PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PASANG (3)
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PASANG
SURUT (PLTPs)
1. LATAR BELAKANG
Salah satu potensi laut atau samudra yang belum banyak diketahui
masyarakat umum adalah potensi energi laut yang menghasilkan listrik. Negra
yang melakukan penelitan dan perkembangan potensi energi laut untuk
menghasilkan listrik adalah inggris, Prancis, dan jepang.
Laut merupakan sumber kehidupan yang bisa memberikan manfaat
tersendiri di berbagai aspek-aspek kehidupan misalnya saja kondisi pasang surut
air laut yang dimafaatkan untuk membangkitkan suatu energi listrik yang besar,
sehingga bisa digunakan dalam kehidupan kita yang sangat diperlukan sekali
adanya listrik.
Secara umum, potensi energi laut yang dapat menghasilkan listrik dapat di
bagi kedalam 3 bentuk potensi energi, yaitu ombak atau gelombang (wave
energy), energi pasang surut (Tindal energy), dan hasil konversi energi panas
laut(ocean thermal energy conversion).
Oleh kerena itu dengan adanya suatu ide-ide yang bisa membangkitkan
suatu energi listrik sangatlah diperlukan sekali. Dalam hal ini akan dibahas
masalah pembangkit tenaga listrik pasang surut baik dari alat pembangkitnya,
bahan baku untuk memperlancar proses pembangkitan maupun cara kerja dari
pada pembangkit sehingga bisa membangkitkan energi listrik.
2. PASANG SURUT
Pasang-surut (pasut) merupakan salah satu gejala alam yang tampak
nyata di laut, yakni suatu gerakan vertikal (naik turunnya air laut secara teratur
dan berulang-ulang) dari seluruh partikel massa air laut dari permukaan sampai
bagian terdalam dari dasar laut. Gerakan tersebut disebabkan oleh pengaruh
1
gravitasi (gaya tarik menarik) antara bumi dan bulan, bumi dan matahari, atau
bumi dengan bulan dan matahari. Pasang-surut laut merupakan hasil dari gaya
tarik gravitasi dan efek sentrifugal, yakni dorongan ke arah luar pusat rotasi.
Hukum gravitasi Newton menyatakan, bahwa semua massa benda tarik menarik
satu sama lain dan gaya ini tergantung pada besar massanya, serta jarak di antara
massa tersebut. Gravitasi bervariasi secara langsung dengan massa, tetapi
berbanding terbalik terhadap jarak. Sejalan dengan hukum di atas, dapat dipahami
bahwa meskipun massa bulan lebih kecil dari massa matahari tetapi jarak bulan ke
bumi jauh lebih kecil, sehingga gaya tarik bulan terhadap bumi pengaruhnya lebih
besar dibanding matahari terhadap bumi. Kejadian yang sebenarnya dari gerakan
pasang air laut sangat berbelit-belit,sebab gerakan tersebut tergantung pula pada
rotasi bumi, angin, arus laut dan keadaan-keadaan lain yang bersifat setempat.
Gaya tarik gravitasi menarik air laut ke arah bulan dan matahari dan menghasilkan
dua tonjolan (bulge) pasang surut gravitasional di laut. Lintang dari tonjolan
pasang surut ditentukan oleh deklinasi, yaitu sudut antara sumbu rotasi bumi dan
bidang orbital bulan dan matahari (WARDIYATMOKO & BINTARTO,1994).
Pasang-surut purnama
(spring tides) terjadi ketika bumi, bulan dan
matahari berada dalam suatu garis lurus (matahari dan bulan dalam keadaan
oposisi). Pada saat itu, akan dihasilkan pasang tinggi yang sangat tinggi dan
pasang rendah yang sangat rendah, karena kombinasi gaya tarik dari matahari dan
bulan bekerja saling menguatkan. Pasang-surut purnama ini terjadi dua kali setiap
bulan, yakni pada saat bulan baru dan bulan purnama (full moon). Sedangkan
pasang-surut perbani
(neap tides)
terjadi ketika bumi, bulan dan matahari
membentuk sudut tegak lurus, yakni saat bulan membentuk sudut 90° dengan
bumi. Pada saat itu akan dihasilkan pasang tinggi yang rendah dan pasang rendah
yang tinggi. Pasang-surut perbani ini terjadi dua kali, yaitu pada saat bulan 1/4
dan 3/4 (WARDIYATMOKO & BINTARTO, 1994 ).
Pasang-sumt laut dapat didefinisikan pula sebagai gelombang yang
dibangkitkan oleh adanya interaksi antara bumi, matahari dan bulan. Puncak
gelombang disebut pasang tinggi (High Water/RW) dan lembah gelombang
disebut surut/pasang rendah (Low Water/LW). Perbedaan vertikal antara pasang
2
tinggi dan pasang rendah disebut rentang pasang-surut atau tunggang pasut (tidal
range) yang bisa mencapai beberapa meter hingga puluhan meter. Periode pasangsurut adalah waktu antara puncak atau lembah gelombang ke puncak atau lembah
gelombang berikutnya. Harga periode pasang-surut bervariasi antara 12 jam 25
menit hingga 24 jam 50 menit (SETIAWAN, 2006).
Menurut WIBISONO (2005), sebenarnya hanya ada tiga tipe dasar
pasang-surut yang didasarkan pada periode dan keteraturannya, yaitu sebagai
berikut:
1. Pasang-surut tipe harian tunggal (diurnal type): yakni bila dalam
waktu 24 jam terdapat 1 kali pasang dan 1 kali surut.
2. Pasang-surut tipe tengah harian/ harian ganda (semi diurnal type):
yakni bila dalam waktu 24 jam terdapat 2 kali pasang dan 2 kali
surut.
3. Pasang-surut tipe campuran (mixed tides): yakni bila dalam waktu 24
jam terdapat bentuk campuran yang condong ke tipe harian tunggal
atau condong ke tipe harian ganda.
Tipe pasang-surut ini penting diketahui untuk studi lingkungan,
mengingat bila di suatu lokasi dengan tipe pasang-surut harian tunggal atau
campuran condong harian tunggal terjadi pencemaran, maka dalam waktu kurang
dari 24 jam, pencemar diharapkan akan tersapu bersih dari lokasi. Namun
pencemar akan pindah ke lokasi lain, bila tidak segera dilakukan clean up.
Berbeda dengan lokasi dengan tipe harian ganda, atau tipe campuran condong
harian ganda, maka pencemar tidak akan segera tergelontor keluar. Dalam
sebulan, variasi harian dari rentang pasang-surut berubah secara sistematis
terhadap siklus bulan. Rentang pasang-surut juga bergantung pada bentuk perairan
dan konfigurasi lantai samudera. Pasang-surut (pasut) di berbagai lokasi
mempunyai ciri yang berbeda karena dipengaruhi oleh topografi dasar laut, lebar
selat, bentuk teluk dan sebagainya.
3
Di beberapa tempat, terdapat beda antara pasang tertinggi dan surut
terendah (rentang pasut), bahkan di Teluk Fundy (Kanada) bisa mencapai 20
meter. Proses terjadinya pasut memang merupakan proses yang sangat kompleks,
namun masih bisa diperhitungkan dan diramalkan. Pasut dapat diramalkan karena
sifatnya periodik, dan untuk meramalkan pasut, diperlukan data amplitudo dan
beda fasa dari masing-masing komponen pembangkit pasut. Ramalan pasut untuk
suatu lokasi tertentu kini dapat dibuat dengan ketepatan yang cukup cermat
(NONTJI, 2005).
Pasut tidak hanya mempengaruhi lapisan di bagian teratas saja,
melainkan seluruh massa air yang bisa menimbulkan energi yang besar. Di
perairan pantai, terutama di teluk atau selat sempit, gerakan naik turunnya muka
air akan menimbulkan terjadinya arus pasut. Jika muka air bergerak naik, maka
arus mengalir masuk, sedangkan pada saat muka air bergerak turun, arus mengalir
ke luar. NONTJI (2005) mengatakan bahwa pengetahuan mengenai pasut sangat
diperlukan dalam pembangunan pelabuhan, bangunan di pantai dan lepas pantai,
serta dalam hal lain seperti pengelolaan dan budidaya di wilayah pesisir,
pelayaran, peringatan dini terhadap bencana banjir air pasang, pola umum gerakan
massa air dan sebagainya. Namun yang paling penting dari pasut adalah energinya
dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga listrik.
3. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PASANG SURUT (PLTPs)
Pembanglit listrik tenagan pasang surut pada dasarnya ada dua metode
untuk memanfaatkan energi pasang surut, yaitu Dam Pasang Surut (Tindal
Barrages) dan Turbin Lepas Pantai ( Offshore Turbines).
1. Dam Pasang Surut (Tindal Barrages)
Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut ini merupakan pembangkit
yang menggunakan metode pembuatan dam pada hulu sungai yang berbuara ke
laut yang memanfaatkan pasang surut air laut sehingga dapat menggerakan turbin
dan generator. Pada metode ini merupakan penemuan pembangkit listrik
terbarukan yang akan di jelaskan oleh penulis dibawah ini.
4
2. Turbin Lepas Pantai ( Offshore Turbines).
Pilihan lainnya ialah menggunakan turbin lepas pantai yang lebih
menyerupai pembangkit listrik tenaga angin versi bawah laut. Keunggulannya
dibandingkan metode pertama yaitu: lebih murah biaya instalasinya, dampak
lingkungan yang relatif lebih kecil daripada pembangunan dam, dan persyaratan
lokasinya pun lebih mudah sehingga dapat dipasang di lebih banyak tempat.
Beberapa perusahaan yang mengembangkan teknologi turbin lepas pantai
adalah: Blue Energy dari Kanada, Swan Turbines (ST) dari Inggris, dan Marine
Current Turbines (MCT) dari Inggris. Gambar hasil rekaan tiga dimensi dari
ketiga jenis turbin tersebut ditampilkan dalam gambar 1.
Gambar 1. Turbin Lepas Pantai ( Offshore Turbines).
Picture credit: (1) marineturbines.com, (2) swanturbines.co.uk, (3) & (4)
bluenergy.com.
Gambar sebelah kiri (1): Seagen Tidal Turbines buatan MCT. Gambar
tengah (2): Tidal Stream Turbines buatan Swan Turbines. Gambar kanan atas (3):
Davis Hydro Turbines dari Blue Energy. Gambar kanan bawah (4): skema
komponen Davis Hydro Turbines milik Blue Energy.
Teknologi MCT bekerja seperti pembangkit listrik tenaga angin yang
dibenamkan di bawah laut. Dua buah baling dengan diameter 15-20 meter
memutar rotor yang menggerakkan generator yang terhubung kepada sebuah
kotak gir (gearbox). Kedua baling tersebut dipasangkan pada sebuah sayap yang
5
membentang horizontal dari sebuah batang silinder yang diborkan ke dasar laut.
Turbin tersebut akan mampu menghasilkan 750-1500 kW per unitnya, dan dapat
disusun dalam barisan-barisan sehingga menjadi ladang pembangkit listrik. Demi
menjaga agar ikan dan makhluk lainnya tidak terluka oleh alat ini, kecepatan rotor
diatur antara 10-20 rpm (sebagai perbandingan saja, kecepatan baling-baling kapal
laut bisa berkisar hingga sepuluh kalinya).
Dibandingkan dengan MCT dan jenis turbin lainnya, desain Swan
Turbines memiliki beberapa perbedaan, yaitu: baling-balingnya langsung
terhubung dengan generator listrik tanpa melalui kotak gir. Ini lebih efisien dan
mengurangi kemungkinan terjadinya kesalahan teknis pada alat. Perbedaan kedua
yaitu, daripada melakukan pemboran turbin ke dasar laut ST menggunakan
pemberat secara gravitasi (berupa balok beton) untuk menahan turbin tetap di
dasar laut.
Adapun satu-satunya perbedaan mencolok dari Davis Hydro Turbines
milik Blue Energy adalah poros baling-balingnya yang vertikal (vertical-axis
turbines). Turbin ini juga dipasangkan di dasar laut menggunakan beton dan dapat
disusun dalam satu baris bertumpuk membentuk pagar pasang surut (tidal fence)
untuk mencukupi kebutuhan listrik dalam skala besar.
Pada kali ini penulis akan membahan menggunakan metode Dam Pasang
Surut (Tindal Barrages) karena metode ini sangat umum digunakan oleh negara
yang berpotensi untuk pembangkit listrik terbarukan ini.
A. Prinsip kerja PLTPs Tindal Barrage
Cara ini serupa seperti pembangkitan listrik secara hidro-elektrik yang
terdapat di dam/waduk penampungan air sungai. Hanya saja, dam yang dibangun
untuk memanfaatkan siklus pasang surut jauh lebih besar daripada dam air sungai
pada umumnya. Dam ini biasanya dibangun di muara sungai dimana terjadi
pertemuan antara air sungai dengan air laut. Ketika ombak masuk atau keluar
6
(terjadi pasang atau surut), air mengalir melalui terowongan yang terdapat di dam.
Aliran masuk atau keluarnya ombak dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin .
Gambar 2. Proses Masuknya Air Laut Pada Metode Tindal Barrages
Gambar 3. Keluarnya Air Laut dan Memutar Turbin Pada Metode Tindal Barrages
Apabila muka air laut (surut) sama tingginya dengan muka air dalam
waduk maka saluran air ke turbin ditutup. Sementara itu muka air laut (pasang)
naik terus. Ketika tinggi muka air laut mencapai kira-kira setengah tinggi air
pasang maksimum, maka katup saluran air ke turbin dibuka dan air laut masuk ke
dalam waduk melalui saluran air ke turbin, dan menjalankan turbin dan generator
dalam hal tersebut tinggi muka air di dalam waduk akan naik. Apabila muka air
laut telah mencapai ketinggian maksimumnya tetapi masih lebih dari muka air
dalam waduk, turbin generator dan air dalam waduk menjadi sangat kecil.
7
Sehingga turbin generator tidak bekerja pada keadaan tersebut katup
simpang (by pass valve) yang menghubungkan laut dengan waduk dibuka,
sehingga air laut lebih cepat masuk mengisi waduk, ketika muka air laut dan air
di dalam waduk sama tingginya, baik katup simpang maupun katup saluran turbin
ditutup. Pada keadaan tersebut tinggi muka air dalam waduk tetap konstan
sedangkan inggi muk air laut terus surut. Apabila pebedaan tinggi antara
permukaan air laut dan permukaan air dalam waduk sudah cukup besar maka
turbin dijalankan dengan membuka katup air ke turbin pada keadaan tersebut air
mengalir dari waduk ke
laut melalui turbin sehingga turbin berputar dan
permukaan air dalam waduk turun. Proses ini terus berlangsung sampai tinggi air
dalam waduk tidak cukup untuk menjalankan turbin, dan katup simpang dibuka
supaya air yang masih ada di dalam waduk cepat keluar mengalir ke laut. Dalam
keadaan tersebut air laut masih surut atau telah naik tetapi masih belum mencapai
tinggi turbin setelah waduk kosong atau ketika permukaan air laut dalam waduk
sama tingginya dengan muka air laut, katup simpang dan katup masuk turbin
ditutup kembali.
Demikianlah proses
tersebut
terjadi
berulang-ulang mengisi
dan
mengosongkan air dalam waduk untuk menjalankan turbin generator dengan
memanfaatkan proses air pasang dan air surut. Pusat listrik tenaga pasang surut
biasanya dibuat dengan waduk berukuran besar supaya dapat dibuat secara
ekonomis dengan menghasilkan listrik yang banyak.
Dari gambar di atas turbin yang digunakan adalah turbin air dua arah yang
nantinya untuk membangkitkan daya pada waktu pasang dan pada waktu surut.
Hal ini dapat dilakukan selama 12,5 jam dalam /hari dengan periode 2 x sehari.
Periode pengosongan waduk dilakukan pada saat permukaan air laut mulai turun
sehingga turbin dapat berputar 24 jam.
8
Turbin yang di sini ialah turbin dua arah seperti gambar di bawah ini.
Gambar 4.Turbin Dua Arah
Namun jenis turbin paling cocok digunakan adalah jenis turbin dua arah
yaitu turbin air jenis “bulb” yang gambarnya seperti di bawah ini.
Gambar 4. Turbin Dua Arah jenis Bulb
( Sumber: Pengkajian sumber listrik alternatif dan mesin listrik alternatif )
Turbin-turbin ini putarannya lebih lambat dari kebutuhan putaran
generator sehingga dibutuhkan sistem percepatan putaran dalam bentuk “gear
box” yang nantinya perputaran yang dibutuhkan generator yang sesuai.
