bagaimana membangun plta skala kecil
DESCRIPTION
semoga bermnafaatTRANSCRIPT
BAGAIMANA MEMBANGUN PLTA SKALA KECIL ?
PLTMH Cijedil
Bagaimana membangun PLTA Skala Kecil ?. “ Listrik Energi” edisi April 2008 menyajikan artikel tentang PLTM Girimukti yang berkapasitas 2 x 6 MW yang dibangun oleh PT Girimukti Energi di Cianjur Selatan.
Winarno, Direktur Teknik PLTM tersebut, mengatakan bahwa factor pemicu untuk merealisasikan PLTM tersebut adalah adanya krisis listrik yang terjadi akhir-akhir ini. Alasan lain yang mendukung pembangunan PLTM tersebut adalah dari aspek konservasi energi dan keramahan lingkungan, pemanfaatan energi setempat, penghematan bahan bakar minyak dan dukungan terhadap peta jalan Bali.
Adanya krisis energi, yang ditandai dengan naiknya harga minyak bumi, memang sekarang telah sampai pada tingkat yang tidak terbayangkan sebelumnya.. Sebagai ilustrasi pada tahun 2005 harga minyak bumi yang naik dari 40 Dollar AS per barel menjadi 60 Dollar AS per barel telah menjadi goncangan yang besar bagi perekonomian internasional dan nasional. Namun pada akhir tahun 2007 dan awal tahun 2008 ini hal yang sama terjadi, harga minyak bumi terus meningkat dan menyentuh angka 100 Dollar AS per barrel, bahkan pada Juni 2008 sempat menyentuh 150 dollar AS. Sekarang wacana harganya akan menyentuh 200 Dolar bukan merupakan hal yang mustahil.Jadi memang tidak ada alasan lain, pembangkit listrik dengan bahan bakar minyak bumi harus dikurangi peranannya sampai seminimal mungkin. Pembangkit listrik dari sumber-sumber energi lain yang bersifat renewable seperti tenaga air harus dibangun, mengingat potensinya yang masih sangat besar dan relatif belum banyak dimanfaatkan.Berbicara tentang potensi tenaga air khususnya PLTA Skala Kecil kayaknya tidak perlu diperdebatkan lagi, karena potensinya sangat besar. Namun pada kesempatan ini penulis ingin membahas atau
menjawab pertanyaan :”bagaimana caranya membangun dan mengusahakan PLTASK ?” Apa yang harus dilakukan oleh seseorang jika ingin terjun dan mengusahakan PLTA Skala Kecil ?
Berapa Biayanya ?Bagaimana prospek bisnis membangun PLTA ? dan berapa biayanya ? berapa untungnya ? dan berapa lama break event point ?Merupakan pertanyaan yang sering penulis dengar terutama dari teman-teman yang ingin memahami tentang PLTA, khususnya PLTA Skala Kecil..Namun kalau kita bicara tentang PLTM yang sekelas dengan Girimukti yang kapasitasnya 2 x 6 MW, mungkin banyak yang kaget ? Karena kalau kita coba perkirakan berapa investasi untuk membangun PLTM tersebut, maka angkanya akan berkisar pada nilai 200 milyar rupiah ? Suatu jumlah yang sangat besar. Namun sebenarnya Girimukti telah dapat dikatagorikan sebagai PLTA yang besar, karena energi yang dihasilkannya cukup besar, sehingga wajar biaya investasinya berkisar pada angka 200 milyar rupiah.Supaya para calon investor tidak kaget dan mundur melihat angka yang besar tersebut, perlu dijelaskan bahwa banyak peluang untuk investasi pada PLTA SK yang ukurannya lebih kecil, sesuai dengan budget yang akan diinvestasikan. Katakanlah dengan investasi sebesar Rp 10 milyar atau Rp 1 milyar, banyak pilihan yang tersedia.Untuk memahami lebih lanjut tentang PLTASK, kita akan kita terlebih dahulu melihat apa yang dikatagorikan sebagai PLTA skala kecil tersebut.Secara umum Pusat Listrik Tenaga Air dapat dikatagorikan sesuai besar daya yang dihasilkannya, sebagaimana pada tabel berikut (Severn Wye Energy Agency, www.swea.co.uk)
No. JENIS DAYA / KAPASITAS1. PLTA > 5 MW ( 5.000 kW).2. PLTM 100 kW < PLTM < 5.000 kW3. PLTMH < 100 kW
Hanya saja klasifikasi yang membedakan antara PLTA (besar), PLTM (minihidro) serta PLTMH (mikrohidro) tersebut tidaklah terlalu ketat sebagaimana yang tercantum pada tabel di atas. Karena belum ada kesepakatan yang ketat dalam klasifikasi tersebut.Sebagai contoh ada yang mendifinisikan bahwa yang dikatagorikan sebagai PLTA (besar) harus mempunyai kapasitas di atas 10 Mega Watt. Demikian juga untuk Mikrohidro, beberapa pihak menyebutkan bahwa kapasitasnya sampai 500 kilo Watt. Jadi memang tidak salah kalau disebutkan PLTA Girimukti sebagai
PLTM, namun pilihan PLTASK yang di bawah 100 kW juga tersedia sebagai ladang investasi. Nilainya tentu di bawah angka 2 milyar rupiah.
Mencari Terjunan AirLangkah pertama jika ingin membangun PLTA adalah mencari potensi terjunan air. Karena pada dasarnya PLTA bekerja dengan memanfaatkan energi potensial yang timbul jika air mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang rendah.Energi air tersebut dimanfaatkan untuk memutar turbin air yang menggerakkan generator penghasil tenaga listrik.Untuk memanfaatkan energi potensial air tersebut, air dialirkan dari posisi yang lebih tinggi ke posisi yang lebih rendah melalui pipa yang biasa disebut sebagai pipa pesat. Besar daya yang dapat dibangkitkan pada pembangkit listrik tenaga air ditentukan oleh 2 (dua) faktor, yaitu :
1. Beda ketinggian antara bagian atas aliran air sebelum masuk pipa pesat dengan ketinggian air saat keluar pipa pesat, atau lazim disebut sebagai Head. Satuannya meter (m).2. Debit aliran air yang mengalir melalui pipa pesat dan menggerakkan turbin. Satuannya meter kubik per detik (m3/s)Daya teoritis (P) yang dapat dihasilkan oleh laju aliran air dan ketinggian tertentu berbanding lurus (proporsional) dengan head H dan laju aliran (Q), secara sederhana adalah sebagai berikut :
P = Q x H x η x 10dimana : P = daya yang dihasilkan ( kW Q = debit aliran air ( m3 /s ) H = tinggi jatuh (head) bruto ( m ) η = efisiensi total (turbin, generator, pipa pesat, dll),Contoh :1. Suatu lokasi memiliki tinggi jatuh atau Head bruto sebesar 30 meter. Jumlah laju aliran air sebesar 200 liter per detik atau 0,2 m3/ detik, maka besar daya yang dibangkitkan adalah : P = 0,5 x 0,2 x 30 x 10 = 30 kilo Watt2. Suatu lokasi memiliki tinggi jatuh atau Head bruto sebesar 21 meter. Jumlah laju aliran air sebesar 1300 liter per detik atau 1,3 m3/ detik, maka besar daya yang dibangkitkan adalah : P = 1,3 x 21 x 0,5 x 10 = 136,5 kWCatatan : pada contoh di atas efisiensi total diambil 0,5. Angka tersebut sangat moderat sebagai dasar perhitungan awal. Umumnya nilainya lebih tinggi tergantung pada kapasitas, jenis turbin, diameter dan panjang pipa pesat.
Instalasi PLTASK
Secara skematis susunan PLTASK dapat dilihat pada gambar typical PLTASK di bawah ini :
Susunan PLTA Skala Kecil ( www.microhydropower.net )
Air yang mengalir di sungai dibelokkan alirannya oleh Weir (bendung), sehingga aliran air tersebut mengalir lewat bangunan sadap (Intake) . Pada intake terdapat bak pengendap (settling basin) yang berfungsi untuk menghendapkan butir-butir pasir dan lumpur dari air. Dari bak penenang air dialirkan melewati saluran pembawa (head race) menuju bak penenang. (forebay).Bak penenang (forebay) berfungsi untuk menenangkan atau menurunkan kecepatan air sebelum masuk ke penstock. Bak penenang ini juga biasanya berfungsi sebagai bak pengendap, yaitu mengendapkan sisa-sisa partikel-partikel pasir dan lumpur yang masih terbawa lewat saluran penghantar. Dari forebay air mengalir lewat saluran pipa tertutup yang disebut pipa pesat (penstock).Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi energi mekanik. Poros turbin dihubungkan dengan generator yang selanjutnya menghasilkan energi listrik.
PLTMH Melong 2 x 50 kW
Peralatan ElektromekanikPeralatan elektromekanik terdiri dari turbin, generator, transmisi mekanik, transformer dan jaringan transmisi. Biasanya peralatan turbin, generator dan transmisi mekanik serta kontrol sudah merupakan satu set turbin generator. Untuk kapasitas cukup besar 6 MW seperti Girimukti pilihannya dapat membelinya dari Eropa Barat atau Jepang, kapasitasnya paling handal, namun mahal. Dari Eropa Timur cukup baik dan handal, harganya lebih murah sedikit. Pilihan lain membelinya dari China, lebih murah, namun keandalan sesuai dengan harganya.Untuk skala kecil, dengan kapasitas PLTASK sampai 500 kW, sebaiknya membeli produksi dalam negri yang lebih murah dan cukup handal. Tersedia cukup banyak pilihan, termasuk juga membeli produk dari China. Para investor dapat menjajaki sendiri pilihan-pilihan berserta harganya tersebut. Satu hal yang perlu dipertimbangkan meskipun produk dari China cukup banyak dan
kompetitif, produksi dalam negri mempunyai keunggulan kompetitif. Dimana untuk penyediaan sparepart dan perbaikan atau pemeliharaan, akan lebih gampang dan murah pelaksanaannya karena tidak perlu lagi mengimpor sparepart dan mendatangkan teknisi dari luar negri. Demikian juga halnya kalau perlu melakukan modifikasi mesin-mesin akan lebih mudah.
