PLTMH

Keberlanjutan PLTMH ditentukan dukungan potensi sumberdaya alam yang ada, terutama ketersediaan air sungai sebagai sumber energi primer bagi PLTMH. Ketersediaan air sungai sangat tergantung pada konservasi catchment area (wilayah tangkapan air) dari hulu sungai tersebut. Lingkungan hidup yang terjaga dan terpelihara akan menjamin kelestarian sumberdaya air dan menjamin pasokan energi primer bagi PLTMH.

Program pelistrikan perdesaan melalui pengembangan PLTMH seyogyanya diiringi dengan kegiatan konservasi hutan. Masyarakat yang menggunakan PLTMH diharapkan dapat memahami manfaat keberadaan hutan sebagai catchment area. Dengan demikian, masyarakat juga akan tergerak untuk menjaga kelestarian hutan, dengan tidak melakukan penebangan liar dan merusak keaneka ragaman hayati yang terdapat di sekitar hutan.  Lebih jauh, masyarakat juga akhirnya dapat mengambil peranan penting untuk menjaga agar hutan tetap terpelihara.

Pemanfaatan air untuk Pembangkit Listrik sudah merupakan hal yang umum di Indonesia.  Dengan potensi sumber air yang besar dan kontinu, PLTMH menjadi salah satu pembangkit alternatif di Indonesia.  Kendala yang dihadapi dalam membangun PLTMH adalah, lokasinya yang umumnya tidak berada di pusat beban sehingga membutuhkan transmisi yang cukup panjang dan aksesibilitas yang rendah pada saat proses pembangunan.

Untuk daerah daerah terpencil dengan potensi air yang baik dan belum terjangkau jaringan listrik, pembangunan PLTMH berkapasitas hingga 200 kW, sangat tepat dilakukan. 

Pembangkit tersebut akan dapat menyediakan listrik yang kontinu untuk satu desa atau beberapa kampung pada jarak yang berdekatan.

4.3.1    Prinsip Konversi Energi Air

Aliran air menghasilkan energi yang dapat dijadikan listrik.  Ini disebut dengan hydropower (Pembangkit Listrik Tenaga Air).  Hydropower saat ini merupakan sumber terbesar dari energi terbarukan.  Salah satu hydropower adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) atau dapat disebut Mikrohidro. 

Sebuah skema hidro memerlukan dua hal yaitu debit air dan ketinggian jatuh (biasa disebut ‘head’) untuk menghasilkan tenaga yang bermanfaat. Ini adalah sebuah sistem konversi tenaga, menyerap tenaga dari bentuk ketinggian dan aliran, dan menyalurkan tenaga dalam bentuk daya listrik atau daya gagang mekanik. Tidak ada sistem konversi daya yang dapat mengirim sebanyak yang diserap dikurangi sebagian daya hilang oleh sistem itu sendiri dalam bentuk gesekan, panas, suara dan sebagainya. Persamaan konversinya adalah:

Daya yang masuk = Daya yang keluar + Kehilangan (Loss); atau

Daya yang keluar = Daya yang masuk × Efisiensi konversi

Umumnya PLTMH adalah pembangkit listrik tenaga air jenis Runoff River di mana head diperoleh tidak dengan cara membangun bendungan besar, tetapi dengan mengalihkan sebagian aliran air sungai ke salah satu sisi sungai dan menjatuhkannya lagi ke sungai yang sama pada suatu tempat dimana head yang diperlukan sudah diperoleh.  Dengan melalui pipa pesat, air diterjunkan untuk memutar turbin yang berada di dalam rumah pembangkit (lihat Gambar 29).  Energi mekanik dari putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator.

Penghitungan potensi daya dilakukan dengan berdasarkan net-head dan debit andalan.  Potensi daya air (hidrolik) dapat dinyatakan sebagai:

Pg =  9,8 * Q * hg

Di mana:

Pg        = potensi daya (kW)

Q         = debit aliran air (m3/dtk)

hg         = head (tinggi terjun) kotor (m)

9,8 = konstanta gravitasi.

Potensi daya listrik terbangkit:

Pel = 9,8 * Eff * Q * hn

Di mana:

Pel       = daya listrik yang keluar dari generator (kW)

Q         = debit aliran air (m3/dtk)

hn         = head (tinggi terjun) bersih (m)

Eff        = Efisiensi konversi dari tenaga hidrolik ke tenaga listrik

Gambar 29.  Skema Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

4.3.2    Teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

Dari aspek teknologi, terdapat keuntungan dan kemudahan pada pembangunan dan pengelolaan PLTMH dibandingkan jenis-jenis pembangkit listrik, yaitu:

•           Konstruksinya relatif sederhana.

