by

Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

Pembangkit listrik tenaga air atau hydroelectricity adalah sumber energi terbarukan yang memanfaatkan energi air yang mengalir deras untuk menghasilkan listrik. Penggunaan tenaga air untuk berbagai keperluan bukanlah konsep modern, penerapannya dapat dilihat bahkan seribu tahun yang lalu.

Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

Orang-orang zaman dahulu biasa menjalankan roda dengan aplikasi tenaga air untuk menggiling biji-bijian dan gandum menjadi tepung. Saat ini, turbin tenaga air modern digunakan untuk memanfaatkan tenaga air. Pembangkit listrik tenaga air menghasilkan listrik dari energi potensial dan kinetik air.

Ini adalah salah satu metode pembangkit listrik yang paling hemat biaya, itulah sebabnya metode ini paling disukai dan banyak digunakan dibandingkan dengan metode pembangkit listrik lainnya. Karena sumber bahan bakar alami seperti minyak bumi, batu bara, dan minyak bumi dapat habis, pembangkit listrik tenaga air sangat berguna untuk memenuhi kebutuhan listrik yang tinggi.

Dibawah ini, akan dibahas berbagai komponen, jenis, dan prinsip kerja pembangkit listrik tenaga air.

Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Air

Pembangkit listrik tenaga air umumnya dibangun di daerah perbukitan di seberang sungai, lautan, atau badan air lainnya, di mana bendungan dan waduk besar dapat dengan mudah dibangun. Berbagai jenis pembangkit listrik tenaga air dibangun sesuai dengan kebutuhan, tetapi setiap pembangkit listrik tenaga air terdiri dari beberapa komponen dasar, yang dijelaskan di bawah ini.

Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

1. Reservoir

Reservoir merupakan bagian terpenting dari pembangkit listrik tenaga air. Tempat ini menyimpan air dan memasoknya ke turbin hidro untuk pembangkit listrik. Reservoirk tersebut dapat berupa danau alami di daerah perbukitan, atau dapat dibuat secara artifisial dengan membuat bendungan di sepanjang badan air. Resevoir pembangkit listrik tenaga air juga digunakan untuk pengendalian banjir, irigasi, industri, dan budidaya.

Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

2. Forebay

Forebay adalah tempat untuk menyimpan air sementara sebelum dialirkan ke turbin. Ini menyimpan kelebihan air pada saat musim hujan dan memasoknya selama musim kemarau, yaitu, mempertahankan jumlah air yang dibutuhkan sesuai kebutuhan di area beban. Forebay dibangun ketika pembangkit listrik tenaga air terletak jauh dari reservoir, selain itu reservoir itu sendiri bertindak sebagai forebay ketika terletak di dekat pembangkit.

Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

3. Bendungan

Bendungan adalah elemen paling mahal dari pembangkit listrik tenaga air. Ini adalah penghalang yang dibangun melintasi badan air untuk membatasi aliran air yang mengalir secara alami dan untuk menaikkan permukaan air di waduk.

Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

Bendungan biasanya terbuat dari beton, batu, tanah, atau batu. Jenis bahan yang akan digunakan untuk konstruksinya tergantung pada geografi daerah tersebut, ketersediaan transportasi, dan terjadinya bencana alam seperti gempa bumi atau banjir di daerah tersebut. Misalnya, dalam kasus daerah yang memiliki ngarai sempit, bendungan pasangan batu cocok, sedangkan untuk lembah yang luas, bendungan tanah lebih disukai.

4. Spillway

Pada saat hujan deras atau situasi banjir, ketinggian air di waduk dapat naik melebihi kapasitas penyimpanannya yang dapat mempengaruhi berfungsinya pembangkit listrik tenaga air. Untuk mencegah situasi ini, struktur hidrolik yang disebut spillway dibangun di lokasi bendungan.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Spillway dengan aman mengalihkan air ekstra dari reservoir ke daerah hilir. Spillways dibangun baik sebagai bagian dari bendungan atau hanya di luarnya. Mereka biasanya terbuat dari beton yang memiliki gerbang kontrol logam untuk menghentikan atau mengeluarkan air dari reservoir.

5. Tailrace

Air yang tersisa di pembangkit listrik tenaga air setelah dibangkitkan listrik oleh turbin air dibawa pergi dari daerah itu melalui saluran yang disebut tailrace. Tailrace ada di belakang bendungan pada tingkat yang lebih rendah dari reservoir. Karena energi potensial air karena reservoir yang ditinggikan sedang digunakan oleh turbin air, air melalui tailrace mengalir dengan kecepatan alami air dan bergabung dengan aliran air yang sama atau yang lain.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

6. Penstock

Penstock adalah saluran atau pipa besar di stasiun pembangkit listrik tenaga air yang membawa air ke turbin di pembangkit listrik dari reservoir. Penstock umumnya terbuat dari baja atau beton bertulang (RCC). Bahan yang akan digunakan untuk membangun penstock tergantung pada tinggi muka air bendungan.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Ketinggian air adalah ketinggian vertikal antara sumber air dan turbin, yaitu jarak vertikal yang ditempuh air dari elevasi ke turbin, biasanya diukur dalam meter atau kaki.
Penstock baja dapat digunakan untuk setiap head atau tekanan kerja air, sedangkan penstock RCC digunakan untuk head air rendah, biasanya kurang dari 30 meter. Karena sejumlah besar air mengalir melalui penstock maka pembukaan dan penutupan pintu yang tiba-tiba di ujung penstock dapat menyebabkan efek water hammer (lonjakan tekanan).
Untuk menahan efek watter hammer, penstock dirancang dengan hati-hati, seperti pipa penstock panjang pendek dilengkapi dengan dinding tebal, dan tangki gelombang dipasang di pipa penstock panjang.

7. Intake air

Intake air termasuk struktur yang mengumpulkan air yang disimpan di reservoir atau forebay dan mengarahkannya ke turbin melalui penstock. Saluran masuk air terdiri dari beberapa pintu, saringan, saringan, perintang, pintu air, dan rak sampah yang mengontrol jumlah air yang mencapai turbin dan juga menghalangi segala jenis puing-puing seperti batang, produk limbah, atau cabang memasuki saluran dengan mengalihkan itu ke saluran bypass.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Saringan dan penahan sampah dipasang di pintu masuk penstock untuk mencegah kotoran masuk ke dalam karena serpihan dapat menyebabkan kerusakan pada berbagai bagian hidrolik penting seperti sudu turbin, nozel, dan runner turbin. Rak penahan sampah biasanya terbuat dari bahan baja berbentuk batang dengan jarak antar batang sekitar 10-30 cm.
Umumnya, struktur intake dikategorikan sebagai intake tekanan tinggi (dalam hal penyimpanan besar) dan intake tekanan rendah (dalam kasus penyimpanan kecil). Mungkin juga ada kemungkinan pembentukan es di permukaan air selama musim dingin. Untuk menghalangi es masuk ke penstock, rak penahan sampah dipanaskan, yang akhirnya melelehkan es saat bersentuhan dengannya.

8. Pintu air

Pintu air juga merupakan bagian dari struktur pemasukan air. Aliran air melalui penstock dikendalikan oleh pintu air; pintu air adalah pintu gerbang yang dipasang pada ujung-ujung penstock, yang dapat dinaikkan atau diturunkan sesuai dengan kebutuhan air pada turbin. Air dengan bebas mengalir melalui penstock ketika pintu air terbuka sepenuhnya, tetapi lebih sedikit air yang mengalir melalui penstock ketika pintu air ditutup sebagian.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Pintu-pintu air umumnya tetap terbuka di musim kemarau untuk memungkinkan air melewati penstock, tetapi di musim hujan mereka sedikit ditutup untuk menghindari banjir. Kolam penampung air kecil dibangun sebelum bukaan atas penstock untuk menyimpan air yang tidak dapat masuk melalui penstock jika pintu air tertutup atau tertutup sebagian dan juga untuk menghindari tekanan pada pintu air tertutup.
Pemasangan pintu air di penstocks mencegah kegagalan bendungan secara keseluruhan, dan mereka memastikan bahwa penstock dapat dengan mudah dibersihkan, diperiksa, dan diperbaiki jika ada kerusakan seperti lubang, atau retakan di penstock.

9. Tangki lonjakan

Lonjakan air secara tiba-tiba akibat perubahan aliran air dapat mengakibatkan variasi tekanan yang dapat merusak komponen PLTA. Untuk mengontrol perubahan tekanan, tangki penyimpanan air silinder kecil yang disebut tangki gelombang digunakan.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Tangki lonjakan terbuka dari atas untuk mengurangi atau menetralisir perubahan tekanan di reservoir dan digunakan untuk mengatur turbin. Mereka melindungi saluran (saluran) dari tekanan internal berlebih dan juga mampu menyimpan air untuk menaikkan tekanan internal jika terjadi penurunan tekanan.
Tangki lonjakan biasanya terletak di tengah penstock (miring curam) sebelum turbin air. Jenis tangki lonjakan yang akan digunakan di pembangkit tergantung pada panjang penstock atau persyaratan lain dari pembangkit listrik tenaga air.

10. Gardu listrik

Pembangkit tenaga listrik adalah ruangan atau bangunan terpisah di pembangkit listrik tenaga air, yang terdiri dari berbagai komponen listrik dan hidrolik.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Pembangkit tenaga listrik bertanggung jawab untuk mengendalikan berbagai pintu masuk dan keluar dan menghentikan aliran air di area peralatan jika terjadi perbaikan atau penggantian berbagai peralatan. Seperti pembangkit listrik lainnya, pembangkit listrik tenaga air juga terdiri dari alat bantu umum seperti panel kontrol, area servis, ruang pengujian, generator, dan trafo.

11. Turbin

Turbin air digunakan untuk mengubah energi potensial dan energi kinetik air menjadi energi mekanik. Air yang mengalir cepat mengalir dari permukaan yang ditinggikan diarahkan ke bilah turbin, dan bilah turbin mulai berputar karena gaya pada bilah oleh air.
Karena baling-baling berputar, dan gaya bekerja melalui jarak maka, pekerjaan dikatakan dilakukan (W=Fs, di mana W=kerja yang dilakukan, F=gaya yang diterapkan, s=jarak yang ditempuh), yaitu, energi air dipindahkan ke energi mekanik poros turbin. Jenis turbin yang akan digunakan di pembangkit listrik tenaga air tergantung pada tinggi air, volume air, dan kedalaman di mana turbin akan ditempatkan.
Turbin hidroelektrik umumnya dibagi menjadi dua kategori menurut cara pertukaran energi antara turbin dan air. Kedua jenis ini adalah turbin impuls dan turbin reaksi.

Turbin Impuls

Turbin impuls terdiri dari roda yang dipasang di tengah (runner) dengan ember (blade) di sepanjang tepinya. Tekanan di dalam pelari dijaga konstan, sementara pelari berada pada tekanan atmosfer. Ini menggunakan kecepatan air yang mengalir untuk memutar aliran.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Aliran air menyerang setiap ember aliran turbin. Tekanan yang dihasilkan oleh air diubah menjadi energi kinetik dalam nosel yang ditempatkan di persimpangan penstock dan turbin. Kecepatan nosel jet mengarahkan energi ke ember yang memutar aliran.
Turbin ini lebih disukai untuk head air yang tinggi dan aliran air yang rendah. Dua turbin impuls yang banyak digunakan adalah turbin aliran silang dan turbin Pelton.

Turbin Reaksi

Turbin reaksi mengubah energi air menjadi energi mekanik dengan menggunakan tekanan dan gaya dari air yang mengalir. Turbin disimpan dalam aliran air langsung yang memungkinkan air mengalir di atas semua bilah yang secara individual menyerang setiap bilah turbin. Turbin reaksi cocok untuk head air yang rendah dan jumlah aliran air yang tinggi. Turbin reaksi yang banyak digunakan melibatkan turbin Kaplan dan turbin Francis.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air

12. Draft Tube

Draft tube adalah saluran atau pipa dengan diameter yang sesuai yang dihubungkan dari runner turbin ke trail race. Tabung-tabung ini mengeluarkan air kiri (setelah berputar melalui turbin) dari turbin ke trail race dengan mempertahankan tekanan atmosfer dari air yang dibuang.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Seperti yang kita ketahui bahwa sebagian besar tekanan air (energi potensial dan kinetik) diubah menjadi energi mekanik oleh turbin hidrolik, air yang dibuang di ujung dibiarkan dengan tekanan yang lebih kecil dari tekanan atmosfer di pintu keluar turbin.
Hal ini dapat mengakibatkan aliran balik air dari tailrace ke turbin. Untuk mencegah situasi aliran balik air ini, tabung draft digunakan karena mereka meningkatkan tekanan air di atas tekanan atmosfer yang pada akhirnya mencegah air mengalir balik.

13. Generator

Generator listrik yang digunakan pada PLTA mengubah energi mekanik turbin air menjadi energi listrik. Cara kerja generator didasarkan pada prinsip hukum Faraday, yang menyatakan bahwa tegangan induksi dalam rangkaian listrik berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnet dalam rangkaian.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Generator terdiri dari dua komponen utama, yaitu stator dan rotor. Gaya mekanik poros turbin diterapkan pada struktur berputar generator, yaitu rotor, sedangkan stator adalah bagian stasioner dari generator di mana tegangan diinduksi pada menarik atau magnetisasi rotor.
Rotor dipasang dengan kutub medan (elektromagnet) di bagian dalam tepinya, dan ketika rotor berputar, kutub medan berputar di sekitar konduktor stator. Hal ini menghasilkan tegangan induksi dan aliran listrik pada terminal output.

14. Trafo

Listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air tidak sesuai dengan tegangan yang dapat digunakan di rumah-rumah atau keperluan umum lainnya, oleh karena itu transformator (trafo) digunakan di pembangkit listrik tenaga air.
Prinsip Kerja dari Pembangkit Listrik Tenaga Air
Transformator mengubah arus bolak-balik (A.C) yang dihasilkan di pembangkit menjadi tegangan yang diperlukan dengan tetap mempertahankan daya listrik yang konstan. Catu daya ini terhubung ke jaringan nasional, yang selanjutnya didistribusikan untuk keperluan industri atau rumah tangga.

15. Jalur Transmisi Listrik

Langkah selanjutnya dan terakhir setelah listrik diubah menjadi tegangan yang dibutuhkan adalah memasoknya ke area yang dibutuhkan. Bendungan sering dibangun di daerah terpencil, sehingga listrik yang dihasilkan di stasiun pembangkit listrik tenaga air ditransmisikan ke daerah domestik atau industri melalui kabel panjang atau saluran transmisi.

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Air

Untuk memahami prinsip kerja pembangkit listrik tenaga air, maka kita harus memahami terlebih dahulu energi potensial dan energi kinetik.
Energi Potensial : Energi yang dimiliki benda karena kedudukannya relatif terhadap benda lain. Ketika benda-benda dipindahkan dari keseimbangannya, mereka memperoleh sejumlah energi, yang disimpan dalam benda-benda itu dalam bentuk energi potensial. Misalnya, ketika pegas diregangkan atau ditekan, ia memperoleh energi potensial, dan ketika kita melempar bola ke orang lain, bola memiliki lebih banyak energi potensial ketika berada di udara daripada jatuh di tanah.
Energi Kinetik: Ini adalah energi yang dimiliki oleh tubuh karena gerakannya, yaitu, semakin tinggi kecepatan tubuh, semakin tinggi energi kinetiknya.
Prinsip kerja pembangkit listrik tenaga air adalah mengubah energi potensial (karena ketinggian dari saluran) dan energi kinetik (karena air yang mengalir deras) menjadi energi mekanik dengan bantuan turbin. Air yang disimpan di reservoir atau forebay di belakang bendungan jatuh melalui penstock, dan mengenai bilah turbin dengan tekanan tinggi, dan runner turbin mulai berputar.
Runner terpasang pada poros tengah yang terhubung ke generator, yang pada akhirnya menghasilkan listrik, yaitu energi mekanik turbin diubah menjadi listrik melalui generator listrik. Energi listrik yang diperoleh kemudian disuplai untuk keperluan rumah tangga atau industri melalui saluran transmisi setelah pengaturan tegangan oleh transformator.
Energi listrik yang diperoleh melalui pembangkit listrik tenaga air sebanding dengan laju aliran air dan penurunan ketinggian.

Comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *