MAKALAH

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)

Oleh:

Arif Rivianto Putra

Aziz Hasan Fadilah

Baehaqi

Erika Surya Putra

Musthofainal Akhyar Banifade

Taufiq Adi Pratama

POLITEKNIK GAJAH TUNGGAL

1 ELEKTRO A

KATA PENGANTAR

Pada dasarnya energi adalah suatu besaran yang dimiliki oleh setiap benda yang ada di alam ini. Namun dari energi yang dikandung oleh setiap benda tersebut ada yang dapat dimanfaatkan dengan mudah dan ada yang memerlukan usaha yang keras untuk memanfaatkannya. Cara mengambil manfaat dari energi yang terkandung diperlukan proses perubahan atau konversi energi. Salah satu bentuk energi yang sangat mudah dimanfaatkan bagi kehidupan manusia pada zaman modern ini adalah energi listrik. Sumber-sumber energi listrik tersebut biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Pada makalah ini akan dikhususkan untuk membahas Pembangkit Listrik Tenaga Air, prinsip kerja konversi energi gerakan air menjadi energi listrik, jenis-jenis PLTA, kelebihan dan kekurangan PLTA.

Kemudian, banyak kurangnya dari makalah kami ini kami minta maaf yang sebesar-besarnya. Terimakasih atas perhatiannya. Wassalamualiaikum warohmatullohi wabarokatuh.

Tanggerang, 29 Oktober 2013

Penyusun

i

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN.........................................................................................................1

A. LATAR BELAKANG......................................................................................................................1

B. TUJUAN......................................................................................................................................1

C. MANFAAT..................................................................................................................................1

BAB II PLTA SECARA UMUM...............................................................................................2

A. PRINSIP KERJA PLTA...................................................................................................................2

B. MACAM-MACAM PLTA..............................................................................................................3

BAB III PLTA CIRATA...........................................................................................................9

A. PENGENALAN.............................................................................................................................9

B. BAGIAN BAGIAN PLTA CIRATA...................................................................................................9

1. BAGIAN BAGIAN PLTA (dalam diagram).....................................................................................9

C. CARA KERJA PLTA CIRATA........................................................................................................11

BAB IV KESIMPULAN........................................................................................................15

A. PERBANDINGAN ANTAR PLTA..................................................................................................15

B. KELEBIHAN-KEKURANGAN:......................................................................................................15

C. Daftar Pustaka.........................................................................................................................16

BAB IPENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANGPembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah salahsatu pembangkit yang memanfaatkan

aliran air untuk diubah menjadi energi listrik Pembangkit listrik ini bekerja dengan cara merubah energi air yang mengalir (dari bendungan atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator). Kemudian energi listrik tersebut dialirkan melalui jaringan-jaringan yang telah dibuat, hingga akhirnya energi listrik tersebut sampai ke rumah kita.

B. TUJUAN Setelah membaca makalah ini diharapkan pembaca mengerti alur proses pembangkitan

energi dari wujud air menjadi listrik.

C. MANFAATPengetahuan tentang PLTA ini dapat dimanfaatkan oleh seluruh masyarakat Indonesia untuk

merangkai pembangkit listrik tenaga airnya sendiri. PLTA tidak harus memiliki waduk, bahkan melalui aliran sungai dekat rumah sendiri pun bisa.

MAKALAH PLTA | 1

BAB IIPLTA SECARA UMUM

A. PRINSIP KERJA PLTAPembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) merupakan pembangkit tenaga listrik yang mengubah

energi potensial air (energi gravitas air) menjadi energi listrik. Mesin penggerak yang digunakan adalah turbin air untuk mengubah energi potensial air menjadi kerja mekanis poros yang akan memutar rotor generator untuk menghasilkan energi listrik.

Gambar 1: Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air

Air sebagai bahan baku PLTA dapat diperoleh dari sungai secara langsung disalurkan untuk memutar turbin, atau dengan cara ditampung dahulu (bersamaan dengan air hujan) dengan menggunakan kolam tandon atau waduk sebelum disalurkan untuk memutar turbin.

