Makalah PLTA

 1.1 Latar belakangPembangkit listrik tenaga air adalah salah satu sumber energi listrik yang memanfaatkan air sebagai sumber listrik. Pembangkit ini merupakan salah satu sumber energi listrik utama yang ada di indonesia. Keberadaannya diharapkan mampu memenuhi pasokan listrik bagi masyarakat indonesia, selain yang berasal dari bahan bakar batu bara.Pembangkit listrik tenaga air di Indonesia banyak dikembangkan. Hal ini karena persediaan air di Indonesia cukup melimpah. Keberadaan beberapa waduk besar di Indonesia, selain digunakan untuk penampungan air juga dimanfaatkan untuk menjadi energi penghasil listrik.Pilihan mengembangkan pembangkit listrik tenaga air ini salah satunya disebabkan potensi air yang ada di Indonesia. Jumlah air yang melimpah, dikembangkan untuk menciptakan energi yang diubah menjadi sebuah arus listrik. Hal ini ditujukan untuk menciptakan biaya produksi yang murah pada listrik di Indonesia.Pembangkit listrik tenaga air termasuk salah satu sumber pembangkit listrik tertua yang pernah ditemukan. Selain pembangkit ini, masih ada pula beberapa jenis pembangkit listrik yang ada di dunia. Seperti pembangkit listrik tenaga surya, pembangkit listrik tenaga diesel, dan juga pembangkit listrik tenaga nuklir.Pembangkit tinggi tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbin air) dan dari energy mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator). Kapasitas PLTA diseluruh dunia ada sekitar 675.000 MW ,setara dengan 3,6 milyar barrel minyak atau samadengan 24 % kebutuhan listrik dunia yang digunakan oleh lebih 1 milyar orang.PLTA termasuk jenis pembangkitan hidro. Karena pembangkitan ini menggunakan air untuk kerjanya.Saat ini pengetahuan tentang PLTA perlu untuk diketahui oleh para mahasiswa sebagai modal awal untuk kedepannya.   
  2.1 PengertianPembangkit listrik tenaga air (PLTA) bekerja dengan cara merubah energi potensial (dari dam atau air terjun) menjadi energi mekanik (dengan bantuan turbinair) dan dari energi mekanik menjadi energi listrik (dengan bantuan generator) Pembangkit listrik tenaga air konvensional bekerja dengan cara mengalirkan air dari dam ke turbin setelah itu air dibuang.Dengan perkembangan zaman sekarang ini, teknologi baru yang disebut pumped-storage plant dengan dua penampungan yaitu:a. Waduk Utama (upper reservoir) seperti dam pada PLTA konvensional. Air dialirkan langsung ke turbin untuk menghasilkan listrik.b. Waduk cadangan (lower reservoir). Air yang keluar dari turbin ditampung dilower reservoir sebelum dibuang disungai.Pada saat beban puncak air dalam lower reservoir akan di pompa ke upper reservoir sehingga cadangan air pada Waduk utama tetap stabil  2.2 Jenis-Jenis PLTA1. Berdasarkan Tinggi Terjun PLTA

a. PLTA jenis terusan air (water way)Adalah pusat listrik yang mempunyai tempat ambil air (intake) di hulu sungai dan mengalirkan air ke hilir melalui terusan air dengan kemiringan (gradient) yang agak kecil.Tenaga listrik dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan kemiringan sungai  b.  PLTA jenis DAM /bendunganAdalah pembangkit listrik dengan bendungan yang melintang disungai, pembuatan bendungan ini dimaksudkan untuk menaikkan permukaan air dibagian hulu sungai guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai pembangkit listrik.c. PLTA jenis terusan dan DAM (campuran)
Adalah pusat listrik yang menggunakan gabungan dari dua jenis sebelumnya, jadi energi potensial yang diperoleh dari bendungan dan terusan. 2. PLTA Berdasarkan Aliran Sungaia. PLTA jenis aliran sungai langsung (run of river).Banyak dipakai dalam PLTA saluran air/terusan, jenis ini membangkitkan listrik dengan memanfaatkan aliran sungai itu sendiri secara alamiah.b. PLTA dengan kolam pengatur (regulatoring pond)
