BAHAN AJAR

PERANCANGAN PEMBANGKITAN TENAGA LISTRIK

OLEH :

Prof. Dr. Ir. Nadjamuddin Harun, MS

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2011

lkpp

unhas

iKATA PENGANTAR

Buku ajar ini dikembangkan berdasarkan pengajaran ditingkat Strata Satu (S1) dan Strata

Dua (S2) untuk bidang Pembangkitan Perencanaan Pembangkitan Tenaga Listrik. Dalam

buku ini disajikan teori-teori pembangkitan tenaga listrik dan dilanjutkan dengan perencanaan

pembangkitan tenaga listrik untuk mahasiswa teknik elektro.

Diasumsikan bahwa mahasiswa bidang teknik elektro telah mengambil mata kuliah teknik

kendali, aljabar linear dan matematika teknik. Pembahasan untuk teori dilanjutkan dengan

contoh soal serta diskusi-diskusi tentang simulasi atau model sistem. Pada edisi pertama ini

masih banyak kekurangan tetapi diharapkan para pemakai dapat mengembangkan sesuai

perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Dalam Bab I telah disampaikan bahwa mata kuliah Pembangkitan dan Perencanaan

Pembangkitan Tenaga listrik untuk bidang teknik elektro dengan mempertimbangkan dua

aspek yaitu aspek teknik dan ekonomis, mengembangkan sistem untuk memenuhi kebutuhan

energi listrik.

Bab II dijabarkan Karaketeristik Pembangkit Hidro dan Pembangkit Listrik Tenaga

Thermal, pada pembahasannya ditekankan pada karakteristik masukan dan keluaran.

Bab III menjelaskan Operasi Pembangkit Listrik Tenaga Hidro secara mendasar dan

perumusan analisis daya baik daya mekanis dan daya listrik dari proses tenaga air dan termis.

Bab IV menyajikan Pembangkit Listrik Tenaga Termal. Bab ini menguraikan secara

ringkas prinsip kerja, Proses Konversi Energi dan Pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga

Termal diantaranya PLTG, PLTU, dan PLTGU.

Bab V membahas tentang Sekuriti Sistem . Pada bab ini disajikan pembahasan mengenai

monitoring aliran daya pada sistem interkoneksi dengan menggunakan peralatan Remote

Terminal Unit (RTU). Pada bab ini juga dikemukakan metode analisis dengan menggunakan

algoritma Load Flow dan selanjutnya dilakukan analisa tindakan korektif.

Bab VI dibahas secara singkat tentang Stabilitas Steady State, Stabilitas Transient dan

Stabilitas Dinamis pada sistem tenaga listrik.

lkpp

unhas

lkpp

unhas

ii

Bab VII membahas tentang Operasi Sistem Tenaga Listrik, Bab ini menyajikan operasi

sistem secara optimal khususnya Pembangkit Thermal dan dilanjutkan dengan operasi

ekonomis pada sistem tenaga listrik.

Bab VIII membahas tentang Pengendalian Sistem Tenaga Listrik . Pada bab ini dibahas

secara singkat tentang pengendalian daya aktif dan frekuensi demikian juga pengendalian daya

reaktif dan tegangan. Pada Pengendalian sistem transmisi digunakan peralatan FACTS dan

hanya dibatasi untuk beberapa komponen FACTS untuk diaplikasikan pada tenaga listrik.

Bab IX membahas tentang Optimalisasi Sistem Tenaga Listrik. Pada bab ini digunakan

beberapa metode optimalisasi sistem tenaga listrik diantaranya pemograman liniear, metode

pemograman dinamis, metode merit order, metode pemograman gradient orde dua dan

optimasi sistem tenaga listrik dengan metode logika samar ( Fuzzy Logic).

Penyusun berterima kasih kepada teman-teman yaitu Muhammad Syahwil,

A. Muhammad Syafar, dan A. Nur Putri. Atas bantuannya dalam menyusun buku ajar ini

dalam bentuk sederhana. Penulis juga mengharapkan koreksi perubahan dari pihak-pihak yang

berkecimpun dalam bidang teknik elektro. Akherulkalam bersyukur kepada Allah Yang Maha

Esa atas limpahan Rahmat-nya kepada kita sekalian.

Makassar, November 2011

Prof.Dr.Ir.H.Nadjamuddin Harun. MS

lkpp

unhas

iii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.. i

DAFTAR ISI. iii

BAB I PENDAHULUAN... 1

BAB II KARAKTERISTIK PEMBANGKIT HIDRO DAN

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA THERMAL 4

2.1 Karakteristik Input Output Pembangkit Listrik Tenaga

Thermal. 4

2.2 Karakteristik Input Output Pembangkit Listrik Tenaga

Hidro . . . . . . 5

2.3 Laju Pertambahan Pemakaian Bahan Bakar. 7

2.4 Kendala-Kendala Operasi Pada Pusat Pembangkit Listrik 8

2.5 Kendala-Kendala Operasi Pada Pusat Listrik Tenaga Gas 10

2.6 Kendala-Kendala Operasi Pada Pusat Listrik Tenaga

Diesel. 13

2.7 Kendala-Kendala Operasi Pada Pusat Listrik Tenaga Uap 14

BAB III PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIDRO . . . . . . . . . . . .. 16

3.1 Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Hidro . . . . . . . . . .. . 16

3.2 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro............ 16

3.3 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro . . ......... 21

3.4 Pembangkit Listrik Tenaga Air 21

BAB IV PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA THERMAL . . . . . . . . 40

4.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 40

4.2 Pembangkit Listrik Tenaga Uap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.3 Pembangkit Listrik Tenaga Gas-Uap . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.4 Cogeneration... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

lkpp

unhas

iv

BAB V SEKURITI SISTEM TENAGA LISTRIK. . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.1 Pendahuluan.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61

5.2 Sistem Monitoring Tenaga Listrik. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 63

5.3 Analisis Kontigensi Sistem Tenaga Listrik.. . . . . . . 85

5.4 Analisis Korektif Sistem Tenaga Listrik. 95

BAB VI STABILITAS SISTEM TENAGA LISTRIK. . . . . . . . . . . . . . 96

6.1 Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.2 Stabilitas Steady State Sistem Tenaga Listrik . . . . . . . . . . .. 97

6.3 Stabilitas Transient Sistem Tenaga Listrik... 98

6.4 Stabilitas Dinamis Sistem Tenaga Listrik. 99

6.5 Perasamaan Ayunan.. 100

6.6 Pemodelan Mesin Sinkron Pada Studi Kestabilan 102

6.7 Pemodelan Mesin Sinkron Memperhitungkan Saliency... 104

6.8 Stabilitas Steady State dengan Gangguan-gangguan Kecil.. 107

6.9 Stabilitas Transient dengan Kriteria Sama Luas.. 117

6.10 Aplikasi Pada Penambahan Daya Input Tiba-tiba 119

6.11 Apalikasi Pada Gangguan Tiga Fasa 121

6.12 Pemecahan Numerik Pada Persamaan Non-linear 128

6.13 Pemecahan Numerik Pada Persamaan Ayunan. 130

6.14 Sistem Multi-Mesin... 134

6.15 Stabilitas Transient Multi-Mesin 136

BAB VII OPERASI SISTEM TENAGA LISTRIK. . . . . . . . . . . . . . . 141

7.1 Operasi Optimal Sistem Tenaga Listrik . . . . . . . . . . . . . .. 141

7.1.1 Pendahuluan .. 141

7.1.2 Pemodelan Biaya Bahan Bakar Pembangkit Thermal 142

7.1.3 Operasi Optimal Pembangkit Listrik Tenaga Thermal... 147

7.1.4 Perhitungan Rugi-rugi Transmisi 151

7.2 Operasi Ekonomis Sistem Tenaga Listrik .. . . . . . . . . . . .. 156

7.2.1 Kesepakatan Unit Pembangkit Thermal..... 158

lkpp

unhas

v7.2.2 Operasi Ekonomis Dengan Mengabaikan Rugi-rugiSaluran Transmisi. 160

7.2.3 Operasi Ekonomis Dengan Memperhitungkan Rugi-rugiSaluran Transmisi. 161

BAB VIII PENGENDALIAN SISTEM TENAGA LISTRIK . . . . . . . . . 165

8.1 Pendahuluan 165

8.2 Pengendalian Daya Aktif dan Frekuensi 166

8.3 Pengendalian Daya Reaktif dan Tegangan. 172

8.4 Pengendalian Sistem Tenaga Listrik dengan FACTS. 181

BAB IX OPTIMASI SISTEM TENAGA LISTRIK. . . . . . . .. .. 186

9.1 Pendahuluan 186

9.2 Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode Liniear

Programing.. 187

9.3 Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode Program Dinamis.. 191

9.4 Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode Merit Order 206

9.5 Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode Gradien Orde Dua.. 211

9.6 Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode Fuzzy Logic... 214

DAFTAR PUSTAKA

lkpp

unhas

lkpp

unhas

1BAB I PENDAHULUAN

Sebagai bagian dari tata dunia baru di era persaingan pasar global, Indonesia dituntut

untuk mampu melahirkan manusia-manusia yang berkualitas dan mampu memainkan peran

sebagai garda depan persaingan antar bangsa-bangsa. Untuk itu perlu adanya kerja keras dari

semua komponen bangsa dalam menghadapi persaingan tersebut. Atas dasar realitas dan

tantangan masa depan tersebut maka menyiapkan individu-individu yang berkualitas dengan

sejumlah karakteristik menjadi kebutuhan yang tidak dapat ditawar lagi. Salah satu cara untuk

mempersiapkan bangsa Indonesia untuk menghadapi persaingan yang semakin ketat tersebut

adalah dengan meningkatkan kualitas sumber daya manusia yang ada melalui pendidikan.

Pendidikan adalah suatu usaha untuk mencerdaskan bangsa, investasi jangka panjang

yang memerlukan usaha dan dana yang cukup besar. Pendidikan juga merupakan usaha sadar

dan terencana untuk mewujudkan suasana belajar dan proses pembelajaran agar peserta didik

secara aktif mengembangkan potensi dirinya untuk memiliki kekuatan spiritual keagamaan,

pengendalian diri, kepribadian, kecerdasan, akhlak mulia, serta keterampilan yang diperlukan

dirinya dan masyarakat.

Perancangan Pembangkitan Tenaga Listrik merupakan salah satu mata kuliah wajib pada

jurusan Teknik Elektro, konsenstrasi Teknik Energi Elektrik pada Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin yang disajikan pada Semester tiga setiap tahun ajaran. Mata kuliah ini

memberikan gambaran tentang perencanaan sistem pembangkitan dengan mempertimbangkan

dua aspek yaitu aspek ekonomis dan aspek teknis, mengembangkan sistem untuk memenuhi

kebutuhan energi listrik dari pemakai energi (demand) secara kontinu dan memenuhi kualitas

yang diinginkan dengan analisis demand dan evaluasi sumber-sumber energi yang ada,

sehingga akan tercapai keseimbangan antara pemasok (supply) energi dan pemakai energi

(demand). Ada 4 kriteria kunci yang perlu diketahui dari mata kuliah ini adalah Economic

Viability, Technical Fesiability, Financial Security dan Inveronmental Asceptability.

Proses pembelajaran yang digunakan saat ini berupa kuliah tatap muka dan

diskusi/presentasi kelompok. Dengan adanya proses pembelajaran ini diharapkan penilaian

yang dilakukan tidak hanya dari segi kognitif saja tetapi juga termasuk segi afektif. Selain

diskusi kelompok mahasiswa diberikan tugas individu dengan mengambil kasus sistem

kelistrikan yang relevan dengan materi yang telah disajikan, mahasiswa juga dituntut

lkpp

unhas

2menggunakan software aplikasi program untuk analisis, sehingga akan membuat mahasiswa

lebih aktif dalam menguasai materi.

