1. P L T A

41
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)

Transcript of 1. P L T A

Page 1: 1. P L T A

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)

Page 2: 1. P L T A

BAGIAN-BAGIAN PUSAT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA)

Pada PLTA, tenaga listrik dihasilkan oleh generator yang dikopel ke turbin; tenaga listrik ini lebih kecil dari yang diproduksi turbin. Kerugiannya adalah di dalam turbin dan generator, karena efisiensi turbin maupun efisiensi generator lebih kecil dari 100%.

Daya yang dihasilkan turbin adalah sebesar :

kwQHP TT ............................. 81,9

Page 3: 1. P L T A

Sedangkan daya (listrik), yang dihasilkan oleh generator atau pusat pembangkita adalah sebesar :

Atau

Di manaηT = efisiensi turbin

ηG = efisiensi generator

Q = debit aliran air (m3/detik)H = tinggi jatuh air (m)

kwPP G .............................T

kwQHP TT ............................. 81,9 G

Page 4: 1. P L T A

Waduk Bendungan Penghalang sampah Waduk awal Tangki pendatar Pipa pesat Sentral daya Saluran pelimpah Penggerak

Bagian atau komponen-komponen yang penting pada PLTA yaitu :

Page 5: 1. P L T A

SISTEM INSTALASI PLTA

Page 6: 1. P L T A

WADUK

Merupakan kebutuhan utama dari suatu pembangkit hidro elektrik yaitu sebagai penyimpan air yang digunakan untuk memutar penggerak awal untuk menghasilkan daya listrik. juga berfungsi sebagai penyimpan air di waktu musim kemarau

BENDUNGAN

Fungsi bendungan adalah untuk mendapatkan tinggi jatuh (head) air yang digunakan pada turbin air, walaupun sebelumnya bendungan yang tinggi dimaksudkan hanya untuk mendapatkan tinggi jatuh air akan tetapi sekarang dan juga untuk menambah kepastian waduk.

Page 7: 1. P L T A

PENGHALANG SAMPAH

Dimaksudkan untuk mencegah masuknya buangan (sampah) yang bisa merusakkan pintu air pada aliran yang menuju turbin atau dengan kata lain akan menciutkan pipa turbin impuls. penghalang sampah dibuat dari batang baja yang dipasang menyilang.

WADUK AWAL

Digunakan untuk pengatur waduk penyimpan air sementara jika beban (air) pada instalasi dikurangi dan untuk mendeteksi penambahan beban (air) selama air di dalam kanal dipercepat pengalirannya. Pendeknya waduk awal juga sebagai tempat ambil air.

Page 8: 1. P L T A

TANGKI PENDATAR

Ditempatkan pada terminal terowongan tekan pada pusat listrik jenis bendungan bersaluran dan bertugas mengatur jumlah air untuk menyerap pukulan air apabila debit air pada turbin tiba-tiba berubah, tetapi tangki air yang berada dalam pada terowongan atas atau terowongan tanpa tekan disebut tangki atas dan bertugas mengatur debit dan membersihkan pasir. Jenis bendungan biasanya tidak diperlengkapi dengan tangki pendatar, karena waduk ini sendiri bertugas sebagai pelepas tekanan. Ada banyak dari tangki pendatar yang dipakai pada pembangkit, pertimbangan-pertimbangan antar lain pada banyaknya air yang disimpan, besarnya tekanan yang diberikan dan ruang udara yang ada.

Page 9: 1. P L T A

PIPA PESAT

Adalah suatu saluran air dari waduk awal ke turbin. Ada dua tipe dari pipa pesat, yaitu: tipe bertekanan tinggi dan tipe bertekanan rendah. Dari tipe yang bertekanan rendah terdiri dari sebuah kanal, flens dan pipa.

Pipa pesat yang bertekanan tinggi terbuat dari pipa baja dan pipa ini banyak digunakan pada masa sekarang, meskipun ada kesullitan mengenai pengelasannya.

Bila pipa pesat dipasang dalam terowongan di pegunungan yang berbatu dasar baik, maka dibuat rencana tertentu, sehingga pipa baja, batu dan pembungkus beton merupakan satu kesatuan dalam menahan tekanan air.

Page 10: 1. P L T A

SENTRAL DAYA

fasilitas yang berisikan turbin air, generator dan mesin-mesin pembantu lainnya. Sentral daya biasanya ditempatkan pada kaki bendungan dan mendekati waduk penyimpan, karena dengan keadaan ini akan banyak menguntungkan.

