin besar ukuran panel, daya yang dibangkitkan juga semakin besar. Daya output dapat bernilai dari beberapa watt sampai megawatt, yang hampir selalu hanya bergantung pada ukuran panel PV-nya Pembangkit Tenaga Listrik 74

78 Kelebihan utama dari sistem PV adalah bahan bakarnya, cahaya matahari, yang dapat diperoleh secara gratis, dan oleh karenanya, PV dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti pesawat ulang-alik. Karena tidak menggunakan bahan bakar fosil untuk membangkitkan daya, sel PV dapat dikatakan bebas emisi. Akan tetapi, karena cahaya matahari hanya bersinar di siang hari, mekanisme storage sangatlah dibutuhkan. Selain itu, biaya instalasi awal PV sangat tinggi bila dibandingkan dengan pembangkit listrik jenis lain. Gambar 37. Sel Surya. Sumber : 7. Wind turbine Sampai sekarang wind turbine masih diperdebatkan apakah dapat dianggap sebagai DG atau tidak, karena saat ini, kebanyakan turbin angin yang dipasang di wind farm mempunyai ukuran yang besar dan berkapasits ratusan megawatt dan lebih difungsikan sebagai pembangkit listrik yang tersentralisasi. Turbin angin memiliki kelebihan yang sama dengan PV, yaitu bahan bakarnya yang berupa angin dapat diperoleh secara gratis. Angin yang berhembus siang dan malam memungkinkan pembangkitan energi yang kontinu, meskipun tidak dapat diprediksi. Turbin angin merupakan satu dari teknologi energi alternatif yang paling berkembang. Akan tetapi harga dan juga energy storageyang digunakan ketika angin tidak berhembus masih menjadi persoalan. Pembangkit Tenaga Listrik 75

79 Gambar 38. PLT Angin. Sumber : PLTA Pembangkit Tenaga Listrik 76

80 Sumber : Kementrian ESDM Pembangkit Tenaga Listrik 77

81 TEKNOLOGI PENYIMPANAN ENERGI LISTRIK Penyimpanan energi listrik menawarkan manfaat yang signifikan bagi pembangkitan, distribusi dan penggunaan tenaga listrik. Pada tingkat utilitas, misalnya, fasilitas penyimpanan energi yang besar dapat digunakan untuk menyimpan listrik yang dihasilkan selama periode offpeak biasanya dalam semalam dan energi ini dapat disalurkan selama periode beban puncak ketika biaya untuk menghasilkan tenaga tambahan dapat beberapa kali biaya di luar puncak. Pabrik penyimpanan energi dapat memasok cadangan darurat jika terjadi kegagalan pembangkit listrik, membantu menjaga stabilitas jaringan listrik. Dalam skala yang lebih kecil, mereka juga dapat bekerja pada industri atau kantor untuk mengambil alih jika terjadi kegagalan listrik. Memang di fasilitas penting dimana respon sesaat terhadap kehilangan daya dibutuhkan, teknologi penyimpanan mungkin satu-satunya cara untuk memastikan stabilitas penyediaan energi listrik.penyimpanan energi juga memiliki peran penting dalam menghasilkan listrik dari energi terbarukan. Banyak sumber terbarukan seperti energi matahari, angin dan pasang surut yang terputus-putus dan keluarannya seringkali tidak dapat diprediksi dengan tepat. Dalam menggabungkan beberapa bentuk penyimpanan energi dengan sumber energi terbarukan membantu menghilangkan ketidakpastian tersebut dan meningkatkan nilai listrik yang dihasilkan. Dengan argumen ini yang mendukung penyimpanan energi, mungkin mengejutkan jika mengetahui bahwa kegunaan industri penyimpan energi listrik tidak tersebar luas. Salah satu alasan banyaknya jumlah industri tersebut adalah tersedianya teknologi. Faktor yang lain adalah biaya. Sampai akhir 1970-an hanya ada satu teknologi penyimpanan energi berskala besar dimana memompa penyimpanan pembangkit listrik tenaga air. Hal ini efektif, tapi mahal. Sejak tahun 1980an teknologi lain telah dikembangkan untuk aplikasi utilitas dan konsumen namun faktor biaya masih dianggap sebagai kelemahannya. Namun sejak tahun 1980an, ada argumen kuat yang mendukung perluasan kapasitas penyimpanan. Sebuah grid dengan kapasitas penyimpanan 10% sampai 15% dari kapasitas pembangkitnya jauh lebih stabil dan jauh lebih murah untuk beroperasi daripada hampir tidak ada kapasitas penyimpanan. Kapasitas puncak bisa dieliminasi dan penambahan kapasitas bisa direncanakan dengan lebih mudah. Tapi di pasar energi yang kompetitif dan telah mantap, secara ekonomi, penyimpanan energi mungkin tidak tampak jelas menguntungkan. Mungkin inilah yang mencegah investasi lebih besar. Pembangkit Tenaga Listrik 78

