HYDRO POWER PLANT Prepared by: anonymous
PRINSIP DASAR Cara kerja pembangkit listrik tenaga air adalah dengan mengambil air dalam jumlah debit tertentu dari sumber air (sungai, danau, atau waduk) melalui intake, kemudian dengan menggunakan pipa pembawa (headrace) air diarahkan menuju turbin. Namun sebelum menabrak turbin, air dilewatkan ke pipa pesat (penstock) tujuannya adalah meningkatkan energi dalam air dengan memanfaatkan gravitasi. Selain itu pipa pesat juga mempertahankan tekanan air jatuh, oleh karena itu pipa pesat tidak boleh bocor. Turbin yang tertabrak air akan memutar generator dalam kecepatan tertentu, sehingga terjadilah proses konversi energi dari gerak ke listrik. Sementara air yang tadi digunakan untuk memutar turbin dikembalikan ke alirannya. Besarnya energi yang dapat dikonversi menjadi energi listrik bergantung pada ketinggian jatuh air (Head) dan begitu pula pemilihan turbin untuk PLTA.
PRINSIP DASAR
JENIS PLTA Berdasarkan konstruksinya, ada dua cara pemanfaatan tenaga air untuk pembangkit listrik: 1. membangun bendungan dan membuat reservoir untuk mengalirkan air ke turbin. 2. Memanfaatkan aliran air sungai tanpa membangun bendungan dan reservoir atau yang sering disebut dengan Run-of-river Hydropower.
KOMPONEN PLTA Bendungan atau sungai Jalanan Air Turbin Air
BENDUNGAN Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air. Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah pembangkit listrik tenaga air. Kebanyakan bendungan juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan.
TIPE BENDUNGAN Bendungan beton Bendungan gravitasi Bendungan busur Bendungan rongga Bendungan urugan Bendungan urugan batu Bendungan urugan tanah Bendungan besi Bendungan kayu
BENDUNGAN BETON
BENDUNGAN BETON
BENDUNGAN URUGAN Bendungan urugan merupakan bendungan yang dibuat dengan urugan batu, bendungan tanah, dan bendungan campuran dari kedua jenis tersebut. Bendungan ini tidak membutuhkan pondasi yang baik. Bendungan tanah Bendungan batu
KOMPONEN PENDUKUNG BENDUNGAN Saluran curam banjir Saluran yang dibangun dalam bendungan untuk mengalirkan air yang berlebih, seperti banjir, dan lain sebagainya Pipa kuras Pipa yang dibangun untuk membersihkan bendungan dari kotoran seperti tanah, pasir, batu, dll Pintu dan Katup Pintu air geser tegak Pintu air limpah silindrik Pintu tainter Pintu air gerigi
KOMPONEN PENDUKUNG BENDUNGAN
TURBIN AIR Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk tenaga industri untuk jaringan listrik. Sekarang lebih umum dipakai untuk generator listrik. Turbin kini dimanfaatkan secara luas dan merupakan sumber energi yang dapat diperbaharukan.
KLASIFIKASI TURBIN AIR Berdasarkan perubahan tekanan: Impulse Pelton Turgo Cross flow Reaction Francis Propeller Kaplan Tubular Tyson
TURBIN REAKSI Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. Contoh : Turbin Francis
TURBIN REAKSI
TURBIN IMPULS Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pada nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Contoh : Turbin Pelton
KLASIFIKASI TURBIN AIR Pelton 300 m (high), turbin kecepatan tinggi Lokasi; gunung-gunung tinggi
KLASIFIKASI TURBIN AIR Francis 50-300 m (medium), turbin kecepatan sedang Dilengkapi dengan dam yang besar guna mendapatkan debit air yang besar
KLASIFIKASI TURBIN AIR Kaplan <50 m (low), turbin kecepatan rendah(francis) Memerlukan sungai dengan debit yang besar Cross flow turbine Adjustable blade
KLASIFIKASI TURBIN AIR Berdasarkan daya, tinggi jatuh, dan debit yang mengalir: Turbin Mini Mikrohidro, contohnya kincir air. Turbin Mikrohidro, untuk head rendah, contohnya turbin Kaplan. Untuk head tinggi, contohnyaturbin Pelton. Turbin hydropower, adalah turbin air dengan daya tinggi yang mampu menghasilkan daya diatas 20 MW tiap unit. Contohnya Turbin Francis, Kaplan, dan Pelton.
