PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO ( PLTMH )

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
( PLTMH )
Agus Subandono
Fakultas Teknik Universitas Pawyatan Daha Kediri
ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang mengubah
energi potensial air menjadi kerja mekanis, memutar turbin dan generator untuk menghasilkan daya listrik
skala kecil, yaitu sekitar 0-100 kW. Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh), merupakan
salah satu alternatif supply energi listrik, khususnya di pedesaan yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik
PLN. PLTMh merupakan alternatif yang sangat potensial bila dibandingkan dengan sumber energi terbarukan
lainnya. Dengan demikian maka kehandalan sistem yang dibangun merupakan suatu keharusan untuk
mendapatkan energi listrik yang berkualitas. Pada sebuah pembangkit listrik, hal yang sangat perlu
diperhatikan adalah kestabilan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh generator, hal ini diperlukan untuk
menjaga agar perlatan pada konsumen tidak mengalami kerusakan. Tegangan yang tidak stabil juga dapat
mengurangi umur peralatan (life time) yang dimiliki oleh konsumer.
Kata Kunci : Listrik Tenaga Mikrohidro
Pendahuluan
Harga BBM yang semakin hari kian
Keuntungan Mikrohidro:
• Bebas Emisi.
meningkat, renewable energy menjadi primadona
• Energy yang dihasilkan dapat diperhitungkan.
dalam penyediaan energy salah satunya dengan
• Tidak memerlukan DAM.
Mikrohydro system. Mikrohydro system
• Tidak perlu membuat Waduk.
merupakan technology pembangkit listrik tenaga
• Minimal akibat langsung.
air yang berskala kecil karena pembangkit tenaga
• Pembangkit berumur panjang ( sampai dengan
listrik ini memanfaatkan aliran sungai atau aliran
30 tahun atau lebih)
irigasi sebagai sumber tenaga untuk menggerakan
Sayangnya dari beberapa kelebihan yang dimiliki
turbin dan memutar generator. Jadi pada prinsipnya
sistem PLTMH tersebut, sampai sekarang ini
dimana ada air mengalir dengan ketinggian minimal
teknologi PLTMH di masyarakat masih kurang
2,5 meter dengan debit 250 liter/detik, maka disitu
familier, sehingga pertumbuhannya pun menjadi
ada energi listrik. Selain daripada itu mikrohydro
lambat.
tidak perlu membuat waduk yang besar seperti
PLTA.
Mikrohidro hanyalah sebuah istilah. Mikro
artinya kecil sedangkan hidro artinya air. Dalam
1
prakteknya, istilah ini tidak merupakan sesuatu
keluaran ke frekuensi nominal agak tertunda
yang baku namun bisa dibayangkan bahwa
(terlambat) dibandingkan dengan pemulihan
Mikrohidro pasti mengunakan air sebagai sumber
tegangannya. Hal ini karena perbaikan tegangan
energinya. Yang membedakan antara istilah
pada generator sinkron yang dilakukan oleh
Mikrohidro dengan Miniihidro adalah output daya
automatic voltage regulator (AVR) bersifat elektris,
yang dihasilkan. Mikrohidro menghasilkan daya
sedangkan untuk pemulihan frekuensi keluarannya
lebih rendah dari 100 W, sedangkan untuk
bersifat mekanis (berkaitan dengan putaran).
minihidro daya keluarannya berkisar antara 100
sampai 5000 W. Secara teknis, Mikrohidro
memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber
energi), turbin dan generator.
Tujuan Pembangunan PLTMH
Mikrohidro adalah istilah yang digunakan
untuk instalasi pembangkit listrik yang mengunakan
Teknik yang digunakan untuk menjaga
energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan
kualitas daya listrik setiap sistem pembangkit
sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik
berbeda-beda, dan demikian pula dengan sistem
adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian
PLTMH. Pada sistem PLTMH tidak menggunakan
tertentu dan instalasi. Semakin besar kapasitas
governor (pengatur kecepatan putaran turbin/
aliran maupun ketinggiannya dari istalasi maka
penggerak mula) yang digunakan untuk
semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk
menyesuaikan atau menyeimbangkan energi pada
menghasilkan energi listrik.