82 Jenis Penyimpan Energi Listrik Listrik biasanya harus digunakan segera setelah dihasilkan. Inilah sebabnya mengapa sistem kontrol grid dan pencatatan listrik penting; mereka harus menyeimbangkan antara permintaan listrik dengan pasokan yang dihasilkan. Tampak jelas bahwa beberapa waduk untuk pembangkit listrik yang tersimpan akan menjadi anugerah utama operasi grid. Namun penyimpanan listrik ternyata sulit dikuasai. Menyimpan listrik dalam bentuknya yang dinamis, ampere dan volt, hampir tidak mungkin. Yang terdekat bisa didapat adalah cincin penyimpan energi superkonduktor magnetik yang akan menyimpan arus DC yang beredar tanpa batas waktu asalkan tetap dalam keadaan dingin. Sebuah sistem penyimpanan kapasitor, menyimpan listrik dalam bentuk muatan listrik. Semua jenis penyimpanan energi lainnya mengubah listrik menjadi bentuk energi lainnya. Ini berarti bahwa energi kemudian harus diubah kembali menjadi listrik saat dibutuhkan. Baterai isi ulang mungkin tampak menyimpan listrik namun sebenarnya menyimpan energi dalam bentuk kimia. Pabrik pembangkit listrik tenaga air yang dipompa menyimpan energi potensial; roda gila menyimpan energi kinetik sementara pabrik penyimpanan energi kompresi (CAES) menyimpan energi dalam bentuk udara bertekanan, yang merupakan jenis lain dari energi potensial. Sebagai alternatif, mungkin menggunakan elektrolisis untuk mengubah listrik menjadi hidrogen, namun juga bentuk energi lain. Semua ini, merupakan cara yang layak untuk menyimpan energi listrik. Beberapa tersedia secara komersial, yang lainnya dalam tahap pengembangan. Dan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Untuk penyimpanan energi dalam skala besar, ada tiga kemungkinan teknologi yang dipilih antara pembangkit listrik tenaga air yang dipompa, CAES atau pada kisaran kapasitas rendah menggunakan baterai besar. Baterai juga dapat digunakan untuk fasilitas penyimpanan energi berskala kecil sampai menengah bersama dengan sistem roda gila dan sistem penyimpanan kapasitor. Penyimpanan energi magnetik superkonduktor digunakan untuk fasilitas penyimpanan kecil dan cocok untuk fasilitas besar namun sangat mahal harganya. Beberapa sistem ini bisa mengantarkan tenaga dengan sangat cepat. Sebuah kapasitor dapat memberi tenaga hampir seketika, seperti halnya sistem penyimpanan energi superkonduktor. Flywheels juga sangat cepat, dan baterai harus merespon dalam puluhan milidetik. Pabrik CAES mungkin membutuhkan waktu 2-3 menit untuk memberikan kekuatan penuh. Waktu respon pembangkit tenaga air tenaga air pompa dapat bervariasi antara sekitar 10 sampai 15 menit. Pembangkit Tenaga Listrik 79

