Download - Bab i Pusat Pusat Listrik
BAB I
MASALAH OPERASI PADA PUSAT – PUSAT LISTRIK
Deskripsi Singkat
Bab ini menguraikan masalah – masalah proses konversi energi dan operasi yang timbul pada
PLTA, PLTU, PLTG, PLTGU, PLTP, PLTD, PLTN.
Kompetensi Dasar:
Setelah mempelajari bab ini diharapkan anda dapat menguraikan masalah – masalah
operasi pada pusat – pusat listrik.
Indikator:
1. Menguraikan masalah operasi pada Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA).
2. Menguraikan masalah operasi pada Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU).
3. Menguraikan masalah operasi pada Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG).
4. Menguraikan masalah operasi pada Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU).
5. Menguraikan masalah operasi pada Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP).
6. Menguraikan masalah operasi pada Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD).
7. Menguraikan masalah operasi pada Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
I.1 Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
Penggunaan tenaga air mungkin merupakan bentuk konversi energi tertua
Yang pernah dikenal manusia. Dalam PLTA, potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga
listrik. Mula – mula potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga mekanik dalam turbin air.
Kemudian turbin air memutar generator yang membangkitkan tenaga listrik. Perbedaan vertikal
antara batas atas dengan batas bawah bendungan di mana terletak turbin air, dikenal sebagai
tinggi terjun. Tinggi terjun ini mengakibatkan air yang mengalir akan memperoleh energi kinetik
yang kemudian mendesak sudu – sudu turbin. Bergantung pada tinggi terjun dan debit air.
Dikenal tiga macam turbin yaitu: Pelton, Francis, dan Kaplan. Karena tidak menggunakan bahan
bakar, biaya operasi PLTA sangat rendah, namun hal ini dibarengi dengan biaya investasi yang
sangat tinggi untuk konstruksi pekerjaan sipilnya.
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
4
Bergantung pada ketersediaan sumber energi air, PLTA dapat berfungsi untuk memikul
beban puncak ataupun beban dasar. Sebagai sumber daya energi yang dapat pulih, sumber
potensi tenaga air sangat menarik untuk dikembangkan. Tetapi pemanfaatannya secara luas
sangat dibatasi oleh kondisi geografis setempat dan permasalahan lokasi yang biasanya jauh dari
pusat beban. Gambar 1.1 menggambarkan secara skematis bagaimana potensi tenaga air, yaitu
sejumlah air yang terletak pada ketinggian tertentu diubah menjadi tenaga mekanik dalam turbin
air.
Daya yang dibangkitkan generator yang diputar oleh turbin air adalah:
(kW)q.H.η.k P
dimana: P = daya (kW) = efisiensi turbin bersama generator
H = tinggi terjun air (meter) k = konstanta
q = debit air (m3/detik)
)det/3m( QGenerator
Turbin
(kW)P
(m)H
PesatPipa
UtamaKatup
AirTerowongan Air
SungaiDasar
Bukit
TandoKolam
Tank)(SurgePeredamTabung
Gambar 1.1 Proses konversi energi dalam pusat listrik tenaga air (PLTA)
Konstanta k dihitung berdasarkan pengertian bahwa 1 daya kuda = 75 kgm/detik dan
1 daya kuda = 0,736 kW sehingga apabila P ingin dinyatakan dalam kW, sedangkan tinggi terjun
H dinyatakan dalam meter dan debit air dinyatakan dalam m3/detik, maka,
konstanta 9,89,813dk
kW0,736
det
kgm75
dk1m
m
kg1000
det
mk
3
3
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
5
I.2 Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
PLTU adadalah pembangkit yang menggunakan uap untk memutar turbinnya yang akan
menggerakkan generator dan akhirnya menghasilkan listrik. Uap ini dihasilkan oleh proses
pemanasan yang terjadi di Boiler. Uap yang dihasilkan oleh boiler tentu saja tidak sama dengan
uap yang keluar pada saat kita memasak air di dapur. Pemanasan di boiler pada pembangkit ini
demikian panasnya sehingga uap yang dihasilkan akan berada pada fase superheated
(bertemperatur tinggi), uap yang penuh energi inilah yang “dihantamkan” ke bilah-bilah turbin
yang dikopelkan langsung dengan generator sinkron , sehingga turbin akan berputar dan
menghasilkan listrik melalui generator tersebut. Uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi
tadi muncul menjadi uap bertekanan dan bertemperatur rendah. Panas yang disadap oleh
kondenser menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju
boiler. Siklus lengkap proses ini terlihat pada gambar 1.2. Sisa panas yang dibuang oleh
kondenser mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisiensi
termodinamika suatu turbin uap bernilai lebih kecil dari 50%. Turbin uap yang modern
mempunyai temperatur boiler sekitar 500 sampai 600oC dan temperatur kondensor antara 20 oC
sampai 30 oC. Pada pembangkit listrik ini, bahan bakar minyak, gas alam, atau batubara dipakai
untuk membangkitkan panas dan uap pada boiler.
