energi tenaga air hidroelektrisitas

Energi Tenaga Air (Hidroelektrisitas)

A. Apa yang dimaksud dengan energi?

Secara sederhana energy adalah hal yang membuat segala sesuatu di sekitar kita terjadi – kita menggunakan energy untuk semua hal yang kita lakukan. Energy terdapat pada semua benda seperti manusia, tanaman, binatang, mesin, dan elemen-elemen alam (matahari, angin, air, dsb).

Secara lebih ilmiah, energy menentukan kapasitas di mana semua obyek yang ada harus melakukan tugasnya.

B. Sumber Energi

Ada banyak sumber-sumber energy utama dan digolongkan menjadi dua kelompok besar yang dibahas pada alinea-alinea berikut:

Energi konvensional adalah energy yang diambil dari sumber yang hanya tersedia dalam jumlah terbatas di bumi dan tidak dapat diregenerasi. Sumber-sumber energy ini akan berakhir cepat atau lambat dan berbahaya bagi lingkungan.

Energi terbarukan adalah energy yang dihasilkan dari sumber alam seperti matahari, angin, dan air dan dapat dihasilkan lagi dan lagi. Sumber akan selalu tersedia dan tidak merusak lingkungan.

Sumber-sumber energy konvensional dan terbarukan bisa dikonversi menjadi sumber-sumber energy sekunder, seperti listrik. Listrik berbeda dari sumber-sumber energy lainnya dan dinamakan sumber energy sekunder atau pembawa energy karena dimanfaatkan untuk menyimpan, memindahkan, atau mendistribusikan energy dengan nyaman. Sumber energy primer dibutuhkan untuk menghasilkan energy listrik.

C. Eenergi Tenaga Aira. Apa yang dimaksud dengan energy tenaga air?

Hidro berarti air. Energy air/hidro menggunakan gerakan air yang disebabkan oleh gaya gravitasi yang diberikan pada substansi yang kurang lebih 1000 kali lebih berat daripada udara, sehingga tidak peduli seberapa lambat aliran air, ia akan mampu menghasilkan sejumlah energy.

Energy tenaga air adalah sumber energy ramah lingkungan yang telah digunakan sejak sejak berabad-abad lalu. Aliran air diarahkan untuk menggerakkan turbin yang akan menghasilkan energy listrik yang disebut sebagai energy tenaga air.

Kincir air dan energy hidroelektrik merupakan bentuk-bentuk dari energy tenaga air. Bendungan hidroelektrik adalah contoh energy air dalam skala besar, bahkan 16% dari energy listrik dunia disumbang oleh energy tenaga air.

Hidroelektrisitas | 1

b. Bagaimana cara kerjanya?

Energi tenaga air mengubah energi potensial yang terdapat di dalam air. Aliran air yang mengandung energi potensial tersebut, selanjutnya dialirkan ke turbin yang akan menghasilkan energi listrik. Jenis-jenis tenaga air dapat diklasifikasikan berdasarkan head (ketinggian jatuhnya air), kapasitas dan tipe grid,

1. Klasifikasi berdasarkan head Head tinggi : H > 100 m Head menengah : 30 – 100 m Head rendah : 2 – 30 m

2. Klasifikasi berdasarkan kapasitas PLTA Pico : < 500 W PLTA Micro : 0,5 – 100 kW PLTA Mini : 100 – 1000 kW PLTA Kecil : 1 – 10 MW PLTA Skala Penuh: > 10 MW

3. Klasifikasi berdasrkan jenis head Run-of-the-river

Bentuk yang paling sederhana dalam konteks PLTAmikro dan mini. Skema ini tidak memanfaatkan bendungan untuk mengarahkan air ke bangunan penyadap, melainkan mengubah laju aliran air menuju turbin melalui pipa atau penstock.

Sistem penyimpananDalam penggunaan system ini, air akan disimpan terlebih dahulu dalam jangka waktu tertentu (beberapa jam atau dalam beberapa bulan) dan akan digunakan untuk menghasilkan energy ketika dibutuhkan.

System pompa penyimpananKetika terjadi kebutuhan listrik yang rendah atau kelebihan kebutuhan listrik secara tiba-tiba, maka pompa secara otomatis akan mengisi penuh tangki penyimpanan. Namun apabila terjadi lonjakan kebutuhan listrik yang tinggi, maka tangki yang ada akan segera dikosongkan menuju tubin untuk memenuhi kebutuhan produksi yang mencukupi.

