DESIGN DARI STASIUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR MIKROI. PENDAHULUANEnergi merupakan salah satu elemen dasar yang paling dibutuhkan di dunia. Energi merupakan suatu keharusan untuk dapat bertahan dan penting dalam kegiatan pembangunan, misalnya dalam pengadaan pendidikan, kesehatan, transportasi dan infrastruktur agar mencapai standar kehidupan yang layak dan juga merupakan faktor kritis dalam pembangunan ekonomi dan pekerjaan.Pada dasawarsa terakhir ini, masalah masalah yang berhubungan dengan krisis energi seperti krisis minyak, perubahan iklim, kebutuhan akan llistrik, dan pembatasan akan penjualan mengalami peningkatan di seluruh dunia. Permasalahan ini mengalami kenaikan secara kontinyu, sehingga dibutuhkan adanya teknologi alternatif yang dapat mengatasi permasalahan tersebut. Salah satu teknologi alternatifnya yaitu dengan membangkitkan listrik menggunakan sumber energi yang dapat diperbaharui, sehingga tidak menyebabkan polusi pada lingkungan seperti angin, matahari dan pembangkit listrik tenaga air. Listrik tenaga air adalah sebuah bentuk dari sumber energi terbarukan, yang dihasilkan dari aliran air. Untuk dapat membangkitkan listrik, air harus digerakkan. Ketika air dijatuhkan oleh gaya gravitasi, akan terjadi perubahan energi dari energi potensial menjadi energi kinetik. Energi kinetik dari aliran air, akan menggerakkan blade dan vane di dalam turbin hidrolik, kemudian bentuk energi akan berubah menjadi energi mekanik. Turbin akan menggerakkan rotor generator yang akan mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik.Tenaga yang dihasilkan dari aliran air yang dijatuhkan telah dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi seperti penggilingan biji, menggergaji kayu, dam pemompaan air untuk irigasi. Roda air yang bergerak lambat digunakan untuk memanfaatkan energi mekanik dari aliran air. Design dan peningkatan efisiensi roda air dibuat untuk meningkatkan kerja turbin. Sistem pembangkit listrik tenaga air pertama dikembangkan pada tahun 1880. Menurut Komisi Internasional Energi (IEA), pembangkit listrik tenaga air dewasa ini sudah dapat menyuplai 16% dari kebutuhan listrik dunia. Bagaimanapun juga, proyek-proyek pembuatannya tetap membutuhkan luas lahan yang besar, dam dan control akan banjir dan sering kali menimbulkan dampak bagi lingkungan. Pemangkit listrik tenaga air mikro merupakan salah satu sumber alternatif dari perkembangan energi yang mana merupakan jenis terkecil dari sistem energo bertenaga air. Pemangkit listrik tenaga air mikro dapat menghasilkan tenaga listrik antara 5-100 kilowatt ketika dipasang diseberang sungai dan arus. Keuntungan dari pemangkit listrik tenaga air mikro dibandingkan dengan pembangkit llistrik tenaga fosil dan nuklir adalah: Memiliki kemampuan untuk membangkitkan energi mendekati dengan energi yang dibutuhkan, sehingga mengurangi kehilangan energi saat ditransmisikan. Dapat menangani lebih secara ekonomi dengan berbagai ketersediaan dan kebutuhan, sedangkan pembangkit tenaga fosil dan nuklir penyediaannya hanya berdasarkan pada ketersediaan disebabkan karena persyaratan dan waktu start up yang lama. Memungkinkan untuk menstart up dengan cepat sehingga proses penyesuaiannya lebih cepat. Tidak menyebabkan polusi baik di udara maupun air. Mempunyai tingkat kegagalan yang kecil, biaya operasi rendah serta dapat diandalkan. Berperilaku mirip seperti baterai, menyediakan energi dari tenaga air.