Untuk lebih jelasnya grafik dibawah ini yaitu grafik 1 akan menunjukkan
urutan operasi pembangkitan daya pada waktu pasang dan pada waktu surut.
9
Grafik 1.
( Sumber : W. Arismunadar,Penggerak Mula )
Dalam grafik 1 untuk mengetahui debit air jatuh yang diperoleh dari
operasi pompa yang biasanya dilaksanakan pada saat terjadi beban puncak maka
dapat diibuat grafik yang mana dalam grafik itu menjelaskan urutan operasi
turbin-pompa di La-Rance dalam grafik tersebut terlukis garis tinggi permukaan
air laut, berupa suatu sinusoida, yang titik tertinggi berupa situasi pasang. Dengan
garis-garis terputus dilukis tinggi permukaan ari dalam waduk. Pada asasnya,
antara tenaga pasang surut dan tenaga air konvensional terdapat persamaan, yaitu
kedua-duanya adalah tenaga air yang memanfaatkan gravitasi tinggi jatuh air
untuk pembangkit tenaga listrik.
Perbedaan-perbedaan utama secara garis besar adalah:
a) Pasang surut menyangkut arus air periodik dwi-arah dengan dua kali
pasang dan dua kali surut tiap hari.
b) Operasi di lingkungan air laut memerlukan bahan-bahan konstruksi
yang lebih tahan korosi daripada dimiliki material untuk air tawar.
c) Tinggi jatuh relatif sangat kecil (maksimal 11 meter) bila dibandingkan
dengan terbanyak instalasi-instalasi hidro lainnya.
Berdasarkan berbagai studi dan pengalaman, energi yang dapat
dimanfaatkan adalah sekitar 8 sampai 25 % dari seluruh energi teoretis yang ada.
10
Proyek Pusat Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance di Prancis, yang merupakan
sentral pertama yang besar, mempunyai efisiensi sebesar 18 %, yang akan
meningkat menjadi 24 % bila proyek itu telah dikembangkan sepenuhnya.
Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi, sebuah instalasi pasang surut
harus memasang kapasitas pembangkitan listrik yang relatif lebih besar, dibanding
dengan Pusat Listrik Tenaga Air biasa. Di lain pihak Pusat Listrik Tenaga Pasang
Surut tidak tergantung pada perubahan-perubahan musim sebagaimana halnya
dengan sungai-sungai biasa.
Gambar 5. PLTPs La Rance, Brittany, Perancis
Daya terpasang instalasi pasang surut La Rance adalah 240 MW dan
terdiri atas 24 mesin masing-masing berdaya 10 MW dan menurut keterangan,
akan ditingkatkan menjadi 350 MW. Juga direncanakan sebuah Pusat Listrik
Tenaga Pasang Surut sebesar 2176 MW di Bay of Fundy, Kanada, antara tahun
1980 dan 1990. Sebuah studi Argentina mempelajari kemungkinan pembangunan
sebuah instalasi pasang surut dengan daya terpasang 600 MW di Golfo San
Matias dan Golfo Neuvo dekat Semenanjung Valdes di pantai Atlantik.
Pasang surut di pantai Barat Laut Australia mencapai tinggi 11 meter,
dan menurut keterangan, mempunyai potensi teoretis sebesar 300.000 MW.
Berikut ini adalah penjelasan bangunan-bangunan utama proyek Kuala Rance
yang diuraikan secara singkat.
11
Pembangkit listrik tenaga pasang surut (PLTPs) terbesar di dunia terdapat
di muara sungai Rance di sebelah utara Perancis. Pembangkit listrik ini dibangun
pada tahun 1966 dan berkapasitas 240 MW. PLTPs La Rance didesain dengan
teknologi canggih dan beroperasi secara otomatis, sehingga hanya membutuhkan
dua orang saja untuk pengoperasian pada akhir pekan dan malam hari. PLTPs
terbesar kedua di dunia terletak di Annapolis, Nova Scotia, Kanada dengan
kapasitas hanya16 MW.
Kekurangan terbesar dari pembangkit listrik tenaga pasang surut adalah
mereka hanya dapat menghasilkan listrik selama ombak mengalir masuk (pasang)
ataupun mengalir keluar (surut), yang terjadi hanya selama kurang lebih 10 jam
per harinya. Namun, karena waktu operasinya dapat diperkirakan, maka ketika
PLTPs tidak aktif, dapat digunakan pembangkit listrik lainnya untuk sementara
waktu hingga terjadi pasang surut lagi.
B. Bagian-Bagian PLTPs Tindal Barrages
1. Bagian Pintu Air
Pintu air ini mempunyai fungsi yang sangat penting dalam mempercepat
pengosongan dan pengisian waduk dalam waktu daur pengoperasian. Bagian
bukaan pintu air itu lebarnya 15 meter dengan pintu putar berukuran 15 meter x
10 meter.
Keenam terusan jalan air dengan jumlah areal 900 m2 dapat melayani
aliran air 5000 m3/detik. Bila perbedaan tingkatan (tinggi) antara laut dan kolam
adalah 1 meter, bagian bendungan dalam hal ini berbeda dan memperoleh tekanan
air pada kedua belah arah yaitu air melakukan tekanan dalam satu arah dan
sebaliknya pula dari arah lain, dengan dua daur pengoperasian.
Katup-katup dijalankan beberapa kali dalam sehari untuk mengisi dan
mengosongkan kolam dalam setiap siklus. Tidak seperti yang hanya terjadi
beberapa kali saja dalam setahun dengan katup-katup pintu air bendungan sungai.
12
2. Bagian Pengisian Batu
Pintu-pintu disambung dengan bagian yang diisi dengan batu-batuan,
panjangnya 163,6 meter, hingga bendungan pembangkit tenaga. Kedua
permukaan tanggul miring dengan dinding dari beton dengan kemiringan 1 : 55.
Penapisnya dilindungi dari gerak gelombang oleh petak-petak batu karang yang
besar.
3. Bangunan Pembangkitan Tenaga
Bangunan pembangkit tenaga yang mirip terowongan itu panjangnya 386
meter. Punya tiga tegangan pantai, 24 pembangkit tenaga dan sebuah ruang
pengendali, yang semuanya berada di ruang mesin pembangkit tenaga listrik.
Dua dinding yang menghadapi air pasang diperkuat dengan tiang-tiang
penyangga di setiap 13,3 meter. Unit-unit pembangkit tenaga listrik, memiliki 24
pasang turbin generator yang kapasitas masing-masingnya 10 mega-watt, tiga
transformator dari 380 mega-volt-amper. Dengan voltase penaik tegangan dari
3500 volt ke 225.000 volt. Tiga panel pengendali yang mengatur masing-masing 8
buah turbin dan kabel-kabel minyak bertegangan tinggi 225.000 volt, yang
menghubungkan transformator-transformator itu dengan sub-stasiun yang berada
di luar daerah pembangkitan.
Perangkat-perangkat turbin berkecepatan normal 94 putaran/menit, dengan
kecepatan tertinggi 380 putaran dalam satu menit. Turbinnya berdiameter 5,43
meter, generatornya berdiameter 4,36 meter dan panjang perangkat itu secara
keseluruhan 13,4 meter.
Turbin generator tersebut terdiri dari empat susun bilah daun yang dapat
disetel sampai siku 420051”. Dengan dorongan motor servo (motor putaran
lambat). Penyaluran pada turbin dapat diatur oleh 24 bilah baling-baling dalam
bentuk bola diperkuat kedudukannya oleh 12 baling-baling serta diperkokoh oleh
empat balok ganjaran.
13
Unit-unit itu akan menghasilkan tenaga sebanyak 537 mw/h dalam
pergerakan air pasang ke arah laut dan sebanyak 71,5 MW/H ketika air pasang
bergerak ke arah kuala. Dari jumlah tenaga sebanyak 608,5 MW/H tersebut,
sebanyak 64,5 MW/H akan digunakan lagi untuk menopang air laut waduk pada
saat permukaan laut dan waduk hampir sejajar.
4. Coffer Dam
Dalam tahap awal dibuat dua bangunan pemagar (penutup) dalam rangka
pembangunan pintu air dan bendungan bergerak atau bagian pintu air. Pemagaran
(penutup) kedua, yang sebenarnya dari dua coffer dam; mulai dari dinding yang
dibangun dari tepi kanan ke tepi pulau. Pemagaran digunakan untuk menangani
pelepasan air, air pasang pada tahap-tahap terakhir dalam pembuatan coffer dam
utama.