4. Klasifikasi berdasrkan tipe jaringan listrik Sistem jaringan listrtik tersambung

Jika jaringan listrik sudah terpasang, energy hidro dapat langsung disambungkan dengan jaringan listrik nasional.

Sistem jaringan berdiri sendiriPembangkit listrik tenaga air tidak tersambung dengan jaringan listrik nasional.

Perlu diingat bahwa head dan arus air adalah parameter utama yang

harus dipertimbangkan dalam perencanaan pembangkit tenaga hidro.

Sebuah pengatur elektronis dihubungkan dengan generator. Pengatur

ini menyamakan tenaga listrik yang dihasilkan dengan beban yang

diberikan. Alat ini dibutuhkan untuk menyetabilkan tegangan dari


perubahan-perubahan.

Perlu diketahui Cara kerja pembangkit tenaga hidro

o Bendungan PLTA menggunakan reservoir untuk

menghasilkan energi potensial dari air bendungan.

o Aliran air mengalir melalui sebuah pipa yang

disebut sebuah penstock. (Salah satu keunggulan

penyaluran daya air dari bendungan).

o Air mengalir melalui penstock menuju turbin dan

memaksa turbin untuk bergerak dan selanjutnya

generator mulai memproduksi energi listrik.

Komponen dari enegi tenaga airo Reservoir: Sebuah waduk digunakan untuk menyimpan air

untuk digunakan ketika diperlukan.o Intake (Bangunan Penyadap): Sebuah tempat untuk

mengalirkan air ke pipa.o Penstock: Penstock mengalirkan air dari bangunan

penyadap menuju ke pembangkit tenaga listrik.o Turbin: Turbin mengkonversikan energi potensial dari air

menjadi energi rotasi mekanik.o Generator: Generator mengubah energi mekanik menjadi

energi listrik.o Transformer: Sebuah alat yang berguna

menyebarkan,meningkatkan atau menurunkan tegangan sehingga dapat ditransmisi melalui jalur transmisi sesuai dengan voltase yg diinginkan.

o Jalur Transmission: Listrik disalurkan ke gardu dan didistribusikan ke konsumen melalui jaringanlistrik.

c. Mengapa Indonesia perlu menggunakan pembangkit listrik tenaga air? Indonesia memiliki potensi tenaga air sampai sebesar 62,2 GW

termasuk 458 MW potensi mikro hidro bagi masyarakat pedesaan

dan terpencil.

Pembangkit Mini-hidro dapat mengurangi emisi bahan bakar fosil

CO2 sekitar 4.000 ton per tahun.

Sumber daya energi terbarukan yang bersih dan gratis.

Tidak ada limbah atau emisi.

Masyarakat akan mendapatkan keuntungan dari peningkatan

stabilitas jaringan listrik.

Sistem Mikro hidro dapat menyuplai listrik tanpa mempengaruhi

kualitas air, tanpa mempengaruhi habitat, dan tanpa mengubah

rute atau aliran sungai.

Emisi CO2 untuk PLTA 3,65 mini hidro MW adalah 0,88 kg CO2/kWh.


Sistem Micro hidro dapat dikombinasi dengan sistem energi surya

untuk menghasilkan energi pada musim dingin, di mana banyak

aliran air dan minimnya energi surya.

d. Hal Teknis Berkaitan dengan Cara Mengukur Debit Air Terdapat beberapa metode pengukuran arus tergantung ukuran anak sungai atau

sungai. Metode Bucket untuk debit kecil (210/s)

o Penting untuk menggunakan tangki besar

(1000 L) dengan saluran pembuang di bagian bawah.

o Aliran air yang akan diukur dialihkan ke

dalam tangki sudah diketahui volumenya.o Waktu yang diperlukan untuk mengisi

tangki harus dicatat.o Dengan membagi volume (dalam liter)

dari tangki dengan waktu pengisian (dalam detik) maka aliran dalam liter/detik dapat dihitung.

Metode Float untuk debit > 201/s

Untuk panjang sungai yang diketahui ,

penampang rata-rata harus tersedia, di

mana botol plastic diisi setengah air

dan dilepaskan ke sungai yang diukur

dengan diberi batas waktu yang lebih

panjang. Dengan mengalikan luas

penampang dengan kecepatan aliran

rata-rata (atau kecepatan), perkiraan

laju air dapat dibuat.

o Mengukur Head

Menggunakan ketinggian air

1. Mulai pengukuran dari

bagian atas perkiraan tinggi

permukaan air pada posisi

bak pengatur yang

ditentukan.

2. Pengukuran

keduadilanjutkan pada tingkat lebih rendah dari ukuran

sebelumnya.


3. Lanjutkan pengukuran sampai mencapai posisi turbin, jumlahkan

semua hasil pengukuran untuk mendapatkan ukuran kotor dari

head.

o Altimeter

Alat ini bekerja berdasarkan

tekanan atmosfer. Tekanan ini

berbeda pada berbagai

ketinggian. Tekanan meningkat

pada ketinggian di atas

permukaan laut. Head adalah

perbedaan antara elevasi 1 dan

elevasi 2.

o Clinometer

Berbagai pengukuran dapat dilakukan clinometer.

Untuk mengukur sudut, clinometers harus digantung

secara vertical. Perbedaan ketinggian antara kedua titik

tersebut dapat diperkirakan.

o Theodolite

Adalah sebuah instrument survey tanah yang dapat

mengukur ketinggian, sudut, dan jarak dengan cara

yang paling akurat, namun peralatan ini sangat mahal

dan memerlukan operator yang professional untuk

mengoperasikannya.

e. Apa kekurangan dari penggunaan energy tenaga air?

Bendungan sangat mahal untuk dibangun dan memerlukan lahan

yang luas.

Berpotensi kerusakan ekosistem dan kualitas air.

Pembendungan yang berlebihan dan perusakan wilayah adat

adalah hasil dari perencanaan yang buruk.

Hanya berguna jika dekat dengan sumber air.

Bergantung pada pengurusan wilayah resapan air yang baik dan

sehat.


f. Turbin Air

Adalah komponen kunci atau jantung dari pembangkit tenaga hidro. Ia bertanggung jawab untuk memastikan terjadinya energy listrik dari aliran energy air dan mekanik. Jadi, pemilihan turbin air bergantung pada arus dan kondisi head sebuah lokasi yang spesifik.

Berbeda denagan listik tenaga surya, proses konversi energy yang terjadi pada turbin menghasilkan listrik bolak-balik yang dapat langsung dialirkan ke jaringan.

g. Tipe Turbin Turbin ReaksiAdalah turbin yang benar-benar terendam air, sehingga head efektif bekerja pada kedua sisi turbin – tekanan dapat positif (mendorong) atau negative (menghisap).

1. Turbin Francis1) Jenis turbin reaksi.2) Komponen Runner tenggelam dalam

air sepenuhnya.3) Terdiri dari deretan bilah melengkung.4) Regulasi aliran dilakukan melalui

deretan yang dapat diatur.5) Prakondisi

i. Mulai operasi antara 25 m < H < 350 mii. H = head atau ketinngian air terjun.

6) Keuntungani. Operasional yang handal.

ii. Konstruksi sederhana.iii. Tingginya efisiensi.

7) Kerugiani. Tidak cocok untuk lokasi dengan Head (ketinggian air terjun) yang

tinggi.2. Turbin Propeler (Kaplan)

1) Jenis turbin reaksi.


2) Kaplan adalah jenis turbin tertua dengan konfigurasi sebuah ulir dan gerbang kecil radial untuk pengaturan aliran.

3) Turbin Kaplan memiliki pisau yang dapat diatur dan disesuaikan melalui gerbang kecil dan menghasilkan efisiensi terbaik terbaik atas berbagai laju aliran.

4) Prakondisii. Mulai operasi antara 2 m < H < 40 m

ii. Memerlukan system yang tinggi alirannya. 5) Keuntungan

i. Turbin propeller dapat berjalan kecepatan tinggi dan head yang rendah.

ii. Turbin Kaplan sangat efisien.6) Kerugian

i. Mahalnya pemeliharaan dan investasi.

ii. Tidak cocok untuk lokasi dengan head yang tinggi.