Gambar 1.2 Skematik PLTU secara umum
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
6
Karena rumitnya proses dari mulai memanaskan uap sampai dengan mulai memutar
turbin selain juga karena adanya inersia termodinamika dalam sistemnya, maka PLTU yang di
hot start baru mulai berproduksi setelah kurang lebih 5 jam. Bila proses pembangkitan dimulai
dengan cold start, maka bisa ditebak, kurang lebih butuh 16 jam untuk mulai menghasilkan
listrik.
I.3 Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
Gambar menunjukkan prinsip kerja PLTG. Udara masuk ke kompresor untuk dinaikkan
tekanannya menjadi kira – kira 13 kg/cm2 kemudian udara tersebut dialirkan ke ruang bakar.
Dalam ruang bakar, udara bertekanan 13 kg/cm2 ini dicampur dengan bahan bakar. Apabila
digunakan bahan bakar gas (BBG), maka gas dapat langsung dicampur dengan udara untuk
dibakar, tetapi apabila digunakan bahan bakar minyak(BBM), maka BBM ini harus dijadikan
kabut terlebih dahulu kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Teknik mencampur
bahan bakar dengan udara dalam ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran.
BakarRuang
KompresorGenerator
BakarBahan
Turbin
Udara
BuangGas
PieceTransition
ListrikEnergi
Poros
Gambar 1.3 Prinsip kerja unit pembangkit turbin gas
Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu tinggi sampai
kira – kira 1.300oC dengan tekanan 13 kg/cm2. Gas hasil pembakaran ini kemudian dialirkan
menuju turbin untuk disemprotkan kepada sudu – sudu turbin sehingga energi (enthalpy) gas ini
dikonversikan menjadi energi mekanik dalam turbin penggerak generator (dan kompresor udara)
dan akhirnya generator menghasilkan tenaga listrik.
Karena pembakaran yang terjadi pada turbin gas mencapai suhu sekitar 1.300oC, maka
sudu – sudu turbin beserta porosnya perlu didinginkan dengan udara. Selain masalah
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
7
pendinginan, operasi turbin gas yang menggunakan gas hasil pembakaran dengan suhu sekitar
1.300oC memberi risiko korosi suhu tinggi, yaitu bereaksinya logam kalium, vanadium, dan
natrium yang terkandung dalam bahan bakar dengan bagian – bagian turbin seperti sudu dan
saluran gas panas (hot gas path). Oleh karena itu, bahan bakar yang digunakan tidak boleh
mengandung logam – logam tersebut di atas melebihi batas tertentu. Kebanyakan pabrik
pembuat turbin gas mensyaratkan bahan bakar dengan kandungan logam kalium, vanadium, dan
natrium tidak boleh melampaui 1 part per mill (ppm). Di Indonesia, BBM yang bisa memenuhi
syarat ini hanya minyak solar, High Speed Diesel Oil, atau sering disebut minyak HSD yang
disediakan oleh PERTAMINA. Sedangkan BBG umumnya dapat memenuhi syarat tersebut di
atas.
I.4 Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)
PLTGU merupakan kombinasi PLTG dengan PLTU. Gas buang dari PLTG yang
umumnya mempunyai suhu di atas 400oC, dimanfaatkan (dialirkan) ke dalam ketel uap PLTU
untuk menghasilkan uap penggerak turbin uap. Dengan cara ini, umumnya didapat PLTU dengan
daya sebesar 50% daya PLTG. Ketel uap yang digunakan untuk memanfaatkan gas buang PLTG
mempunyai desain khusus untuk memanfaatkan gas buang dimana dalam bahasa Inggris disebut
Heat Recovery Steam Generator (HRSG).