Perancangan Pembangkitan Tenaga Listrik merupakan mata kuliah dengan Jumlah

peserta setiap kelasnya berkisar 22 orang. Nilai angka rata-rata yang diperoleh sebesar 90

dimana nilai ini setara dengan nilai A.

Tabel Jumlah Mahasiswa yang Memperoleh Nilai A-E

Nilai Jumlah Mahasiswa

A 10

A- 6

B 4

B- 2

C 0

E 0

Total 22

Dari Tabel diatas dapat disimpulkan bahwa hasil dari proses pembelajaran sudah

cukup baik sesuai yang diharapkan. Dengan adanya bahan ajar ini, diharapkan dapat lebih

meningkatkan kualitas pembelajaran dan memudahkan mahasiswa dalam menguasai materi-

materi perkuliahan secara sistematis, disisi lain kurangnya buku bacaan dalam bahasa

indonesia yang dapat diakses oleh mahasiswa juga menjadi salah satu kendala, sehingga

keberadaan bahan ajar ini sangat penting dalam proses belajar mengajar dikelas.

Bahan ajar ini juga dapat di-download di website milik Universitas Hasanuddin

( sistem pembelajaran berbasis Learning Management System /LMS) sehingga memudahkan

mahasiswa dalam mengakses materi perkuliahan setiap saat.

Sistematika penulisan buku ajar ini terbagi dalam 9 (Sembilan) Bab dengan harapan

maksud dan tujuan dari penulisan ini dapat terangkum seluruhnya. Pembagian Bab tersebut

adalah sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan

Bab pendahuluan menggambarkan secara singkat deskripsi mata kuliah

Perancangan Pembangkitan Tenaga Listrik dan proses pembelajaran

yang diterapkan dalam mata kuliah ini.

BAB II : Karakteristik Pembangkit Hidro dan Pembangkit Listrik Tenaga Thermal

lkpp

unhas

3Bab ini mencakup karakteristik input output pembangkit listrik tenaga

thermal, karakteristik input output pembangkit listrik tenaga hidro, dan

kendala-kendala operasi pada pusat pembangkit listrik (PLTA, PLTD,

PLTG dan PLTU ).

BAB III : Pembangkit Listrik Tenaga Hidro

Bab ini menguraikan secara ringkas prinsip kerja, proses konversi energi

dan masalah operasi pada pembangkit listrik tenaga hidro, yakni PLTMH,

PLT Minihidro (PLTM) dan PLTA.

BAB IV : Pembangkit Listrik Tenaga Thermal

Bab ini menguraikan secara ringkas prinsip kerja, proses konversi energi

dan masalah operasi pada pembangkit listrik tenaga thermal, yakni PLTG,

PLTU dan PLTGU.

BAB V : Sekuriti Sistem Tenaga Listrik

Bab ini membahas fungsi sekuriti pada sistem tenaga listrik yaitu sistem

monitoring, analisis kontigensi dan analisis tindakan korektif.

BAB VI : Stabilitas Sistem Tenaga Listrik

Bab ini membahas Stabilitas Steady State, Stabilitas Transient dan

Stabilitas Dinamis pada sistem tenaga listrik.

BAB VII : Operasi Sistem Tenaga Listrik

Bab ini mencakup operasi optimal dan ekonomis pada sistem tenaga listrik

dengan atau tanpa memperhitungkan rugi-rgi saluran transmisi.

BAB VIII : Pengendalian Sistem Tenaga Listrik

Bab ini mencakup pengendalian daya aktif dan frekuensi pengendalian

daya reaktif dan tegangan, seerta pengendalian dengan FACTS pada

sistem tenaga listrik.

BAB IX : Optimasi Sistem Tenaga Listrik

Bab ini membahas beberapa metode optimasi sistem tenaga listrik yaitu

optimasi sistem tenaga listrik metode linear programming, optimasi sistem

tenaga listrik metode Program Dinamis, optimasi sistem tenaga listrik

metode Merit Order, optimasi sistem tenaga listrik metode Gradien Orde

Dua, dan optimasi sistem tenaga listrik metode Fuzzy Logic.

lkpp

unhas

4Garis Besar Rencana Pembelajaran (GBRP

Nama / Kode Mata Kuliah : PERANCANGAN PEMBANGKITAN TENAGA LISTRIK

Kompetensi Sasaran : Kompetensi Utama:Kemampuan merencanakan pembangkitan sistem tenaga dengan memprtimbangkan aspek ekonomis dan teknis

Kompetensi Pendukung:1. Mahasiswa mengembangkan kemampuan dalam perencanaan

pembangkitan energi listrik.2. Mahasiswa mengembangkan kemampuan bekerjasama, baik sebagai ketua

maupun anggota dari sebuah tim kerja.

Sasaran Belajar : 1. Mahasiswa memahami prinsip perancangan pembangkitan secara ekonomis dan teknis.

2. Mahasiswa mampu mengutarakan pendapat di depan orang banyak dan menjawab pertanyaan dari audience.

3. Mahasiswa mampu berdiskusi secara kelompok dan mengutarakan pendapat.

4. Mahasiswa mampu menganalisis literatur yang menggunakan bahasa

Inggris

Model Pembelajaran : Project Based Learning

Minggu ke-

SasaranPembelajaran

Materi PembelajaranStrategi

Pembelajaran

Kriteria Penilaian (indicator

BobotNilai(%)

(1) (2) (3) (4) (5) (6)1 Mahasiswa

mengetahui tujuan perancangan pembangkitan

Kontrak Kuliah/PengantarPerancangan Pembangkitan dan Tren Pengembangannya

Ceramah

0

2 Mahasiswamampu menyebutkankarakteristik pembangkit thermal dan hidro

Karakteristik InputOutput PembangkitListrik TenagaThermal

Karakteristik Input Output Pembangkit Listrik Tenaga Hidro

Kendala-Kendala Operasi Pada Pusat Pembangkit Listrik thermal dan hidro,PLTA,PLTG,PLTU,P LTGU.

Ceramah/Laporan - Kedalama

n materi- Referensi

yang sesuai.

- FormatPaper

5%

lkpp

unhas

53 Mahasiswa mampumenjelaskan prinsip kerja,proses konversienergy dan masalah operasipada pembangkit hidro PLTMH, PLTM dan PLTA

KlasifikasiPembangkit ListrikTenaga Hidro

Pembangkit ListrikTenaga Mikrohidro

Pembangkit ListrikTenaga Minihidro

Pembangkit ListrikTenaga Air

Ceramah

&

Diskusi

- Kedalamanmateri

- KemampuanDiskusi

5 %

4-5 Mahasiswa mampumenjelaskan prinsip kerja,proses konversi energy dan masalah operasi pada pembangkit thermal PLTG,PLTU dan PLGU

Pembangkit ListrikTenaga Gas

Pembangkit ListrikTenaga Uap

Pembangkit ListrikTenaga Gas-Uap

Cogeneration

Ceramah

&

Diskusi

- Kedalaman materi

- KemampuanDiskusi 5%

6-8 Mahasiswamampu

memahami danmenjelaskanpentingnya fungsi sekuriti padatenaga listrik .

Sistem MonitoringTenaga Listrik

Analisis KontigensiSistem Tenaga Listrik

Analisis KorektifSistem Tenaga Listrik

Presentase

&

Diskusi

- Kedalaman materi

- KemampuanDiskusi

5%

9 Mid Test Mid Test 25 %

10 12 Mahasiswamampu memahamistabilitas pada system tenaga listrik

Stabilitas SteadyState Sistem TenagaListrik

Stabilitas Transient Sistem Tenaga Listrik

Stabilitas DinamisSistem TenagaListrik

Perasamaan Ayunan dan pemodelanMesin Sinkron PadaStudi Kestabilan

Presentase

&

Diskusi

- Kedalamanmateri

- Kemampuan presentasi

- KemampuanMenjawab

- KemampuanDiskusi pendapat kelompok

5 %

13 Mahasiswamampu memahami operasi system tenaga listrik

Operasi OptimalSistem TenagaListrik

Operasi EkonomisSistem TenagaListrik

Presentase

&

Diskusi

- Kedalamanmateri

- Kemampuan presentasi

- KemampuanDiskusi kelompok

5%

lkpp

unhas

614 MahasiswaMampu melakukansimulasipengendalian pembangkitantenaga listrik

Simulasipengendalian daya aktif dan frekuensi

Simulasipengendalian daya reaktif dan tegangan

Simulasi pengendalian FACTS.

Project/TugasBesar

- Kedalamanmateri

- Kemampuan presentasi

- KemampuanMenjawab

- Kemampuan Diskusi pendapat kelompok

5%

15 Mahasiswamampu memahamimetode-metodeoptimasi system tenaga listrik

Optimasi SistemTenaga ListrikMetode LiniearPrograming

Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode ProgramDinamis

Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode Merit Order

Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode Gradien Orde Dua

Optimasi Sistem Tenaga Listrik Metode Fuzzy Logic

Ceramah., Tugasdan presentase

- Kedalamanmateri

- Kemampuan presentasi

- KemampuanMenjawab

- KemampuanDiskusi pendapat kelompok 5%

16 Final Test Final Test 35%

lkpp

unhas

lkpp

unhas

4BAB II KARAKTERISTIK PEMBANGKIT HIDRO

DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA THERMAL

Karakteristik pembangkit merupakan modal dasar dalam melakukan pengaturan ouput

pembangkit untuk menekan pembiayaan bahan baku energi. Melalui karakteristik

pembangkit ini dibuat model matematisnya sehingga dapat dilakukan proses optimasi

dalam memperoleh optimum ekonomi biaya pembangkitan.

2.1 KARAKTERISTIK INPUT OUTPUT PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

THERMAL

Karakteristik ini menyetarakan hubungan antara input pembangkit sebagai fungsi dari

output pembangkit. Persamaan karateristik input-output pembangkit menyatakan

hubungan antara jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan daya tertentu

pada pembangkit tenaga listrik yang didekati dengan fungsi binomial, yaitu :

Keterangan :

F = input bahan bakar (liter/jam)

P = output daya pembangkit (MW)

a,b,c = konstanta persamaan

persamaan input output diperoleh dengan mengolah data operasi pembangkit dengan

menggunakan Metode Kuadrat Terkecil ( Least Square Methode ). Apabila terdapat N

data daya keluaran Pi dan jumlah bahan bakar Fi, konstanta persamaan dengan

menyelesaikan persamaan (2.1).

Apabila pada pusat pembangkit terdapat unit pusat pembangkit yang memiliki

persamaan input-output yang berbeda. Untuk tujuan penjadwalan pembangkit tenaga

lkpp

unhas

5listrik diperlukan satu persamaan karateristik yang mengimplementasikan persamaan

karateristik input-output pembangkit tenaga listrik yang terhubung pada bus yang sama.

Persamaan tersebut lebih dikenal dengan persamaan karateristik input-output ekuivalen.