Daya listrik yang dibangkitkan dapat dihitung menggunakan pendekatan rumus :

P = 9,8 Q x H x ή t x ή g ( kW )

Dimana :P = Daya yang dihasilkan (kW)Q = Debit air dalam (m3/detik)H = Tinggi terjun (m)ή t = Efisiensi turbin (%)ή g = Efisiensi Generator (%)

MAKALAH PLTA | 2

Perencanaan pengoperasian PLTA yang dilakukan berdasarkan pada kondisi hydrologi yang meliputi : Tahun Basah Sekali Tahun Basah Tahun Normal

Tahun Kering Tahun Kering Sekali

Untuk mendapatkan hasil yang optimum dan memudahkan untuk perencanaan operasional tahunan, maka perencanaan operasi dilakukan berdasarkan pada kondisi hydrologi tahun normal dan tahun kering, yang kemudian dilakukan penyesuaian tiap bulan berdasarkan kondisi air masuk. Indonesia hanya mengenal dua musim yaitu musim hujan biasa dimulai bulan Nopember s.d Maret dan musim kemarau pada bulan April s.d Oktober, sehingga kondisi ini dipergunakan untuk proses pengisian dan penggunaan air.

B. MACAM-MACAM PLTA1. PLTA DENGAN WADUK (RESERVOIR)

Air sungai dialirkan ke kolam melalui saluran terbuka atau tertutup dengan disaring terlebih dahulu dan ditampung di suatu kolam yang berfungsi untuk:

Mengendapkan pasir Mengendapkan lumpur Sebagai waduk (reservoir)

Gambar 3: PLTA dengan kolam tandon

MAKALAH PLTA | 3

Air dari satu sungai atau lebih ditampung di suatu tempat untuk mendapatkan ketinggian tertentu dengan jalan dibendung. Air dari waduk tersebut dialirkan melalui saluran terbuka, melalui pintu air ke saluran tertutup yang selanjutnya melalui pipa pesat menggerakkan turbin untuk membangkitkan tenaga listrik.

Contoh:

PLTA Cirata

from: wikipedia

Daerah Desa Tegal Waru, Kecamatan Plered, Kabupaten Purwakarta, Jawa Barat

Tipe PLTA Dengan wadukMulai beroperasi 1988

Jumlah pembangkit 8Kapasitas 126 MW tiap pembangkit, total kapasitas 1008 MW

Daya listrik rata-rata pertahun 1428 GWHJaringan transmisi 500 KV

Turbin PLTA CirataKapasitas turbin 129.000 KWPutaran Turbin 187,5 RPMTinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin 112,5 meterDebit air maksimum 135 m3/detik

MAKALAH PLTA | 4

2. PLTA ALIRAN DANAU

Sumber air dari PLTA ini adalah sebuah danau yang potensinya cukup besar. Untuk pengambilan air yang masuk ke PLTA dilaksanakan dengan:

Pembuatan bendungan yang berfungsi juga sebagai pelimpas yang berlokasi pada mulut sungai.

Perubahan duga muka air (DMA) + 4 meter Intake

MAKALAH PLTA | 5

Contoh:

PLTA Tes

Daerah Desa Turan Tiging, Kecamatan Tes, Kabupaten Rejang Lebong, Provinsi Bengkulu, Sumatera.

Tipe PLTA Memanfaatkan aliran danauMulai beroperasi 1923 (saat pemerintahan Kolonial Belanda)

Jumlah pembangkit 4 buahKapasitas 4 MW tiap pembangkit, total kapasitas 16 MW

Jaringan transmisi 70 KV

Data Operasi Lantai dasar intake EL 560.20 mdplLantai dasar inlet EL 557.40 mdplTurbin lama EL 520.00 mdplTurbin baru EL 507.50 mdplDebit air rata-rata 34 m3/SLevel efektif maksimal EL 563.50 mdplLevel efektif minimal EL 563.00 mdplUnit terpasang 6 UnitKapasitas terpasang 18,96 MWBeban puncak 18 MW

3. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

Suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air.

MAKALAH PLTA | 6

Komponen mikrohidro sebagai berikut:

Air : (sebagai sumber energi). Turbin: mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis. Generator : menghasilkan listrik dari putaran mekanis. Saluran Pembawa (Headrace): Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk

menjagaelevasi dari air yang disalurkan. Panel kontrol : panel kontrol berfungsi untuk menstabilkan tegangan. Kincir air : sebagai pengerak dinamo.

