PotensiPotensiPotensiPotensi TenagaTenagaTenagaTenaga AirAirAirAir didididi IndonesiaIndonesiaIndonesiaIndonesiaSelama ini telah beberapa kali dilakukan studi potensi tenaga airdi negara kita. Pada tahun 1968 Lembaga Masalah Ketenagaan-PLN (LMK) mencatat potensi tenaga air sebesar 27.625 MegaWatt (MW). Pada tahun 1971 atas bantuan teknik PemerintahJepang (OTCA-Overseas Technical Cooperation Agency)Pemerintah Indonesia minta melakukan studi potensi hidro untukPemerintah Indonesia minta melakukan studi potensi hidro untukmenyempurnakan hasil LMK hasilnya menjadi 28.000 MW. Danpada seminar Energi Nasional 1974 disajikan oleh KomiteNasional Indonesia Worl Energi Conference-KNI-WEC sebesar31.000 MW. Pada tahun 1982 oleh PLN bersama Nippon Koeidan PT. Indra Karya studi potensi Hidro di Indonesiamenghasilkan 75.091 MW.

KomponenKomponenKomponenKomponen WaterwayWaterwayWaterwayWaterway padapadapadapada PLTAPLTAPLTAPLTAApabila instalasi pembangkit listrik tersebut memanfaatkanperbedaan muka air relatif besar, yaitu perbedaan antara muka airsaluran pembuang dan saluran pengangkut atau waduk, makainstalasi ini disebut pembangkit listrik dengan terjun tinggi (highhead). Adapun beberapa bagian dari pembangkit listrik ini yaitu :

� Bangunan pengambilan� Saluran atau terowong pembawa/pengangkut (headrace

canal/tunnel)canal/tunnel)� Pipa pesat (penstock)� Tangki peredam (surge tank)� Rumah Pembangkit Tenaga Listrik (power house)� Saluran pembuang (tailrace)

BangunanBangunanBangunanBangunan PengambilanPengambilanPengambilanPengambilanBangunan pengambilan diperlukan untuk mendapatkan atau melewatkan air dari sungai (sumber air :waduk, danau, sungai) menuju ke rumah pembangkit tenaga listrik (power house) melalui saluran atauterowong pembawa (headrace) dan pipa pesat. Bangunan pengambilan ini dilengkapi dengan pintupengatur dan saringan (trashrack). Trashrack berfungsi untuk menahan benda-benda terapung agartidak masuk ke saluran pengangkut, sehingga tidak masuk turbin dan merusakkannya, sedangkan pintuair dan stop log, digunakan untuk keadaan darurat (emergency), untuk pemeriksaan dan sebagainya.

SaluranSaluranSaluranSaluran PembawaPembawaPembawaPembawa (head(head(head(head race)race)race)race)

Saluran pembawa adalah saluranyang menyalurkan air dari wadukmenuju pipa pesat. Saluran inibiasanya mempunyai kemiringanbiasanya mempunyai kemiringanrelative kecil. Tipe saluranpembawa biasanya sangattergantung pada kondisitopografi dan geologi daerahyang dilewati, dan dapat berupasaluran terbuka, pipa ataupunterowongan, baik bertekananataupun tidak bertekanan

PipaPipaPipaPipa PesatPesatPesatPesatPipa pesat (penstock) biasanyaterbuat dari pipa baja yangmampu menahan tekanan tinggi,dan membawa air dari saluranpembawa ke turbin. Tekanandan aliran didalam pipa pesatadalah sangat besar. Konstruksipipa pesat sering dengankemiringan yang tinggi danbahkan pula vertikal.

TangkiTangkiTangkiTangki PeredamPeredamPeredamPeredam (surge(surge(surge(surge tank)tank)tank)tank)Tangki peredam berupa pipa vertikal dengan tujuan untuk meredam kenaikan tekanan karena waterhammer, yang terjadi akibat pengoperasian turbin ataupun karena sebab-sebab yang lain (contohPLTA Karangkates, PLTA Saguling, dan lain-lain). Tangki peredam ini diperlukan apabilapowerhouse berada jauh dari waduk dan memerlukan pipa pesat untuk mencapai rumahpembangkit tenaga listrik tersebut. Sedangkan untuk power house yang langsung berada dibawahbendungan (tanpa menggunakan pipa pesat, atau memakai pipa pesat sangat pendek) maka surgetank tidak diperlukan, dan waduk akan berfungsi sebagai peredam water hammer tersebut (contoh :PLTA Jatiluhur, PLTA Si Gura-gura, dan lain-lain).