Dimisalkan suatu pusat pembangkit listrik yang terdiri dari m buah unit pembangkit

dengan masing-masing persamaan karakteristik input-output sebagai berikut :

Untuk mendapatkan sebuah persamaan ekuivalen dari m buah persamaan digunakan

rumus :

Koefesien persamaan karakteristik input-output ekuivalen diperoleh dengan

menyelesaikan persamaan (2.6 ) berikut :

2.2 KARAKTERISTIK INPUT OUTPUT PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

HIDRO

Karateristik input-output dari pembangkit tenaga listrik hidro menggambarkan hubungan

antara input kepenggerak mula (turbin) berupa jumlah air yang dialirkan diantara sudu-

sudu turbin persamaan waktu dengan output daya dari generator. Output dari pembangkit

listrik hidro adalah daya yang dikirim keluar yaitu net output generator dikurangi dengan

daya untuk pemakaian sendiri seperti untuk pompa, pengisian baterai dan peralatan

penunjang lainnya.

lkpp

unhas

6Daya output generator sebagai fungsi dari tinggi terjun dan debit air dapat dinyatakan

sebagai berikut :

Suatu bentuk alternative dari persamaan di atas dapat diperoleh dengan mendefenisikan

variabel efesiensi baru G sebagai berikut :

Sehingga menghasilkan persamaan (2.9),

Untuk ketinggian air yang konstan bentuk karateristik tersebut dapat digambarkan seperti

gambar 2.1.

lkpp

unhas

7Oleh karena tinggi terjun air dianggap konstan, maka besar debit air sebagai fungsi daya

output pembangkit akan didekati dengan persamaan polynomial orde dua yaitu :

Persamaan laju pertambahan pemakaian air ( incremental Water Rate ) diperoleh dari

turunan pertama persamaan input-output, yaitu :

2.3 LAJU PERTAMBAHAN PEMAKAIAN BAHAN BAKAR

( Incremental Fuel Rate )

Laju pertambahan pemakaian bahan bakar (IFR) menggambarkan hubungan antara

perubahan masukan dan perubahan keluaran yang sesuai dengan perubahan tersebut.

Secara sistematis dapat dituliskan sebagai berikut :

Bila perubahannya sangat kecil ( mendekati nol), maka persamaan (2.13) dapat

dinyatakan seperti :

lkpp

unhas

8Kurva karakteristik laju pertambahan bahan bakar pembangkit thermal diperlihatkan

pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Kurva karakteristik laju pertambahan pemakaian bahan bakar untuk

pembangkit thermal.

Sebenarnya input dalam kurva pertambahan biaya produksi (Incremental Production

Cost-IPC) pembangkit tenaga listrik termal tidak hanya meliputi bahan bakar, melainkan

juga mencakup biaya operasi lainnya. Namun karena komponen biaya bahan bakar jauh

lebih besar daripada komponen biaya lain, maka biaya produksi (production cost)

dianggap sebagai biaya bahan bakar ( fuel cost).

Kurva pertambahan biaya produksi atau kurva biaya bahan bakar memberikan

informasi tentang perbedaan segi ekonomis operasi setiap unit pembangkit tenaga listrik.

Kurva pertambahan biaya produksi bahan bakar diperoleh dengan mengalikan jumlah

bahan bakar dengan harga satuan bahan bakar, sehingga dari karakteristik ini dapat

dilakukan penjadwalan pembangkitan yang ekonomis.

2.4 KENDALA-KENDALA OPERASI PADA PUSAT LISTRIK TENAGA AIR

Tidak terdapatnya proses pembakaran sehingga tidak ada perubahan suhu yang besar

pada bagian-bagian PLTA, merupakan faktor yang sangat mengurangi kendala operasi

pada PLTA. Kendala operasi dari unit PLTA tidak sebanyak pada unit PLTU terutama

untuk keadaan dinamis PLTA umumnya dapat cepat distart dan lebih mudah mengalami

lkpp

unhas

9perubahan beban.Kendala operasi pada PLTA umumnya adalah kendala operasi dalam

keadaan musim kemarau sehingga kurang air dan PLTA tidak dapat beroperasi secara

optimal.

1. Beban Maksimum

Beban maksimum pada unit PLTA pada umumnya dapat mencapai nilai nominal

seperti yang tertera dalam spesifikasi pabrik. Dalam prakteknya nilai nominalnya ini

kadang-kadang tidak dapat tercapai ini dikarenakan ada bagian berputar (totaring

part) yang kurang sempurna atau proses yang kurang baik kedudukannya sehingga

timbul suhu atau getaran yang berlebihan. Ada pereparat (Seal) yang kurang baik

sehingga air yang bertekanan tidak melalui rotor turbin tetapi langsung mengalir ke

pipa pembuangan.

Kurang tingginya permukaan air dalam kolam tando sehingga tinggi terjun tidak

cukup. Kurang daripada nilai yang disyaratkan oleh spesifikasi pabrik. Hal semacam

ini kadang-kadang terjadi pada musim kemarau.

2. Beban Minimum

Beban minimum pada unit PLTU disyaratkan karena pemakaian air tidak semata

mata untuk pembangkit tetapi juga digunakan uintuk keperluan lainnya. PLTA serba

guna misalnya dimana airnya juga dipakai untuk irigasi, ada syarat air minuman yang

harus keluar dan PLTA untuk keperluan irigasi sehingga hal ini juga mensyaratkan

beban minimum bagi PLTA. Hal ini serupa juga terjadi apabila air keluar dari PLTA

digunakan untuk pelayanan air minum.

3. Kecepatan Perubahan Beban

Untuk PLTA masalah kecepatan perubahan beban dapat dilakukan dengan cepat jika

dibandingkan dengan unit pembangkit lainnya. Unit PLTA umumnya dapat diubah

bebannya dari 0% sampai 100% dalam waktu kurang dari setengah menit.

4. Perhitungan Cadangan Berputar

Untuk unit PLTA, cadangan berputar dapat dianggap sama dengan kemampuan

maksimum dikurangi dengan beban sesaat dari unit.

lkpp

unhas

10

2.5 KENDALA-KENDALA OPERASI PADA PUSAT LISTRIK TENAGA GAS

Karena unit PLTG adalah unit pembangkit yang termahal biaya operasinya khususnya

termahal biaya bahan bakarnya maka diinginkan agar unit PLTA beroperasi dalam waktu yang

sependek mungkin, misalnya pada waktu beban puncak atau pada waktu ada kerusakan/gangguan

unit lain (sebagai unit cadangan). Tetapi dilain pihak men-start dan men-stop unit PLTG akan

menambah keausan unit tersebut sehingga merupakan kendala operasi yang harus diperhitungkan.

Pada PLTG turbin gas diputar oleh gas hasil pembakaran yang suhunya 9000C, operasi dengan gas

yang bersuhu tinggi inilah merupakan sebab utama timbulnya keausan apabila unit PLTG

mengalami start-stop sehingga merupakan kendala operasi seperti tersebut diatas. Beban operasional

pada unit PLTG perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut:

Operasi dengan gas bersuhu tinggi inilah yang merupakan sebab utama timbulnya

keausan apabila unit PLTG mengalami start-stop yang merupakan kendala operasi.

Dalam operasi PLTG perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

1. Beban Maksimum

Dalam spesifikasi teknik PLTG disebut dua macam rating kemampuan yaitu :

a. Base Load Rating yang menggambarkan kemampuan unit untuk melayani beban

terus menerus.

b. Peak Load Rating yang menggambarkan kemampuan unit untuk melayani beban

selama dua jam. Peak load rating besarnya kurang lebih 10% diatas base load

rating.

Seperti telah diuraikan diatas, unit PLTG beroperasi pada suhu tinggi. Hal ini mudah

menimbulkan karosi suhu tinggi apabila bahan bakar banyak mengandung vanadium,

potassium atau sodium.

Dalam praktek spesifikasi berkuis untuk bahan bakar menjadi dua hal ini dinyatakan

dengan batas metallic content yang tidak boleh dilampaui, berkisar pada nilai satu

part permillion berat (ppm).

Masalah kwalitas bahan bakar, suhu gas hasil pembakaran beserta metallic content

inilah faktor utama yang membatasi beban maksimum dari turbin gas.

lkpp

unhas

11

Unit PLTG dilengkapi daya speed tronic card yang secara otomatis melalui governer

akan mengurangi beban dari unit apabila ia mendeteksi tegangan yang

diperbolehkan.

Untuk beban yang sama suhu gas hasil pembakaran ini bisa naik karena proses

pembakaran yang tidak sempurna misalnya karena pengaruh bahan bakar kurang

sempurna kerjanya.

2. Beban Minimum

Batas beban minimum untuk unit PLTG tidak disebabkan karena alus melainkan

lebih disebabkan oleh masalah ekonomi yaitu efisiensi yang mudah pada beban yang

rendah.

Gambar 2.3 kurva Biaya Minimum

Pada gambar diatas tampak bahwa :

Pada beban 100% bb minyak dilampaui 0,346 l/kwh

Pada beban 75% bb minyak dilampaui 0,335 l/kwh

Pada beban 50% bb minyak dilampaui 0,443 l/kwh

Pada beban 25% bb minyak dilampaui 0,645 l/kwh

Apabila harga bahan bakar yang dipakai adalah HSD ril dengan harga Rp. 2200/ liter

maka ini berarti bahwa pada beban 100% biaya bahan bakar Rp. 761,2/kwh sedang

pada beban 25% Rp. 1419/kwh.

lkpp

unhas

12

3. Kecepatan Perubahan Beban

Umumnya PLTG dapat dirubah bebannya dari 0% menjadi 100% dalam waktu

kurang dari 15 menit, sehingga bagi tiap termis termasuk unit yang dapat dirubah

bebannya secara cepat. Tetapi jika diinput bahwa unit PLTG beroperasi dan suhu gas

pembakaran yang tinggi maka perubahan beban berarti perubahan suhu yang sudah

kecil pada beroperasi bagian turbin gas dan menambah keausan. Juga perlu diinput

bahwa penambah beban yang rendah maka sebaiknya unit PLTG tidak diubah-ubah

beban tetapi diusahakan berbeban mendekati penuh (80%) dan kawat. Perubahan

beban PLTG dilakukan dalam keadaan darurat.

4. Perhitungan Cadangan Berputar

Karena kemampuannya untuk menambah beban yang relatif cepat seperti telah

diusulkan diatas maka cadangan berputar yang dapat diperhitungkan pada unit PLTG

adalah sama dengan kemampuan maksimum dikurangi dengan beban sesaat dari unit.

Tetapi sebaiknya juga diadakan perubahan beban.

PLTG sebaiknya dioperasikan untuk menangani beban puncak. Dalam operasi tenaga

listrik seringkali ada pembangkit start dan stop dalam setiap hari, minggu.

PLTG memberikan konsekuensi biaya yang lain dari pada unit PLTU. Pada PLTG

perlu disuplai pada start-stop 300 kali atau setelah mengalami sejumlah jam operasi

tertentu tergantung pada mode of operation.

Perhitungan untuk menentukan time between combustion inspection unit PLTG

F x S x (6x + 3y z) 7500 + 10% (2.15)

Dimana :

F = Fuel factor yang besarnya bergantung kepada bahan bakar yang dipakai.

F = 1.0 untuk bahan bakar pada alami

= 1.4 untuk HSD

S = Start faktor yang besarnya tergantung kepada sekali berapa jam unit PLTG di

star besarnya adalah :

lkpp

unhas

13

Start/waktu jam 1/1 1/3 1/5 1/10 1/20 1/100 1/500 1/1000

S = start faktor 2,6 2,83 1,80 1,28 1,15 1,9 0,9 0,85

X = Jumlah jam operasi yang melampaui peak rating.

Y = Jumlah jam operasi yang melampaui normal rating tetapi masih di bawah peak

rating.

Z = Jumlah jam operasi di bawah normal rating

2.6 KENDALA-KENDALA OPERASI PADA PUSAT LISTRIK TENAGA DIESEL

PLG yang terpelihara dengan baik praktis tidak mempunyai kendala operasi. Dapat di

start stop dengan cepat tanpa banyak menambah keausan, pemakaian bahan bakarnya

lebih hemat daripada PLTG tetapi masih lebih mahal dibanding dengan PLTU.