penggerak mula dengan kebutuhan pemakaian
Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan
beban konsumen. Teknik yang digunakan pada
kenyataan bahwa adanya air yang mengalir di suatu
sistem PLTMH adalah dengan menerapkan sistem
daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang
selalu beroperasi mendekati beban penuh (putaran
memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah
konstan).
volume aliran air persatuan waktu (flow capacity)
Untuk sekarang ini seiring dengan
sedangan beda ketinggian daerah aliran sampai ke
pertumbuhan sistem PLTMH di berbagai negara
instalasi dikenal dengan istilah head. Mikrohidro
(terutama negara-negara berkembang), generator
juga dikenal sebagai white resources dengan
sinkron dengan kapasitas kecil mulai banyak
terjemahan bebas bisa dikatakan “energi putih”.
diproduksi dan tersedia di pasaran, sehingga sedikit
Dikatakan demikian karena instalasi pembangkit
demi sedikit pembangunan PLTMH yang tadinya
listrik seperti ini menggunakan sumber daya yang
memakai generator induksi kini mulai beralih
telah disediakan oleh alam dan ramah lingkungan.
menggunakan generator sinkron. Hanya saja sistem
Suatu kenyataan bahwa alam memiliki air terjun
PLTMH yang menggunakan generator sinkron
atau jenis lainnya yang menjadi tempat air mengalir.
masih memiliki kelemahan ketika terjadi perubahan
Dengan teknologi sekarang maka energi
pembebanan, pemulihan perubahan frekuensi
aliran air beserta energi perbedaan ketinggiannya
2
dengan daerah tertentu (tempat instalasi akan
penerangan di malam hari. Kemampuan
dibangun) dapat diubah menjadi energi listrik,
pemerintah yang terhalang oleh biaya yang tinggi
Seperti dikatakan di atas, Mikrohidro hanyalah
dari perluasan jaringan listrik, sering membuat
sebuah istilah. Mikro artinya kecil sedangkan hidro
Mikro Hidro memberikan sebuah alternatif
artinya air. Dalam prakteknya, istilah ini tidak
ekonomi ke dalam jaringan. Ini karena Skema
merupakan sesuatu yang baku namun bisa
Mikro Hidro yang mandiri, menghemat biaya dari
dibayangkan bahwa Mikrohidro pasti mengunakan
jaringan transmisi dan karena skema perluasan
air sebagai sumber energinya. Yang membedakan
jaringan sering memerlukan biaya peralatan dan
antara istilah Mikrohidro dengan Miniihidro adalah
pegawai yang mahal. Dalam kontrak, Skema
output daya yang dihasilkan. Mikrohidro
Mikro Hidro dapat didisain dan dibangun oleh
menghasilkan daya lebih rendah dari 100 W,
pegawai lokal dan organisasi yang lebih kecil
sedangkan untuk minihidro daya keluarannya
dengan mengikuti peraturan yang lebih longgar dan
berkisar antara 100 sampai 5000 W. Secara
menggunakan teknologi lokal seperti untuk
teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama
pekerjaan irigasi tradisional atau mesin-mesin
yaitu air (sumber energi), turbin dan generator.
buatan lokal.
Air yang mengalir dengan kapasitas dan
ketinggian tertentu di salurkan menuju rumah
Komponen – Komponen PLTMH
instalasi (rumah turbin). Di rumah turbin, instalasi
air tersebut akan menumbuk turbin, dalam hal ini
turbin dipastikan akan menerima energi air tersebut
dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa
Talang air
jembatan air
Bak pengendap
Saluran air
Bak penenang
berputamya poros turbin. Poros yang berputar
tersebut kemudian ditransmisikan/dihubungkan ke
generator dengan mengunakan kopling. Dari
generator akan dihasilkan energi listrik yang akan
Intake dan
dam pengalih
Pipa pesat/
penstok
Rumah
pembangkit
Penggergajian kayu
masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum
dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya
Gambar 1. Komponen-komponen Besar dari
sebuah Skema Mikrohidro
(beban). Begitulah secara ringkas proses
Mikrohidro, merubah energi aliran dan ketinggian
air menjadi energi listrik.
• Diversion Weir dan Intake (Dam/Bendungan
Pengalih dan Intake)
Terdapat sebuah peningkatan kebutuhan
Dam pengalih berfungsi untuk mengalihkan air
suplai daya ke daerah-daerah pedesaan di
melalui sebuah pembuka di bagian sisi sungai
sejumlah negara, sebagian untuk mendukung
(‘Intake’ pembuka) ke dalamsebuah bak
industri-industri, dan sebagian untuk menyediakan
pengendap (Settling Basin).
3
• Settling Basin (Bak Pengendap)
sederhana untuk mendapatkan tenaga air, tetapi
Bak pengendap digunakan untuk memindahkan
belakangan ini tidak digunakan untuk pembangkit
partikel-partikel pasir dari air. Fungsi dari bak
listrik karena efisiensinya rendah. Kemungkinan
pengendap adalah sangat penting untuk
lain adalah bahwa saluran dapat dihilangkan dan
melindungi komponen-komponen berikutnya
sebuah penstock dapat langsung ke turbin dari bak
dari dampak pasir.
pengendap pertama. Variasi seperti ini akan
• Headrace (Saluran Pembawa)
Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi
tergantung pada karakteristik khusus dari lokasi
dan skema keperluan-keperluan dari pengguna.
bukit untuk menjaga elevasi dari air yang
disalurkan.
• Headtank (Bak Penenang)
Tenaga Listrik Dari Air
Sebuah skema hidro memerlukan dua hal
Fungsi dari bak penenang adalah untuk
yaitu debit air dan ketinggian jatuh (biasa disebut
mengatur perbedaan keluaran air antara sebuah
‘Head’) untuk menghasilkan tenaga yang
penstock dan headrace, dan untuk pemisahan
bermanfaat. Ini adalah sebuah sistem konversi
akhir kotoran dalam air seperti pasir, kayu-
tenaga, menyerap tenaga dari bentuk ketinggian
kayuan.
dan aliran, dan menyalurkan tenaga dalam bentuk
• Penstock (Pipa Pesat/Penstock)
daya listrik atau daya gagang mekanik. Tidak ada
Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi
sistem konversi daya yang dapat mengirim
yang lebih rendah ke sebuah roda air, dikenal
sebanyak yang diserap dikurangi sebagian daya
sebagai sebuah turbin.
hilang oleh sistem itu sendiri dalam bentuk gesekan,
• Turbine dan Generator
panas, suara dan sebagainya.
Perputaran gagang dari roda dapat digunakan
untuk memutar sebuah alat mekanikal (seperti
sebuah penggilingan biji, pemeras minyak, mesin
bubut kayu dan sebagainya), atau untuk
Head (metres)
mengoperasikan sebuah generator listrik.
Mesin-mesin atau alat-alat, dimana diberi
tenaga oleh skema hidro, disebut dengan
‘Beban’ (Load),dalam Gambar 2. bebannya
adalah sebuah penggergajian kayu.
Gambar 2. Head adalah ketinggian vertikal
dimana air jatuh.
Tentu saja ada banyak variasi pada penyusunan
disain ini. Sebagai sebuah contoh, air dimasukkan
Persamaan konversinya adalah:
secara langsung ke turbin dari sebuah saluran tanpa
Daya yang masuk = Daya yang keluar +
sebuah penstock. Tipe ini adalah metode paling
4
Kehilangan (Loss)
atau
Eo = Ekonstruksi sipil × Epenstock × Eturbin ×
Daya yang keluar = Daya yang masuk ×
Egenerator × Esistem kontrol × Ejaringan × Etrafo
Efisiensi konversi
Biasanya Ekonstruksi sipil : 1.0 - (panjang saluran × 0.002
Persamaan di atas biasanya digunakan untuk
~ 0.005)/ Hgross
menggambarkan perbedaan yang kecil.
Epenstock >: 0.90 ~ 0.95 (tergantung pada
panjangnya)
Daya yang masuk, atau total daya yang diserap
Eturbin : 0.70 ~ 0.85 (tergantung pada tipe turbin)
oleh skema hidro, adalah daya kotor, Pgross.
Egenerator : 0.80 ~ 0.95 (tergantung pada
Daya yang manfaatnya dikirim adalah daya bersih,
kapasistas generator)
Pnet. Semua efisiensi dari skema gambar diatas
Esistem kontrol> : 0.97
disebut Eo.
Ejaringan : 0.90 ~ 0.98 (tergantung pada panjang
Pnet = Pgross ×Eo kW
jaringan)
Etrafo : 0.98
Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang
Ekonstruksi sipil dan Epenstock adalah yang biasa
dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan
diperhitungkan sebagai ‘Head Loss (Hloss)/
dengan sebuah faktor (g = 9.8), sehingga
kehilangan ketinggian’. Dalam kasus ini, persamaan
persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah :
diatas dirubah ke persamaan berikut.
Pnet = g ×Hgross × Q ×Eo kW (g=9.8)
Pnet= g ×(Hgross-Hloss) ×Q ×(Eo – Ekonstruksi
sipil - Epenstock ) kW
dimana head dalam meter, dan debit air dalam
meter kubik per detik (second (s)).
Persamaan sederhana ini harus diingat: ini adalah
inti dari semua disain pekerjaan pembangkit listrik.
Dan Eo terbagi sebagai berikut.
Ini penting untuk menggunakan unit-unit yang
benar.
Gambar 3. Diagram Skematik Perhitungan Efisiensi PLTMH
5
Perencanaan PLTMH
secara cermat untuk menghindarkan masalah
Pemilihan Lokasi dan Lay out Dasar
di kemudian hari.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
• Kondisi dasar sungai
(PLTMH) pada dasarnya memanfaatkan energi
Lokasi intake harus memiliki dasar sungai yang
potensial air Gatuhan air). Semakin tinggi jatuhan
relatif stabil, apalagi bila bangunan intake
air ( head ) maka semakin besar energi potensial
tersebut tanpa bendungan (intake dam). Dasar
air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di
sungai yang tidak stabil inudah mengalami erosi
samping faktor geografts yang memungkinkan,
sehingga permukaan dasar sungai lebih rendah
tinggi jatuhan air ( head ) dapat pula diperoleh
dibandingkan dasar bangunan intake; hal ini
dengan membendung aliran air sehingga
akan menghambat aliran air memasuki intake.
permukaan air menjadi tinggi.
Dasar sungai berupa lapisanllempeng batuan
Secara umum lay-out sistem PLTMH
merupakan tempat yang stabil. Tempat di mana
merupakan pembangkit jenis run off river,
kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki
memanfaatkan aliran air permukaan (sungai).
dasar sungai yang relatif stabil. Pada kondisi
Komponen sistern PLTMH tersebut terdiri dari
yang tidak memungkinkan diperoleh lokasi in-
banaunan intake (penyadap) – bendungan, saluran
take dengan dasar sungai yang relatif stabil dan
pembavia, bak pengendap dan penenang, saluran
erosi pada dasar sungai memungkinkan teladi,
pelimpah, pipa pesat, rumah pembangkit dan
maka konstruksi bangunan intake dilengkapi
saluran pembuangan. Basic lay-out pada
dengan bendungan untuk menjaga ketinggian
perencanaan pengembangan PLTMH dimulai dari
dasar sungai di sekitar intake.
penentuan lokasi intake, bagaimana aliran air akan
• Bentuk aliran sungai
dibawa ke turbin dan penentuan tempat rumah
Salah satu permasalahan yang sering terjadi
pembangkit untuk rnendapatkan tinggi jatuhan (
pada instalasi PLTMH adalah kerusakan pada
head ) optimum dan aman dari banjir.
bangunan intake yang disebabkan oleh banjir.
• Lokasi bangunan intake
Hal tersebut sering terjadi pada intake yang
6
Pada umumnya instalasi PLTMH merupakan
ditempatkan pada sisi luar sungai. Pada bagian
pembangkit listrik tenaga air jenis aliran sungai
sisi luar sungai (b) mudah erosi serta rawan
langsung, jarang yang merupakan jenis waduk
terhadap banjir. Batti-batuan, batang pohon
(bendungan besar). Konstruksi bangunan in-
serta berbagai material yang terbawa banjir akan
take untuk mengambil air langsung dari sungai
mengarah pada bagian tersebut. Sementara itu
dapat berupa bendungan (intake dam) yang
bagian sisi dalam sungai (c) merupakan tempat
melintang sepanjang lebar sungai atau langsung
terjadinya pengendapan lumpur dan
membagi aliran air sungai tanpa dilengkapi
sedimentasi, schingga tidak cocok untuk lokasi
bangunan bendungan. Lokasi intake harus dipilih
intake. Lokasi intake yang baik terletak
sepanjang bagian sungai yang relatif lurus (a),
memerlukan biaya yang iebih besar
di mana aliran akan terdorong memasuki in-
dibandingkan pembuatan kanal terbuka,
take secara alami dengan membawa beban
sehingga dalam membuat lay out perlu
(bed load) yang kecil.