Ada berbagai macam sentral daya menurut bagiannya yang terletak di atas tanah dan menurut bentuk pondasi turbin air dan generator. Sentral daya ini terdiri dari dua bagian penting, yaitu : bentuk bangunan bawah tanahnya untuk menopang hidrolik dan generator dan bentuk bangunan atas tanahnya.

Pada yang kedua harus dipertimbangkan keamanan mengenai keadaan geografis, geologi, kedudukan timbal balik antara bendungan dan terusannya.

Menurut jenis pnyangga generatornya dikenal jenis dua lantai, jenis satu lantai dan jenis banyak lantai. Pada jensi dua lantai generator disangga balok-balok. Bangunan ini dibagi menjadi ruangan turbin air dan ruang generator berkapasitas besar. Untuk bangunan satu lantai disangga oleh suatu konstruksi yang berbentuk tong, pada ruangan ini tidak ada lantai khusus generator.

Page 11: 1. P L T A

SALURAN SAMPAH

Ini dimaksudkan pada sebuah jenis kutub pengaman (safety valve) untuk bendungan, saluran pelimpah digunakan jenis pengosongan air lebih di dalam waduk pada level yang diijinkan.

PENGGERAK

Penggerak ini adalah untuk mengubah energi kinetik air manjadi energi mekanik, yang digunakan penggerak awal yaitu antara lain turbin Pelton, Francis, Kaplan dan turbin Propeler. Turbin Pelton termasuk golongan turbin impuls, sedangkan yang lainnya adalah termasuk dalam golongan turbin reaksi.

Page 12: 1. P L T A

SENTRAL PLTA

Page 13: 1. P L T A

PINTU AMBIL TEKANAN TINGGI

Page 14: 1. P L T A

TURBIN PELTON

Page 15: 1. P L T A

TURBIN FRANCIS

Page 16: 1. P L T A

TURBIN KAPLAN

Page 17: 1. P L T A

KLASIFIKASI PLTA

Ada tiga macam klasifikasi dari Pembangkit Listrik Tenaga Air yaitu : didasarkan atas,

- Kuantitas air yang didapat -Tinggi jatuh yang didapat

- Beban alam

Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Air, Menurut Kuantitas Air yang Didapat. Dapat dibedakan atas :

- Pembangkit jenis aliran sungai langsung tanpa pengumpul

- Pembangkit jenis airan sungai langsung dengan pengumpul.

- Pembangkit jenis waduk.

Page 18: 1. P L T A

Pembangkit Jenis Aliran Sungai Langsung tanpa Pengumpul

Sesuai dengan namanya, tipe pembangkit ini tidak menyimpan air. Pembangkit bekerja jika air datang, pembangkit dapat menggunakan air hanya jika dan ketika didapatkan.

Pembangkit ini bergantung dari kapasitas pembangkit pertama pada kecepatan aliran air selama musim hujan.

Kecepatan aliran tinggi berarti kuantitas air bergerak sebagai pemborosan (misal, tanpa digunakan untuk pembangkit tenaga beberapa lama), selama peroleh aliran rendah karena kecepatan rendah, kapasitas pembangkit melemah.

Page 19: 1. P L T A

Pembangkit Jenis Aliran Sungai Langsung dengan Pengumpul

Kegunaan dari pembangkit jenis ini, aliran sungai dinaikkan dengan pengumpul. Pengumpul mengizinkan penyimpan air selama periode ujung. Ketergantungan pada ukuran pengumpul memberikan kemungkinan untuk mengatasi kesukaran, jam ke jam dengan fluktuasi dari beban selama seminggu atau selama periode yang lebih panjang.

Dengan pengumpul yang cukup kapasitas tetap pembangkit menjadi bertambah. pembangkit tipe ini dapat digunakan pada bagian dari kurva beban seperti yang dikehendaki, dalam pembatasan dan lebih berguna daripada pembangkit tanpa penyimpan atau pengumpul.

Ketika pendirian kolam pengumpul saluran bawah kondisi harus sedemikian rupa, sehingga tidak menimbulkan banjir pada permukaan saluran bawah. Kemudian menurunkan tinggi jatuh pada pembangkit dan merugikan efektifan.

Pembangkit tipe ini lebih dapat dipercaya dan kapasitas pembangkit kurang bergantung pada kecepatan aliran air yang didapatkan.

Page 20: 1. P L T A

Pembangkit Jenis Waduk

Suatu pembangkit jenis waduk (penyimpan), mempunyai waduk sedemikian luasnya sebagaimana diizinkan untuk menyimpan kelebihan air dari musim hujan ke musim kemarau berikutnya. Air yang disimpan dibelakang tanggul dan digunakan untuk pembangkit dengan bentuk sebagaimana dikehendaki.