Prinsip dasar mikrohidro adalah memanfaatkan energi potensial yang dimiliki oleh aliran air pada jarak ketinggian tertentu dari tempat instalasi pembangkit listrik. Sebuah skema mikrohidro memerlukan dua hal yaitu, debit air dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang dapat dimanfaatkan. Hal ini adalah sebuah sistem konversi energi dari bentuk ketinggian dan aliran (energi potensial) ke dalam bentuk energi mekanik dan energi listrik. Daya yang masuk (Pgross) merupakan penjumlahan dari daya yang dihasilkan (Pnet) ditambah dengan faktor kehilangan energi (loss) dalam bentuk suara atau panas. Daya yang dihasilkan merupakan perkalian dari daya yang masuk dikalikan dengan efisiensi konversi (Eo). Rumus:Pnet = Pgross ×Eo kWContoh:

Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan dengan sebuah faktor gravitasi (g = 9.8), sehingga persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah :Pnet = g ×Hgross × Q ×Eo kWDimana head dalam meter (m), dan debit air dalam meter kubik per detik (m/s3).Daya yang dihasilkan (Pnet) (W)Daya yang masuk (Pgross) (W)Ketinggian jatuh (head) (m)Aliran (energi potensial)Faktor kehilangan energi (loss)Efisiensi konversi (Eo)Head kotor (Hgross)Debit air (Q) (m/s3)Gravitasi (g = 9.8)

Contoh:PLTMH Sengkaling 1

MAKALAH PLTA | 7

Debit 1 m3/detikTinggi jatuh 15,2 mDaya terbangkit 1 KW

MAKALAH PLTA | 8

BAB IIIPLTA CIRATA

A. PENGENALANPembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia Tenggara. PLTA

ini memiliki konstruksi power house di bawah tanah dengan kapasitas 8x126 Megawatt (MW) sehingga total kapasitas terpasang 1.008 Megawatt (MW) dengan produksi energi listrik rata-rata 1.428 Giga Watthour (GWH) pertahun yang dislaurkan melalui jaringan transmisi tegangan ekstra tinggi 500 kV ke sistem interkoneksi Jawa-Madura-Bali (Jamali). Energi didapat dari bendungan Cirata dengan volume 2.163 m3. Unit Pembangkitan Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia Tenggara.

PLTA Cirata dibangun dengan komposisi bangunan power house empat lantai di bawah tanah yang berjarak sekitar 2 km dari mesin-mesin pembangkit yang terletak di power house.

PLTA Cirata dioperasikan oleh anak perusahaan PT Perusahaan Listrik Negara (PLN persero) yaitu PT Pembangkitan Jawa Bali (PJB) yang disalurkan melalui saluran transmisi tenaga listrik 500 kilo volt (KV) ke sistem Jawa Bali yang diatur oleh dispatcher PLN Pusat Pengatur Beban (P3B). Kontribusi utama Cirata terhadap sistem Jawa Bali yaitu memikul beban puncak dan beroperasi pada pukul 17.00-22.00, dengan moda operasi LFC (Load Frequency Control), di mana memiliki fasilitas line charging bila sistem Jawa Bali mengalami Black Out dan Start up operasi/ sinkron ke jaringan 500 KV yang relatif cepat yaitu kurang lebih lima menit.

PLTA Cirata terletak di daerah aliran sungai (DAS) Citarum di Desa Tegal Waru, Kecamatan Plered, Kabupaten Purwakarta, Jawa Barat. Latar belakang pendirian PLTA ini, dengan letak sungai Citarum yang subur, bergunung-gunung dan dianugerahi curah hujan yang tinggi. Pembangunan proyek PLTA Cirata merupakan salah satu cara pemanfaatan potensi tenaga air di Sungai Citarum yang letaknya di wilayah kabupaten Bandung, kurang lebih 60 km sebelah barat laut kota Bandung atau 100 km dari Jakarta melalui jalan Purwakarta.

MAKALAH PLTA | 9

B. BAGIAN BAGIAN PLTA CIRATA

1. BAGIAN BAGIAN PLTA (dalam diagram)

No. Petunjuk Nama Alat Keterangan

1 Waduk Tempat menampung air sungai2 Main Gate Pintu air utama3 Bendungan Penahan laju sungai4 Penstock Pipa yang menyalurkan air dari waduk menuju sungai5 Katup Utama Katup buka-tutup6 Turbin Baling-baling yang digerakkan oleh air7 Generator Pengubah energi mekanik menjadi energi listrik8 Draftube Penampung air sebelum dibuang9 Trailrace Pembuangan air

10 Transformator Pengubah listrik11 Switch yard Pengatur listrik12 Kabel Transmisi Distributor listrik13 Spillways Tempat keluarnya lebihan air waduk