Turbin ImpulsDi dalam sebuah turbin impuls seperti Pelton air menerjang saluran turbin di bawah tekanan. Setelah air menerjang pisau turbin, tidak ada energy yang tersisa dalam aliran sehingga tidak ada efek hisap. Tekana air tidak berbubah karena mengalir melalui turbin.

1. Turbin Cross Flow1) Jenis turbin impuls.2) Ketika air masuk ke turbin akan diarahkan oaleh satu atau lebih baling-baling

yang terletak di hulu runner dan melintas dua kali sebelum menginggalkan turbin.

3) Prakondisii. Mulai operasi dengan kepala antara 5 m < H < 200 m

4) Keuntungan i. Desain sederhana sehingga

menyebabkan produksi yang baik dan tersandardisasi.

ii. Murah dan kuat.iii. Dibandingkan dengan turbin lainnya,

turbin cross flow biayanya lebih rendah.

iv. Sangat dianjurkan untuk kondisi seperti di Indonesia.

5) Kerugiani. Turbin cross flow memiliki efisiensi

hingga 80% lebih rendah dibandingkan dengan jenis turbin lainnya.2. Turbin Pelton

1) Sebuah turbin impuls.


2) Turbin yang terdiri dari sejumlah ruang penampung untuk menangkap aliran air.

3) Untuk arus yang lebih tinggi jumlah ruang penampung dapat ditingkatkan.4) Turbin yang sangat efisien.5) Prakondisi

i. Mula operasi antara 50 m < H < 1300 mii. Membutuhkan system aliran

air yang rendah.6) Keuntungan

i. Konstruksi yang kompak.ii. Stabil dijalankan.

iii. Mudah dioperasikan. 7) Kerugian

i. Tidak cocok untuk lokasi yang headnya rendah.

ii. Tidak cocok untuk system aliran airnya tinggi.

Turbin yang akan digunakan dalam kasus tertentu tergantung tidak hanya pada ketinggian jatuhnya air (kiri sumbu Y) tetapi juga oleh aliran air (kiri sumbu X) dan factor lainnya.


Turbin Pico1) Pico-hydro adalah istilah yang digunakan untuk pembangkitan listrik tenaga

air kurang dari 5 kW. 2) Pembangkit listrik ini membantu di daerah pedesaan atau komunitas di

mana tidak banyaknya permintaan listrik. 3) Pembangkit listrik ini biasanya dipasang pada aliran sungai atau aliran irigasi.4) Tipe Turbin:

a) High Head TurbinesUntuk system head yang lebih tinggi, turbin Pelton adalah pilihan turbin yang sempurna karena turbin pelton secara khsusus dibentuk untuk mendapatkan energy sebanyak mungkin.

b) Medium Head TurbinesPompa sebagai turbin adalah pilihan tepat untuk tempat-

tempat yang memiliki head menengah. Turbin ini memiliki kelebihan seperti ketersediaan yang lebih mudah dan telah dilengkapi motor induksi yang dapat digunakan sebagai generator.

Turbin Turgo merupakan alternative yang lebih baik untuk system dengan head menengah hingga tinggi, dengan efisiensi lebih dari 70% bahkan untuk turbin pico sekalipun.

Turbin Cross Flow biasanya digunakan dan cukup mudah untuk diproduksi secara local, misalnya di Indonesia.

c) Low Head TurbinesTedapat beberapa pilihan yang berbeda untuk situs yang

memiliki head rendah, sama seperti kincir air tradisional. Kesemuanya cenderung besar dan berjalan lambat, namun mempunyai keuntungan dengan tidak ada penyumbatan dari dedaunan atau material lainnya.

Turbin Propeler dan turbin Cross Flow kecil dapat ditempatkan mengambang di sungai dengan struktur bangunan sementara dapat menyediakan listrik untuk satu atau beberapa rumah tangga, juga merupakan pilihan skema untuk head yang rendah.

5) Keuntungan Pico Hidroi. Sederhana dan mudah untuk diinstal.

ii. Peningkatan kualitas udara karena tidak ada lampu minyak tanah yang dibutuhkan.

iii. Resiko kebakaran berkurang.6) Kerugian Pico Hidro

i. Konsumen berkewajiban untuk membayar tarif setiap bulan.ii. Karena pico hidro sering dijual dalam system terpadu, pengguna

bergantung pada pemasok bila ada sesuatu yang salah.


