PLTA Pumped Storage

19
PLTA PUMPED STORAGE PLTA Pumped Storage (Pumped Storage Hydro Electric) adalah suatu pembangkit listrik tenaga air dimana pompa digunakan untuk memasukan air kedalam waduk. Tujuannya dari pemompaan ini yaitu sebagai pembangkit penyeimbang beban, selain itu juga Pumped Storage diharapkan mampu mengatasi permasalahan karena sistem pumped storage dapat berfungsi sebagai penahan debit air di hulu yang mengatur aliran air . Secara umum, cara kerja pumped storage adalah menyimpan energi dalam bentuk air dalam jumlah besar yang ditempatkan pada bak raksasa/ danau yang dipompa dari level bawah ke level yang lebih tinggi. Pada saat pembebanan rendah, pembangkit berfungsi sebagai pompa, saat beban puncak pembangkit mengasilkan energi listrik. Saat kebutuhan listrik turun, pembangkit memompa air menuju bak penampungan yang lebih tinggi, saat kebutuhan listrik meningkat air disalurkan untuk menggerakan turbin. Manfaat pumped storage adalah menyediakan listrik pada beban puncak, mengontrol frekuensi, mempunyai kemampuan respon yang dinamis, berfungsi sebagai fasilitas pembangkit cadangan, serta mampu `back start` apabila sistem kelistrikan mengalami gangguan. PRINSIP KERJA

Transcript of PLTA Pumped Storage

Page 1: PLTA Pumped Storage

PLTA PUMPED STORAGE

PLTA Pumped Storage (Pumped Storage Hydro Electric) adalah suatu

pembangkit listrik tenaga air dimana pompa digunakan untuk memasukan air kedalam

waduk. Tujuannya dari pemompaan ini yaitu sebagai pembangkit penyeimbang beban,

selain itu juga Pumped Storage diharapkan mampu mengatasi permasalahan karena

sistem pumped storage dapat berfungsi sebagai penahan debit air di hulu yang mengatur

aliran air .

Secara umum, cara kerja pumped storage adalah menyimpan energi dalam

bentuk air dalam jumlah besar yang ditempatkan pada bak raksasa/ danau yang dipompa

dari level bawah ke level yang lebih tinggi. Pada saat pembebanan rendah, pembangkit

berfungsi sebagai pompa, saat beban puncak pembangkit mengasilkan energi listrik.

Saat kebutuhan listrik turun, pembangkit memompa air menuju bak penampungan yang

lebih tinggi, saat kebutuhan listrik meningkat air disalurkan untuk menggerakan turbin.

Manfaat pumped storage adalah menyediakan listrik pada beban puncak,

mengontrol frekuensi, mempunyai kemampuan respon yang dinamis, berfungsi sebagai

fasilitas pembangkit cadangan, serta mampu `back start` apabila sistem kelistrikan

mengalami gangguan.

PRINSIP KERJA

Pada PLTA Pompa terdapat dua buah waduk, yaitu waduk bawah dan waduk

atas. Pada saat kebutuhan beban dalam system tenaga listrik rendah, maka kelebihan

daya yang tidak diserap oleh konsumen dipakai untuk memompa air dari waduk bawah

ke waduk atas. Sedangkan pada saat beban puncak, air yang terkumpul pada waduk atas

akan dialirkan ke waduk bawah untuk memutar turbin dan menghasilkan daya listrik

untuk memenuhi kebutuhan beban puncak. Energi listrik yang dihasilkan dengan sistem

ini, diharapkan menjadi penyeimbang beban penggunaan listrik pada siang dan malam

hari.

 

Page 2: PLTA Pumped Storage

SUSUNAN INSTALASI MESIN

Pada tahap awal pengembangannya, susunan mesin pada PLTA pompa

mempunyai system atau instalasi yang terpisah antara pompa dan turbin. Artinya pada

suatu PLTA pompa terdapat suatu instalasi lengkap yang berfungsi sebagai turbin, serta

terdapat instalasi lain yang terpisah berfungsi sebagai pompa. Pada instalasi turbin,

terdiri dari peralatan-peralatan pipa pesat, turbin serta generator. Sedangkan pada

instalasi yang berfungsi sebagai pompa terdapat peralatan motor, pompa dan pipa.

