PEMBANGKIT LISTRIK Tenaga Air (PLTA)

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

Pembangkit listrik tenaga air (Hydro Power Plant) atau dikenal dengan singkatan PLTA, adalah suatu sistem pembangkitan tenaga listrik dengan memanfaatkan energi gerak yang dimiliki oleh air.Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun, secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak. Hidroelektrisitas adalah sumber energi terbarukan.

   Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan salah satu pembangkit listrik yang menggunakan energi terbarukan berupa air. Salah satu keunggulan dari pembangkit ini adalah responnya yang cepat sehingga sangat sesuai untuk kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan. Selain kapasitas daya keluarannya yang paling besar diantara energi terbarukan lainnya, pembangkit listrik tenaga air ini juga telah ada sejak dahulu kala. Berikut ini merupakan penjelasan singkat mengenai pembangkit listrik tenaga air serta keberadaan potensi energi air yang masih belum digunakan.

Pemanfaatan energi air telah dilakukan selama berabad abad lamanya. Diantaranya adalah teknologi penggilingan gandum yang dilakukan oleh bangsa Yunani kuno sekitar lebih dari 2000 tahun yang lampau. Bangsa Yunani Kuno menggunakan  kincir air (water wheel) yang digerakkan oleh aliran air yang kemudian ditransmisikan kemesin penggiling gandum.

Pemanfaatan energi air untuk membangkitkan listrik dilakukan pertama kali di Amerika. Pembangkit listrik tenaga air pertama didunia tersebut dibangun di Air terjun Niagara pada tahun 1879. Teknologi pembangkitan ini dikembangkan hingga akhirnya pada awal 1940-an PLTA menyumbangkan 33% pembangkitan listrik di Amerika.

   Sistem tenaga air mengubah energi dari air yang mengalir menjadi energi mekanik dan kemudian biasanya menjadi energi listrik. Air mengalir melalui kanal (penstock) melewati kincir air atau turbin dimana air akan menabrak sudu-sudu yang menyebabkan kincir air ataupun turbin berputar. Ketika digunakan untuk membangkitkan energi listrik, perputaran turbin menyebabkan perputaran poros rotor pada generator. Energi yang dibangkitkan dapat digunakan secara langsung, disimpan dalam baterai ataupun digunakan untuk memperbaiki kualitas listrik pada jaringan.

   Jumlah daya listrik yang dapat dibangkitkan pada suatu pusat pembangkit listrik tenaga air tergantung pada ketinggian (h) dimana air jatuh dan laju aliran airnya. Ketinggian (h) menentukan besarnya energi potensial (EP) pada pusat pembangkit (EP = m x g x h). Laju aliran air adalah volume dari air (m3) yang melalui penampang kanal air per detiknya (qm3/s). Daya teoritis kasar (P kW) yang tersedia dapat ditulis sebagai:

P = 9,81qh

   Daya yang tersedia ini kemudian akan diubah menggunakan turbin air menjadi daya mekanik. Karena turbin dan peralatan elektro-mekanis lainnya memiliki efisiensi yang lebih rendah dari 100% (biasanya 90% hingga 95%), daya listrik yang dibangkitkan akan lebih kecil dari energi kasar yang tersedia. Gambar 1 menunjukkan pusat pembangkit listrik tenaga air pada umumnya.

               Gambar 1.2. Sketsa Umum Pembangkitan Listrik Tenaga Air.

   Laju q dimana air jatuh dari ketinggian efektif h tergantung dari besarnya luas penampang kanal. Jika luas penampang kanal terlalu kecil, daya keluaran akan lebih kecil dari daya optimal karena laju air q dapat lebih besar. Di lain pihak, ukuran kanal tidak dapat dibuat besar secara sembarangan karena laju air q yang melalui kanal tergantung dari laju pengisian air pada reservoir air di belakang bendungan.

   Volume air pada reservoir dan ketinggian h yang bersangkutan, tergantung dari laju air yang masuk ke dalam reservoir. Selama musim kering, ketinggian air pada reservoir dapat berkurang karena jumlah air dalam reservoir lebih sedikit. Selama musim hujan, ketinggiannya dapat naik kembali karena air yang masuk dari berbagai aliran air yang mengisi bendungan. Fasilitas pembangkit listrik tenaga air harus di desain untuk menyeimbangkan aliran air yang digunakan untuk membangkitkan energi listrik dan jumlah air yang mengisi reservoir melalui sumber alami seperti curahan hujan, salju, dan aliran air lainnya.

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

29 AGUSTUS 2015 / FRANSDANIELSINAGA

Deskripsi PLTD (Pembangkit Listrik Tenaga Diesel)

Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) ialah Pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel yang berbahan bakar High Speed Diesel Oil (HSDO) sebagai penggerak mula (prime mover). Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator.

Proses pembakaran pada mesin diesel tidak menghasilkan pembakaran yang sempurna. Effisiensi PLTD sangat dipengaruhi oleh pemakaian bahan bakar, hal ini disebabkan biaya yang terbesar dalam pengoperasian PLTD adalah biaya bahan bakar (±70% dari keseluruhan biaya operasional). Hal inilah yang menyebabkan efisiensi pembangkit jenis ini rendah, lebih kecil dari 50 %.

Pemilihan Lokasi PLTD

Dalam pembuatan PLTD, terdapat faktor-faktor yang perlu diperhatikan pada saat pemilihan lokasi PLTD, diantaranya sebagai berikut :

• Jarak dari beban dekat
• Pesediaan areal tanah dan air
• Pondasi
• Pengangkutan bahan bakar
• Kebisingan dan kesulitan lingkungan

Kegunaan Utama PLTD

Kegunaan utama PLTD adalah penyedia daya listrik yang dapat berfungsi untuk :

• Pusat pembangkit
• Cadangan (Stand by plant)
• Beban puncak
• Cadangan untuk keadaan darurat. (emergencY)

Sistem Pada PLTD

Sistem Pada Bahan Bakar

Termasuk tangki bahan bakar, pompa pemindah bahan bakar, saringan alat pemanas dan sambungan pipa kerja. Pompa pemindah bahan bakar membutuhkan pemindahan bahan bakar dari ujung perantara ke tangki penyimpan dan dari tangki penyimpan ke mesin. Saringan membutuhkan jaminan kebersihan bahan bakar. Alat pemanas untuk minyak diperlukan untuk lokasi yang mempunyai temperature yang dingin yang menganggu aliran fluida.

Sistem Udara Masuk

Termasuk saringan udara, saluran pompa kompresor (bagian integral dari mesin). Kegunaan saringan udara adalah untuk membersihkan debu dari udara yang disuplai ke mesin, juga semua ini dapat menimbulkan kenaikan daya luaran.

Sistem Pembuangan Gas

Termasuk peredam dan penyambungan saluran. Temperature pembuangan gas panasnya cukup tinggi, gas ini merupakan pemanas minyak atau persediaan udara pada mesin. Peredam mengurangi kegaduhan suara.

Sistem Pendinginan

Termasuk pompa-pompa pendingin, menara pendingin, perawatan air atau mesin penyaring dan sambungan pipa kerja. Kegunaan system pendinginan adalah untuk meningkatkan panas dari mesin silinder yang menyimpan temperature sislinder dalam tempat yang aman. Pompa mengedarkan air melewati silinder dan kepala selubung mengangkut panas. System pendinginan membutuhkan sumber air, sebuah pompa dan tempat untuk pembuangan air panas, penyebaran air oleh mesin pendingin ini seperti dalam alat radiator, pendingin uap, menara pendingin, penyemprot dan sebagainya.

Sistem Pelumasan

Termasuk pompa minyak pelumas, tangki minyak, penyaring, pendingin, alat pembersih dan sambungan pipa kerja. Fungsi system pelumasan yaitu untuk mengurangi pergeseran dari bagian yang bergerak dan mengurangi pemakaian dan sobekan bagian-bagian mesin.

Sistem Pendinginan

Termasuk aki, tangki hampa udara, starter sendiri dan sebagainya. Fungsi system penggerak mula adalah menjalankan mesin. System ini memungkinkan mesin pada awalnya berputar dan berjalan sampai terjadi pembakaran dan unit meninggalkannya untuk memperoleh daya.

Kelas SPD

PLN membakukan kapasitas SPD (Satuan Pembangkit Diesel) sebagai berikut :

