MAKALAH PLTANAMA:I PUTU JULIANANIM:1404405015

JURUSAN TEKNIK ELEKTROUNIVERSITAS UDAYANA

KATA PENGANTARPada dasarnya energi adalah suatu besaran yang dimiliki oleh setiap benda yang ada di alam ini. Namun dari energi yang dikandung oleh setiap benda tersebut ada yang dapat dimanfaatkan dengan mudah dan ada yang memerlukan usaha yang keras untuk memanfaatkannya. Cara mengambil manfaat dari energi yang terkandung diperlukan proses perubahan atau konversi energi. Salah satu bentuk energi yang sangat mudah dimanfaatkan bagi kehidupan manusia pada zaman modern ini adalah energi listrik. Sumber-sumber energi listrik tersebut biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Pada makalah ini akan dikhususkan untuk membahas Pembangkit Listrik Tenaga Air, prinsip kerja konversi energi gerakan air menjadi energi listrik, jenis-jenis PLTA, kelebihan dan kekurangan PLTA. Kemudian, banyak kurangnya dari makalah kami ini kami minta maaf yang sebesar-besarnya. Terimakasih atas perhatiannya. Wassalamualiaikum warohmatullohi wabarokatuh.

Mangupura,04 Maret 2015

Penyusun

ii

DAFTAR ISIBAB I PENDAHULUAN1A.LATAR BELAKANG1B.TUJUAN1C.MANFAAT1BAB II PLTA SECARA UMUM2A.PRINSIP KERJA PLTA2B.MACAM-MACAM PLTA3BAB III PLTA CIRATA9A.PENGENALAN9B.BAGIAN BAGIAN PLTA CIRATA91.BAGIAN BAGIAN PLTA (dalam diagram)9C.CARA KERJA PLTA CIRATA11BAB IV KESIMPULAN15A.PERBANDINGAN ANTAR PLTA15B.KELEBIHAN-KEKURANGAN:15C.Daftar Pustaka16

ii

BAB IPENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANGPembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah salahsatu pembangkit yang memanfaatkan aliran air untuk diubah menjadi energi listrik Pembangkit listrik ini bekerja dengan cara merubah energi air yang mengalir (dari bendungan atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator). Kemudian energi listrik tersebut dialirkan melalui jaringan-jaringan yang telah dibuat, hingga akhirnya energi listrik tersebut sampai ke rumah kita.

B. TUJUAN Setelah membaca makalah ini diharapkan pembaca mengerti alur proses pembangkitan energi dari wujud air menjadi listrik.

C. MANFAATPengetahuan tentang PLTA ini dapat dimanfaatkan oleh seluruh masyarakat Indonesia untuk merangkai pembangkit listrik tenaga airnya sendiri. PLTA tidak harus memiliki waduk, bahkan melalui aliran sungai dekat rumah sendiri pun bisa.

BAB IIPLTA SECARA UMUM

A. PRINSIP KERJA PLTAPembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) merupakan pembangkit tenaga listrik yang mengubah energi potensial air (energi gravitas air) menjadi energi listrik. Mesin penggerak yang digunakan adalah turbin air untuk mengubah energi potensial air menjadi kerja mekanis poros yang akan memutar rotor generator untuk menghasilkan energi listrik.

Gambar 1: Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga AirAir sebagai bahan baku PLTA dapat diperoleh dari sungai secara langsung disalurkan untuk memutar turbin, atau dengan cara ditampung dahulu (bersamaan dengan air hujan) dengan menggunakan kolam tandon atau waduk sebelum disalurkan untuk memutar turbin. Daya listrik yang dibangkitkan dapat dihitung menggunakan pendekatan rumus :P = 9,8 Q x H x t x g ( kW )Dimana :P = Daya yang dihasilkan (kW)Q = Debit air dalam (m3/detik)H = Tinggi terjun (m) t = Efisiensi turbin (%) g = Efisiensi Generator (%)

Perencanaan pengoperasian PLTA yang dilakukan berdasarkan pada kondisi hydrologi yang meliputi : MAKALAH PLTA | 19

Tahun Basah Sekali Tahun Basah Tahun Normal Tahun Kering Tahun Kering Sekali

Untuk mendapatkan hasil yang optimum dan memudahkan untuk perencanaan operasional tahunan, maka perencanaan operasi dilakukan berdasarkan pada kondisi hydrologi tahun normal dan tahun kering, yang kemudian dilakukan penyesuaian tiap bulan berdasarkan kondisi air masuk. Indonesia hanya mengenal dua musim yaitu musim hujan biasa dimulai bulan Nopember s.d Maret dan musim kemarau pada bulan April s.d Oktober, sehingga kondisi ini dipergunakan untuk proses pengisian dan penggunaan air.B. MACAM-MACAM PLTA1. PLTA DENGAN WADUK (RESERVOIR)Air sungai dialirkan ke kolam melalui saluran terbuka atau tertutup dengan disaring terlebih dahulu dan ditampung di suatu kolam yang berfungsi untuk: Mengendapkan pasir Mengendapkan lumpur Sebagai waduk (reservoir)

Gambar 3: PLTA dengan kolam tandonAir dari satu sungai atau lebih ditampung di suatu tempat untuk mendapatkan ketinggian tertentu dengan jalan dibendung. Air dari waduk tersebut dialirkan melalui saluran terbuka, melalui pintu air ke saluran tertutup yang selanjutnya melalui pipa pesat menggerakkan turbin untuk membangkitkan tenaga listrik. Contoh:PLTA Cirata

from: wikipediaDaerahDesa Tegal Waru, Kecamatan Plered, Kabupaten Purwakarta, Jawa Barat

Tipe PLTADengan waduk

Mulai beroperasi1988

Jumlah pembangkit8

Kapasitas126 MW tiap pembangkit, total kapasitas 1008 MW

Daya listrik rata-rata pertahun1428 GWH

Jaringan transmisi500 KV

Turbin PLTA CirataKapasitas turbin129.000 KW

Putaran Turbin187,5 RPM

Tinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin112,5 meter

Debit air maksimum135 m3/detik

www.google.com2. PLTA ALIRAN DANAUSumber air dari PLTA ini adalah sebuah danau yang potensinya cukup besar. Untuk pengambilan air yang masuk ke PLTA dilaksanakan dengan: Pembuatan bendungan yang berfungsi juga sebagai pelimpas yang berlokasi pada mulut sungai. Perubahan duga muka air (DMA) + 4 meter Intake

Contoh: PLTA Tes

DaerahDesa Turan Tiging, Kecamatan Tes, Kabupaten Rejang Lebong, Provinsi Bengkulu, Sumatera.

Tipe PLTAMemanfaatkan aliran danau

Mulai beroperasi1923 (saat pemerintahan Kolonial Belanda)

Jumlah pembangkit4 buah

Kapasitas4 MW tiap pembangkit, total kapasitas 16 MW

Jaringan transmisi70 KV

Data Operasi Lantai dasar intakeEL 560.20 mdpl

Lantai dasar inletEL 557.40 mdpl

Turbin lamaEL 520.00 mdpl

Turbin baruEL 507.50 mdpl

Debit air rata-rata34 m3/S

Level efektif maksimalEL 563.50 mdpl

Level efektif minimalEL 563.00 mdpl

Unit terpasang6 Unit

Kapasitas terpasang18,96 MW

Beban puncak18 MW

3. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)Suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air.Komponen mikrohidro sebagai berikut: Air : (sebagai sumber energi). Turbin: mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis. Generator : menghasilkan listrik dari putaran mekanis. Saluran Pembawa (Headrace): Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjagaelevasi dari air yang disalurkan. Panel kontrol : panel kontrol berfungsi untuk menstabilkan tegangan. Kincir air : sebagai pengerak dinamo.Prinsip dasar mikrohidro adalah memanfaatkan energi potensial yang dimiliki oleh aliran air pada jarak ketinggian tertentu dari tempat instalasi pembangkit listrik. Sebuah skema mikrohidro memerlukan dua hal yaitu, debit air dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang dapat dimanfaatkan. Hal ini adalah sebuah sistem konversi energi dari bentuk ketinggian dan aliran (energi potensial) ke dalam bentuk energi mekanik dan energi listrik. Daya yang masuk (Pgross) merupakan penjumlahan dari daya yang dihasilkan (Pnet) ditambah dengan faktor kehilangan energi (loss) dalam bentuk suara atau panas. Daya yang dihasilkan merupakan perkalian dari daya yang masuk dikalikan dengan efisiensi konversi (Eo). Rumus:Pnet = Pgross Eo kWContoh:

Daya kotor adalah head kotor (Hgross) yang dikalikan dengan debit air (Q) dan juga dikalikan dengan sebuah faktor gravitasi (g = 9.8), sehingga persamaan dasar dari pembangkit listrik adalah:Pnet = g Hgross Q Eo kWDimana head dalam meter (m), dan debit air dalam meter kubik per detik (m/s3).Daya yang dihasilkan (Pnet) (W)Daya yang masuk (Pgross) (W)Ketinggian jatuh (head) (m)Aliran (energi potensial)Faktor kehilangan energi (loss)Efisiensi konversi (Eo)Head kotor (Hgross)Debit air (Q) (m/s3)Gravitasi (g = 9.8)

Contoh:PLTMH Sengkaling 1

Debit1 m3/detik

Tinggi jatuh15,2 m

Daya terbangkit1 KW

BAB IIIPLTA CIRATA

A. PENGENALANPembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia Tenggara. PLTA ini memiliki konstruksi power house di bawah tanah dengan kapasitas 8x126 Megawatt (MW) sehingga total kapasitas terpasang 1.008 Megawatt (MW) dengan produksi energi listrik rata-rata 1.428 Giga Watthour (GWH) pertahun yang dislaurkan melalui jaringan transmisi tegangan ekstra tinggi 500 kV ke sistem interkoneksi Jawa-Madura-Bali (Jamali). Energi didapat dari bendungan Cirata dengan volume 2.163 m3. Unit Pembangkitan Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia Tenggara.PLTA Cirata dibangun dengan komposisi bangunan power house empat lantai di bawah tanah yang berjarak sekitar 2 km dari mesin-mesin pembangkit yang terletak di power house. PLTA Cirata dioperasikan oleh anak perusahaan PT Perusahaan Listrik Negara (PLN persero) yaitu PT Pembangkitan Jawa Bali (PJB) yang disalurkan melalui saluran transmisi tenaga listrik 500 kilo volt (KV) ke sistem Jawa Bali yang diatur oleh dispatcher PLN Pusat Pengatur Beban (P3B). Kontribusi utama Cirata terhadap sistem Jawa Bali yaitu memikul beban puncak dan beroperasi pada pukul 17.00-22.00, dengan moda operasi LFC (Load Frequency Control), di mana memiliki fasilitas line charging bila sistem Jawa Bali mengalami Black Out dan Start up operasi/ sinkron ke jaringan 500 KV yang relatif cepat yaitu kurang lebih lima menit. PLTA Cirata terletak di daerah aliran sungai (DAS) Citarum di Desa Tegal Waru, Kecamatan Plered, Kabupaten Purwakarta, Jawa Barat. Latar belakang pendirian PLTA ini, dengan letak sungai Citarum yang subur, bergunung-gunung dan dianugerahi curah hujan yang tinggi. Pembangunan proyek PLTA Cirata merupakan salah satu cara pemanfaatan potensi tenaga air di Sungai Citarum yang letaknya di wilayah kabupaten Bandung, kurang lebih 60 km sebelah barat laut kota Bandung atau 100 km dari Jakarta melalui jalan Purwakarta.

B. BAGIAN BAGIAN PLTA CIRATA1. BAGIAN BAGIAN PLTA (dalam diagram)http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja

No. PetunjukNama AlatKeterangan

1WadukTempat menampung air sungai

2Main GatePintu air utama

3BendunganPenahan laju sungai

4PenstockPipa yang menyalurkan air dari waduk menuju sungai

5Katup UtamaKatup buka-tutup

6TurbinBaling-baling yang digerakkan oleh air

7GeneratorPengubah energi mekanik menjadi energi listrik

8DraftubePenampung air sebelum dibuang

9TrailracePembuangan air

10TransformatorPengubah listrik

11Switch yardPengatur listrik

12Kabel TransmisiDistributor listrik

13SpillwaysTempat keluarnya lebihan air waduk

2. SPESIFIKASI TURBIN PLTA CIRATAGuna menghasilkan energi listrik sebesar 1.428 GWH, dioperasikan delapan buah turbin dengan kapasitas masing-masing 129MW dengan putaran 187,5 RPM. Adapun tinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin 112,5 meter dengan debit air maksimum 135 m3 perdetik. Turbin yang digunakan di waduk Cirata adalah Turbin Francis dengan spesifikasi:SPESIFIKASIKETERANGAN

TipeFrancis, vertical shaft

ProduksiVOEST-ALPINE

Rate Net Head106,8 m

Rated Output129,6 MW

Kecepatan187,5 rpm

Debit Pada Kondisi Diatas132,5 m3/s

Runaway Speed400 rpm

Spiral Case Inlet Diameter4300 mm

Draft Tube Outlet Diameter6400 rpm

Diameter RunnerDth = 3400 m

Jumlah Runner Bladez = 16

Jumlah Guide Vanez = 24

Bukaan Maksimum Guide Vane260 mm

Ketinggian Guide Vane980 mm

Jumlah Servomotor2

Tekanan Normal Operasi Guide Vane55 kg/cm2

Tekanan Oli Minimum Guide Vane38,5 kg/cm2

Langkah Servomotor440 mm

Diameter Piston Servomotor400 mm

C. CARA KERJA PLTA CIRATA1. PRINSIP KERJAAir yang berada pada ketinggian tertentu senantiasa mengalirkan air dengan masa tertentu setiap menit. Seperti masa air yang berada pada suatu ketinggian memiliki energi potensial gravitasi. Ketika masa air turun ke bawah energy potensialnya berkurang karna sebagian energi potensialnya dirubah menjadi enrgi kinetik.Sesuai dengan hukum kekekalan energi mekanik, semakin ke bawah energi kinetik semakin besar. Ek air yang cukup besar akan mengenai sudu-sudu turbin yang dipasang didasar air terjun dan akan memutarkan poros turbin yang seporos dengan poros generator Kemudian generator berputar dan menghasilkan energy listrik.

http://blogmechanical.blogspot.com/2011

http://jonny-havianto.blogspot.com/2012Dengan energi potensial yang tinggi maka laju aliran air di ujung pipa akan tinggi pula. Apabila diameter pipa tidak berubah (semua pipa diameternya sama) maka kita dapat menentukan laju aliran air tersebut menggunakan rumus dibawah:Ek = Epmv = mghKeterangan: Ek = energy kinetik (J)Ep = energy potensial (J)m = massa air (kg)v = kecepatan air (m/s)g = gravitasi 9.8 (m/s)h = ketinggian air (m)Dengan demikian kita juga dapat menentukan debit airnya:Q = AvKeterangan: A= luas penampangQ = debit air (m3/s)Besarnya daya listrik sebelum masuk ke turbin secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:Pin turbin = hQgSedangkan besar daya output turbin adalah sebagai berikut :Pout turbin = . h . Q . g . turbinSehingga secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit adalah sebagai berikut :Preal = . h . Q. g . turbin . generator . tmgenerator= x 100%Efisiensi turbin sesuai dengan kondisi beban:Kutipan dari buku Hydroelectric Handbook, William P. Craeger and Joel D. Justin, Second Edition John Wiley & Sons, Inc., New York, 1950, hal. 832Keterangan :

Pin= daya masukan ke turbin (watt)Pout = daya keluaran dari turbin (watt)Preal = daya sebenarnya yang dihasilkan (watt) = massa jenis fluida (kg/m3)Q = debit air (m3/s)h = ketinggian efektif (m)g = gaya gravitasi (m/s)W = usaha (j)

Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air, oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis.Namun, tidak semua energi potensial dari air diubah menjadi energi listrik. Oleh karena itu kita mengenal konsep efisiensi: = x 100%Dengan demikian daya listrik yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga air adalah:Pdihasilkan = PhitungPdihasilkan = hQUntuk menghitug beda potensial yang dihasilkan, kita menggunakan rumus GGL induksi yang dikenal dalam Hukum induksi Faraday yang bunyinya Gaya gerak listrik (GGL) induksi pada sebuah rangkaian sama dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut. Rumus yang digunakannya adalah: = N B A sin t = 2f, terdapat pada rumus gerak melingkar (kecepatan berputar magnet)Keterangan:

= ggl induksi sesaat (volt)N = banyak lilitan kumparanB = besar induksi magnetic (Wb/m=T)A = luas penampang/loop (m) = kecepatan sudut (rad/s)t = lama kumparan telah berputar (s)f = frekuensi

2. CARA KERJA GENERATORGenerator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis. Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu:http://4bri.blogspot.com/2012/11/cara-ke

1. PutaranPutaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan persamaan:rpm = 60 . f / Pdimana:rpm = putaranf = frekuensiP = jumlah pasang kutub

2. KumparanBanyak dan besarnya jumlah kumparan pada stator mempengaruhi besarnya daya listrik yang bisa dihasilkan oleh pembangkit

3. MagnetMagnet yang ada pada generator bukan magnet permanen, melainkan dihasilkan dari besi yang dililit kawat. Jika lilitan tersebut dialiri arus eksitasi dari AVR maka akan timbul magnet dari rotor.Sehingga didapat persamaan:E = B . V . LDimana:

E : Gaya elektromagnetB : Kuat medan magnetV : Kecepatan putarL : Panjang penghantarDari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga agar beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu dengan mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai kemagnetannya.

3. PERHITUNGAN PROSES KEJADIAN LISTRIKDaya input turbin:P in turbin= .h.Q.g= 1025 x 106,8 x 132,5 x 9,8 = 141,8MW

Efisiensi turbin: = x 100% = x 100% = 89%

Daya output turbin:P out turbin = ..Q.g = 89% x 1025 x 106,8 x 132,5 x 9,8 = 126,5 MW

Data di atas adalah perhitungan daya yang dihasilkan pada setiap turbin sesuai dengan spesifikasi turbin dan waduk di PLTA Cirata.BAB IVKESIMPULAN

A. PERBANDINGAN ANTAR PLTAPLTA CIRATAPLTA TESPLMTH SENGKALING 1

LokasiPurwakarta, Jawa BaratLebong, BengkuluMalang, Jawa Timur

TipeMemanfaatkan potensi air dari waduk.Memanfaatkan Potensi air tampungan danau.Memanfaatkan pergerakan air skala kecil yaitu irigasi.

Tipe turbinFrancis Vertika ShaftFrancis Horizontal ShaftCross Flow

Jumlah putaran187,5 rpm375,0 rpm200,0 rpm

Daya yang dihasilkan1008 MW18,96 MW100 KW

SungaiCitarumDanau TesBrantas

Debit air135 m3/detik34 m3/S1 m3/detik

Tinggi Head112,5 m15,2 m

Mulai beroperasi198819232008

Daerah pengguna dayaSistem Jawa-Madura-BaliProvinsi BengkuluUniversitas Muhammadiyah Malang

B. KELEBIHAN-KEKURANGANPLTA CIRATAKelebihan:Daya yang dihasilkan sangat besar dan menjadi tempat wisata.Kekurangan:Perawatan, pengawasan, yang tentu lebih memerlukan biaya yang lebih besar

PLTA TESKelebihan:Daya yang dihasilkan relatif besar dan menjadi tempat pariwisata.Kekurangan:Merusak ekosistem danau Tes

PLTMH Sengkaling 1Kelebihan:Dapat mengurangi biaya listrik dari yang semestinya karena itu diberikan oleh Departemen ESDM RI untuk Universitas Muhammadiyah Malang.Kekurangan:Daya yang dihasilkan masih kurang untuk menjadikan listrik Universitas Muhammadiyah Malang mandiri.

C. DAFTAR PUSTAKAUmum:http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja-pembangkit-listrik-tenaga-air.htmlPLTA Cirata: http://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_Listrik_Tenaga_Air_CirataPLTA Tes:http://id.wikipedia.org/wiki/PLTA_TesPLTMH Sengkaling 1:http://ft.umm.ac.id/id/umm-news-1189-kerja-sama-dengan-pt-pln-persero-umm-tambah-pltmh.htmlTurbin:http://yefrichan.wordpress.com/2010/05/31/klasifikasi-turbin/http://jonny-havianto.blogspot.com/2012/12/peluang-plta-buatan-indonesia.htmlGenerator:http://4bri.blogspot.com/2012/11/cara-kerja-pembangkit-listrik-tenaga.html