II. TINJAUAN PUSTAKA A. Pembangkit Listrik

II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) dapat dibangun apabila terdapat
debit air dan tinggi jatuh yang cukup sehingga kelayakannya dapat tercapai.
PLTA yang paling konvensional mempunyai empat komponen utama sebagai
berikut (Tim Penyusun FS PLTMH, 2010) :
Waduk
Waduk berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan
tinggi jatuh air. Selain menyimpan air, waduk juga dibangun dengan tujuan untuk
menyimpan energi.
Sumber : Perum Jasa Tirta II, 2010
Gambar 1. Waduk Ir. H. Djuanda
Turbin
Gaya jatuh air yang mendorong baling-baling menyebabkan turbin
berputar. Turbin air kebanyakan seperti kincir angin, dengan menggantikan fungsi
dorong angin untuk memutar baling-baling digantikan air untuk memutar turbin.
Selanjutnya turbin mengubah energi kinetik yang disebabkan gaya jatuh air
menjadi energi mekanik. Salah satu jenis turbin yang biasa digunakan di PLTA
adalah jenis Vertical Francaise Turbin (Gambar 3). Posisi turbin lebih jelasnya
dapat dilihat pada Gambar 2.
12
Turbi
n
Sumber : Perum Jasa Tirta II, 2001
Gambar 2. Potongan Sentral Listrik Tenaga Air
Sumber : Perum Jasa Tirta II, 2001
Gambar 3. Vertikal Francaise Turbine
Generator
Generator kemudian dihubungkan dengan turbin melalui gigi-gigi putar
sehingga ketika baling-baling turbin berputar maka generator juga ikut berputar.
Generator selanjutnya mengubah energi mekanik dari turbin menjadi energi
13
elektrik. Generator di PLTA bekerja seperti halnya generator pembangkit listrik
lainnya.
Sumber : Perum Jasa Tirta II, 2001
Gambar 4. Generator di PLTA Ir. H. Djuanda
Jalur Transmisi
Jalur Transmisi berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju
rumah-rumah dan pusat industri.
Sumber : Perum Jasa Tirta II, 2001
Gambar 5. Saluran Transmisi PLTA Ir. H. Djuanda
14
Menurut Tim Penyusun FS PLTMH (2010), pada operasi pembangkit
listrik tenaga air, perhitungan keadaan air yang masuk pada waduk tempat
penampungan air serta besar air yang tersedia dalam waduk dan perhitungan
besar air yang akan dialirkan melalui pintu saluran air untuk menggerakkan turbin
sebagai penggerak sumber listrik, merupakan suatu keharusan untuk dimiliki.
Dengan demikian kontrol terhadap air yang masuk maupun yang didistribusikan
kepintu saluran air untuk menggerakkan turbin harus dilakukan dengan baik,
sehingga dalam operasi pembangkit listrik tenaga air dapat dijadikan sebagai
dasar tindakan pengaturan efisiensi penggunaan air maupun pengamanan seluruh
sistem, sehingga pembangkit listrik tenaga air dapat beroperasi sepanjang tahun
walaupun pada musim kemarau panjang. Kontrol tersebut dapat dilakukan dengan
melakukan analisa terhadap keadaan air melalui perhitungan-perhitungan
hidrologi yang tersedia pada pusat kontrol operasi pembangkit listrik tenaga air
(PLTA).
Perencanaan jalur transmisi pendistribusian daya listrik yang terbangkitkan
dilakukan berdasarkan beberapa hal, seperti (Tim Penyusun FS PLTMH, 2010):
a.
Mudah untuk akses dan perawatan.
b.
Kondisi tanah untuk tiang kuat dan stabil.
c.
Diharapkan tidak ada masalah dalam pengalihan/penggunaan lahan.
d.
Tidak ada masalah pada jarak dengan rumah dan pohon.
e.
Dipilih jalur distribusi paling pendek.
f.
Jika tiang dipasang di sekitar curam atau pada dasar jurang, hindarkan dari
potensi longsong.
B. Produksi Listrik
Besarnya listrik yang dihasilkan PLTA tergantung beberapa faktor, yaitu (Tim
Penyusun FS PLTMH, 2010) :
1. Tinggi Jatuh Air
Tinggi jatuh air berpengaruh pada daya yang dihasilkan. Semakin tinggi
air jatuh, maka semakin besar tenaga yang dihasilkan. Biasanya, tinggi air jatuh
tergantung tinggi muka air dari suatu bendungan. Semakin tinggi muka air suatu
bendungan, semakin tinggi air jatuh maka semakin besar tanaga yang dihasilkan.
Ilmuwan mengatakan bahwa tinggi jatuh air berbanding lurus dengan jarak jatuh.
15
Dengan kata lain, air jatuh dengan jarak dua satuan maka akan menghasilkan dua
satuan energi lebih banyak. Selain tinggi jatuh air, jumlah air yang jatuh juga
sangat mempengaruhi. Semakin banyak air yang jatuh menyebabkan turbin akan
menghasilkan tenaga yang lebih banyak.
2. Jumlah Air yang Jatuh (Debit Air)
Semakin banyak air yang jatuh menyebabkan turbin akan menghasilkan
tenaga yang lebih banyak. Jumlah air yang tersedia tergantung kepada jumlah air
yang mengalir di sungai. Semakin besar sungai akan mempunyai aliran yang lebih
besar dan dapat menghasilkan energi yang banyak. Tenaga juga berbanding lurus
dengan aliran sungai.
3. Debit yang Melewati Turbin
Untuk dapat mengoptimalkan pengoperasian pembangkit listrik tenaga air
ini diperlukan perhitungan volume air yang tersedia dalam waduk sehingga dapat
dihitung debit yang melewati turbin. Turbin air berperan untuk mengubah energi
air (energi potensial, tekanan, dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam
bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi
tenaga
listrik.
Pemilihan
jenis
turbin
dapat
diperhitungkan
dengan
mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem
operasi turbin, yaitu : faktor tinggi jatuhan air efektif (net head) dan debit yang
akan dimanfaatkan untuk operasi turbin, faktor daya (power) yang diinginkan
berkaitan dengan head dan debit yang tersedia. Kemudian kecepatan (putaran)
turbin yang akan ditransmisikan ke generator.
4. Turbin yang Digunakan
Semakin banyak turbin yang digunakan dalam PLTA, maka produksi
listrik yang dihasilkan juga akan semakin besar. Jenis – jenis turbin yang sering
digunakan dalam PLTA sangat bervariasi. Di dalam Waduk Jatiluhur, terpasang 6
unit turbin dengan daya terpasang saat ini sebesar 187,5 MW dan produksi ratarata per tahun adalah 900 juta kWh. Jenis turbin yang digunakan adalah Vertikal
Francaise Turbin. Hasil produksi tenaga listrik dijual kepada PT. PLN (persero).
Sampai saat ini produksi listrik masih merupakan andalan pendapatan Perum Jasa
Tirta II (PJT II), lebih kurang 65 % dari seluruh pendapatan perusahaan. Besar
produksi listrik, selain berdasarkan jumlah debit air yang dikeluarkan, juga sangat
16
dipengaruhi oleh jumlah turbin yang dapat dioperasikan dengan baik ketika air
dikeluarkan.
C. Efisiensi Produksi Listrik
Potensi tenaga air adalah kapasitas pembangkit listrik yang mungkin dapat
dikembangkan di suatu lokasi tertentu untuk dapat membangkitkan tenaga listrik.
Dua komponen tersebut adalah : debit dan tinggi jatuh air. Debit air adalah jumlah
volume air per satuan waktu yang akan memutar turbin pembangkit listrik. Tinggi
jatuh air (head) adalah perbedaan elevasi permukaan air di tempat masuknya air
ke dalam pipa pesat (penstock) dan di tempat keluarnya air dari mesin pembangkit
(tail race). Energi dari tenaga air ini merupakan energi potensial, maka besaran
potensi juga dipengaruhi oleh percepatan gravitasi, dimana formula untuk
menghitung potensi tenaga listrik dapat dihitung dengan Persamaan (Tim
Penyusun FS PLTMH, 2010):
P  g . .Q .h
di mana :
P = Kapasitas daya pembangkit listrik (kW)
η = Efesiensi peralatan elektromekanik (E/M)
g
= Percepatan gravitasi (9,8 m/dt2)
Q = Debit air (m3/dt)
h = Tinggi jatuh (m)
E/M di sini adalah efisiensi gabungan dari efisiensi turbin dan generator.
Adapun rumus efisiensi yang biasa digunakan untuk besar produksi listrik yang
dihasilkan adalah (Perum Jasa Tirta II, 2001):
di mana :
Ep = Energi Potensial (MW)
m = Laju Aliran Massa Air (ton/detik)
17
g = Percepatan Gravitasi (9.8 m/s2)
h = Tinggi Jatuh Air (m)
(Tinggi Jatuh Air = TMA Waduk – 27 meter)
D. Analisis Regresi
1.
Pengertian Regresi
Regresi mempermasalahkan hubungan antara nilai-nilai pengamatan
terhadap dua peubah atau lebih, terutama hubungan yang tidak sempurna. Istilah
regresi berasal dari hasil penelaahan Francis Galton (1822-1911) mengenai sifatsifat keturunan dalam biologi (Sembiring, 1995).
Berdasarkan pusat Pengolahan Data dan Statistika, regresi diartikan dalam
dua bentuk yakni:
a. Merupakan tempat kedudukan rata-rata (atau median atau bahkan rata-rata
geometrik) populasi nilai suatu peubah, katakan nilai Y, untuk berbagai
nilai atau selang nilai peubah yang lain misal nilai X, tempat kedudukan
ini dapat dibayangkan berupa garis lurus atau kurva tertentu lainnya yang
disebut garis regresi Y pada X. Garis regresi ini ada kalanya dapat
dirumuskan berupa fungsi linier, kuadratik, logaritmik, dll.
b. Penyesuaian suatu fungsi atau kurva terhadap data, terutama bila data yang
tersedia tidak cukup banyak sehingga hanya ada satu nilai Y saja untuk
setiap nilai X atau selang nilai X.
Perlu diperhatikan bahwa adanya hubungan regresi antara dua peubah
tidak selalu berarti adanya hubungan sebab akibat. Untuk memperlihatkan adanya
hubungan sebab-akibat perlu suatu metodologi atau melalui percobaan yang betulbetul terkontrol.
2.
Fungsi Regresi
Persamaaan regresi sering digunakan untuk menurut Sembiring (1995):
a. Deskripsi data, dalam hal persamaan regresi ada pada tahapan pencarian
data dan pembandingan
b. Mendapatkan hubungan sebab-akibat, kalau kita dapat mengubah-ubah
tingkat X dengan sebaik-baiknya dan mengawasi faktor-faktor lainnya
supaya seragam dan kemudian mengamati peubah lainnya misalkan Y,
18
maka persamaan regresi Y dan X dapat menjelaskan pola hubungan sebabakibat antara Y dan X.
c. Dalam suatu percobaan yang terkontrol dimana terdapat faktor lain yang
sulit dikontrol tetapi diperkirakan akan mempengaruhi faktor Y, dalam hal
ini analisa regresi dapat digunakan sebagai penyidik perbandingan.
d. Penyusunan model dan melihat pola hubungan antara peubah X1, X2,
X3,.....,Xk dengan peubah Y, regresi dapat digunakan untuk menemukan
hubungan atau model yang paling tepat, yang mungkin hanya melibatkan
beberapa saja dari peubah X1, X2, X3,....., Xk tersebut.
3.
Pemodelan Analisa Regresi
Menurut penelaahan Sembiring, model analisa regresi yang digunakan
dalam pembuatan hubungan antara debit air yang melewati turbin, daya yang
digunakan, dan hasil produksi listrik adalah model Polinomial. Hal ini karena
setelah dilakukan beberapa kali percobaan analisa regresi dengan berbagai
metode, maka yang paling tepat adalah dengan menggunakan metode polinomial
dengan persamaan umum yang digunakan adalah sebagai berikut:
dimana :
an, an-1,..,a1, a0 = konstanta/ koefisien polinom
n
= bilangan bulat tak negatif
X
= variabel bebas yang nilainya dapat dipergunakan untuk meramal
Y
= variabel yang terikat
Setelah persamaan regresi
diperoleh, selanjutnya adalah menilai
kesesuaian model dengan data. Penilaian tersebut dapat menggunakan metode
Koefisien Relasi (R2) terbesar.
Nilai R2 disebut sebagai koefisien korelasi darab atau koefisien penentu
(determinasi). Semakin dekat R2 dengan angka 1, maka semakin baik kecocokan
data dengan model yang digunakan. Sebaliknya, makin dekat R2 dengan 0 berarti
data semakin tidak cocok dengan model yang digunakan. Nilai R2 biasanya
dinyatakan dalam persen dan amat sering digunakan sebagai alat analisa
(Sembiring, 1995).
19
4.
Pemilihan Model Analisa Regresi
Dalam analisa regresi terdapat berbagai metode untuk memilih model
terbaik. Salah satu metode adalah metode MAXR atau metode R2 maksimum
yakni metode pemilihan model yang digunakan untuk memilih model yang
terbaik dalam satu peubah, dalam dua peubah dan seterusnya. Patokan nilai yang
dipakai adalah R2. Dimulai dengan model satu peubah, metode ini berusaha
menemukan model yang memberikan R2 terbesar dalam kelompok tersebut.
Kemudian peubah baru ditambahkan ke dalam model yang memberikan tambahan
pada R2 yang terbesar. Model ini kemudian dibandingkan dengan model peubah
lainnya yang diperoleh dengan mengganti salah satu peubah dalam model tadi
dengan suatu peubah yang berada di luar model. Model yang memberikan R2
terbesar kemudian dipilih. Perbandingan ini dilakukan dengan setiap model yang
dapat diperoleh dengan mengganti salah satu peubah dalam model dengan peubah
yang lainnya yang berada di luar. Model yang memberikan R2 terbesar kemudian
dipilih sebagai model terbaik dari kelompok model dengan dua peubah. Peubah
ketiga kemudian dipilih yang memberikan tambahan R2 yang terbesar. Dengan
cara mengganti suatu peubah dalam model dengan peubah lainnya yang berada di
luar dipilih model tiga peubah yang memberikan nilai R2 terbesar. Pekerjaan ini
diteruskan sehingga diperoleh model dengan tiga peubah yang memberikan R2
terbesar, dan seterusnya (Sembiring, 1995).
Seperti yang dikemukakan di atas, R2 akan selalu bertambah bila makin
banyak peubah yang masuk ke model. Begitupun, nilai R2 mungkin berbeda
cukup besar kendatipun tidak ada perbedaan sistematis yang besar antara
komponen modelnya (Sembiring, 1995).
20