BAB I

PENDAHULUAN

I.2. Latar Belakang

Listrik adalah merupakan energi yang sangat penting dan di butuhkan

manusia untuk memenuhi kebutuhan hidupnya. Tingkat pemakaian listrik

perkapita menggambarkan secara langsung laju perkembangan kebutuhan hidup

didalam suatu negara tersebut. Kebutuhan yang semakin meningkat akan semakin

mendorong perkembangan perusahaan pembangkit listrik dengan berbagai sumber

energi alternatif yang dapat mengisi kebutuhan hidup akan energi listrik dan

mengurangi adanya krisis energi sejalan dengan peningkatan kebutuhan hidup

manusia.

Pada saat ini efisiensi energi mutlak diperlukan dalam menghadapi

perkembangan sistem pembangkit listrik. Jika efesiensi energi tidak diperhatikan

maka pemenuhan kebutuhan akan energi listrik akan mengalami kesulitan.

Efisiensi energi dalam sistem pembangkit daya dapat mencakup penggunaan alat,

bahan bakar, tempat, dan kinerja dalam suatu alat. Oleh karena itu Air merupakan

sumber daya energi yang mempunyai nilai ekonomis dan efesien. Ketersediaan air

di dunia ini mencapai 1.400.000.000 , lebih kurang 97% merupakan air laut

(air asin), 3% sisanya, 2% berupa gunung-gunung es di kedua kutub bumi, 0,75%

merupakan air tawar, baik berupa mata air, air sungai, danau, maupun air tanah

dan selebihnya berupa uap air. Dengan begitu sumber energi yang memanfaatkan

tenaga air memiliki prospek yang sangat baik.

Pusat listrik yang menggunakan tenaga air sering disebut Pembangkit

Listrik Tenaga Air (PLTA). Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000

MW, atau setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau sama dengan 24 %

kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang.

I.2. Tujuan

Tanpa menghilangkan tujuan utama dalam memenuhi tugas mata kuliah

Konversi Energi, yang mana merupakan penilaian dalam tugas individu. Makalah

ini disusun untuk menambah wawasan mahasiswa pada umumnya mengenai

Pembangkit Listrik Tenaga Air.

1

BAB II

PEMBAHASAN

II.1. Definisi

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah suatu sistem pembangkit energi

listrik dengan cara memanfaatkan aliran dari air (energi potensial ataupun energi

kinetik air) yang kemudian dirubah menjadi energi listrik melalui putaran turbin

dan generator. Sistem yang mudah dan yang penting adalah ramah terhadap

lingkungan.

Pembangkit listrik adalah suatu rangkaian alat atau mesin yang mengubah

energi mekanikal untuk menghasulkan energi listrik, biasanya rangkaian alat itu

terdiri dari turbin dan generator listrik.

Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah motor yang

dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun,

secara luas pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah

waduk atau air terjun, tetapi juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan

tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak.

II.2. Diagram Skematik

2

II.3. Komponen-Komponen dan Fungsi

A. Bendungan (Dam)

Merupakan suatu bangunan menahan laju air sehingga mencapai ktinggian

tertentu agar menghasilkan energi yang besar saat dialirkan. Bendungan ini

berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air.

Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk

menyimpan energi.

Gambar Bendungan

Macam – macam bendungan:

Berdasarkan Penggunaannya Berdasarkan bahan pembuatannya

1. Intake Dam 1. Dam Beton

2. Storage Dam 2. Dam Baja

3. Regulating Dam 3. Dam Kayu

4. Pumped storge Dam 4. Dam Alami

B. Turbin

Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air

menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu

turbin impuls dan turbin reaksi.

3

Jenis-jenis turbin antara lain:

B.1 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

sama dengan turbin tekanan karena aliran air yang keluar dari nozle tekanannya

adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan

tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

Macam – macam turbin impuls:

B.1.1 Turbin Pelton

Turbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set

sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau

lebih alat yang disebut nozle. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin

air yang paling efisien. Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan

untuk head tinggi.

4

Gambar Turbin Pelton

B.1.2 Turbin Turgo

Turbin turgo dapat beroperasi pada head 30 m s/d 300 m. Seperti turbin

pelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda.

