Di seluruh dunia, pembangkit listrik tenaga air menghasilkan sekitar 24 persen listrik dunia dan memasok listrik bagi lebih dari 1 miliar orang. Menurut Laboratorium Energi Terbarukan Nasional, total gabungan pembangkit listrik tenaga air di dunia adalah 675.000 megawatt, yang setara dengan 3,6 miliar barel minyak. Ada lebih dari 2.000 pembangkit listrik tenaga air yang beroperasi di Amerika Serikat, menjadikan tenaga air sebagai sumber energi terbarukan terbesar di negara tersebut.
Dalam artikel ini, kita akan melihat bagaimana air terjun menciptakan energi dan mempelajari tentang siklus hidrologi yang menciptakan aliran air yang penting bagi tenaga air. Anda juga akan melihat sekilas satu aplikasi unik tenaga air yang dapat memengaruhi kehidupan sehari-hari Anda.
Saat melihat sungai mengalir, sulit membayangkan kekuatan yang dibawanya. Jika Anda pernah melakukan arung jeram, maka Anda telah merasakan sebagian kecil kekuatan sungai. Arus deras terbentuk saat sungai membawa sejumlah besar air menuruni bukit, menyempit melalui lorong sempit. Saat sungai dipaksa melewati celah ini, alirannya menjadi lebih cepat. Banjir adalah contoh lain tentang seberapa besar kekuatan yang dapat dimiliki oleh volume air yang sangat besar.
Pembangkit listrik tenaga air memanfaatkan energi air dan menggunakan mekanika sederhana untuk mengubah energi tersebut menjadi listrik. Pembangkit listrik tenaga air sebenarnya didasarkan pada konsep yang cukup sederhana — air yang mengalir melalui bendungan memutar turbin, yang memutar generator.
Berikut ini adalah komponen dasar pembangkit listrik tenaga air konvensional:
Bendungan – Sebagian besar pembangkit listrik tenaga air mengandalkan bendungan yang menahan air, sehingga menciptakan waduk besar. Sering kali, waduk ini digunakan sebagai danau rekreasi, seperti Danau Roosevelt di Bendungan Grand Coulee di Negara Bagian Washington.
Intake – Pintu air pada bendungan terbuka dan gravitasi menarik air melalui pipa pesat, pipa yang mengarah ke turbin. Air menghasilkan tekanan saat mengalir melalui pipa ini.
Turbin – Air menghantam dan memutar bilah turbin yang besar, yang terhubung ke generator di atasnya melalui poros. Jenis turbin yang paling umum untuk pembangkit listrik tenaga air adalah Turbin Francis, yang tampak seperti cakram besar dengan bilah melengkung. Turbin dapat berbobot hingga 172 ton dan berputar pada kecepatan 90 putaran per menit (rpm), menurut Foundation for Water & Energy Education (FWEE).
Generator – Saat bilah turbin berputar, begitu pula serangkaian magnet di dalam generator. Magnet raksasa berputar melewati kumparan tembaga, menghasilkan arus bolak-balik (AC) dengan menggerakkan elektron. (Anda akan mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja generator nanti.)
Transformator – Transformator di dalam pusat listrik mengambil arus AC dan mengubahnya menjadi arus bertegangan lebih tinggi.
Saluran listrik – Dari setiap pembangkit listrik terdapat empat kabel: tiga fase daya yang diproduksi secara bersamaan ditambah kabel netral atau ground yang umum untuk ketiganya. (Baca Cara Kerja Jaringan Distribusi Daya untuk mempelajari lebih lanjut tentang transmisi saluran listrik.)
Aliran keluar – Air bekas dialirkan melalui pipa-pipa, disebut saluran pembuangan, dan masuk kembali ke sungai di hilir.
Air di reservoir dianggap sebagai energi yang tersimpan. Saat pintu air terbuka, air yang mengalir melalui pipa pesat menjadi energi kinetik karena bergerak. Jumlah listrik yang dihasilkan ditentukan oleh beberapa faktor. Dua faktor tersebut adalah volume aliran air dan jumlah tekanan hidrolik. Tekanan mengacu pada jarak antara permukaan air dan turbin. Saat tekanan dan aliran meningkat, listrik yang dihasilkan juga meningkat. Tekanan biasanya bergantung pada jumlah air di reservoir.