•           Mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang.

•           Dapat dioperasikan dan dirawat oleh masyarakat desa.

•           Biaya operasi dan perawatan rendah.

Ada banyak tipe turbin yang digunakan untuk PLTMH dan dipilih berdasarkan  penggunaannya di lapangan serta tinggi vertikal air (umumnya diistilahkan “head”) yang dapat menjalankannya.  Tipe turbin yang paling umum adalah sebagai berikut:

1. Turbin  Crossflow

Turbin crossflow (turbin aliran silang) terdiri atas empat bagian utama: nosel, runner, guide vane dan rumah. Air dialirkan masuk turbin melalui pipa pesat berpenampang bulat.  Pada ujung pipa pesat yaitu sebelum masuk ke turbin,  dipasang adaptor, tempat perubahan penampang lingkaran menjadi persegi,  menjelang masuk rumah turbin. Dari adaptor airnya masuk ke nosel. Nosel berpenampang persegi dan mengeluarkan pancaran air ke selebar runner.  Bentuk pancaran adalah persegi, lebar dan tidak terlalu tebal. Sebelum mencapai runner, aliran disesuaikan kecepatan masuk dan sudut masuknya. Konstruksi runner terdiri dari dua buah piringan sejajar yang disatukan pada lingkar luarnya oleh sejumlah sudu. Sudu-sudu deperkuat oleh piringan tambahan yang dilas setiap 10-15 cm sepanjang runner. 

Gambar 30.  Turbin Crossflow Beserta Transmisi Mekanik dan Generator

Dibandingkan jenis lainnya, turbin crossflow memiliki desain dan konstruksi yang sederhana, instalasi dan perawatan yang mudah, serta investasi dan biaya perawatan yang rendah.  Tinggi air jatuh (head) yang bisa digunakan diatas 3 m sampai 50 m.  Kapasitas aliran air antara 25 – 1500 liter/detik dengan daya yang dapat dihasilkan antara 2 – 200 kW.

Efisiensi turbin crossflow rata-rata berkisar 65% – 75% dan bisa mencapai >80%. Namun pada posisi guide vane <40% posisi maksimum efisiensinya akan turun sampai 30%. Di samping itu umur turbin crossflow panjang, disebabkan komponen-komponennya yang relatif tahan aus dan kecil kemungkinan untuk terjadi kavitasi yang dapat merusak kinerja turbin.

2. Turbin Pico Propeler

Turbin propeller kecil (pico propeller turbine) dapat digunakan untuk head rendah (1 – 6 m), debit 100 – 700 liter/detik dengan kapasitas 0,1 – 30 kW.  Turbin ini memiliki penggerak (runner) beberapa bilah tetap, seperti baling baling kapal.  Air melewati penggerak (runner) dan menggerakkan bilah bilah tersebut.

3.  PAT ( Pump As Turbine)

Penggunaan pompa sebagai turbin (PAT) pada mikrohidro untuk head menengah (medium head), 10 sampai 50 m, merupakan alternatif yang dapat dipertimbangkan.  Hanya saja karena pompa tidak didesain untuk aliran yang terbalik mengakibatkan efisiensi PAT tidak sebaik turbin air umumnya.  Sebuah pompa didesain untuk bekerja pada kecepatan, head dan debit yang konstan, sehingga untuk digunakan sebagai turbin menuntut laju aliran air yang konstan sepanjang tahun.  Perubahan laju aliran air akan mengakibatkan efisiensi PAT menurun.

PAT didesain untuk bekerja pada tingkat keadaan tertentu (head dan debit air tertentu). Karena tidak dilengkapi dengan guide vane untuk mengatur debit yang dapat masuk ke turbin, apabila debit airnya turun efisiensi serta pengeluaran daya akan merosot. Dengan demikian daerah kerja PAT sangat sempit dan spesifik.  Hal tersebut yang menjadi kendala utama dalam penerapan pompa sebagai turbin (PAT) Keunggulan sistem PAT adalah dibanding dengan turbin lain lebih murah sebab pompa standar mudah diperoleh dan suku cadang banyak tersedia dipasaran.

4.3.3    Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) pada dasarnya memanfaatkan energi potensial air (jatuhan air).  Semakin tinggi jatuhan air (head) maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografts yang memungkinkan, tinggi jatuhan air (head) dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi.