Penutupan di tepi kiri (pemagaran pintu air) terdiri dari dinding beton,
yang membuat areal yang tertutup kering hanya pada puncak air surut. Penutupan
sebelah kanan terdiri dari dua coffer dam kecil dengan bagian atasnya sedikit di
atas tingkat permukaan air pasang tertinggi dan berbentuk kotak yang diperkuat
tiang-tiang dan lapisan yang diisi pasir.
Kotakan-kotakan itu terdiri dari lima belas silinder yang besar-besar
berdiameter 19 meter dan tingginya antara 15 meter dan 20 meter, dihubungkan
dengan lengkungan-lengkungan tiang. Tetap ini bukanlah coffer dam yang utama.
Dua coffer dam dibangun di sebelah utara dan sebelah selatan. Coffer dan di
sebelah utara panjangnya 600 meter, tinggi atau yang bagian atasnya sedikit di
atas tingkat permukaan air pasang tertinggi (14 meter), memisahkan laut dengan
kuala (Rance).
Coffer dam ini juga dibuat dengan cara yang sama dengan dua pemagaran
yang lebih dulu. Daerah tengah, yang panjangnya 360 meter yang terdiri dari 19
caisson. Caisson adalah alat yang digunakan untuk turun ke dalam air, bentuknya
seperti peti kotak terbalik.
14
C. Komponen Pembangkit Tenaga Lsitrik Energi Air Pasang Surut
Tujuh komponen utama sebuah Pusat Pembangkit Tenaga Listrik Energi
Air Pasang Surut adalah:
1. Bangunan ruangan mesin
2. Tanggul (bendungan) untuk membentuk kolam
3. Pintu-pintu air untuk jalan air dari kolam ke laut atau sebaliknya
4. Turbin yang berputar oleh dorongan air pasang dan air surut.
5. Generator yang menghasilkan listrik 3.500 volt.
6. Panel penghubung.
7. Transformator step up dari 3.500 volt ke 150.000 volt.
D. Kerjasama Sistem Kolam Ganda
Bagan ini ditandai oleh dua kolam dengan tinggi yang berbeda dan
dihubungkan melalui turbin. Pintu air pada kolam yang tinggi tingkat airnya dan
pada kolam yang rendah tingkat airnya, menghubungkan kolam-kolam itu dengan
laut. Yang pertama disebut pintu air jalan masuk dan yang kedua pintu air jalan
keluar.
Pengoperasian ini dilakukan dengan pintu air jalan masuk yang ditutup.
Kolam atas yang sudah penuh sebelumnya segera memindahkan airnya melalui
turbin-turbin ke kolam bawah. Tingkat permukaan air kolam atas turun,
sedangkan tingkat permukaan kolam bawah meningkat.
Pada saat permukaan air kolam atas mendekati ketinggian permukaan
kolam bawah, pintu air keluar pada kolam bawah segera dibuka, sehingga tingkat
15
permukaan kolam bawah mencapai tingkat paling rendah. Kemudian pintu jalan
keluar ditutup dan waktunya diatur bersamaan dengan datangnya masa naik air
pasang dan bila tinggi air pasang dari laut sudah menyamai tinggi permukaan air
kolam atas. Maka pintu jalan air masuk pada kolam atas dibuka sehingga tinggi
permukan kolam atas mencapai titik tertinggi dan saat itu pintu air jalan masuk
ditutup. Setelah itu daur kedua yang sama pun dimulai. Dengan sistem ini masa
putar (operasi) pembangkitan dapat diatur lebih lama.
Syarat-syarat untuk memilih lokasi pembuatan pembangkit energi listrik
pasang surut ini adalah:
1. Tinggi air pasang pada lokasi harus memadai sepanjang tahun.
2.
Kuala atau estu arium harus mempunyai geomorfologi yang dengan
tanggul yang relatif pendek dapat dikembangkan sebagai kolam
penampung air.
3. Lokasi yang diusulkan tersebut tidak mempunyai endapan yang luar biasa
jika membawa endapan lumpur ke dalam laut diperlukan usaha untuk
mengangkat endapan ke atas suatu kolam penampungan.
4. Lokasi yang dipilih harus bebas dari serangan ombak besar.
5.
Lokasi yang dipilih harus sedemikian rupa sehingga tidak timbul masalah
akibat pembendungan kuala, seperti perubahan pola air pasang surut.
E. Kesulitan Pada Pembangkitan Tenaga Air Pasang
Dari sejarah perkembangannya di atas terlihat bahwa manusia sudah agak
terlambat dalam mempergunakan tenaga air pasang surut. Ada sejumlah alasan
yang meyebabkan pembangkit tenaga listrik dengan penggerak tenaga air pasang
surut. Pembangkit jenis ini tertinggal pengembangannya dibandingkan dengan
jenis pembangkitan tenaga listrik energi lain. Beberapa alasannya itu adalah
sebagai berikut:
16
a. Karena pembangkit listrik energi air pasang surut bergantung pada
ketinggian yang berbeda dari permukaan laut dan kolam penampung.
Pola pengaturan ketinggian air dilakukan dengan perluasan kolam atau
jumlah kolam dan sistem putaran ganda (putaran dua arah) yang dapat
berfungsi pada saat pasang naik dan pasang surut.
b. Perbedaan tinggi air pasang terbatas hanya beberapa meter, bila balingbaling turbin atau pipa turbin secara teknologi perkembangannya
kurang baik terpaksa menggunakan cara konvensional yaitu turbin tipe
Koplan sebagai alternatifnya. Hal ini tidak cocok lagi mengingat
perkembangan teknologi yang dapat membolak-balikkan putaran turbin
dan generator.
c. Jarak air pasang ialah perubahan ketinggian permukaan ari sehingga
turbin harus bekerja pada variasi jarak yang cukup besar dari ketinggian
tekanan air. Hal ini akan mempengaruhi efisiensi stasiun pembangkit.
d. Lamanya perputaran tenaga listrik dalam sebuah pusat pembangkit
listrik dengan energi air pasang surut. Setiap hari merupakan alasan
yang tepat untuk menentukan dasar tipe pembangkitan, tetapi waktu
terjadinya peristiwa tidak boleh berubah. Setiap hari terjadi
keterlambatan hampir mendekati satu jam. Jadi jika tenaga listrik
generator pada suatu hari bekerja dari pukul 10.00 siang sampai jam
3.00 sore hari berikutnya ia akan beroperasi dari jam 11 siang sampai
jam 4 sore dan begitu seterusnya.
Adanya perubahan ini mengakibatkan kesukaran dalam rencana
persiapan operasi setiap harinya dalam sentral pembangkitan listrik.
Dengan bantuan program komputer halangan ini baru dapat diatasi.
e. Air laut merupakan cairan yang mudah mengakibatkan pembangkit
tenaga listrik akan berkarat.
17
f. Diperlukan teknologi khusus untuk membangun konstruksi di dalam
laut.
g.
Pembangunan pembangkit tenaga listrik energi pasang surut ini
dikhawatirkan mengganggu manfaat alami teluk yang berfungsi juga
sebagai daerah perikanan dan pelayaran.
F. Kelebihan Dan Kekurangan PLTPs
-
Kelebihan
• Setelah dibangun, energi pasang surut dapat diperoleh secara gratis.
• Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.
• Tidak membutuhkan bahan bakar.
• Biaya operasi rendah.
• Produksi listrik stabil.
• Pasang surut air laut dapat diprediksi.
• Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan tidak
menimbulkan dampak lingkungan yang besar.
-
Kekurangan
• 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.
• Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya,
ketika ombak bergerak masuk ataupun keluar.
18
Kesimpulan
Dari pembahasan bahwa sistem pembangkitan energi pasang surut turbin
yang digunakan adalah turbin air yang arah putarannya dalam dua arah. Disini
kenapa dua arah? Karena air mengalir melalui turbin dari waduk ke laut dan dari
laut ke waduk.
Pemanfaatan energi pasang surut ini untuk memeroleh debit air yang
banyak dalam waduk sangat tergantung dari pada tinggi air pasang permukaan
laut yang dipengaruhi oleh fase bulan dan keberadaan laut dengan garis ekuator
bumi. Semakin jauh laut dari garis ekuator bumi maka air laut pasang akan
semakin tinggi begitu juga sebaliknya semakin dekat laut dari garis ekuator bumi
maka air laut pasang akan semakin rendah.