Banyak pembangkit mempunyai kapasitas yang lebih baik dan dapat digunakan sepanjang tahun dengan efisien. Kapasitas tetapnya ditambah dan dapat digunakan sebagaimana pembangkit beban awal atau sebagai pembangkit beban akhir sebagaimana dikehendaki.

Dapat juga digunakan pada setiap bagian dari kurva beban sebagaimana dikehendaki. Sebagian besar dari Pembangkit Listrik Tenaga Air adalah dari tipe ini.

Jenis waduk pengumpul air disesuikan dengan kuantitas air yang dibutuhkan yaitu waduk tahunan/waduk harian.

Page 21: 1. P L T A

Klasifikasi Pembangkit Listrik Tanaga Air Menurut Tinggi Jatuh yang Didapat

Pembangkit listrik tenaga air diklasifikasikan dalam :

Tinggi jatuh rendah Tinggi jatuh sedang Tinggi jatuh tinggi

Page 22: 1. P L T A

Pembangkit Tinggi Jatuh Rendah

Dalam hal ini tanggul kecil melintangi sungai untuk memberikan ketinggian yang diperlukan. Kelebihan air dibiarkan mengalir di atas tanggul itu sendiri. Pada banyak tipe Francis, Propeller atau Kaplan dari turbin banyak digunakan. Juga tidak diperlukan tangki pendatar

Page 23: 1. P L T A

Pembangkit Tinggi Jatuh Sedang

Pada pembangkit ini air dibawa dengan kanal terbuka dari waduk utama ke waduk awal dan kemudian ke pusat tenaga melalui pipa pesat. Waduk awal sendiri bekerja seperti tangki pendatar, dalam hal ini tipe biasa dan penggerak utama yang digunakan dalam pembangkit ini adalah Francis, Propeller dan Kaplan

Page 24: 1. P L T A

Pembangkit Tinggi Jatuh Tinggi

Pertama air dibawa dari waduk utama oleh saluran ke tangki pendatar dan kemudian dari tangki pendatar ke pusat tenaga melalui pipa pesat. Untuk ketinggian di atas 300 meter roda-roda Pelton digunakan, untuk tinggi jatuh yang lebih rendah digunakan turbin Francis.

Pemilihan jenis turbin pada dasarnya ditentukan oleh hubungan yang dit\nyatakan dalam rumus :

ppm H

pn 165,145

2

1

s

dimana : ηs = kecepatan spesifik turbin (ppm) n = putaran turbin (ppm) P = daya turbin (kw) H = tinggi jatuh efektif (m)

Page 25: 1. P L T A

Kecepatan spesifik dapat digunakan untuk menentukan tipe turbin sebagai berikut:

Turbin Pelton (impuls) : 12 – 70 rpmTurbin Francis : 80 – 420 rpmTurbin Kaplan dan Propeller : 310 – 1000 rpm

Klasifikasi turbin air dapat dibedakan atas : Menurut tinggi jatuh air, H :

30 m : turbin dengan tinggi jatuh air rendah30 – 300 m : turbin dengan tinggi jatuh air sedang300 – keatas : turbin dengan tinggi jatuh air tinggi

Menurut kecepatan spesifikasi, ηs2 – 12 ppm : turbin dengan kecepatan spesifikasi

rendah12 – 90 ppm : turbin dengan kecepatan spesifikasi

sedang90 – 250 ppm : turbin dengan kecepatan spesifikasi

tinggi

Page 26: 1. P L T A

Klasifikasi ini diperlukan karena perbedaan karakteristik dan perbedaan tipe. Pembangkitan dapat diklasifikasikan sebagai tinggi jatuh tinggi, jika pada awal dari kurva beban, kapasitas besar, kelangsungan bebannya hampir konstan, faktor beban dari pembangkit tinggi.

Pembangkit jenis aliran sungai langsung tanpa pengumpul dapat digunakan sebagai pembangkit beban awal. Sejenis dengan pembangkit tersebut adalah tipe yang mempunyai tempat penyimpanan yang besar, terutama selama musim hujan ketika ketinggian air dari waduk oleh karena sering hujan.

Page 27: 1. P L T A

Pembangkit jenis ini dapat digunakan sebagai pembangkit beban puncak. Sedangkan pembangkit pompa penyimpan untuk beban puncak digunakan ketika kuantitas air didapat untuk penggerak tenaga tidak cukup. Pada tipe ini air setelah melintasi turbin diberikan ke dalam kolam saluran bawah, dari sana dipompa kembali ke kolam atas.

