pembangkit listrik tenaga mikrohidro

TEKNOLOGI
PEMB ANGKIT LISTRIK TENAGA M IKROHIDRO
oleh:
Anya P. Damastuti
Mulai Wacana edisi 7 (Maret - April 1997), redaksi menurunkan artikel yang berkaitan dengan energi yang dapat diperbarui
(renewable energ y). S etelah artikel pembang kit listrik tenaga (PLT) surya pada edisi 7, kali ini diturunkan artikel t entang
PLT mikrohidro. Pada edisi-edisi berikutnya akan dimuat tentang PLT biomassa dan angin.
embangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)
adalah pembangkit listrik berskala kecil (kurang
dari 200 kW), yang memanf aatkan tenaga (aliran)
air sebagai sumber penghasil energi. PLTMH
termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut
clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi
teknologi, PLTMH dipilih karena konstruksiny a sederhana,
mudah dioperasikan, serta mudah dalam perawatan dan
peny ediaan suku cadang. Secara ekonomi, biay a operasi
dan perawatanny a relatif murah, sedangkan biay a
inv estasiny a cukup bersaing dengan pembangkit listrik
lainny a. Secara sosial, PLTMH mudah diterima
masy arakat
luas
(bandingkan
misalny a
dengan
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). PLTMH biasany a
dibuat dalam skala desa di daerah-daerah terpencil y ang
belum mendapatkan listrik dari PLN. Tenaga air y ang
digunakan dapat berupa aliran air pada sistem irigasi,
sungai y ang dibendung atau air terjun.
memperdalam dan memperlebar saluran penghantar dan
menambahny a dengan saluran penguras. Kolam
penenang (forebay) juga dibangun untuk menenangkan
aliran air y ang akan masuk
ke turbin dan
mengarahkanny a 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 y ang
dirol, lalu dilas. Untuk sambungan antar pipa digunakan
flens. Pipa ini harus didukung oleh pondasi y ang mampu
menahan beban statis dan dinamisnya. Pondasi dan
dudukan ini diusahakan selurus mungkin, karena itu perlu
dirancang sesuai dengan kondisi tanah.
Turbin, generator dan sistem kontrol masing-masing
Prinsip kerja PLT Mikrohidro
diletakkan dalam sebuah rumah y ang terpisah. Pondasi
PLT Mikrohidro pada prinsipny a memanf aatkan beda
turbin-generator juga harus dipisahkan dari pondasi
ketinggian dan jumlah debit air per detik y ang ada pada
rumahny a. Tujuanny a adalah untuk menghindari masalah
aliran air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air
akibat getaran. Rumah turbin harus dirancang sedemikian
ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan
agar memudahkan perawatan dan pemeriksaan.
energi mekanik. Energi ini selanjutny a menggerakkan
generator dan menghasilkan listrik. Skema prinsip kerja
Setelah keluar dari pipa pesat, air akan memasuki turbin
PLTMH terlihat pada
pada bagian inlet. Di dalamny a
gambar .
terdapat guided vane untuk
Pembangunan PLTMH
mengatur pembukaan dan
perlu diawali dengan
penutupan
turbin
serta
pembangunan
mengatur jumlah air y ang
bendungan
untuk
masuk
ke
runner/blade
mengatur aliran air
(komponen
utama
turbin).
y ang
akan
Runner terbuat dari baja
dimanf aatkan sebagai
dengan kekuatan tarik tinggi
tenaga
penggerak
y ang dilas pada dua buah
PLTMH.
Bendungan
piringan sejajar. Aliran air akan
ini
dapat
berupa
memutar
runner
dan
bendungan beton atau
menghasilkan energi kinetik
bendungan beronjong.
y ang akan memutar poros
Bendungan
perlu
turbin.
Energi y ang timbul
dilengkapi
dengan
akibat putaran poros kemudian
pintu air dan saringan
ditransmisikan ke generator.
sampah
untuk
Ga mbar Prinsip Kerja PLT Mikrohidro
Seluruh sistem ini harus
mencegah masuknya
balance.
Turbin
perlu
kotoran atau endapan lumpur. Bendungan sebaikny a
dilengkapi casing yang berf ungsi mengarahkan air ke
dibangun pada dasar sungai y ang stabil dan aman
runner. Pada bagian bawah casing terdapat pengunci
terhadap banjir.
turbin. Bantalan (bearing) terdapat pada sebelah kiri dan
kanan poros dan berfungsi untuk meny angga poros agar
Di dekat bendungan dibangun bangunan pengambilan
dapat berputar dengan lancar.
(intake). Kemudian dilanjutkan dengan pembuatan saluran
penghantar y ang berf ungsi mengalirkan air dari intake.
