Energy, Tidal Power and Wave Power at http:www.rise.org.auinfo
Week 6
Topic Guide
Topics 8: Listrik Tenaga Air, Pasang Surut, & Gelombang
Pendahuluan
Topik ini adalah bagian pertama dalam serangkaian kuliah yang mencakup beberapa sumber energi
terbarukan. Topik ini melihat air sebagai sumber energi - di sungai mengalir, dalam arus pasang surut dan
gelombang laut.
Penggunaan air yang mengalir sebagai sumber energi dimulai sejak zaman kuno. Hari ini, prinsip-prinsip
yang sama masih digunakan meskipun teknologi telah berubah secara dramatis. Dasar-dasar pembangkit
listrik dari pembangkit listrik tenaga air dan berbagai jenis turbin akan dibahas. Prinsip penyimpanan
dipompa untuk penyimpanan energi off-peak dan manfaatnya akan dibahas.
Aliran alam lainnya - energi pasang surut - juga telah digunakan selama berabad-abad dan memiliki
potensi besar. Skema listrik tenaga pasang surut konvensional memiliki banyak kesamaan dengan hydro
power dan sejumlah perbedaan. Sejumlah pengembangan teknologi energi pasang surut akan dibahas.
Pemanfaatan energi gelombang laut juga akan dibahas. Sejarah singkat tenaga ombak akan disajikan serta
wawasan kemajuan teknologi terbaru dalam perangkat konversi energi gelombang.
Sebuah diskusi mengenai dampak lingkungan dan prospek masa depan dari semua sumber energi
disertakan.
Tujuan Belajar
Di akhir topik in anda diharapkan mampu:
Membahas prinsip-prinsip ilmiah yang mendasari pembangkit listrik tenaga air dan menghitung daya
yang tersedia untuk skema PLTA.
Membandingkan berbagai jenis serta skala yang berbeda dari sistem pembangkit listrik tenaga air.
Menjelaskan asal dan fitur dari sumber daya pasang surut bumi.
Membandingkan berbagai jenis sistem pembangkit listrik pasang surut.
Menjelaskan prinsip dasar dan persyaratan pengoperasian perangkat konversi energi gelombang
Membandingkan berbagai jenis perangkat konversi energi gelombang.
Memberikan diskusi kritis prospek masa depan tenaga air, tenaga pasang surut dan tenaga ombak.
Bacaan Wajib
-
Catatan kuliah topic ini
Bacaan disarankan
•
•
RISE Factsheets on Hydro Energy, Tidal Power and Wave Power at http://www.rise.org.au/info/
Tidal Wave Alternative Energy
http://www.youtube.com/watch?v=tSBACzRE3Gw&feature=related
Tutorial Questions
1. * Jelaskan keuntungan dan kerugian dari eksploitasi tenaga air.
2. Jelaskan sistem operasi tiga jenis sistem pembangkit listrik dari gelombang laut.
3. Jelaskan beberapa persoalan lingkungan dari penggunaan tenaga ombak secara berlebihan.
Konsep Penting
1. Pembangkit listrik tenaga air secara historis dipandang sebagai sumber energi 'bersih'. Tetapi, jika
seluruh proses pembangkit listrik dari awal sampai akhir; mulia dari proses pem-banjir-an awal
hingga pendangkalan diperhitungkan, maka biaya sosial dan lingkungan perlu diamati.
2. Tidak fence (pagar pasang surut) dan turbin pasang surut adalah teknologi listrik pasang surut yang
baru yang menawarkan dampak lingkungan lebih kecil dibandingkan dengan skema barak
konvensional karena mereka tidak memerlukan pem-banjir-an.
3. Desain perangkat konversi energi gelombang membutuhkan dua prinsip umum:
i.
gerakan relatif - hanya bagian dari perangkat tersebut yang digerakkan oleh gelombang
ii.
Penggunaan elemen satu arah untuk mencegah aliran energi balik dari perangkat.
PEC292/PEC592 Topic Notes
Topic 8 Part A - Water Flow - Hydro and Tidal
Listrik Tenaga Air - Produsen
Tables 1 and 2. Produsesn listrik tenaga air
(from International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2004)
PLTA di Indonesia
• PLTA terbesar di Indonesia adalah PLTA Tangga bertipe busur dengan tinggi 82 meter.
• PLTA ini memiliki bendungan untuk menampung aliran air sungai.
• Kapasitasnya 324,4 megawatt.
http://www.alpensteel.com/article/66-105-energi-sungai-plta--waduk--bendungan/4160--plta-dengan-bendungan-terbesar-di-indonesia.html
Listrik Tenaga Air
• Diproduksi dari pergerakan air di sungai dan danau.
• Air dikumpulkan dan disimpan di ketinggian pada bendungan yang mengandung energi potensial.
• Gravitasi menyebabkan air mengalir ke bawah dan ini gerakan ke bawah ini mengandung energi kinetik, yang dapat
dikonversi menjadi energi mekanik, dan kemudian dari energi mekanik menjadi energi listrik di stasiun PLTA.
Skema PLTA
Besarnya listrik yang dapat dibangktkan dari sumber air ditentukan oleh:
Jarak/ketinggian air jatuh
Banyaknya air yang mengalir.
Daya yang tersedia diberikan oleh:
P=d×g×W×H
di mana d = kepadatan air
g = 9.8 m/s²
W = kecepatan alir (debit air) (m³/s)
H = head air, atau jarak antara permukaan atas dan bawah air (m)
o
o
o
•
Diagram skema PLTA.
(© Western Power Corporation).
PLTA - Turbine
• Jenis turbin yang digunakan ditentukan terutama oleh head dan kuantitas air yang tersedia di lokasi tertentu.
• Tiga jenis utama turbin air: roda Pelton, turbin Francis dan Kaplan (atau jenis baling-baling).
Roda Pelton (Impuls)
•
•
Roda Pelton – biasanya digunakan untuk head besar dan debit rendah.
Terdiri dari roda rotor berbentuk cangkir dengan mulut semburan (nozzle) dapat diatur.
Diagram Generator listrik roda Pelton
(© Western Power Corporation)
Turbin Francis Turbine (Reaksi)
•
•
Turbin Francis digunakan di mana terdapat aliran besar dan head tinggi hingga menengah (40m - 500m).
Air memasuki sekitar keliling turbin, diarahkan melalui bilah-bilah dan keluar melalui tabung keluar sentral
Diagram PLTA dengan Turbin Francis
(© Western Power Corporation)
Turbin Kaplan (Tipe baling-baling)
•
•
Turbin tipe baling-baling (Kaplan) dirancang untuk beroperasi pada head kecil (hingga 60m).
Turbin ini menyerupai baling-baling kapal.
Diagram PLTA dengan Turbin Kaplan
(© Western Power Corporation)
Listrik Tenaga Air – Skala Kecil
• Tersedia dalam berbagai ukuran dari beberapa ratus watt hingga lebih dari 10 GW.
• Dapat dibagi menjadi tiga kategori, mikro (kurang dari 100 kW), mini (100 kW hingga 1 MW) dan hidro kecil (1 MW
•
sampai 10 MW).
Sistem micro-hydro beroperasi dengan mengalihkan sebagian dari sungai melalui penstock (atau pipa) dan turbin, yang
menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Air kemudian mengalir kembali ke sungai.
Diagram instalasi micro-hydro head rendah.
Listrik Tenaga Air - Pumped Storage
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Selama periode off-peak, kelebihan pasokan listrik dari batubara atau nuklir digunakan untuk memompa air dari
reservoir bawah ke reservoir yang lebih tinggi.
Air ini dapat digunakan untuk menyediakan listrik tenaga air untuk membantu dalam memenuhi beban puncak.
Ekonomis jika lebih murah untuk dibangun dan dioperasikan dibandingkan turbin gas
Biaya rendah off-peak harus terpenuhi.
Dibutuhkan pasokan air yang cukup dan topografi yang sesuai.
Meskipun bukan produsen listrik netto (membutuhkan lebih banyak listrik untuk memompa air ke atas daripada yang
dihasilkan) mereka adalah tambahan yang berharga untuk sistem pasokan listrik.
Hal menariknya mereka menyimpan listrik untuk penggunaan di lain waktu ketika beban puncak yang terjadi.
Hanya layak untuk aplikasi skala besar.
Akan semakin bermanfaat jika sumber listrik intermiten seperti matahari atau angin dihubungkan ke dalam sistem.
Terdapat lebih 90 GW pumped storage yang beroperasi di seluruh dunia, sekitar 3 % dari kapasitas pembangkitan
global.
Diagram instalasi PLTA pumped storage
(from United States Energy Atlas – Macmillan Publishing Company)
Keuntungan Lingkungan:
• Tidak menghasilka CO2
• Kecil pengaruhnya pada atmosphere (peningkatan penguapan air secara lokal)
• Tidak ada polusi kimia
• Tidak ada polusi air
• Polusi udara dapat diabaikan
• Kecil kemungkinan meledak/runtuh
Kerugian Lingkungan:
• Efek ekologis
o Kawasan hulu yang luas digenangi
o Pengurangan aliran air
o Perubahan total setting ekologis
o Pengendapan lumpur (pengurangan kapasitas dam di hulu)
• Efek hidrologis
o Aliran air, air tanah, suplai air, irigasi, etc
• Efek sosial
o Pemindahan orang (kasus PLTA Koto Panjang)
o Kehilangan lingkungan rekreasi
o Penciptaan lingkungan rekreasi baru.
Topic 8 Part B – Pasang Surut
Energi Pasang Surut
• Sistem energi pasang-surut menggunakan aliran air laut dua kali sehari masuk dan keluar pantai.
• Digunakan sejak abad 11 di Inggris dan Perancis untuk menggiling sereal dan jagung
• Sistem pasang-surut di bawah London Bridge digunakan untuk memompa air untuk keperluan kota London hingga
•
1824
Air pasang disebabkan efek bebrapa gaya pada massa laut. Gaya-gaya yang terlibat adalah:
o gaya gravitasi Bulan
o gaya gravitasi Matahari
o perputaran Bumi
Efek gravitasi Matahari dan Bulan pada pasang air laut
(dari Boyle, 1996).
•
Sifat-sifat penting air pasang:
o Ketinggian air pasang bervariasi menurut perubahan posisi relatif Matahari dan Bulan.
o Dua kali pasang per hari (periode adalah setiap 12 jam 25 menit)
o Besarnya air pasang pada setiap lokasi tergantung dari bentuk garis pantai (missal: air pasang dapat diperkuat
secara alamiah karena efek kanal dan efek resonansi)
Ketinggian Pasang Global (dari Davies 1964)
© Western Power
•
•
Saat ini beberapa barak pasang-surut skala komersial
beroperasi:
o pembangkit listrik di La Rance, Perancis (240
MW)
o pembangkit listrik di Annapolis Royal,
Canada (20 MW)
o pembangkit listrik di Kislaya Bay, Russia
(
Topic Guide
Topics 8: Listrik Tenaga Air, Pasang Surut, & Gelombang
Pendahuluan
Topik ini adalah bagian pertama dalam serangkaian kuliah yang mencakup beberapa sumber energi
terbarukan. Topik ini melihat air sebagai sumber energi - di sungai mengalir, dalam arus pasang surut dan
gelombang laut.
Penggunaan air yang mengalir sebagai sumber energi dimulai sejak zaman kuno. Hari ini, prinsip-prinsip
yang sama masih digunakan meskipun teknologi telah berubah secara dramatis. Dasar-dasar pembangkit
listrik dari pembangkit listrik tenaga air dan berbagai jenis turbin akan dibahas. Prinsip penyimpanan
dipompa untuk penyimpanan energi off-peak dan manfaatnya akan dibahas.
Aliran alam lainnya - energi pasang surut - juga telah digunakan selama berabad-abad dan memiliki
potensi besar. Skema listrik tenaga pasang surut konvensional memiliki banyak kesamaan dengan hydro
power dan sejumlah perbedaan. Sejumlah pengembangan teknologi energi pasang surut akan dibahas.
Pemanfaatan energi gelombang laut juga akan dibahas. Sejarah singkat tenaga ombak akan disajikan serta
wawasan kemajuan teknologi terbaru dalam perangkat konversi energi gelombang.
Sebuah diskusi mengenai dampak lingkungan dan prospek masa depan dari semua sumber energi
disertakan.
Tujuan Belajar
Di akhir topik in anda diharapkan mampu:
Membahas prinsip-prinsip ilmiah yang mendasari pembangkit listrik tenaga air dan menghitung daya
yang tersedia untuk skema PLTA.
Membandingkan berbagai jenis serta skala yang berbeda dari sistem pembangkit listrik tenaga air.
Menjelaskan asal dan fitur dari sumber daya pasang surut bumi.
Membandingkan berbagai jenis sistem pembangkit listrik pasang surut.
Menjelaskan prinsip dasar dan persyaratan pengoperasian perangkat konversi energi gelombang
Membandingkan berbagai jenis perangkat konversi energi gelombang.
Memberikan diskusi kritis prospek masa depan tenaga air, tenaga pasang surut dan tenaga ombak.
Bacaan Wajib
-
Catatan kuliah topic ini
Bacaan disarankan
•
•
RISE Factsheets on Hydro Energy, Tidal Power and Wave Power at http://www.rise.org.au/info/
Tidal Wave Alternative Energy
http://www.youtube.com/watch?v=tSBACzRE3Gw&feature=related
Tutorial Questions
1. * Jelaskan keuntungan dan kerugian dari eksploitasi tenaga air.
2. Jelaskan sistem operasi tiga jenis sistem pembangkit listrik dari gelombang laut.
3. Jelaskan beberapa persoalan lingkungan dari penggunaan tenaga ombak secara berlebihan.
Konsep Penting
1. Pembangkit listrik tenaga air secara historis dipandang sebagai sumber energi 'bersih'. Tetapi, jika
seluruh proses pembangkit listrik dari awal sampai akhir; mulia dari proses pem-banjir-an awal
hingga pendangkalan diperhitungkan, maka biaya sosial dan lingkungan perlu diamati.
2. Tidak fence (pagar pasang surut) dan turbin pasang surut adalah teknologi listrik pasang surut yang
baru yang menawarkan dampak lingkungan lebih kecil dibandingkan dengan skema barak
konvensional karena mereka tidak memerlukan pem-banjir-an.
3. Desain perangkat konversi energi gelombang membutuhkan dua prinsip umum:
i.
gerakan relatif - hanya bagian dari perangkat tersebut yang digerakkan oleh gelombang
ii.
Penggunaan elemen satu arah untuk mencegah aliran energi balik dari perangkat.
PEC292/PEC592 Topic Notes
Topic 8 Part A - Water Flow - Hydro and Tidal
Listrik Tenaga Air - Produsen
Tables 1 and 2. Produsesn listrik tenaga air
(from International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2004)
PLTA di Indonesia
• PLTA terbesar di Indonesia adalah PLTA Tangga bertipe busur dengan tinggi 82 meter.
• PLTA ini memiliki bendungan untuk menampung aliran air sungai.
• Kapasitasnya 324,4 megawatt.
http://www.alpensteel.com/article/66-105-energi-sungai-plta--waduk--bendungan/4160--plta-dengan-bendungan-terbesar-di-indonesia.html
Listrik Tenaga Air
• Diproduksi dari pergerakan air di sungai dan danau.
• Air dikumpulkan dan disimpan di ketinggian pada bendungan yang mengandung energi potensial.
• Gravitasi menyebabkan air mengalir ke bawah dan ini gerakan ke bawah ini mengandung energi kinetik, yang dapat
dikonversi menjadi energi mekanik, dan kemudian dari energi mekanik menjadi energi listrik di stasiun PLTA.
Skema PLTA
Besarnya listrik yang dapat dibangktkan dari sumber air ditentukan oleh:
Jarak/ketinggian air jatuh
Banyaknya air yang mengalir.
Daya yang tersedia diberikan oleh:
P=d×g×W×H
di mana d = kepadatan air
g = 9.8 m/s²
W = kecepatan alir (debit air) (m³/s)
H = head air, atau jarak antara permukaan atas dan bawah air (m)
o
o
o
•
Diagram skema PLTA.
(© Western Power Corporation).
PLTA - Turbine
• Jenis turbin yang digunakan ditentukan terutama oleh head dan kuantitas air yang tersedia di lokasi tertentu.
• Tiga jenis utama turbin air: roda Pelton, turbin Francis dan Kaplan (atau jenis baling-baling).
Roda Pelton (Impuls)
•
•
Roda Pelton – biasanya digunakan untuk head besar dan debit rendah.
Terdiri dari roda rotor berbentuk cangkir dengan mulut semburan (nozzle) dapat diatur.
Diagram Generator listrik roda Pelton
(© Western Power Corporation)
Turbin Francis Turbine (Reaksi)
•
•
Turbin Francis digunakan di mana terdapat aliran besar dan head tinggi hingga menengah (40m - 500m).
Air memasuki sekitar keliling turbin, diarahkan melalui bilah-bilah dan keluar melalui tabung keluar sentral
Diagram PLTA dengan Turbin Francis
(© Western Power Corporation)
Turbin Kaplan (Tipe baling-baling)
•
•
Turbin tipe baling-baling (Kaplan) dirancang untuk beroperasi pada head kecil (hingga 60m).
Turbin ini menyerupai baling-baling kapal.
Diagram PLTA dengan Turbin Kaplan
(© Western Power Corporation)
Listrik Tenaga Air – Skala Kecil
• Tersedia dalam berbagai ukuran dari beberapa ratus watt hingga lebih dari 10 GW.
• Dapat dibagi menjadi tiga kategori, mikro (kurang dari 100 kW), mini (100 kW hingga 1 MW) dan hidro kecil (1 MW
•
sampai 10 MW).
Sistem micro-hydro beroperasi dengan mengalihkan sebagian dari sungai melalui penstock (atau pipa) dan turbin, yang
menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Air kemudian mengalir kembali ke sungai.
Diagram instalasi micro-hydro head rendah.
Listrik Tenaga Air - Pumped Storage
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Selama periode off-peak, kelebihan pasokan listrik dari batubara atau nuklir digunakan untuk memompa air dari
reservoir bawah ke reservoir yang lebih tinggi.
Air ini dapat digunakan untuk menyediakan listrik tenaga air untuk membantu dalam memenuhi beban puncak.
Ekonomis jika lebih murah untuk dibangun dan dioperasikan dibandingkan turbin gas
Biaya rendah off-peak harus terpenuhi.
Dibutuhkan pasokan air yang cukup dan topografi yang sesuai.
Meskipun bukan produsen listrik netto (membutuhkan lebih banyak listrik untuk memompa air ke atas daripada yang
dihasilkan) mereka adalah tambahan yang berharga untuk sistem pasokan listrik.
Hal menariknya mereka menyimpan listrik untuk penggunaan di lain waktu ketika beban puncak yang terjadi.
Hanya layak untuk aplikasi skala besar.
Akan semakin bermanfaat jika sumber listrik intermiten seperti matahari atau angin dihubungkan ke dalam sistem.
Terdapat lebih 90 GW pumped storage yang beroperasi di seluruh dunia, sekitar 3 % dari kapasitas pembangkitan
global.
Diagram instalasi PLTA pumped storage
(from United States Energy Atlas – Macmillan Publishing Company)
Keuntungan Lingkungan:
• Tidak menghasilka CO2
• Kecil pengaruhnya pada atmosphere (peningkatan penguapan air secara lokal)
• Tidak ada polusi kimia
• Tidak ada polusi air
• Polusi udara dapat diabaikan
• Kecil kemungkinan meledak/runtuh
Kerugian Lingkungan:
• Efek ekologis
o Kawasan hulu yang luas digenangi
o Pengurangan aliran air
o Perubahan total setting ekologis
o Pengendapan lumpur (pengurangan kapasitas dam di hulu)
• Efek hidrologis
o Aliran air, air tanah, suplai air, irigasi, etc
• Efek sosial
o Pemindahan orang (kasus PLTA Koto Panjang)
o Kehilangan lingkungan rekreasi
o Penciptaan lingkungan rekreasi baru.
Topic 8 Part B – Pasang Surut
Energi Pasang Surut
• Sistem energi pasang-surut menggunakan aliran air laut dua kali sehari masuk dan keluar pantai.
• Digunakan sejak abad 11 di Inggris dan Perancis untuk menggiling sereal dan jagung
• Sistem pasang-surut di bawah London Bridge digunakan untuk memompa air untuk keperluan kota London hingga
•
1824
Air pasang disebabkan efek bebrapa gaya pada massa laut. Gaya-gaya yang terlibat adalah:
o gaya gravitasi Bulan
o gaya gravitasi Matahari
o perputaran Bumi
Efek gravitasi Matahari dan Bulan pada pasang air laut
(dari Boyle, 1996).
•
Sifat-sifat penting air pasang:
o Ketinggian air pasang bervariasi menurut perubahan posisi relatif Matahari dan Bulan.
o Dua kali pasang per hari (periode adalah setiap 12 jam 25 menit)
o Besarnya air pasang pada setiap lokasi tergantung dari bentuk garis pantai (missal: air pasang dapat diperkuat
secara alamiah karena efek kanal dan efek resonansi)
Ketinggian Pasang Global (dari Davies 1964)
© Western Power
•
•
Saat ini beberapa barak pasang-surut skala komersial
beroperasi:
o pembangkit listrik di La Rance, Perancis (240
MW)
o pembangkit listrik di Annapolis Royal,
Canada (20 MW)
o pembangkit listrik di Kislaya Bay, Russia
(