Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Air

Kelas Teknisi

Sep 2, 2023

Ilustrasi: Pembangkit Listrik Tenaga Air

Mengenal Pembangkit Listrik Tenaga Air - Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) atau air power plant adalah sebuah sistem untuk mengubah energi air menjadi energi listrik. Istilah PLTA dalam dunia energi sering digunakan untuk menyebut pembangkit listrik hidroelektrik, walaupun sebenarnya tidak semua pembangkit listrik hidroelektrik berada di bawah air.

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) biasanya dibangun di sungai-sungai dengan aliran yang deras atau di daerah curah hujan tinggi seperti pegunungan.

Pembangkit tenaga air sangat efisien dan hemat biaya dibandingkan dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil. Selain itu, pembangkit tenaga air juga ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polusi udara seperti pembangkit listrik berbahan bakar fosil.

Oleh karena itu, pembangkit listrik tenaga air sering digunakan sebagai alternatif bagi negara-negara yang ingin mengurangi ketergantungan pada pembangkit listrik berbahan bakar fosil.

Prinsip Kerja PLTA

Pembangkit listrik tenaga air merupakan pembangkit listrik yang memanfaatkan energi potensial dari jatuhnya air akibat gravitasi untuk membangkitkan energi listrik. pembangkit ini sering juga disebut sebagai pembangkit hydroelectric.

Prinsip kerja PLTA adalah memanfaatkan energi potensial yang dihasilkan oleh tekanan air, kemudian diubah menjadi energi mekanik oleh turbin. Ketika energi potensial di terima oleh turbin, energi potensial akan diubah menjadi energi mekanik oleh turbin.

Kemudian energi mekanik disalurkan kepada generator melalui poros untuk menghasilkan energi listrik. besarnya energi listrik yang dihasilkan oleh PLTA di pengaruhi oleh dua hal, yaitu:

1. Ketinggian Jatuh Air

Semakin tinggi air yang jatuh maka semakin besar energi potensial yang dihasilkan oleh air tersebut.

2. Jumlah Air Jatuh (Debit Air)

Semakin banyak air yang mengalir maka akan semakin cepat putaran turbin, semakin cepat putaran turbin maka akan semakin besar daya listrik yang dihasilkan.

Daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

P (kW) = 9,8 H x Q

Dimana :

P = Tenaga yang dihasilkan (kW)

H = Tinggi jatuh air (m)

Q = Debit air (m³/detik)

Daya yang dikeluarkan oleh generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang dihasilkan secara teoritis. Daya yang dihasilkan adalah hasil dari perkalian dari tinggi jatuh dan debit air. Maka dari itu keberhasilan pembangkit tenaga listrik tergantung dari usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh dan debit air yang efektif.

Curah Hujan

Hujan merupakan salah satu fenomena atmosferis yang terjadi melalui proses kondensasi, uap air yang terkumpul di dalam atmosfer kemudian membentuk kumpulan air yang disebut sebagai awan. Ketika butiran atau kumpulan air yang terdapat pada atmosfer memiliki massa yang terlalu berat maka akan terjadi hujan.

Pengukuran curah hujan dinyatakan dengan mengukur ketinggian air di dalam suatu tabung dengan satuan mm. untuk mengukur curah hujan digunakan alat ukur hujan (rain gauge). Berikut ini gambar tabel intensitas hujan.

Tabel 1 Intensitas Hujan

Debit Air

Debit air adalah nilai volume air yang mengalir melalui suatu penampang sungai tertentu per satuan waktu. Debit air dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya, curah hujan, kondisi geologis, temperatur atau suhu lingkungan, fauna dan lain sebagainya.

Nilai debit air selalu berubah pada setiap musimnya, hal ini dikarenakan debit air dipengaruhi oleh nilai curah hujan, sedangkan nilai curah hujan juga fluktuatif pada setiap musim. Nilai curah hujan dan debit air bersifat konstan dan saling berhubungan.