Gambar 1.4 menunjukkan bagian dari 3 buah unit PLTG dengan sebuah unit PLTU yang
memanfaatkan gas buang dari 3 unit PLTG tersebut. 3 unit PLTG beserta 1 unit PLTU ini
disebut sebagai blok PLTGU. Setiap unit PLTG mempunyai sebuah ketel uap penampung gas
buang yang keluar dari unit PLTG. Uap dari tiga ketel uap unit PLTG kemudian ditampung
dalam sebuah pipa pengumpul uap bersama yang dalam bahasa Inggris disebut common steam
header. Dari pipa pengumpul uap bersama, uap dialirkan ke turbin uap PLTU yang terdiri dari
turbin tekanan tinggi dan turbin tekanan rendah. Keluar dari turbin tekanan rendah, uap dialirkan
ke kondensor untuk diembunkan. Dari kondensor, air dipompa untuk dialirkan ke ketel uap.
HRSG dalam perkembangannya dapat terdiri dari 3 drum uap dengan tekanan uap yang
berbeda: Tekanan Tiggi (HP), Tekanan Menengah (IP), dan Tekanan Rendah (LP). Hal ini
didasarkan perhitungan Termodinamika Drum HP, IP, dan LP yang berhubungan dengan suhu
gas buang yang tinggi, sedang, dan rendah.
Dalam operasinya, unit turbin gas dapat dioperasikan terlebih dahulu untuk menghasilkan
daya listrik, sementara gas buangnya berproses untuk menghasilkan uap dalam ketel pemanfaat
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
8
gas buang. Kira – kira 6 jam kemudian, setelah uap dan ketel uapcukup banyak, uap dialirkan ke
turbin uap untuk menghasilkan daya listrik.
Sebagai contoh, PLN mempunyai PLTGU di Grati Jawa Timur yang setiap bloknya
terdiri dari:
3 unit PLTG : 112,450 MW x 3
1 unit PLTU : 189,500 MW x 1
Keluaran Blok : 526,850 MW.
G G G
TG TG TG
KU KU KUGB GB GB
HUUap
Air HA
TU GPr
Air
P
Pr Pr Pr
Uap
LautAirP
Kd
Gambar 1.4 Skema sebuah Blok PLTGU yang terdiri dari 3 unit PLTG dan 1 unit PLTU
Keterangan:
HU = Header Uap
Pr = Poros
TG = Turbin Gas
KU = Ketel Uap
GB = Gas Buang
Kd = Kondensor
HA = Header Air
TU = Turbin Uap
G = Generator
P = Pompa
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
9
Karena daya yang dihasilkan turbin uap tergantung kepada banyaknya gas buang yang
dihasilkan unit PLTG, yaitu kira – kira menghasilkan 50% daya unit PLTG, maka dalam
mengoperasikan PLTGU ini, pengaturan daya PLTGU dilakukan dengan mengatur daya unit
PLTG, sedangkan unit PLTU mengikuti saja, menyesuaikan dengan gas buang yang diterima
dari unit PLTG-nya.
Perlu diingat bahwa selang waktu untuk pemeliharaan unit PLTG lebih pendek daripada
unit PLTU sehingga perlu koordinasi pemeliharaan yang baik dalam suatu blok PLTGU agar
daya keluar dari blok tidak terlalu banyak berubah sepanjang waktu.
Ditinjau dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, PLTGU tergolong sebagai unit yang
paling efisien di antara unit – unit termal (bisa mencapai angka di atas 45%).
PLTGU termasuk produk teknologi mutakhir dalam perkembangan pusat listrik. PLTGU
PLN yang pertama beroperasi di sekitar tahun 1995. Daya terpasangnya per blok dibatasi oleh
besarnya daya terpasang unit PLTG-nya.
I.5 Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
PLTP sesungguhnya adalah sebuah PLTU, hanya saja uapnya didapat dari perut bumi.
Oleh karena itu, PLTP umumnya terletak di pegunungan dan didekat gunung berapi.
Kd
TanahPermukaan HumusLapisan
Hujan
Hutan
G
UapKantong AirSumber
Kt P
Air
KerasLapisan
MAGMA
TU
Gambar 1.5 Skema sirkuit uap dan air pada PLTP.