Analisa InvestasiSetelah dilihat adanya potensi site yang dapat dibangun PLTA Skala Kecil maka calon investor perlu membuat rencana dan analisa investasi, artinya harus membuat perkliraan biaya dan pendapatan yang akan diperoleh dari investasi tersebut.Berikut sebagai contoh analisa pendahuluan kita ambil contoh untuk proyek PLTASK yang berkapasitas 190 kW. Karena potensi tenaga air dengan kapasitas antara 100 sampai 500 kW tersebut cukup banyak dan belum tercatat pada peta potensi tenaga air di Indonesia. Penulis pernah mengikuti suatu survey pendahuluan untuk melihat potensi PLTASK di suatu kecamatan di Jawa Barat dan pada kesempatan tersebut kami menemukan 4 lokasi PLTASK yang bisa dibangun dengan daya sekitar 200 sampai 300 kW per lokasinya.Berikut adalah salah satu dari hasil survey tersebut, setelah disesuaikan dengan harga-harga terbaru serta dengan perhitungan yang disederhanakan. Namun penulis hanya menghitung dengan metoda break event point sederhana. Untuk kondisi sebenarnya tentunya harus memasukkan faktor bunga pinjaman, cost of money, net present value, IRR, equity, debt interest dan sebagainya.
Data Umum :Tinggi jatuh ( Head) : 36 meterDebit rata-rata : 1200 liter/detikDebit rencana : 1 x 800 liter/ detikKapasitas : 1 x 190 kilo Watt
Rencana Anggaran Biaya (RAB) :
No. URAIAN Harga (x1.000 Rp)
Harga Total (x 1.000 Rp)
A. PEKERJAAN SIPIL 1.470.0001. Pekerjaan Persiapan 30.0002. Pekerjaan Bendung dan Intake 100.0004. Pekerjaan bak Penenang & Spillway 350.0007. Pipa pesat 800.0008. Power house 130.0009. Tail race 50.00010.Tallud pengaman 10.000
B. PERALATAN ELEKTRIKAL MEKANIKAL 900.000
C. JARINGAN DISTRIBUSI 200.000 Jumlah 2.570.000 PPN 10 % 257.000 Jumlah total 2.827.000
Terbilang : Dua milyar delapan ratus duapuluh tujuh juta rupiah
Pendapatan :Dalam analisa financial ini biaya (cost) terdiri dari biaya modal (capital cost) dan biaya operasi (operating cost). Sedangkan revenue adalah penerimaan dari hasil penjualan tenaga listrik yang dibangkitkan PLTASK tersebut.
Perhitungan revenue per tahun adalah sebagai berikut :Dengan kapasitas terpasang sebesar 1 x 190 kW, serta pengukuran debit air sungai sebesar 2000 liter per detik pada bulan Mei 2006 (musim kemarau), sedangkan untuk menghasilkan daya sebesar 1 x 190 kW hanya membutuhkan debit sebesar 800 liter per detik.
Berdasarkan data tersebut dengan asumsi PLTASK beroperasi dengan factor kapasitas (capacity factor, c.f) sebesar 60 %, akan dihasilkan energi listrik per tahun sebesar :
0,60 x 8760 hour x 190 kW = 998.640 kWHSehingga revenue per tahun adalah sebesar :
= 998.640 x Rp 500,-= Rp 499.320.000,-
Biaya modal untuk proyek ini adalah biaya pembangunan yang tercantum pada RAB di atas, yaitu sebesar Rp 2.827.000.000,-Biaya operasi terdiri dari :a. Biaya operator sebesar Rp 50.000.000,- per tahun.b. Biaya pemeliharaan sebesar Rp 10,000,000,- per tahunc. Retribusi air Rp 10,- per kWh = 998.640 x Rp 10,- = Rp 9.986.400,-Dengan demikian jumlah biaya operasi per tahun adalah sebesar : = Rp 50,000,000,- + Rp 10,000,000,- + Rp 9.986.400 = Rp 69.986.400,-
Pendapatan pertahun = Rp 499.320.000 – Rp 69.986.400,- = Rp 429.333.600,-
Dengan pendapatan sebesar Rp 429.333.600,- tersebut, maka modal pembangunan sebesar Rp 2.827.000.000,- akan break event dalam waktu 6,59 tahun.
Namun tentunya perhitungan yang sebenarnya tidak sesederhana di atas, untuk dapat memperoleh hasil kelayakan finansial yang sebenarnya, harus dibuat perhitungan keuangan yang rinci sehingga lebih mendekati kondisi yang nyata.
Langkah BerikutnyaSetelah secara umum telah didapat tentang peluang-peluang yang ada untuk menanamkan modal pada proyek pembangunan PLTASK. Tentunya masih banyak langkah yang harus ditempuh untuk mewujutkan proyek tersebut.
Langkah-langkah yang perlu ditempuh adalah sebagai berikut :1. Pembuatan studi kelayakan, hal ini dapat dilakukan sendiri atau menyewa konsultan yang akan membuat rencana rinci termasuk perhitungan finansial atas kelayakan proyek tersebut.2. Pendekatan ke Pemerintah Daerah untuk untuk proses ijin-ijin yang antara lain mencakup : ijin pembangunan dan pengoperasian PLTASK, ijin pemanfaatan air irigasi atau sungai, proses pembebasan tanah, serta tarip retribusi air.3. Pengajuan proposal ke PLN setempat untuk pembuatan kontrak jual beli tenaga listrik, diikuti dengan negosiasi untuk mencapai kesepakatan jual beli tenaga listrik beserta syarat-syarat teknis dan finansial.Dalam pelaksanaannya hal yang paling krusial dalam pembangunan PLTASK adalah butir no. 2, yaitu bagaimana mendapat perijinan dari pemerintah daerah dan proses pembebasan tanah. Perijinan penggunaan air sungai atau irigasi serta pembebasan tanah memerlukan pendekatan sosial yang rumit. Dengan karakteristik PLTASK yang memiliki banyak interaksi dengan masyarakat setempat, maka investor harus memperhatikan karakteristik dan kepentingan masyarakat dimana PLTASK tersebut berlokasi. Dari contoh-contoh PLTASK yang berhasil salah satu caranya adalah dengan mengikutsertakan masyarakat setempat sebagai pemilik saham proyek.Keterlibatan masyarakat dalam kepemilikan PLTASK mempunyai banyak manfaat, selain untuk memudahkan proses perijinan dan pembebasan tanah, mengingat investasi ini adalah investasi jangka panjang, jika masyarakat memiliki saham pada PLTASK maka masyarakat akan ikut menjaga kelangsungan operasi dari PLTASK tersebut. Kepemilikan saham masyarakat tersebut dapat dilakukan dengan membentuk koperasi. Dengan demikian masyarakat secara rutin akan memperoleh penghasilan dari penjualan listrik ke PLN
yang dapat dipakai untuk membiayai berbagai kegiatan dan pembangunan. Keterlibatan masyarakat juga akan menjamin kelangsungan pengoperasian PLTASK dengan menjaga kelestarian sumber air yang dipakai sebagai penggerak pembangkit listrik tersebut. Dengan demikian pembangunan PLTASK di daerah pedesaan mempunyai manfaat yang sangat besar, baik bagi investor, masyarakat setempat, serta untuk kelestarian sumber daya air dan hutan.
KONSEP PEDOMAN DESAIN PLTA SKALA KECIL
Bagian I : PendahuluanKonsep Pedoman desain teknik pembangkit listrik tenaga air skala kecil ini disusun sebagai salah satu acuan panduan teknik bagi pihak-pihak yang berminat untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga air skala kecilDalam konsep pedoman ini dijelaskan tentang syarat-syarat teknis yang harus dipenuhi dalam perencanaan, pembangunan dan pengoperasian PLTA Skala Kecil tersebut.Adapun yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil pada konsep ini adalah Pembangkit Listrik Tenaga Air yang mempunyai kapasitas daya terpasang netto maksimal 1.000 kW.Pemilihan kapasitas terpasang pada pembangkit listrik skala kecil tersebut diserahkan kepada pihak-pihak yang akan membangunnya, yaitu setelah memperhitungkan faktor-faktor teknis, ekonomi dan sumber daya tenaga air yang ada.Mudah-mudahan konsep ini dapat bermanfaat bagi pengembangan pembangkit listrik tenaga air skala kecil di Indonesia.