Secara umum layout sistem PLTMH merupakan pembangkit jenis Runoff River, memanfaatkan aliran air permukaan (sungai). Komponen sistern PLTMH tersebut terdiri dari banaunan intake (penyadap) – bendungan, saluran pembavia, bak pengendap dan penenang, saluran pelimpah, pipa pesat, rumah pembangkit dan saluran pembuangan. Basic lay-out pada perencanaan pengembangan PLTMH dimulai dari penentuan lokasi intake, bagaimana aliran air akan dibawa ke turbin dan penentuan tempat rumah pembangkit untuk rnendapatkan tinggi jatuhan (head) optimum dan aman dari banjir.

Pada umumnya instalasi PLTMH merupakan pembangkit listrik tenaga air jenis aliran sungai langsung, jarang yang merupakan jenis waduk (bendungan besar). Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air langsung dari sungai dapat berupa bendungan (intake dam) yang melintang sepanjang lebar sungai atau langsung membagi aliran air sungai tanpa dilengkapi bangunan bendungan. Lokasi intake harus dipilih secara cermat untuk menghindarkan masalah di kemudian hari.

Lokasi intake harus memiliki dasar sungai yang relatif stabil, apalagi bila bangunan intake tersebut tanpa bendungan (intake dam). Dasar sungai yang tidak stabil inudah mengalami

erosi sehingga permukaan dasar sungai lebih rendah dibandingkan dasar bangunan intake; hal ini akan menghambat aliran air memasuki intake.

Dasar sungai berupa lapisan lempeng batuan merupakan tempat yang stabil. Tempat di mana kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki dasar sungai yang relatif stabil. Pada kondisi yang tidak memungkinkan diperoleh lokasi intake dengan dasar sungai yang relatif stabil dan erosi pada dasar sungai memungkinkan teladi, maka konstruksi bangunan intake dilengkapi dengan bendungan untuk menjaga ketinggian dasar sungai di sekitar intake.

Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada instalasi PLTMH adalah kerusakan pada bangunan intake yang disebabkan oleh banjir. Hal tersebut sering terjadi pada intake yang ditempatkan pada sisi luar sungai. Pada bagian sisi luar sungai mudah erosi serta rawan terhadap banjir. Batti-batuan, batang pohon serta berbagai material yang terbawa banjir akan mengarah pada bagian tersebut. Sementara itu bagian sisi dalam sungai merupakan tempat terjadinya pengendapan lumpur dan sedimentasi, sehingga tidak cocok untuk lokasi intake. Lokasi intake yang baik terletak sepanjang bagian sungai yang relatif lurus di mana aliran akan terdorong memasuki intake secara alami dengan membawa beban (bed load) yang kecil.

Pada dasarnya setiap pembangunan mikrohidro berusaha untuk mendapatkan head yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit (power house) berada pada tempat yang serendah mungkin. Karena alasan keamanan dan konstruksi, lantai rumah pembangkit harus selalu lebih tinggi dibandingkan permukaan air sungai. Data dan informasi ketinggian permukaan sungai pada waktu banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit.

Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman, saluran pembuangan air (tailrace) harus terlindung oleh kondisi alam, seperti batu-batuan besar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta memungkinkan masuknya aliran air menuju ke rumah pembangkit.

Layout sebuah sistem PLTMH merupakan rencana dasar untuk pembangunan PLTMH. Pada Layout dasar digambarkan rencana untuk mengalirkan air dari intake sampai ke saluran pembuangan akhir.

Air dari intake dialirkan ke turbin menggunakan saluran pembawa air berupa kanal dan pipa pesat (penstock). Penggunaan pipa pesat memerlukan biaya yang iebih besar dibandingkan pembuatan kanal terbuka, sehingga dalam membuat Layout perlu diusahakan agar menggunakan pipa pesat sependek mungkin. Pada lokasi. tertentu yang tidak memungkinkan pembuatan saluran pembawa, penggunaan pipa pesat yang panjang tidak dapat dihindari.

Pendekatan dalam membuat Layout sistem PLTMH adalah sebagai berikut: air dari intake dialirkan melalui penstok sampai ke turbin. Jalur pemipaan dibuat mengikuti aliran air, paralel dengan sungai. Metoda ini dapat dipilih seandainya pada medan yang ada tidak memungkinkan untuk dibuat kanal, seperti sisi sungai berupa tebing batuan. Perlu diperhatikan bahwa penstock harus aman terhadap banjir.