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
10
Keterangan:
Kd = Kondensor Kontak Langsung
Kt = Katup
TU = Turbin Uap
G = Generator
P = Pompa
Pada gambar 1.5, uap masuk ke turbin uap. Uap didapat dari sutu kantong uap dalam
perut bumi. Kantong uap ini terbentuk dalam tanah di atas suatu lapisan batuan yang keras dan
ada di atas magma. Di atas lapisan batuan yang keras ini, terdapat rongga yang mendapat air dari
lapisan humus di bawah hutan yang menahan air hujan. Dalam rongga ini air menjadi uap
sehingga rongga ini menjadi rongga berisi uap (menyerupai ketel uap). Dari atas tanah dilakukan
pengeboran ke arah rongga yang berisi uap ini sehingga uap menyembur ke atas permukaan
bumi. Semburan uap ini kemudian diarahkan (dialirkan) ke turbin uap penggerak generator.
Setelah menggerakkan turbin uap, diembunkan dalam kondensor, dan setelah mengembun
menjadi air, disuntikkan kembali ke perut bumi menuju rongga uap tersebut di atas sehingga
didapat siklus uap dan air yang tertutup.
Tekanan uap yang didapat dari perut bumi umumnya hanya berkisar pada 20 kg/cm2,
sedangkan tekanan uap pada PLTU konvensional dapat mencapai 100 kg/cm2. Hal ini
menyebabkan turbin uap PLTP mempunyai dimensi yang relatif besar dibandingkan turbin uap
PLTU konvensional. Selain itu, uap dari perut bumi kebanyakan mempunyai kandungan
belerang yang relatif tinggi sehingga hal ini perlu diperhitungkan pada material turbin.
Karena jumlah kandungan uap dalam suatu rongga uap (seperti tersebut di atas)
jumlahnya terbatas, maka daya PLTP yang dibangun harus disesuaikan dengan perkiraan
kandungan uap ini. Di lain pihak, peralatan sebuah PLTP diperkirakan mempunyai umur
ekonomis sekitar 20 tahun. Sebagai contoh: PLTP Kamojang milik PLN di Jawa Barat
mempunyai daya terpasang 150 MW, di Drajat Jawa Barat 55 MW.
Operasi PLTP lebih sederhana daripada operasi PLTU karena pada PLTP tidak ada ketel
uap. Biaya operasinya lebih kecil dibanding biaya biaya operasi PLTU karena tidak ada
pembelian bahan bakar. Tetapi biaya investasinya lebih tinggi karena penemuan kantong uap
dalam perut bumi memerlukan biaya eksplorasi dan pengeboran tanah yang tidak kecil.
Seringkali pengeboran dan penyediaan uap dilakukan oleh perusahaan pertambangan,
misalnya PERTAMINA, kemudian uap dibeli oleh perusahaan listrik, misalnya PLN. Dalam hal
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
11
demikian, perusahaan listrik harus memperhitungkan biaya uap sebagai biaya operasi yang
belum tentu lebih murah daripada biaya bahan bakar PLTU.
Masalah lingkungan PLTP yang memerlukan perhatian adalah masalah kebisingan dan
masalah uap yang mengandung belerang yang dalam udara menghasilkan gas H2S yang baunya
busuk. Bahan ikutan pada uap yang berasal dari perut bumi ini dapat juga diproses untuk
dipisahkan sehingga PLTP dapat mempunyai produk sampingan seperti belerang. Seperti pada
gambar 1.5, pelestarian hutan daerah kantong uap diperlukan agar kantong uap selalu mendapat
air tanah sehingga tidak cepat habis uapnya.
Gambar 1.6 Sumur utama proyek PLTP Mataloko di Kecamatan Golewa, Kabupaten Ngada sudah selesai dikerjakan, foto diambil, 23 Januari 2005.
I.6 Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD)
PLTD mempunyai ukuran mulai 40 kW sampai puluhan MW. Untuk menyalakan listrik
di daerah baru umumnya digunakan PLTD oleh PLN. Di lain pihak, jika perkembangan
pemakaian tenaga listrik telah melebihi 100 MW, penyediaan tenaga listrik yang menggunakan
PLTD tidak ekonomis lagi sehingga harus dibangun Pusat Listrik lain, seperti PLTU atau PLTA.