Pada tahap pengembangan PLTA pompa selanjutnya ,dengan semakin maju

teknologi, maka system yang terpisah tersebut ditinggalkan sehingga biaya

pembangunan PLTA pompa dapat ditekan lebih rendah karena tidak perlu lagi

membangun instalasi mesin ganda seperti di awal pengembangannya. Dewasa ini

instalasi mesin pada PLTA pompa biasanya terdiri atas 2 variasi sebagai berikut :

1. Pada satu poros yang sama terdapat : a. pompa, b. turbin, dan c. motor dan

generator yang menyatu (bersifat reversible).

2. Pada satu poros yang sama terdapat a. pompa dan turbin yang menyatu

(reversible), b. motor dan generator yang bersatu (reversible).

Page 3: PLTA Pumped Storage

Untuk kedua variasi di atas, hanya terdapat satu instalasi pipa pesat dan satu

buah saluran bawah (tailrace) yang dipakai secara bolak balik, baik sebagai turbin

maupun pada operasi sebagai pompa.

Turbin dan pompa biasanya dipasang secara vertical untuk unit-unit berkapasitas

besar dan horizontal untuk unit kecil. Kelebihan susunan variasi 1 dimana turbin dan

pompa merupakan instalasi yang terpisah, dimungkinkan untuk mendapatkan efisiensi

yang optimum, baik pada saat berfungsi sebagai turbin maupun pada saat pengoperasian

sebagai pompa. Sedangkan jika variasi 2 yang dipilih, efisiensinya tidak seoptimum

variasi 1, namun harga instalasi PLTA pompa akan lebih murah.

Suatu perkembangan yang unik dari turbin pompa adalah yang dikenal sebagai

turbin pompa isogyre. Pada turbin pompa jenis ini terdapat sudu ganda, dimana sudu

pompa (imoeler) terletak pada atas poros, sedangkan sudu turbin (runner) terletak di

bagian bawah. Turbin dilengkapi dengan sudu pengarah (guide-vane) yang bias disetel

sesuai dengan kondisi beban, sedangkan sudu pengarah pada pompa merupakan sudu

tetap. Katup penutup untuk unit-unit pompa dan turbin berupa cylinder gate di bagian

luar runner dan impeller, sehingga berisi udara (tidak berisi air) pada saat unit yang

bersangkutan beroperasi.

Pada turbin pompa ini juga terdapat rumah keong (spiral case) yang dipakai

bersama oleh pompa dan turbin untuk mengalirkan air ke impeller dan runner. Runner

dan impeller mempunyai arah putaran yang sama, sehingga perubahan fungsi instalasi

dari turbin menjadi pompa atau sebaliknya dapat dilakukan secara cepat.

PERSYARATAN TEKNIS

Secara teknis persyaratan suatu PLTA pompa umumnya sama dengan

persyaratan teknis PLTA konvensional lainnya, yaitu adanya potensi debit aliran air (Q)

dan tinggi jatuh (H) yang memadai. Namun disamping banyak karakteristik yang sama

dengan PLTA konvensional, mengingat fungsinya yang khusus, PLTA pompa juga

memiliki berbagai syarat teknis yang berbeda yang harus diperhatikan secara khusus

pada tahap perencanaannya.

Page 4: PLTA Pumped Storage

Syarat-syarat khusus PLTA pompa tersebut antara lain adalah adanya waduk

atas dan waduk bawah, persyaratan elevasi, serta kapasitas waduk dan headnya. Secara

singkat syarat-syarat tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :

1.   Waduk atas dan waduk bawah.

Kekhususan PLTA pompa yang membedakannya dengan PLTA konvensional

adalah PLTA jenis ini memerlukan dua buah waduk dalam pengoperasiannya, yaitu

waduk atas dan waduk bawah. Pada saat beban rendah dilakukan pengoperasian pompa

untuk menaikkan air dari waduk bawah ke waduk atas. Sebaliknya pada saat beban

puncak maka air yang berada di waduk atas di alirkan ke waduk bawah untuk memutar

turbin yang menggerakkan generator dan menghasilkan energi listrik.

2.   Persyaratan elevasi turbin dan pompa.

Secara teknis harus diperhitungkan agar letak pompa/turbin harus pada elevasi

yang lebih rendah dari elevasi waduk bawah. Dengan elevasi turbin/ pompa yang lebih

rendah tersebut maka diharapkan dapat dihindari timbulnya kavitasi yang akan

menyebabkan hilangnya energi yang besar serta kerusakan pada sudu turbin dan pompa.