2. SPESIFIKASI TURBIN PLTA CIRATA

Guna menghasilkan energi listrik sebesar 1.428 GWH, dioperasikan delapan buah turbin dengan kapasitas masing-masing 129MW dengan putaran 187,5 RPM. Adapun tinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin 112,5 meter dengan debit air maksimum 135 m3 perdetik. Turbin yang digunakan di waduk Cirata adalah Turbin Francis dengan spesifikasi:

SPESIFIKASI KETERANGANTipe Francis, vertical shaft

Produksi VOEST-ALPINERate Net Head 106,8 m

MAKALAH PLTA | 10

http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja

Rated Output 129,6 MWKecepatan 187,5 rpm

Debit Pada Kondisi Diatas 132,5 m3/sRunaway Speed 400 rpm

Spiral Case Inlet Diameter 4300 mmDraft Tube Outlet Diameter 6400 rpm

Diameter Runner Dth = 3400 mJumlah Runner Blade z = 16Jumlah Guide Vane z = 24

Bukaan Maksimum Guide Vane 260 mmKetinggian Guide Vane 980 mm

Jumlah Servomotor 2Tekanan Normal Operasi Guide Vane 55 kg/cm2

Tekanan Oli Minimum Guide Vane 38,5 kg/cm2

Langkah Servomotor 440 mmDiameter Piston Servomotor 400 mm

C. CARA KERJA PLTA CIRATA1. PRINSIP KERJA

Air yang berada pada ketinggian tertentu senantiasa mengalirkan air dengan masa tertentu setiap menit. Seperti masa air yang berada pada suatu ketinggian memiliki energi potensial gravitasi. Ketika masa air turun ke bawah energy potensialnya berkurang karna sebagian energi potensialnya dirubah menjadi enrgi kinetik.

Sesuai dengan hukum kekekalan energi mekanik, semakin ke bawah energi kinetik semakin besar. Ek air yang cukup besar akan mengenai sudu-sudu turbin yang dipasang didasar air terjun dan akan memutarkan poros turbin yang seporos dengan poros generator Kemudian generator berputar dan menghasilkan energy listrik.

http://blogmechanical.blogspot.com/2011

MAKALAH PLTA | 11

http://jonny-havianto.blogspot.com/2012

Dengan energi potensial yang tinggi maka laju aliran air di ujung pipa akan tinggi pula. Apabila diameter pipa tidak berubah (semua pipa diameternya sama) maka kita dapat menentukan laju aliran air tersebut menggunakan rumus dibawah:

Ek = Ep

mv² = mgh

Keterangan:

Ek = energy kinetik (J)Ep = energy potensial (J)m = massa air (kg)v = kecepatan air (m/s)g = gravitasi 9.8 (m/s²)h = ketinggian air (m)

Dengan demikian kita juga dapat menentukan debit airnya:Q = AvKeterangan: A= luas penampangQ = debit air (m3/s)Besarnya daya listrik sebelum masuk ke turbin secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

Pin turbin = ρhQg

Sedangkan besar daya output turbin adalah sebagai berikut :

Pout turbin = ρ . h . Q . g . ηturbin

MAKALAH PLTA | 12

Sehingga secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit adalah sebagai berikut :

Preal = ρ . h . Q. g . ηturbin . ηgenerator . ηtm

ηgenerator= WkeluaranWmasukan x 100%

Efisiensi turbin sesuai dengan kondisi beban:

Kutipan dari buku Hydroelectric Handbook, William P. Craeger and Joel D. Justin, Second Edition John Wiley & Sons, Inc., New York, 1950, hal. 832

Keterangan : Pin= daya masukan ke turbin (watt)Pout = daya keluaran dari turbin (watt)Preal = daya sebenarnya yang dihasilkan (watt)ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

Q = debit air (m3/s)h = ketinggian efektif (m)g = gaya gravitasi (m/s²)W = usaha (j)

Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air, oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis.

