Tugas 1

Universitas Gunadarma 1

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah.. Puji syukur kehadirat Allah SWT. atas segala rahmat dan hidayah-

Nya. Segala pujian hanya layak kita aturkan kepada Allah SWT. Tuhan seru sekalian alam

atas segala berkat, rahmat, taufik, serta petunjuk-Nya yang sungguh tiada terkira besarnya,

sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah yang penulis beri judul “PEMBANGUNAN

PICO HYDRO UNTUK AKSES LISTRIK DAERAH TERPENCIL”. Adapun tujuan di buat

nya makalah ini adalah untuk memberikan potensi berupa pengetahuan kepada pembaca

sekaligus sebagai memenuhi tugas.

Dalam penyusuna makalah ini, penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak,

oleh karena itu penulis mengucapkan rasa berterimakasih yang sebesar-besarnya kepada

mereka, kedua orang tua dan segenap keluarga besar penulis yang telah memberikan

dukungan, moril, dan kepercayaan yang sangat berarti bagi penulis.

Berkat dukungan mereka semua kesuksesan ini dimulai, dan semoga semua ini bisa

memberikan sebuah nilai kebahagiaan dan menjadi bahan tuntunan kearah yang lebih baik

lagi. Penulis tentunya berharap isi makalah ini tidak meninggalkan celah, berupa kekurangan

atau kesalahan, namun kemungkinan akan selalu tersisa kekurangan yang tidak disadari oleh

penulis.

Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar

makalah ini dapat menjadi lebih baik lagi. Akhir kata, penulis mengharapkan agar makalah

ini bermanfaat bagi semua pembaca.

Wassalamu'alaikum Wr. Wb.

Depok, April 2014

Penulis


DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .............................................................................................................1

DAFTAR ISI ............................................................................................................................2

BAB 1 PENDAHULUAN

A. Latar Belakang.........................................................................................................3

B. Tujuan.......................................................................................................................3

BAB II PEMBAHASAN

A. Tentang teknologi pico hydro .................................................................................4

B. Prinsip PLTA pico hydro ........................................................................................5

C. Komponen pico hydro .............................................................................................6

BAB III KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ..............................................................................................................

B. Saran ........................................................................................................................


BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Indonesia adalah negara yang memiliki banyak kepulauan yang terbentang dari

Sabang hingga ke Marauke, tidak sedikit pula pulau di indonesia ini yang lokasinya

terpencil dimana faktor aksebilitas ke lokasi masih sulit dijangkau oleh kendaraan namun

masih di singgahi oleh manusia sehingga jaringan listrik sulit di alokasikan ke daerah –

daerah tersebut. Dengan memanfaatkan pico hydro jaringan listrik dapat di transmisikan

meski ke daerah terpencil sekalipun karena ini menggunakan teknologi air skala pico

namun energi yang dihasilkan cukup besar.

Pico Hydro memanfaatkan aliran sungai dari titik ketinggian tertentu yang bersifat

ramah lingkungan, murah dan aman. Pico Hydro dapat menghasilkan daya listrik sampai

5 kilowatt dan bisa menjadi salah satu solusi untuk alternatif usaha penyediaan tenaga

listrik bagi daerah rural pada dataran tinggi yang tidak terjangkau oleh pelayanan PLN.

Daya tersebut dapat digunakan untuk daerah pedalaman yang rata-rata hanya

membutuhkan listrik dalam jumlah kecil (untuk penerangan dan kebutuhan listrik rumah).

B. TUJUAN

Pembangunan pico hydro ini bertujuan untuk meningkatkan ketahanan energi dan

kapasitas masyarakat untuk meningkatkan taraf hidupnya.

Target capaian spesifik dari program ini adalah:

Membuka akses dan menyediakan listrik berkualitas baik bagi penduduk di

daerah terpencil.

Memanfaatakan sumberdaya air sebagai sumber energi untuk pembangkitan

listrik

Meningkatkan kapasitas masyarakat setempat untuk mengelola aspek teknis

dan ekonomi dari sistem kelistrikan di kelompoknya agar dapat berkelanjutan

Menggerakkan kegiatan ekonomi masyarakat melalui penggunaan listrik yang

produktif.


BAB II

PEMBAHASAN

A. TENTANG TEKNOLOGI PICO HYDRO

Berdasarkan output yang dihasilkan, pembangkit listrik tenaga air dibedakan atas :

Large-hydro : lebih dari 100 MW

Medium-hydro: antara 15 – 100 MW

Small-hydro : antara 1 – 15 MW

Mini-hydro : Daya diatas 100 kW, tetapi dibawah 1 MW

Micro-hydro: antara 5kW – 100 kW

Pico-hydro : daya yang dikeluarkan 5kW

Pembangkit listrik tenaga air skala piko merupakan pembangkit listrik yang

menghasilkan keluaran daya listrik tidak lebih dari 5 kW. Pembangkit ini memiliki

beberapa keunggulan, seperti :

1. Biaya pembuatannya relatif murah.

2. Bahan-bahan pembuatannya mudah ditemukan di pasaran.

3. Ramah lingkungan karena tidak menggunakan bahan bakar fosil.

4. Pembangunannya dapat dipadukan dengan pembangunan jaringan irigasi.

5. Perkembangan teknologinya relatif masih sedikit, sehingga cocok

digunakan dalam jangka waktu yang lama.

6. Tidak membutuhkan perawatan yang rumit dan dapat digunakan cukup

lama.

7. Ukurannya yang kecil, cocok digunakan untuk daerah pedesaan yang

belum terjangkau jaringan aliran listrik PLN.

Salah satu jenis klasifikasi dari hydropower adalah pico hydro, pico hydro diberi

nama oleh Nigel Smith. Pico Hydro memanfaatkan aliran sungai dari titik ketinggian

tertentu yang bersifat ramah lingkungan, murah dan aman. Pico Hydro dapat

menghasilkan daya listrik sampai 5 kilowatt dan bisa menjadi salah satu solusi untuk

alternatif usaha penyediaan tenaga listrik bagi daerah rural pada dataran tinggi yang

tidak terjangkau oleh pelayanan PLN. Daya tersebut dapat digunakan untuk daerah

pedalaman yang rata-rata hanya membutuhkan listrik dalam jumlah kecil (untuk

penerangan dan kebutuhan listrik rumah).

Pembangkit Tenaga Listrik Pico Hydro ini terdiri atas beberapa bagian yaitu

intake dari sungai, pipa (penstok), turbin, generator, controller dan sistem distribusi

elektrikal. Pada dasarnya, pembangkit listrik ini bekerja karena limpasan sungai,

artinya tidak dibutuhkan bendungan. Sebagai gantinya digunakan pipa-pipa yang

mengalirkan sebagian aliran sungai menuju ketinggian tertentu yang lebih rendah. Air

kemudian akan melewati turbin sebelum akhirnya dialirkan lagi ke sungai.


B. PRINSIP PLTA PICO HYDRO

Pembangkit listrik tenaga air skala piko pada prinsipnya memanfaatkan beda

ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran air saluran irigasi,

sungai atau air terjun. Aliran air ini akan memutar poros turbin sehingga

menghasilkan energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan

generator menghasilkan listrik. Gambar 2.1 merupakan proses pembangkitan listrik

tenaga air skala piko.

Gambar 2.1 Proses PLTA skala piko

Pada saluran irigasi ini terdapat penyaringan sampah untuk menyaring kotoran

yang mengambang diatas air, kolam pengendap untuk mengendapkan kotoran, saluran

pembuangan untuk membuang kelebihan air yang mengalir melalui saluran akibat

banjir melalui pintu saluran pembuangan. Akhir dari saluran ini adalah sebuah kolam

penenang (forebay tank) yang berfungsi untuk mengendapkan dan menyaring kembali

air agar kotoran tidak masuk dan merusak turbin. Selain itu kolam penenang ini

berfungsi juga untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke dalam pipa pesat.

Pipa pesat (penstock) ini akan mengalirkan air ke rumah pembangkit (power house)

yang terdapat turbin dan generator di dalamnya. Besar volume air yang masuk ke pipa

pesat diatur melalui pintu pengatur. Turbin pada proses pembangkitan listrik ini

berputar karena adanya pengaruh energi potensial air yang mengalir dari pipa pesat

dan mengenai sudu-sudu turbin. Berputarnya turbin kemudian akan mengakibatkan

generator juga berputar sehingga generator dapat menghasilkan listrik sebagai

keluarannya. Besarnya daya listrik sebelum masuk ke turbin secara matematis dapat

dituliskan sebagai berikut :

Pin turbin = ρ.Q.h.g (2.2)

Sedangkan besar daya output turbin adalah sebagai berikut :

Pout turbin = ρ × Q × h × g × ηturbin (2.3)


Sehingga secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit adalah

sebagai berikut :

Preal = ρ × Q × h × g × ηturbin × ηgenerator × ηtm (2.4)

Dimana :

Pin turbin = daya masukan ke turbin (kW)

Pout turbin = daya keluaran dari turbin (kW)

Preal = daya sebenarnya yang dihasilkan (kW) ρ = massa jenis fluida (kg/m3)

Q = debit air (m3/s)

h = ketinggian efektif (m) g = gaya gravitasi (m/s2)

C. KOMPONEN PICO HYDRO

Komponen PLTA skala piko sama dengan komponen pada PLTA mikrohidro,

yang secara umum terdiri dari :

1. Bendungan (Weir) dan Intake

Pada umumnya instalasi PLTA skala piko merupakan pembangkit listrik

tenaga air jenis aliran sungai atau saluran irigasi langsung, jarang yang merupakan

jenis waduk (bendungan besar). Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air

langsung dapat berupa bendungan (weir) 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.

2. Saluran Pembawa (Head Race)

Saluran pembawa berfungsi untuk mengalirkan air dari intake sampai ke bak

penenang. Perencanaan saluran penghantar berdasarkan pada kriteria:

teknis

3. Pipa Pesat (Penstock)

Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air

dari bak penenang (forebay tank). Perencanaan pipa pesat mencakup pemilihan

material, diameter penstock, tebal dan jenis sambungan (coordination point).


Pemilihan material berdasarkan pertimbangan kondisi operasi, aksesibility, berat,

sistem penyambungan dan biaya. Diameter pipa pesat dipilih dengan

pertimbangan keamanan, kemudahan proses pembuatan, ketersediaan material dan

tingkat rugi-rugi (fiction losses) seminimal mungkin. Ketebalan penstock dipilih

untuk menahan tekanan hidrolik dan surge pressure yang dapat terjadi.

4. Pintu Saluran Pembuangan

Pintu saluran pembuangan ini berfungsi untuk membuang air apabila terjadi

kelebihan volume air pada saluran pembawa.

5. Kolam Penenang (Forebay Tank)

Kolam penenang berfungsi untuk mengendapkan dan menyaring kembali air

agar kotoran tidak masuk dan merusak turbin. Selain itu kolam penenang ini juga

berfungsi untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke dalam pipa pesat.

6. Pintu Pengatur

Pintu pengatur berfungsi untuk mengatur volume air yang akan masuk dari kolam

penenang ke pipa pesat.

7. Rumah Pembangkit (Power House)

Pada rumah pembangkit ini terdapat turbin, generator dan perlatan lainnya.

Bangunan ini menyerupai rumah dan diberi atap untuk melindungi peralatan dari

hujan dan gangguan-gangguan lainnya.

8. Saluran Buang (Tail Race)

Saluran buang berfungsi mengalirkan air keluar setelah memutar turbin.

9. Turbin Air

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk

pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi

energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga

listrik.

10. Generator Sinkron

Generator sinkron merupakan mesin listrik arus bolak-balik yang berfungsi

untuk merubah energi mekaniks dalam membentuk putaran menjadi energi listrik

arus bolak-balik. Generator sinkron mempunyai dua bagian pokok, yaitu bagian

stator atau bagian dari generator sinkron yang tidak bergerak dan bagian rotor atau

bagian generator sinkron yang berputar atau bergerak. Pada generator sinkron

yang berukuran besar, bagian stator dipergunakan sebagai tempat belitan medan

magnet.

• Prinsip Dasar Generator Sinkron

Generator sinkron bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Generator

sinkron mempunyai belitan jangkar yang merupakan elemen diam pada stator dan

belitan eksitesi itu dimagnetisasikan oleh arus searah yang dipasok oleh sumber


arus searah dari luar atau dari generator itu sendiri dengan jalan mengambil

sebagian arus yang keluar dari stator lalu diserahkan sebagai penguat. Jika stator

generator sinkron diputar pada suatu kecepatan tertentu yang disebut dengan

putaran sinkron, belitan medan magnet pada rotor tersebut dialiri arus searah,

sehingga menghasilkan fluksi yang turut berputardan memotong belitan jangkar

yang terdapat pada bagian stator. Akibat adanya perubahan fluksi persatuan waktu

yang dirasakan oleh belitan jangkar, maka pada belitan jangkar akan terjadi

tegangan induksi.

• Konstruksi Generator Sinkron

Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan

konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron. Ada dua

struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja dari mesin

tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC (membangkitkan

medan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah kumparan (biasa disebut

jangkar) tempat dibangkitnya GGL arus bolak balik arus bola-balik. Hampir

semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang diam dan

struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada struktur medan

yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melaui slipring dan sikat arang.

Suatu generator sinkron secara umum terdiri dari :

1. Stator adalah bagian dari mesin yang diam dan berbentuk silinder

2. Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar juga berbentuk silinder

3. Celah udara adalah ruangan antara stator dan rotor.

1. Stator

Secara umum stator terdiri dari kerangka stator, inti stator, dan slot.

a. Rangka Stator

Rangka stator berfungsi sebagai tempat melekatnya stamping jangkar dan

kumparan jangkar. Pada rangka stator terdapat lubang pendingin dimana udara

dan gas pendingin disirkulasikan. Rangka stator biasanya dibuat dari besi

campuran baja atau plat baja giling yang dibentuk sedemikian rupa sehingga

diperoleh rangka yang sesuai dengan kebutuhan.

b. Inti Stator

Inti stator melekat pada rangka stator dimana inti ini terbuat dari laminasi-

laminasi besi khusus atau campuran baja. Hal ini diperbuat untuk memperkecil

rugi arus Eddy. Tiap laminasi diberi isolasi dan diantaranya dibentuk celah

sebagai tepat aliran udara.

c. Slot

Slot adalah tempat konduktor berada yang letaknya pada bagian dalam

sepanjang keliling stator. Bentuk slot ada 3 yaitu Slot Terbuka, Slot Setengah

Terbuka, Slot Tertutup.

2. Rotor


Sebagai tempat belitan penguat yang membentuk kemagnetan listrik kutub

Utara-Selatan pada inti rotor. Ada 2 macam bentuk rotor, yaitu :

a. Rotor kutub menonjol (Salient Pole Rotor)

Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Kumparan dibelitkan

pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi laminasi untuk mengurangi panas

yang ditimbulkan oleh arus Eddy, kumparan-kumparan medannya terdiri dari

bilah tembaga persegi. Kutub menonjol ditandai dengan rotor berdiameter besar

dan panjang sumbunya pendek.

b. Rotor kutub tak menonjol (Rotor Silinder)

Rotor tipe ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang mempunyai

sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga

kumparan medan yang terletak pada rotor maka jumlah kutub pun sedikit yang

dapat dibuat. Universitas Sumatera Utara

Rotor ini biasanya berdiameter kecil dan sumbunya sangat panjang.

Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih baik karena rugi-

rugi anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub menonjol (salient pole rotor).

Prinsip Kerja Generator Sinkron

Prinsip kerja generator sinkron berdasarkan induksi elektromagnetik. Setelah

rotor diputar oleh penggerak mula (prime mover), dengan demikian kutub-kutub

yang ada pada rotor akan berputar. Jika kumparan kutub diberi arus searah maka

pada permukaan kutub akan timbul medan magnet (garis-garis gaya fluks) yang

berputar, kecepatannya sama dengan putaran kutub. Garis-garis gaya fluks yang

berputar tersebut akan memotong kumparan jangkar distator, sehingga

menimbulkan EMF atau GGL atau tegangan induksi, yang besarnya :

E = -N𝑑Ө

𝑑𝑡

Kecepatan Putaran Generator Sinkron

Kecepatan putaran suatu generator sinkron tergantung kepada penggerak

mulanya, Seperti pada pembangkit listrik tenaga air (PLTA), penggerak mulanya

berupa turbin. Jadi apabila putaran turbinnya tinggi, maka putaran pada generator

juga akan tinggi. Dan jika sebaliknya, jika putaran turbin rendah maka putaran

pada generator juga akan rendah. Putaran pada generator selalu dijaga konstan

agar frekuensi dan tegangan yang dihasilkan generator sinkron tetap konstan.

Untuk menentukan besarnya frekuensi yang dihasilkan oleh generator dapat dicari

berdasarkan besarnya jumlah putaran dan banyaknya jumlah pasang kutub pada

generator sinkron, sehingga diperoleh hubungan :

F = 𝑃.𝑛

120

Dimana :

F = frekuensi listrik (Hz)

P = jumlah kutub pada rotor


n = kecepatan putaran rotor (rpm)

Umumnya frekuensi listrik yang dihasilkan suatu generator sinkron di

Indonesia 50 Hz. Ini berarti untuk generator sinkron yang mempuyai satu pasang

kutub diperlukan sebanyak 25 putaran setiap detik atau sama dengan 60 x 25 =

1500 putaran per menit.

Untuk menjaga frekuensi yang dihasilkan generator sinkron sebesar 50 Hz dan

untuk generator sinkron yang mempunyai jumlah kutub pada Universitas

Sumatera Utara

rotornya lebih dari satu pasang maka jumlah putarannya ini disesuaikan

dengan persamaan di atas. Kecepatan putaran juga sangat berpengaruh terhadap

tegangan yang dihasilkan generator sinkron. Jika putarannya turun, maka

tegangan generator sinron juga akan turun dan apabila putarannya bertambah

maka akan mengakibatkan bertambahnya tegangan yang dihasilkan oleh

generator. Jadi jika putaran generator sinkron bertambah maka akan

mengakibatkan bertambahnya kemampuan pembangkitan daya dari generator

sinkron. Tetapi biasanya dalam pengoperasiannya jumlah putaran generator

sinkron dijaga konstan dan yang diatur biasanya adalah arus penguat medannya.

Daya yang dihasilkan Generator Sinkron

Generator untuk pembangkit listrik tenaga air skala piko menggunakan

generator sinkron 1 phasa. Generator ini memiliki kecepatan rata-rata antara 70 –

1500 rpm. Daya yang dihasilkan oleh generator 1 phasa dihitung dengan

persamaan :

P = V. I. cos φ

Dimana :

P = daya yang dihasilkan generator (watt)

V = tegangan terminal generator (volt)

I = arus (ampere) cos φ = faktor daya

11. Jaringan Distribusi

Jaringan distribusi terdiri dari kawat penghantar, tiang, isolator dan

transformator. Jaringan tersebut dapat menggunakan kawat penghantar berbahan

aluminium atau bahan campuran lain. Pada jaringan distribusi tegangan rendah

biasanya digunakan kawat penghantar berisolasi. Tiang pada saluran distribusi

dapat berupa tiang baja, beton atau kayu. Isolator digunakan untuk memisahkan

bagian-bagian yang aktif atau bertegangan jika penghantar yang digunakan

merupakan konduktor tanpa isolasi.

a. Penghantar

Jaringan distribusi dapat menggunakan kawat penghantar jenis ACSR

(Aluminium Conductor Steel Reinforced), tembaga atau bahan campuran antara

aluminium dan tembaga. Ukuran kawat penghantar dipilih berdasarkan faktor

ekonomi, arus beban dan jatuh tegangan yang dapat ditimbulkan serta faktor


keamanan pendistribusian daya listrik. Rugi-rugi daya dalam saluran satu phasa

dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :

Ploss = I2 x L x ((RP/km) + (RN/km))

Dimana :

Ploss = Daya rugi dalam saluran (watt)

I = Arus beban (ampere)

L = Panjang penghantar (km)

RP/km = Tahanan kabel phasa per km (Ω/km)

RN/km = Tahanan kabel netral per km (Ω/km)

Efisiensi saluran dihitung dengan persamaan di bawah ini :

η = Pout/Pin x 100%

Dimana :

η = efisiensi saluran

Pout = Daya penerima (watt)

Pin = Daya pengirim (watt)

Tegangan jatuh pada saluran satu phasa dapat dihitung dengan persamaan di

bawah ini :

Vd = 2 x I x L x (RΩ/km cos φ + XΩ/km sin φ)

Dimana :

Vd = Tegangan jatuh satu phasa (volt)

I = Arus beban satu phasa (ampere)

L= Panjang penghantar (km)

RΩ/km = Tahanan penghantar per km (Ω/km)

XΩ/km = Reaktans penghantar per km (Ω/km)

Sedangkan besar tegangan ujung penerima dapat dihitung dengan persamaan

di bawah ini :

Vpenerima = Vsumber – Vd

Dimana :

Vpenerima = tegangan pada ujung penerima (volt)

Vsumber = tegangan pada sumber (volt)


Vd = tegangan jatuh (volt)

Untuk menghitung persen jatuh tegangan pada saluran dapat digunakan

persamaan berikut ini :

% Vd =𝑉𝑟𝑛𝑖−𝑉𝑟𝑓𝑖

𝑉𝑟𝑓𝑖 .100%

Dimana : %Vd = persen tegangan jatuh (volt)

Vrni = tegangan pada sumber (volt)

Vrfi = tegangan pada beban penuh (volt)

b. Tiang

Jenis tiang yang digunakan pada jaringan distribusi antara lain adalah :

- Tiang baja

- Tiang beton

- Tiang kayu

Diantara ketiga jenis tiang tersebut yang paling sering digunakan adalah

tiang beton karena tidak memerlukan biaya pemeliharaan, sedangkan tiang

kayu dan baja membutuhkan biaya pemeliharaan yang besar seperti

pengecatan ulang.


Sumber

1. http://www.esdmsulsel.com/index.php?option=com_content&vie

w=article&id=86:oleh-muhammad-rijal&catid=39:pengusahaan-

listrik&Itemid=85

2. http://www.listriktenagaair.com/PembangkitListrik.htm

3. http://litbang.pu.go.id/mikrohidro.balitbang.pu.go.id

4. repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/21804/4/Chapter%20II

.pdf

http://www.esdmsulsel.com/index.php?option=com_content&view=article&id=86:oleh-muhammad-rijal&catid=39:pengusahaan-listrik&Itemid=85



http://www.listriktenagaair.com/PembangkitListrik.htm

http://litbang.pu.go.id/mikrohidro.balitbang.pu.go.id

Tugas 1

Documents

Transcript of Tugas 1