Bagian II : Pembangkit Listrik Tenaga AirPada dasarnya Tenaga Air bekerja dengan memanfaatkan energi potensial yang timbul jika air mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang rendah. Pada PLTA energi air tersebut dimanfaatkan untuk memutar turbin air yang menggerakkan generator penghasil tenaga listrik.Untuk dapat memanfaatkan energi potensial air tersebut maka air dari posisi yang lebih tinggi ke posisi yang lebih rendah tersebut dialirkan melalui pipa yang biasa disebut sebagai pipa pesat. Besar
energi yang dapat dibangkitkan pada pembangkit listrik tenaga air ditentukan oleh 2 (dua) faktor, yaitu :1. Beda ketinggian antara bagian atas aliran air sebelum masuk pipa pesat dengan ketinggian air saat keluar pipa pesat, atau lazim disebut sebagai Head. Satuannya meter (m).2. Debit aliran air yang mengalir melalui pipa pesat dan menggerakkan turbin. Satuannya meter kubik per detik (m3/s)Daya teoritis (P) yang dapat dihasilkan oleh laju aliran air dan ketinggian tertentu berbanding lurus (proporsional) dengan head H dan laju aliran (Q), sebagai berikut : P = ρ x g x Q x H x ηdimana : P = daya yang dihasilkan ( kW ) ρ = berat jenis air ( kg / m3 ) g = percepatan gravitasi ( m / s2 ) Q = debit aliran air ( m3 /s ) H = tinggi jatuh, head ( m ) η = efisiensi total
Bagian III : Bagian-Bagian PLTA Skala Kecil Sampai 1.000 KW Susunan BangunanPada dasarnya suatu pembangkit listrik tenaga air berfungsi untuk mengubah potensi tenaga air yang berupa aliran air (sungai) yang mempunyai debit dan tinggi jatuh (head) untuk menghasilkan energi listrik. Untuk dapat memanfaatkan potensi alam akan listrik tenaga air tersebut maka dibangun suatu PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) yang mencakup bangunan sipil dan peralatan elektromekanikal.Dalam penerapannya di lapangan antara PLTA besar dengan PLTA Skala kecil perbedaan utamanya adalah dari segi ukuran atau dimensinya, dimana ukuran atau dimensi PLTA besar jauh lebih besar, sementara pada PLTA skala kecil sesuai dengan kapasitas daya listrik yang dihasilkan, maka dimensinya jauh lebih kecil. Disamping itu dari sisi kerumitannya PLTA Skala Kecil lebih sederhana, misalnya peralatan kontrolnya, ataupun pada bangunan sipil yang biasanya tidak dilengkapi oleh waduk (reservoir).Air yang mengalir di sungai dibelokkan alirannya oleh Weir (bendung), sehingga aliran air tersebut mengalir lewat bangunan sadap (Intake) . Pada intake terdapat bak pengendap (settling
basin) yang berfungsi untuk menghendapkan butir-butir pasir dan lumpur dari air. Dari bak penenang air dialirkan melewati saluran pembawa (head race) menuju bak penenang. (forebay).Bak penenang (forebay) berfungsi untuk menenangkan atau menurunkan kecepatan air sebelum masuk ke penstock. Bak penenang ini juga biasanya berfungsi sebagai bak pengendap, yaitu mengendapkan sisa-sisa partikel-partikel pasir dan lumpur yang masih terbawa lewat saluran penghantar. Dari forebay air mengalir lewat saluran pipa tertutup yang disebut pipa pesat (penstock).Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi energi mekanik. Poros turbin dihubungkan dengan generator, baik dikopel secara langsung sehingga putaran turbin dan generator sama, maupun dengan memakai sistem transmisi mekanik lain jika putaran antara turbin dan generator tidak sama. Putaran generator tersebut selanjutnya menghasilkan energi listrik.
Bagian IV : Bangunan SipilBangunan sipil yang ada pada Pembangkit Listrik Skala Kecil kapasitas sampai 1.000 kW umumnya adalah sebagai berikut :
1. Bendung (weir) dan intake2. Saluran penghantar3. Kolam pengendap (settling basin)4. Bak penenang (forebay tank)5. Pipa pesat (penstock).6. Bangunan Power House7. Saluran Pembuang (tail race)
Namun susunan bangunan sipil seperti di atas tidak merupakan sesuatu yang baku, kolam pengendap dan kolam penenang misalnya mempunyai fungsi yang hampir sama. Jika kondisi air yang akan dialirkan ke turbin melalui pipa pesat telah cukup bersih dan tenang, bisa saja kolam penenang dan bak pengendap tersebut disatukan.Contoh lain adalah pipa pesat, pada PLTA skala kecil yang mempunyai Head sangat rendah maka pipa pesat mungkin saja dihilangkan.Dengan adanya berbagai variasi tersebut maka pengembang PLTA Skala Kecil dapat memperhitungkan desain bangunan sipil yang
cocok dengan mempertimbangkan faktor teknis, ekonomi, lingkungan dan keselamatan kerja.Secara umum faktor-faktor teknis yang harus dipertimbangkan / diperhitungkan dalam desain Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil sampai 1.000 kW, antara lain adalah sebagai berikut :1. Pemakaian head yang tersedia,2. Perubahan/ variasi laju aliran air.3. Sedimentasi atau pengendapan Lumpur4. Kondisi air banjir,
Bendung (Weir) Dan IntakePada suatu PLTA Skala Kecil, air yang mengalir untuk menggerakkannya haruslah andal dan dapat dikendalikan, baik pada saat ketinggian air pada sungai tersebut sedang tinggi (banjir) maupun pada saat sungai airnya berkurang (surut).Bendung (weir) berfungsi untuk menaikkan permukaan air sungai sehingga pasokan air ke intake dapat terjaga constant. Kadang–kadang hal tersebut dapat dicapai tanpa membangun bendung. Misalnya kolam permanen pada sungai dapat berfungsi menggantikan weir.Bangunan sadap (intake) dirancang untuk membelokkan sebagian aliran sungai baik sebagian atau sampai 100 % aliran air dipakai untuk menggerakkan Pembangkit Listrik.Syarat-syarat intake adalah sebagai berikut :a. Dapat mengalirkan air untuk menggerakkan Pembangkit Listrik.b. Sedapat mungkin tidak atau sedikit memerlukan pekerjaan pemeliharaan.
c. Harus dapat mencegah masuknya material besar ke saluran.d. Dapat membuang sediment yang ada secara periodic.e. Dilengkapi dengan spillway untuk melimpahkan air yang berlebih.
Dari syarat-syarat di atas maka pengembang dapat memilih jenis dan ukuran weir dan intake, sesuai dengan pertimbangan teknis dan ekonomis, yang antara lain adalah :
1.Side Intake without Weir :2. Side Intake with Weir3. Bottom Intake
Kolam Pengendap (Settling Basin)
Air yang mengalir dari sungai untuk mennggerakkan turbin biasanya membawa larut partikel-partikel kecil. Larutan ini terdiri dari material abrasive seperti pasir yang dapat merusak sudu turbin. Untuk memisahkan material ini dari air, aliran air harus dipelankan melewati settling basin sehingga material lumpur (silt) tersebut dapat mengendap (settled) pada dasar kolam. Tumpukan lumpur yang mengendap secara periodik dapat dicuci / gelontor (flushed away).Dari ukuran terkecil partikel yang diijinkan masuk ke pipa pesat, maka kecepat air maksimum yang mengalir pada settling basin dapat dihitung. Semakin kecil kecepatan air pada settling basin maka semakin sedikit partikel yang masuk ke pipa pesat.
Saluran Terbuka.Saluran terbuka mengalirkan air dari intake atau kolam pengendap (settling basin) ke bak penenang (forebay). Panjang saluran bervariasi tergantung lokasi site nya. Pada satu kondisi kombinasi saluran yang panjang dan pipa pesat yang pendek lebih cocok dan lebih murah. Sedang untuk PLTA Skala Kecil yang lain lebih cocok kombinasi saluran terbuka yang pendek dan pipa pesat yang panjang.Ukuran dan bentuk saluran biasanya merupakan kompromi antara biaya dan berkurangnya head.
Spillway (Pintu Pelimpah)Spillway dirancang untuk mengijinkan limpahan (overflow) pada beberapa titik tertentu bangunan air. Pada PLTA Skala Kecil , spillway dapat dibangun pada beberapa titik sesuai dengan kebutuhannya, misalnya pada bendung, kolam pengendap, saluran air dan bak penenang. Spillway harus cukup untuk membuang kelebihan aliran air jika terjadi banjir.
Bak Penenang (Forebay Tank)Bak penenang (Forebay tank) menghubungkan antara saluran terbuka dengan pipa pesat. Tujuan utama dari forebay tank ini adalah agar partikel-partikel yang masih ada pada air dapat turun dan tidak memasuki pipa pesat. Forebay ini juga dapat berfungsi sebagai reservoir (kolam tando) untuk menyimpan air.Sebuah pintu air (sluicy gate) biasanya dipasang sehingga dapat menutup aliran sebelum masuk pipa pesat. Di depan pipa pesat biasanya juga dipasang saringan (trashrack) untuk mencegah benda-benda besar memasuki pipa pesat.
Bak penenang harus dilengkapi spillway yang dimensinya cukup untuk melimpahkan kelebihan air.
Pipa PesatPipa pesat (penstock) adalah pipa yang mengalirkan air bertekanan dari bak penenang (forebay tank) ke turbin.Untuk memperoleh head yang tinggi sehingga kapasitas PLTA Skala Kecil juga, maka diameter pipa pesat dapat dinaikkan sehingga losses nya berkurang, namun hal tersebut akan menaikkan biaya konstruksi khususnya pipa pesat. Dengan demikian maka harus dilakukan kompromi antara biaya dan kapasitas PLTA Skala Kecil.Dalam pemilihan material maka pihak Developer / pengembang PLTA Skala Kecil harus mempertimbangkan persyaratan teknis dan ekonomis, dengan tidak mengorbankan factor keamanan.
Desain Pipa PesatPipa pesat ditentukan sifat-sifatnya berdasarkan material, diameter , ketebalan serta jenis penyambungan.
- Material pipa pesat dipilih.- Diameter pipa pesat dipilih pada diameter yang dapat mengurangi
frictional losses aliran air di dalam pipa pesat sampai pada tingkat yang dapat diterima.
- Tebal dinding pipa pesat dipilih untuk menahan maximum internal hydraulic pressure. Termasuk transient surge pressure yang terjadi.
Diameter dan Tebal Pipa PesatPada dasarnya untuk menentukan diameter pipa pesat harus dilakukan kompromi atau trade-off antara harga pipa pesat dengan kehilangan daya hidraulik (losses) pada saat air mengalir melalui pipa pesat. Karena secara umum jika diameter pipa pesat diperbesar maka akan berakibat losses menjadi turun, namun pada sisi lain jika diameter diperbesar maka harga pipa pesat akan naik.Sedangkan tebal pipa pesat harus diperhitungkan sedemikian rupa sehingga dapat menahan tekanan air yang ada di dalamnya, baik tekanan statis maupun dinamis.Pipa pesat dapat berada di permukaan tanah ataupun ditimbun di dalam tanah. Hal tersebut antara lain tergantung atas material
pipa, keadaan / kemiringan permukaan tanah , lingkungan dan ekonomis.
Rumah Pembangkit (Power House) Rumah pembangkit atau power house adalah bangunan tempat memasang
mesin pembangkit yaitu turbin, generator, panel kontrol, peralatan pendukung, serta ruang untuk operator. Power house didesain untuk melindungi mesin pembangkit dan peralatan lainnya dari perubahan cuaca.
Dalam pembangunan Power House harus diperhatikan kekuatan fondasi, terutama fondasi turbin yang akan menahan gaya potensial dan kinetik dari air yang mengalir melalui pipa pesat dan turbin.
Standar minimal bangunan Power house harus dilengkapi dengan ruang mesin, ruang operator, kantor dan kamar mandi.
Contoh spesifikasi teknik power house adalah :
No. Uraian Spesifikasi
1. Fondasi Batu kali 1 : 2
2. Fondasi turbin Beton bertulang
3. Dinding Pasangan bata merah 1 : 4
4. Rangka Besi
5. Kusen Kayu
6. Lantai Keramik
7. Atap Genting
8. Pintu Kayu profil
9. Jendela Kayu profil dan kaca
Dimensi Power House
Dimensi power house harus memperhitungkan persyaratan-persyaratan teknis, serta keselamatan kerja dan lingkungan yang ada.
Saluran Pembuang (Tailrace)
Saluran Pembuang (Tail race) adalah saluran tempat menyalurkan air setelah melewati turbin, yang selanjutnya kembali mengalir ke sungai semula.
Konstruksi tail race : pasangan batu dan beton pada bagian lantai penutup.
Dimensi tailrace harus sedemikian rupa sehingga cukup untuk menampung aliran air maksimal yang keluar dari turbin sehingga tidak terjadi banjir.
Bagian V : Peralatan Mesin Dan Listrik (Turbin, Transmisi Mekanik, Generator, Kontrol, Trafo Dan Transmisi) TurbinTurbin mempunyai fungsi untuk mengubah energi ketinggian air menjadi daya putaran poros.Setiap turbin mempunyai daerah operasi sendiri sehingga mampu mengasilkan energi listrik dengan efisiensi yang memadai. Daerah operasi optimal tersebut ditentukan oleh besar head operasi turbin air tersebut. Turbin air dapat dibagi atas head tinggi, head menengah dan head rendah. Disamping itu dari segi beroperasinya turbin air dibedakan atas turbin impuls dan turbin reaksi.
Head tinggi Head Menengah Head rendah
Turbin impuls
Pelton
Turgo
Cross-flow
Multi-jet pelton
Turgo
Cross-flow
Turbin reaksi Francis Propeller
Kaplan
Para pengembang dapat memilih sendiri jenis dan ukuran turbin yang akan dipakai pada PLTM/ PLTMH, dengan memperhitungkan factor teknis, ekonomis.
Pemilihan Jenis TurbinFaktor-faktor yang mempengaruhi atau menjadi kriteria dalam memilih jenis turbin air yang dipakai pada tenaga air adalah sebagai berikut :1. Tinggi jatuh netto (Hnetto).2. Debit air3. Daya turbin (P)4. Kecepatan putar turbinPengembang dapat memilih jenis turbin air yang akan dipakai dengan memperhitungkan aspek teknis dan ekonomis.
Sistem Transmisi / Drive Sistem (System Penggerak)
Sistem penggerak meneruskan daya dari poros turbin ke poros generator atau poros lain yang dipakai untuk menggerakkan peralatan lain. Sistem transmisi tersebut juga berfungsi untuk mengubah kecepatan putar dari satu poros ke poros yang lain, jika kecepatan putar turbin berbeda dengan kecepatan generator atau peralatan lain yang harus diputarnya.Berikut adalah jenis-jenis system penggerak / transmisi mekanik pada mikrohidro :1. Penggerak langsung.2. Flat belt dan pulley3. V atau wedge belt dan pulley4. Chain and sprocket5. GearboxPengembang Pembangkit Listrik Skala Kecil kapasitas sampai 1.000 kW dapat memilih system transmisi mekanik yang dipakai pada PLTM atau PLTMH yang bersangkutan, dengan mempertimbangkan factor teknis dan ekonomis.
Peralatan ListrikDaya mekanik yang dihasilkan oleh turbin air dipakai untuk menghasilkan listrik dengan menggunakannya untuk menggerakkan generator yang akan mengubah energi mekanik menjadi enerfi listrik. Type generator yang sering dipakai adalah generator yang menghasilkan arus bolak balik yang dikenal sebagai alternator.Mengulang teori listrik sederhana, aliran listrik atau arus (simbolnya I) mempunyai satuan amper (A), beda tegangan (V) diukur dalam Volt (V). Daya (P) diukur dalam Watt (W) atau lebih sering dalam kilowatt ( 1 kW = 1000 W).Tahanan ( R ) dari suatu rangkaian listrik menunjukkan bagaimana baiknya listrik mengalir (konduktor yang jelek mempunyai tahanan yang tinggi). Tahanan diukur dalam Ohm (W) dan ekual dengan perbedaan potensial (voltage drop) dibagi arus. Kapasitansi ( C ) menunjukkan derajat dimana energi disimpan pada medan listrik dibandingkan yang dipakai untuk kerja, dan induktansi ( L ) sama dengan kapasitansi tetapi mengacu pada medan megnet..
GeneratorGenerator induksi dan generator sinkron menghasilkan arus bolak-balik (AC). Keunggulan dari arus bolak-balik (AC) adalah dapat
menyalurkan daya listrik pada jarak yang cukup jauh. Berlainan jika kita menggunakan arus searah yang hanya dapat menghasilkan listrik untuk penggunaan pada jarak yang sangat dekat atau pada power house. Dengan demikian maka arus bolak-balik cocok untuk proyek kelistrikan karena beban listrik biasanya tersebar dan sering jaraknya jauh dari generator.Generator induksi mempunyai keunggulan dan sering dipakai untuk penyediaan tenaga listrik di daerah terpencil karena generator tersebut cukup kuat, kompak dan sangat andal.
Generator Sinkron :Mempunyai rotor eksitasi yang terpisah, dipakai baik pada system terisolasi maupun interkoneksi dengan system tenaga listrik.
Generator Asinkron (induksi)Tidak mempunyai rotor exiter, biasanya dipakai pada networks dengan sumber listrik yang lain. Pada system yang terisolasi atau independent, generator ini harus dihubungkan dengan kapasitor untuk menghasilkan listrik.
Kecepatan putar dan jumlah kutub GeneratorKecepatan putaran generator tergantung pada frekuensi jaringan tenaga listrik ( 50 atau 60 Hz, di Indonesia 50 Hz) serta jumlah pole (kutub) generator, sesuai rumus berikut :Pada PLTA Skala Kecil sampai 1.000 kW ini maka pengembang harus memakai generator yang frekuensinya 50 Hz. Sedangkan kecepatan putar generator tersebut disesuaikan sesuai putaran turbin, perbandingan transmisi mekanik dan jumlah kutub (pole) generator.
Peralatan KontrolDalam pengoperasiannya kecepatan turbin akan berubah jika beban listrik yang dilayani oleh generator berubah. Sebagai contoh jika pada konsumen semakin banyak lampu penerangan yang dinyalakan, artinya beban konsumen bertambah, maka kecepatan putar turbin akan turun. Karena adanya perubahan kecepatan tersebut akan menimbulkan pengaruh pada tegangan dan frekuensi listrik. Untuk menjaga agar tidak terjadi perubahan kecepatan putar turbin dan generator maka besar beban generator harus dijaga konstan (load control) atau laju aliran air yang
melewati turbin harus diatur (flow control) sesuai dengan perubahan beban yang ada.Pengembang Pada PLTA Skala Kecil sampai 1.000 kW dapat memilih sendiri apakah akan memakai peralatan control dari jenis load control (dummy load) ataupun flow control (governor), sesuai dengan pertimbangan teknik dan ekonomi masing-masing..
Ballast Load Ballast load merupakan bagian yang penting dari electronic control system. Ballast load terdiri dari 2 jenis, yaiti type pemanas udara (air heater) dan type pemanas air (water heater).
Pemanas udaraPada PLTA skala kecil jenis Pico dengan kapasitas di bawah 10 kW type pemanas udara (air heater) ini sering dipakai dibandingkan dengan type pemanas air (water heater) karena biasanya sederhana.
Pemanas air,Ballast load type pemanas air (water heater) ini sering dipakai untuk PLTA kecil dengan kapasitas di atas 100 kW.Speed GovernorSpeed governor dipakai agar kecepatan turbin tetap konstan karena kecepat tersebut akan berubah-ubah jika terjadi perubahan daya, head ataupun debit aliran air.Fungsi governor adalah mengendalikan laju aliran air secara otomatis dengan pengoperasian guide-vane sesuai dengan beban yang ada.
Panel PLTA Skala Kecil Sampai 1.000 kWPeralatan ukur minimum yang harus ada pada panel PLTA Skala Kecil sampai 1.000 kW adalah sebagai berikut :a. Pengukur tekanan air pipa pesatb. Volt meter dengan selector switch untuk mengukur keluaran generator.c. Volt meter untuk mengukur tegangan ballast load (untuk yang memakai ballast load).d. Amperemeter per fasa.
e. Frequensi meterf. kVA meterg. Pengukur waktu operasi.