diusahakan agar menggunakan pipa pesat
• Lokasi rumah pembangkit (power house)
sependek mungkin. Pada lokasi. tertentu yang
Pada dasarnya setiap pembangun an mikrohidro
tidak memungkinkan pembuatan saluran
berusaha untuk mendapatkan head yang
pembawa, penggunaan pipa pesat yang panjang
maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah
tidak dapat dihindari.
pembangkit (power house) berada pada tempat
Pendekatan dalam membuat lay out sistem
yang serendah mungkin. Karena alasan
PLTMH adalah sebagai berikut:
keamanan dan 6nstruksi, lantai rumah
Air dari intake dialirkan melalui penstok sampai
pembangkit harus selalu lebih tinggi
ke turbin. Jalur pemipaan mengikuti aliran air,
dibandingkan permukaan air sungai. Data dan
paralel dengan sungai (gbr 5.3, long penstock fol-
informasi ketinggian permukaan sungai pada
lowing river). Metoda ini dapat dipilih seandainya
waktu banjir sangat diperlukan dalam
pada medan yang ada tidak memungkinkan untuk
menentukan lokasi rumah pembangkit.
dibuat kanal, seperti sisi sungai berupa tebing
Selain lokasi rumah pembangkit berada pada
batuan. Perlu diperhatikan bahwa penstock harus
ketinggian yang aman, saluran pembuangan air
aman terhadap banjir.
( tail race ) harus terlindung oleh kondisi alam,
seperti batu-batuan besar. Disarankan ujung
Perencanaan Sipil
saluran tail race tidak terletak pada bagian sisi
• Saluran penghantar (head race)
luar sungai karena akan mendapat beban yang
Saluran penghantar berfungsi untuk mengalirkan
besar pada saat banjir, serta memungkinkan
air dari intake sampai ke bak penenang.
masuknya aliran air menuju ke rumah
Perencanaan saluran penghantar berdasarkan
pembangkit.
pada kriteria:
• Lay-out Sistem PLTMH
• Nilai ekonomis yang tinggi
Lay out sebuah sistem PLTMH merupakan
• Efisiensi fungsi
rencana dasar untuk pembangunan PLTMH.
• Aman terhadap tinjauan teknis
Pada lay out dasar digambarkan rencana untuk
• Mudah pengerjaannya
mengalirkan air dari intake sampai ke saluran
• Mudah pemetiharaannya
pembuangan akhir.
• Struktur bangunan yang memadai
Air dari intake dialirkan ke turbin menggunakan
• Kehilangan tinggi tekan (head losses) yang kecil
saluran pembawa air berupa kanal dan pipa
pesat (penstock). Penggunaan pipa pesat
7
Pelaksanaan Elektrikalmekanikal
Tabel 1. Daerah Operasi Turbin
1. Pemilihan Turbin
Turbin air berperan untuk mengubah energi air
Jenis Turbin
Variasi Head, m
(energi potensial, tekanan dan energi kinetik)
Kaplan dan Propeller
2 < H < 20
menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran
Francis
10 < H < 350
poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh
Peiton
50 < H < 1000
generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan
Crossfiow
6 < H < 100
prinsip kerjanya , turbin air dibagi menjadi dua
Turgo
50 < H < 250
kelompok:
a. Turbin impuls (cross-flow, pelton & turgo)
2. Kriteria Pemilihan Jenis Turbin
untuk jenis ini, tekanan pada setiap sisi sudu
Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan ber-
geraknya lrunnernya – bagian turbin yang
dasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-
berputar – sama.
jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang
b. Turbin reaksi ( francis, kaplanlpropeller)
sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis
turbin dapat diperhitungkan dengan mem-
Daerah aplikasi berbagai jenis turbin air
pertimbangkan parameter-parameter khusus
relatif spesifik. Pada beberapa daerah operasi
yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :
memungkinkan digunakan beberapa jenis turbin.
a. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head)
Pemilihan jenis turbin pada daerah operasi yang
dan debit yang akan dimanfaatkan untuk
overlaping ini memerlukan perhitungan yang lebih
operasi turbin merupakan faktor utama yang
mendalam. Pada dasarnya daerah kerja operasi
mempengaruhi pemilihan jenis turbin,
turbin menurut Keller2 dikelompokkan menjadi:
sebagai contoh : turbin pelton efektif untuk
- Low head powerplant: dengan tinggi jatuhan
operasi pada head tinggi, sementara turbin
air (head) :S 10 M3
- Medium head power plant:: dengan tinggi
jatuhan antara low head dan high-head
High head power plant: dengan tinggi jatuhan
air yang memenuhi persamaan
propeller sangat efektif beroperasi pada
head rendah.
b. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.
c. Kecepatan (putaran) turbin ang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh
H > 100 (Q)0-113
untuk sistem transmisi direct couple antara
generator dengan turbin pada head rendah,
dimana, H =head, m Q = desain debit, m 31s
sebuah turbin reaksi (propeller) dapat
mencapai putaran yang diinginkan,
sementara turbin pelton dan crossflow
8
berputar sangat lambat (low speed) yang
= 0.7 – 0.8 untuk turbin crossfiow
akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.
= 0.8 – 0.9 untuk turbin propellerlkaplan
Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan
Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran
sebagai “kecepatan spesifik, Ns”, yang
(range) tertentu berdasarkan data eksperimen.
didefinisikan dengan formula:
Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air
adalah sebagai berikut:
Ns = N x P0.51W .21
Tabel 2. Kisaran kecepatan spesifik beberapa
turbin air
dimana :
N = kecepatan putaran turbin, rpm
P = maksimum turbin output, kW
Turbin pelton
12 < N < 25
H = head efektif , m
TurbinFrancis
60 < N < 300
Turbin Crossflow
40 < N < 200
Turbin Propeller
250 < N < 1000
Output turbin dihitung dengan formula:
P=9.81 xQxHx qt
(2)
Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin
dimana
maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan
Q = debit air, m 3 ldetik
menjadi lebih mudah. Beberapa formula yang
H = efektif head, m
ilt
dikembangkan dari data eksperimental berbagai
= efisiensi turbin
jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan
= 0.8 – 0.85 untuk turbin pelton
= 0.8 – 0.9 untuk turbin francis
estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin,
yaitu :
Tabel 3. Kecepatan spesifik turbin
Turbin pelton (1 jet)
Ns = 85.49/H0.243
(Siervo & Lugaresi, 1978)
Turbin Francis
Ns = 3763/H0.854
(Schweiger & Gregory, 1989)
Turbin Kaplan
Ns = 2283/H0.486
(Schweiger & Gregory, 1989)
Turbin Crossfiow
Ns = 513.25/H0.505
(Kpordze & Wamick, 1983)
Turbin Propeller
Ns = 2702/H0.5
(USBR, 1976)
9
Tabel 4.
Run-away speed Turbin, N maks/N
Jenis Turbin
Putaran Nominal, N (rpm)
Runaway speed
Semi Kaplan, single regulated
75-100
2-2.4
Kaplan, double regulated
75-150
2.8-3.2
Small-medium Kaplan
250-700
2.8-3.2
Francis (medium & high head)
500-1500
1.8-2.2
Francis (low head)
250-500
1.8-2.2
Pelton
500-1500
1.8-2
Crossflow
100-1000
1.8-2
Turgo
600-1000
2
Generator
biasanya merupakan jenis generator turbo yang
Generator sinkron merupakan mesin listrik
beroperasi pada kecepatan tinggi dan dikopel
arus bolak balik yang mengubah energi mekanik
dengan turbin gas atau uap. Sedangkan generator
menjadi energi listrik arus bolak-balik. Energi
salient-pole biasanya digunakan untuk pembangkit
mekanik diperoleh dari penggerak mula (prime
listrik kecil dan menengah.
mover) yang terkopel dengan rotor generator,
sedangkan energi listrik diperoleh dari proses
induksi elektromagnetik yang melibatkan kumparan
rotor dan kumparan stator. Mesin listrik arus
bolak-balik ini disebut sinkron karena rotor
berputar secara sinkron atau berputar dengan
Gambar 4.
(a) Salient-pole Rotor.
(b) Cylindrical-rotor.
kecepatan yang sama dengan kecepatan medan
magnet putar.
Pada generator sinkron, arus searah
Generator sinkron secara umum dapat
dialirkan pada kumparan rotor yang kemudian
diklasifikasikan berdasarkan bentuk rotornya, yaitu
menghasilkan medan magnet rotor. Rotor dari gen-
generator turboatau cylindrical-rotor generator
erator akan diputar oleh prime mover,
dan salient pole generator. Generator yang
menghasilkan medan magnet putar di dalam mesin.
digunakan pada pembangkit lisrik yang besar
Pada stator generator juga terdapat kumparan.
10
Medan magnet putar menyebabkan medan mag-
current dan juga rugi histeresis. Bahan-bahan
net yang melingkupi kumparan stator berubah
non-magnetic atau penggunaan perisai fluks
secara kontinu. Perubahan medan magnet secara
yang terbuat dari tembaga juga digunakan untuk
kontinu ini menginduksikan tegangan pada
mengurangi stray loss.
kumparan stator. Tegangan induksi ini akan
 Slot
berbentuk sinusoidal dan besarnya bergantung
Slot merupakan tempat untuk meletakkan
pada kekuatan medan magnet serta kecepatan
kumparan stator yang dibentuk dengan sistem
putaran dari rotor. Untuk membuat generator tiga
berbuku-buku.
fasa, pada stator ditempatkan tiga buah kumparan
 Kumparan stator
yang terpisah sejauh 120o satu sama lain, sehingga
Kumparan stator merupakan tempat
tegangan yang diinduksikan akan terpisah sejauh
terbentuknya tegangan induksi pada generator
120o satu sama lain pula.
dan didesain untuk menghasilkan kutub-kutub
elektromagnetik stator yang sinkron dengan
1. Komponen Generator Sinkron
kutub magnet rotor.
Secara umum ada dua komponen utama
penyusun generator sinkron yaitu stator dan rotor.
Sedangkan pada bagian rotor terdapat tiga bagian
Stator merupakan bagian dari generator sinkron
utama, yaitu:
yang diam, tempat dimana tegangan induksi
 Collector ring atau slip ring
dibangkitkan. Sedangkan rotor merupakan bagian
Collector ring merupakan cincin logam yang
dari generator sinkron yang bergerak dan dialiri
melingkari poros rotor, tetapi dipisahkan oleh
arus searah pada kumparannya.
isolasi tertentu. Bagian ini merupakan bagian
Pada stator, terdapat beberapa komponen utama,
yang terhubung dengan sumber arus searah yang
yaitu:
untuk selanjutnya dialirkan menuju kumparan
 Rangka stator
rotor.
Rangka luar yang biasanya terbuat dari baja
 Kumparan rotor
berfungsi untuk menyokong struktur stator dan
Kumparan rotor merupakan bagian yang dialiri
mempunyai kaki-kaki yang dipasang pada
arus searah sebagai sumber medan magnet
bagian fondasi. Rangka stator ini dibuat kokoh
melalui sistem eksitasi tertentu.
untuk mengatasi perubahan beban secara tibatiba atau hubung singkat tiga fasa.
 Inti stator
Inti stator menyediakan jalur permeabilitas yang
 Poros
Poros merupakan tempat untuk meletakkan
kumparan rotor dan merupakan bagian yang
terkopel dengan dan diputar oleh prime mover.
tinggi untuk proses magnetisasi. Inti stator
dibuat berlaminasi untuk mengurangi rugi eddy
11
2. Prinsip Kerja Generator Sinkron
- Aplikasi >. – 100 KVA efisiensi 0.9 – 0.95
Prinsip kerja generator sinkron dapat
dijelaskan dengan menggunakan dua kaidah
Sistem kontrol yang digunakan pada
sederhana. Kaidah pertama untuk rangkaian
perencanaan PLTMH dapat menggunakan
magnetik dan kaidah yang kedua untuk tegangan
pengaturan beban sehingga jumlah output daya
yang diinduksi pada sebuah konduktor yang
generator selalu sama dengan beban.
disebabkan karena variasi medan magnet.
