Literatur Aplikasi Sensor Di Bidang Energi Terbarukan (Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro)

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  :

1. Dibandingkan dengan pembangkit listrik jenis yang lain, PLTMH ini cukup murah karena menggunakan energi alam.
2. Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah terpencil dengan tenaga terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit latihan.
3. Tidak menimbulkan pencemaran.
4. Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan.
5. 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/s³)

C. Komponen Pembangkit Tenaga Mikrohidro

Beberapa komponen yang digunakan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro baik komponen utama maupun bangunan penunjang antara lain  :

1. Dam/Bendungan Pengalih (intake). Dam pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah pembuka di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap.
2. 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.
3. Saluran Pembawa (Headrace). Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan.
4. Bak penenang (Forebay). Bak penenang berada di ujung saluran pembawa yang berfungsi untuk mecegah turbulensi air sebelum diterjunkan melalui pipa pesat
5. Pipa Pesat (Penstock). Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah roda air, dikenal sebagai sebuah turbin.
6. Turbin. Turbin berfungsi untuk mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis.
7. Pipa Hisap, (draft tube). Pipa hisap berfungsi untuk menghisap air, mengembalikan tekanan aliran yang masih tinggi ke tekanan atmosfer.
8. Generator. Generator berfungsi untuk menghasilkan listrik dari putaran mekanis.
9. Panel kontrol. Panel kontrol berfungsi untuk menstabilkan tegangan.
10. 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 Pesat (Penstock)

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.

• Mesin PLTMH atau Turbin

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.

• Jaringan Kabel Listrik

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/