PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR

3.4.1.3 Prinsip Pembangkit Energi Air

Pembangkit Tenaga Air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik dengan menggunakan turbin air dan generator.

Untuk keperluan estimasi daya yang dibangkitkan secara kasar dapat digunakan rumus sederhana yaitu :

lkpp

(3.2) Dimana

P= f. Q .H

P = daya [kW] Q

= debit air [m3/detik]

H = tinggi air terjun [m]

F = suatu factor antara 0,7 dan 0,8 Untuk keperluan survai data-data primer yang diperlukan :

unhas

a. umlah energi yang secara teoritis dapat diperoleh setahun, dalam kondisi-kondisi tertentu dimusim hujan dan musim kering.

b. Jumlah daya pusat listrik yang akan dipasang, dengan memeperhatikan apakah pusat listrik itu akan dipakai untuk beban dasar atau beban puncak.

Gambar 3.2 memperlihatkan secara skematis

A. Bendungan besar

B. Saluran terbuka dan bendungan ambil air B

Air masuk ke dalam pipa tekan, dan selanjutnya ke turbin melalui katub.

1. Waktu persiapan dan pembangunan PLTA yang lama Pembangunan PLTA harus dipersiapkan jauh sebelumnya, karena kebutuhan waktu yang lama untuk survey prastudikelayakan, studi kelayakan, desain (basic dan detail plant design) serta pembuatan dokumen lelang, yang semuanya membutuhkan waktu kira-kira empat tahun, belum termasuk waktu yang diperlukan lkpp untuk penyediaan dana, penunjukan konsultan, pelelangan dan lain-lain. Sedangkan pembangunan sendiri rata-rata memerlukan waktu lama, belum termasuk waktu yang diperlukan untuk penyediaan dana negoisasi, penunjukan kontraktor dan lain-lain. Dengan sendirinya PLTA tidak dapat memenuhi kebutuhan pembangunan pusat listrik yang cepat, yang biasanya dapat dipenuhi dengan PLTD, PLTG dan PLTGU.

3.4.1.4 Beberapa Kendala Dalam Pemanfaatan Tenaga Air Untuk Pembangunan PLTA

2. Biaya investasi yang tinggi Kapasitas (MW) suatu PLTA untuk beban dasar maupun beban puncak didesain sehingga unhas optimum dan biaya pembangkitannya lebih murah daripada jenis 2. Biaya investasi yang tinggi Kapasitas (MW) suatu PLTA untuk beban dasar maupun beban puncak didesain sehingga unhas optimum dan biaya pembangkitannya lebih murah daripada jenis

Dengan keterbatasan sumber dana ditambah lagi kebutuhan adanya pembankit listrik yang mendesak, maka sering terjadi pilihan terhadap pembangkit lain lebih didahulukan.

3. Masalah infrastruktur untuk pembangunan Karena proyek PLTA umumnya asa didaerah terpencil, maka diperlukan adanya infrastruktur berupa jalan, base camp, jaringan listrik atau PLTD. Hal ini memerlukan biaya cukup besar dan perlu waktu untuk pembangunanannya anatara 1,5 sampai 2 tahun.

4. Masalah Lingkungan Termasuk dalam lingkungan antara lain masalah pembebasan tanah. Terutama untuk PLTA dengan waduk, maka masalah jumlah ganti rugi pembebasan tanah ( baik tempat tinggal, kebun, maupun sawah ) sering menimbulkan masalah. Hal ini sangat tergantung adanya dukungan pemerintah daearah dan dana yang tersedia. Sering juga tanah kehutanan terkena oleh proyek. Kelangsungan proyek tergantung ijin dari menteri kehutanan, sesuai dengan undang-undang yang berlaku. Disamping masalah pemindahan penduduk, pengaruh pembangunan proyek terhadap fauna dan

lkpp

flora juga penting sekali, terutama untuk daerah yang akan tergenang dengan adanya pembangunan waduk. Sebagai contoh di proyek PLTA kota panjang terpaksa

memindahkan gajah sebanyak 25 ekor. Pengaruh pembangunan dan terhadap kehidupan ikan juga perlu dipelajari dan diatasi. Pada umumnya dampak masalah lingkungan dari PLTA adalah local.