Kincir AirAdalah mesin antic yang memanfaatkan aliran air di sungai untuk menghasilkan tenaga atau untuk pengairan sawah. Kincir air terdiri dari bamboo, logam, atau roda kayu dengan sejumlah ember atau bilah-bilah yang pada tepi paling luar membentuk permukaan kemudi. Kincir air telah digunakan untuk menenagai penggilingan sejak ratusan tahun. Kini, kincir air telah dimodifikasi untuk produksi listrik. Ada dua jenis kincir air yaitu: kincir air undershot dan kincir air overshot.


1. Kincir Air Undershot1) Air mengalir ke bilah-bilah di bawah roda.2) Air jatuh pada bilah dan membuat roda berputar menghasilkan energy

mekanik.3) Sementara roda memutar, ruangan penampung air membawa air dari

tempat yang lebih rendah ke reservoir yang lebih tinggi sampai 3 m.4) Kemudian dari reservoir yang lebih tinggi, air dikirim ke sawah menggunakan

system pemipaan yang dibangun dari bamboo.5) Prakondisi

Cara ini diterapkan di mana aliran air cukup kuat untuk memasok torsi atau energy yang terukur untuk memutar roda dengan kecepatan produktif.

6) Keuntungani. Murah dan sederhana untuk dibangun.

ii. Kincir air undershot adalah contoh teknologi hijau, berdampak negative minimal terhadap lingkungan. Namun, penempatan kincir harus mempertimbangkan ekosistem local untuk memastikan dampak yang sangat kecil pada satwa liat setempat dan pola pemijahan ikan.

iii. Rendahnya biaya operasi dan pemeliharaan karena ketersediaan bahan seperti kayu dan bamboo di Indonesia.

7) KerugianKincir air undeshot kurang bertenaga.

2. Kincir Air Overshot1) Sebuah bendungan dan kolam dibangun dan digunakan untuk mengarahkan

air ke atas kincir di mana air akan tertampung dalam ember-ember.2) Perbedaan berat air dalam ember menyebabkan kincir bergerak.3) Ketika sebuah ember terisi, kincir mulai berputar dan dan ember yang telah

mencapai dasar roda itu terbalik dan air keluar.4) Ember

tersebut harus

berputar di sekitar kincir sampai akan kembali ke puncak untuk diisi sekali lagi.

5) Keuntungan


i. Untuk memutar kincir, kincir air overshot tidak membutuhkan aliran air cepat.

ii. Gravitasi digunakan.iii. Lebih efisien dari kincir air undershot (60%).iv. Selama kemarau, air dalam bendungan dapat digunakan untuk

kincir.6) Kerugian

i. Mahal dan rumit konstruksinya.h. Aplikasi

Ilustrasi ini memberikan gambaran dari aplikasi utama untuk system eneregi hidro. Indonesia memiliki potensi tenaga air besar sampai dengan 62,2 GW termasuk mikro hidro dari 458 MW untuk masyarakat pedesaan dan terpencil, di mana sejauh ini hanya kapasitas 5 mW diperkirakan telah terpasang di daerah pedesaan. Berikut ini adalah gambaran beberapa contoh aplikasi mikro hidro di Indonesia.

1) Di desa Lisuananda, Sulawesi, pembangkit listrik mikro hidro yang didanai oleh PPK (Pra kursor ke Green PNPM) dengan kapasitas yang tersedia 8 kW, menyediakan listrik untuk 85 rumah tangga. Listrik digunakan untuk penerangan, televisi, radio, infrastuktur social seperti sekolah, pusat kesehatan, gereja, kantor desa, serta mengalirkan air ke ladang beras, dan untuk menggerakkan penggilingan padi.

2) Di Tanjung Durian, Sumatra Barat, pembangkit listrik tenaga mikro hidro 10 kW menyediakan penerangan di malam hari untuk 90 rumah tangga dan menjalankan unit penggilingan padi pada siang hari.

3) Di Selolimon, Jawa Timur, 23 kW pembangkit mikro hidro menyediakan listrik untuk 45 rumah tangga, sebuah pusat pembelajaran lingkungan hidup, sebuah bisnis kecil, dan dua sekolah. Aplikasi penggunaan adanalah penerangan, televisi, radio, penanak nasi, penghancur kertas, dan menjual listrik ke jaringan listrik.


energi tenaga air hidroelektrisitas

Documents