Namun, tidak semua energi potensial dari air diubah menjadi energi listrik. Oleh karena itu kita mengenal konsep efisiensi:

η = outputinput x 100%

Dengan demikian daya listrik yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga air adalah:

Pdihasilkan = ηPhitungPdihasilkan = ηρhQ

Untuk menghitug beda potensial yang dihasilkan, kita menggunakan rumus GGL induksi yang dikenal dalam Hukum induksi Faraday yang bunyinya “Gaya gerak listrik (GGL) induksi pada

MAKALAH PLTA | 13

sebuah rangkaian sama dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut”. Rumus yang digunakannya adalah:

ε = N B A ω sin ωt

ω = 2πf, terdapat pada rumus gerak melingkar (kecepatan berputar magnet)

Keterangan:

ε = ggl induksi sesaat (volt)N = banyak lilitan kumparanB = besar induksi magnetic (Wb/m²=T)A = luas penampang/loop (m²)

ω = kecepatan sudut (rad/s)t = lama kumparan telah berputar (s)f = frekuensi

2. CARA KERJA GENERATORGenerator listrik adalah sebuah alat yang

memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis. Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:

1. PutaranPutaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan persamaan:rpm = 60 . f / Pdimana:rpm = putaranf = frekuensiP = jumlah pasang kutub

2. KumparanBanyak dan besarnya jumlah kumparan pada

stator mempengaruhi besarnya daya listrik yang bisa dihasilkan oleh pembangkit

3. MagnetMagnet 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:E = B . V . LDimana:E : Gaya elektromagnetB : Kuat medan magnet

V : Kecepatan putarL : Panjang penghantar

MAKALAH PLTA | 14

http://4bri.blogspot.com/2012/11/cara-ke

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.

3. PERHITUNGAN PROSES KEJADIAN LISTRIKDaya input turbin:P in turbin= ρ.h.Q.g= 1025 x 106,8 x 132,5 x 9,8 = 141,8MW

Efisiensi turbin:

η = outputinput x 100%

= 129600000145047750 x 100% = 89%

Daya output turbin:P out turbin = η.ρ.Q.g = 89% x 1025 x 106,8 x 132,5 x 9,8 = 126,5 MW

Data di atas adalah perhitungan daya yang dihasilkan pada setiap turbin sesuai dengan spesifikasi turbin dan waduk di PLTA Cirata.

MAKALAH PLTA | 15

BAB IVKESIMPULAN

A. PERBANDINGAN ANTAR PLTAPLTA CIRATA PLTA TES PLMTH SENGKALING 1

Lokasi Purwakarta, Jawa Barat

Lebong, Bengkulu Malang, Jawa Timur

Tipe Memanfaatkan potensi air dari waduk.

Memanfaatkan Potensi air tampungan danau.

Memanfaatkan pergerakan air skala kecil yaitu irigasi.

Tipe turbin Francis Vertika Shaft Francis Horizontal Shaft

Cross Flow

Jumlah putaran 187,5 rpm 375,0 rpm 200,0 rpmDaya yang dihasilkan

1008 MW 18,96 MW 100 KW

Sungai Citarum Danau Tes BrantasDebit air 135 m3/detik 34 m3/S 1 m3/detikTinggi Head 112,5 m 15,2 mMulai beroperasi 1988 1923 2008Daerah pengguna daya

Sistem Jawa-Madura-Bali

Provinsi Bengkulu Universitas Muhammadiyah Malang

B. KELEBIHAN-KEKURANGANPLTA CIRATAKelebihan:Daya yang dihasilkan sangat besar dan menjadi tempat wisata.Kekurangan:Perawatan, pengawasan, yang tentu lebih memerlukan biaya yang lebih besar

PLTA TESKelebihan:Daya yang dihasilkan relatif besar dan menjadi tempat pariwisata.Kekurangan:Merusak ekosistem danau Tes

PLTMH Sengkaling 1Kelebihan:Dapat mengurangi biaya listrik dari yang semestinya karena itu diberikan oleh Departemen ESDM RI untuk Universitas Muhammadiyah Malang.Kekurangan:Daya yang dihasilkan masih kurang untuk menjadikan listrik Universitas Muhammadiyah Malang mandiri.

MAKALAH PLTA | 16

C. DAFTAR PUSTAKAUmum:http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja-pembangkit-listrik-tenaga-air.htmlPLTA Cirata: http://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_Listrik_Tenaga_Air_CirataPLTA Tes:http://id.wikipedia.org/wiki/PLTA_TesPLTMH Sengkaling 1:http://ft.umm.ac.id/id/umm-news-1189-kerja-sama-dengan-pt-pln-persero-umm-tambah-pltmh.htmlTurbin:http://yefrichan.wordpress.com/2010/05/31/klasifikasi-turbin/http://jonny-havianto.blogspot.com/2012/12/peluang-plta-buatan-indonesia.htmlGenerator:http://4bri.blogspot.com/2012/11/cara-kerja-pembangkit-listrik-tenaga.html

MAKALAH PLTA | 17