Untuk melayani beban PLTD dengan kapasitas di atas 100 MW akan tidak ekonomis karena
unitnya menjadi banyak, mengingat unit PLTD yang terbesar di pasaran sekitar 12,5 MW.
I.7 Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
PLTN pada dasarnya sama dengan PLTU hanya saja ruang bakar PLTU diganti dengan
reaktor nuklir yang menghasilkan panas (kalor). Dalam reaktor nuklir, terjadi proses fission(fisi),
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
12
dimana bahan bakar nuklir uranium U.235 mengalami fission menjadi unsur – unsur lain. Pada
proses fission ini, timbul panas yang digunakan untuk menghasilkan uap (lihat gambar 1.7).
Gambar 1.7 Diagram alir prinsip kerja PLTN
Keterangan:
1. Reaktor 7. Air Penguapan 13. Air Sungai
2. Bahan Bakar 8. Turbin Tekanan Tinggi 14. Pompa Kondensasi
3. Batang Kendali 9. Turbin Tekanan Rendah 15. Pemanas Awal
4. Motor Batang Kendali 10. Generator 16. Pompa Penguapan
5. Pompa Sirkulasi 11. Motor Magnet 17. Perisai Beton
6. Uap Air 12. Kondensator
Proses fisi adalah proses dimana suatu unsur diuraikan menjadi unsur – unsur lain yang
jumlah massanya lebih kecil daripada massa uranium-235 yang diuraikan. Selisih massa ini (ada
massa yang hilang) adalah massa yang berubah menjadi energi panas (kalor) dalam reaktor
nuklir (sesuai dengan rumus E = mc2).
Ada 2 macam reactor nuklir:
1. Reaktor Thermal Fission
Dalam reaktor ini, neutron bebas yang terjadi karena proses fisi, sebagian besar
energinya diubah menjadi panas oleh moderator yang berfungsi mengurangi kecepatan
neutron yang memancar. Moderator bisa juga berfungsi sebagai pendingin.
2. Reaktor Fast Breeder
Dalam reactor ini, neutron yang memancar tidak dihambat/dikurangi kecepatannya
sehingga tidak banyak energi neutron yang diubah menjadi panas. Tetapi neutron – neutron
ini kemudian menghasilkan plutonium (Pu)-239 dan uranium (U)-238. Dalam praktik,
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
13
uranium alami terdiri dari 99,3% U-238. Plutonium yang didapat bisa digunakan sebagai
bahan fisi. Ditinjau dari teknik memindahkan kalori yang dihasilkan reaktor nuklir ke sirkuit
uap PLTU, ada 4 macam PLTN:
a. PLTN dengan Air Bertekanan (Pressurized Water Reactor/PWR)
Di sini, pemindahan kalori dilakukan dengan menggunakan air yang bertekanan.
b. PLTN dengan Air mendidih (Boiling Water Reactor/BWR).
Di sini, pemindahan kalori dilakukan dengan menggunakan air mendidih yang bercampur
uap.
c. PLTN dengan Pendinginan Gas (Gas Cooled Reactor /GCR)
Seperti pada PLTN dengan air bertekanan, namun air diganti dengan gas.
d. PLTN dengan Air Berat (Pressurezed Heavy Water Reactor/PHWR).
Seperti pada PLTN dengan air bertekanan, namun air diganti dengan air berat D2O
(Deutorium Oksigen).
Gambar 1.8 Elem kendali reaktor
Gambar 1.9 Pompa air pendingin
Gambar 1.10 Bangunan reaktor dengan sistem pengungkungnya
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
14
I.8 Pembangkit Listrik Nonkonvensional
Pembangkit listrik nonkonvensional umumnya masih dalam tahap riset sehingga
sehingga belum merupakan pusat listrik. Khusus untuk pembangkit listrik tenaga surya, sudah
banyak dibangun di tempat – tempat yang jauh dari jaringan PLN dengan memanfaatkan energi
matahari. Pembangkit – pembangkit listrik nonkonvensional ini adalah:
1. Pembangkit Listrik Tenaga Surya.
Pada prinsipnya, pembangkit listrik tenaga surya terdiri dari sekelompok foto sel yang
mengubah sinar matahari menjadi gaya gerak listrik (ggl) untuk mengisi baterai aki (B). Dari
baterai aki (B), energi listrik dialirkan ke pemakai. Pada waktu banyak sinar matahari (siang
hari), baterai aki (B) diisi oleh foto sel. Tetapi pada saat malam hari, foto sel tidak
menghasilkan energi listrik, maka energi listrik diambil dari baterai aki (B) tersebut.