83 Lamanya waktu energi yang harus disimpan juga akan mempengaruhi pilihan teknologi. Untuk penyimpanan jangka panjang dalam beberapa hari atau minggu, sistem penyimpanan secara mekanis adalah yang terbaik, dan pembangkit tenaga air dan yang dipompa adalah yang paling efektif dimana kekurangan kapasitas air dikelola dengan hati-hati. Untuk perputaran energi sehari-hari, baik penyimpanan yang dipompa dan CAES cocok saat baterai dapat digunakan untuk menyimpan energi selama beberapa jam. Kapasitor, roda gila dan penyimpanan energi magnetik superkonduktor umumnya sesuai untuk penyimpanan energi jangka pendek, meskipun roda gila juga dapat digunakan untuk penyimpanan energi yang lebih luas. Pertimbangan penting lainnya adalah efisiensi proses konversi energi. Sistem penyimpanan energi menggunakan dua proses yang saling melengkapi, menyimpan listrik dan kemudian mengambilnya kembali. Masing-masing akan mengakibatkan beberapa kerugian. Efisiensi round trip adalah persentase listrik yang dikirim untuk disimpan dan akan benar-benar muncul sebagai listrik kembali. Besaran efisiensi untuk berbagai jenis sistem ditunjukkan pada Tabel 2. Sistem penyimpanan elektronik seperti kapasitor bisa sangat efisien, seperti juga baterai. Namun efisiensi keduanya akan turun seiring waktu karena adanya kebocoran energi. Arus baterai, di mana reaktan kimia dipisahkan, berkinerja lebih baik dalam dan akan menjaga efisiensinya lebih baik dari waktu ke waktu. Sistem penyimpanan mekanis seperti flywheels, CAES dan pompa tenaga air, relatif kurang efisien. Namun CAES dan pompa tenaga air dapat menyimpan energinya dalam waktu lama, jika perlu tanpa kerugian yang berarti. Pumped storage hydropower Teknologi penyimpanan listrik berskala besar yang paling luas adalah pembangkit listrik tenaga air yang dipompa. Ini juga merupakan teknologi penyimpanan tertua yang digunakan, dengan Pembangkit Tenaga Listrik 80

84 pabrik pertama yang dibangun pada awal abad ke-20. Pada awalnya dari abad kedua puluh satu mungkin ada MW kapasitas penyimpanan yang beroperasi. Industri penyimpan energi listrik dengan sistem pemompaan seperti pembangkit listrik tenaga air konvensional menggunakan bendungan dan waduk tapi dalam kasus ini ada dua waduk penympan ais. Kedua waduk ini harus dipisahkan secara vertikal; salah satu harus lebih tinggi dari yang lain. Perbedaan tingginya menyediakan aliran air untuk menggerakkan turbin. Untuk menghasilkan tenaga, air mengalir dari reservoir atas melalui saluran bertekanan tinggi ke turbin di bagian bawah. Turbin mengubah energi potensial dari air dan kemudian melepaskannya ke reservoir bawah tempat penyimpanannya. Ketika energi harus disimpan, turbin dibalik dan bertindak sebagai pompa, memompa air dari reservoir bawah ke atas. Pompa turbin didorong menggunakan listrik di luar beban puncak sehingga penyimpanan biasanya terjadi di malam hari. Setelah air dipompa ke reservoir atas, hal tersebut kembali tersedia untuk membangkitkan listrik. Jenis pembangkit ini sangat kuat dan efisiensi round trip lebih rendah daripada beberapa teknologi lainnya, kerugian energi jangka panjang rendah. Kebocoran dan penguapan merupakan sumber utama kerugian dan jika dikelola dengan baik, kehilangan air dapat dijaga untuk tetap sekecil mungkin. Gambar 39. Hydropower Plant Compressed air energy storage CAES persis seperti namanya; adalah udara yang dikompres dan disimpan di bawah tekanan. Pelepasan udara bertekanan kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Meskipun penyimpanan udara bertekanan disini jelas merupakan alat untuk menyimpan energi, hanya bila dipertimbangkan bersama dengan turbin gas adalah masuk akal dari perspektif pembangkitan tenaga. Turbin gas terdiri dari dua komponen utama. Yaitu kompresor dan turbin. Pembangkit Tenaga Listrik 81