Mengatur aliran sungai setiap hari atau setiap minggu dengan menggunakan kolam pengatur yang dibangun melintang sungai dan membangkitkan listrik sesuai dengan beban.Disamping itu juga dibangun kolam pengatur di hilir untuk dipakai pada waktu beban puncak (peaking power plant) dengan suatu waduk yang mempunyai kapasitas besar yang akan mengatur perubahan air pada waktu beban puncak sehingga energi yang dihasilkan lebih maksimal. Pusat listrik jenis waduk (reservoir)Dibuat dengan cara membangun suatu waduk yang melintang sungai, sehinggaterbentuk seperti danau buatan, atau dapat dibuat dari danau asli sebagai penampung air hujan sebagai cadangan untuk musim kemarau.c. PLTA Jenis Pompa (pumped storage)adalah jenis PLTA yang memanfaatkan tenaga listrik yang berlebihan ketikamusim hujan atau pada saat pemakaian tenaga listrik berkurang saat tengahmalam, pada waktu ini sebgian turbin berfungsi sebagai pompa untuk memompaair yang di hilir ke hulu, jadui pembangkit ini memanfaatkan kembali air yangdipakai saat beban puncak dan dipompa ke atas lagi saat beban puncak terlewati.d.Pusat listrik jenis waduk (reservoir)Dibuat dengan cara membangun suatu waduk yang melintang sungai, sehingga terbentuk seperti danau buatan, atau dapat dibuat dari danau asli sebagai penampung air hujan sebagai cadangan untuk musim kemarau.e. PLTA HydroseriesKonsep PLTA ini adalah dengan memanfaatkan aliran sungai yang panjang dan deras dari ketinggian tertentu. Dimana sepanjang aliran sungai terdapat lebih dari satu bendungan yang diseri pada ketinggian tertentu untuk menghasilkan energy listrik yang lebih optimal. Selain itu manfaat lain dari PLTA Hydroseries adalah untuk mengantisipasi aliran sungai yang sangat deras sehingga dengan adanya Hydroseries dapat menghambat laju aliran air menjadi lebih terkontrol    2.3 Komponen – komponen dasar PLTA1. DAM   
Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air menjadi waduk, danau, atau tempat rekreasi. Seringkali bendungan juga digunakan untuk mengalirkan air ke sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Air.Kebanyakan dam juga memiliki bagian yang disebut pintu air untuk membuang air yang tidak diinginkan secara bertahap atau berkelanjutan.Sedangkan waduk adalah kolam besar tempat menyimpan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dapat terjadi secara alami maupun dibuat manusia.Sesuai dengan kondisi alam, pengembangan PLTA dapat dibagi atas 2 jenis yaitu : tipe waduk dan tipe aliran langsung. Tipe waduk dapat berupa bendungan(reservoir) dan keluaran danau (lake outlet), sedangkan tipe aliran langsung dapat berupa aliran langsung sungai (run-off river) dan aliran langsung dengan bendungan pendek (run-off river with low head dam). Contohnya adalah bendungan Scrivener, Canberra Australia, dibangun untuk mengatasi banjir 5000-tahunan. Waduk buatan dibangun dengan cara membuat bendungan yang lalu dialiri air sampai waduk tersebut penuh.Dam dapat diklasifikasikan menurut struktur, tujuan atau ketinggian.a. Berdasarkan struktur dan bahan yang digunakan, bendungan dapat diklasifikasikan sebagai:-Dam kayu,-"embankment dam" atau "masonry dam",b. Berdasarkan tujuan dibuatnya, yaitu:-Untuk menyediakan air untuk irigasi atau penyediaan air di perkotaan-Meningkatkan navigasi-Menghasilkan tenaga hidroelektrik-Menciptakan tempat rekreasi atau habitat untuk ikan dan hewan lainnya-Pencegahan banjir dan menahan pembuangan dari tempat industri seperti pertambangan  atau pabrik. c. Berdasarkan ketinggian, yaitu:-dam besar lebih tinggi dari 15 meter dan dam utama lebih dari 150 m.-dam rendah kurang dari 30 m, dam ketinggian-medium antara 30 -100 m, dan dam tinggi lebih dari 100 m.Beberapa bendungan lainnya yaitu bendungan Sadel sebenarnya adalah sebuah dike,yaitu tembok yang dibangun sepanjang sisi danau untuk melindungi tanah disekelilingnya dari banjir. Ini mirip dengan tanggul, yaitu tembok yang dibuatsepanjang sisi sungai atau air terjun untuk melindungi tanah di sekitarnya darikebanjiran. Sebuah bendungan Pengukur overflow dam didisain untuk dilewati air. weir adalah sebuah tipe bendungan pengukur kecil yang digunakan untuk mengukur input air.Bendungan Pengecek check dam adalah bendungan kecil yang didisain untuk mengurangi dan mengontrol arus soil erosion.3. GEDUNG SENTRALTerdiri atas Turbin dan Generator. Turbin adalah alat yang dapat merubah energikinetic air menjadi energi mekanik, sedangkan generator ialah alat yang digunakanuntuk merubah energi mekanik menjadi energi listrik.  a. TURBINTurbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energy mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis,turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.-Turbin ImpulsEnergi potensial air diubah menjadi energi kinetik pda nozle. Air keluar nozle yangmempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arahkecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnyaroda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya.Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubahmenjadi energi kecepatan. -Turbin PeltonTurbin pelton merupakan turbin impuls. Turbin Pelton terdiri dari satu set sudu jalan yang diputar oleh pancaran air yang disemprotkan dari satu atau lebih alat yang disebut nosel. Turbin Pelton adalah salah satu dari jenis turbin air yang paling efisien.Turbin Pelton adalah turbin yang cocok digunakan untuk head tinggi .Bentuk sudu turbin terdiri dari dua bagian yang simetris. Sudu dibentuk sedemikian sehingga pancaran air akan mengenai tengah-tengah sudu dan pancaran air tersebutakan berbelok ke kedua arah sehinga bisa membalikkan pancaran air dengan baik dan  membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Untuk turbin dengan daya yang besar,sistem penyemprotan airnya dibagi lewat beberapa nosel. Dengan demikian diameter  pancaran air bisa diperkecil dan ember sudu lebih kecil.Turbin Pelton untuk pembangkit skala besar membutuhkan head lebih kurang 150meter tetapi untuk skala mikro head 20 meter sudah mencukupi.-Turbin TurgoTurbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton turbinturgo merupakan turbin impulse, tetapi sudunya berbeda. Pancaran air dari nozlemembentur sudu pada sudut 20 o. Kecepatan putar turbin turgo lebih besar dari turbinPelton. Akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehinggamenaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan. -Turbin CrossflowSalah satu jenis turbin impuls ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Bankiyang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yangmerupakan perusahaan yang memproduksi turbin crossflow. Turbin crossflow dapatdioperasikan pada debit 20 litres/sec hingga 10 m3/sec dan head antara 1 s/d 200 m.Turbin Zcrossflow menggunakan nozle persegi panjang yang lebarnya sesuai denganlebar runner. Pancaran air masuk turbin dan mengenai sudu sehingga terjadi konversienergi kinetik menjadi energi mekanis. Air mengalir keluar membentur sudu danmemberikan energinya (lebih rendah dibanding saat masuk) kemudian meninggalkanturbin. Runner turbin dibuat dari beberapa sudu yang dipasang pada sepasang piringan paralel. -Turbin ReaksiSudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin. -Turbin FrancisTurbin francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber  air tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. TurbinFrancis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secaratangensial. Sudu pengarah pad turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarahyang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.-Turbin Kaplan & PropellerTurbin Kaplan dan propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusundari propeller seperti pada perahu.. Propeller tersebut biasanya mempunyai tigahingga enam sudu. b. Generator Listrik          Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanikal. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Sebelum hubungan antara magnet dan listrik ditemukan, generator menggunakan prinsip elektrostatik. Mesin Wimshurst menggunakan induksi elektrostatik atau "influence". Generator Vande Graaff menggunakan satu dari dua mekanisme. Penyaluran muatan dari elektroda voltase-tinggi. Muatan yang dibuat oleh efek triboelectric menggunakan pemisahan dua insulator Generator elektrostatik tidak efisien dan berguna hanya untuk eksperimen saintifik yang membutuhkan voltase tinggi. 