Terlebih-lebih pada saat pengoperasian pompa untuk mengalirkan air dari waduk bawah

ke waduk atas.

Pada saat operasi pemompaan tersebut dipersyaratkan adanya perbedaan elevasi

yang minimum antara sudu pompa dengan elevasi air pada permukaan waduk bawah.

Perbedaan elevasi minimum tersebut dapat diperoleh dengan memperhitungkan tekanan

atmosfir, tekanan uap jenuh serta kerugian head di dalam saluran air.

3.   Kapasitas waduk dan tinggi jatuh.

Besarnya debit air (Q) dan tinggi jatuh (H) secara langsung akan berbanding

lurus dengan kapasitas terpasang PLTA. Misalnya jika terdapat potensi debit air sebesar

115 m3 per detik dan tinggi jatuh sebesar 237 meter, maka kapasitas terpasang yang

dapat dibangkitkan oleh PLTA tersebut adalah :

P = 9,8 x Q x H x nT x nG x nS

P – Kapasitas terpasang dalam kW

Page 5: PLTA Pumped Storage

Q  = Debit air, dalam m3 per detik

H = tinggi jatuh, dalam meter

nT  = Effisiensi turbin, misalnya diambil 90 %

nG = Efisiensi generator, diambil 98 %

nS = Efisiensi saluran air, misalnya  90 %

maka,   P  =  9,8 x 115 x 237 x 0,90 x 0,98 x 0,90

                  =  212.023  kW =      212,02       MW.

Setelah diketahui berapa debit air yang diperlukan untuk membangkitkan listrik

dengan kapasitas terpasang tertentu, maka selanjutnya dapat diketahui berapa besar

kapasitas operasi waduk (life storage capacity) minimal yang dibutuhkan.

Rumus untuk mencari kapasitas operasi waduk adalah sebagai berikut : (misal untuk

lama operasi turbin 6 jam per hari )

Kapasitas waduk : =  115 m3 x 3600x 6

                                 =  2.484.000 m3

ANALISA FINANSIAL

PLTA pompa pada prinsipnya tidak menghasilkan energi (MWH), sehingga dari

sisi neraca energi tidak menghasilkan listrik sama sekali, bahkan neraca energinya akan

negatif. Karena untuk menghasilkan sejumlah energi listrik tertentu dari PLTA pompa,

akan memerlukan energi listrik yang lebih besar jumlahnya untuk menggerakkan pompa

saat menaikkan air dari waduk bawah ke waduk atas.

Hal ini dapat dijelaskan dengan typical neraca energi seperti pada tabel berikut :

Tabel Neraca Energi PLTA Pompa :

No. URAIANJUMLAH

(%)

1. Energi yang diambil dari system 100,0

2. Rugi Trafo 0,5

3. Rugi motor 3,0

Page 6: PLTA Pumped Storage

4. Rugi pompa 10,0

5. Rugi saluran pipa 1,5

6. Rugi turbin 7,5

7. Rugi generator 1,8

Energi yang dihasilkan kembali 77,0

Dari tabel di atas terlihat bahwa jumlah energi yang dapat diperoleh kembali

adalah sebesar 77 % dibandingkan dengan energi yang diambil dari sistem tenaga

listrik. Keuntungan PLTA pompa terletak pada nilai energinya. Pemompaan air

biasanya dilakukan pada saat kondisi beban dalam sistem rendah, sedangkan operasi

PLTA pompa (bekerjanya turbin) dilakukan pada saat beban puncak. Pada saat kondisi

beban pada sistem sedang rendah, biasanya akan terjadi kelebihan daya dari pusat listrik

yang membangkitkan peban dasar ( seperti PLTU batubara atau PLTN).

Dengan demikian perhitungan biaya kWH untuk memompa air pada suatu

PLTA pompa diambil sesuai dengan biaya pembangkitan PLTU batubara atau PLTN.

Misalnya biaya pembangkitan untuk menghasilkan 1 kWH pada PLT batubara adalah

Rp 500,- / kWH, jika diperhitungkan dengan nilai efisiensi yang sebesar 77 % maka

untuk menghasilkan 1 kWH pada saat beban puncak akan diperlukan biaya sebesar Rp

500, / 0,77  = Rp 649,35 / kWH.