– Kelas 1 :                  SPD berkapasitas 50    Kw    PLTD bakal

– Kelas 2 :                  SPD berkapasitas 100   Kw

– Kelas 3 :                  SPD berkapasitas 250   Kw                PLTD kecil

– Kelas 4 :                  SPD berkapasitas 500   Kw

– Kelas 5 :                  SPD berkapasitas 750   Kw

– Kelas 6 :                  SPD berkapasitas 1000 Kw

– Kelas 7 :                  SPD berkapasitas 2500 Kw

– Kelas 8 :                  SPD berkapasitas 4000 Kw              PLTD sedang

– Kelas 9 :                  SPD berkapasitas 6000 Kw

– Kelas 10 :                SPD berkapasitas 8000 Kw

– Kelas 11 :                SPD berkapasitas 12000 Kw              PLTD besar

Kelebihan PLTD

• Penggunaan bahan bakar menentukan tingkat efisiensi pembakaran dan prosesnya.lokasi bisa dimana saja (pantai sampai pegunungan) dengan kapasitas bisa disesuaikan, malahan di desa terpencil dengan pengguna sedikit,
• Respon beban cepat sehingga bagus buat beban puncak (18.00-22.00), start up cepat
• Effisiensi tinggi
• Investasi murah, cepat konstruksinya, cocok untuk daerah2 yang tidak ada air
• Plan lay out sederhana.
• Sistem bahan bakar sederhana.
• Bisa ditempatkan dekat dengan pusat beban.
• Bisa distart dengan mudah dan cepat dan dibebani dalam waktu singkat.
• Tidak ada stand-by losses.
• Tidak memerlukan air pendingin yang banyak.
• Dimensi PLTD lebih kecil dibanding PLTU untuk kapasitas yang sama.
• Cara pengoprasian mudah dan memerlukan operator yang sedikit.
• Effisiensi termal PLTD lebih besar dibanding PLTU untuk kapasitas yang sama.
• menggunakan sumber daya alam terbatas/tak terbaharukan/fosil

Kekurangan PLTD

• Tidak ramah lingkungan,kapasitas bisa hanya sampai puluhan MW
• Tidak cocok jg untuk base load (beban dasar/harian)
• Harga solar mahal ( solar sebagai bahan bakar utama PLTD ).
• Biaya pelumas tinggi.
• Tidak bisa dibebani overload pada waktu yang panjang.
• Kapasitas PLTD kecil.

Prinsip Kerja PLTD

Bahan bakar di dalam tangki penyimpanan bahan bakar dipompakan ke dalam tanki penyimpanan sementara namun sebelumnya disaring terlebih dahulu. Kemudian disimpan di dalam tangki penyimpanan sementara (daily tank). Jika bahan bakar adalah bahan bakar minyak (BBM) maka bahan bakar dari daily tank dipompakan ke Pengabut (nozzel), di sini bahan bakar dinaikan temperaturnya hingga manjadi kabut. Sedangkan jika bahan bakar adalah bahan bakar gas (BBG) maka dari daily tank dipompakan ke convertion kit (pengatur tekanan gas) untuk diatur tekanannya.

Menggunakan kompresor udara bersih dimasukan ke dalam tangki udara start melalui saluran masuk (intake manifold) kemudian dialirkan ke turbocharger. Di dalam turbocharger tekanan dan temperatur udara dinaikan terlebih dahulu. Udara yang dialirkan pada umumnya sebesar 500 psi dengan suhu mencapai ±600°C.

Udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi dimasukan ke dalam ruang bakar (combustion chamber).

Bahan bakar dari convertion kit (untuk BBG) atau nozzel (untuk BBM) kemudian diinjeksikan ke dalam ruang bakar (combustion chamber).

Di dalam mesin diesel terjadi penyalaan sendiri, karena proses kerjanya berdasarkan udara murni yang dimanfaatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (35 – 50 atm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis yang menimbulkan ledakan bahan bakar.

Ledakan pada ruang bakar tersebut menggerak torak/piston yang kemudian pada poros engkol dirubah menjadi energi mekanis. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.

Poros engkol mesin diesel digunakan untuk menggerakan poros rotor generator. Oleh generator energi mekanis ini dirubah menjadi energi listrik sehingga terjadi gaya geral listrik (ggl).

Ggl terbentuk berdasarkan hukum faraday. Hukum faraday menyatakan bahwa jika suatu penghantar berada dalam suatu medan magnet yang berubah-ubah dan penghantar tersebut memotong gais-garis magnet yang dihasilkan maka pada penghantar tersebut akan diinduksikan gaya gerak listrik.

Tegangan yang dihasilkan generator dinaikan tegangannya menggunakan trafo step up agar energi listrik yang dihasilkan sampai ke beban. Prinsip kerja trafo berdasarkan hukum ampere dan hukum faraday yaitu arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu sisi kumparan pada trafo dialiri arus bolak-balik maka timbul garis gaya magnet berubah-ubah pada kumparan terjadi induksi. Kumparan sekunder satu inti dengan kumparan primer akan menerima garis gaya magnet dari primer yang besarnya berubah-ubah pula, maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung kumparan terdapat beda tegangan.

Menggunakan saluran transmisi energi listrik dihasilkan/dikirim ke beban. Di sisi beban tegangan listrik diturunkan kembali menggunakan trafo step down (jumlah lilitan sisi primer lebih banyak dari jumlah lilitan sisi sekunder).