4. JALUR TRANSMISI berfungsi menyalurkan energi listrik dari PLTA menuju rumah-rumah dan pusat industry2.5 Prinsip KerjaPrinsip kerja suatu PLTA secara umum adalah menghimpun air dalam waduk atau bendungan atau kolam tando tahunan yang berfungsi dasar untuk menampung air dan menaikkan tinggi tekan air (head) yang merupakan potensi air sungai lalu menyalurkannya ke turbin dalam gedung sentral yang terletak lebih rendah dari waduk. Selanjutnya turbin menyalurkan energi air ke generator yang akan mengubahnya menjadi energi listrik.Prinsip dasar pembangkitan energi PLTA adalah pokok hukum hidrodinamika persamaan Bernoulli—yang merupakan turunan dari hukum kekekalan energi dalamfluida—yang secara matematis adalah P + ½ V2 + ∫ gh = konstan, yakni P (pressure )adalah tekanan, ∫ (dibaca: rho) merupakan massa jenis dan V (velocity) adalah kecepatan aliran, dan g (gravity) yakni gaya gravitasi bumi dan h (height) adala htinggi zat cair. Dengan kata lain terdapat hubungan antara tekanan, kecepatan aliran dan letak (tinggi atau rendah) terhadap aliran air. Sehingga semakin tinggi letak air maka semakin besar tekanan air yang berefek semakin tingginya kecepatan air untuk menggerakkan turbin dan energi listrik yang dihasilkan pun semakin besar. Dalam hubungan dengan reservoir air maka h (height) adalah beda ketinggian antaramuka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir air/turbin air. Total energy yang tersedia dari suatu reservoir air adalah merupakan energi potensial air. Adanya udara bertekanan tinggi yang timbul akibat pengisian saluran pelimpah atau pipa pesat juga diperhitungkan dengan adanya pipa udara atau pipa gelombang yang diletakkan di ujung saluran pelimpah sebelum pintu masuk pipa pesat. Udara bertekanan tinggi tersebut dapat merusak turbin bila tidak diserap oleh pipa gelombang. Air yang mengalir menuju turbin juga menghasilkan arus balik yang bergelombang tinggi akibat pengaturan pemasukan air dalam turbin oleh penggerak turbin sehingga terjadi penolakan sebagian arus air. Arus balik ini dapat memperlambat arus air menuju turbin dan meningkatkan pukulan tekanan air (over pressure) terhadap dinding saluran pipa pesat. Dalam kasus seperti ini dibutuhkan tangki gelombang yang berfungsi sebagai penyangga yang menyerap peningkatan guncangan tekanan dengan cara menampung arus balik tersebut. Air yang mengalir melalui pipa-pipa selalu mempunyai head dan tinggi kinetik. Pada pintu pemasukan ke penggerak turbin (turbine runner), tinggi tekan dapat secara utuh diubah menjadi tinggi kinetik dalam keadaan tekanan jet air keluar dari satu atau lebih mulut pipa pemancar (nozzle) dan mengenai sudu-sudu roda. Pada kondisi seperti ini pancaran jet bebas akan menjadi tekanan atmosfer.Pada jenis turbin Francis yang  digunakan PLTA Cirata yang termasuk turbin tekan atau turbin reaksi dan bekerja dengan aliran air bertekanan, penggerak turbin langsung mengubah tenaga kinetik dan tenaga tekanan menjadi tenaga mekanik secara bersamaan.Turbin-turbin hidrolik berhubungan erat dengan generator. Poros penggerak turbin berhubungan langsung dengan generator sehingga tenaga mekanik yang diproduksi dialirkan ke generator yang memiliki kumparan kawat rotor dan stator yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Stator adalah susunan rangka baja yang dipipihkan sebagai inti magnet dan berbentuk medan magnet yang merupakankepala rotor. Dengan berputarnya rotor karena perputaran poros turbin yang dihubungkan dengan poros generator, energi mekanik dari turbin memasuki medan magnet dan berubah menjadi energi listrik.Potensi tenaga air di seluruh Indonesia secara teoretis diperkirakan sekitar 75.000MW yang tersebar pada 1.315 lokasi. Tenaga air merupakan salah satu potensisumber energi yang sangat besar, tetapi pemanfaatannya masih jauh di bawah potensinya. Dari potensi tersebut diperkirakan sebesar 34.000 MW dapat dikembangkan untuk pusat pembangkit tenaga listrik dengan kapasitas cukup besar,yaitu 100 MW ke atas. Tenaga air dibagi dalam tiga kategori yaitu skala besar, mini,dan mikro.Menurut jenis arusnya, sistem tenaga listrik dikenal dengan sistem arus bolak-balik (AC) dan sistem arus searah (DC). Pada sistem AC, penaikkan dan penurunan tegangan, medan