MAKALAH PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA) SUNGAI Diajukan Sebagai Tugas Mata Kuliah Energi Baru Terbarukan DISUSUN OLEH GILANG RAMADHAN 3332160088 SUKMA MEGAWAN 3332160088 PANDU AKBAR 3332160088 DIDI MUHADI 3332160088 DANUR EKA R 3332160088 YASIR ANYER 3332160088 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA 2017 Kata Pengantar Rasa syukur yang dalam kami sampaikan ke hadiran Tuhan Yang Maha Pemurah, karena berkat kemurahanNya makalah ini dapat kami selesaikan sesuai yang diharapkan.Dalam makalah ini kami membahas “Pembangkit Listrik Tenaga Air” Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman tentang PLTA dan sekaligus melakukan apa yang menjadi tugas mahasiswa yang mengikuti mata kuliah “Energi Baru Terbarukan” Dalam proses pendalaman materi ini, tentunya kami mendapatkan bimbingan, arahan, koreksi dan saran, untuk itu rasa terima kasih yang dalam-dalamnya kami sampaikan : ● Bapak Hartono selaku dosen mata kuliah “Energi Baru Terbarukan” ● Rekan-rekan mahasiwa yang telah banyak memberikan masukan untuk makalah ini. Demikian makalah ini saya buat semoga bermanfaat, Cilegon , September 2018 Penyusun, BAB I 1.1 Definisi 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. Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut: 𝑃 = 9,8 𝐻 𝑄 (𝑘𝑊) Dimana: P = Tenaga yang dikerluarkan secara teoritis H = Tinggi jatuh air efektif (m) Q = Debit Air (𝑚3 /𝑠) Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air; oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debityang besar secara efektif dan ekonomis. Pada umumnya debit yang besar membutuhkan fasilitas dengan ukuran yang besar untuk, misalnya, bangunan ambil air (intake), saluran air dan turbin; oleh karena itu tinggi jatuh yang besar dengan sendirinya lebih murah. Di hulu sungai di mana pada umumnya kemiringan dasar sungai lebih curam akan mudah diperoleh tinggi jatuh yang besar. Oleh karena itu bagian hulu sungai lebih ekonomis, sedangkan bagian hilirnya kurang ekonomis mengingat tinggi jatuh yang kecil dan debit yang besar tadi. Lagi pula dibagian hilir tersebut penduduknya padat, sehingga akan timbul masalah pemindahan penduduk, dan karena itu dalam banyak hal tak dapat dihindari tambahnya biaya untuk konstruksi. Akhir-akhir ini giat dilakukan pengembangan sungai secara serba-guna (multi-purpose) dan serentak di daerah hilir sungai. Bangunan-bangunan air semacam itu pada umumnya dipergunakan untuk berbagai kepentingan, misalnya, untuk pengaturan banjir, perairan kota, industri, pengairan, dan pembangkitan tenaga. Jika biaya pembangunan dapat dipikul bersama oleh karena digunakan untuk banyak tujuan, maka mungkin untuk memanfaatkan sumber-sumber alam itu secara ekonomis; sebaliknya, biaya tersebut akan menjadi mahal kalau dipergunakan hanya untuk satu tujuan saja, misalnya untuk pembangkitan tenaga listrik. Aliran sungai atau debit adalah jumlah air yang mengalir melalui suatu penampang sungai tertentu per satuan waktu. Debit dipengaruhi oleh beberapa faktor, misalnya, oleh curah hujan, keadaan geologi, flora, temperatur, dan lainlain, di sebelah hulu sungai. Debit selalu berubah dari musim ke musim dan dari hari ke hari. Kecenderungan karakteristik dan besarnya debit secara kasar dapat di ketahui dengan pengamatan dalam jangka waktu yang lama. Pengukuran debit sungai sangat penting untuk dapat menentukan tenaga yang dihasilkan oleh pusat listrik tenaga air. Pengetahuan tentang debit pada waktu banjir mutlak diperlukan untuk keamanan dalam perencanaan dan pembangunan PLTA. Untuk maksud unu sangat perlu diadakan pengamatan debit banjir untuk jangka waktu yang cukup lama. 1.2 Cara Kerja Pada prinsipnya PLTA mengolah energi potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan adanya head, lalu energi kinetis ini berubah menjadi energi mekanis dengan adanya aliran air yang menggerakkan turbin, lalu energi mekanis ini berubah menjadi energi listrik melalui perputaran rotor pada generator. Jumlah energi listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang mengalir (debit). Untuk bisa menghasilkan energi listrik dari air, harus melalui beberapa tahapan perubahan energi, yaitu: a. Energi Potensial Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian. b. Energi Kinetis Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu. c. Energi Mekanis Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis. d. Energi Listrik Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik. 1.3 Komponen Dasar PLTA Komponen – komponen dasar PLTA berupa dam, turbin, generator dan transmisi. Dam berfungsi untuk menampung air dalam jumlah besar karena turbin memerlukan pasokan air yang cukup dan stabil. Selain itu dam juga berfungsi untuk pengendalian banjir. a. Turbin Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan memukul sudu – sudu dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini di hubungkan ke generator. Turbin merupakan peralatan yang tersusun dan terdiri dari beberapa peralatan suplai air masuk turbin, diantaranya sudu (runner), pipa pesat (penstock), rumah turbin (spiral chasing), katup utama (inlet valve), pipa lepas (draft tube), alat pengaman, poros, bantalan (bearing), dan distributor listrik. Menurut momentum air turbin dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin reaksi dan turbin impuls. Turbin reaksi bekerja karena adanya tekanan air, sedangkan turbin impuls bekerja karena kecepatan air yang menghantam sudu. Prinsip Kerja Turbin Reaksi yaitu Sudu-sudu (runner) pada turbin francis dan propeller berfungsi sebagai sudu-sudu jalan, posisi sudunya tetap (tidak bisa digerakkan). Sedangkan sudu-sudu pada turbin kaplan berfungsi sebagai sudu-sudu jalan, posisi sudunya bisa digerakkan (pada sumbunya) yang diatur oleh servomotor dengan cara manual atau otomatis sesuai dengan pembukaan sudu atur. Proses penurunan tekanan air terjadi baik pada sudu-sudu atur maupun pada sudu-sudu jalan (runner blade). Prinsip Terja Turbin Pelton berbeda dengan turbin rekasi Sudu-sudu yang berbentuk mangkok berfungsi sebagai sudu-sudu jalan, posisinya tetap (tidak bisa digerakkan). Dalam hal ini proses penurunan tekanan air terutama terjadi didalam sudusudu aturnya saja (nosel) dan sedikit sekali (dapat diabaikan) terjadi pada sudu-sudu jalan (mangkok-mangkok runner).Air yang digunakan untuk membangkitkan listrik bisa berasal dari bendungan yang dibangun diatas gunung yang tinggi, atau dari aliran sungai bawah tanah. Karena sumber air yang bervariasi, maka turbin air didesain sesuai dengan karakteristik dan jumlah aliran airnya. Berikut ini merupakan berbagai jenis turbin yang biasa digunakan untuk PLTA. b. Generator Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox. Memanfaatkan perputaran turbin untuk memutar kumparan magnet didalam generator sehingga terjadi pergerakan elektron yang membangkitkan arus AC. Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis. Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator. Rotor terdiri dari 18 buah besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar sehingga membentuk 9 pasang kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus eksitasi dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor terletak satu poros dengan turbin, sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Magnet yang berputar memproduksi tegangan di kawat setiap kali sebuah kutub melewati “coil” yang terletak di stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik. Gambar 1.1 Kopling Generator Dengan Turbin Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu: 1. Putaran. Putaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor. 2. Banyak dan besarnya jumlah kumparan pada stator mempengaruhi besarnya daya listrik yang bisa dihasilkan oleh pembangkit 3. Magnet. Magnet yang ada pada generator bukan magnet permanen, melainkan dihasilkan dari besi yang dililit kawat. Jika lilitan tersebut dialiri arus eksitasi dari AVR maka akan timbul magnet dari rotor. Dari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga agar beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu dengan mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai kemagnetannya. Menurut jenis penempatan thrust bearing nya, generator dibedakan menjadi empat, yaitu: 1. Jenis biasa thrust bearing diletakkan diatas generator dengan dua guide bearing. 2. Jenis Payung (Umbrella Generator) thrust bearing dan satu guide bearing diletakkan dibawah rotor. 3. Jenis setengah payung (Semi Umbrella Generator) kombinasi guide dan thrust bearing diletakkan dibawah rotor dan second guide bearing diletakkan diatas rotor. 4. Jenis Penunjang Bawah thrust bearing diletakkan dibawah coupling. Generator yang digunakan di Saguling adalah jenis Setengah Payung. c. Trafo Trafo digunakan untuk menaikan tegangan arus bolak balik (AC) agar listrik tidak banyak terbuang saat dialirkan melalui transmisi. Travo yang digunakan adalah travo step up. Transmisi berguna untuk mengalirkan listrik dari PLTA ke rumah – rumah atau industri. Sebelum listrik kita pakai tegangannya di turunkan lagi dengan travo step down. Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang. Saat ini ada teknologi baru yang dikenal dengan pumped-storage plant. d. Bendungan Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pusat Listrik Tenaga Air. Kebanyakan dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan. Jenis bendungan antara lain: a. Bendungan Beton ● Bendungan Gravitasi ● Bendungan Busur ● Bendungan Rongga ii. Bendungan Urugan ● Bendungan Urugan Batu ● Bendungan Tanah iii. Bendungan Kerangka Baja iv. Bendungan Kayu 1.4 Lokasi Lokasi yang digunakan sebagai penelitian makalah kami yaitu sungai di daerah Cikulampang, kecamatan Padarincang, Kabupaten Serang, Provinsi Banten