Terdapat dua cara untuk mengukur nilai debit air sungai:

Kecepatan rata-rata dari aliran air sungai.
Pengamatan tinggi permukaan air.

Macam Daya yang Dihasilkan Pembangkit

Daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air dapat digolongkan sebagai berikut:

Daya maksimum, yaitu daya maksimal yang dapat dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air.
Daya pasti (firm output), yaitu daya yang dibangkitkan selama 355 hari untuk pembangkit listrik tenaga air jenis aliran langsung dan 365 hari untuk pembangkit listrik tenaga air jenis bendungan (Reservoir).
Daya puncak, yaitu daya yang dihasilkan pada jam-jam tertentu setiap harinya dalam 355 atau 365 hari dalam setahun. Umumnya daya puncak hanya terjadi 4 jam dalam sehari.
Daya puncak khusus, yaitu daya yang dihasilkan setiap hari oleh pembangkit listrik tenaga air tanpa pembatasan jam operasi dalam musim hujan dikurangi dengan daya pasti.
Daya penyediaan, yaitu daya yang dapat dibangkitkan dalam musim kemarau dengan menggunakan simpanan air didalam waduk yang dikumpulkan selama musim hujan dikurangi dengan daya pasti.

Klasifikasi PLTA Berdasarkan Daya dan Head

PLTA dapat di klasifikasikan berdasarkan daya yang dihasilkan, PLTA dapat diimplementasikan baik untuk kegunaan industri atau hanya kegunaan sebagai pembangkit kecil.

Klasifikasi PLTA Berdasarkan Kapasitas Pembangkitan

Klasifikasi PLTA Berdasarkan Ketinggian Head

Klasifikasi PLTA Berdasarkan Desain

1. PLTA Run of River

Skema pembangkit listrik tenaga air run of river, air diambil dari sungai dengan mengalihkannya melalui suatu saluran air. Sebelum air mengalir menuju turbin, air melewati tangki pengendapan dimana air diperlambat untuk mengendapkan kotoran atau endapan yang mengalir bersama air sebelumnya. Sebuah pipa tekanan atau disebut sebagai penstock mengalirkan air dari tangki pengendapan menuju turbin.

2. PLTA Reservoir

PLTA Reservoir (Waduk) merupakan jenis pembangkit listrik tenaga air yang memanfaatkan bendungan atau waduk untuk meningkatkan ketinggian air sehingga akan meningkatkan energi potensial yang dihasilkan oleh air itu sendiri.

PLTA reservoir memiliki keunggulan dibandingkan jenis Run of River karena debit air dapat diatur sesuai dengan kebutuhan serta ketika kemarau air dapat dipompakan kembali menuju waduk. PLTA jenis Reservoir terbagi menjadi dua jenis yaitu:

a. PLTA Kolam Pengatur (Regulating Pond)

PLTA jenis ini memanfaatkan area yang luas untuk mengatur jumlah debit air yang mengalir kepada turbin. PLTA dengan kolam pengatur ini merupakan jenis PLTA yang paling banyak digunakan di Indonesia.

b. PLTA Pompa (Pumped Storage)

PLTA Pompa (pumped storage) merupakan jenis pembangkit listrik tenaga air yang memompakan kembali sisa air yang telah melewati turbin menuju dam atau reservoir untuk digunakan kembali. Proses pemompaan air ini biasanya dilakukan pada malam hari setelah melewati beban puncak (Peak). PLTA ini memiliki 2 saluran air yaitu saluran utama untuk mengalirkan air dari hulu ke hilir, dan saluran untuk memompa air dari hilir ke hulu.

Komponen PLTA

Pembangkit Listrik Tenaga Air secara umum memiliki beberapa bagian yang digunakan di dalam proses pembangkitan tenaga listrik. Bagian-bagian tersebut di antaranya:

1. Reservoir

Reservoir ini berfungsi untuk menyimpan atau menaikkan tingkat permukaan air sehingga tinggi jatuh air dapat ditingkatkan yang akan berdampak pada besarnya energi potensial yang diterima oleh turbin.