Pada keadaan tertentu, pembangkit listrik tenaga air mikro memiliki keuntungan yang serupa dengan pembangkit listrik tenaga angin, ombak, dan matahari adalah: Efisieni tinggi (70-90%), sejauh ini merupakan yang terbaik dari semua teknologi energi yang ada. Mempunyai faktor kapasitas tinggi (>50%) dibandingan dengan pembangkit listrik matahari (10%) dan angin (30%). Tingkat perubahan yang rendah, keluaran dari energi hanya berubah dari hari ke hari bukan dari menit ke menit. Keluaran energi maksimum terjadi saat musim dingin.

Studi perbandingan antara pembangkit listrik tenaga air kecil (hingga kapasitas 10 MW) dan pembangkit listrik tenaga air mikro (hingga kapasitas 100 KW) mengungkapkan bahwa yang terdahulu leih padat modal dan melibatkan keputusan politik sehingga menyebabkan kesulitan dapa pengimplementasiannya. Di sisi lain, pembangkit listrik tenaga air mikro mempunya biaya yang rendah, berukuran kecil dan dapat diaplikasikan pada komunitas yang kecil sehingga pengimplementasiannya lebih tepat dalam konteks sosial-politik. Banyak dari sistem ini, run-of-river (dijalankan dari sungai) sehingga tidak dibutuhkan sebuah penampungan. Tidak hanya itu, pecahan dari arus air dibelokkan melalui pipa atau saluran menuju turbin kecil yang dipasang diseberang arus, seperti yanng ditunjukkan pada gambar (1). Jadi, terdapat batasan dalam pemanfaatan pembangkit listrik tenaga air mikro secara potensial dengan mengidentifikasi penempatan dan design dari sistem pembangkit yang tepat.Design pembangkit listrik tenaga air mikro yang tepat akan meminimalkan gangguan lingkungan pada sungai atau aliran dan berdampingan dengan ekologi alam asalnya. Gambar (1) Skema diagram pembakit listrik tenaga air mikroTulisan ini mengungkapkan prosedure design menggunakan Mathlab Simulink dan implementasinya dalam pembangkit listrik tenaga air mikro, memperhitungkan berbagai macam pertimbangan design seperti survei tempat, mengukur head (tinggi) dan kecepatan aliran air, komponen tentang kerja sipil ( weir-trashtake-intake-channel-penstoke), pemilihan jenis turbin hidrolik, dan spesifikasi dari generator pembangkit listrik.

II. PERTIMBANGAN DESIGN DARI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR MIKROUntuk mendesign sebuah pembangkit listrik tenaga air mikro, terdapat banyak pertimbangan yang harus dipersiapkan dan diperhitungkan dalam prosedur designnya. Pertimbangan tersebut antara lain:

a. Flow Duration Curve (FDC)/ Kurva Durasi AliranPemilihan jenis, ukuran, dan kecepatan turbin didasarkan pada perhitungan head dengan laju alir air maksimum, yang herus ditentukan dengan pemasangan turbin pada sungai atau arus. Karena bangunan pembangkit listrik tenaga air mikro biasanya dilakukan pada badan sungai, kapasitas aliran air maksimum dari turbin harus ditentukan dari kurva nilai rata-rata durasi aliran pada sungai atau arus.

Cara untuk menyusun data debit aliran adalah dengan pengeplotan kurva durasi aliran, yang akan menunjukkan titik tertentu pada sungai, dengan perbandingan antara waktu selama debit keluat apakah sama atau melebihi dari nilai yang ditetapkan.data tersebut dapat diperoleh dari grafik-air dengan menyusun data dengan perbesaran secara kronologis.Nilai rata-rata aliran setiap tahunnya akan memperikan gagasan tenaga potensial yang dapat dihasilkan arus. FDC dapat diproduksi dalam periode tertentu, yang dapat digunakan dalam tahun-tahun tertentu.

b. Flow Rate Measuremennt/ Pengukuran Laju AlirUntuk mengukur laju alir air (debit air) dapat menggunakan beberapa metode. Metode kecepatan-luas (velocity area) merupakan metode yang sederhana untuk sungai berukuran medium hingga besar, yang melibatkan pengukuran luas penampang dari sungai dan laju rata-rata air yang melewati area tersebut. Metode kecepatan-luas merupakan pendekatan yanng berguna untuk menentukan laju arus dengan udaha minimum. Sungai harus memiliki lebar yang sama sehingga luas dapat ditentukan.