85 Turbin gas konvensional yang digunakan dalam aplikasi aero atau untuk pembangkit listrik memiliki dua komponen yang terpasang pada poros penggerak tunggal. Gambar 40. CAES Plant Selama operasi konvensional, udara ditarik ke kompresor dan dikompresi. Udara tekan ini kemudian diarahkan ke ruang bakar dimana dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pemanasan udara bertekanan akan meningkatkan kandungan energinya secara signifikan. Gas panas yang dikompres kemudian dilepaskan melalui baling-baling turbin, menyebabkan mereka memutar dan menghasilkan tenaga listrik. Meskipun turbin gas biasanya memiliki kompresor dan turbin yang terintegrasi, pada prinsipnya tidak ada alasan mengapa kompresi tidak boleh dilakukan secara terpisah, dan pada waktu yang berbeda untuk pembangkit listrik. Ini adalah inti dari pembangkit CAES. Pada pembangkit CAES kompresor dan turbin dipisahkan. Dengan menggunakan sistem kopling, masing-masing bisa dihubungkan, terpisah, ke penggerak generator. Dalam mode penyimpanan, saat kompresor turbin gas digerakkan oleh penggerak generator reversibel yang menggunakan daya off-peak dari sistem grid. Hasilnya, udara bertekanan, disimpan dalam ruang khusus. Bila daya dibutuhkan, udara dilepaskan dari ruang tersebut ke dalam ruang bakar, dicampur dengan bahan bakar, dinyalakan dan dibiarkan meluas melalui bagian turbin dari sistem. Dengan kondisi ini penggerak generator digunakan dalam mode generasi untuk menghasilkan listrik. Pembangkit Tenaga Listrik 82

86 Large-scale batteries Cara paling mudah untuk menyediakan penyimpanan listrik adalah baterai. Ini adalah perangkat elektrokimia yang menyimpan energi dalam bentuk kimia sehingga bisa dilepaskan sesuai kebutuhan. Baterai terdiri dari serangkaian sel individual, yang masing-masing mampu menyediakan arus yang ditentukan pada voltase tetap. Sel digabungkan keduanya secara seri dan paralel untuk memberikan voltase dan nilai arus yang diperlukan untuk aplikasi tertentu. Setiap sel berisi dua elektroda, anoda dan katoda. Ini direndam di dalam bahan elektrolit sederhana, elektroda dibuat dari bahan yang akan bereaksi bersamaan secara spontan tapi elektrolit di mana mereka direndam akan memungkinkan pelepasan hanya satu komponen yang diperlukan untuk menyelesaikan reaksinya. Sambungan listrik harus dibuat antara dua elektroda untuk memungkinkan pelepasan elektron dari satu elektroda ke elektroda lainnya untuk menyelesaikan reaksinya. Inilah sumber tenaga listrik. Ada dua jenis baterai tradisional: sel primer dan sel sekunder. Sel primer hanya bisa digunakan satu kali, setelah itu harus dibuang. Sel sekunder bisa dilepas dan diisi ulang berkalikali. Hanya jenis kedua yang berguna untuk sistem penyimpanan energi. Sel sekunder selanjutnya dapat dibagi menjadi shallow discharge dan deep discharge. Shallow discharge hanya sebagian habis sebelum diisi ulang lagi; sebuah baterai otomotif sebagai contoh dari jenis sel ini. Deep discharge biasanya benar-benar habis sebelum mengisi ulang. Inilah jenis yang paling menarik untuk penyimpanan listrik berskala besar. Sistem penyimpanan elektrokimia konvensional terbaik menghasilkan efisiensi konversi sebesar 90% namun angka yang biasanya digunakan adalah 70%. Sebagian besar baterai juga mengalami kebocoran daya. Ini berarti sistem baterai hanya bisa digunakan untuk penyimpanan jangka pendek. Masalah tambahan dalam sebuah baterai adalah kecenderungannya untuk menua. Setelah sejumlah siklus tertentu, sel berhenti menahan muatannya secara efektif, atau jumlah muatannya dapat mengalami penurunan. Banyak pekerjaan pembangunan ditujukan untuk memperpanjang masa pakai sel elektrokimia namun tetap menjadi masalah. Baterai bisa merespons permintaan akan daya hampir seketika. Peralatan ini bisa digunakan untuk efek yang baik untuk memperbaiki kestabilan jaringan listrik. Hal ini juga berharga di generasi terdistribusi dan untuk aplikasi daya cadangan. Baterai tradisional benar-benar mandiri. Namun ada jenis lain yang disebut baterai alir dimana reagen kimia yang terlibat dalam pembangkit listrik yang digunakan adalah tangki yang terpisah dari sel elektrokimia yang sebenarnya. Pada jenis perangkat ini Pembangkit Tenaga Listrik 83