B.1.3 Turbin Crossflow

Turbin cross-flow merupakan jenis turbin yang dikembangkan oleh

Anthony Michell (Australia), Donat Banki (Hongaria) dan Fritz Ossberger

(Jerman). Turbin crossflow menggunakan nozle persegi panjang yang

lebarnya sesuai dengan lebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai

sudu sehingga terjadi konversi energi kinetik menjadi energi mekanis.

5

Gambar Turbin Turgo

Gambar Turbin crossflow

B.2. Turbin Reaksi

Sudut 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.

Macam- macam Turbin Reaksi:

B.2.1. Turbin Francis

Turbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang

diantara sumber air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah

di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudu pengarah.

B.2.2 Turbin Kaplan & Propeller

Turbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial.

Turbin ini tersusun dari propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut

biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan dengan mempertimbangkan

parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :

6

Gambar Turbin Francis

a. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan

dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang

mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh : turbin pelton

efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat

efektif beroperasi pada head rendah.

b. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit

yang tersedia.

c. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.

Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator

dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat

mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow

berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak

beroperasi.

C. Generator

Generator yang dipakai dalam PLTA adalah generator sinkron tiga fasa.

Konstruksi Generator Sinkron

Suatu generator sinkron secara umum terdiri dari :

7

1. Stator adalah bagian dari mesin yang diam dan berbentuk silinder .

Secara umum stator terdiri dari kerangka stator, inti stator, dan slot.

a. Rangka Stator

Rangka stator berfungsi sebagai tempat melekatnya stamping jangkar dan

kumparan jangkar. Pada rangka stator terdapat lubang pendingin dimana

udara dan gas pendingin disirkulasikan. Rangka stator biasanya dibuat dari

besi campuran baja atau plat baja giling yang dibentuk sedemikian rupa

sehingga diperoleh rangka yang sesuai dengan kebutuhan.

b. Inti Stator

Inti stator melekat pada rangka stator dimana inti ini terbuat dari laminasi-

laminasi besi khusus atau campuran baja.

c. Slot

Slot adalah tempat konduktor berada yang letaknya pada bagian dalam

sepanjang keliling stator. Bentuk slot ada 3 yaitu Slot Terbuka, Slot Setengah

Terbuka, Slot Tertutup.

2. Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar juga berbentuk silinder

Sebagai tempat belitan penguat yang membentuk kemagnetan listrik

kutub Utara-Selatan pada inti rotor. Ada 2 macam bentuk rotor, yaitu :

a. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)

b. Rotor kutub tak menonjol (Rotor Silinder)

c. Sikat

Komponen pendukung generator

a. Exciter sebagai penguat yang digunakan generator untuk membangkitan

sumber tenaga. Sebagai penggerak mula generator.

b. AVR (AutomaticVoltage Regulator) merupakan suatu alat yang mengatur

tegangan yang berubah ubah dan terdiri dari satu kumparan.

c. Bearing berfungsi menjaga kesetabilan posisi dan putaran poros.

8

d. Pengatur generator berfungsi mengatur kecepatan putaran generator atau

turbin dan sebagai rem

Prinsip kerja generator sinkron berdasarkan induksi elektromagnetik.

Setelah rotor diputar oleh penggerak mula (prime mover), dengan demikian

kutub-kutub yang ada pada rotor akan berputar. Jika kumparan kutub diberi arus

searah maka pada permukaan kutub akan timbul medan magnet (garis-garis gaya

fluks) yang berputar, kecepatannya sama dengan putaran kutub. Garis-garis gaya

fluks yang berputar tersebut akan memotong kumparan jangkar distator, sehingga

menimbulkan EMF atau GGL atau tegangan induksi. Kecepatan putaran suatu

generator sinkron tergantung kepada penggerak mulanya (Putaran Turbin).

Generator untuk pembangkit listrik tenaga air skala piko menggunakan

generator sinkron 1 phasa. Generator ini memiliki kecepatan rata-rata antara 70 –

1500 rpm. Daya yang dihasilkan oleh generator 1 phasa dihitung dengan

persamaan :

Dimana :

P = daya yang dihasilkan generator (watt)

V = tegangan terminal generator (volt)

I = arus (ampere)

cos φ = faktor daya

D. Jalur Transmisi

Berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan

pusat industri.

E. Reservoir atau waduk

Waduk adalah tempat jutaan meter kubik air akan diubah energinya menjadi

energi mekanik penggerak.