RumahRumahRumahRumah PembangkitPembangkitPembangkitPembangkit TenagaTenagaTenagaTenaga ListrikListrikListrikListrik (power(power(power(power house,house,house,house, rumahrumahrumahrumah sentralsentralsentralsentral))))Rumah pembangkit tenaga listrik merupakan bangunan dimana semuamesin dan peralatan pembangkit tenaga listrik berada didalamnya. Tenagaair (tenaga potensial) diubah menjadi tenaga gerak (tenaga kinetik) melaluiturbin, dan tenaga gerak ini diubah menjadi tenaga listrik melalui generator.Setelah air diambil tenaganya, air dilepas ke saluran pembuang (tailrace).

SaluranSaluranSaluranSaluran PembuangPembuangPembuangPembuang (tailrace)(tailrace)(tailrace)(tailrace)SaluranSaluranSaluranSaluran PembuangPembuangPembuangPembuang (tailrace)(tailrace)(tailrace)(tailrace)Saluran pembuang dapat berbentuk saluran atau terowongan. Saluran inimenampung air dari turbin untuk dibawa ke sungai lagi. Biasanya saluran iniberupa saluran terbuka (free surface flow), tetapi ada juga yang bertekananrendah.

� Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat,karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energikinetik (pada air mengalir).

� Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yangmengalir.

� Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujudenergi mekanis maupun energi listrik.

� Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir

Hydropower

� Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincirair atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun ataualiran air di sungai.

� Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan sebagai penggerakpenggilingan gandum, penggergajian kayu dan mesin tekstil, danMemasuki abad 19 turbin air mulai dikembangkan.

� Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber airbergantung pada besarnya head dan debit air.

� Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah bedaketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka airkeluar dari kincir air/turbin air.

� Total energi yang tersedia dari suatu reservoir air adalahmerupakan energi potensial air yaitu :

mghE = mghE =m adalah massa airh adalah head (m)g adalah percepatan gravitasi (m/s2 )

Daya merupakan energi tiap satuan waktu

ght

m

t

E = QghP ρ=

Pt

E

Qt

m

=

= ρ

P adalah daya Nm/s, (watt) yaituQ adalah kapasitas aliran m3/s

rrrr adalah densitas air kg/m3

QghP ρ=

Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran airdatar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik

2

2

1mvE =

v adalah kecepatan aliran air m/sA adalah luas penampang aliran air m2

2

2

1QvP ρ= 3

2

1AvP ρ=dengan menggunakan persamaan

kontinuitas Q=AV

KincirKincirKincirKincir Air (Water Wheel)Air (Water Wheel)Air (Water Wheel)Air (Water Wheel)

Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadienergi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipekincir air yaitu :

• Kincir Air Overshot• Kincir Air Undershot• Kincir Air Breastshot• Kincir Air Tub

Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam bagian sudu-sudusisi bagian atas, dan karena gaya berat air roda kincir berputar. Kincir air overshotadalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir airyang lain.

KelebihanKelebihanKelebihanKelebihan• Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.• Tidak membutuhkan aliran yang deras.• Konstruksi yang sederhana.• Mudah dalam perawatan.• Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah• Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah

yang terisolir. KekuranganKekuranganKekuranganKekurangan• Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya

reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukaninvestasi yang lebih banyak.

• Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.• Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.• Daya yang dihasilkan relatif kecil.

Kincir Air Undershot

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dindingsudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipeundershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head.Tipe ini cocokdipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata. Tipe ini disebutjuga dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudutyang memutar kincir.

KelebihanKelebihanKelebihanKelebihan• Konstruksi lebih sederhana• Konstruksi lebih sederhana• Lebih ekonomis• Mudah untuk dipindahkanKekuranganKekuranganKekuranganKekurangan• Efisiensi kecil• Daya yang dihasilkan relatif

kecil

Kincir Air Breastshot

Kincir air Breastshot merupakanperpaduan antara tipe overshot danundershot dilihat dari energi yangditerimanya. Jarak tinggi jatuhnyatidak melebihi diameter kincir, arahaliran air yang menggerakkan kincirair disekitar sumbu poros dari kincirair. Kincir air jenis ini menperbaikikinerja dari kincir air tipe under shotkinerja dari kincir air tipe under shot

KelebihanKelebihanKelebihanKelebihan•Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot•Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek•Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datarKekuranganKekuranganKekuranganKekurangan•Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)•Diperlukan dam pada arus aliran datar•Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot

Kincir air Tub merupakan kincir air yangkincirnya diletakkan secara horisontaldan sudu-sudunya miring terhadap garisvertikal, dan tipe ini dapat dibuat lebihkecil dari pada tipe overshot maupuntipe undershot. Karena arah gaya daripancuran air menyamping maka, energiyang diterima oleh kincir yaitu energipotensial dan kinetik.

Kincir Air Tub

KelebihanKelebihanKelebihanKelebihan►Memiliki konstruksi yang lebih ringkas►Kecepatan putarnya lebih cepat

KekuranganKekuranganKekuranganKekurangan►Tidak menghasilkan daya yang besar►Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih teliti

� Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secaraluas untuk pembangkit tenaga listrik.

� Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energimekanis.

� Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjaditenaga listrik.

Turbin Turbin Turbin Turbin AAAAiriririr

tenaga listrik.� Prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air

menjadi energi mekanis.

Turbin Air Dibedakan Menjadi Dua Kelompok Yaitu Turbin Air Dibedakan Menjadi Dua Kelompok Yaitu Turbin Air Dibedakan Menjadi Dua Kelompok Yaitu Turbin Air Dibedakan Menjadi Dua Kelompok Yaitu Turbin Impuls Dan Turbin ReaksiTurbin Impuls Dan Turbin ReaksiTurbin Impuls Dan Turbin ReaksiTurbin Impuls Dan Turbin Reaksi

1. Turbin Impuls

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pda nozle. Air keluarnozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelahmembentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahanmomentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impulsadalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari noseladalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari noseltekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energitinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubahmenjadi energi kecepatan.

TurbinTurbinTurbinTurbin PeltonPeltonPeltonPeltonTerdiri dari satu set sudu jalan yangdiputar oleh pancaran air yangdisemprotkan dari satu atau lebih alatyang disebut nosel. Turbin Peltonadalah salah satu dari jenis turbin airyang paling efisien. Turbin Peltonadalah turbin yang cocok digunakanuntuk head tinggi.

Fig 4. Pelton Turbine

* Power: 100 Kw to 10 Mw* Head: from 100m to 1000m* Diameter : up to 1800mm* Arrangement: * Vertical 3 jets /4 jets* Horizontal 1 jet /2 jets* Double (horizontal 4 jets)

Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudut dibentuk sedemikiansehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebutakan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik danmembebaskan sudut dari gaya-gaya samping..

Untuk turbin dengan daya yangbesar, sistem penyemprotanairnya dibagi lewat beberapanosel. Dengan demikian diameterpancaran air bisa diperkecil danmemberi sudut lebih kecil

Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebihkurang 150 meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudahmencukupi

TurbinTurbinTurbinTurbin TurgoTurgoTurgoTurgoTurbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbinpelton turbin turgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda.Pancaran air dari nozle membentur sudut pada sudut 20o. Kecepatan putarturbin turgo lebih besar dari turbin Pelton. Akibatnya dimungkinkantransmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensitotal sekaligus menurunkan biaya perawatan

TurbinTurbinTurbinTurbin CrossflowCrossflowCrossflowCrossflowSalah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakanpenemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yangmemproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapat dioperasikan pada debit 20 litres/sechingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m

Turbin Zcrossflow menggunakan nozlepersegi panjang yang lebarnya sesuai denganlebar runner. Pancaran air masuk turbin danmengenai sudu sehingga terjadi konversienergi kinetik menjadi energi mekanis. Airmengalir keluar membentur sudu danmemberikan energinya (lebih rendahmemberikan energinya (lebih rendahdibanding saat masuk) kemudianmeninggalkan turbin. Runner turbin dibuatdari beberapa sudu yang dipasang padasepasang piringan paralel.

2222.... TurbinTurbinTurbinTurbin ReaksiReaksiReaksiReaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yangmenyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selamamelalui sudut. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya padasudut sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapatberputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip inidikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksisepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumahsepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumahturbin.

TurbinTurbinTurbinTurbin FrancisFrancisFrancisFrancisTurbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air tekanan tinggidi bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin Francis menggunakan sudupengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara tangensial. Sudu pengarah pad turbin Francisdapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya.Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diaturmerupakan pilihan yang tepat

Fig 3. Francis Turbine

* Power: 100 Kw to 15 Mw

* Head: from 15m to 200m

* Diameter: 250 to 3500mm

* Arrangement:

* Vertical shaft

* Horizontal shaft

* Semi spiral casing or full

spiral casing

* Double francis (2 runners )

TurbinTurbinTurbinTurbin KaplanKaplanKaplanKaplan &&&& PropellerPropellerPropellerPropellerTurbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusundari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tigahingga enam sudut

Fig 2 Kaplan Turbine

* Power: 100 Kw to 7 Mw

* Head: from 1.80m to 25m

* Runner blades : 4 /5 /6

* Diameter: 700 to 4000mm

* Simple or double regulation

* Arrangement:

* Vertical* Vertical

* S type

* Horizontal ( Pit)

* Inclined simple regulated

The generator, as you might have guessed, generates the electricity. The basic

process of generating electricity in this manner is to rotate a series of

magnets inside coils of wire. This process moves electrons, which produces

electrical current.

Pengertian dan prinsip PLTAPembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah suatu bentuk perubahantenaga air dengan ketinggian dan debit tertentumenjadi tenaga listrik,dengan menggunakan turbin air dangenerator. Daya (power) yang dihasilkandapat dihitung berdasarkan rumus berikut (Arismunandar dan Kuwahara,1991) :P = 9,8 x H eff x Q (kW)