Pemompaan kembali dari kolam saluran bawah ke kolam atas dikerjakan selama periode di luar beban puncak pemakaian. Selama beban puncak air dibawa ke kolam atas melalui pipa pesat ke operasi turbin. Pembangkit demikian dapat memperoleh hampir 70% dari tenaga yang digunakan pada pompa air.

Suatu perkembangan baru dalam bidang ini menggunakan pompa turbin balik. Unit demikian dapat digunakan sebagai turbin disamping pembangkit tenaga dan sebagai pompa, di samping pemompaan air untuk disimpan. Generator dalam hal ini bekerja sebagai motor selama operasi pembalikkan.

Page 28: 1. P L T A

Efisiensi dalam hal ini adalah tinggi dan hampir sama dalam kedua operasi. Dengan menggunakan pompa turbin balik menambah tempat penampungan jatuh di atas 300 meter.

PLTA KARANGKATES JAWA TIMUR

Page 29: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

Sistem ini memanfaatkan kelebihan tenaga pembangkit pada waktu pembangkit melayani beban dasar yang rendah di pegunungan untuk memompakan air dari waduk bawah ke waduk atas. Jadi, sistem ini sebetulnya termasuk jenis PLTA yang lebih dikenal dengan PLTA Waduk Pompa (PLWP).

PLWP akan menguntungkan untuk memikul beban puncak, terutama bila kapasitas pembangkit beban dasar lebih kecil daripada beban puncak. Suatu sistem PLWP prinsipnya dapat ditunjukkan pada gambar.

PLWP membangkitkan energi untuk beban puncak tetapi pada waktu-waktu diluar itu air dipompa dari waduk bawah ke waduk atas untuk pemanfaatan yang akan datang. Pompa-pompa tersebut digerakkan oleh tenaga sekunder dari suatu pembangkit lain didalam jaringan yang bersangkutan.

Page 30: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR WADUK BERPOMPA (PLWP)

Page 31: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

PLWP akan memberikan nilai ekonomis tambahan bagi jaringan daya yang bersangkutan dan untuk meningkatkan faktor beban dari pembangkit-pembangkit lain di dalam jaringan itu serta menyediakan kapasitas tambahan untuk memenuhi beban-beban puncak. PLWP merupakan PLTA yang menggunakan sangat sedikit air yang dibutuhkan untuk operasinya. PLWP tidak merupakan perwujudan gerak yang kekal, karena adanya energi yang hilang dalam operasi. Nilainya terletak pada “efisiensi ekonomis” karena pengubah tenaga diluar puncak yang nilai tinggi.

Pompa ini dipergunakan untuk “memindahkan” air dari bawah waduk atas, pada waktu sistem pembangkit beban dasar berbeban rendah; pompa ini langsung dikopel dengan generator. Pada saat proses memompa generator berfungsi sebagai motor untuk menggerakkan pompa.

Page 32: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

Jadi energi listrik akan disimpan dalam bentuk energi lain yang dalam bentuk energi potensial air. Dengan demikian di dalam melayani beban puncak dari sebuah sistem PLWP akan mengurangi biaya-biaya operasi dari sistem pembangkit tersebut di atas saling dikombinasikan terutama untuk tipe pembangkit dasar yang menggunakan pembangkit termal. Kapasitas air yang ideal pada waktu dipompakan ke waduk atas dan kapasitas air yang dilewatkan melalui turbin haruslah sama, selama periode beban puncak atau sebaliknya. Sesuai dengan kurva beban pada Gambar bawah, maka :

Page 33: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

Dengan :Ea = Energi yang digunakan untuk memompa airES = Energi yang diberikan PLWPη = Efisiensi PLWP

aS EE

Gambar : Kurva Beban

Page 34: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

Atau

dari kurva beban tersebut dapat dilihat bahwa :

(T1 + T3) jam = waktu selama terjadibeban puncak(T2 + T4) jam = waktu selama memompakan airQP = jumlah air yang dipompakan selama (T2 + T4) jamQt = jumlah air yang melewati turbin selama (T1 + T3)

jamdengan QP = Qt

Daya pada turbin dapat dinyatakan oleh persamaan :

PS

a

E

E

1

KWHQP Tt 8,9dengan :

H = tinggi efektif (m) ηT = Efisiensi turbin Qt = debit turbin (m3/det)

Page 35: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

Dalam waktu selang (T1 + T3) jam = Qt m3, maka selama satu detik adalah =

3

31 3600m

TT

Qt

Bila waktu t1, T1, T2 dan seterusnya adalah dalam jam, maka persamaan (2) menjadi :