2. Penstock

Komponen ini berfungsi untuk mengarahkan aliran air dari bendungan menuju turbin. Penstock umumnya dapat dikonstruksikan dari baja ataupun menggunakan beton sebagai bahan dasarnya.

3. Turbin

Turbin impuls dan turbin reaksi adalah jenis turbin yang bekerja karena aliran air, salah satu contohnya adalah turbin jenis pelton. Turbin pelton merupakan turbin yang terdiri dari suatu rangkaian sudu-sudu yang diputar oleh aliran air. Air dipancarkan dari alat yang bernama nozzle. Turbin pelton merupakan salah satu jenis turbin air yang paling efisien dan turbin pelton sesuai untuk digunakan untuk pembangkit dengan head yang tinggi.

a. Turbin Pelton

Turbin pelton adalah jenis turbin impulse. Turbin ini ditemukan oleh Lester Allan Pelton pada tahun 1870. Turbin Pelton prinsip kerjanya adalah mengkonversi daya fluida dari air menjadi daya poros untuk memutar generator listrik. Turbin Pelton digunakan pada PLTA ataupun PLTMH dengan ketinggian head 50 hingga 1300 meter.

b. Turbin Kaplan

Turbin Kaplan merupakan turbin jenis baling-baling yang sudut kemiringan baling-balingnya dapat diatur. Turbin ini dikembangkan oleh Viktor Kaplan pada tahun 1913. Turbin Kaplan dapat digunakan pada PLTA atau PLTMH dengan ketinggian head dari 2 hingga 40 meter dengan kecepatan putaran 50 hingga 430 rpm.

c. Turbin Francis

Turbin Francis adalah turbin air yang dikembangkan oleh James B. Francis. Turbin ini adalah turbin jenis reaksi yang menggabungkan antara konsep aliran radial dan aksial. Turbin ini dapat digunakan pada PLTA atau PLTMH dengan ketinggian head 10 hingga 350 meter dengan kecepatan putaran 75 hingga 1000 rpm.

d. Turbin Banki-Michell

Turbin Banki-Michell sering juga disebut Cross-Flow Turbine adalah turbin air yang dikembangkan oleh Anthony Michell pada tahun 1903. Berbeda dengan turbin lainnya, pada turbin jenis ini air secara langsung melintasi bilah turbin. Turbin ini dapat digunakan pada PLTA atau PLTMH dengan ketinggian head 3 hingga 250 meter.

e. Turbin Turgo

Turbin Turgo adalah jenis turbin impulse yang dikembangkan oleh Gilkes pada tahun 1919. Energi potensial yang dihasilkan oleh air akan dikonversi menjadi energi kinetik oleh turbin ini. Turbin jenis ini merupakan turbin yang paling efisien dibandingkan turbin lainnya. Turbin ini dapat digunakan oleh PLTA atau PLTMH dengan ketinggian head 50 hingga 250 meter.

4. Generator

Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanik yang disalurkan oleh turbin menjadi energi listrik. Tegangan yang dihasilkan adalah tegangan bolak-balik dengan besar nilai tegangan dan nilai frekuensi yang disesuaikan dengan spesifikasi ketenagalistrikan di setiap negara. Lebih dalam pembahasan tentang generator, disini.

5. Transformator

Berfungsi untuk menaikkan tegangan yang dihasilkan oleh generator. Umumnya tegangan yang dihasilkan oleh generator 6,3 kilovolt (kV) hingga 11 kilovolt (kV) kemudian dinaikkan menjadi 20 kV atau 150 kV. Baca artikel tentang Transformator: Pengertian, Jenis dan Fungsinya.

#pembangkit Listrik Tenaga Air