magnet putarnya mudah dilakukan. Maka berdasarkan kemudahan tersebut, hampir di seluruh dunia menggunakan sistem tenaga listrik AC, walaupun sistem DC juga mulai dikembangkan dengan pertimbangan pertimbangan tertentu.Sementara sistem AC tidak dapat disimpan, sehingga dalam memenuhi permintaan konsumen, pusat listrik harus dioperasikan sesuai dengan permintaan konsumen yang berubah dari waktu ke waktu.Sistem tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat pusat listrik dan disalurkan kekonsumen melalui jaringan saluran tenaga listrik. Tenaga listrik dibangkitkan dalamPusat-pusat Listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTP, PLTGU dan PLTD, kemudian disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan yang ada dipusat listrik. Saluran tegangan tinggi di Indonesia mempunyai tegangan 150 kV yang disebut sebagai Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan tegangan 500 kV yang disebut sebaga iSaluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET). Saluran transmisi ada yang berupa saluran udara dan ada pula yang berupa kabel tanah. Karena saluran udara harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan kabeltanah, maka saluran transamisi kebanyakkan berupa saluran udara. Kerugian saluran transmisi menggunakan kabel udara adalah adanya gangguan petir, kena pohon dan lain-lain.Setelah tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi, maka sampailah tenaga listrik di Gardu Induk (GI) untuk diturunkan tegangannya melalui transformator penurun tegangan menjadi tegangan menengah atau yang juga disebut tegangan distribusi primer.Tegangan distribusi primer yang digunakan pada saat ini adalah tegangan 20 kV.Jaringan setelah keluar dari GI disebut jaringan distribusi, sedangkan jaringan antara Pusat Listrik dengan GI disebut jaringan transmisi. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer, maka kemudian tenaga listrik diturunkan tegangannya dalam gardu gardu distribusi menjadi tegangan rendah dengan tegangan380/220 Volt, kemudian disalurkan melalui Jaringan Tegangan Rendah untuk selanjutnya disalurkan ke rumah-rumah pelanggan (konsumen) melalui Sambungan Rumah.Dalam praktek karena luasnya jaringan distribusi, sehingga diperlukan banyak transformator distribusi, maka Gardu Distribusi seringkali disederhanakan menjadi transformator tiang. Pelanggan yang mempunyai daya tersambung besar tidak dapat disambung melalui Jaringan Tegangan Rendah, melainkan disambung langsung pada Jaringan Tegangan Menengah, bahkan ada pula yang disambung pada jaringan Transmisi Tegangan Tinggi, tergantung besarnya daya tersambung.Setelah tenaga listrik melalui Jaringan Tegangan Menengah (JTM), Jaringan Tegangan Rendah (JTR) dan Sambungan Rumah, maka tenaga listrik selanjutnya melalui alat pembatas daya dan KWH meter. Dari uraian tersebut, dapat dimengerti bahwa besar kecilnya konsumsi tenaga listrik ditentukan sepenuhnya oleh para pelanggan, yaitu tergantung bagaimana para pelanggan akan menggunakan alat ala tlistriknya, yang harus diikuti besarnya suplai tenaga listrik dari Pusat-pusat Listrik.Proses penyampaian tenaga listrik dari Pusat-pusat Listrik. 2.6 Kelebihan PLTAa. Proses start-up–nya cepat (10 –15 menit)b. Sistem pengoperasiannya lebih mudah diatur (pengaturan beban dan frekwensi mudah)c. Biaya roduksi listriknya murah karena air diperoleh dengan gratisd. Ramah lingkungan (tidak menghasilkan polusi)e. Reservoir air dapat digunakan untuk banyak keperluan; seperti untuk perikanan,irigasi dan pengendalian banjirf. Tidak rawan kerusakan (karena bagian-bagian yang bergeraknya dioperasikan dalam kondisi dingin)g. Masa guna melebihi 50 tahun dan dapat diperpanjang lagi melalui renovasi kerena PLTA termasuk jenis energi yang terbarukan.h. Tingkat efisiensi dapat di atas 90 %i. Peran PLTA dalam jaringan listrik disamping untuk substitusi tenaga termal juga dapatj. Berfungsi sebagai pemikul beban puncak karena dapat cepat mengikuti perubahan beban tanpa harus mengorbankan efisiensi. 2.7 Kekurangan PLTAa. Membutuhkan investasi yang besarb. Membutuhkan lokasi yang strategis dan luas