i. Mengukur luas penampang (Ar)Untuk mengetahui luas penampang air, sebaiknya dibagi menjadi beberapa bagian trapesium. Mengukur sisi rapesium, persamaan luas penampangnya sebagai berikut:

Dimana a= lebar sungai bagian atas (m)b= lebar sungai bagian bawah (m) = tinggi rata-rata air pada sungai (m)

ii. Mengukur kecepatan (Vr)Karena kecepatan aliran pada bagian lebar sungai dan aliran vertikal tidak konstan, dibutuhkan ketentuan untuk mengukur laju air pada tiitik yang akan memberikan nilai utama. Kecepatan dapat diukur menggunakan benda mengapung, yang diletakkan pada bagian tengah arus. Dicatat berapa waktu (t, detik) yang dibutuhkan untuk melintasi suatu panjang tertentu (L, meter). Kecepatan permukaan (m/s) diberikan pada persamaan berikut: (2)Untuk memperkirakan laju alir rata-rata (Vr), persamaan di atas harus dikalikan dengan faktor koreksi, yang mempunyai nilai berkisar antara 0,6-0,85, tergantung pada kedalaman aliran air serta kekasaran bagian bawah dan dasar sungai (0,75 adalah nilai yang baik).(3)Kemudian, laju alir dapat dihitung dengan persamaan berikut: (4)Dimana Q= aliran air (debit) dari dungai atau arus.

c. Weir and Open Channel/ Dam dan Saluran TerbukaDalam kasus debit keluaran sungai yang kecil ( kurang dari 4 m/s), dimungkinkan untuk dilakukan pembangunan weir/ dam. Weir adalah dinding yang rendah/ dam yang ada pada sepanjang lebar arus yang diukur menggunakan notch, sehingga memungkinkan semua air dapat disalurkan. Pengukuran linear secara sederhana dari perbedaan tinggi permukaan air antara bagian hulu dengan bagian hilir cukup untuk memperkirakan laju alirnya (debit). Beberapa jenis notch dapat digunakan seperti persegi empat. Vee, atau trapesium. Notch dapat terbuat dari bahan plat logam, atau kayu yang keras dengan ujung yang runcing, laju alir dapat dihitung melalui persamaan berikut: (5)Dimana W= lebar weir (m)h= tinnggi weir (h)Jika w=3h maka, dimensi weir dapat dihitung. Hal yang paling penting yang harus dipertimbangkan dalam mengkontruksi masukan dari saluran adalah membuat slope saluran hanya sedikit lebih tinggi karena dengan slope yang lebih besar akan membuat kecepatan air menjadi leih besar sehingga akan menyebabkan erosi di permukaan saluran.Pada fondasi saluran terbuka diperlukan dua persyaratan yang harus depenuhi, yaitu: Kestabilitasannya: saluran harus memiliki struktur keras dan kaku dan tidak boleh ada perubahan bentuk. Saluran tidak menyebabkan adanya kenaikan tekanan. Laju alir dalam saluran terbuka diasumsikan sama ketika: Kedalaman air, luas, dan laju dalam setiap penampang saluran bernilai konstan Garis gradien energi, garis luas permukaan dan garis saluran bagian bawah berhubungan paralel satu sama lain.Berdasarkan pada konsep tersebut Manning menemukan bahwa: (6)Dimana Q= laju alir air yang seragam/ sama pada saluran terbukanch = faktor ManningSf= faktor penampangSch= slope garis saluran bagian bawah (gradien hidrolik) yang biasanya berupa bed slope.(7)Dimana Ach= (W * h) (m) luas penampang saluran terbukaRch= (m) jari-hari hidrolik dari luas penampangKecepatan dari saluran terbuka (Vch) dapat dihitung dengan persamaan berikut: