Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

PLTA Niagara Falls, Ontorio Canada (1997 MW)

Pembangkit Listrik Tenaga Air adalah pembangkit yang menghasilkan energi listrik dengan menggunakan energi primer berupa air, dengan memanfaatkan energi potensial dari air dan juga energi kinetiknya yang di dapat dari desain ketinggian air jatuh, elevasi penstock dan juga jumlah debit air yang menghantam turbin air yang diposisikan vertikal sehingga turbin dapat berputar. Berputarnya turbin air ini menggerakan generator karena turbin dan generator adalah satu poros. Namun diantara poros turbin dan generator yang terkopel, terdapat load gear untuk mengkonversi putaran dari turbin agar putaran dari generator terkendali dengan baik. 

Gambaran Sederhana PLTA

Komponen PLTA : 

1.Bendungan (Reservoir) adalah tempat untuk penampungan air atau biasa juga disebut dengan waduk. Desain dari bendungan harus mempunyai ketinggian yang cukup dikarenakan agar lebih efektif dalam menghasilkan energi potensial dan kinetik.

2.Dam (Tanggul) adalah pondasi dari beton yang digunakan sebagai media penahan air bendungan.

3.Intake (Celah Masuk Air) adalah celah masuk air dari bendungan yang akan di alirkan ke penstock (pipa pesat).

4.Control Gate adalah Gerbang pintu air menuju penstock yang dikontrol dari ruang kontrol. 

5.Penstock (Pipa Pesat) adalah terowongan air yang terbuat dari pipa yang dipesatkan sehingga menghasilkan aliran air bertekanan untuk mengarahkan aliran air ke turbin air.

6.Turbin adalah komponen mekanik yang digunakan sebagai media pengubah energi primer menjadi energi mekanik berupa putaran.

7.Generator adalah komponen elektris yang digunakan untuk mengkonversi putaran yang dihasilkan dari putaran turbin yaitu dari energi mekanik ke energi listrik untuk disalurkan ke komponen output pembangkit berupa trafo step up.

8.Trafo Step Up adalah komponen listrik yang digunakan sebagai penaik tegangan (step up) yang juga menerima inputan dari output generator berupa daya, dan kemudian di transmisikan melalui saluran-saluran transmisi jarak jauh.

9.Outflow adalah saluran output air dari penstock yang telah selesai digunakan untuk memutar turbin air.

Tenaga Listrik yang dihasilkan PLTA tergantung dari : 

1. Debit Air (Q) m³/dt.
2. Ketinggian jatuh air ( tinggi terjun ) à H ( m )
Air dari reservoir ( bak penampung / bendungan dialirkan melalui penstok ( pipa pesat ).

Tenaga Air yang dihasilkan :

P = ρ. g.Q. H

ρ  = 1000 Kg/m3 : gravitasi air spesifik.
Q = debit air ( m³ / detik ).
H = tinggi terjun ( m ).
g  =  percepatan gravitasi (m/s²) | standar = 9.81 m/s²

        Energi potensial yang ada pada bendungan adalah

        Ep = m.g.h

       dimana :
       m =  massa air (kg)
       h  =  ketinggian terjunan (m)
       g  =  percepatan gravitasi (m/s²) | standar = 9.81 m/s²
         
       Sedangkan daya yang dibangkitkan adalah:

       Tenaga Air yang dihasilkan :

        P = ρ. g.Q. H 
     
        dimana
        P  =  daya (watt)
        Q =  kapasitas aliran
        ρ  =  densitas air (kg/m3)

       Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik.

 
        Ek = ½.m.v²
     
       dimana
       v  =  kecepatan aliran air (m/s)
       m =  massa air (kg)
   
       Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :

        P = ½.ρ. Q. v²

     atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas  Q = A.v , maka

       P = ½.ρ. A.v³

       

       dimana
     
       A = luas penampang aliran air (m²)

       

      Daya yang dibangkitkan oleh turbin sebesar :

      P = ρ. g.Q. H 

     jadi dalam daya Kw ( kilowatt ) adalah :

     dimana : P = daya yang dibangkitkan turbin ( kw )
                    ρ = rapat massa air ( 1000 kg/m3 )
                    g = percepatan gravitasi ( 9,81 m/s² )
                   Q = kapasitas aliran air ( m3/dtk )
                   H = head effektif ( m )

  Daya yang dihasilkan turbin sebenarnya :

        

  maka, P = 9,81.Q.H. ƞt ( kw ) dengan  ƞt = efisiensi turbin.

 

Manfaat dari PLTA : 

1.Penanggulangan Banjir 

2.Irigrasi

3.Perikanan

4.Wisata

5.Pembangkit

Turbin dan Generator pada PLTA 

Gambar Power House PLTA

Gambar tipe-tipe turbin pada PLTA dan skema kerjanya

Pada gambar tipe-tipe turbin diatas terdapat 3 jenis turbin air diantaranya : 

A.Turbin Pelton adalah turbin yang digunakan untuk tinggi terjun yang tingginya diatas 300m

B.Turbin France adalah turbin yang digunakan untuk tinggi terjun sedang (20-400m) paling banyak digunakan di Indonesia 

C.Turbin Kaplan adalah turbin yang digunakan untuk tinggi terjun yang rendah yaitu dibawah 20m

Data kecepatan rata-rata turbin air

Masalah Utama PLTA 

1.Kavitasi adalah terjadinya letusan kecil dari gelembung uap air yang sebelumnya terbentuk di daerah aliran yang tekannya lebih rendah dari uap air di tempat itu.

Gambar Efek Kavitasi 

2.Pendangkalan akibat sampah dan eceng gondok.

3.Pengaruh Musim (Kemarau/penghujan)

Kelebihan PLTA 

1.Mempunyai respon yang cepat dalam menanggapi perubahan beban. Sehingga sangat sesuai untuk kebutuhan beban puncak.

2.Mempunyai kapasitas daya yang relatif besar dibandingkan dengan pembangkit energi terbarukan lainnya sehingga sangat sesuai untuk alternatif energi.

3.Memiliki umur yang panjang, yaitu 50-100 tahun.

4.Bendungan yang digunakan biasanya dapat sekaligus digunakan untuk kegiatan lain, seperti irigasi atau sebagai cadangan air dan pariwisata.

5.Bebas emisi karbon yang tentu saja merupakan kontribusi berharga bagi lingkungan.

Kekurangan PLTA 

1.Karena memanfaatkan sungai, sehingga dapat mengganggu keseimbangan ekosistem sungai/danau akibat dibangunnya bendungan,
2.Pembangunan bendungannya juga memakan biaya dan waktu yang lama. Disamping itu, terkadang kerusakan pada bendungan dapat menyebabkan resiko kecelakaan dan kerugian yang sangat besar.