KWTT

HQP Tt

3600

8,9

31

Energi pada turbin : 31 TTPEs

KWH

TT

TTTHQE ts 3600

8,9

31

31

Page 36: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

Daya pada pompa :

dengan : ηp = efisiensi pompa Qp = debit pompa (m3/det)

Karena selama (T2 + T4) jam = Qp m3, maka selama satu detik adalah =

maka persamaan di atas, menjadi :

KWHQ

PP

P

8,9

3

31 3600 m

TT

QP

P

P

TT

HQP

3600

8,9

31

Page 37: 1. P L T A

PUSAT LISTRIK WADUK BERPOMPA

Energi pada pompa

perbandingan antara Ea dan Es adalah :

KWHTTPEa 42

3600

8,9 3600

8,9

31

31

42

42

TT

TTTHQTT

TTHQ

E

E

t

P

P

s

a

atau Tps

a

E

E

1

Jika diambil efisiensi pompa dan turbin masing-masing adalah ηp = 0,8 dan ηT = 0,9, maka didapat :

4,10,9 8,0

1

s

a

E

EDari persamaan diatas dilihat bahwa energi yang dipompakan adalah kira-kira 1,4 x energi yang dibangkitkan oleh turbin pada waktu periode berbeban rendah.h

Page 38: 1. P L T A

KARAKTERISTIK OPERASI PEMBANGKIT HIDRO

Pada prinsipnya pembangkit hidro pengoperasiannya sangat tergantung pada jumlah air yang tersedia. Perkiraan air hujan selama satu tehun ke depan sangat diperlukan untuk rencana produksi PLTA. Operasi PLTA sangat tergantung pada jumlah air yang tersedia. Atau dengan perkatan lain jumlah energi (MWH) adalah tertentu, sedangkan daya (MW) dapat diatur dalam operasinya.

Volume air yang digunakan untuk suatu waktu adalah :

V = 360 QT (m3) (9)dengan

Q = Debit air yang diperlukan (m3/det)T = Lama pengoperasian (jam)

Page 39: 1. P L T A

KARAKTERISTIK OPERASI PEMBANGKIT HIDRO

Secara garis besar, pola pengusahaan suatu waduk juga menjadi kolam tahunan suatu PLTA didasarkan atas pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut:

Waduk harus dapat menyediakan air untuk keperluan irigasi pada saat musim kemarau.

Waduk harus dapat mengendalikan banjur di musim hujan.

Di waktu musim hujan, pengisian waduk harus terkendali, dalam arti jangan sampai terjadi pelimpahan air yang berlebihan sehingga membahayakan waduk.

Di akhir musim kemarau atau permulaan hujan, tinggi air dalam waduk masih harus cukup tinggi agar tetap dapat membangkitkan tenaga listrik tetapi juga harus cukup rendah agar dapat menampung air di musim hujan yang akan datang.

Page 40: 1. P L T A

KARAKTERISTIK OPERASI PEMBANGKIT HIDRO

Dari segi pengusahaan listrik, sesungguhnya diinginkan agar tinggi air dalam waduk selalu lebih tinggi setinggi mungkin. Pengoperasian optimum PLTA yang memakai waduk, sangat tergantung pada ketepatan perkiraan air yang akan masuk waduk untuk jangka waktu tertentu, hal ini erat kaitannya dengan evaluasi hujan yang akan datang.

Beberapa sifat/karakteristik pembangkit hidro yang perlu diketahui antara lain bahwa:

Pembangkit dengan pompa penyimpan PLWP dapat digunakan sebagai pembangkit beban puncak.

Pembangkit jenis waduk digunakan pada setiap bagian kurva beban, sebagian besar dari PLTA adalah dari tipe ini.

Page 41: 1. P L T A

KARAKTERISTIK OPERASI PEMBANGKIT HIDRO

Pembangkit jenis aliran sungai langsung dengan pengumpul, lebih dapat dipercaya dan kapasitas pembangkit tidak begitu tergantung pada kecepatan aliran air yang didapatkan.

Pembangkit jenis aliran sungai tanpa pengumpul, hanya bekerja bila air datang, berarti selama perolehan air rendah yang dikarenakan kecepatan aliran rendah, maka kapasitas pembangkit makin lemah.

Pada musim kemarau, PLTA akan mengalami penurunan jumlah persediaan air. Hal ini juga akan mengurangi kemampuan PLTA untuk menyuplai sistem tenaga secara kontinyu, maka perlu diatur penggunaannya pada saat beban puncak.