KLASIFIKASI TURBIN AIR Berdasarkan instalasi turbin: 1. Turbin jenis terusan air (water way), dimana saluran masuk berada di hulu sungai dan dialirkan ke hilir melalui terusan air dengan gradien atau kemiringan yang relatif kecil. Beda ketinggian permukaan yang diperoleh karena kemiringan ini yang dimanfaatkan.
KLASIFIKASI TURBIN AIR Berdasarkan instalasi turbin: 2. Turbin jenis bendungan atau dam, dimana air sungai dibendung dengan dam yang melintang sungai, untuk menaikkan permukaan air di bagian hulu. Akibat adanya bendungan ini, terjadi perbedaan ketinggian permukaan air yang dapat dimanfaatkan. 3. Turbin jenis bendungan dan terusan air, yang merupakan gabungan dari kedua jenis di atas.
KECEPATAN SPESIFIK Kecepatan spesifik adalah kecepatan turbin model, yang bekerja pada tinggi 1 satuan tinggi jatuh dan dengan debit 1 satuan debit dan menghasilkan daya (output) 1 satuan N s Dimana: n. ( H N 5 4 ) n : putaran turbin (rpm) N : daya yang keluar (kw) H : Netto Head turbin (m) Jenis turbin air berdasarkan putaran spesifik: Putaran Spesifik Jenis Turbin 4 s/d 35 Pelton dengan 1 nozzle 17 s/d 50 Pelton dengan 2 nozzle 24 s/d 70 Pelton dengan 4 nozzle 80 s/d 120 Francis, kecepatan rendah 120 s/d 220 Francis, kecepatan normal 220 s/d 350 Francis, kecepatan tinggi 350 s/d 430 Francis ekspres 300 s/d 1000 Propeler dan Kaplan
EFISIENSI TURBIN AIR
PERHITUNGAN DAYA Daya yang diperoleh dari aliran air adalah, Net g Q H T dimana : N et = daya efektif turbin (watt) η = efisiensi turbin ρ = massa jenis air (kg/m 3 ) g = percepatan gravitasi (9,81 m/s 2 ) H = ketinggian (m). Q = debit air (m 3 / s)
PERHITUNGAN DAYA Kerugian yang timbul akibat perubahan energi dalam motor hidrolis, yang termasuk dalam effisiensi total ada 3 macam: 1. Effisiensi volumetris (ηv), karena tidak semua aliran melalui roda jalan sehingga ada laju naliran efektif, Qef. Q ef V 2. Effisiensi hidrolis (ηh), karena adanya tahanan oleh gesekan air dengan dinding saluran, perubahan arah aliran air sehingga head yang tersedia lebih kecil dari head kecepatan. Jadi head hidrolis Hh<H. Daya hidrolis: N h Q H h g Q ef h H H h g Q H h
PERHITUNGAN DAYA 3. Kerugian pada bantalan, turbine shaft, kerugian gesekan permukaan luar roda jalan dengan air sekeliling sehingga N ef pada kopling lebih kecil dari N h. Kerugian kerugian tersebut disebut sebagai kerugian mekanis atau efisiensi mekanis, η m. Jadi: N et V Secara singkat, efisiensi turbin air adalah: h V m h g Q H m
KELEBIHAN PLTA Biaya operasional rendah Ramah lingkungan Multi fungsi (rekreasi, irigasi, proteksi banjir, dll) Ketahanan
KEKURANGAN PLTA Dampak lingkungan Relokasi penduduk Kegagalan bendungan Investasi awal yang tinggi Rentan terhadap musim kemarau