87 pereaksi dipompa melalui sel sesuai kebutuhan. Sel semacam ini kurang tahan akibat kebocoran energi. Beberapa jenis sedang dikembangkan untuk penyimpanan listrik. Superconducting magnetic energy storage Superconductivity menawarkan cara ideal untuk menyimpan tenaga listrik. Sistem penyimpanan terdiri dari koil elektromagnetik berbahan superkonduktor yang dijaga dalam kondisi sangat dingin. Tenaga listrik dikonversi ke DC dan dimasukkan ke dalam cincin penyimpanan, dan selalu tetap ada, siap untuk diambil sesuai kebutuhan. Asalkan sistem dijaga di bawah suhu tertentu, listrik yang tersimpan di ring akan tetap ada tanpa batas waktu tanpa mengalami pengurangan. Kunci perangkat energi magnetik superkonduktor adalah kelas bahan yang disebut superkonduktor. Superkonduktor mengalami perubahan mendasar pada sifat fisiknya di bawah suhu tertentu yang disebut suhu transisi yang merupakan karakteristik masing-masing material. Bila bahan didinginkan di bawah suhu transisi, ia menjadi superkonduktor. Dalam keadaan ini ia memiliki nol hambatan listrik. Ini berarti akan mengalirkan arus dengan tanpa kehilangan energi. Sayangnya bahan superkonduktor terbaik hanya menjalani transisi ini di bawah 20 K (-253 C). Temperatur rendah ini hanya bisa dipertahankan dengan mendinginkan koil superkonduktor dengan hidrogen cair atau helium cair, dan hal ini merupakan proses yang mahal. Dalam beberapa tahun terakhir para ilmuwan telah menemukan bahan yang menjadi superkonduktor pada suhu yang relatif tinggi, suhu dapat diakses dengan mendinginkan dengan nitrogen cair. (Cairan nitrogen mendidih pada 98 K, -175 C.) Sebagian besar bahan ini terbukti berupa keramik yang agak rapuh yang sulit untuk dikerjakan namun beberapa cara ditemukan untuk memanfaatkannya. Hal ini membantu membuat superkonduktivitas lebih menarik secara ekonomis untuk berbagai aplikasi utilitas termasuk penyimpanan. Superconductors menyimpan arus DC tanpa kehilangan namun terjadi kerugian dalam mengubah arus AC off-peak ke DC dan kemudian kembali ke AC bila diperlukan. Efisiensi round trip sekitar 90%. Perangkat magnetik penyimpanan supkonduktor dapat merespon dengan sangat cepat, memberikan daya pengenalnya sekitar 20 ms. Jumlah cincin penyimpanan superkonduktor kecil telah dibangun untuk digunakan sebagai sistem pengkondisian listrik. Salah satu dari 10 kapasitas MW telah diuji pada sistem utilitas di Amerika Serikat dimana peran utamanya adalah memperbaiki stabilitas sistem transmisi. Sistem seperti itu sangat mahal. Biaya unit untuk menyimpan daya dalam cincin superkonduktor berkurang seiring Pembangkit Tenaga Listrik 84

88 dengan bertambahnya ukuran pabrik sehingga perangkat penyimpanan yang besar lebih disukai untuk aplikasi utilitas. Cincin superkonduktor untuk perangkat 5000 MW kira-kira 1600 m diameternya. Medan magnet yang terkait dengan alat semacam itu akan sangat besar dan harus dibangun seperti batu untuk memastikan tidak jatuh, di bawah gaya yang dihasilkan. Flywheels Flywheel (roda gila) adalah perangkat penyimpanan energi mekanis sederhana yang terdiri dari roda besar di atas gandar yang dilengkapi bantalan tanpa gesekan. Flywheel menyimpan energi kinetik sebagai hasil rotasinya. Semakin cepat rotasinya, semakin banyak energi yang disimpannya. Agar roda gila efektif seperti perangkat penyimpan energi, pastilah ada cara memberi suplai energi ke roda gila. Perangkat penyimpan tenaga roda gila sederhana dipasang ke semua mesin piston untuk menjaga gerak mesin tetap halus. Mesin roda gila terpasang secara fisik ke camshaft mesin dan karena piston menyebabkan camshaft berputar, mereka memberi suplai energi ke roda gila. Untuk aplikasi penyimpanan listrik, energi biasanya akan dimasukkan ke roda gila menggunakan penggerak generator reversibel. Semakin cepat roda gila berputar, semakin banyak energi yang akan disimpannya. Penutup roda konvensional dibuat dari cakram logam berat yang terbuat dari besi atau baja. Namun cakram ini hanya mampu berputar pada kecepatan rendah. Untuk aplikasi daya, material komposit ringan, baru sedang dikembangkan, mampu berputar pada rpm tanpa mengalami fraktur di bawah gaya sentrifugal yang sangat besar yang mereka alami. Perangkat semacam itu harus ditempatkan dalam wadah yang sangat kuat. Sistem penyimpanan energi harus beroperasi dengan kehilangan energi yang rendah. Hal ini dilakukan pada sistem roda gila dengan menggunakan bantalan magnetis untuk menghilangkan gesekan bantalan dan dengan mengoperasikan roda gila baik dalam ruang hampa atau dalam wadah yang diisi dengan gas yang memiliki gesekan rendah seperti helium. Salah satu masalah dengan sistem energi roda gila adalah roda gila akan berputar dengan kecepatan yang bervariasi tergantung pada berapa banyak energi yang dikandungnya. Jika generator motor konvensional digunakan untuk mengubah energi listrik dari roda gila, ini akan diterjemahkan ke dalam output frekuensi variabel. Listrik, bagaimanapun, harus dihasilkan pada frekuensi AC konstan. Berbagai cara elektromekanis dan elektronik untuk mengatasi kesulitan ini telah ditemukan. Flywheels memiliki daya tarik hampir tanpa perawatan dan daur ulang tak terbatas. Mereka telah terbukti menjadi salah satu cara terbaik dan termurah untuk Pembangkit Tenaga Listrik 85