PLTU (pembangkit listrik tenaga uap)

Seperti kita ketahui bahwa PLTU batu bara merupakan jenis pembangkit terbesar yang dikembangkan oleh pemerintah Indonesia (PLN) untuk mengatasi kekurangan pasokan listrik dan untuk mengurangi ketergantungan BBM pada PLTD (Diesel). Ini tercermin pada program percepatan listrik nasional tahap pertama dan kedua, walaupun porsinya dikurangi di tahap kedua.
Untuk itu, saya ingin menulis secara singkat sistem kerja PLTU batubara yang saya ketahui dan berdasar pada referensi.

Prinsip Kerja PLTU Batubara 

Secara umum prinsip kerja PLTU batubara dapat dilihat pada gambar di bawah, silahkan klik gambar untuk memperjelas atau memperbesarnya.

Keterangan gambar :

1. Cooling tower
2. Cooling water pump
3. Transimission line 3 phase 
4. Transformer 3-phase
5. Generator Listrik 3-phase
6. Low pressure turbine
7. Boiler feed pump
8. Condenser
9. Intermediate pressure turbine
10. Steam governor valve
11. High pressure turbine
12. Deaerator
13. Feed heater
14. Conveyor batubara
15. Penampung batubara
16. Pemecah batubara
17. Tabung Boiler
18. Penampung abu batubara
19. Pemanas
20. Forced draught fan
21. Preheater
22. combustion air intake
23. Economizer
24. Air preheater
25. Precipitator
26. Induced air fan
27. Cerobong

Prinsip kerja PLTU batubara secara singkat adalah sebagai berikut :

1. Batubara dari luar dialirkan ke penampung batubara dengan conveyor (14) kemudian dihancurkan dengan the pulverized fuel mill (16) sehingga menjadi tepung batubara.

2. Kemudian batubara halus tersebut dicampur dengan udara panas (24) oleh forced draught fan (20) sehingga menjadi campuran udara panas dan bahan bakar (batu bara).

3. Dengan tekanan yang tinggi, campuran udara panas dan batu bara disemprotkan kedalam Boiler sehingga akan terbakar dengan cepat seperti semburan api.

4. Kemudian air dialirkan keatas melalui pipa yang ada dinding Boiler, air tersebut akan dimasak dan menjadi uap, dan uap tersebut dialirkan ke tabung boiler (17) untuk memisahkan uap dari air yang terbawa.

5. Selanjutnya uap dialirkan ke superheater(19) untuk melipatgandakan suhu dan tekanan uap hingga mencapai suhu 570°C dan tekanan sekitar 200 bar yang meyebabkan pipa ikut berpijar merah.

6. Uap dengan tekanan dan suhu yang tinggi inilah yang menjadi sumber tenaga turbin tekanan tinggi (11) yang merupakan turbin tingkat pertama dari 3 tingkatan.

7. Untuk mengatur turbin agar mencapai set point, kita dapat menyeting steam governor valve (10) secara manual maupun otomatis.

8. Suhu dan tekanan uap yang keluar dari Turbin tekanan tinggi (11) akan sangat berkurang drastis, untuk itu uap ini dialirkan kembali ke boiler re-heater (21) untuk meningkatkan suhu dan tekanannya kembali.

9. Uap yang sudah dipanaskan kembali tersebut digunakan sebagai penggerak turbin tingkat kedua atau disebut turbin tekanan sedang (9), dan keluarannya langsung digunakan untuk menggerakkan turbin tingkat 3 atau turbin tekanan rendah (6).

10. Uap keluaran dari turbin tingkat 3 mempunyai suhu sedikit diatas titik didih, sehingga perlu di alirkan ke condensor (8) agar menjadi air untuk dimasak ulang.

11. Air tersebut kemudian dialirkan melalui deaerator (12) oleh feed pump (7) untuk dimasak ulang. awalnya dipanaskan di feed heater (13) yang panasnya bersumber dari high pressure set, kemudian ke economiser (23) sebelum di kembalikan ke tabung boiler(17).

12. Sedangkan Air pendingin dari condensor akan di semprotkan kedalam cooling tower (1) , dan inilah yang meyebabkan timbulnya asap air pada cooling tower. kemudian air yang sudah agak dingin dipompa balik ke condensor sebagai air pendingin ulang.

13. Ketiga turbin di gabung dengan shaft yang sama dengan generator 3 phase (5), Generator ini kemudian membangkitkan listrik tegangan menengah ( 20-25 kV).

14. Dengan menggunakan transformer 3 phase (4) , tegangan dinaikkan menjadi tegangan tinggi berkisar 250-500 kV yang kemudian dialirkan ke sistem transmisi 3 phase.

15. Sedangkan gas buang dari boiler di isap oleh kipas pengisap(26) agar melewati electrostatic precipitator (25) untuk mengurangi polusi dan kemudian gas yg sudah disaring akan dibuang melalui cerobong (27)

Begitulah cerita singkat prinsip kerja PLTU batubara.