Pada saat beban puncak alternatif lain disamping mengoperasikan PLTA pompa

adalah membangun pembangkit beban puncak lain yaitu PLTG. Maka harga kWH yang

dibangkitkan oleh PLTA pompa pada saat beban puncak dihitung sama dengan harga

biaya pembangkitan PLTG, misalnya Rp 1.500,- / kWH. Dengan demikian jika

mengoperasikan PLTA pompa pada saat beban puncak dibandingkan dengan

mengoperasikan PLTG akan diperoleh penghematan sebesar Rp 1.500,-  - Rp

649,35    =  Rp  850,65 / kWh.

Selisih harga yang sebesar Rp 850,65 per kWH tersebutlah yang dihitung

sebagai pemasukan uang untuk setiap kWH energy listrik yang diproses pada sebuah

PLTA Pompa. Dengan memasukkan harga tersebut sebagai parameter pada analisa

Page 7: PLTA Pumped Storage

financial suatu proyek PLTA Pompa, maka diperoleh perhitungan kelayakan financial

dari sebuah PLTA Pompa. Mengingat biaya untuk membangun suatu PLTA Pompa

akan lebih rendah dari membangun suatu PLTA konvensional, maka dapat diperkirakan

secara financial membangun suatu PLTA pompa untuk memikul beban puncak pada

suatu system tenaga listrik dapat kompetitif dibandingkan dengan pembangkit beban

puncak jenis lain.

CATATAN AKHIR

Dengan semakin meningkatnya kebutuhan akan energi listrik, selain diperlukan

pembangunan pembangkit-pembangkit listrik untuk memikul beban dasar, maka pada

saat yang bersamaan perlu diikuti dengan pembangunan pembangkit-pembangkit yang

memikul beban puncak. Untuk memikul kebutuhan pada saat beban puncak tersebut,

mengingat adanya keterbatasan sumber daya air terutama di pulau Jawa, maka d masa

mendatang akan diperlukan lagi untuk membangun lebih banyak PLTA. Karena jika

dibandingkan dengan pembangkit pemikul beban puncak seperti PLTG, PLTA pompa

dapat diperhitungkan kelayakannya, baik secara teknis maupun dari segi finansial.

Disamping itu yang tidak kurang pentingnya PLTA jenis ini hanya memerlukan

luas genangan waduk yan sedikit, karena waduknya hanya bersifat tando harian, bukan

waduk tahunan seperti pada PLTA skala besar umumnya. Dengan demikian diharapkan

masalah pemindahan penduduk akan jauh lebih sedikit dibanding dengan PLTA

konvensional dengan kapasitas yang sama.

Keunggulan lain dengan relatif sedikitnya luas daerah genangan waduk yang

harus dibebaskan tanahnya, secara otomatis biaya pembuatan bendungan juga akan jauh

lebih rendahdibanding PLTA konvensional, karena untuk menampung air yang

volumenya sedikit, maka tinggi dan volume bendungan juga jauh lebih rendah.

Page 8: PLTA Pumped Storage

Kelebihan Pumped Storage:

Memiliki nilai keekonomisan yang tinggi

Lebih mudah dan cepat digunakan sebagai Supply energi saat terjadi lonjakan

demand energi listrik

Efek yang rendah terhadap lingkungan “memanfaatkan dam yang telah ada”

Tak ada limbah, tak ada polusi

Prospek yang bagus untuk mengatasi lonjakan demand energi listrik yang tinggi

untuk jangka waktu yang lama (supply side management)

Kekurangan Pumped Storage:

Biaya pembangunan yang mahal

Air yang telah digunakan tidak dapat dimanfaatkan untuk lain hal kecuali setelah

dipompa kembali

Tergantung pada unit pembangkit lain.

Selain hal yang telah disebutkan di atas, PLTA Pump Storage juga memiliki

dampak yang cukup banyak, yaitu:

Dampak terhadap aspek sosial yang diperkirakan akan terjadi antara lain :

1. Tahap Pra-konstruksi

A. Pembebasan lahan

Persyaratan administrasi hak atas lahan yang tidak lengkap dan munculnya para

spekulan lahan.

Nilai ganti rugi lahan, bangunan dan tanaman.

pengurangan pemilikan lahan.

B. Pemindahan penduduk

Warga Terkena Proyek (WTP) yang dipindahkan khawatir tingkat kehidupannya

menurun.

Penduduk di daerah rencana pemukiman kembali kurang menerima.

