A. Mikrohidro
Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), adalah 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.
Secara teknis, mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sebagai sumber energi), turbin dan generator.
Mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu.
Pada dasarnya, mikrohidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (
head).
Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis (tata letak sungai), tinggi jatuhan air dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Air dialirkan melalui sebuah pipa pesat kedalam rumah pembangkit yang pada umumnya dibagun di bagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir air mikrohidro. Energi mekanik yang berasal dari putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator.
Mikrohidro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar,
misalnya dengan ketinggian air 2.5 meter dapat dihasilkan listrik 400
watt. Relatif kecilnya energi yang dihasilkan mikrohidro dibandingkan dengan PLTA
skala besar, berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta
kecilnya areal yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian
mikrohidro. Hal tersebut merupakan salah satu keunggulan mikrohidro,
yakni tidak menimbulkan kerusakan lingkungan. Perbedaan antara
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dengan mikrohidro terutama pada
besarnya tenaga listrik yang dihasilkan, PLTA dibawah ukuran 200 KW
digolongkan sebagai mikrohidro. Dengan demikian, sistem pembangkit
mikrohidro cocok untuk menjangkau ketersediaan jaringan energi listrik
di daerah-daerah terpencil dan pedesaan. Beberapa keuntungan yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga listrik mikrohidro adalah sebagai berikut :
- Dibandingkan dengan pembangkit listrik jenis yang lain, PLTMH ini cukup murah karena menggunakan energi alam.
- Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah
terpencil dengan tenaga terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit
latihan.
- Tidak menimbulkan pencemaran.
- Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan.
- Dapat mendorong masyarakat agar dapat menjaga kelestarian hutan sehingga ketersediaan air terjamin.
B. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
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).
Pnet = Pgross ×Eo kW
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 kW
Dimana head dalam meter (m), dan debit air dalam meter kubik per detik (m/s
3)
C. Komponen Pembangkit Tenaga Mikrohidro
Beberapa komponen yang digunakan untuk Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro baik komponen utama maupun bangunan penunjang antara lain :
- Dam/Bendungan Pengalih (intake). Dam pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah pembuka di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap.
- Bak Pengendap (Settling Basin). Bak pengendap digunakan untuk memindahkan partikel-partikel pasir dari air. Fungsi dari bak pengendap adalah sangat penting untuk melindungi komponen-komponen berikutnya dari dampak pasir.
- Saluran Pembawa (Headrace). Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan.
- Bak penenang (Forebay). Bak penenang berada di ujung saluran
pembawa yang berfungsi untuk mecegah turbulensi air sebelum diterjunkan
melalui pipa pesat
- Pipa Pesat (Penstock). Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah roda air, dikenal sebagai sebuah turbin.
- Turbin. Turbin berfungsi untuk mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis.
- Pipa Hisap, (draft tube). Pipa hisap berfungsi untuk menghisap air, mengembalikan tekanan aliran yang masih tinggi ke tekanan atmosfer.
- Generator. Generator berfungsi untuk menghasilkan listrik dari putaran mekanis.
- Panel kontrol. Panel kontrol berfungsi untuk menstabilkan tegangan.
- Pengalih Beban (Ballast load). Pengalih beban berfungsi sebagai beban sekunder (dummy) ketika beban konsumen mengalami penurunan. Kinerja pengalih beban ini diatur oleh panel kontrol.
Penggunaan beberapa komponen disesuaikan dengan tempat instalasi
(kondisi geografis, baik potensi aliran air serta ketinggian tempat)
serta budaya masyarakat.
Sehingga terdapat kemungkinan terjadi perbedaan desain mikrohidro serta komponen yang digunakan antara satu daerah dengan daerah yang lain.
D. Konstruksi PLTMH
PLMH mempunyai beberapa bagian penting yang mendukung kemampuan kerjanya. Subsistem PLMH adalah sebagai berikut :
- Saluran Pemasukan (Intake)
Terletak di bawah torn air.
Saluran Pembawa (Headrace)
Saluran ini berfungsi membawa air dari saluran pemasukan (Intake) kearah pipa pesat.
Pipa ini berguna untuk membawa air jatuh ke
arah mesin Turbin. Di samping itu, pipa pesat juga mempertahankan
tekanan air jatuh sehingga energi di dalam gerakan air tidak terbuang.
Air di dalam pipa pesat tidak boleh bocor karena mengakibatkan hilangnya
tekanan air.
- Rumah Pembangkit (Power House)
Bagian ini berfungsi sebagai rumah tempat
semua peralatan mekanik dan elektrik PLMH. Peralatan mekanik seperti
Turbin dan Generator berada dalam Rumah Pembangkit, dan juga kontroler.
Subsistem ini berfungsi mengubah energi air
menjadi energi mekanik berupa tenaga putar/gerak. Turbin termasuk alat
mekanik. Turbin dengan bantuan sabuk pemutar memutar Generator (dinamo
besar penghasil listrik) untuk mengubah tenaga putar/ gerak menjadi
listrik. Generator termasuk alat mekanik.
- Panel atau Peralatan Pengontrol Listrik
Peralatan ini biasanya berbentuk kotak yang
ditempel di dinding. Berisi peralatan elektronik untuk mengatur listrik
yang dihasilkan Generator. Panel termasuk alat elektrik.
Bagian ini berfungsi menyalurkan listrik dari rumah pembangkit ke pemakai.
E. Cara Kerja
Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu :
- Air (sumber energi),
- Turbin dan
- Generator.
PLT Mikrohidro pada prinsipnya memanfaatkan
beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran
air saluran irigasi, sungai atau air terjun. Aliran airini akan memutar
poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Energi ini
selanjutnya menggerakkan generator dan menghasilkan listrik.
PLTMH perlu diawali dengan pembangunan
bendungan untuk mengatur aliran air yang akan dimanfaatkan sebagai
tenaga penggerak PLTMH. Bendungan ini dapat berupa bendungan beton atau
bendungan beronjong. Bendungan perlu dilengkapi dengan pintu air dan
saringan sampah untuk mencegah masuknya kotoran atau endapan lumpur.
Bendungan sebaiknya dibangun pada dasar sungai yang stabil dan aman
terhadap banjir. Di dekat bendungan dibangun bangunan pengambilan
(intake). Kemudian dilanjutkan dengan pembuatan saluran penghantar
yang ber fungsi mengalirkan air dari intake. Saluran ini dilengkapi
dengan saluran pelimpah pada setiap jarak tertentu untuk mengeluarkan
air yang berlebih.
Saluran ini dapat berupa saluran terbuka
atau tertutup. Di ujung saluran pelimpah dibangun kolam pengendap.
Kolam ini berfungsi untuk mengendapkan pasir dan menyaring kotoran
sehingga air yang masuk keturbin relatif bersih. Saluran ini dibuat
dengan memperdalam dan memperlebar saluran penghantar dan menambahnya
dengan saluran penguras. Kolam penenang (forebay) juga dibangun untuk
menenangkan aliran air yang akan masuk ke turbin dan mengarahkannya
masuk ke pipa pesat (penstok). Saluran ini dibuat dengan konstruksi
beton dan berjarak sedekat mungkin ke rumah turbin untuk menghemat pipa
pesat.
Pipa pesat berfungsi mengalirkan air sebelum
masuk keturbin. Dalam pipa ini, energi potensial air di kolam penenang
diubah menjadi energi kinetik yang akan memutar roda turbin. Biasanya
terbuat dari pipa baja yang dirol, lalu dilas. Untuk sambungan antar
pipa digunakan flens. Pipa ini harus didukung oleh pondasi y ang mampu
menahan beban statis dan dinamisnya. Pondasi dan dudukan ini diusahakan
selurus mungkin, karena itu perlu dirancang sesuai dengan kondisi tanah.
Turbin, generator dan sistem kontrol
masing-masing diletakkan dalam sebuah rumah yang terpisah. Pondasi
turbin-generator juga harus dipisahkan dari pondasirumahnya. Tujuannya
adalah untuk menghindari masalah akibat getaran. Rumah turbin harus
dirancang sedemikian agar memudahkan perawatan dan pemeriksaan. Setelah
keluar dari pipa pesat, air akan memasuki turbin pada bagian inlet. Di
dalamnya terdapat guided vane untuk mengatur pembukaan dan penutupan
turbin serta mengatur jumlah air yang masuk ke runner/blade (komponen
utama turbin). Runner terbuat dari baja dengan kekuatan tarik tinggi
yang dilas pada dua buah piringan sejajar. Aliran air akan memutar
runner dan menghasilkan energi kinetic yang akan memutar poros turbin.
Energi yang timbul akibat putaran poros kemudian ditransmisikan ke
generator.Seluruh sistem ini harus balance. Turbin perlu dilengkapi
casing yang berf ungsi mengarahkan air kerunner. Pada bagian bawah
casing terdapat pengunci turbin. Bantalan (bearing) terdapat pada
sebelah kiri dan kanan poros dan berfungsi untuk meny angga poros agar
dapat berputar dengan lancar. Daya poros dari turbin ini harus
ditransmisikan kegenerator agar dapat diubah menjadi energi listrik.
Generator yang dapat digunakan pada mikrohidro adalah generator sinkron
dan generator induksi. Sistem transmisi daya ini dapat berupa sistem
transmisi langsung (daya poros langsung dihubungkan dengan poros
generator dengan bantuan kopling), langsung, yaitu menggunakan sabuk
atau belt untukmemindahkan daya antara dua poros sejajar.
Keuntungan sistem transmisi langsung adalah lebih kompak, mudah dirawat, dan efisiensinya lebih tinggi. Tetapi sumbu
poros harus benar-benar lurus dan putaran poros generator harus sama
dengan kecepatan putar poros turbin .Masalah ketidak lurusan sumbu dapat
diatasi dengan bantuan kopling fleksibel. Gearbox dapat digunakan
untukmengoreksi rasio kecepatan putaran. Sistem transmisi tidak langsung
memungkinkan adanya variasi dalam penggunaan generator secara lebih
luas karena kecepatan putar poros generator tidak perlu sama dengan
kecepatan putar poros turbin. Jenis sabuk yang biasa digunakan untuk
PLTMH skala besar adalah jenis flat belt, sedang V-belt digunakan untuk
skala di bawah 20 kW.Komponen pendukung yang diperlukan pada sistem
iniadalah pulley, bantalan dan kopling. Listrik yang dihasilkan oleh
generator dapat langsung ditransmisikanl ewat kabel pada tiang-tiang
listrik menuju rumah konsumen.
Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Mikrohidro
http://elektrounimal2011.wordpress.com/2013/01/07/pembangkit-listrik-tenaga-mikro-hidro/