Fluks
Sistem kontrol telah dapat dipabrikasi secara
dalam suatu rangkaian magnet yang
lokal, dan terbukti handal pada penggunaan di
mempunyai reluktansi Rm dihasilkan karena adanya
banyak PLTMH. Sistem kontrol ini terintegrasi
magnetomotive force (mmf) Fm, dimana mmf itu
pada panel kontrol (switch gear).
sendiri berasal dari adanya arus I yang mengalir
Fasillitas operasi panel kontrol minimum terdiri dari
melalui lilitan berjumlah N.
- Kontrol start/stop, baik otomatis, semi otomatis,
maupun manual
= Fm / Rm (1)
dan
- Stop/berhenti secara otomatis
- Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan:
Fm=IN (2)
over-under voltage, over-under frekuensi.
- Emergency shut down, bila terjadi gangguan
3. Pemilihan Generator
listrik (misal arus lebih)
Generator adalah suatu peralatan yang
berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi
listrik. Jenis generator yang digunakan pada
Tabe 5. Putaran Generator Sinkron (rpm)
Jumlah Pole (kutub)
perencanaan PLTMH dapat berupa :
2
4
6
8
10
12
14
 Generator sinkron, sistem eksitasi tanpa sikat
(brushless exitation) dengan penggunaan dua
tumpuan bantalan (two bearing).
 Induction Motor sebagai Generator (IMAG)
sumbu vertikal, pada perencanaan turbin pro
peller open flume
Frekuensi , 50 Hz
3000
1500
1000
750
600
500
429
Penutup
Efisiensi generator secara umum adalah :
Besamya biaya pembangunan PLTMH
- Aplikasi < 10 KVA efisiensi 0.7 – 0.8
tentunya diharapkan dapat diimbangi oleh
- Aplikasi 10 – 20 KVA efisiensi 0.8 – 0.85
kemampuan masyarakat dalam mengoperasikan,
- Aplikasi 20 – 50 KVA efisiensi 0.85
- Aplikasi 50 – 100 KVA efisiensi 0.85 – 0.9
12
Bersambung ke halaman 38
Sambungan dari halaman 12
mengelola dan mengembangkan PLTMH sebagai
Sumanto. 1993. Motor Listrik Arus Bolak-
motor penggerak kegiatan ekonomi pedesaan dan
Balik, Motor Sinkron Motor Induksi,
kegiatan produktif kelompok masyarakat.
Yogyakarta, Andy Offset.
Identifikasi potensi pengembangan kegiatan
http://www.energiterbarukan.net/index.php?
ekonomi produktif seperti agro processing, home
Itemid=72&id=20&option=com_ con
industri dan agro, industri sangat penting dilakukan
tent& task=view.
baik oleh masyarakat maupun pemerintah dan
http://epsdin.wordpress.com/2008/04/15/
pihak-pihak yang interest dalam pengembangan
membangun-kemandirian-masyarakat-dan-
kegiatan ekonomi masyarakat
bangsa-melalui-PLTMh/ (diakses, 27/08/
unt uk
mengoptimalkan fungsi PLTMH selain untuk
penerangan.
Pada saatnva, realisasi pelaksanaan
pembangunan PLTMH memerlukan kompetensi
dari pelaku atau pelaksana pembangunan. Hal ini
disebabkan sifat pembangunan PLTMH yang khas
sebagai bagian kegiatan pengembangan
masyarakat (community development).
DAFTAR PUSTAKA
Achyanto, Djoko Ir., M.Sc., EE. 1997, Mesin–
Mesin Listrik, Penerbit Erlangga
Arismunandar, Wiranto. 1988, Penggerak
Mula Turbin, Bandung, ITB.
Ja ck , Frit z J. 1 98 4, Sm al l a nd Mi ni
Hydropower System, McGraw-Hill, New
York,.
Keller, S . 1981. Tri ebwasserweg u n d
spezifische Probleme von Hochdruckanlagen. In: Kleinwasserkraftwerke,
Projektierung und Entwurf Published
by Prof. Dr. S. Radler. Vienna, University
for Soil Culture, Intitute for Water Manage38
ment.
2008)