Walaupun pada PLTD praktis tidak ada kendala operasi, tetapi seperti juga pada

unit pembangkit lainnya secara operasional perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

1. Beban Maksimum

Beban maksimum dari PLTD seringkali tidak bisa mencapai nilai yang tertulis dalam

spesifikasi pabrik karena ada bagian-bagian dari mesin diesel yang tidak bekerja

dengan sempurna.Misalnya pada beban 90% suhu gas buang sudah mencapai suhu

maksimum yang diperbolehkan sehingga beban tidak boleh dinaikkan lagi. Suhu gas

buang yang tidak tinggi ini bisa disebabkan karena pengabut kurang baik kerjanya

atau karena turbo charger sudah kotor sehingga tekanan udara yang masuk ke silinder

kurang tinggi.

2. Beban Minimum

Tidak ada hal yang membatasi beban minimum pada unit PLTD. Hanya saja pada

unit PLTD sering dibebani rendah, misalnya kurang dari 50% maka biaya operasinya

bertambah mahal jika dibebani minimum,sehingga lebih baik dibebani maksimum

efisiensinya standar seperti pada name plate.Disamping biaya operasi tinggi pada

beban rendah juga efisiensinya menjadi rendah.

lkpp

unhas

14

3. Kecepatan Perubahan Beban

Pada PLTD umumnya dapat diubah bebannya dari 0% menjadi 100% dalam waktu

kurang dari 10 menit. Oleh karena kemampuannya yang cepat dalam mengikuti

perubahan beban, unit PLTD baik dipakai untuk turut mengatur frekuensi sistem

hanya sayangnya seperti telah diuraikan diatas kemampuan dayanya relatif kecil

dibanding dengan unit-unit pembangkit lainnya.

4. Perhitungan Cadangan Berputar

Mengingat kemampuannya dalam mengikuti perubahan beban seperti diuraikan diatas

maka cadangan berputar yang dapat diperhitungkan adalah sama dengan kemampuan

maksimum dikurangi dengan beban sesaat.

2.7 KENDALA-KENDALA OPERASI PADA PUSAT LISTRIK TENAGA UAP

Dari segi operasional PLTU paling banyak kendalanya khususnya dalam kondisi dinamis,

hal ini disebabkan banyaknya kendala komponen dalam PLTU yang harus diatasi.

Kendala operasi yang terdapat pada PLTU adalah :

a. Starting Time (waktu yang diperlukan untuk menstart) yang relatif lama, bisa

mencapai 6 sampai 8 jam apabila star dilakukan dalam keadaan dingin.

b. Perubahan daya persatuan waktu yang terbatas kira-kira5% per menit. Hal ini

disebabkan karena proses star memerlukan waktu lama yaitu pada PLTU minyak

adalah memerlukan waktu 2 jam jika distar dalam keadaan dingin, maupun perubahan

daya dalam PLTU cukup lambat, menyangkut pula berbagai perubahan suhu yang

selanjutnya menyebabkan produksi uap tidak mencapai suhu minimal 500 derajat

Celsius sehingga energi panas yang dikandungnya untuk proses expansi tidak tercapai

dengan sempurna.

Untuk keperluan operasional pada PLTU perlu diperhatikan hal-hal sebagai

berikut :

1. Beban Maksimum

Dalam keadaan sempurna beban maksimum dari unit PLTU adalah sampai dengan

yang tercantum dalam buku spesifikasi teknis unit pembangkit. Dalam spesifikasi

teknik tersebut umumnya disebutkan beberapa beban maksimum untuk pembebanan

lkpp

unhas

15

yang kontinu dan beberapa beban maksimum untuk waktu tertentu, dan apabila ada

bagian dari unit pembangkit yang bekerja tidak sempurna maka beban maksimumnya

dapat diturunkan.

2. Beban Minimum

Beban minimum dari PLTU berkisar disekitar 25%. Pembatasan ini biasanya

berhubungan dengan masalah kontrol karena pada beban rendah banyak yang

hubungannya tidak linear sehingga menyulitkan kerjanya alat-alat kontrol disamping

itu pula beban rendah nyala api menjadi kurang stabil dan mudah padam.

3. Kecepatan Perubahan Beban

Kecepatan perubahan beban pada unit PLTU harus menurut pada petunjuk Instruction

Manual yang dibuat oleh pabrik. Kecepatan perubahan beban yang mampu dilakukan

oleh unit PLTU tergantung pada kepada posisi beban permulaan dalam kaitannya

dengan sistem bahan bakar dan sistem pengisian air ketel. Ada PLTU yang didisain

apabila bebannya kurang dari 50% harus ada burner yang dimatikan dan juga ada

pompa pengisian air ketel yang dihentikan. Untuk menaikkan bebannya misalnya dari

40% ke 80%, tahapnya terbagi dua yaitu dari 40% sampai 50%, kemudian berhenti

sesaat untuk menyalakan burner tambahan dan pompa air pengisian ketel tambahan,

baru setelah burner tambahan dan pompa air pengisian ketel tambahan bekerja normal

beban dapat dinaikkan dari 50% sampai dengan 80%.

4. Perhitungan Cadangan Berputar

Untuk kondisi seperti diuraikan diatas, apabila unit pembangkit berbeban 40% maka

unit harus dianggap mempunyai cadangan berputar sebesar 50% - 40% : 40%, kalau

unit dalam keadaan 60% maka cadangan berputarnya bisa dianggap 100% - 60% :

40%.

lkpp

unhas

16

BAB III

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIDRO

3.1 KLASIFIKASI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIDRO

Pada dasarnya suatu pembangkit listrik tenaga hidro berfungsi untuk mengubah potensi

tenaga air yang berupa aliran air (sungai) yang mempunyai debit dan tinggi jatuh (head)

untuk menghasilkan energi listrik.

Secara umum Pusat Listrik Tenaga Air terdiri dari :

1) Pembangkit listrik tenaga mikrohidro,

2) Pembangkit listrik tenaga minihidro, dan

3) Pembangkit listrik tenaga Air.

Pembangkit listrik tenaga hidro dapat dikatagorikan dan diklasifikasikan sesuai besar

daya yang dihasilkannya, sebagaimana diperlihatkan pada tabel berikut:

No. JENIS DAYA / KAPASITAS

1. PLTA > 5 MW ( 5.000 kW).

2. PLTM 100 kW < PLTM < 5.000 kW

3. PLTMH < 100 kW

(Sumber : Severn Wye Energi Agency, www.swea.co.uk)

3.2 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO

Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik berskala

kecil (kurang dari 100 kW), yang memanfaatkan tenaga (aliran) air sebagai sumber

penghasil energi. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut clean

energi karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH dipilih karena

konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan, serta mudah dalam perawatan dan

penyediaan suku cadang.

Secara ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatif murah, sedangkan biaya

investasinya cukup bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH

mudah diterima masyarakat luas (bandingkan misalnya dengan Pembangkit Listrik

Tenaga Nuklir). PLTMH biasanya dibuat dalam skala desa di daerah-daerah terpencil

lkpp

unhas

17

yang belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga air yang digunakan dapat berupa

aliran air pada sistem irigasi, sungai yang dibendung atau air terjun.

3.2.1 Prinsip kerja PLT Mikrohidro

PLT Mikrohidro pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per

detik yang ada pada aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan

memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya

menggerakkan generator dan menghasilkan listrik.

Pembangunan PLTMH perlu diawali dengan pembangunan bendungan untuk

mengatur aliran air yang akan dimanfaatkan sebagai tenaga penggerak PLTMH.

Bendungan ini dapat berupa bendungan beton atau bendungan beronjong. Bendungan

perlu dilengkapi dengan pintu air dan saringan sampah untuk mencegah masuknya

kotoran atau endapan lumpur. Bendungan sebaiknya dibangun pada dasar sungai yang stabil

dan aman terhadap banjir.

Di dekat bendungan dibangun bangunan pengambilan (intake). Kemudian

dilanjutkan dengan pembuatan saluran penghantar yang berfungsi mengalirkan air dari

intake. Saluran ini dilengkapi dengan saluran pelimpah pada setiap jarak tertentu untuk

mengeluarkan air yang berlebih. Saluran ini dapat berupa saluran terbuka atau tertutup.

Di ujung saluran pelimpah dibangun kolam pengendap. Kolam ini berfungsi untuk

mengendapkan pasir dan meny aring kotoran sehingga air yang masuk ke turbin relatif

bersih. Saluran ini dibuat dengan memperdalam dan memperlebar saluran penghantar dan

menambahnya dengan saluran penguras. Kolam penenang (forebay) juga dibangun untuk

menenangkan aliran air y ang akan masuk ke turbin dan mengarahkannya masuk ke pipa

pesat (penstok). Saluran ini dibuat dengan konstruksi beton dan berjarak sedekat mungkin

ke rumah turbin untuk menghemat pipa pesat.

Pipa pesat berfungsi mengalirkan air sebelum masuk ke turbin. Dalam pipa ini,

energi potensial air di kolam penenang diubah menjadi energi kinetik yang akan

memutar roda turbin. Biasany a terbuat dari pipa baja yang dirol, lalu dilas. Untuk

sambungan antar pipa digunakan flens. Pipa ini harus didukung oleh pondasi yang

mampu menahan beban statis dan dinamisnya. Pondasi dan dudukan ini diusahakan

selurus mungkin, karena itu perlu dirancang sesuai dengan kondisi tanah.

lkpp

unhas

18

Turbin, generator dan sistem kontrol masing-masing diletakkan dalam sebuah rumah

yang terpisah. Pondasi turbin-generator juga harus dipisahkan dari pondasi rumahnya.

Tujuannya adalah untuk menghindari masalah akibat getaran. Rumah turbin harus

dirancang sedemikian agar memudahkan perawatan dan pemeriksaan.

Setelah keluar dari pipa pesat, air akan memasuki turbin pada bagian inlet. Di

dalamnya terdapat guided vane untuk mengatur pembukaan dan penutupan turbin serta

mengatur jumlah air yang masuk kerunner/blade (komponen utama turbin). Runner

terbuat dari baja dengan kekuatan tarik tinggi y ang dilas pada dua buah piringan sejajar.

Aliran air akan memutar runner dan menghasilkan energi kinetic yang akan memutar

poros turbin. Energi y ang timbul akibat putaran poros kemudian ditransmisikan ke

generator. Seluruh sistem ini harus balance. Turbin perlu dilengkapi casing yang berf

ungsi mengarahkan air ke runner. Pada bagian bawah casing terdapat pengunci turbin.

Bantalan (bearing) terdapat pada sebelah kiri dan kanan poros dan berfungsi untuk meny

angga poros agar dapat berputar dengan lancar.

Daya poros dari turbin ini harus ditransmisikan ke generator agar dapat diubah

menjadi energi listrik. Generator yang dapat digunakan pada mikrohidro adalah generator

sinkron dan generator induksi. Sistem transmisi daya ini dapat berupa sistem transmisi

langsung (daya poros langsung dihubungkan dengan poros generator dengan bantuan

kopling), atau sistem transmisi daya tidak langsung, yaitu menggunakan sabuk atau belt

untuk memindahkan daya antara dua poros sejajar. Keuntungan sistem transmisi langsung

adalah lebih kompak, mudah dirawat, dan ef isiensiny a lebih tinggi. Tetapi sumbu poros

harus benar-benar lurus dan putaran poros generator harus sama dengan kecepatan putar

poros turbin.

Masalah ketidaklurusan sumbu dapat diatasi dengan bantuan kopling fleksibel.

Gearbox dapat digunakan untuk mengoreksi rasio kecepatan putaran. Sistem transmisi

tidak langsung memungkinkan adanya variasi dalam penggunaan generator secara lebih

luas karena kecepatan putar poros generator tidak perlu sama dengan kecepatan putar

poros turbin. Jenis sabuk yang biasa digunakan untuk PLTMH skala besar adalah jenis

flat belt, sedang V-belt digunakan untuk skala di bawah 20 kW. Komponen pendukung

yang diperlukan pada sistem ini adalah pulley, bantalan dan kopling. Listrik yang

lkpp

unhas

19

dihasilkan oleh generator dapat langsung ditransmisikan lewat kabel pada tiang-tiang

listrik menuju rumah konsumen.

3.2.2 Perhitungan Teknis

Potensi daya mikrohidro dapat dihitung dengan persamaan:

Daya (P) = 9.8 x Q x Hn x h; ( 3.1 )

di mana:

P = Daya (kW)

Q = debit aliran (m3/s)

Hn = Head net (m)

9.8 = konstanta gravitasi

h = ef isiensi keseluruhan.

Misalnya, diketahui data di suatu lokasi adalah sebagai berikut: Q = 300 m3/s2, Hn = 12

m dan h = 0.5. Maka, besarnya potensi daya (P) adalah:

P = 9.8 x Q x Hn x h

= 9.8 x 300 x 12 x 0.5

= 17 640 W

= 17.64 kW

3.2.3 Perhitungan Ekonomis

Pembangunan PLT Mikrohidro memerlukan investasi yang relatif besar. Adapun, biaya

(harga) listrik per kWH-nya dihitung berdasarkan biaya awal (initial cost) dan biaya

operasional (operational cost). Komponen biaya awal terdiri dari: biaya bangunan sipil,

biaya fasilitas elektrik dan mekanik serta biaya sistem pendukung lain.Komponen biaya

operasional yaitu: biaya perawatan,biaya penggantian suku cadang, biaya tenaga

kerja(operator) serta biaya lain yang digunakan selama pemakaian.

Contoh perhitungan harga listrik per kWh dari PLT Mikrohidro adalah sebagai

berikut : Misalkan, untuk membangun suatu PLTMH dengan kapasitas terpasang 1 kW,

dibutuhkan biaya awal Rp 4 juta. Umur pakai mikrohidro yang dirancang adalah 10 tahun

lkpp

unhas

20

dengan biaya operasional Rp. 1 Juta/tahun. Sehingga total biayanya menjadi Rp. 10 Juta. Maka, biaya rata-rata (Rp) per hari adalah:

Sehingga,

Biaya (harga) per kWh ditentukan oleh biaya rata-rata perhari dan besarnya energi

listrik yang dihasilkan per hari (kWh/hari). Energi per hari ini ditentukan oleh besarnya

daya terpasang serta faktor daya. Jika diasumsikan faktor daya besarnya 12 jam/hari,

maka harga energi listrik per kWh adalah:

Sehingga,

3.2.4 Perancangan Sistem PLT Mikrohidro

Tahap pertama perancangan PLT Mikrohidro adalah studi awal. Studi ini diawali dengan

survey lapangan untuk memperoleh data primer mengenai debit aliran dan head (beda

ketinggian). Debit aliran dapat diukur dengan metode konduktivitas atau metode Weir.

Berdasarkan data tersebut dapat dihitung perkiraan potensi daya awal. Data lapangan

sebaiknya diambil beberapa kali pada musim yang berbeda untuk memperoleh gambaran

yang tepat mengenai potensi daya dari aliran air tersebut. Selain itu, perlu dicari data

pendukung, yaitu: kondisi air (keasaman, kekeruhan, serta kandungan pasir atau lumpur),

keadaan dan kestabilan tanah di lokasi bangunan sipil, serta ketersediaan bahan,

transportasi dan tenaga trampil (operator).

Setelah survey lapangan, tahap perancangan selanjutnya adalah pemilihan lokasi dan

penentuan dimensi utama, pembuatan analisis keunggulan dan kelemahan setiap alternatif

pilihan, pembuatan sketsa elemen utama, penentuan tipe serta kapasitas turbin dan

generator y ang akan digunakan, penentuan sistem kontrol sistem (manual/otomatis),

lkpp

unhas

21

perancangan jaringan transmisi dan distribusi serta perancangan sistem penyambungan ke

rumah-rumah.

Sebelum membangun PLT Mikrohidro di suatu tempat perlu diketahui dahulu

rencana PLN untuk daerah yang bersangkutan, kebutuhan listriknya, rencana penggunaan

day a listrik dan faktor bebannya, studi kelayakan ekonomi serta kesiapan lembaga

pengelola. Setelah semua studi yang diperlukan siap dan layak, dilakukan proses disain

yang lebih lebih rinci, yaitu: pembuatan detail gambar teknik, penentuan spesif ikasi

teknis secara jelas, penyusunan jadwal kegiatan, penghitungan biaya setiap komponen

serta penyiapan pengurus yang akan mengelola PLTMH. Jika seluruh disain ini telah siap

maka pembangunan PLT Mikrohidro dapat dimulai.

3.3 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINIHIDRO

Pembangkit Listrik Tenaga Minihdro adalah pembangkit listrik tenaga air dengan kisaran

output daya antara 100 kW sampai dengan 5000 kW. Keuntungan utama dari

pembangkit mini hidro adalah:

Efisiensi tinggi (70 - 90%), sejauh ini yang terbaik dari semua teknologi energi. Faktor kapasitas tinggi (biasanya> 50%) Tingkat tinggi prediktabilitas, bervariasi dengan pola curah hujan tahunan Daya keluaran bervariasi hanya secara bertahap dari hari ke hari (tidak dari menit

ke menit).

3.4 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR

Pada umumnya energi air dapat dibagi atas :

1. Energi air kandungan mekanis :

a. Energi air terjun

b. Energi pasang surut

c. Energi ombak

2. Energi air kandungan termis

a. Energi panas laut

Dalam bentuk diagram dapat digambarkan sebagai berikut :

lkpp

unhas

22

Gambar 3.1 Diagram Pembagian Sumber Daya Energi Air

3.4.1 Energi Air Kandungan Mekanis

3.4.1.1 Energi Air Terjun

Potensi tenaga air terjun tergantung pada kondisi geografis, keadaan curah hujan dan

areal (penampungan) aliran (catch ment area). Pengembangan sumber tenaga air secara

wajar, perlu diketahui secara jelas seluruh potensi sumber tenaganya. Jumlah potensi

tenaga air dipermukaan tanah disebut potensi tenaga air teoritis. Sedang yang dapat

dikembangkan atau diomanfaatkan dari segi teknis disebut potensi tenaga air teknis.

Untuk pengembangan secara ekonomis disebut potensi tenaga air ekonomis.

Pada umumnya potensi tenaga ekonomislah yang dianggap sebagai potensi tenaga

air. Namun dengan kemajuan dibidang teknologi dan perubahan konsep tentang ekonomi

potensi tenaga air, maka kategori potensi tenaga air teknis diperluas hingga meliputi

potensi tenaga air teoritis, dan tidak ada lagi perbedaan yang tegas diantara ketiganya.

Perbandingan antara potensi tenaga air teknis dan ekonomis terhadap potensi tenaga

air teoritis diperkirakan berturut-turut 34 - 40 % dan 20 - 30%. Berubah-ubah tergantung

pada tingkatan teknik dan ekonomi setempat.

Pada umumnya, ada 3 faktor utama untuk penentuansuatu potensi tenaga air bagi

pembangkit tenaga listrik yaitu :

lkpp

unhas

23

a. Jumlah air yang tersedia, yang merupakan fungsi dari jatuh hujan dan atau salju.

b. Tinggi terjun yang dapat dimanfaatkan, dalam hal ini tergantung dari topopgrafi

daerah tersebut.

c. Jarak lokasi yang dapat dimanfaatkan terhadap adanya pusat-pusat beban atau

jaringan transmisi.

Penggunaan tenaga air disamping untuk keperluan pembangkit tenaga listrik, juga

masih merupakan pemanfaatan multiguna karena masih berhubungan dengan irigasi,

pengendalian banjir, perikanan, rekreasi dan navigasi. Sumber tenaga air diperoleh dari

adanya siklus hidolik daripada air, yaitu pemanasan dari sinar matahari yang kemudian

turun ke bumi dan kembali lagi terjadi penguapan akibat pemamanasan sinar matahari

tersebut.

Tabel 3.1 memperlihatkan angka-angka dan lokasi yang mempunyai kemungkinan

potensi tenaga air yang dapat digunakan untuk pembangkit tenaga listrik beberapa negara

didunia.

Tabel 3.1 Potensi Ekonomis Tenaga Air Untuk Pembangkit Tenaga Listrik

Beberapa Negara Didunia.

NO N E G A R A POTENSI EKONOMIS TENAGA AIR (GW)

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.

Uni sovietAmerika serikat (termasuk Alaska) KanadaJepangNorwegia Swedia Prancis Italia Austria SwissJerman barat

1.100648218130105857660433325

Sumber : Dr. A. Arismunandar dan DR. S. Kuwuhara, Teknik Tenaga Listrik, 1991.

Tabel 3.2 memperlihatkan angka-angka dan lokasi yang mempunyai

kemungkinan potensi tenaga air yang dapat digunakan untuk pembangkit tenaga listrik

diIndonesia.

lkpp

unhas

24

Tabel 3. 2 Potensi Ekonomis Tenaga Air Untuk Pembangkit Tenaga Listrik Di Indonesia.

NO LOKASIPOTENSI EKONOMISTENAGA AIR (MW) Presentase (%)

1.2.3.4.5.6.

SumateraJawa Kalimantan Sulawesi Irian JayaPulau lainnya

15.5874200

21.58910.18322.3711.054

22,85,6

28,813,629,81,4

TOTAL 74.976 100Sumber : Komite Nasional Indonesia (World Energi Council ). Hasil-Hasil Lokakarya

1993.

3.4.1.2 Keuntungan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

1. Tidak menimbulkan polusi udara.

Tidak ada SOX, NOX dan CO2 seperti yang biasa ditimbulkan oleh pembangkit listrik

berbahan bakar fosil ( minyak, batubara dan gas ). Sebagaimana diketahui SOX dan

NOX dapat menimbulkan hujan asam, yang sangat berbahaya bagi tumbuh-tumbuhan

maupun makhluk hidup lainnya. CO2 dianggap dapat menimbulkan pemanasan

global ( efek rumah kaca) yang akan menimbulkan perubahan cuaca serta dapat menaikkan

permukaan air laut karena es dikutub mencair. Jadi dengan membangun PLTA

berarti telah mengurangi kemungkinan timbulnya hujan asam dan pemanasan global.

2. Tenaga air adalah energi yang terbarukan dan umur ekonomis PLTA panjang.

Banayak PLTA yang berumur lebih dari 50 tahun masih beroperasi dengan baik.

3. Mengoperasikan PLTA berarti menghemat pemakaian BBM yang selama ini dipakai

oleh PLTD, PLTG, PLTGU maupun PLTU minyak, terutama mengurangi pemakaian

solar yang sekarang sudah terpaksa diimpor karena produksi dalam negeri tidak

cukup. Dengan demikian pengoperasian PLTA juga berarti menghemat devisa.

4. Pemakaian PLTA pada umumnya lebih menguntungkan karena biaya pembangkitan

lebih murah daripada jenis pembangkit lainnya. Selain itu tidak ada kenaikan biaya

operasi yang biasanya disebabkn oleh kenaikan biaya BBM.

5. Dengan memakai tenaga air berarti memanfaatkan sumber energi yang tidak dapat

diekspor, dan memeberi kesempatan sumber energi lain seperti minyak, gas dan

lkpp

unhas

25

batubara untuk diekspor dan menghasilkan devisa atau diproses menjadi bahan lain

yang diperlukan.

6. Sumber energi air tersebar didaerah-daerah di seluruh Indonesia, sehingga dengan

membangun PLTA didaerah-daerah berarti pemerataan pembangunan dan

pembangunan prasarana berupa PLTA ini dengan jaringan transmisi dan distribusi

akan dapat memenuhi permintaan tenaga listrik baik untukpelanggan umum

perkotaan, industri maupun kelistrikan desa.

7. Membangun PLTA dengan waduk mempunyai dampak positif yang luas dan

keuntungan tambahan misalnya waduk dipakai untuk parawisata, perikanan, olahraga

air, pengendalian banjir, sumber air minum, sumber air tanah, sumber air pengairan

untukpertanian dan sebagainya.

8. Tergantung dari sumber tenaga air yang tersedia, kebutuhan sistem tenaga listrik

sertga desain yang ekonomis dan optimum maka PLTA dapat dioperasikan untuk

beban puncak (peak load) maupun beban dasar ( base-load). PLTA dapat melayani

perubahan beban yang cepat, sehingga sangat penting untuk membantu menjaga

stabilitas serta keandalan sistem tenaga listrik.

9. Pembangunan PLTA akan membuka lapangan kerja di daerah-daerah yang mungkin

letaknya dipelosok (terpencil).

10. Beberapa peralatan PLTA sudah dapat dibuat didalam negeri dengan atau tanpa

kerjasama dengan asing antara lain pintu air, pipa pesat, bagian-bagian turbin air dan

alat bantu mekanik. Juga generator, transformator, panel-panel, kabel switchgears dan

sebagainya. Hal ini berarti menghemat devisa, memungkinkan alih teknologi dari

perusahan asing serta memberikan lapangan kerja dalam negeri.

11. Karena biaya pembangkitan PLTA murah, maka PLTA cocok untuk industri yang

electric energi intensive seperti industri aluminium (PLTAAsahan II/tangga dan

sigura-gura) dan nickel (PLTA Larona).

12. Bila perlu PLTA dapat dioperasikan secara automatic dari jarak jauh (remote control)

dengan aman, sehingga tidak memerlukan operator yang banyak. Ini penting terutama

ditempat terpencil atau untuk PLTA dengan gedung sentral bawah tanah. Beberapa

PLTA juga dapat dikendalikan dari jarak jauh dari suatu pusat pengendalian ( control

center ) sehingga hanya memerlukan operator sedikit sekali.

lkpp

unhas

26

13. Biaya operasi dan pemeliharaan PLTA sangat murah dan pemakaian listrik untuk

keperluan sendiri kecil.

14. Sudah terbukti beberapa spare part peralatan mesin dan listrik untuk PLTA dapat

dibuat didalam negeri, denganbiaya lebih murah dari impor, sehingga menghemat

devisa, memberi pengalaman kepada bengkel-bengkel didalam negeri serta

memberikan lapangan pekerjaan. Sebagai contoh runner turbin air untuk PLTA kecil

telah dapat dibuat didalam negeri.

3.4.1.3 Prinsip Pembangkit Energi Air

Pembangkit Tenaga Air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air dengan

ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik dengan menggunakan turbin air dan

generator. Untuk keperluan estimasi daya yang dibangkitkan secara kasar dapat

digunakan rumus sederhana yaitu :

Dimana

P = daya [kW]

Q = debit air [m3/detik]

P= f. Q .H (3.2)

H = tinggi air terjun [m]

F = suatu factor antara 0,7 dan 0,8

Untuk keperluan survai data-data primer yang diperlukan :

a. umlah energi yang secara teoritis dapat diperoleh setahun, dalam kondisi-kondisi

tertentu dimusim hujan dan musim kering.

b. Jumlah daya pusat listrik yang akan dipasang, dengan memeperhatikan apakah

pusat listrik itu akan dipakai untuk beban dasar atau beban puncak.

Gambar 3.2 memperlihatkan secara skematis

A. Bendungan besar

B. Saluran terbuka dan bendungan ambil air B

Air masuk ke dalam pipa tekan, dan selanjutnya ke turbin melalui katub.

lkpp

unhas

27

3.4.1.4 Beberapa Kendala Dalam Pemanfaatan Tenaga Air

Untuk Pembangunan PLTA

1. Waktu persiapan dan pembangunan PLTA yang lama

Pembangunan PLTA harus dipersiapkan jauh sebelumnya, karena kebutuhan waktu

yang lama untuk survey prastudikelayakan, studi kelayakan, desain (basic dan detail

plant design) serta pembuatan dokumen lelang, yang semuanya membutuhkan waktu

kira-kira empat tahun, belum termasuk waktu yang diperlukan untuk penyediaan

dana, penunjukan konsultan, pelelangan dan lain-lain.

Sedangkan pembangunan sendiri rata-rata memerlukan waktu lama, belum termasuk

waktu yang diperlukan untuk penyediaan dana negoisasi, penunjukan kontraktor dan

lain-lain. Dengan sendirinya PLTA tidak dapat memenuhi kebutuhan pembangunan

pusat listrik yang cepat, yang biasanya dapat dipenuhi dengan PLTD, PLTG dan

PLTGU.

2. Biaya investasi yang tinggi

Kapasitas (MW) suatu PLTA untuk beban dasar maupun beban puncak didesain

sehingga optimum dan biaya pembangkitannya lebih murah daripada jenis

lkpp

unhas

28

pembangkit lain, baik PLTU untuk beban dasar maupun PLTG untuk beban puncak.

Akan tetapi biaya investasi per kW untuk PLTA adalah lebih mahal daripada PLTG,

PLTD, PLTGU dan PLTU. Dengan keterbatasan sumber dana ditambah lagi

kebutuhan adanya pembankit listrik yang mendesak, maka sering terjadi pilihan

terhadap pembangkit lain lebih didahulukan.

3. Masalah infrastruktur untuk pembangunan

Karena proyek PLTA umumnya asa didaerah terpencil, maka diperlukan adanya

infrastruktur berupa jalan, base camp, jaringan listrik atau PLTD. Hal ini memerlukan

biaya cukup besar dan perlu waktu untuk pembangunanannya anatara 1,5 sampai 2

tahun.

4. Masalah Lingkungan

Termasuk dalam lingkungan antara lain masalah pembebasan tanah. Terutama untuk

PLTA dengan waduk, maka masalah jumlah ganti rugi pembebasan tanah ( baik

tempat tinggal, kebun, maupun sawah ) sering menimbulkan masalah. Hal ini sangat

tergantung adanya dukungan pemerintah daearah dan dana yang tersedia.

Sering juga tanah kehutanan terkena oleh proyek. Kelangsungan proyek tergantung

ijin dari menteri kehutanan, sesuai dengan undang-undang yang berlaku. Disamping

masalah pemindahan penduduk, pengaruh pembangunan proyek terhadap fauna dan

flora juga penting sekali, terutama untuk daerah yang akan tergenang dengan adanya

pembangunan waduk. Sebagai contoh di proyek PLTA kota panjang terpaksa

memindahkan gajah sebanyak 25 ekor. Pengaruh pembangunan dan terhadap

kehidupan ikan juga perlu dipelajari dan diatasi. Pada umumnya dampak masalah

lingkungan dari PLTA adalah local.

5. Masalah yang berhubungan dengan kondisi alam

Masalah yang berhubungan dengan kondisi alam yaitu kondisi geologi dan hidrologi.

Sering terjadi geological investigation yang telah dikerjakan ternyata belum cukup.

Hal ini dapat menimbulkan masalah terutama pada pembuatan bendungan,

terowongan, gedung sentral, angker blok pada pipa pesat dan lain-lain, sehingga

terpaksa terjadi perubahan desain dan ada pekerjaan tambahan dan tambahan biaya,

serta waktu pembangunan bertambah.

lkpp

unhas

29

Selama ini dalam batas-batas tertentu, hal ini tidak merupakan masalah. Sedangkan

data hidrologi yang dipakai untuk desain PLTA umumnya telah diambil selama dari

sepuluh tahun ( untuk curah hujan ada sekitar 30 tahun ) sehingga ada kesesuaian

dengan kondisi sebesarnya pada waktu operasi, kecuali bila ada penyimpangan

musim.

Bila musim hujan lebih panjang tentunya lebih menguntungkan sedangkan bila

musim kemarau lebih panjang maka ini menjadi masalah. Di beberapa PLTA

kekeurangan curah hujan dipecahkan dengan hujan buatan.

3.4.2.1 Potensi energi pasang surut

Pasang surut air laut adalah suatu gejala fisik yang selalu berulang dengan periode

tertentu dan pengaruhnya dapat dirasakan sampai jauh masuk kearah hulu dari muara

sungai. Pasang surut terjadi karena adanya gerakan dari benda benda angkasa yaitu rotasi

bumi pada sumbunya, peredaran bulan mengelilingi bumi dan peredaran bulan

mengelilingi matahari. Gerakan tersebut berlangsung dengan teratur mengikuti suatu

garis edar dan periode yang tertentu. Pengaruh dari benda angkasa yang lainnya sangat

kecil dan tidak perlu diperhitungkan.

Gerakan dari benda angkasa tersebut di atas akan mengakibatkan terjadinya beberapa

macam gaya pada setiap titik di bumi ini,yang disebut gaya pembangkit pasang surut.

Masing masing gaya akan memberikan pengaruh pada pasang surut dan disebut

komponen pasang surut, dan gaya tersebut berasal dari pengaruh matahari, bulan atau

kombinasi keduanya.

Pasang surut laut merupakan hasil dari gaya tarik gravitasi dan efek sentrifugal. Efek

sentrifugal adalah dorongan ke arah luar pusat rotasi. Gravitasi bervariasi secara langsung

dengan massa tetapi berbanding terbalik terhadap jarak. Meskipun ukuran bulan lebih

kecil dari matahari, gaya tarik gravitasi bulan dua kali lebih besar daripada gaya tarik

matahari dalam membangkitkan pasang surut laut karena jarak bulan lebih dekat daripada jarak

matahari ke bumi. Gaya tarik gravitasi menarik air laut ke arah bulan dan matahari

dan menghasilkan dua tonjolan (bulge) pasang surut gravitasional di laut. Lintang dari

tonjolan pasang surut ditentukan oleh deklinasi, sudut antara sumbu rotasi bumi dan

bidang orbital bulan dan matahari.

lkpp

unhas

30

Energi pasang surut pada lautan terjadi akibat pengaruh massa bulan terhadap bumi,

yang mengakibatkan adanya gaya tarik, sehingga menjelma suatu gejala yang dikenal

sebagai pasang surut. Gejala ini terjadi secara teratur, disebabkan bulan mengelilingi

bumi, sehingga air laut ditarik karena gaya tarik gravitasi bulan.

Gambar 3.3 Terjadinya pasang surut akibat gaya tarik bulan

Gambar 3.3 memperlihatkan permukaan laut dititik A. keadaan ini, laut pada titik

A berada dalam keadaan pasang, sedangkan pada titik B berada dalam keadaan surut.

Kira-kira 6 jam kemudian, terjadi situasi sebaliknya, akibat perputaran bulan.

Penyebab pasang surut

Bulan tepat di atas titik P1 pada permukaan bumi. Karena gaya tarik bulan di titik P1

paling besar maka P1 bergerak lebih banyak ke arah bulan daripada titik O (titik pusat

bulan). Jika titik O bergerak ke arah bulan, maka titik P2 akan bergerak lebih lambat dari

titik O. Oleh karena itu, maka permukaan air di titik P1 dan P2 lebih tinggi daripada

permukaan air laut rata-rata. Pasang naik terjadi di P1 dan P2, sementara itu, di daerah

yang letaknya 90 derajat dari kedua titik itu terjadi pasang surut.

lkpp

unhas

31

Gambar 3.4. Posisi bumi terhadap bulan

Peredaran semu harian bulan memerlukan waktu 24 jam 50 menit. Periode tersebut

disebut satu hari bulan. Oleh karena itu satu titik di khatulistiwa pada permukaan bumi

mengalami dua kali pasang naik dalam periode satu hari bulan.

Ternyata gaya tarik matahari juga memberikan pengaruh terhadap molekul air laut,

walaupun perbandingan antara gaya tarik matahari dengan gaya tarik bulan terhadap

bumi adalah 1 : 2,2. Pasang laut purnama (spring tide) terjadi ketika bumi, bulan dan

matahari berada dalam suatu garis lurus. Pada saat itu akan dihasilkan pasang tinggi yang

sangat tinggi dan pasang rendah yang sangat rendah. Pasang laut purnama ini terjadi pada

saat bulan baru dan bulan purnama.

Gambar 3.5. Posisi Bumi, bulan dan matahari ketika pasang Purnama

Pasang naik yang paling rendah dalam periode satu siklus pasang surut disebut pasang

perbani. Pasang perbani terjadi pada waktu kedudukan bulan, bumi dan matahari

omembentuk sudut 90 . Pada posisi tersebut, gaya tarik matahari dan gaya tarik bulan

bekerja pada titik-titik yang tegak lurus satu sama lain

lkpp

unhas

32

Pada waktu bulan perbani, gaya tarik bulan bekerja pada titik P1 dan P2 sedangkan gaya

tarik matahari bekerja pada titik P3 dan P4. Besar gaya yang menyebabkan pasang

perbani adalah resultan dari dua gaya yang berarah tegak sesamanya.

Gambar 3.6 Posisi Matahari dan bulan terhadap bumi membentuk sudut 90o

Menurut medar gobel dalam bukunya Energi Earth and everyone, memperkirakan jumlah

potensi dari energi pasang surut di seluruh dunia adalah 26 x 1012 kWH. Namun sebagian

kecil saja bumi dimanfaatkan oleh manusia.

Puncak pasang surut air laut diikuti 12 jam kemudian dengan rendahnya surut air

laut. Kemudian pasang kembali, sehingga dalam waktu 24 jam terjadi dua kali pasang

dan dua kali surut. Beda antara permukaan laut ketika pasang dan surut itu disebut

amplitude. Pasang laut itu dipengaruhi oleh kedalaman air laut dan keadaan lokasi pantai

setempat.

Untuk memanfaatkan air pasang dipakai bendungan, sehingga terbentuk wadah dan

ketika surut, air waduk dilepaskan melalui turbin generator untuk pembangkit tenaga

listrik.atau diwaktu pasang, turbo generator yang dapat bekerja dua arah aliran air alut itu,

dikerjakan oleh air pasang laut yang masuk melalui pipa turbin ke dalam waduk

penyimpanan air laut.

lkpp

unhas

33

Tabel 3.3 memperlihatkan angka-angka dan lokasi sumber daya terpasang yang

diketahui di dunia. Terlihat bahwa potensi yang cukup besar terdapat di Amerika Utara,

utamanya diteluk funny.

Tabel 3.3 Potensi energi pasang surut di dunia.

LOKASIH RATA-

RATA (M)POTENSI ENERGI

(109 kWh/th )

Potensi Daya (MW)

AMERIKA UTARABay of FundyCook inlet, Alaska

AMERIKA SELATAN San Yose, Argentina

EROPA Seven, InggrisBebagai Lokasi, PrancisBerbagai Lokasi, USSR

JUMLAH DUNIA

5,5 10,77,5

5,9

9,85,0 8,42,4 6,6

2,4 10,7

275,318,5

51,5

14,797,85

140,42

598,27

290001800

5.870

1.68011.15016.050

65.550

SUMBER :

1. World Energi Resources, 1985-2020, WEC2. S.S Panner : Demands, Resources, Impact, Technology, and Policy Volume I. Addision-Wesley

Publishing Coy.

Konversi Energi Pasang Surut

Pada dasarnya antara tenaga pasang surut dengan tenaga air konvensional, yaitu kedua

duanya adalah tenaga air yang memanfaatkan gravitasi tinggi jatuh air untuk

pembangkitan tenaga listrik

a. Pasang surut menyangkut arus air periodik dwi arah dengan dua kali pasang dan dua

kali surut setiap hari

b. Operasi di lingkungan air laut memerlukan bahan bahan konstruksi yang lebih tahan

korosi daripada material untuk air tawar

c. Tinggi jatuh relatif sangat kecil (maksimal 11 meter) bila dibanding dengan instalasi

hydro lainnya.

Bila selisih antara tinggi air laut dan tinggi waduk pasang surut adalah H, dan debit

air adalah Q, maka besar daya yang dihasilkan adalah Q x H.

lkpp

unhas

34

Selanjutnya bila luas waduk pada ketinggian D adalah S (h), yaitu S sebagai fungsi h,

maka jumlah energi yang dibangkitkan dengan mengosongkan sebahagian h dari

ketinggian dh adalah berbanding lurus dengan isi S (h). h. dh.

Sehingga diperoleh :

Waktu pengosongan waduk :

Waktu mengisi waduk :

Diasumsikan bahwa pengisian dan pengosongan waduk dilakukan pada pergantian

pasang dan surut, untuk mendapatkan penyederhanaan rumus.

Diperoleh energi yang dibangkitkan per-siklus adalah:

Dimana :

E = energi yang dibangkitkan per-siklus.

H = selisih tinggi permukaan air laut antara pasang surut.

V = volume waduk pasang surut.

Bila besaran V diganti dengan besaran massa air laut, maka rumus diatas dapat ditulis

menjadi :

Emaks = b . g . H2 . S (3.6)

P = f . Q H (3.7)

Dimana :

Emaks = Jumlah energi maksimum dapat diproses per siklus

b = Berat jenis air laut

g = Grafitasi

H = Tinggi pasang surut terbesar

S = Luas waduk rata-rata antara pasang dan surut

Q = Debit air

f = Faktor efisiensi , P = Daya

lkpp

unhas

35

Besaran H adalah kwadrat, sehingga tinggi pasang surut sangat penting. Untuk tinggi H

kurang dari 2 meter pada umumnya pembangkit energi pasang surut tidak memenuhi

syarat.

Prinsip Konversi Pasang Surut

Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi itu adalah: memakai energi

kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakkan generator untuk

menghasilkan listrik.

(a)

(b)

(c)

Gambar 3.7 Prinsip proses konversi energy pasang surut

lkpp

unhas

36

Pasang surut menggerakkan air dalam jumlah besar setiap harinya; dan pemanfaatannya

dapat menghasilkan energi dalam jumlah yang cukup besar. Dalam sehari bisa terjadi

hingga dua kali siklus pasang surut. Oleh karena waktu siklus bisa diperkirakan (kurang

lebih setiap 12,5 jam sekali), suplai listriknya pun relatif lebih dapat diandalkan daripada

pembangkit listrik bertenaga pasang surut.

Kelebihan PLTPs

a. Setelah dibangun, energi pasang surut dapat diperoleh secara gratis.

b. Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.

c. Tidak membutuhkan bahan bakar.

d. Biaya operasi rendah.

e. Produksi listrik stabil.

f. Pasang surut air laut dapat diprediksi.

g. Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan tidak menimbulkan dampak

lingkungan yang besar.

Kekurangan PLTPs

a. Sebuah dam yang menutupi muara sungai memiliki biaya pembangunan yang sangat

mahal, dan meliputi area yang sangat luas sehingga merubah ekosistem lingkungan baik

ke arah hulu maupun hilir hingga berkilo-kilometer.

b. Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya, ketika ombak bergerak

masuk ataupun keluar

Energi Ombak

Gelombang yang memecah di pantai dan tebing-tebing merupakan energi yang cukup

besar. Salah satu kemungkinan pemanfaatan ini dapat dilihat pada gambar 3.8.

lkpp

unhas

37

Gambar 3.8 Pusat Listrik Tenaga Pecah Gelombang (PLTPG)

dibuat ruangan penampungan air yang berada di bawah gelombang yang memecah di

tebing pantai sepanjang 1 km, dan ketika air gelombang tiba kemudian surut, katub

dibuka, sehingga tertangkap sejumlah volume air laut di ruangan atas. Kemudian

disalurkan melalui pipa untuk menggerakkan turbin air dan generator. Air itu disalurkan

ke ruangan sebelah bawah, maka generator akan membangkitkan energi listrik. Metode

ini seperti pemanfaatan energi pasang surut, tapi dalam hal ini tidak tergantung pada

pasang air, tapi pada tinggi gelombang datang memecah di tebing pantai.

Pada gambar 3.9 memperlihatkan gagasan desain sebuah rakit yang digunakan untuk

pemanfaatan gelombang laut.

Gambar 3.9 Skema Rakit Ombak Laut

Menurut Hulls, daya yang terkandung dalam ombak mempunyai bentuk:

lkpp

unhas

38

Dimana

P = Daya

b = Berat jenis air laut

g = Grafitasi

T = Periode

H = Tinggi ombak rata-rata

Selanjutnya Hulls menjelaskan bahwa ombak yang mempunyai tinggi rata rata 1 meter

(H), dan periode 9 detik (T, jarak waktu antara dua ombak), mempunyai daya sebesar 4,3

kW per meter panjang ombak. Sedang deretan ombak serupa dengan tinggi 2 meter

mempunyai daya 17 kW per meter panjang ombak. Sedangkan ombak dengan ketinggian

10 meter dan periode 12 detik mempunyai daya 600 kW per meter.

3.4.2.2 Energi Pasang Laut

Lautan atau samudera merupakan kolektor sinar radiasi matahari secara alamiah dan yang

terbesar di dunia. Di daerah tropis terdapat perbedaan suhu antara lapisan permukaan laut

odengan kedalaman laut sekitar 20 sampai 25 C. perbedaan suhu ini siang dan malam terus

ada, sehingga merupaka sumber energi yang selalu tersedia dan dapat dimanfaatkan oleh

manusia.

Energi thermal ini dapat dikonversi menjadi energi lsitrik dengan suatu teknologi yang

disebut Ocean Thermal Energi Conversion (OTEC) atau Konversi Energi Panas

Laut (KEPL).

3.4.2.3 Teknologi Panas Laut

Perbedaan suhu dimanfaatkan untuk menjalankan mesin penggerak dengan menggunakan

peruap thermodinamika. Pada suhu yang lebih tinggi digunakan untuk mencairkan zat

kerja kembali. Zat kerja yang dapat digunakan adalah Gas Fron R 22 (CHCL F2),

ammonia (NH3), titik didih sangat rendah.

Air hangat yang mempunyai temperature 25 dan 35oC masuk ke evaporator yang

berisis misalnya zat kerja Fron R-22 yang akan mendidih akibat temperature tersebut.

lkpp

unhas

39

Gambar 3.10 Skema Konversi energy Panas Laut ( KEPL)

Uap gas ini dengan tekanan 12 kg/cm2, masuk keturbin dan menggerakkan generator.

Gas yang telah dipakai didinginkan dalam kondesator oleh air laut dingin yang memiliki

osuhu sekitar 5 7 C pada kedalaman sekitar 500 m, sehingga menjadi cair. Siklus ini

berputar terus derngan memompai zat kerja air kedalam evaporator. Gambar dibawah

memperlihatkan 2 type pusat listrik KEPL

Gambar 3.11 a) Pusat Listrik KEPL Darat, b) Pusat Listrik KEPL Darat

lkpp

unhas

40

BAB IV

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA THERMAL

4.1 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA GAS (PLTG)

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) merupakan sebuah pembangkit energi listrik yang

menggunakan peralatan/mesin turbin gas sebagai penggerak generatornya. Turbin gas

dirancang dan dibuat dengan prinsip kerja yang sederhana dimana energi panas yang

dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi mekanis dan

selanjutnya diubah menjadi energi listrik atau energi lainnya sesuai dengan

kebutuhannya.

Adapun kekurangan dari turbin gas adalah sifat korosif pada material yang

digunakan untuk komponen-komponen turbinnya karena harus bekerja pada temperature

tinggi dan adanya unsur kimia bahan bakar minyak yang korosif (sulfur, vanadium dll),

tetapi dalam perkembangannya pengetahuan material yang terus berkembang hal tersebut

mulai dapat dikurangi meskipun tidak dapat secara keseluruhan dihilangkan. Dengan

tingkat efisiensi yang rendah hal ini merupakan salah satu dari kekurangan sebuah turbin

gas juga dan pada perkembangannya untuk menaikkan efisiensi dapat diatur/diperbaiki

temperature kerja siklus dengan menggunakan material turbin yang mampu bekerja pada

temperature tinggi dan dapat juga untuk menaikkan efisiensinya dengan menggabungkan

antara pembangkit turbin gas dengan pembangkit turbin uap dan hal ini biasa disebut

dengan combined cycle.

4.1.1 Prinsip Kerja

Pembangkit listrik tenaga gas (PLTG) mempunyai beberapa peralatan utama seperti :

Turbin Gas(Gas Turbine), Kompresor (Compressor), Ruang Bakar (Combustor).

Udara dengan tekanan atmosfir ditarik masuk ke dalam compressor melalui pintu,

udara ditekan masuk ke dalam compressor. Udara ditekan masuk ke dalam ruang bakar

dengan tekanan 250 Psi dicampur dengan bahan bakar dan di bakar dalam ruang bakar

lkpp

unhas

41

dengan temperatur 2000 30000F. Gas hasil pembakaran yang merupakan energi termal

dengan temperature dan tekanan yang tinggi yang suhunya kira-kira 9000C .

Gambar 4.1 Pembangkit Listrik Tenaga Gas

Dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar

turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudu-sudu diam turbin, gas panas tersebut

temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan

proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk

memutar generator hingga menghasilkan energi listrik.

Adapun sebagai pendukung pusat listrik tenaga gas ini digunakan beberapa alat

bantu (auxiliary equipments) untuk membantu proses siklus turbin gas berjalan dengan

baik, seperti :

Sistem Pelumas Sistem Bahan Bakar Sistem Pendingin Sistem Udara Kontrol Sistem Hidrolik Sistem Udara Tekan Sistem Udara Pengkabutan

lkpp

unhas

42

4.1.2 Masalah Operasi PLTG

Dari segi operasi, unit PLTG tergolong unit yang masa start-nya pendek, yaitu antara

15-30 menit, dan kebanyakan dapat di-start tanpa pasokan daya dari luar (black start),

yaitu menggunakan mesin diesel sebagai motor start. Dari segi pemeliharaan, unit PLTG

mempunyai selang waktu pemeliharaan (time between overhaul) yang pendek, yaitu

sekitar 4.000-5.000 jam operasi. Makin sering unit mengalami start-stop, makin pendek

selang waktu pemeliharaannya. Walaupun jam operasi unit belum mencapai 4.000 jam,

tetapi jika jumlah startnya telah mencapai 300 kali, maka unit PLTG tersebut harus

mengalami pemeriksaan (inspeksi) dan pemeliharaan.

Saat dilakukan pemeriksaan, hal-hal yang perlu mendapat perhatian khusus adalah

bagian-bagian yang terkena aliran gas hasil pembakaran yang suhunya mencapai

1.3000C, seperti: ruang bakar, saluran gas panas (hot gas path),dan sudu-sudu turbin.

Bagian-bagian ini umumnya mengalami kerusakan (retak) sehingga perlu diperbaiki

(dilas) atau diganti.

Proses start-stop akan mempercepat proses kerusakan (keretakan) ini, karena proses

start-stop menyebabkan proses pemuaian dan pengerutan yang tidak kecil. Hal ini

disebabkan sewaktu unit dingin, suhunya sama dengan suhu ruangan (sekitar 300C

sedangkan sewaktu operasi, akibat terkena gas hasil pernbakaran dengan suhu sekitar

1.3000 C.

Dari segi efisiensi pemakaian bahan bakar, unit PLTG tergolong unit termal yang

efisiensinya paling rendah, yaitu berkisar antara 15-25%. Dalam perkembangan

penggunaan unit PLTG di PLN, akhir-akhir ini digunakan unit turbin gas aero derivative,

yaitu turbin gas pesawat terbang yang dimodifikasi menjadi turbin gas penggerak

generator.

lkpp

unhas

43

4.2 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP (PLTU)

4.2.1 Prinsip Kerja

Pembangkit Listrik Tenaga Uap adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik

dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama pembangkit listrik jenis ini

adalah Generator yang di hubungkan ke turbin dimana untuk memutar turbin diperlukan

energi kinetik dari uap panas atau kering.

Gambar 4.2 Prinsip kerja PLTG

Dalam PLTU, energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah bahan

bakar. Baban bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat), minyak (cair), atau

gas. Ada kalanya PLTU menggunakan kombinasi beberapa macam bahan bakar.

Konversi energi tingkat pertama yang berlangsung dalam PLTU adalah konversi energi

primer menjadi energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar dari ketel uap

PLTU. Energi panas ini kemudian dipindahkan ke dalam air yang ada dalam pipa ketel

untuk menghasilkan uap yang dikumpulkan dalam drum dari ketel. Uap dari drum ketel

dialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap, energi uap dikonversikan menjadi energi

mekanis penggerak generator, dan akhirnya energy mekanik dari turbin uap ini

dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator.

Komponen utama sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Uap

Umumnya sebuah PLTU memiliki komponen utama antara lain :

1. Boiler/ketel uap berfungsi sebagai tempat pemanasan air menjadi uap air yang

bertekanan untuk selanjutnya memutar turbin uap.

lkpp

unhas

44

2. Turbin ialah mesin yang dijalankan oleh aliran air; uap atau angin yang dihubungkan

dengan sebuah generator untuk menghasilkan energi listrik. Turbin uap ialah turbin

yang menggunakan uap sebagai fluida kerja, di mana uap yang digunakan dihasilkan

dari boiler.

3. Generator uap ialah suatu kombinasi antara sistem sistem dan peralatan yang

dipakai untuk perubahan energi kimia dari bahan bakar fosil menjadi energi termal

dan pemindahan energi termal yang dihasilkan itu ke fluida kerja, biasanya air untuk

dipakai pada proses-proses bertemperatur tinggi ataupun untuk perubahan parsial

menjadi energi mekanis di dalam sebuah turbin

4. Kondensor adalah tempat yang berfungsi untuk mengembunkan uap dengan jalan

mendinginkannya. Air pengembunan yang terjadi dalam kondensor disebut air

kondensat yang kemudian disalurkan kembali ke dalam ketel uap dengan

menggunakan sebuah pompa

5. Pompa berfungsi untuk mengalirkan air dari kondensor menuju ke Boiler.

6. Cerobong berfungsi sebagai tempat pelepasan exhausted steam (Uap terbuang) ke

udara.

Selain komponen di atas masih banyak komponen tambahan yang berfungsi untuk

meningkatkan efesiensi kerja dari pembangkit tersebut, seperti superheater, reheater dan

lain lain.

4.2.2 Masalah Operasi PLTU

Untuk men-start PLTU dari keadaan dingin sampai operasi dengan beban penuh,

dibutuhkan waktu antara 6-8 jam. Jika PLTU yang telah beroperasi dihentikan, tetapi

uapnya dijaga agar tetap panas dalam drum ketel dengan cara tetap menyalakan api

secukupnya untuk menjaga suhu dan tekanan uap ada di sekitar nilai operasi (yaitu

0sekitar 500 C dan sekitar 100 kg/cm 2) maka untuk mengoperasikannya kembali sampai

beban penuh diperlukan waktu kira-kira 1 jam. Waktu yang lama untuk mengoperasikan

PLTU tersebut di atas terutama diperlukan untuk menghasilkan uap dalam jumlah yang

cukup untuk operasi (biasanya dinyatakan dalam ton per jam). Selain waktu yang

diperlukan untuk menghasilkan uap, yang cukup untuk operasi, juga perlu diperhatikan

masalah pemuaian bagian-bagian turbin. Sebelum di-start, suhu turbin adalah sama

dengan suhu ruangan.

lkpp

unhas

45

0Pada waktu start, dialirkan uap dengan suhu sekitar 500 C. Hal ini harus dilakukan

secara bertahap agar jangan sampai terjadi pemuaian yang berlebihan dan tidak merata.

Pemuaian yang berlebihan dapat menimbulkan tegangan mekanis (mechanical stress)

yang berlebihan, sedangkan pemuaian yang tidak merata dapat menyebabkan bagian

yang bergerak (berputar) bergesekan dengan bagian yang diam, misalnya antara. ,sudu-

sudu jalan turbin dengan sudu-sudu tetap yang menempel pada rumah turbin.

Apabila turbin sedang berbeban penuh kemudian terjadi gangguan yang

menyebabkan pemutus tenaga, (PMT) generator yang digerakkan turbin trip, maka turbin

kehilangan beban secara mendadak. Hal ini menyebabkan putaran turbin akan naik secara

mendadak dan apabila hal ini tidak dihentikan, maka akan merusak bagian-bagian yang

berputar pada turbin maupun pada generator, seperti: bantalan, sudu jalan turbin, dan

kumparan arus searah yang ada pada rotor generator. Untuk mencegah hal ini, aliran uap

ke turbin harus dihentikan, yaitu dengan cara menutup katup uap turbin. Pemberhentian

aliran uap ke turbin dengan menutup katup uap turbin secara mendadak menyebabkan

uap mengumpul dalam drum ketel sehingga tekanan uap dalam drum ketel naik dengan

cepat dan akhirnya menyebabkan katup pengaman pada drum membuka dan uap dibuang

ke udara. Bisa juga sebagian dari uap di by pass ke kondensor. Dengan cara by passini

tidak terlalu banyak uap yang hilang sehingga sewaktu turbin akan dioperasikan kembali

banyak waktu dapat dihemat untuk start. Tetapi sistem by pass memerlukan biaya

investasi tambahan karena kondensor harus tahan suhu tinggi dan tekanan tinggi dari by

pass.

Dari uraian di atas tampak bahwa perubahan beban secara mendadak memerlukan

pula langkah pengurangan produksi uap secara mendadak agar tidak terlalu banyak uap

yang harus dibuang ke udara. Langkah pengurangan fluksi dilakukan dengan mematikan

nyala api dalam ruang bakar ketel dan mengurangi pengisian air ketel ini bahwa

walaupun nyala api dalam ruang bakar padam, masih cukup banyak panas yang tinggal

dalam ruang bakar untuk menghasilkan uap sehingga pompa pengisi ketel harus tetap

mengisi air ke dalam ketel untuk mencegah penurunan level air dalam drum yang tidak

dikehendaki. Mengingat masalah-masalah tersebut di atas yang menyangkut masalah

proses produksi uap dan masalah-masalah pemuaian yang terjadi dalam turbin, sebaiknya

PLTU tidak dioperasikan dengan persentase perubahan-perubahan beban yang besar.

lkpp

unhas

46

Efisiensi PLTU banyak dipengaruhi ukuran PLTU, karena ukuran PLTU

menentukan ekonomis tidaknya penggunaan pemanas ulang dan pemanas