terowongan, gedung sentral, angker blok pada pipa pesat dan lain-lain, sehingga unhas

5. Masalah yang berhubungan dengan kondisi alam Masalah yang berhubungan dengan kondisi alam yaitu kondisi geologi dan hidrologi. Sering terjadi geological investigation yang telah dikerjakan ternyata belum cukup. Hal ini dapat menimbulkan masalah terutama pada pembuatan bendungan,

terpaksa terjadi perubahan desain dan ada pekerjaan tambahan dan tambahan biaya, serta waktu pembangunan bertambah.

Selama ini dalam batas-batas tertentu, hal ini tidak merupakan masalah. Sedangkan data hidrologi yang dipakai untuk desain PLTA umumnya telah diambil selama dari sepuluh tahun ( untuk curah hujan ada sekitar 30 tahun ) sehingga ada kesesuaian dengan kondisi sebesarnya pada waktu operasi, kecuali bila ada penyimpangan musim. Bila musim hujan lebih panjang tentunya lebih menguntungkan sedangkan bila musim kemarau lebih panjang maka ini menjadi masalah. Di beberapa PLTA kekeurangan curah hujan dipecahkan dengan hujan buatan.

3.4.2.1 Potensi energi pasang surut

Pasang surut air laut adalah suatu gejala fisik yang selalu berulang dengan periode tertentu dan pengaruhnya dapat dirasakan sampai jauh masuk kearah hulu dari muara sungai. Pasang surut terjadi karena adanya gerakan dari benda benda angkasa yaitu rotasi bumi pada sumbunya, peredaran bulan mengelilingi bumi dan peredaran bulan mengelilingi matahari. Gerakan tersebut berlangsung dengan teratur mengikuti suatu garis edar dan periode yang tertentu. Pengaruh dari benda angkasa yang lainnya sangat kecil dan tidak perlu diperhitungkan.

lkpp

Gerakan dari benda angkasa tersebut di atas akan mengakibatkan terjadinya beberapa

macam gaya pada setiap titik di bumi ini,yang disebut gaya pembangkit pasang surut. Masing masing gaya akan memberikan pengaruh pada pasang surut dan disebut komponen pasang surut, dan gaya tersebut berasal dari pengaruh matahari, bulan atau kombinasi keduanya.

unhas

Pasang surut laut merupakan hasil dari gaya tarik gravitasi dan efek sentrifugal. Efek sentrifugal adalah dorongan ke arah luar pusat rotasi. Gravitasi bervariasi secara langsung dengan massa tetapi berbanding terbalik terhadap jarak. Meskipun ukuran bulan lebih kecil dari matahari, gaya tarik gravitasi bulan dua kali lebih besar daripada gaya tarik matahari dalam membangkitkan pasang surut laut karena jarak bulan lebih dekat daripada jarak

matahari ke bumi. Gaya tarik gravitasi menarik air laut ke arah bulan dan matahari dan menghasilkan dua tonjolan (bulge) pasang surut gravitasional di laut. Lintang dari

Energi pasang surut pada lautan terjadi akibat pengaruh massa bulan terhadap bumi, yang mengakibatkan adanya gaya tarik, sehingga menjelma suatu gejala yang dikenal sebagai pasang surut. Gejala ini terjadi secara teratur, disebabkan bulan mengelilingi bumi, sehingga air laut ditarik karena gaya tarik gravitasi bulan.

lkpp

Gambar 3.3 Terjadinya pasang surut akibat gaya tarik bulan Gambar 3.3 memperlihatkan permukaan laut dititik A. keadaan ini, laut pada titik

A berada dalam keadaan pasang, sedangkan pada titik B berada dalam keadaan surut. Kira-kira 6 jam kemudian, terjadi situasi sebaliknya, akibat perputaran bulan.

