BAB II TEORI DASAR 2.1 Defenisi Umum Sering kita mendengar istilah turbin angin, turbin air, turbin gas,dll yang penggeraknya menggunakan metode energi kinetik. Metode kinetik adalah sistem pengeraknya dengan menfaatkan energi alam sebagai penggerak sumber energi listrik dan diproses menjadi energy yang dibutuhkan sehari-hari manusia. Diantaranya turbin angin yang digerakan oleh angin yang cukup kencang biasanya dibangun dipesisir pantai yang banyak angin agar dapat memutar kincir sebagai kinetik putarnya. Turbin air yang digerakan oleh air yang tekanan air cukup kuat biasanya dibangun yang banyak voumenya air nya yang bisa dibendung seperti didanau, laut, sungai. 2.2 Metode Mekanik PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) Dalam Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), potensi air dikonversikan menjadi tenaga listrik. Mula-mula potensi tenga air dikonversikan tenaga mekanik dalam turbin air, kemudian turbin air memutar generator yang membangkitkan tenaga listrik. Potensi tenaga air didapat pada sungai yang mengalir didaerah pegunungan. Untuk dapat memanfaatkan potensi tenaga air dari sungai ini. Maka perlu membendung sungai tersebut dan airnya disalurkan kebangunan air PLTA. 4
5 Ditinjau dari cara membendung air, PLTA dapat dibagi menjadi dua kategori : PLTA run off river Pada PLTA run off river, daya yang dapat dibangkitkan tergantung pada debit air sungai. Air sungai dialihkan dengan menggunakan dam yang dibangun memotong aliran sungai, Tetapi PLTA run off river biaya pembangunannya lebih murah dari pada PLTA dengan kolam tando (reservoir), karena kolam tando memerlukan bendungan yang besar dan juga memerlukan genangan yang luas. Jika ada sungai yang mengalir keluar dari sebuah danau, maka dapat dibangun dengan menggunakan danau tersebut sebagai kolam tando. Gambar 2.1 Sistem PLTAir run off river PLTA dengan kolam tando (reservoir) Pada PLTA dengan kolam tando(reservoir), aliran sungai dibendung dengan bendungan besar agar terjadi penimbunan air sehinga debit air lebih besar. Selanjutnya air dari kolam tando dialirkan kebangunan air PLTA seperti gambar dibawah. Dengan adanya penimbunan air terlebih dahulu dalam kolam tando. Pada musim kemarau dimana debit air sungai lebih kecil
6 dari pada kapasitas penyaluran air bagunan air PLTA, selisih kekurangan air ini dapat diatasi Gambar 2.2 Sistem PLTA dengan kolam tando (reservoir) 2.2.1 Macam-macam Turbin Air Ditinjau dari teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi mekanik pada roda air turbin ada tiga macam turbin air, yaitu: Turbin Kaplan. Turbin Kaplan digunakan untuk tinggi terjun yang rendah, yaitu dibawah 20 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik roda air turbin dilakukan melalui pemanfaatan kecepatan air. Roda air turbin Kaplan menyerupai baling-baling dari kipas angin.
7 Gambar 2.3 Sistem Turbin Kaplan Turbin Francis. Turbin Francis paling banyak digunakan di Indonesia. Turbin ini digunakan untuk tinggi terjun sedang, yaitu antar 20-400 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses reaksi sehingga turbin Francis juga disebut sebagai turbin reaksi. Gambar 2.4 Sistem Turbin Francis
8 Turbin Pelton Turbin Pelton adalah turbin untuk tinggi terjun yang tinggi, yaitu diatas 300 meter. Teknik mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses implus sehingga turbin Pelton juga disebut sebagai turbin implus. Gambar 2.5 Sistem Turbin Pelton 2.3 Metode Mekanik PLT Angin (Pembangkit Listrik Tenaga Angin) Metode energi angin yang diubah oleh baling-baling (Turbin angin) menjadi energi kinetik pemutar generator. Apabila tegangan pada generator cukup tinggi, relay tegangan akan menutup sklar pengisi baterai aki sehingga baterai aki disi oleh generator. Apabila angin berkurang dan agar tidak terjadi aliran daya balik dari baterai aki ke generator, maka relay daya balik akan membuka sklar tadi. Pasokan daya untuk pemakaian diambil dari baterai aki. Sesungguhnya, tenaga angin ini termasuk tenaga surya secara tidak lansung baik angin lokal ( misalnya angin darat dan angin laut) maupun angin terjadi akibat pemanasan permukaan bumi oleh matahari (secara langsung) yang selanjutnya menimbulkan perbedaan suhu diantara dua tempat dipermukaan bumi.