Peralatan Proteksi (Pengaman)Peralatan pengaman minimum yang harus ada pada Skala Kecil sampai 1.000 kW adalah sebagai berikut :a. Pengaman kecepatan lebih dengan deteksi frekuensi (Over speed).b. Pengaman tegangan kurang (under voltage).c. Pengaman tegangan lebih (over voltage).d. Pengaman arus lebih (over voltage).e. Pengaman terhadap petir.
Trafo DayaTrafo daya berfungsi untuk menaikkan tegangan dari generator ke tegangan 20 kV untuk selanjutnya akan menyalurkan energi listrik PLTA Skala Kecil lewat jaringan Distribusi Tegangan Menengah 20 kV. Trafo daya harus menyesuaikan dengan jaringan Tegangan Menengah 20 kV yang ada.
TransmisiPenyaluran listrik dari Trafo Daya ke jaringan 20 kV PLN yang terdekat memakai saluran tegangan 20 kV. Pengembang PLTA Skala Kecil kapasitas sampai 1.000 kW dapat memilih apakah memakai Saluran Udara Tegangan Menengah 20 kV atau memakai kabel 20 kV.
MeteringUntuk mengukur jumlah energi listrik (kWH) yang telah disalurkan oleh Pengembang Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil, maka pihak Pengembang Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil sampai 1.000 kW wajib menyediakan peralatan kWH meter. Titik pengukuran kWH meter tersebut berada pada Saluran Transmisi 20 kV terdekat milik PLN.
”RENOVASI PLTA SKALA KECIL DENGAN TURBIN CROSS-FLOW ”Antara tahun 1970 an sampai 1990 an PLN banyak membangun PLTASK (Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil), yaitu PLTA dengan kapasitas terpasang di bawah 1 Mega Watt. Menurut data yang ada (Subari Rudi, Tonny Sarief dan Sriyanto, 2002) PLTASK terpasang milik PLN, termasuk yang dibangun sebelum tahun 1970-an dan yang ada sejak zaman Belanda, sebanyak 64 buah. Dari 64 buah PLTASK tersebut, hanya 4 PLTASK yang kapasitasnya di atas 1 MW. Yang menarik cukup banyak PLTASK tersebut yang tidak beroperasi, dengan berbagai sebab antara lain : kerusakan EM (elektromekanik), dam retak, masalah air, direlokasi, longsor.Dalam hal penyebab tidak beroperasinya PLTASK akibat masalah air memang merupakan hal yang banyak ditemukan karena dengan rusaknya lingkungan hutan maka air yang mengalir untuk menggerakkan turbin PLTA tidak mencukupi lagi, demikian juga jika sumber air untuk PLTASK yang dipakai bersama-sama dengan keperluan lain seperti irigasi atau air minum, akan timbul kesulitan jika jumlahnya terbatas sehingga keperluan untuk irigasi dan air minum lebih diprioritaskan dibanding sebagai penggerak tenaga listrik.Namun jika penyebab tidak beroperasi PLTASK tersebut adalah karena kerusakan elektromekanik, maka terdapat peluang untuk melaksanakan renovasi dan perbaikan sehingga dapat beroperasi kembali. Lebih-lebih lagi dengan semakin tingginya harga BBM, maka dengan melaksanakan renovasi sehingga PLTASK-PLTASK tersebut dapat beroperasi kembali merupakan langkah efisiensi yang cukup berarti. Tentunya dengan melakukan survey dan studi terlebih dahulu untuk menentukan apakah suatu PLTASK layak secara teknis dan ekonomis untuk direnovasi, atau akan lebih efisien jika tidak direnovasi.Pada kesempatan ini penulis ingin membahas perbandingan antara turbin Francis yang umumnya dipakai pada PLTASK yang mengalami kerusakan elektromekanik dengan turbin Cross-flow, serta melihat peluang untuk melakukan renovasi PLTASK tersebut dan mengganti turbinnya menjadi type Cross-Flow.
Jenis-Jenis Turbin AirTurbin mempunyai fungsi untuk mengubah energi ketinggian air menjadi daya putaran poros. Pemilihan jenis turbin air yang dipakai pada PLTMH tergantung pada karakteristik site tempat lokasi PLTMH tersebut, terutama tinggi head serta besar aliran air yang ada.Setiap turbin mempunyai kecepatan putar tertentu, dimana turbin tersebut akan beroperasi dengan efisiensi terbaik pada kombinasi
head dan debit tertentu. Turbin air dapat dibagi atas head tinggi, head menengah dan head rendah. Sedang dari segi beroperasinya turbin air dibedakan atas turbin impuls dan turbin reaksi.Berdasarkan head dan jenisnya turbin air dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
Head tinggi Head Menengah Head rendahTurbin impuls
PeltonTurgo
Cross-flowMulti-jet peltonTurgo
Cross-flow
Turbin reaksi Francis PropellerKaplan
Masing-masing jenis turbin di atas mempunyai daerah operasinya sesuai dengan head dan debit air. Kisaran daerah operasi yang cocok untuk masing-masing turbin air, dapat dilihat pada grafik gambar berikut :
Grafik Debit air Vs Head netto Kisaran Operasi Turbin Air(British Hydro Association)
Grafik di atas memperlihatkan kisaran operasi turbin air sesuai dengan tinggi jatuh (Head) dan debit. Dari grafik tersebut terlihat bahwa kisaran daerah turbin Francis banyak yang overlap dengan daerah operasi turbin jenis cross-flow. Hal tersebut berarti suatu PLTASK yang jenis turbinnya Francis memungkinkan untuk diganti dengan turbin jenis lain seperti Cross-flow jika kombinasi head dan debitnya berada pada kisaran daerah turbin yang bersangkutan pada grafik di atas.Turbin Francis merupakan jenis turbin reaksi yang dalam operasinya sudu putar (runner) terendam oleh air dan bertekanan. Sudu runner mempunyai profil sehingga perbedaan tekanan antara satu sisi dengan sisi lainnya sehingga menimbulkan gaya, seperti sayap pesawat terbang. Gaya tersebut yang menyebabkan runner berputar.Sedangkan pada turbin Cross-flow yang merupakan jenis turbin impuls terjadi hal yang sebaliknya, runner turbin beroperasi di udara (tidak terendam air), runner tersebut diputar oleh adanya semprotan (jet) air. Pada kondisi tersebut tekanan air sama dengan tekanan udara luar (atmosfir) baik sebelum maupun sesudah mendorong sudu turbin.
Kurva efisiensi
Masing-masing jenis turbin memiliki kurva efisiensi yang berbeda jika beroperasi pada bermacam debit aliran air. Sebuah turbin biasanya didesain untuk beroperasi pada atau di dekat titik efisiensi terbaiknya (best operating point) yang biasanya terletak pada laju aliran air (debit) sebesar 80 % laju aliran maksimum.Jika turbin beroperasi pada debit yang lebih rendah atau lebih tinggi dari titik efisiensi terbaiknya maka efisiensi hidrauliknya akan turun. Hal tersebut dapat dilihat dari diagram efisiensi berbagai jenis turbin air pada berbagai debit pada gambar 2.
Gambar 2 : Diagram efisiensi Turbin Air(Sumber : British Hydro Association)
Dari kurva di atas terlihat bahwa untuk turbin jenis Pelton dan Kaplan efisiensi hidrauliknya tetap tinggi meskipun beroperasi pada debit yang lebih rendah dari debit nominalnya. Namun untuk turbin air jenis Francis dan aliran silang (cross-flow), tingkat efisiensi hidraulik akan turun secara tajam jika beroperasi pada debit dibawah 70 % debit nominal. Sedangkan untuk turbin propeller tipe sudu yang fixed (tidak dapat diatur), tingkat efisiensi akan turun sangat tajam jika beroperasi di bawah 90 % debit nominal.
Turbin FrancisTurbin Francis dapat berupa volute-case ataupun type open-flume. Konstruksi rumah keong (spiral case) memungkinkan air terdistribusi secara uniform sepanjang perimeter dari runner dan guide vane menyalurkan air tersebut pada sudut yang tepat. Sudu runner merupakan profil yang kompleks dan terendam air. Dorongan air ke sudu runner memindahkan energi air ke runner sebelum air tersebut keluar turbin lewat draft tube.Turbin Francis biasanya mempunyai guide-vane yang dapat diatur (adjustable). Gerakan guide-vane ini mengatur aliran air yang masuk ke runner dan biasanya dihubungkan dengan system governor yang mengatur besar laju aliran air. Jika aliran air berkurang maka efisiensi turbin juga turun.
Potongan Turbin Francis (Sumber : PLN Udiklat Padang)
Turbin Cross-flowTurbin aliran silang atau cross-flow ini disebut juga sebagai turbin Michell-Banki yang menjadi penemu turbin jenis ini. Turbin ini juga sering disebut sebagai turbin Ossberger, yaitu nama perusahaan di Eropa yang telah memproduksinya sejak lebih dari 50 tahun yang lalu. Turbin ini mempunyai runner yang berbentuk
seperti drum yang mempunyai 2 atau lebih piringan paralel yang masing-masingnya dihubungkan oleh susunan sudu yang berbentuk lengkung.
Turbin air type Cross-Flow (Sumber : PLN Jasa & Produksi)
Turbin cross-flow mempunyai keunggulan dimana dapat diatur agar agar efisiensinya tetap tinggi meskipun aliran air yang mengalir sangat kecil sekali, misalnya hanya seperempat atau 25 % dari debit aliran penuh / nominal. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar, dimana runner turbin cross-flow tersebut dilengkapi piringan (disc) ditengah-tengah piringan yang ada, sehingga runner turbin menjadi 3 (tiga) bagian. Dengan cara tersebut maka jika aliran air (debit) yang ada sedang rendah, maka air dapat dialirkan hanya pada dua pertiga maupun sepertiga dari runner, dengan demikian efisiensinya turbin secara keseluruhan tetap tinggi meskipun aliran air yang ada hanya sebesar 25 % debit nominal. .
Efisiensi aliran sebagian turbin cross-flow ( www.microhydropower.net)
Mengganti Francis dengan Cross-FlowTurbin cross-flow ini banyak dipakai pada PLTA skala kecil dengan kisaran head yang sama (overlapping) dengan turbin jenis Kaplan, Francis dan Pelton. Kisaran operasinya meliputi debit antara 20 liter sampai 10 m3 per detik, serta head antara 1 sampai 200 meter. Turbin cross-flow ini selalu mempunyai sumbu runner yang horizontal (tidak seperti turbin Pelton,dan Turgo yang dapat horizontal maupun vertical). Dengan demikian karena mempunyai kisaran head yang sama dengan jenis turbin lainnya, khususnya turbin Francis, maka turbin cross-flow ini dapat dipakai untuk mengganti turbin Francis yang rusak pada PLTASK.Mengingat kisaran operasi antara turbin Francis dan Cross-flow yang overlap tersebut, penulis menyarankan agar untuk PLTASK yang rusak dikaji kemungkinannya mengganti dengan turbin jenis cross-flow, dengan pertimbangan berikut :1. Langkah awal tentunya melakukan asesmen pada kondisi PLTASK yang tidak beroperasi. Jika kondisi turbin generator relatif baik dan dapat direkondisi maka tidak perlu dilakukan penggantian turbin. Namun untuk PLTASK yang rusak parah maka turbin cross-flow harus dipertimbangkan penggunaannya.
2. Turbin cross-flow yang merupakan jenis turbin impul harganya lebih murah dari turbin reaksi karena tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti.3. Kisaran operasi turbin cross-flow cukup fleksibel pada berbagai head dan debit, khususnya untuk daya sampai 1 MW.4. Desain turbin cross-flow lebih fleksibel, dimana untuk kisaran debit dan head yang berbeda ukuran diameter turbin air tetap sama, manufacturer tinggal mengatur lebar turbin dan transmisi mekanik yang sesuai. Dengan demikian memungkinkan untuk produksi massal tanpa harus memesan desain khusus.5. Turbin Francis yang banyak dioperasikan pada PLTASK dan sekarang kondisinya rusak umumnya merupakan desain khusus yang tidak diproduksi lagi, sehingga kalau sekarang kita ingin menggantinya dengan type yang sama maka harus memesan secara khusus dengan harga mahal.6. Turbin type cross-flow saat ini telah banyak diproduksi di dalam negri sehingga terbuka untuk memperoleh dengan harga lebih murah dan mutu yang baik.Demikianlah usul yang dapat penulis sampaikan, mudah-mudahan menjadi pertimbangan untuk merenovasi dan mengoperasikan kembali aset-aset PLTASK yang rusak sehingga memberi manfaat yang optimal dan meningkatkan efisiensi.
-----------------------------------------------
PENDAHULUAN
Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat, saat ini PLN melaksanakan proyek percepatan pembangunan pembangkit listrik berbahan bakar batubara 10.000 Mega Watt yang segera akan disusul dengan proyek 10.000 MW tahap II. Namun selain membangun pembangkit-pembangkit listrik berkapasitas besar tersebut, pada daerah-daerah terpencil dan jauh dari lokasi jaringan transmisi, diperlukan pasokan dari pembangkit-pembangkit listrik berkapasitas kecil, terutama yang memanfaatkan potensi energi setempat yang bersifat terbarukan (renewable).
Salah satu sumber energi terbarukan yang berpotensi untuk dikembangkan adalah pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMH). Keunggulan PLTMH terletak pada biaya pembangkitan energi listrik yang kompetitif dan teknologi yang sederhana sehingga dapat dikelola dan dioperasikan oleh masyarakat setempat.
Makalah ini membahas tentang keunggulan turbin cross-flow (aliran silang) dibanding dengan jenis lainnya. Karena dapat dibuat dan dioperasikan dengan teknologi yang sederhana, turbin cross-flow cocok dikembangkan sebagai penggerak mula PLTMH.
MIKROHIDRO
Secara umum Listrik Tenaga Air dapat dikatagorikan sesuai besar daya yang dihasilkannya, dimana salah satu klasifikasi Listrik Tenaga Air adalah sebagaimana tabel berikut (Sumber : Severn Wye Energy Agency, www.swea.co.uk)
No.
JENIS DAYA / KAPASITAS
1. PLTA > 5 MW ( 5.000 kW).2. PLTM 100 kW < PLTM < 5.000 kW3. PLTMH < 100 kW
Namun sebenarnya pembagian antara PLTA (besar), PLTM (minihidro) serta PLTMH (mikrohidro) bervariasi dan dinamis. Pembagian pada tabel diatas merupakan salah satu contoh. Namun secara umum dapatlah ditentukan bahwa yang dimaksud sebagai PLTMH adalah jika mempunyai kapasitas daya di bawah 100 kW.Pada dasarnya suatu pembangkit listrik tenaga air berfungsi untuk mengubah potensi tenaga air yang berupa aliran air (sungai) yang mempunyai debit dan tinggi jatuh (head) untuk menghasilkan energi listrik. Bangunan tersebut mencakup bangunan sipil dan peralatan elektromekanik.
Air yang mengalir di sungai dibelokkan alirannya oleh Weir (bendung), sehingga aliran air tersebut mengalir lewat bangunan sadap (Intake) . Pada intake terdapat bak pengendap (settling basin) yang berfungsi untuk menghendapkan butir-butir pasir dan
lumpur dari air. Dari bak penenang air dialirkan melewati saluran pembawa (head race) menuju bak penenang. (forebay).
Bak penenang (forebay) berfungsi untuk menenangkan atau menurunkan kecepatan air sebelum masuk ke penstock. Bak penenang ini juga biasanya berfungsi sebagai bak pengendap, yaitu mengendapkan sisa-sisa partikel-partikel pasir dan lumpur yang masih terbawa lewat saluran penghantar. Dari forebay air mengalir lewat saluran pipa tertutup yang disebut pipa pesat (penstock).
Pada ujungnya di sebelah bawah pipa pesat disambung dengan turbin yang berfungsi untuk mengubah energi potensial yang ada pada air menjadi enegi mekanik. Poros turbin dihubungkan dengan generator, baik dikopel secara langsung sehingga putaran turbin dan generator sama, maupun dengan memakai sistem transmisi mekanik lain jika putaran keduanya berbeda. Putaran generator tersebut selanjutnya menghasilkan energi listrik.
KLASIFIKASI TURBIN AIR
Fungsi turbin adalah mengubah energi ketinggian air menjadi daya putaran poros. Pemilihan jenis turbin air yang dipakai pada PLTMH tergantung pada karakteristik site tempat lokasi PLTMH tersebut, terutama tinggi head serta besar aliran air yang ada.
Setiap turbin mempunyai kecepatan putar tertentu, dimana turbin tersebut akan beroperasi dengan efisiensi terbaik pada kombinasi head dan debit tertentu. Kecepatan putar desain turbin sebagian besar ditentukan oleh besar head operasi turbin air tersebut. Turbin air dapat dibagi atas head tinggi, head menengah dan head rendah. Disamping itu dari segi beroperasinya turbin air dibedakan atas turbin impuls dan turbin reaksi sebagaimana table berikut :
Tabel Klasifikasi Jenis Turbin Air (Adam Harvey et al, Microhydro Design Manual, Intermediate Technology Publications, London,
1993)
Head Head Head rendah
tinggi MenengahTurbin impuls
PeltonTurgo
Cross-flowMulti-jet peltonTurgo
Cross-flow
Turbin reaksi
Francis PropellerKaplan
Pada saat beroperasi sudu putar (runner) turbin reaksi terendam di dalam air dan bertekanan. Sudu runner mempunyai profil sehingga perbedaan tekanan antara satu sisi dengan sisi lainnya sehingga menimbulkan gaya, seperti sayap pesawat terbang. Gaya tersebut yang menyebabkan runner berputar.
Sedang pada turbin impuls terjadi hal yang sebaliknya, runner turbin impuls beroperasi di udara (tidak terendam air), runner tersebut diputar oleh adanya semprotan (jet) air. Pada kondisi tersebut tekanan air sama dengan tekanan udara luar (atmosfir) baik sebelum maupun sesudah mendorong sudu. Pada turbin ini sebelum mendorong sudu, air mengalir melalui nosel yang mengubah air kecepatan rendah dan tekanan tinggi menjadi kecepatan tinggi (jet). Air berkecepatan tinggi tersebut lalu mendorong runner sehingga momentum air berpindah ke runner.
JENIS-JENIS TURBIN AIR
Untuk memperlihatkan perbedaan antara berbagai jenis turbin air, pada bagian ini secara ringkas kita membahas jenis-jenis turbin air ,yaitu sebagai berikut :
Turbin Pelton
Turbin Pelton ,bersama-sama dengan turbin Turgo dan turbin aliran silang (Cross-flow) termasuk dalam kelompok turbin impuls. Karakteristik umum dari turbin impuls adalah pemasukan air ke dalam runner pada tekanan atmosfir. Turbin ini ditemukan sekitar tahun 1880 oleh seorang Amerika yang bernama Pelton, sehingga turbin ini disebut sebagai turbin Pelton.
Turbin Pelton tersusun dari satu set sudu gerak berbentuk mangkuk yang dipasang pada roda gerak/ runner. Jika mangkuk- mangkuk tersebut didorong pancaran air berkecepatan tinggi / jet dari nosel , maka runner turbin pelton tersebut akan berputar menghasilkan energi mekanik yang dapat menggerakkan generator..
Turbin FrancisTurbin Francis dapat berupa volute-case ataupun type open-flume. Konstruksi rumah keong (spiral case) memungkinkan air terdistribusi secara uniform sepanjang perimeter dari runner dan guide vane menyalurkan air tersebut pada sudut yang tepat. Sudu runner merupakan profil yang kompleks dan terendam air. Dorongan air ke sudu runner memindahkan energi air ke runner sebelum air tersebut keluar turbin lewat draft tube.