Page 9: PLTA Pumped Storage

2. Tahap Konstruksi

A. Mobilisasi Tenaga Kerja

Terbukanya lapangan kerja dan meningkatnya pendapatan.

adanya peluang konflik antara warga sekitar dan pekerja pendatang.

B. Mobilisasi Alat berat dan Material

Gangguan kesehatan masyarakat akibat penurunan kualitas udara, debu dan

kebisingan oleh mobilisasi alat berat dan peledakan quarry, serta mobilisasi material

menuju wilayah Upper dan Lower Dam.

Peningkatan kepadatan lalulintas, akan berpotensi untuk terjadinya kecelakaan lalu

lintas.

Terbukanya akses jalan baru ke daerah yang terisolir akan meningkatkan

perekonomian daerah tersebut.

3. Tahap Operasi

Semakin mudahnya sarana transportasi yang dapat meningkatkan taraf ekonomi

masyarakat.

Dapat menimbulkan kecelakaan tenggelam dengan adanya genangan reservoir akibat

permukaan air pasang surut (fluktuasi).

Manfaat dan keuntungan PLTA Pumped Storage

Menyediakan listrik pada saat beban puncak

Mengontrol frekuensi

Mempunyai kemampuan respon yang dinamis

Berfungsi sebagai fasilitas pembangkitan stand by

Mampu menyalakan sistem (black start) apabila sistem mengalami padam total

(black out)

Upaya pencegahan dampak :

Dilakukan sosialisasi langsung dan monitoring terhadap warga terkena proyek.

Membekukan transaksi aset untuk menghindari spekulan tanah setelah adanya ijin

lokasi dari gubernur (SP2LP).

Panitia pembebasan tanah (P2T) dan tim Independent Appraisal akan menentukan

harga ganti rugi tanah, bangunan, dan tanaman.

Prioritas tenaga kerja akan diberikan pada masyarakat sekitar proyek berdasarkan

kemampuan dan kualifikasi.

Page 10: PLTA Pumped Storage

Dilakukan pengelolaan dampak debu dengan penyiraman air dan penanaman pohon.

Pengelolaan kebisingan dilakukan melalui pengaturan mesin.

Pencegahan kecelakaan lalulintas dengan pemasangan rambu-rambu dan penempatan

personil pengaman.

Page 11: PLTA Pumped Storage

SURGE TANK

Surge tank (tangki peredam) adalah sebuah bangunan pada sistem pembawaan

tekanan saluran yang berfungsi sebagai pelindung saluran tekanan rendah terhadap

tekanan-tekanan tinggi (lebih) yang bersifat intern.

Surge tank berfungsi terutama untuk mengurangi water hammer akibat

perubahan beban, menampung air saat beban mendadak turun, mensuplai air pada saat

pembebanan mendadak dan lain-lain.

Pada suatu instalasi pembangkit listrik tenaga air haruslah memperhitungkan

kemungkinan bahaya yang timbul pada saluran pipa pada instalasi tersebut misalnya

terjadinya water hammer akibat penutupan katup secara cepat.

Water hammer ini dapat menimbulkan peningkatan tekanan pada saluran pipa

sehingga dapat menyebabkan pecahnya pipa apabila tekanan yang terjadi melebihi

kekuatan maksimum dari pipa tersebut terutama untuk saluran yang relatif panjang

dibagi dengan tinggi terjun yang ada. Untuk itulah diperlukan Surge Tank.

Fungsi Surge Tank :

Menghilangkan tambahan tekanan

Mengurangi tambahan tekanan

Tambahan debit dapat dipenuhi 

Page 12: PLTA Pumped Storage

Di dalam tangki peredam terdapat gerakan turun-naik dalam akibat

perubahan debit, yang terjadi pada waktu:

Pada penutupan pintu air tiba-tiba

1. ketika aliran air ke pipa pesat terhenti, dalam tangki peredam air akan naik.

2. turun naiknya air dalam tangki peredam rendahnya debit 

Page 13: PLTA Pumped Storage

Hal-hal yang harus diperhatikan agar gerak naik turun air pada tangki peredam tidak terlalu

berpengaruh:

Menekan besarnya Amplitudo, dengan:

1. Memperbesar penampang tangki peredam

2. Mengadakan pelimpah air pada tangki peredam

Page 14: PLTA Pumped Storage

Beberapa bentuk surge tank antara lain:

Surge tank berbentuk lubang dibatasi

Surge tank sederhana dari bagan khusus

Surge tank berbentuk silinder sederhana

Surge tank differensial