Mechanical - Electrical Engineering

Sabtu, 16 November 2013

Pembangkit Listrik Tenaga Microhydro


Penyediaan energi yang memadai serta ramah lingkungan merupakan salah satu persyaratan untuk pembangunan sosial ekonomi yang berkelanjutan, akan tetapi dengan pesatnya perkembangan ekonomi dan pertumbuhan penduduk yang mengakibatkan meningkatnya kebutuhan energi, Indonesia pada khususnya dihadapkan dengan berbagai permasalahan energi yang semakin meningkat.

Saat ini di dunia dan Indonesia pada khususnya, masih bergantung pada sumber energi fosil seperti minyak bumi dan batu bara untuk memenuhi kebutuhan energi-nya, dalam hal ini bahan bakar kendaraan dan pembangkit listrik tentunya. Apabila penggunaan bahan bakar yang berbasis energi fosil ini terus meningkat tanpa adanya pengendalian penggunaannya, bukan hal yang mustahil dunia dan Indonesia pada khususnya akan dihadapkan pada krisis energi yang berkepanjangan dan kerusakan lingkungan yang akan menimbulkan bencana besar di Bumi kita ini.

Indonesia sendiri sampai dengan saat ini masih belum mampu memenuhi kebutuhan listrik masyarakat, kita semua ketahui masih banyak wilayah-wilayah di Indonesia yang belum bisa merasakan cahaya terang di malam hari, masih banyak desa-desa yang belum teraliri listrik, dan masih banyak juga wilayah-wilayah yang sudah teraliri listrik namun listriknya byar-pet terus atau dengan kata lain kekurangan daya listrik, sehingga diterapkan sistem pemadaman bergilir. Untuk itu, dibutuhkan solusi yang cerdas guna mengatasi permasalahan-permasalahan tersebut. 

Pembangkit Listrik Tenaga Microhydro (PLTMH) merupakan salah satu solusi alternatif untuk menjawab permasalahan-permasalahan tersebut diatas. Microhydro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik tenaga air berskala kecil ini. PLTMH memanfaatkan kapasitas aliran air dengan ketinggian tertentu untuk menghasilkan energi listrik, maksudnya disini adalah dua faktor utama untuk membuat PLTMH yaitu banyaknya air yang mengalir dan ketinggian atau sudut kemiringan aliran air tersebut.

Prinsip Kerja

Secara teknis PLTMH memiliki tiga komponen utama yaitu air (hydro), turbin, dan generator. Prinsip kerja dari PLTMH sendiri pada dasarnya sama dengan PLTA hanya saja berbeda kapasitasnya atau besarnya. PLTMH pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian atau sudut kemiringan dan jumlah debit air per detik yang ada pada saluran irigasi, sungai, maupun air terjun. Aliran air akan memutar turbin sehingga akan menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik turbin akan memutar generator dan generator menghasilkan listrik. Skema prinsip kerja PLTMH dapat dilihat pada gambar berikut :


Pembangunan PLTMH perlu diawali dengan pembangunan bendungan untuk mengatur aliran air yang akan dimanfaatkan sebagai tenaga penggerak PLTMH. Bendungan ini perlu dilengkapi dengan pintu air dan penyaring sampah (filter) untuk mencegah masuknya kotoran maupun endapan lumpur. Bendungan sebaiknya dibangun pada dasar sungai yang stabil dan aman terhadap banjir. Di dekat bendungan dibangun bangunan pengambil (intake), kemudian dilanjutkan dengan pembuatan saluran pembawa 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 menyaring kotoran sehingga air yang masuk ke turbin relatif bersih. Saluran ini dibangun dengan cara memperdalam dan memperlebar saluran pembawa dan menambahnya dengan saluran penguras. 

Bak penenang / bak penampungan juga dibangun untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke turbin dan mengarahkannya masuk ke pipa pesat. Bak 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.

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 ke runner/blade (komponen utama turbin). Runner terbuat  dari  baja dengan  kekuatan  tarik  tinggi yang dilas pada dua buah piringan sejajar. Aliran air akan memutar runner dan menghasilkan energi kinetik yang akan memutar poros turbin. Energi yang  timbul akibat putaran poros kemudian ditransmisikan ke generator. Seluruh sistem ini harus balance, turbin harus dilengkapi casing yang berfungsi  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 efisiensinya 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 dihasilkan oleh generator dapat langsung ditransmisikan lewat kabel pada tiang-tiang listrik menuju rumah konsumen. 

Perhitungan Teknis

Kapasitas daya yang dibangkitkan PLTMH dapat dihitung dengan persamaan :

P = 9,8 . Q . Hn . η

dimana

P = daya (Watt)
Q = debit aliran (m3/s)
Hn = beda ketinggian (m)
9,8 = konstanta gravitasi
η  = efisiensi keseluruhan

Perencanaan PLTMH

Tahap pertama perancangan PLTMH 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 yang akan  digunakan, penentuan sistem kontrol sistem (manual/otomatis), perancangan jaringan transmisi dan distribusi serta perancangan sistem penyambungan ke rumah-rumah.

Sebelum membangun PLTMH di suatu tempat perlu diketahui dahulu rencana PLN untuk daerah yang bersangkutan, kebutuhan listriknya, rencana penggunaan daya 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 spesifikasi teknis secara jelas, peny usunan jadwal kegiatan, penghitungan biaya setiap komponen serta penyiapan pengurus yang akan mengelola PLTMH. Jika seluruh disain ini telah siap maka pembangunan PLTMH dapat dimulai.

Kekuatan dan Kelemahan
Kekuatan PLTMH
  • Potensi energi air yang sangat melimpah
  • Mampu beroperasi hingga lebih dari 15 tahun
  • Teknologi ramah lingkungan
  • Merupakan energi terbarukan
  • Biaya investasi sangat ekonomis
Kelemahan PLTMH
  • Kapasitas listrik yang dihasilkan bergantung pada debit aliran dan ketinggian air, sehingga pada saat musim kemarau debit air akan menurun, secara otomatis kapasitas pembangkitan juga akan menurun.
  • Kapasitas pelanggan terbatas, tergantung dari kapasitas PLTMH, apabila kelebihan maka kualitas listrik akan menurun.
  • Pengguna tidak boleh terlalu jauh dari PLTMH karena apabila terlalu jauh maka akan banyak kehilangan daya transfer nya akibat rugi-rugi daya pada penghantar (max 2 km dari PLTMH).

Pembangkit Listrik Tenaga Microhydro (PLTMH) merupakan salah satu pembangkit alternatif yang sangat ramah dengan lingkungan dan sangat ekonomis, sangat baik apabila dibangun di daerah-daerah yang belum bisa merasakan cahaya terang dimalam hari, karena memang yang kita ketahui bahwa saat ini masih banyak daerah-daerah di Indonesia yang belum bisa menikmati listrik dari Pemerintah dalam hal ini PLN (Perusahaan Lilin Negara..ups..maksudnya..Perusahaan Listrik Negara). Sampai dengan saat ini sudah ada beberapa daerah yang membangun PLTMH, contohnya PLTMH Banjarmangu Kab. Banjarnegara, PLTMH santong Lombok Utara, PLTMH Cirompang Kab Garut, dan lain-lain.

Yah kita semua berharap tentunya agar PLTMH ini bisa menjadi salah satu solusi bagi pemerintah Indonesia khususnya dalam menghadapi bayang-bayang krisis energi yang berkepanjangan dan bencana besar yang menghantui akibat eksplorasi energi fosil yang secara brutal merusak lingkungan dan alam Indonesia. Dan pemerataan serta keadilan didalam penikmatan energi listrik itu bisa dirasakan oleh seluruh rakyat Indonesia.

Semoga artikel ini bisa bermanfaat bagi yang membaca dan yang menulis tentunya. Kritik serta saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan agar lebih sempurnanya tulisan ini.. :D


~Salam Lestari~

0 komentar:

Posting Komentar