89 mempertahankan kualitas daya saat terjadi kegagalan daya atau voltase jaringan atau penurunan frekuensi. Waktu respon cepat dan dalam kasus kegagalan sistem daya roda gila dapat menjembatani periode antara pemadaman listrik dan sistem back-up jangka panjang seperti genset yang mulai on line. Sistem roda gila terbesar sejauh ini dibangun adalah unit 1-MW yang terdiri dari 10 roda gila 100 kw yang digunakan untuk menjaga voltase sistem pada sistem transit di New York. Kapasitas penyimpanannya adalah 250 kwh, cukup untuk menyediakan 1 MW selama 15 menit. Capacitors Kapasitor digunakan secara ekstensif di rangkaian listrik dan elektronik. Dalam jaringan listrik kapasitor telah digunakan untuk meningkatkan stabilitas sistem. Kapasitor yang lebih maju sekarang sedang dikembangkan secara khusus untuk penyimpanan energi. Kapasitor klasik terdiri dari dua pelat logam paralel dengan celah udara di antara keduanya. Bila tegangan diberikan ke piring, muatan positif dikumpulkan pada satu piring dan muatan negatif di sisi yang lain. Sejumlah jenis kapasitor yang berbeda telah ditemukan. Kapasitor yang sedang dipertimbangkan untuk penyimpanan energi disebut kapasitor elektrokimia. Ini menggunakan elektroda padat dan elektrolit. Arus listrik dikumpulkan di permukaan antara keduanya. Perangkat ini, yang kadang-kadang disebut super kapasitor atau ultra kapasitor yang dapat menyimpan energi yang sangat besar, mungkin yang tertinggi dari perangkat penyimpanan manapun. Kapasitor ini dapat merespon dalam puluhan hingga ratusan milidetik dan paling sesuai untuk aplikasi penyimpanan energi jangka pendek. Teknologi ini relatif baru dan murah. Walaupun tidak bertahan seumur hidup, namun perangkat listrik statis jenis ini harus menunjukkan stabilitas jangka panjang yang baik dan harus relatif bebas perawatan. Pembangkit Tenaga Listrik 86

90 DAFTAR PUSTAKA Bahan Presentasi. Kuliah Umum Aneka EBT Development and Challenge of Hydro. Kementerian Energi Dan Sumber Daya Mineral Direktorat Jenderal Energi Baru, Terbarukan Dan Konservasi Energi Renewable Energy: An Overview. Energy Efficiency And Renewable Energy. Clearinghouse (EREC) Brochure. Arvind n. Nakiya Energy Conservation In Electrical Machines From Small Scale Food Industry. International Journal Of Electrical Engineering & Technology (IJEET). Blueprint Pengelolaan Energi Nasional Paul Breeze Power Generation Technologies. Elsevier: Great Britain PNPM Mandiri Buku Panduan ENERGI yang Terbarukan. Kementerian Dalam Negri dalam kerangka Program PNPM-MP/LMP. Pembangkit Tenaga Listrik 87

91