9 Gambar 2.6 Ladang PLTAngin (Pembangkit Listrik Tenaga Angin) Gambar 2.7 Ladang PLTAngin (Pembangkit Listrik Tenaga Angin)
10 2.3.1 Keuntungan PLT Angin Keuntungan utama dari pengunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsipnya adalah disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti konversi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya pengguna bahan bakar fosil. Oleh karena nya tenaga angin dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia dimasa depan. Tenga angin juga merupakan sumber energi yang ramah lingkungan, yang dimana pengunaannya tidak mengakibatkan emesi gas buang atau polisi yang berarti ke lingkungan. Penetapan sumber daya angin dan persetujuan untuk pengadaan lading angin merupakan proses yang paling lama untuk pengembangan proyek energi angin. Hal ini dapat memakan waktu hingga 4 tahun dalam kasus dalam angin yang besar yang membutuhkan studi dampak lingkungan yang luas. Emisi karbon kelingkungan dalam sumber listrik tenaga angin diperoleh dari proses manufaktur komponen serta proses pengerjaanya ditempat yang akan didirikanya pembangkit listrik tenaga angin. Anmun dalam operasinya membangkitkan listrik, secara praktis pembangkit listrik tenaga angin ini tidak menghasilkan emisi yang berarti. Jika dibandingkan dengan pembangkit listrik dengan batu bara, emisi karbon dioksida pembangkit listrik tenaga angin ini hanya seperseratusnya saja. Disamping karbon dioksida, pembangkit listrik tenaga angin menghasilkan sulfur dioksida, nitrogen oksida, pulotan atmosfir yang lebih sedikit jika dibangdingkan dengan pembangkit listrik dengan mengunakan batu bara ataupun gas. 2.3.2 Kekurangan PLT Angin. Pembangkit listrik tenaga angin ini tidak sepenuhnya ramah lingkungan, terdapat beberapa kekurangan dari penggunaan sumber energi angin sebagai pembangkit energi listrik, diantaranya adalah dampak visual, derau suara, beberapa masalah ekoligi.dampak visual biasanya merupakan hal yang paling serius dikritik.
11 Penggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan luas lahan yang tidak sedikit dan tidak mungkin disembunyikan penempatan ladang angin pada lahan yang masih digunakan untuk keperluan yang lain dapat menjadi persoalan tersendiri bagi penduduk setempat. Selain mengganggu pandangan akibat pemasangan barisan pembangkit angin, pengunaan lahan untuk pembangkit angin dapat mengurangi lahan pertanian serta pemukiman. Hal ini yang membuat pembangkitan tenaga angin didaratan menjadi terbatas. Beberapa aturan mengenai tinggi bangunan juga telah membuat pembanguna pembangkit listrik tenaga angin dapat terhambat. Efek lain dari penggunaan turbin angin adalah terjadinya derau frekuensi rendah. Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu dari pada suara angin pada ranting pohon. Selain derau pada sudu-sudu turbin, penggunaan gearbox serta generator dapat menyebabkan derau suara mekanis dan juga derau suara listrik. Derau mekanik disebabkan oleh operasi mekanis elemen-elemen yang berada nacelle atau rumah pembangkit listrik tenaga angin. Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi elektromaknetik, menganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian. 2.4 Prinsip Kerja PLT Angin. Turbin angin mengubah energi melalui proses baling-baling menjadi energi kinetik pemutar, kemudian putaran tersebut dikonversikan melalui gearbox ke rotor generator, pada saat generator sudah berputar maka generator menghasilkan energi listrik. Karena tidak kestabilan angin pada saat memutar generator, sehingga menyebabkan output listrik juga tidak stabil. Untuk mengantisipasi ketidak stabilan output listrik pada sistem turbin angin, kemudian sistem tersebut dikembangkan lagi dengan menambahkan sub-sistem yang dapat meningkatkan safety, efisiensi dan kestabilan seperti :
12 2.4.1 Brake System Brake system digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman pada saat terjadi angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin diluar dugaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan putaran berlebihan diantaranya: overheat, rotor breakdown kawat pada generator putus, karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar. 2.4.2 Gearbox Gearbox pada sistem turbin berfungsi untuk mengubah putara pada rotor generator pada saat putaran angin kecil, kemudian pada gearbox sistem putaran dipercepat.biasanya diameter gearbox yang digunakan 1:50. Kini PLTAngin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat ini pembagunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik konvensonal (PLTD, PLTU, dll), turbin angin masih terus dikembangkan. Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya menghasilkan energi listrik. 2.5 Baterai / Accu Baterai atau Accu merupakan suatu komponen elektrokimia yang menghasilkan tegangan DCdan menyalurkannya ke rangkaian listrik. Dewasa