Pembangkit listrik tenaga surya itu konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya
matahari menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi dari
sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk memasok
daya listrik di satelit komunikasi melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi
listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian
yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan
bersih dan ramah lingkungan.
Bandingkan dengan sebuah generator listrik, ada bagian yang berputar dan memerlukan
bahan bakar untuk dapat menghasilkan listrik. Suaranya bising. Selain itu gas buang yang
dihasilkan dapat menimbulkan efek gas rumah kaca (green house gas) yang pengaruhnya
dapat merusak ekosistem planet bumi kita.
Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya,
rangkaian kontroler pengisian (charge controller), dan aki (baterai) 12 volt yang maintenance
free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam
hubungkan seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering
digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu menghasilkan
energi listrik yang proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar
matahari. Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan
rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini dapat mengatur
tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun
sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya sebagai sumber
dayanya. Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
15
matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan
memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama
beberapa jam, tegangan aki itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka
kontroler akan menghentikan proses pengisian aki itu.
Rangkaian kontroler pengisian itu sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi,
biasanya rangkaian kontroler ini sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang
harga kontroler itu cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan sistem sel
surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai. Jadi, sistem sel surya
dalam bentuk paket lengkap itu jelas lebih murah dibandingkan dengan bila merakit sendiri.
Biasanya panel surya itu letakkan dengan posisi statis menghadap matahari. Padahal
bumi itu bergerak mengelilingi matahari. Orbit yang ditempuh bumi berbentuk elip dengan
matahari berada di salah satu titik fokusnya. Karena matahari bergerak membentuk sudut
selalu berubah, maka dengan posisi panel surya itu yang statis itu tidak akan diperoleh energi
listrik yang optimal. Agar dapat terserap secara maksimum, maka sinar matahari itu harus
diusahakan selalu jatuh tegak lurus pada permukaan panel surya. Jadi, untuk mendapatkan
energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih harus dilengkapi pula dengan
rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah permukaan panel surya agar selalu
menghadap matahari sedemikian rupa sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak lurus pada
panel suryanya. Kontroler seperti ini dapat dibangun, misalnya, dengan menggunakan
mikrokontroler 8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri dari bagian perangkat
keras dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap belum
termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis supaya sinar matahari
jatuh tegak lurus. Karena itu, kontroler macam ini cukup mahal.
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
16
Gambar 1.11 Contoh PLTS aplikasi mandiri
Gambar 1.12 Contoh biaya produksi Sumber : PVTEC
2. Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Energi angina diubah oleh baling – baling (kincir angina) menjadi energi pemutar
generator arus searah. Apabila tegangan generator cukup tinggi, relai tegangan akan
menutup sakelar pengisi baterai aki sehingga baterai aki diisi oleh generator. Apabila angin
berkurang dan agar tidak terjadi aliran daya balik dari baterai aki ke generator, maka relai
daya balik akan membuka sakelar tadi. Pasokan daya untuk pemakai diambil dari baterai aki.
Sesungguhnya tenaga angina ini termasuk tenaga surya secara tidak langsung karena
baik angin lokal (misalnya angina darat dan angina laut) maupun angin planet terjadi akibat
pemanasan permukaan bumi oleh matahari (secara langsung) yang selanjutnya menimbulkan
perbedaan suhu di antara dua tempat di permukaan bumi ini.
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
17
Gambar 1.13 Pembangkit listrik tenaga angin dan mataharimerupakan teknologi hibrida
3. Sel Bahan Bakar (Fuell Cell)
Sebagai bahan bakar di sini adalah H2 dan O2 yang masing – masing dimasukkan ke
kutub negatif (anoda) dan kutub positif (katoda). Setiap kutub sifatnya berpori (berlubang –
lubang) dan diantara anoda dan katoda ini terdapat larutan KOH. Larutan KOH
menghasilkan ion negatif OH- pada kutub negatif anoda berpori yang bertemu dengan gas
hidrogen H2, akan bereaksi menjadi H2O dan melepas elektron e- sehingga anoda mendapat
elektron yang bermuatan negatif. Elektron – elektron ini kemudian mengalir ke beban dan
sampai ke kutub positif katoda. Di katoda, elektron tersebut bertemu dengan oksigen O2 yang
dimasukkan ke kutub positif katoda sehingga elektron bersama O2 dan H2O (dari larutan
KOH) menghasilkan ion negatif OH- yang selanjutnya akan digunakan untuk menghasilkan
elektron pada kutub negatif anoda seperti tersebut di atas.
Secara singkat, reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
Pada anoda : 2H + 2OH- 2H2O + 2e-
Pada katoda : ½ O2 + H2O + 2e 2OH
Keseluruhan reaksi : H2 + ½ O2 HO
Larutan KOH tidak ikut bereaksi, larutan tersebut hanya menjadi katalisator penghasil
ion OH-. Sebagai elektroda dapat digunakan logam nikel atau platina, sedangkan untuk
larutan, selain KOH, bisa juga digunakan larutan H2SO4 atau larutan H3PO4. Fuel cell telah
digunakan dalam kendaraan ruang angkasa dan sedang dalam pengembangan agar
pemakaiannya dapat diperluas, dan diharapkan di masa yang akan datang dapat digunakan
secara komersial sebagai sumber energi.
Contoh Soal
Sebuah PLTA mempunyai debit air penggerak turbin sebesar 14 m3/detik dengan tinggi
terjun 125 m. Apabila efisiensi turbin bersama generator = 0,95 hitunglah besarnya daya yang
dibangkitkan generator tersebut!
Penyelesaian
Daya yang dibangkitkan generator:
q.H..k P
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
18
141250,959,8
kW16.292,5
Rangkuman
Pusat listrik atau pusat pembangkit berfungsi untuk mengkonversikan sumber daya
energi primer menjadi energi listrik. Pusat listrik terdiri dari pusat listrik konvensional dan
nonkonvensional.
Pusat listri atau pembangkit listrik konvensional antara lain:
Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)
Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU)
Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
Pusat Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU)
Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
Pusat listrik atau pembangkit listrik nonkonvensional antara lain:
Pembangkit Listrik Tenaga Surya.
Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Pembangkit Listrik Tenaga Sel Bahan Bakar (Fuel cell)
Soal – soal latihan.
1. Apabila pada contoh soal, PLTA berbeban penuh selama 24 jam sehari:
a. Berapa banyak jumlah produksi kWh-nya?
b. Berapa banyak pemakaian airnya?
c. Berapa besar pemakaian air yang diperlukan untuk memproduksi 1 MWh?
2. PLTA dalam contoh soal direncanakan mempunyai kolam tando tahunan. Debit air sungai
penggerak PLTA berdasarkan pengamatan statistik diperkirakan rata – rata sebagai berikut:
Bulan Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nov DesDebit (m3/det) 23 22 20 16 13 10 8 6 5 10 14 20
Bila kolam tando yang dibangun harus bisa menampung seluruh air sungai kelebihan
pemakaian PLTA:
a. Hitunglah berapa besar volume kolam tando ini dengan catatan bahwa banyaknya air
yang menguap adalah sebanyak 5%!
Ir. Antoni Simanjuntak, MT”TEKNIK TENAGA LISTRIK”Masalah Operasi Pada Pusat – Pusat Listrik.
19
b. Dengan adanya kolam tando tersebut pada butir a, berapa lama PLTA ini bisa berbeban
penuh dalam satu tahun?
c. Dengan adanya kolam tando tersebut pada butir a, berapa besar jumlah produksi yang
bisa dicapai dalam satu tahun?
Daftar Pustaka
1. Marsudi, Dj (2005), Pembangkitan Energi Listrik, Erlangga, Jakarta. Bab 3, Hal 86.
2. Zuhal. (1988), Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta.
Bab 1, Hal. 2
Bacaan Lebih Lanjut
“http://id.wikipedia.org/wiki/Daftar_pembangkit_listrik_di_Indonesia”