konversi energi listrik

1.  

   KONVERSI ENERGI LISTRIK


    Perbedaan turbun francis, Kaplan, dan pelton:

a.       Turbin francis

Turbin francis adalah termasuk turbin jenis ini Konstruksi turbin terdiri dari dari sudu pengarah dan sudu jalan, dan kedua sudu tersebut, semuanya terendam di dalam aliran air. Air pertama masuk pada terusan berbentuk rumah keong. Perubahan energi seluruhnya terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak. Aliran air masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan semakin naik degan tekanan yang semakin turun sampai roda jalan, pada roda jalan kecapatan akan naik lagi dan tekanan turun sampai di bawah 1 atm. Untuk menghindari kavitasi, tekanan harus dinaikan sampai 1 atm dengan cara pemasangan pipa hisap.

Aliran air masuk turbin Francis

Pengaturan daya yang dihasilkan yaitu dengan mengatur posisi pembukaan sudu pengarah, sehingga kapasitas air yang masuk ke roda turbin dapat diperbesar atau diperkecil. Turbin francis dapat dipasang dengan poros vertikal dan horizontal.

b.      Turbin Kaplan

Tidak berbeda dengan turbin francis, turbin kaplan cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang dapat menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda dengan roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan dapat diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban turbin.

Turbin kaplan dengan sudu jalan yang dapat diatur

Turbin kaplan banyak dipakai pada instalasi pembangkit listrk tenaga air sungai, karena turbin ini mempunyai kelebihan dapat menyesuaikan head yang berubah-ubah sepanjang tahun. Turbin kaplan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi sehingga ukuran roda turbin lebih kecil dan dapat dikopel langsung dengan generator. Pada kondisi pada beban tidak penuh turbin kaplan mempunyai efisiensi paling tinggi, hal ini dikarenakan sudu-sudu turbin kaplan dapat diatur menyesuaikan dengan beban yang ada

c.       Turbin pelton

Turbin pelton digolongkan ke dalam jenis turbin impuls atau tekanan sama. Karena selama mengalir di sepanjang sudu-sudu turbin tidak terjadi penurunan tekanan, sedangkan perubahan seluruhnya terjadi pada bagian pengarah pancaran atau nosel. Energi yang masuk ke roda jalan dalam bentuk energi kinetik. Pada waktu melewati roda turbin, energi kinetik dikonversikan menjadi kerja poros dan sebagian kecil energi terlepas dan sebagian digunakan untuk melawan gesekan dengan permukaan sudu turbin.

2.       Perbedaan PLTA dan PLTMH

a.       Pengertian

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah pembangkit yang mengandalkan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini biasa disebut sebagai hidroelektrik. 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.

Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Secara teknis, mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sebagai sumber energi), turbin dan generator. Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, mikrohidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head). Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik.

b.      Prinsip kerja

Berikut skema dan cara kerja pembangkit listrik tenaga air (PLTA),

Keterangan gambar:

1.      Sungai/Kolam Tandon, untuk tempat penampungan air

2.      Intake, pintu masuk air sungai/tandon

3.      Katup pengaman, berfungsi sebagai katup pengatur intake

4.      Headrace tunnel, pipa antara tandon dan sebelum masuk penstock

5.      Penstock (pipa pesat), untuk mengalirkan dan mengarahkan air ke turbin serta untuk mendapatkan tekanan hidrostatis yang besar.

6.      Surge tank, berfungsi sebagai pengaman tekanan air yang tiba-tiba naik saat katup pengatur ditutup

7.      Main stop valce, berfungsi sebagai katup pengatur turbine

8.      Turbine, mengubah energi potensial air menjadi energi gerak

9.      Generator, menghasilkan energi listrik dari energi gerak

10.  Main transformer, untuk transfer energi listrik antar dua sirkuit dengan induksi elektromagnetik.

11.  Transmission line, penyalur energi listrik ke konsumen

Sistem kerja PLTA

Pertama-tama, ada air yang masuk dari sungai/ waduk/ bisa juga disebut dengan tandonke turbin melalui suatu alat yang dinamakan penstock. Kemudian ada suatu katup pengaman yang berguna untuk memberikan atau mengatur aliran air dari tempat semula dan masuk ke headrace di tunnel yang berfungsi juga untuk menghentikan aliran dari air tersebut.

Kedua, energi yang dihasilkan dari air potensial tersebut mampu menggerakkan turbin dan menghasilkan suatu energi gerak yang dikonversikan juga menjadi energi listrik oleh bantuan generator. Cara kerja pembangkit listrik tenaga air sederhana yang selanjutnya yaitu energi listrik dari generator tersebut kemudian diatur lalu ditransfer dengan alat yang dinamakan main transformer supaya sesuai dengan kapasitas dari transmission line yang meliputi tegangan, daya dan

Pembangkit tenaga listrik mikrohidro pada prinsipnya sama dengan PLTA memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air irigasi, sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan energi listrik.

c.       Komponen utama

PLTA

1.       Waduk ,berfungsi untuk menahan air

2.       Main gate, katup prmbka

3.       Bendungan, berfungsi menaikkan permukaan air sungai untuk menciptakan tinggi jatuh air. Selain menyimpan air, bendungan juga dibangun dengan tujuan untuk menyimpan energi.