Penyebab pasang surut

Bulan tepat di atas titik P1 pada permukaan bumi. Karena gaya tarik bulan di titik P1 paling besar maka P1 bergerak lebih banyak ke arah bulan daripada titik O (titik pusat bulan). Jika titik O bergerak ke arah bulan, maka titik P2 akan bergerak lebih lambat dari titik O. Oleh karena itu, maka permukaan air di titik P1 dan P2 lebih tinggi daripada permukaan air laut rata-rata. Pasang naik terjadi di P1 dan P2, sementara itu, di daerah yang letaknya 90 derajat dari kedua titik itu terjadi pasang surut.

unhas

Gambar 3.4. Posisi bumi terhadap bulan

Peredaran semu harian bulan memerlukan waktu 24 jam 50 menit. Periode tersebut disebut satu hari bulan. Oleh karena itu satu titik di khatulistiwa pada permukaan bumi mengalami dua kali pasang naik dalam periode satu hari bulan.

lkpp

Ternyata gaya tarik matahari juga memberikan pengaruh terhadap molekul air laut, walaupun perbandingan antara gaya tarik matahari dengan gaya tarik bulan terhadap bumi adalah 1 : 2,2. Pasang laut purnama (spring tide) terjadi ketika bumi, bulan dan matahari berada dalam suatu garis lurus. Pada saat itu akan dihasilkan pasang tinggi yang sangat tinggi dan pasang rendah yang sangat rendah. Pasang laut purnama ini terjadi pada saat bulan baru dan bulan purnama.

unhas

Gambar 3.5. Posisi Bumi, bulan dan matahari ketika pasang Purnama

Pasang naik yang paling rendah dalam periode satu siklus pasang surut disebut pasang

perbani. Pasang perbani terjadi pada waktu kedudukan bulan, bumi dan matahari

membentuk sudut 90 . Pada posisi tersebut, gaya tarik matahari dan gaya tarik bulan

Pada waktu bulan perbani, gaya tarik bulan bekerja pada titik P1 dan P2 sedangkan gaya tarik matahari bekerja pada titik P3 dan P4. Besar gaya yang menyebabkan pasang perbani adalah resultan dari dua gaya yang berarah tegak sesamanya.

potensi dari energi pasang surut di seluruh dunia adalah 26 x 1012 kWH. Namun sebagian lkpp

Gambar 3.6 Posisi Matahari dan bulan terhadap bumi membentuk sudut 90o

Menurut medar gobel dalam bukunya Energi Earth and everyone, memperkirakan jumlah

kecil saja bumi dimanfaatkan oleh manusia. Puncak pasang surut air laut diikuti 12 jam kemudian dengan rendahnya surut air laut. Kemudian pasang kembali, sehingga dalam waktu 24 jam terjadi dua kali pasang dan dua kali surut. Beda antara permukaan laut ketika pasang dan surut itu disebut amplitude. Pasang laut itu dipengaruhi oleh kedalaman air laut dan keadaan lokasi pantai setempat. Untuk memanfaatkan air pasang dipakai bendungan, sehingga terbentuk wadah dan ketika surut, air waduk dilepaskan melalui turbin generator untuk pembangkit tenaga

listrik.atau diwaktu pasang, turbo generator yang dapat bekerja dua arah aliran air alut itu, unhas

dikerjakan oleh air pasang laut yang masuk melalui pipa turbin ke dalam waduk penyimpanan air laut.

Tabel 3.3 memperlihatkan angka-angka dan lokasi sumber daya terpasang yang diketahui di dunia. Terlihat bahwa potensi yang cukup besar terdapat di Amerika Utara, utamanya diteluk funny.

Tabel 3.3 Potensi energi pasang surut di dunia.

Potensi LOKASI

H RATA-

POTENSI

RATA (M)

Daya (109 kWh/th )

ENERGI

(MW)

29000 Bay of Fundy

AMERIKA UTARA

1800 Cook inlet, Alaska

AMERIKA SELATAN

5.870 San Yose, Argentina

1.680 Seven, Inggris

Publishing Coy. lkpp

11.150 Bebagai Lokasi, Prancis

16.050 Berbagai Lokasi, USSR

JUMLAH DUNIA

SUMBER : 1. World Energi Resources, 1985-2020, WEC

2. S.S Panner : Demands, Resources, Impact, Technology, and Policy Volume I. Addision-Wesley

Konversi Energi Pasang Surut

Pada dasarnya antara tenaga pasang surut dengan tenaga air konvensional, yaitu kedua duanya adalah tenaga air yang memanfaatkan

c. Tinggi jatuh relatif sangat kecil (maksimal 11 meter) bila dibanding dengan instalasi unhas

gravitasi tinggi jatuh air untuk pembangkitan tenaga listrik

a. Pasang surut menyangkut arus air periodik dwi arah dengan dua kali pasang dan dua kali surut setiap hari

b. Operasi di lingkungan air laut memerlukan bahan bahan konstruksi yang lebih tahan korosi daripada material untuk air tawar

hydro lainnya. Bila selisih antara tinggi air laut dan tinggi waduk pasang surut adalah H, dan debit

Selanjutnya bila luas waduk pada ketinggian D adalah S (h), yaitu S sebagai fungsi h, maka jumlah

energi yang dibangkitkan dengan mengosongkan sebahagian h dari ketinggian dh adalah berbanding lurus dengan isi S (h). h. dh. Sehingga diperoleh : Waktu pengosongan waduk :

Waktu mengisi waduk :

lkpp

Diasumsikan bahwa pengisian dan pengosongan waduk dilakukan pada pergantian pasang dan surut, untuk mendapatkan penyederhanaan rumus. Diperoleh energi yang dibangkitkan per-siklus adalah:

Dimana :

E = energi yang dibangkitkan per-siklus.

H = selisih tinggi permukaan air laut antara pasang surut.

V = volume waduk pasang surut. Bila besaran V diganti dengan besaran massa air laut, maka rumus diatas dapat ditulis menjadi :

unhas

E maks = b . g . H2 . S (3.6) P

=f.QH (3.7) Dimana :

E maks = Jumlah energi maksimum dapat diproses per siklus

b = Berat jenis air laut

g = Grafitasi

H = Tinggi pasang surut terbesar

Besaran H adalah kwadrat, sehingga tinggi pasang surut sangat penting. Untuk tinggi H kurang dari 2 meter pada umumnya pembangkit energi pasang surut tidak memenuhi syarat.

Prinsip Konversi Pasang Surut

Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi itu adalah: memakai energi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakkan

generator untuk menghasilkan listrik.

lkpp

(a)

unhas

(b)

(c)

Pasang surut menggerakkan air dalam jumlah besar setiap harinya; dan pemanfaatannya dapat menghasilkan energi dalam jumlah yang cukup besar. Dalam sehari bisa terjadi hingga dua kali siklus pasang surut. Oleh karena waktu siklus bisa diperkirakan (kurang lebih setiap 12,5 jam sekali), suplai listriknya pun relatif lebih dapat diandalkan daripada pembangkit listrik bertenaga pasang surut.

Kelebihan PLTPs

a. Setelah dibangun, energi pasang surut dapat diperoleh secara gratis.

b. Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.

c. Tidak membutuhkan bahan bakar.

lkpp

d. Biaya operasi rendah.

e. Produksi listrik stabil.

f. Pasang surut air laut dapat diprediksi.

g. Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan tidak menimbulkan dampak lingkungan yang besar.

Kekurangan PLTPs

a. Sebuah dam yang menutupi muara sungai memiliki biaya pembangunan yang sangat mahal, dan meliputi area yang sangat luas sehingga merubah ekosistem lingkungan baik ke arah hulu maupun hilir hingga berkilo-kilometer.

unhas

b. Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya, ketika ombak bergerak masuk ataupun keluar

Energi Ombak

Gelombang yang memecah di pantai dan tebing-tebing merupakan energi yang cukup besar. Salah satu kemungkinan pemanfaatan ini dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Pusat Listrik Tenaga Pecah Gelombang (PLTPG) dibuat ruangan penampungan air yang berada di bawah gelombang yang memecah di tebing pantai sepanjang 1 km, dan ketika air gelombang tiba kemudian surut, katub dibuka, sehingga tertangkap sejumlah

lkpp

volume air laut di ruangan atas. Kemudian disalurkan melalui pipa untuk menggerakkan turbin air dan generator. Air itu disalurkan ke ruangan sebelah bawah, maka generator akan membangkitkan energi listrik. Metode ini seperti pemanfaatan energi pasang surut, tapi dalam hal ini tidak tergantung pada pasang air, tapi pada tinggi gelombang datang memecah di tebing pantai.

Pada gambar 3.9 memperlihatkan gagasan desain sebuah rakit yang digunakan untuk pemanfaatan gelombang laut.

unhas

Gambar 3.9 Skema Rakit Ombak Laut

Menurut Hulls, daya yang terkandung dalam ombak mempunyai bentuk:

Dimana P

= Daya

b = Berat jenis air laut

g = Grafitasi T

= Periode

H = Tinggi ombak rata-rata Selanjutnya Hulls menjelaskan bahwa ombak yang mempunyai tinggi rata – rata 1 meter (H), dan periode 9 detik (T, jarak waktu antara dua ombak), mempunyai daya sebesar 4,3 kW per meter panjang ombak. Sedang deretan ombak serupa dengan tinggi 2 meter mempunyai daya 17 kW per meter panjang ombak. Sedangkan ombak dengan ketinggian

10 meter dan periode 12 detik mempunyai daya 600 kW per meter.

lkpp

3.4.2.2 Energi Pasang Laut

Lautan atau samudera merupakan kolektor sinar radiasi matahari secara alamiah dan yang terbesar di dunia. Di daerah tropis terdapat perbedaan suhu antara lapisan permukaan laut

dengan kedalaman laut sekitar 20 sampai 25 C. perbedaan suhu ini siang dan malam terus ada, sehingga merupaka sumber energi yang selalu tersedia dan dapat dimanfaatkan oleh

manusia.

Energi thermal ini dapat dikonversi menjadi energi lsitrik dengan suatu teknologi yang disebut Ocean Thermal Energi Conversion (OTEC) atau Konversi

Energi Panas Laut (KEPL).

ammonia (NH3), titik didih sangat rendah. unhas

3.4.2.3 Teknologi Panas Laut Perbedaan suhu dimanfaatkan untuk menjalankan mesin penggerak dengan menggunakan peruap thermodinamika. Pada suhu yang lebih tinggi digunakan untuk mencairkan zat kerja kembali. Zat kerja yang dapat digunakan adalah Gas Fron R 22 (CHCL F2),

Air hangat yang mempunyai temperature 25 dan 35 o

C masuk ke evaporator yang berisis misalnya zat kerja Fron R-22 yang akan mendidih akibat temperature tersebut.

lkpp

Gambar 3.10 Skema Konversi energy Panas Laut ( KEPL) Uap gas ini dengan tekanan

12 kg/cm2, masuk keturbin dan menggerakkan generator. Gas yang telah dipakai didinginkan dalam kondesator oleh air laut dingin yang memiliki

o suhu sekitar 5 – 7 C pada kedalaman sekitar 500 m, sehingga menjadi cair. Siklus ini

berputar terus derngan memompai zat kerja air kedalam evaporator. Gambar dibawah memperlihatkan 2 type pusat listrik KEPL

unhas

Gambar 3.11 a) Pusat Listrik KEPL Darat,

b) Pusat Listrik KEPL Darat