Day a poros dari turbin ini harus ditransmisikan ke
Saluran ini dilengkapi dengan saluran pelimpah pada
generator agar dapat diubah menjadi energi listrik.
setiap jarak tertentu untuk mengeluarkan air y ang
Generator y ang dapat digunakan pada mikrohidro adalah
berlebih. Saluran ini dapat berupa saluran terbuka atau
generator sinkron dan generator induksi. Sistem transmisi
tertutup. Di ujung saluran pelimpah dibangun kolam
day a ini dapat berupa sistem transmisi langsung (day a
pengendap. Kolam ini berf ungsi untuk mengendapkan
poros langsung dihubungkan dengan poros generator
pasir dan meny aring kotoran sehingga air yang masuk ke
dengan bantuan kopling), atau sistem transmisi day a tidak
turbin relatif bersih. Saluran ini dibuat dengan
WACANA No. 8 / Mei - Juni 1997
11
TEKNOLOGI
langsung, yaitu menggunakan sabuk atau belt untuk
memindahkan day a 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 adany a v ariasi dalam
penggunaan generator secara lebih luas karena
kecepatan putar poros generator tidak perlu sama dengan
kecepatan putar poros turbin. Jenis sabuk y ang 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 y ang
dihasilkan oleh generator dapat langsung ditransmisikan
lewat kabel pada tiang-tiang listrik menuju rumah
konsumen.
Perhitungan Teknis
Potensi daya mikrohidro dapat dihitung dengan
persamaan: day a (P) = 9.8 x Q x Hn x η;
di mana:
P = Daya (kW)
3
Q = debit aliran (m /s)
Hn = Head net (m)
9.8 = konstanta grav itasi
η = ef isiensi keseluruhan.
Misalny a, diketahui data di suatu lokasi adalah sebagai
berikut: Q = 300 m3/s2, Hn = 12 m dan η = 0.5. Maka,
besarny a potensi day a (P) adalah:
P = 9.8 x Q x Hn x η
= 9.8 x 300 x 12 x 0.5
= 17 640 W
= 17.64 kW
Perhitungan Ekonomis
Pembangunan PLT Mikrohidro memerlukan investasi
y ang relatif besar. Nilai inv estasi per kW terpasangny a menurut perhitungan Y ayasan Mandiri - berkisar antara
Rp. 4 juta sampai Rp. 8 juta. Adapun, biay a (harga) listrik
per kWH-ny a dihitung berdasarkan biay a awal (initial cost)
dan biay a operasional (operational cost). Komponen biay a
awal terdiri dari: biay a bangunan sipil, biaya f asilitas
elektrik dan mekanik serta biay a sistem pendukung lain.
Komponen biay a operasional y aitu: biaya perawatan,
biay a penggantian suku cadang, biaya tenaga kerja
(operator) serta biaya lain y ang 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 biay a awal Rp 4 juta. Umur pakai
mikrohidro yang dirancang adalah 10 tahun dengan biay a
operasional Rp. 1 Jut/tahun. Sehingga total biay any a
menjadi Rp. 10 Juta. Maka, biaya rata-rata (Rp) per hari
adalah:
Rp/hari =
biaya awal + biaya operasional
.
umur pakai(tahun) x jumlah hari/tahun
=
Rp 4 juta + Rp 10 juta
.
10 tahun x 365 hari/tahun
= Rp 3836/ hari
Biay a (harga) per kWh ditentukan oleh biay a rata-rata per
hari dan besarny a energi listrik y ang dihasilkan per hari
(kWh/hari). Energi per hari ini ditentukan oleh besarny a
WACANA No. 8 / Mei - Juni 1997
1
day a terpasang serta f aktor day a . Jika diasumsikan
f aktor day a besarny a 12, maka harga energi listrik per
2
kWh adalah:
Harga/kWh =
Biay a/hari
.
Energi listrik yang dihasilkan (kWh/hari)
=
Biaya/hari
.
Day a terpasang (kW) x f aktor day a
=
Rp 3836/hari
.
1 kW x 12 (jam/hari)
= Rp 320/kWh
Perancangan sistem PLT Mikrohidro
Tahap pertama perancangan PLT Mikrohidro adalah studi
awal. Studi ini diawali dengan surv ey 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 sebaikny a diambil beberapa kali pada
musim y ang berbeda untuk memperoleh gambaran y ang
tepat mengenai potensi day a dari aliran air tersebut.
Selain itu, perlu dicari data pendukung, y aitu: 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 surv ey 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),
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 y ang
bersangkutan, kebutuhan listriknya, rencana penggunaan
day a listrik dan faktor bebanny a, studi kelayakan ekonomi
serta kesiapan lembaga pengelola. Setelah semua studi
y ang diperlukan siap dan lay ak, dilakukan proses disain
y ang lebih lebih rinci, y aitu: pembuatan detail gambar
teknik, penentuan spesif ikasi teknis secara jelas,
peny usunan jadwal kegiatan, penghitungan biay a setiap
komponen serta penyiapan
pengurus yang akan
mengelola PLTMH. Jika seluruh disain ini telah siap maka
pembangunan PLT Mikrohidro dapat dimulai.
Konsultansi untuk memperoleh informasi lebih lengkap,
silahkan menghubungi Pusat Inf ormasi Teknologi Terapan
(PITT) ELSPPAT. (Disarikan dari berbagai sumber PITT
ELSPPATwith a very special thanks to Yayasan
Mandiri).W
1. Faktor daya adalah jumlah waktu (jam) efektif di mana PLT
Mikrohidro menghasilkan energi listrik dalam satu hari
(satuannya: jam/hari). Nilai faktor daya dipengaruhi oleh
karakteristik (fluktuasi) aliran air di mana PLTM dibangun.
2. Bandingkan dengan harga listrik PLN (skala rumah tangga)
yang berlaku saat ini, yaitu: Rp 96.5/kWh sampai Rp
147.0/kWh untuk rumah tangga skala menengah.
12