Turbin Francis biasanya mempunyai guide-vane yang dapat diatur (adjustable). Gerakan guide-vane ini mengatur aliran air yang masuk ke runner dan biasanya dihubungkan dengan system governor yang mengatur besar laju aliran air. Jika aliran air berkurang maka efisiensi turbin juga turun.
Turbin Propeller
Pada dasarnya turbin propeller terdiri dari sebuah propeller (baling-baling) ,yang sama bentuknya dengan baling-baling kapal laut, yang dipasang pada tabung setelah pipa pesat. Poros turbin menyambung keluar dari tabung. Turbin propeller biasanya mempunyai tiga sampai enam sudu, biasanya tiga sudu untuk turbin yang mempunyai head sangat rendah dan aliran air diatur oleh sudu statis atau wicket gate yang dipasang tepat di hulu propeller. Turbin propeller ini dikenal sebagai fixed blade axial flow turbine karena sudut sudu rotornya tidak dapat diubah. Efisiensi operasi turbin pada beban sebagian (part-flow) untuk turbin jenis ini sangat rendah.
Turbin Kaplan
Untuk hydropower yang berskala lebih besar maka dipakai turbin propeller yang lebih canggih. Pada turbin ini sudu propeller dan wicket gate dapat diatur sehingga efisiensi nya pada saat beroperasi pada beban rendah (part-flow) tetap baik. Turbin dengan variable pitch ini dikenal sebagai turbin Kaplan.
TURBIN CROSS-FLOW
Salah satu turbin jenis impuls yang banyak dipakai pada listrik tenaga mikrohidro adalah turbin Cross-Flow (aliran silang).
Turbin cross-flow merupakan jenis turbin yang dikembangkan oleh Anthony Michell (Australia), Donat Banki (Hongaria) dan Fritz Ossberger (Jerman). Michell memperoleh hak paten atas desainnya pada 1903. Turbin jenis ini pertama-tama diproduksi oleh perusahaan Weymouth. Turbin ini juga sering disebut sebagai turbin Ossberger, yang memperoleh hak paten pertama pada 1922. Perusahaan Ossberger tersebut sampai sekarang masih bertahan dan merupakan produsen turbin cross-flow yang terkemuka di dunia.Turbin ini mempunyai runner yang berbentuk seperti drum yang mempunyai 2 atau lebih piringan paralel yang masing-masingnya dihubungkan oleh susunan sudu yang berbentuk lengkung.
Dalam pengoperasian turbin cross-flow ini sebuah nosel empat persegi mengarahkan pancaran air (jet) ke sepanjang runner. Pancaran air tersebut mendorong sudu dan memindahkan sebagian besar energi kinetiknya ke turbin. Pancaran air tersebut lalu melewati runner dan kembali mendorong bagian sudu yang lain sebelum keluar dari runner, memindahkan sebagian kecil energi kinetiknya yang masih tersisa.
BAGIAN-BAGIAN TURBIN CROSS-FLOW
Peralatan elektromekanik pada PLTMH terdiri dari turbin, generator, transmisi mekanik, trafo dan jaringan listrik. Sedangkan bagian utama yang menjadi pokok bahasan kita , yaitu turbin cross-flow terdiri dari rotor, rumah turbin, guide vane, puli, adapter dan
base frame. Puli sebenarnya merupakan bagian dari transmisi mekanik yang meneruskan daya putar turbin ke generator, serta mengubah putaran turbin air sehingga sesuai dengan putaran generato.n dapat dibeli dan diperoleh dengan harga yang murah.
Dalam pembuatannya puli atau transmisi mekanik ini merupakan bagian yang tak terpisahkan dari turbin. Demikian juga generator, biasanya memakai generator yang ada tersedia di pasaran sehingga dapat dibeli dan diperoleh dengan harga yang murah.
Secara ringkas komponen-komponen utama turbin cross-flow adalah sebagai berikut :
1. Rotor atau runner turbin.
Rotor atau adalah bagian yang berputar dari turbin. Runner ini terdiri dari poros, blade dan piringan atau disk.
2. Rumah Turbin.
Rumah turbin adalah bagian turbin yang merupakan tempat memasang bagian-bagian turbin lain, seperti poros atau runner, guide vane dan adapter.
3. Guide Vane.
Guide vane atau sering juga disebut sebagai distributor berfungsi untuk mengarahkan aliran air sehingga secara efektif meneruskan energinya ke blade atau rotor turbin. Dengan demikian energi kinetik yang ada pada pancaran air akan menggerakkan rotor dan menghasilkan energi mekanik yang seterusnya memutar generator melalui puli.
4. Puli dan belt :
Puli merupakan salah satu dari sistem transmisi mekanik yang sering dipakai pada PLTMH. Sistem transmisi tersebut juga berfungsi untuk mengubah kecepatan putar dari satu poros ke poros yang lain, jika kecepatan putar turbin berbeda dengan kecepatan generator atau peralatan lain yang harus diputarnya.
Sebenarnya terdapat beberapa jenis system penggerak / transmisi mekanik pada mikrohidro , yaitu : Penggerak langsung, Flat belt dan pulley, V atau wedge belt dan pulley, Chain and sprocket dan Gearbox. Namun Puli dan belt merupakan yang paling banyak dipakai.
5. Adapter
Merupakan ”pipa” penghubung antara rumah turbin dengan pipa pesat. Bentuk adapter pada satu sisi yang terhubung dengan rumah turbin adalah persegi sesuai dengan rumah turbin, sedangkan bagian yang disambung dengan inlet valve atau pipa pesat berbentuk lingkaran.
6. Base frame.
Base frame merupakan tempat atau rangka untuk meletakkan turbin. Biasanya pada PLTMH berkapasitas kecil, base frame
turbin menyatu dengan base frame generator sehingga dudukan turbin dan generator telah tertentu susunannya dan tidak berubah-ubah.
GENERATOR
Daya mekanik yang dihasilkan oleh turbin air dipakai untuk menghasilkan listrik dengan menggunakannya untuk menggerakkan generator yang akan mengubah energi mekanik menjadi enerfi listrik. Type generator yang sering dipakai adalah generator yang menghasilkan arus bolak balik yang dikenal sebagai alternator.
Mengulang teori listrik sederhana, aliran listrik atau arus (simbolnya I) mempunyai satuan amper (A), beda tegangan (V) diukur dalam Volt (V). Daya (P) diukur dalam Watt (W) atau lebih sering dalam kilowatt ( 1 kW = 1000 W).
Tahanan ( R ) dari suatu rangkaian listrik menunjukkan bagaimana baiknya listrik mengalir (konduktor yang jelek mempunyai tahanan yang tinggi). Tahanan diukur dalam Ohm (W) dan ekual dengan perbedaan potensial (voltage drop) dibagi arus. Kapasitansi ( C ) menunjukkan derajat dimana energi disimpan pada medan listrik dibandingkan yang dipakai untuk kerja, dan induktansi ( L ) sama dengan kapasitansi tetapi mengacu pada medan megnet..
AC DAN DC
Terdapat 2 jenis aliran listrik yang dihasilkan oleh generator, yaitu arus listrik listrik bolak balik (AC) dan listrik arus searah (DC). Dalam hal arus bolak balik tegangan akan berubah secara sinudoida terhadap waktu, dari puncak positif ke negative. Karena tegangan berubah (dari positif ke negative dan sebaliknya) maka hasilnya arus listrik juga secara continue berubah arahnya sesuai pola yang berulang (cyclic).
Arus searah hanya mengalir pada satu arah yang sama karena tegangannya juga tetap. DC jarang dipakai pada instalasi tenaga listrik modern kecuali untuk system yang dayanya hanya beberapa ratus watt atau kurang.
GENERATOR
Generator induksi dan generator sinkron menghasilkan arus bolak-balik (AC). Keunggulan dari arus bolak-balik (AC) adalah dapat menyalurkan daya listrik pada jarak yang cukup jauh. Berlainan jika kita menggunakan arus searah yang hanya dapat menghasilkan listrik untuk penggunaan pada jarak yang sangat dekat atau pada power house. Dengan demikian maka arus bolak-balik cocok untuk proyek kelistrikan karena beban listrik biasanya tersebar dan sering jaraknya jauh dari generator.
Generator induksi mempunyai keunggulan dan sering dipakai untuk penyediaan tenaga listrik di daerah terpencil karena generator tersebut cukup kuat, kompak dan sangat andal.
Generator Sinkron :
Mempunyai rotor eksitasi yang terpisah, dipakai baik pada system terisolasi maupun interkoneksi dengan system tenaga listrik.
Generator Asinkron (induksi)
Tidak mempunyai rotor exiter, biasanya dipakai pada networks dengan sumber listrik yang lain. Pada system yang terisolasi atau independent, generator ini harus dihubungkan dengan kapasitor untuk menghasilkan listrik.
KEUNGGULAN-KEUNGGULAN TURBIN CROSS-FLOW
Keunggulan-keunggulan turbin cross-flow dibandingkan dengan turbin jenis lainnya adalah sebagai berikut :
1. Kisaran Operasi yang Luas
Turbin cross-flow ini banyak dipakai pada PLTA skala kecil dengan kisaran head yang sama (overlapping) dengan turbin jenis Kaplan, Francis dan Pelton. Kisaran operasinya meliputi debit antara 20 liter sampai 10 m3 per detik, serta head antara 1 sampai 200 meter. Turbin cross-flow ini selalu mempunyai sumbu runner yang horizontal.
Turbin cross-flow dapat beroperasi pada berbagai debit, dibandingkan dengan jenis-jenis turbin lainnya seperti Pelton dan Turgo yang hanya beroperasi pada Head yang tinggi, atau propeller dan Kaplan pada Head yang Rendah. Demikian juga halnya dibandingkan dengan turbin Francis, daerah operasi turbin Cross-flow lebih luas.