9

F. Intake

Intake atau pemasukan adalah fasilitas yang digunakan untuk mengambil air

dari reservoir ke dalam saluran air. Intake terdiri dari: pintu (Gate) dan

saringan (Filter).

G. Control Gate

Control gate atau gerbang kontrol adalah pengatur masuknya air ke dalam pen

stock yang menuju turbin. Gerbang kontrol dapat di buka dan di tutup sesuai

waktu operasi ataupun jika terjadi masalah pada turbin atau komponen lain.

H. Pen Stock

Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air

dari bak penenang (forebay tank).

Gambar. Pen Stock

I. Transformator

Transformator adalah alat untuk menaikkan tegangan sehingga menncapai

nilai yang di inginkan untuk tegangan transmisi. Transformator terdiri dari

sebuah inti darisusunan lapisan yang mempunyai dua isolasi yaitu dari segi

tegangan rendah dan dari sisi tegangan tinggi.

10

II.4. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air

Pembangkit tenaga air yang banyak dilakukan dengan cara memutar

generator sinkron sehingga didapatkan tenaga listrik arus bolak balik tiga fase,

tenaga mekanik yang dipakai memutar generator listrik didapat dari mesin

penggerak generator listrik atau biasa disebut penggerak mula (primeover). Mesin

penggerak generator listrik yang banyak digunakan adalah mesin diesel, turbin

uap, turbin air dan turbin gas. Mesin penggerak generator melakukan konversi

tenaga primer menjadi tenaga mekanik penggerak generator. Proses konversi

energi primer menjadi energi mekanik menimbulkan produk sampingan berupa

limbah dan kebisingan yang perlu dikendalikan agar tidak menimbulkan masalah

lingkungan. Proses pembangkitan tenaga listrik adalah proses konversi energi

primer (bahan bakar atau potensi tenaga air) menjadi tenaga mekanik sebagai

penggerak generator listrik dan selanjutnya generator listrik menghasilkan tenaga

listrik.

Dalam PLTA, potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga listrik.

Mula-mula potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga mekanik dalam turbin

air. Kemudian turbin air memutar generator yang membangkitkan tenaga listik.

Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut :

P = ρ.Q.h.g

Dimana :

P = daya keluaran secara teoritis (watt)

ρ = massa jenis fluida (kg/m3) Q = debit air (m3/s)

h = ketinggian efektif (m)

g = gaya gravitasi (m/s2)

11

II.5. Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Air

Tenaga air merupakan sumber daya terpenting setelah tenaga uap (panas).

Hampir 30%dari seluruh kebutuhan tenaga di dunia termasuk di Indonesia

dipenuhi oleh pusat-pusat listrik tenaga air. Tenaga air mempunyai beberapa

keuntungan yang tidak dapat dipisah-pisahkan yang membuatnya semakin

menarik, seperti berikut ini:

a. Biaya pengoperasian dan pemeliharaan PLTA sangat rendah jika

dibandingkan dengan PLTU atau PLTN. Pada PLTU, disamping

pengeluaran untuk biaya batubara, perlu diperhitungkan pula biaya

transportasi bahan bakar tersebut. Demikian pula hal ini juga berlaku pada

PLTA. Pada PLTA, transportasi batubara putih berlangsung secara

alamiah hampir pada setiap kasus (kecuali pada PLTA dengan sistem

kombinasi antara tampungan dan pompa). Meskipun demikian, kelebihan

kadang kala tidak terlihat, karena tertelan oleh biaya pembangunan yang

sangat besar. Beban pembayaran bunga atas biaya modal yang ditanam

sring kali melupakan sebagian besar dari biaya tahunan yang harus dipikul.

b. Turbin-turbin pada PLTA bisa dioperasikan atau pun dihentikan

pengoperasiannya setiap saat. Hal ini tidak dimungkinkan pada PLTU dan

PLTN. Untuk memenuhi kebutuhan puncak yang hanya terjadi selama

beberapa jam saja. Bukan masalah pada PLTA, karena dengan

kemampuannya untuk dioperasikan atau dihentikan kembali hampir pada

setiap saat merupakan suatu modal utama dalam pengoperasian sementara

pada PLTU dan PLTN akan mengakibatkan pemborosan bahan bakar yang

luar biasa.

c. PLTA, cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk

dioperasikan. Ketangguhan sistemnya dapat lebih diandalkan,

dibandingkan dengan sumber-sumber lainya.

d. Peralatan PLTA yang mutakhir, umumnya memiliki peluang yang besar

untuk bias dioperasikan selama lebih 50 tahun. Hal ini cukup bersaing bila

dibandingkan dengan umur efektif dari PLTN sekitar 30 tahun.