19
SURUT (PLTPs)
1. LATAR BELAKANG
Salah satu potensi laut atau samudra yang belum banyak diketahui
masyarakat umum adalah potensi energi laut yang menghasilkan listrik. Negra
yang melakukan penelitan dan perkembangan potensi energi laut untuk
menghasilkan listrik adalah inggris, Prancis, dan jepang.
Laut merupakan sumber kehidupan yang bisa memberikan manfaat
tersendiri di berbagai aspek-aspek kehidupan misalnya saja kondisi pasang surut
air laut yang dimafaatkan untuk membangkitkan suatu energi listrik yang besar,
sehingga bisa digunakan dalam kehidupan kita yang sangat diperlukan sekali
adanya listrik.
Secara umum, potensi energi laut yang dapat menghasilkan listrik dapat di
bagi kedalam 3 bentuk potensi energi, yaitu ombak atau gelombang (wave
energy), energi pasang surut (Tindal energy), dan hasil konversi energi panas
laut(ocean thermal energy conversion).
Oleh kerena itu dengan adanya suatu ide-ide yang bisa membangkitkan
suatu energi listrik sangatlah diperlukan sekali. Dalam hal ini akan dibahas
masalah pembangkit tenaga listrik pasang surut baik dari alat pembangkitnya,
bahan baku untuk memperlancar proses pembangkitan maupun cara kerja dari
pada pembangkit sehingga bisa membangkitkan energi listrik.
2. PASANG SURUT
Pasang-surut (pasut) merupakan salah satu gejala alam yang tampak
nyata di laut, yakni suatu gerakan vertikal (naik turunnya air laut secara teratur
dan berulang-ulang) dari seluruh partikel massa air laut dari permukaan sampai
bagian terdalam dari dasar laut. Gerakan tersebut disebabkan oleh pengaruh
1
gravitasi (gaya tarik menarik) antara bumi dan bulan, bumi dan matahari, atau
bumi dengan bulan dan matahari. Pasang-surut laut merupakan hasil dari gaya
tarik gravitasi dan efek sentrifugal, yakni dorongan ke arah luar pusat rotasi.
Hukum gravitasi Newton menyatakan, bahwa semua massa benda tarik menarik
satu sama lain dan gaya ini tergantung pada besar massanya, serta jarak di antara
massa tersebut. Gravitasi bervariasi secara langsung dengan massa, tetapi
berbanding terbalik terhadap jarak. Sejalan dengan hukum di atas, dapat dipahami
bahwa meskipun massa bulan lebih kecil dari massa matahari tetapi jarak bulan ke
bumi jauh lebih kecil, sehingga gaya tarik bulan terhadap bumi pengaruhnya lebih
besar dibanding matahari terhadap bumi. Kejadian yang sebenarnya dari gerakan
pasang air laut sangat berbelit-belit,sebab gerakan tersebut tergantung pula pada
rotasi bumi, angin, arus laut dan keadaan-keadaan lain yang bersifat setempat.
Gaya tarik gravitasi menarik air laut ke arah bulan dan matahari dan menghasilkan
dua tonjolan (bulge) pasang surut gravitasional di laut. Lintang dari tonjolan
pasang surut ditentukan oleh deklinasi, yaitu sudut antara sumbu rotasi bumi dan
bidang orbital bulan dan matahari (WARDIYATMOKO & BINTARTO,1994).
Pasang-surut purnama
(spring tides) terjadi ketika bumi, bulan dan
matahari berada dalam suatu garis lurus (matahari dan bulan dalam keadaan
oposisi). Pada saat itu, akan dihasilkan pasang tinggi yang sangat tinggi dan
pasang rendah yang sangat rendah, karena kombinasi gaya tarik dari matahari dan
bulan bekerja saling menguatkan. Pasang-surut purnama ini terjadi dua kali setiap
bulan, yakni pada saat bulan baru dan bulan purnama (full moon). Sedangkan
pasang-surut perbani
(neap tides)
terjadi ketika bumi, bulan dan matahari
membentuk sudut tegak lurus, yakni saat bulan membentuk sudut 90° dengan
bumi. Pada saat itu akan dihasilkan pasang tinggi yang rendah dan pasang rendah
yang tinggi. Pasang-surut perbani ini terjadi dua kali, yaitu pada saat bulan 1/4
dan 3/4 (WARDIYATMOKO & BINTARTO, 1994 ).
Pasang-sumt laut dapat didefinisikan pula sebagai gelombang yang
dibangkitkan oleh adanya interaksi antara bumi, matahari dan bulan. Puncak
gelombang disebut pasang tinggi (High Water/RW) dan lembah gelombang
disebut surut/pasang rendah (Low Water/LW). Perbedaan vertikal antara pasang
2
tinggi dan pasang rendah disebut rentang pasang-surut atau tunggang pasut (tidal
range) yang bisa mencapai beberapa meter hingga puluhan meter. Periode pasangsurut adalah waktu antara puncak atau lembah gelombang ke puncak atau lembah
gelombang berikutnya. Harga periode pasang-surut bervariasi antara 12 jam 25
menit hingga 24 jam 50 menit (SETIAWAN, 2006).
Menurut WIBISONO (2005), sebenarnya hanya ada tiga tipe dasar
pasang-surut yang didasarkan pada periode dan keteraturannya, yaitu sebagai
berikut:
1. Pasang-surut tipe harian tunggal (diurnal type): yakni bila dalam
waktu 24 jam terdapat 1 kali pasang dan 1 kali surut.
2. Pasang-surut tipe tengah harian/ harian ganda (semi diurnal type):
yakni bila dalam waktu 24 jam terdapat 2 kali pasang dan 2 kali
surut.
3. Pasang-surut tipe campuran (mixed tides): yakni bila dalam waktu 24
jam terdapat bentuk campuran yang condong ke tipe harian tunggal
atau condong ke tipe harian ganda.
Tipe pasang-surut ini penting diketahui untuk studi lingkungan,
mengingat bila di suatu lokasi dengan tipe pasang-surut harian tunggal atau
campuran condong harian tunggal terjadi pencemaran, maka dalam waktu kurang
dari 24 jam, pencemar diharapkan akan tersapu bersih dari lokasi. Namun
pencemar akan pindah ke lokasi lain, bila tidak segera dilakukan clean up.
Berbeda dengan lokasi dengan tipe harian ganda, atau tipe campuran condong
harian ganda, maka pencemar tidak akan segera tergelontor keluar. Dalam
sebulan, variasi harian dari rentang pasang-surut berubah secara sistematis
terhadap siklus bulan. Rentang pasang-surut juga bergantung pada bentuk perairan
dan konfigurasi lantai samudera. Pasang-surut (pasut) di berbagai lokasi
mempunyai ciri yang berbeda karena dipengaruhi oleh topografi dasar laut, lebar
selat, bentuk teluk dan sebagainya.
3
Di beberapa tempat, terdapat beda antara pasang tertinggi dan surut
terendah (rentang pasut), bahkan di Teluk Fundy (Kanada) bisa mencapai 20
meter. Proses terjadinya pasut memang merupakan proses yang sangat kompleks,
namun masih bisa diperhitungkan dan diramalkan. Pasut dapat diramalkan karena
sifatnya periodik, dan untuk meramalkan pasut, diperlukan data amplitudo dan
beda fasa dari masing-masing komponen pembangkit pasut. Ramalan pasut untuk
suatu lokasi tertentu kini dapat dibuat dengan ketepatan yang cukup cermat
(NONTJI, 2005).
Pasut tidak hanya mempengaruhi lapisan di bagian teratas saja,
melainkan seluruh massa air yang bisa menimbulkan energi yang besar. Di
perairan pantai, terutama di teluk atau selat sempit, gerakan naik turunnya muka
air akan menimbulkan terjadinya arus pasut. Jika muka air bergerak naik, maka
arus mengalir masuk, sedangkan pada saat muka air bergerak turun, arus mengalir
ke luar. NONTJI (2005) mengatakan bahwa pengetahuan mengenai pasut sangat
diperlukan dalam pembangunan pelabuhan, bangunan di pantai dan lepas pantai,
serta dalam hal lain seperti pengelolaan dan budidaya di wilayah pesisir,
pelayaran, peringatan dini terhadap bencana banjir air pasang, pola umum gerakan
massa air dan sebagainya. Namun yang paling penting dari pasut adalah energinya
dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga listrik.
3. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PASANG SURUT (PLTPs)
Pembanglit listrik tenagan pasang surut pada dasarnya ada dua metode
untuk memanfaatkan energi pasang surut, yaitu Dam Pasang Surut (Tindal
Barrages) dan Turbin Lepas Pantai ( Offshore Turbines).
1. Dam Pasang Surut (Tindal Barrages)
Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut ini merupakan pembangkit
yang menggunakan metode pembuatan dam pada hulu sungai yang berbuara ke
laut yang memanfaatkan pasang surut air laut sehingga dapat menggerakan turbin
dan generator. Pada metode ini merupakan penemuan pembangkit listrik
terbarukan yang akan di jelaskan oleh penulis dibawah ini.
4
2. Turbin Lepas Pantai ( Offshore Turbines).
Pilihan lainnya ialah menggunakan turbin lepas pantai yang lebih
menyerupai pembangkit listrik tenaga angin versi bawah laut. Keunggulannya
dibandingkan metode pertama yaitu: lebih murah biaya instalasinya, dampak
lingkungan yang relatif lebih kecil daripada pembangunan dam, dan persyaratan
lokasinya pun lebih mudah sehingga dapat dipasang di lebih banyak tempat.
Beberapa perusahaan yang mengembangkan teknologi turbin lepas pantai
adalah: Blue Energy dari Kanada, Swan Turbines (ST) dari Inggris, dan Marine
Current Turbines (MCT) dari Inggris. Gambar hasil rekaan tiga dimensi dari
ketiga jenis turbin tersebut ditampilkan dalam gambar 1.
Gambar 1. Turbin Lepas Pantai ( Offshore Turbines).
Picture credit: (1) marineturbines.com, (2) swanturbines.co.uk, (3) & (4)
bluenergy.com.
Gambar sebelah kiri (1): Seagen Tidal Turbines buatan MCT. Gambar
tengah (2): Tidal Stream Turbines buatan Swan Turbines. Gambar kanan atas (3):
Davis Hydro Turbines dari Blue Energy. Gambar kanan bawah (4): skema
komponen Davis Hydro Turbines milik Blue Energy.
Teknologi MCT bekerja seperti pembangkit listrik tenaga angin yang
dibenamkan di bawah laut. Dua buah baling dengan diameter 15-20 meter
memutar rotor yang menggerakkan generator yang terhubung kepada sebuah
kotak gir (gearbox). Kedua baling tersebut dipasangkan pada sebuah sayap yang
5
membentang horizontal dari sebuah batang silinder yang diborkan ke dasar laut.
Turbin tersebut akan mampu menghasilkan 750-1500 kW per unitnya, dan dapat
disusun dalam barisan-barisan sehingga menjadi ladang pembangkit listrik. Demi
menjaga agar ikan dan makhluk lainnya tidak terluka oleh alat ini, kecepatan rotor
diatur antara 10-20 rpm (sebagai perbandingan saja, kecepatan baling-baling kapal
laut bisa berkisar hingga sepuluh kalinya).
Dibandingkan dengan MCT dan jenis turbin lainnya, desain Swan
Turbines memiliki beberapa perbedaan, yaitu: baling-balingnya langsung
terhubung dengan generator listrik tanpa melalui kotak gir. Ini lebih efisien dan
mengurangi kemungkinan terjadinya kesalahan teknis pada alat. Perbedaan kedua
yaitu, daripada melakukan pemboran turbin ke dasar laut ST menggunakan
pemberat secara gravitasi (berupa balok beton) untuk menahan turbin tetap di
dasar laut.
Adapun satu-satunya perbedaan mencolok dari Davis Hydro Turbines
milik Blue Energy adalah poros baling-balingnya yang vertikal (vertical-axis
turbines). Turbin ini juga dipasangkan di dasar laut menggunakan beton dan dapat
disusun dalam satu baris bertumpuk membentuk pagar pasang surut (tidal fence)
untuk mencukupi kebutuhan listrik dalam skala besar.
Pada kali ini penulis akan membahan menggunakan metode Dam Pasang
Surut (Tindal Barrages) karena metode ini sangat umum digunakan oleh negara
yang berpotensi untuk pembangkit listrik terbarukan ini.
A. Prinsip kerja PLTPs Tindal Barrage
Cara ini serupa seperti pembangkitan listrik secara hidro-elektrik yang
terdapat di dam/waduk penampungan air sungai. Hanya saja, dam yang dibangun
untuk memanfaatkan siklus pasang surut jauh lebih besar daripada dam air sungai
pada umumnya. Dam ini biasanya dibangun di muara sungai dimana terjadi
pertemuan antara air sungai dengan air laut. Ketika ombak masuk atau keluar
6
(terjadi pasang atau surut), air mengalir melalui terowongan yang terdapat di dam.
Aliran masuk atau keluarnya ombak dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin .
Gambar 2. Proses Masuknya Air Laut Pada Metode Tindal Barrages
Gambar 3. Keluarnya Air Laut dan Memutar Turbin Pada Metode Tindal Barrages
Apabila muka air laut (surut) sama tingginya dengan muka air dalam
waduk maka saluran air ke turbin ditutup. Sementara itu muka air laut (pasang)
naik terus. Ketika tinggi muka air laut mencapai kira-kira setengah tinggi air
pasang maksimum, maka katup saluran air ke turbin dibuka dan air laut masuk ke
dalam waduk melalui saluran air ke turbin, dan menjalankan turbin dan generator
dalam hal tersebut tinggi muka air di dalam waduk akan naik. Apabila muka air
laut telah mencapai ketinggian maksimumnya tetapi masih lebih dari muka air
dalam waduk, turbin generator dan air dalam waduk menjadi sangat kecil.
7
Sehingga turbin generator tidak bekerja pada keadaan tersebut katup
simpang (by pass valve) yang menghubungkan laut dengan waduk dibuka,
sehingga air laut lebih cepat masuk mengisi waduk, ketika muka air laut dan air
di dalam waduk sama tingginya, baik katup simpang maupun katup saluran turbin
ditutup. Pada keadaan tersebut tinggi muka air dalam waduk tetap konstan
sedangkan inggi muk air laut terus surut. Apabila pebedaan tinggi antara
permukaan air laut dan permukaan air dalam waduk sudah cukup besar maka
turbin dijalankan dengan membuka katup air ke turbin pada keadaan tersebut air
mengalir dari waduk ke
laut melalui turbin sehingga turbin berputar dan
permukaan air dalam waduk turun. Proses ini terus berlangsung sampai tinggi air
dalam waduk tidak cukup untuk menjalankan turbin, dan katup simpang dibuka
supaya air yang masih ada di dalam waduk cepat keluar mengalir ke laut. Dalam
keadaan tersebut air laut masih surut atau telah naik tetapi masih belum mencapai
tinggi turbin setelah waduk kosong atau ketika permukaan air laut dalam waduk
sama tingginya dengan muka air laut, katup simpang dan katup masuk turbin
ditutup kembali.
Demikianlah proses
tersebut
terjadi
berulang-ulang mengisi
dan
mengosongkan air dalam waduk untuk menjalankan turbin generator dengan
memanfaatkan proses air pasang dan air surut. Pusat listrik tenaga pasang surut
biasanya dibuat dengan waduk berukuran besar supaya dapat dibuat secara
ekonomis dengan menghasilkan listrik yang banyak.
Dari gambar di atas turbin yang digunakan adalah turbin air dua arah yang
nantinya untuk membangkitkan daya pada waktu pasang dan pada waktu surut.
Hal ini dapat dilakukan selama 12,5 jam dalam /hari dengan periode 2 x sehari.
Periode pengosongan waduk dilakukan pada saat permukaan air laut mulai turun
sehingga turbin dapat berputar 24 jam.
8
Turbin yang di sini ialah turbin dua arah seperti gambar di bawah ini.
Gambar 4.Turbin Dua Arah
Namun jenis turbin paling cocok digunakan adalah jenis turbin dua arah
yaitu turbin air jenis “bulb” yang gambarnya seperti di bawah ini.
Gambar 4. Turbin Dua Arah jenis Bulb
( Sumber: Pengkajian sumber listrik alternatif dan mesin listrik alternatif )
Turbin-turbin ini putarannya lebih lambat dari kebutuhan putaran
generator sehingga dibutuhkan sistem percepatan putaran dalam bentuk “gear
box” yang nantinya perputaran yang dibutuhkan generator yang sesuai.
Untuk lebih jelasnya grafik dibawah ini yaitu grafik 1 akan menunjukkan
urutan operasi pembangkitan daya pada waktu pasang dan pada waktu surut.
9
Grafik 1.
( Sumber : W. Arismunadar,Penggerak Mula )
Dalam grafik 1 untuk mengetahui debit air jatuh yang diperoleh dari
operasi pompa yang biasanya dilaksanakan pada saat terjadi beban puncak maka
dapat diibuat grafik yang mana dalam grafik itu menjelaskan urutan operasi
turbin-pompa di La-Rance dalam grafik tersebut terlukis garis tinggi permukaan
air laut, berupa suatu sinusoida, yang titik tertinggi berupa situasi pasang. Dengan
garis-garis terputus dilukis tinggi permukaan ari dalam waduk. Pada asasnya,
antara tenaga pasang surut dan tenaga air konvensional terdapat persamaan, yaitu
kedua-duanya adalah tenaga air yang memanfaatkan gravitasi tinggi jatuh air
untuk pembangkit tenaga listrik.
Perbedaan-perbedaan utama secara garis besar adalah:
a) Pasang surut menyangkut arus air periodik dwi-arah dengan dua kali
pasang dan dua kali surut tiap hari.
b) Operasi di lingkungan air laut memerlukan bahan-bahan konstruksi
yang lebih tahan korosi daripada dimiliki material untuk air tawar.
c) Tinggi jatuh relatif sangat kecil (maksimal 11 meter) bila dibandingkan
dengan terbanyak instalasi-instalasi hidro lainnya.
Berdasarkan berbagai studi dan pengalaman, energi yang dapat
dimanfaatkan adalah sekitar 8 sampai 25 % dari seluruh energi teoretis yang ada.
10
Proyek Pusat Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance di Prancis, yang merupakan
sentral pertama yang besar, mempunyai efisiensi sebesar 18 %, yang akan
meningkat menjadi 24 % bila proyek itu telah dikembangkan sepenuhnya.
Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi, sebuah instalasi pasang surut
harus memasang kapasitas pembangkitan listrik yang relatif lebih besar, dibanding
dengan Pusat Listrik Tenaga Air biasa. Di lain pihak Pusat Listrik Tenaga Pasang
Surut tidak tergantung pada perubahan-perubahan musim sebagaimana halnya
dengan sungai-sungai biasa.
Gambar 5. PLTPs La Rance, Brittany, Perancis
Daya terpasang instalasi pasang surut La Rance adalah 240 MW dan
terdiri atas 24 mesin masing-masing berdaya 10 MW dan menurut keterangan,
akan ditingkatkan menjadi 350 MW. Juga direncanakan sebuah Pusat Listrik
Tenaga Pasang Surut sebesar 2176 MW di Bay of Fundy, Kanada, antara tahun
1980 dan 1990. Sebuah studi Argentina mempelajari kemungkinan pembangunan
sebuah instalasi pasang surut dengan daya terpasang 600 MW di Golfo San
Matias dan Golfo Neuvo dekat Semenanjung Valdes di pantai Atlantik.
Pasang surut di pantai Barat Laut Australia mencapai tinggi 11 meter,
dan menurut keterangan, mempunyai potensi teoretis sebesar 300.000 MW.
Berikut ini adalah penjelasan bangunan-bangunan utama proyek Kuala Rance
yang diuraikan secara singkat.
11
Pembangkit listrik tenaga pasang surut (PLTPs) terbesar di dunia terdapat
di muara sungai Rance di sebelah utara Perancis. Pembangkit listrik ini dibangun
pada tahun 1966 dan berkapasitas 240 MW. PLTPs La Rance didesain dengan
teknologi canggih dan beroperasi secara otomatis, sehingga hanya membutuhkan
dua orang saja untuk pengoperasian pada akhir pekan dan malam hari. PLTPs
terbesar kedua di dunia terletak di Annapolis, Nova Scotia, Kanada dengan
kapasitas hanya16 MW.
Kekurangan terbesar dari pembangkit listrik tenaga pasang surut adalah
mereka hanya dapat menghasilkan listrik selama ombak mengalir masuk (pasang)
ataupun mengalir keluar (surut), yang terjadi hanya selama kurang lebih 10 jam
per harinya. Namun, karena waktu operasinya dapat diperkirakan, maka ketika
PLTPs tidak aktif, dapat digunakan pembangkit listrik lainnya untuk sementara
waktu hingga terjadi pasang surut lagi.
B. Bagian-Bagian PLTPs Tindal Barrages
1. Bagian Pintu Air
Pintu air ini mempunyai fungsi yang sangat penting dalam mempercepat
pengosongan dan pengisian waduk dalam waktu daur pengoperasian. Bagian
bukaan pintu air itu lebarnya 15 meter dengan pintu putar berukuran 15 meter x
10 meter.
Keenam terusan jalan air dengan jumlah areal 900 m2 dapat melayani
aliran air 5000 m3/detik. Bila perbedaan tingkatan (tinggi) antara laut dan kolam
adalah 1 meter, bagian bendungan dalam hal ini berbeda dan memperoleh tekanan
air pada kedua belah arah yaitu air melakukan tekanan dalam satu arah dan
sebaliknya pula dari arah lain, dengan dua daur pengoperasian.
Katup-katup dijalankan beberapa kali dalam sehari untuk mengisi dan
mengosongkan kolam dalam setiap siklus. Tidak seperti yang hanya terjadi
beberapa kali saja dalam setahun dengan katup-katup pintu air bendungan sungai.
12
2. Bagian Pengisian Batu
Pintu-pintu disambung dengan bagian yang diisi dengan batu-batuan,
panjangnya 163,6 meter, hingga bendungan pembangkit tenaga. Kedua
permukaan tanggul miring dengan dinding dari beton dengan kemiringan 1 : 55.
Penapisnya dilindungi dari gerak gelombang oleh petak-petak batu karang yang
besar.
3. Bangunan Pembangkitan Tenaga
Bangunan pembangkit tenaga yang mirip terowongan itu panjangnya 386
meter. Punya tiga tegangan pantai, 24 pembangkit tenaga dan sebuah ruang
pengendali, yang semuanya berada di ruang mesin pembangkit tenaga listrik.
Dua dinding yang menghadapi air pasang diperkuat dengan tiang-tiang
penyangga di setiap 13,3 meter. Unit-unit pembangkit tenaga listrik, memiliki 24
pasang turbin generator yang kapasitas masing-masingnya 10 mega-watt, tiga
transformator dari 380 mega-volt-amper. Dengan voltase penaik tegangan dari
3500 volt ke 225.000 volt. Tiga panel pengendali yang mengatur masing-masing 8
buah turbin dan kabel-kabel minyak bertegangan tinggi 225.000 volt, yang
menghubungkan transformator-transformator itu dengan sub-stasiun yang berada
di luar daerah pembangkitan.
Perangkat-perangkat turbin berkecepatan normal 94 putaran/menit, dengan
kecepatan tertinggi 380 putaran dalam satu menit. Turbinnya berdiameter 5,43
meter, generatornya berdiameter 4,36 meter dan panjang perangkat itu secara
keseluruhan 13,4 meter.
Turbin generator tersebut terdiri dari empat susun bilah daun yang dapat
disetel sampai siku 420051”. Dengan dorongan motor servo (motor putaran
lambat). Penyaluran pada turbin dapat diatur oleh 24 bilah baling-baling dalam
bentuk bola diperkuat kedudukannya oleh 12 baling-baling serta diperkokoh oleh
empat balok ganjaran.
13
Unit-unit itu akan menghasilkan tenaga sebanyak 537 mw/h dalam
pergerakan air pasang ke arah laut dan sebanyak 71,5 MW/H ketika air pasang
bergerak ke arah kuala. Dari jumlah tenaga sebanyak 608,5 MW/H tersebut,
sebanyak 64,5 MW/H akan digunakan lagi untuk menopang air laut waduk pada
saat permukaan laut dan waduk hampir sejajar.
4. Coffer Dam
Dalam tahap awal dibuat dua bangunan pemagar (penutup) dalam rangka
pembangunan pintu air dan bendungan bergerak atau bagian pintu air. Pemagaran
(penutup) kedua, yang sebenarnya dari dua coffer dam; mulai dari dinding yang
dibangun dari tepi kanan ke tepi pulau. Pemagaran digunakan untuk menangani
pelepasan air, air pasang pada tahap-tahap terakhir dalam pembuatan coffer dam
utama.