Dengan adanya kisaran operasi yang luas tersebut maka turbin cross-flow memungkinkan untuk dipakai pada berbagai PLTMH yang debit dan headnya berbeda.
2. Sebagai alternatif turbin Francis.
Dengan kisaran operasi yang luas tersebut, Turbin cross-flow dapat menjadikan alternatif menggantikan turbin Francis yang dulu sering dipakai sebagai penggerak mula PLTM, termasuk juga yang berkapasitas kecil (PLTMH).
Keunggulan-keunggulan turbin cross-flow ini dibandingkan dengan jenis turbin lainnya adalah sebagai berikut :
1. Turbin cross-flow yang merupakan jenis turbin impul harganya lebih murah dari turbin reaksi karena tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti.2. Kisaran operasi turbin cross-flow cukup fleksibel pada berbagai head dan debit, khususnya untuk daya sampai 1 MW.3. Desain turbin cross-flow lebih fleksibel, dimana untuk kisaran debit dan head yang berbeda ukuran diameter turbin air tetap sama, manufacturer tinggal mengatur lebar turbin dan
transmisi mekanik yang sesuai. Dengan demikian memungkinkan untuk produksi massal tanpa harus memesan desain khusus.4. Turbin type cross-flow saat ini telah banyak diproduksi di dalam negri sehingga terbuka untuk memperoleh dengan harga lebih murah dan mutu yang baik.
3. Pengaturan Efisiensi yang Tetap Tinggi pada Debit Rendah
Turbin cross-flow mempunyai keunggulan dimana dapat diatur agar agar efisiensinya tetap tinggi meskipun aliran air yang mengalir sangat kecil sekali, misalnya hanya seperempat atau 25 % dari debit aliran penuh / nominal. Hal tersebut dapat dilihat pada diagram pada gambar berikut dimana runner turbin cross-flow tersebut dilengkapi piringan (disc) ditengah-tengah piringan yang ada, sehingga runner turbin menjadi 3 (tiga) bagian.
Jika aliran air (debit) yang ada sedang rendah, maka air dapat dialirkan hanya pada dua pertiga maupun sepertiga dari runner, dengan demikian efisiensinya turbin secara keseluruhan tetap tinggi meskipun aliran air yang ada hanya sebesar 25 % debit nominal. .
Adanya karakteristik yang memungkinkan turbin ini dapat tetap mempertahankan efisiensinya meski beroperasi pada debit yang jauh dibawah titik optimalnya, merupakan suatu solusi dari bervariasinya debit air sungai pada PLTMH. Mengingat debit sungai tersebut sangat tergantung pada musim, dimana pada saat kemarau akan jauh lebih rendah. Disamping itu biasanya PLTMH tidak dilengkapi kolam tando harian apalagi waduk.
4. Mudah dan Murah Proses Fabrikasi dan Pemeliharaan.
Turbin Cross-flow merupakan turbin air jenis impuls yang berbeda dengan turbin reaksi (Francis, Propeller dan Kaplan) tidak memerlukan casing yang mampu menahan tekanan tinggi, juga tidak memerlukan clearance yang sangat teliti. Dengan sifat-sifat tersebut turbin ini lebih gampang difabrikasi dan dipelihara, misalnya untuk memperbaiki (disassembling) bagian yang berputar (runner) tidak memerlukan teknisi dan peralatan yang khusus.
Adapun komponen-komponen turbin cross-flow serta proses manufakturnya adalah sebagai table berikut :
Tabel : Komponen turbin Cross-Flow dan proses manufakturnya
Nama Komponen
Uraian Proses manufaktur
RotorPoros Rotor Bubut konvensionalDisk Rotor Milling, konvensional atau CNCBlade Rotor Milling atau potong
Rumah Turbin
Dinding Milling atau las potongCover Milling atau las potongDudukan Bearing CNC milling, atau bubut
konvensionalFlens CNC milling, las,
Guide Vane
Poros Guide Vane
Bubut konvensional
Blade Guide Vane
Milling CNC atau konvensional, las,
Pulley Turbine Pulley Roll, skrap, bubut, lasGenerator Pulley Roll, skrap, bubut, las
AdapterAdapter RollFlens Adapter CNC milling, bubut konvensionalStiffener Adapter CNC milling, bubut konvensional
Base Frame Turbin, generator Las
Pada dasarnya teknologi manufaktur turbin cross-flow bersifat sangat fleksibel. Artinya dapat dimanufaktur secara moderen, seperti yang sekarang diproduksi oleh Ossberger dan pabrik-pabrik di Eropa. Teknologi yang bersifat menengah yang diproduksi berbagai industri kecil di Indonesia, umumnya dengan lisensi dari Eropa. Ataupun dengan teknologi yang sederhana yang dapat dikerjakan oleh bengkel-bengkel kecil.
Dengan bentuk dan teknologi yang sederhana tersebut turbin cross-flow dapat diproduksi pada bengkel-bengkel setempat, dibandingkan dengan turbin jenis reaksi seperti Francis yang memerlukan teknologi yang lebih rumit sehingga hanya beberapa perusahaan saja di dalam negri memiliki kemampuan untuk memproduksinya. Tentu saja semakin sederhana teknologi yang
dipakai, berpengaruh pada tingkat efisiensinya. Namun hal tersebut dapat ditolerir untuk pembangkit listrik berkapasitas kecil.
Untuk memberi gambaran tentang proses manufaktur turbin cross-flow yang sederhana teknologinya, berikut disampaikan contoh-contoh gambar proses manufaktur turbin cross-flow yang memanfaatkan teknologi dan peralatan sederhana.
Dari kurva di atas terlihat bahwa untuk turbin jenis Pelton dan Kaplan efisiensi hidrauliknya tetap tinggi meskipun beroperasi pada debit yang lebih rendah dari debit nominalnya. Namun untuk turbin air jenis Francis dan aliran silang (cross-flow), tingkat efisiensi hidraulik akan turun secara tajam jika beroperasi pada debit dibawah 50 % debit nominal. Sedangkan untuk turbin propeller tipe sudu yang fixed (tidak dapat diatur), tingkat efisiensi akan turun sangat tajam jika beroperasi di bawah 90 % debit nominal.
Dari kurva di atas terlihat bahwa efisiensi turbin cross-flow lebih rendah dibandingkan turbin Francis. Namun sebenarnya secara teknologi efisiensi turbin cross-flow masih dapat ditingkatkan sampai 85 % yaitu dengan memasang draught tube di bawah runner yang terisi penuh air serta dengan teknologi yang lebih teliti (Adam Harvey et al). Dengan demikian turbin jenis ini dapat dibuat secara luas dengan berbagai tingkat kecanggihan teknologi.
2. Pengaturan Secara Load Control
Sistem pengaturan pada pembangkit listrik mempunyai fungsi agar jumlah listrik yang dihasilkan sama dengan jumlah listrik yang dikonsumsi, sehingga kualitas listrik yang dihasilkan berupa tegangan dan frekuensi tetap terjaga. Untuk itu terdapat 2 jenis sistem pengaturan pada listrik tenaga air, yaitu :
a. Pengaturan debit air (Flow Control)b. Pengaturan beban listrik (Load control)
Sistem pengaturan yang mengatur laju aliran air (flow) biasanya terdapat pada turbin air jenis Francis dan Kaplan. Dengan adanya pengaturan laju aliran air dengan governor tersebut maka jumlah air yang mengalir setiap saat akan diatur sesuai dengan kebutuhan beban listrik yang harus dialirkan. Sehingga pemakaian air akan lebih efisien.
Untuk PLTMH biasanya tidak dipakai pengaturan debit air yang menggunakan governor karena harganya yang cukup mahal. Pada PLTMH ini akan lebih menguntungkan jika beban generatornya tetap dengan mengendalikan beban untuk menjaga tegangan dan frekuensi tetap. Hal tersebut dilakukan dengan mengalihkan beban yang berlebih ke suatu ballast load (dummy load) sehingga daya listrik total dari generator tetap.
PENUTUP
Dengan kemampuannya untuk beroperasi pada kisaran debit dan flow yang luas, turbin cross-flow cocok untuk dikembangkan sebagai penggerak mula PLTMH. Sementara teknologi yang sederhana dari turbin ini yang memungkinkannya dapat diproduksi pada bengkel-bengkel setempat akan mampu menimbulkan efek sebar (spread-effect) yang luas bagi perkembangan ekonomi di daerah-daerah.
Sementara keterbatasan turbin jenis ini pada rendahnya tingkat efisiensi sebenarnya merupakan konsekwensi tingkat teknologi yang dipergunakan. Pengembangan turbin ini pada tingkat teknologi yang lebih canggih seperti yang dilakukan oleh Ossberger terbukti dapat mencapai efisiensi yang baik dan sebanding dengan turbin Francis.
Untuk itu diusulkan agar teknologi pembuatan turbin cross-flow ini dapat disebarluaskan ke seluruh daerah di Indonesia, antara lain dengan memberikan percontohan dan pelatihan pada industri permesinan atau bengkel-bengkel di daerah. Dengan melakukan diseminasi teknologi tersebut diharapkan akan memberikan
dukungan yang signifikan bagi tersedianya energi listrik pada daerah-daerah terpencil yang memiliki sumber daya air..
-----------------1. http://jonny-havianto.blogspot.co.id/2012/05/penggunaan-turbin-cross-flow-
pada.html 2. http://jonny-havianto.blogspot.co.id/2012/05/renovasi-plta-skala-kecil-dengan-
turbin.html3. http://jonny-havianto.blogspot.co.id/2012/12/konsep-pedoman-desain-plta-
skala-kecil.html4. http://jonny-havianto.blogspot.co.id/2012/05/bagaimana-membangun-plta-
skala-kecil.html5.