12

e. Mengingat kemudahannya untuk memikul beban ataupun melepaskannya

kembali, PLTA pun bias dimanfaatkan sebagai cadangan yang biasa

diandalkan pada sistem kelistrikan terpadu antara PLTU, PLTA, dan

PLTN.

f. Dengan teknik perencanaan yang mutakhir, pembangkit listrik dapat

menghasilkan tenaga yang efesiensi yang tinggi meskipun fluktuasi beban

cukup besar.

g. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air,

telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan

keadaan setempat.

h. Pengembangan PLTA dengan memanfaatkan arus ungai dapat

menimbulkan pula manfaat lain seperti pariwisata, perikanan dan lain lain,

sedangkan jika diperlukan waduk untuk keperluan tersebut dapat

dimanfaatkan pula misalnya sebagai irigasi dan pengendali banjir.

i. Ramah lingkungan.

j. Tidak membutuhkan bahan bakar.

k. Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

l. Mudah dalam perawatan.

m. Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di lingkungan yang

terisolisir.

II.6. Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Air

a. Sebagaimana yang telah disebutkan di atas, hampir semua PLTA

merupakan proyek padat modal. Seperti layaknya proyek padat modal

yang lain, laju pengembalian modal proyek PLTA adalah rendah.

b. Masa persiapan suatu proyek PLTA pada umumnya memakan waktu yang

cukup lama. Semenjak proyek berupa gagasan awal sampai dengan saat

pengoperasiannya, seringkali memakan waktu sekitar sepuluh sampai

dengan lima belas tahun. Untuk suatu PLTU, masa persiapan pada

umumnya lebih singkat.

c. PLTA sangat tergantung pada aliran sungai secara alamiah. Sedangkan

aliran sungai tersebut sangat bervariasi sehingga pada umumnya tenaga

13

andalan atau tenaga mantap akan sangat lebih kecil jika dibandingkan

dengan kapasitas totalnya. Hal ini berarti bahwa potensi yang ada tidak

termanfaatkan sepenuhnya, andaikata direncanakan factor kapasitas yang

tinggi untuk suatu PLTA. Sebaliknya jika PLTA dirancang dengan factor

kapasitas yang rendah, akan mengakibatkan sebagian dari peralatan hanya

akan termanfaatkan selama beberpa waktu saja dalam satu tahun, sehingga

modal yang sangat berharga yang telah ditanam akan menjadi modal

mati.dengan mengembangkan suatu sistem jaringan kelistrikan secara

terpadu yang pengendaliannya dilakukan dengan bantuan computer, hal

tersebut bukan masalah lagi.

d. Hasil produksi tidak stabil.

e. Membutuhkan tempat yang besar untuk pembangunan.

14

BAB III

PENUTUP

III.1. Kesimpulan

- Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah suatu sistem pembangkit energi

listrik dengan cara memanfaatkan aliran dari air (energi potensial ataupun

energi kinetik air) yang kemudian dirubah menjadi energi listrik melalui

putaran turbin dan generator.

- Pembangkitan tenaga air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga

air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan

menggunakan turbin air dan generator.

- Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung pada

besarnya head dan debit air.

- Listrik yang dihasilkan dinaikkan dahulu voltasenya menjadi 150 KV s/d

500 KV melalui trafo step up, penaikan tegangan ini berfungsi untuk

mengurangi kerugian akibat hambatan pada kawat penghantar dalam proses

transmisi. Dengan tegangan ekstra tinggi maka arus yang mengalir pada

kawat penghantar menjadi kecil.

15

DAFTAR PUSTAKA

Wibowo Paryatmo, Turbin Air, Graha Ilmu, Jakarta. 2007

M, Suyitno. 2011. Pembangkit Energi Listrik. Jakarta : Rineka Cipta

http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine

http ://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/layman2.pdf

http :// enggineringtown .com

16