Ada jenis lain dari pembangkit listrik tenaga air, yang disebut pembangkit listrik tenaga air pompa-penyimpanan. Pada pembangkit listrik tenaga air konvensional, air dari reservoir mengalir melalui pembangkit, keluar dan dibawa ke hilir. Pembangkit listrik tenaga air pompa-penyimpanan memiliki dua reservoir:
Waduk bagian atas – Seperti halnya pembangkit listrik tenaga air konvensional, bendungan menciptakan waduk. Air di waduk ini mengalir melalui pembangkit listrik tenaga air untuk menghasilkan listrik.
Waduk bawah – Air yang keluar dari pembangkit listrik tenaga air mengalir ke waduk bawah dan tidak kembali lagi ke sungai dan mengalir ke hilir.
Dengan menggunakan turbin reversibel, pembangkit listrik dapat memompa air kembali ke reservoir atas. Hal ini dilakukan di luar jam sibuk. Pada dasarnya, reservoir kedua mengisi ulang reservoir atas. Dengan memompa air kembali ke reservoir atas, pembangkit listrik memiliki lebih banyak air untuk menghasilkan listrik selama periode konsumsi puncak.
Pembangkit Listrik
Inti dari pembangkit listrik tenaga air adalah generator. Sebagian besar pembangkit listrik tenaga air memiliki beberapa generator jenis ini.
Generator, seperti yang mungkin sudah Anda duga, menghasilkan listrik. Proses dasar untuk menghasilkan listrik dengan cara ini adalah memutar serangkaian magnet di dalam kumparan kawat. Proses ini menggerakkan elektron, yang menghasilkan arus listrik.
Bendungan Hoover memiliki total 17 generator, yang masing-masing dapat menghasilkan hingga 133 megawatt. Total kapasitas pembangkit listrik tenaga air Bendungan Hoover adalah 2.074 megawatt. Setiap generator terbuat dari komponen dasar tertentu:
Batang
penggerak
Rotor
Stator
Saat turbin berputar, eksitor mengirimkan arus listrik ke rotor. Rotor adalah serangkaian elektromagnet besar yang berputar di dalam kumparan kawat tembaga yang dililitkan rapat, yang disebut stator. Medan magnet antara kumparan dan magnet menciptakan arus listrik.
Di Bendungan Hoover, arus sebesar 16.500 amp bergerak dari generator ke transformator, di mana arus meningkat hingga 230.000 amp sebelum ditransmisikan.
Pembangkit listrik tenaga air memanfaatkan proses alami yang berkelanjutan — proses yang menyebabkan hujan turun dan sungai meluap. Setiap hari, planet kita kehilangan sejumlah kecil air melalui atmosfer saat sinar ultraviolet memecah molekul air. Namun pada saat yang sama, air baru dipancarkan dari bagian dalam Bumi melalui aktivitas vulkanik. Jumlah air yang tercipta dan jumlah air yang hilang hampir sama.
Pada suatu waktu, total volume air di dunia berada dalam berbagai bentuk. Air dapat berbentuk cair, seperti lautan, sungai, dan hujan; padat, seperti gletser; atau gas, seperti uap air yang tak terlihat di udara. Air berubah wujud saat bergerak mengelilingi planet ini oleh arus angin. Arus angin dihasilkan oleh aktivitas pemanasan matahari. Siklus arus udara tercipta karena matahari lebih banyak bersinar di ekuator daripada di area lain di planet ini.
Siklus arus udara menggerakkan pasokan air Bumi melalui siklusnya sendiri, yang disebut siklus hidrologi. Saat matahari memanaskan air cair, air menguap menjadi uap di udara. Matahari memanaskan udara, menyebabkan udara naik di atmosfer. Udara lebih dingin di tempat yang lebih tinggi, jadi saat uap air naik, ia mendingin, mengembun menjadi tetesan. Ketika cukup banyak tetesan terkumpul di satu area, tetesan tersebut mungkin menjadi cukup berat untuk jatuh kembali ke Bumi sebagai presipitasi.
Siklus hidrologi penting bagi pembangkit listrik tenaga air karena bergantung pada aliran air. Jika tidak ada hujan di dekat pembangkit, air tidak akan terkumpul di hulu. Tanpa air yang terkumpul di hulu, lebih sedikit air yang mengalir melalui pembangkit listrik tenaga air dan lebih sedikit listrik yang dihasilkan.
Waktu posting: 07-Jul-2021