13 ini baterai merupakan sumber utama energi listrik yang digunakan pada kendaraan dan sumber teganggan DC sementara. Sebagai catatan bahwa baterai tidak menyimpan listrik, tetapi menampung zat kimia yang dapat menghasilkan energi listrik. Dua bahan timah yang berbeda berada di dalam asam yang bereaksi untuk menghasilkan tekanan listrik yang disebut tegangan. Reaksi elektrokimia ini mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Gambar 2.8 unit Baterai / Accu Gambar 2.9 Perangkat dalam unit Baterai / Accu 2.5.1 Komponen Baterai Di dalam baterai terdapat elektrolit asam sulfat, elektroda positif dan negatif dalam bentuk plat. Plat-plat dibuat dari timah atau berasa dari timah. Karena itu baterai tipe ini sering disebut baterai timah. Ruangan dalamnya
14 dibagi menjadi beberapa sel (biasanya 6 sel, untuk baterai mobil) dan di dalam masing-masing sel terdapat beberapa elemen yang terendam dalam elektrolit. Beberapa tipe baterai yang ada yaitu baterai tipe timah-asam ( lead acid ), baterai perawanan ringan atau baterai bebas perawatan, baterai berventilasi, dan baterai rapat (sealed baterai). Penjelasan mengenai baterai tersebut adalah sebagai berikut. o Baterai tipe timah-asam ( lead acid). Pada baterai tipe ini suatu logam (timah) direndam dalam suatu larutan elektrolit. Tegangan atau energi listrik dihasilkan dari reaksi kimia antara logam dan larutan elektrolitnya. o Baterai berventilasi. Pada baterai ini, terdapat tutup ventilasi yang dapat dibuka untuk mengecek elektrolit atau untuk menambahkan air suling jika diperlukan untuk mengembalikan kondisinya. Tutup ini juga berfungsi untuk mengeluarkan gas hidrogen yang dihasilkan selama proses pengisian. o Baterai rapat ( sealed baterai). Baterai ini menggunakan juga timah-asam tetapi tidak mempunyai tutup yang dapat dilepas untuk mengecek elektrolit atau menambah elektrolit. Pada beberapa tipe baterai ini, mempunyai mata kecil untuk menunjukkan tingkat isi dari baterai o Baterai bebas perawatan. Pada baterai jenis ini larutan elektrolit tidak dapat ditambahkan sehingga tidak diperlukan perawatan baterai secara khusus. 2.5.2 Macam - macam Baterai / Accu Accu Basah Accu basah sudah sejak lama banyak digunakan pada berbagai kendaraan. Accu jenis ini adalah yang paling umum dan sering dijumpai. Umumnya accu basah menggunakan wadah yang semi transparan, sehingga cairan yang terdapat didalamnya dapat terlihat
15 dengan jelas. Cairan elektrolit yang diisikan biasanya disebut air accu atau air zuur (untuk accu baru), yang berfungsi untuk merendam selsel accu. Volume air accu tersebut harus selalu berada diatas batas minimal agar dapat tetap merendam sel-sel yang berada di dalam wadah tersebut. Jika volume air kurang dari batas minimal, maka sel penyimpanan arus akan ter-oksidasi dan berkarat. Untuk menambah volume cairan, cukup gunakan air destilasi, bukan air zuur. Perbedaan diantara keduanya dapat dilihat berdasarkan warna tutup botolnya. Umumnya Air zuur dikemas dalam botol dengan tutup berwarna merah, sementara air destilasi dikemas dalam botol dengan tutup berwarna biru. Gambar 2.10 Baterai / Accu basah Hingga saat ini accu yang populer digunakan adalah accu model basah yang berisi cairan asam sulfat (H2SO4). Ciri utamanya memiliki lubang dengan penutup yang berfungsi untuk menambah air accu saat ia kekurangan akibat penguapan saat terjadi reaksi kimia antara sel dan air accu. Sel-selnya menggunakan bahan timbal (Pb).
16 Kelemahan accu jenis ini adalah pemilik harus rajin memeriksa ketinggian level air accu secara rutin. Cairannya bersifat sangat korosif. Uap air accu mengandung hydrogen yang cukup rentan terbakar dan meledak jika terkena percikan api. Memiliki sifat selfdischarge paling besar dibanding accu lain sehingga harus dilakukan penyetruman ulang saat ia didiamkan terlalu lama. Baterai / Accu Kering Accu kering merupakan bentuk pengembangan dari accu basah yang penggunaannya kini semakin populer. Secara fisik, perbedaannya dengan accu basah dapat dilihat melalui wadahnya yang berwarna gelap atau tidak transparan. Selain itu accu kering juga tidak memiliki lubang-lubang untuk mengisi air accu. Cairan yang terdapat didalamnya berwujud gel, yang digunakan sebagai pengganti cairan elektrolit. Tingkat penguapan Gel ini sangat minim. Dan saat menguap, uap tersebut tidak dibuang keluar, tetapi tetap tertampung didalam wadah, sehingga volumenya tetap terjaga. Dengan demikian, maka accu jenis ini tidak membutuhkan perhatian khusus atau umumnya disebut Maintenance Free. Gambar 2.11 Baterai / Accu kering Sebagai salah satu bagian terpenting dari sistem kelistrikan, accu tidak hanya menyimpan namun juga menyalurkan listrik ke
17 seluruh perangkat elektronik di mobil. Walaupun dewasa ini telah banyak beredar jenis Accu kering yang hampir tidak membutuhkan perawatan, tetapi penggunaan Accu basah masih banyak dijumpai karena harganya yang lebih terjangkau.