4.       Pipa pesat (penstock) ,berfungsi untuk menyalurkan dan mengarahkan air ke cerobong turbin. Salah satu ujung pipa pesat dipasang pada bak penenang minimal 10 cm diatas lantai dasar bak penenang. Sedangkan ujung yang lain diarahkan pada cerobong turbin. Pada bagian pipa pesat yang keluar dari bak penenang, dipasang pipa udara (Air Vent) setinggi 1 m diatas permukaan air bak penenang. Pemasangan pipa udara ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya tekanan rendah (Low Pressure) apabila bagian ujung pipa pesat tersumbat. Tekanan rendah ini akan berakibat pecahnya pipa pesat. Fungsi lain pipa udara ini untuk membantu mengeluarkan udara dari dalam pipa pesat pada saat start awal PLTMH mulai dioperasikan. ½ inchÆDiameter pipa udara ±

5.       Katup utama (Main Inlet Valve), berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi kinetik
 6. Turbin merupakan peralatan yang tersusun dan terdiri dari beberapa peralatan suplai air masuk turbin, diantaranya sudu (runner), pipa pesat (penstock), rumah turbin (spiral chasing), katup utama (inlet valve), pipa lepas (draft tube), alat pengaman, poros, bantalan (bearing), dan distributor listrik. Menurut momentum air turbin dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin reaksi dan turbin impuls. Turbin reaksi bekerja karena adanya tekanan air, sedangkan turbin impuls bekerja karena kecepatan air yang menghantam sudu.

6.       Generator, Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis. Generator terdiri dari dua bagian utama, yaitu rotor dan stator. Rotor terdiri dari 18 buah besi yang dililit oleh kawat dan dipasang secara melingkar sehingga membentuk 9 pasang kutub utara dan selatan. Jika kutub ini dialiri arus eksitasi dari Automatic Voltage Regulator (AVR), maka akan timbul magnet. Rotor terletak satu poros dengan turbin, sehingga jika turbin berputar maka rotor juga ikut berputar. Magnet yang berputar memproduksi tegangan di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil" yang terletak di stator. Lalu tegangan inilah yang kemudian menjadi listrik

7.       Draftube atau disebut pipa lepas, air yang mengalir berasla dari turbin

8.       Tailrace atau disebut pipa pembuangan

9.       Transformator adalah trafo untuk mengubah tegangan AC ke tegangan yang lebih tinggi.

10.   Switchyard (controler)

11.   Kabel transmisi

12.   Jalur Transmisi, berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan pusat industri.

13.   Spillway adalah sebuah lubang besar di dam (bendungan) yang sebenarnya adalah sebuah metode untuk mengendalikan pelepasan air untuk mengalir dari bendungan atau tanggul ke daerah hilir.

PLTMH

Pada umumnya PLTMH mempunyai tiga komponen utama yang masing-masing fungsinya sangat menentukan, yaitu; turbin air, generator, governor (ELC).

GOVERNOR Governor didesain agar putaran turbin-generator konstan dalam range yang dikehendaki dengan menambah atau mengurangi debit air yang masuk ke runner turbin untuk mempertahankan keseimbangan daya antara masukan daya (Power input) dan permintaan daya (power demand). Governor bekerja bila terjadi suatu perubahan pada permintaan daya yang menyebabkan fluktuasi putaran turbin-generator. Turbin air seperti layaknya penggerak mula, membutuhkan sistem pengaturan agar suatu perubahan beban tidak mengakibatkan terjadinya perubahan putaran. Hal ini secara tradisional dicapai dengan pengaturan debit air yang masuk ke turbin dengan menggunakan governor mekanis.

d.      Daya hasil

1.       Perhitungan daya listrik pada sistem PLTMH

Daya poros turbin

Pt=9.81 xQxHx n (1)

• Daya yang ditransmisikan ke generator

Ptrans = 9.81 x Q x H x nt x nbelt (1)

• Daya yang dibangkitkan generator

P~. = 9.81 x Q x H x nt x nbelt x ngen (3)

dimana :

Q = debit air, m3/detik

H = efektif head, m

ill: = efisiensi turbin

= 0.74 untuk turbin crossflow T-14

= 0.75 untuk turbin propeller open flume lokal

nbelt = 0.98 untuk flat belt, 0.95 untuk V belt

ngen = efisiensi generator

Daya yang dibangkitkan generator ini yang akan disalurkan ke pengguna. Dalam perencanaan jumlah kebutuhan daya di pusat beban harus di bawah kapasitas daya terbangkit, sehingga tegangan listrik stabil dan sistem menjadi lebih handal (berumur panjang)

2.      Perhitungan daya pada PLTA
Daya yang dihasilkan oleh Generator pada PLTA, akan tergantung juga keluaran daya yang dihasilkan oleh kapasitas turbin airnya. Seperti pada gambar berikut, Gambar 4.1. Hubungan turbin dengan generator pada PLTA Pada PLTA turbin biasanya terhubung dengan generator. Besar listrik yang dihasilkan dinyatakan sbb:

Pt = 9,81ηG ηT Q H ........KW
 Dengan :
ηT = efisiensi turbin
ηG = efisiensi generator
Q = debit aliran air (m3/detik)
H = tinggi jatuh air (m)
Semakin tinggi suatu bendungan, semakin tinggi air jatuh, maka semakin besar daya listrik yang dihasilkan (hubungannya linier). Semakin banyak air yang jatuh menyebabkan turbin akan menghasilkan tenaga yang lebih banyak. Tenaga juga berbanding lurus dengan aliran sungai.