Penutupan di tepi kiri (pemagaran pintu air) terdiri dari dinding beton,
yang membuat areal yang tertutup kering hanya pada puncak air surut. Penutupan
sebelah kanan terdiri dari dua coffer dam kecil dengan bagian atasnya sedikit di
atas tingkat permukaan air pasang tertinggi dan berbentuk kotak yang diperkuat
tiang-tiang dan lapisan yang diisi pasir.
Kotakan-kotakan itu terdiri dari lima belas silinder yang besar-besar
berdiameter 19 meter dan tingginya antara 15 meter dan 20 meter, dihubungkan
dengan lengkungan-lengkungan tiang. Tetap ini bukanlah coffer dam yang utama.
Dua coffer dam dibangun di sebelah utara dan sebelah selatan. Coffer dan di
sebelah utara panjangnya 600 meter, tinggi atau yang bagian atasnya sedikit di
atas tingkat permukaan air pasang tertinggi (14 meter), memisahkan laut dengan
kuala (Rance).
Coffer dam ini juga dibuat dengan cara yang sama dengan dua pemagaran
yang lebih dulu. Daerah tengah, yang panjangnya 360 meter yang terdiri dari 19
caisson. Caisson adalah alat yang digunakan untuk turun ke dalam air, bentuknya
seperti peti kotak terbalik.
14
C. Komponen Pembangkit Tenaga Lsitrik Energi Air Pasang Surut
Tujuh komponen utama sebuah Pusat Pembangkit Tenaga Listrik Energi
Air Pasang Surut adalah:
1. Bangunan ruangan mesin
2. Tanggul (bendungan) untuk membentuk kolam
3. Pintu-pintu air untuk jalan air dari kolam ke laut atau sebaliknya
4. Turbin yang berputar oleh dorongan air pasang dan air surut.
5. Generator yang menghasilkan listrik 3.500 volt.
6. Panel penghubung.
7. Transformator step up dari 3.500 volt ke 150.000 volt.
D. Kerjasama Sistem Kolam Ganda
Bagan ini ditandai oleh dua kolam dengan tinggi yang berbeda dan
dihubungkan melalui turbin. Pintu air pada kolam yang tinggi tingkat airnya dan
pada kolam yang rendah tingkat airnya, menghubungkan kolam-kolam itu dengan
laut. Yang pertama disebut pintu air jalan masuk dan yang kedua pintu air jalan
keluar.
Pengoperasian ini dilakukan dengan pintu air jalan masuk yang ditutup.
Kolam atas yang sudah penuh sebelumnya segera memindahkan airnya melalui
turbin-turbin ke kolam bawah. Tingkat permukaan air kolam atas turun,
sedangkan tingkat permukaan kolam bawah meningkat.
Pada saat permukaan air kolam atas mendekati ketinggian permukaan
kolam bawah, pintu air keluar pada kolam bawah segera dibuka, sehingga tingkat
15
permukaan kolam bawah mencapai tingkat paling rendah. Kemudian pintu jalan
keluar ditutup dan waktunya diatur bersamaan dengan datangnya masa naik air
pasang dan bila tinggi air pasang dari laut sudah menyamai tinggi permukaan air
kolam atas. Maka pintu jalan air masuk pada kolam atas dibuka sehingga tinggi
permukan kolam atas mencapai titik tertinggi dan saat itu pintu air jalan masuk
ditutup. Setelah itu daur kedua yang sama pun dimulai. Dengan sistem ini masa
putar (operasi) pembangkitan dapat diatur lebih lama.
Syarat-syarat untuk memilih lokasi pembuatan pembangkit energi listrik
pasang surut ini adalah:
1. Tinggi air pasang pada lokasi harus memadai sepanjang tahun.
2.
Kuala atau estu arium harus mempunyai geomorfologi yang dengan
tanggul yang relatif pendek dapat dikembangkan sebagai kolam
penampung air.
3. Lokasi yang diusulkan tersebut tidak mempunyai endapan yang luar biasa
jika membawa endapan lumpur ke dalam laut diperlukan usaha untuk
mengangkat endapan ke atas suatu kolam penampungan.
4. Lokasi yang dipilih harus bebas dari serangan ombak besar.
5.
Lokasi yang dipilih harus sedemikian rupa sehingga tidak timbul masalah
akibat pembendungan kuala, seperti perubahan pola air pasang surut.
E. Kesulitan Pada Pembangkitan Tenaga Air Pasang
Dari sejarah perkembangannya di atas terlihat bahwa manusia sudah agak
terlambat dalam mempergunakan tenaga air pasang surut. Ada sejumlah alasan
yang meyebabkan pembangkit tenaga listrik dengan penggerak tenaga air pasang
surut. Pembangkit jenis ini tertinggal pengembangannya dibandingkan dengan
jenis pembangkitan tenaga listrik energi lain. Beberapa alasannya itu adalah
sebagai berikut:
16
a. Karena pembangkit listrik energi air pasang surut bergantung pada
ketinggian yang berbeda dari permukaan laut dan kolam penampung.
Pola pengaturan ketinggian air dilakukan dengan perluasan kolam atau
jumlah kolam dan sistem putaran ganda (putaran dua arah) yang dapat
berfungsi pada saat pasang naik dan pasang surut.
b. Perbedaan tinggi air pasang terbatas hanya beberapa meter, bila balingbaling turbin atau pipa turbin secara teknologi perkembangannya
kurang baik terpaksa menggunakan cara konvensional yaitu turbin tipe
Koplan sebagai alternatifnya. Hal ini tidak cocok lagi mengingat
perkembangan teknologi yang dapat membolak-balikkan putaran turbin
dan generator.
c. Jarak air pasang ialah perubahan ketinggian permukaan ari sehingga
turbin harus bekerja pada variasi jarak yang cukup besar dari ketinggian
tekanan air. Hal ini akan mempengaruhi efisiensi stasiun pembangkit.
d. Lamanya perputaran tenaga listrik dalam sebuah pusat pembangkit
listrik dengan energi air pasang surut. Setiap hari merupakan alasan
yang tepat untuk menentukan dasar tipe pembangkitan, tetapi waktu
terjadinya peristiwa tidak boleh berubah. Setiap hari terjadi
keterlambatan hampir mendekati satu jam. Jadi jika tenaga listrik
generator pada suatu hari bekerja dari pukul 10.00 siang sampai jam
3.00 sore hari berikutnya ia akan beroperasi dari jam 11 siang sampai
jam 4 sore dan begitu seterusnya.
Adanya perubahan ini mengakibatkan kesukaran dalam rencana
persiapan operasi setiap harinya dalam sentral pembangkitan listrik.
Dengan bantuan program komputer halangan ini baru dapat diatasi.
e. Air laut merupakan cairan yang mudah mengakibatkan pembangkit
tenaga listrik akan berkarat.
17
f. Diperlukan teknologi khusus untuk membangun konstruksi di dalam
laut.
g.
Pembangunan pembangkit tenaga listrik energi pasang surut ini
dikhawatirkan mengganggu manfaat alami teluk yang berfungsi juga
sebagai daerah perikanan dan pelayaran.
F. Kelebihan Dan Kekurangan PLTPs
-
Kelebihan
• Setelah dibangun, energi pasang surut dapat diperoleh secara gratis.
• Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.
• Tidak membutuhkan bahan bakar.
• Biaya operasi rendah.
• Produksi listrik stabil.
• Pasang surut air laut dapat diprediksi.
• Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan tidak
menimbulkan dampak lingkungan yang besar.
-
Kekurangan
• 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.
• Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya,
ketika ombak bergerak masuk ataupun keluar.
18
Kesimpulan
Dari pembahasan bahwa sistem pembangkitan energi pasang surut turbin
yang digunakan adalah turbin air yang arah putarannya dalam dua arah. Disini
kenapa dua arah? Karena air mengalir melalui turbin dari waduk ke laut dan dari
laut ke waduk.
Pemanfaatan energi pasang surut ini untuk memeroleh debit air yang
banyak dalam waduk sangat tergantung dari pada tinggi air pasang permukaan
laut yang dipengaruhi oleh fase bulan dan keberadaan laut dengan garis ekuator
bumi. Semakin jauh laut dari garis ekuator bumi maka air laut pasang akan
semakin tinggi begitu juga sebaliknya semakin dekat laut dari garis ekuator bumi
maka air laut pasang akan semakin rendah.
19