Tenaga air adalah mengubah energi air sungai alami menjadi listrik untuk digunakan oleh masyarakat. Ada berbagai sumber energi yang digunakan dalam pembangkitan listrik, seperti energi matahari, tenaga air di sungai, dan tenaga angin yang dihasilkan oleh aliran udara. Biaya pembangkitan listrik tenaga air dengan menggunakan tenaga air murah, dan pembangunan stasiun pembangkit listrik tenaga air juga dapat dikombinasikan dengan proyek konservasi air lainnya. Negara kita sangat kaya akan sumber daya tenaga air dan kondisinya juga sangat baik. Tenaga air memegang peranan penting dalam pembangunan ekonomi nasional.
Muka air di hulu sungai lebih tinggi daripada muka air di hilirnya. Karena adanya perbedaan muka air sungai, maka energi air pun dihasilkan. Energi ini disebut energi potensial atau tenaga potensial. Selisih antara tinggi muka air sungai disebut dengan drop, disebut juga dengan perbedaan muka air atau water head. Drop ini merupakan syarat dasar terbentuknya tenaga hidrolik. Selain itu, besarnya tenaga hidrolik juga bergantung pada besarnya debit air di sungai, yang merupakan syarat dasar lain yang sama pentingnya dengan drop. Baik drop maupun debit air secara langsung mempengaruhi tenaga hidrolik; makin besar volume air drop, makin besar pula tenaga hidroliknya; bila drop dan volume airnya relatif kecil, maka output dari PLTA akan semakin kecil.
Penurunan umumnya dinyatakan dalam meter. Gradien adalah rasio penurunan dan jarak, yang dapat menunjukkan tingkat konsentrasi penurunan. Penurunan lebih terkonsentrasi, dan penggunaan tenaga hidrolik lebih nyaman. Penurunan yang digunakan oleh stasiun tenaga air adalah perbedaan antara permukaan air hulu stasiun tenaga air dan permukaan air hilir setelah melewati turbin.
Aliran adalah jumlah air yang mengalir di sungai per satuan waktu, dan dinyatakan dalam meter kubik dalam satu detik. Satu meter kubik air adalah satu ton. Aliran sungai berubah setiap saat, jadi ketika kita berbicara tentang aliran, kita harus menjelaskan waktu tempat spesifik alirannya. Aliran berubah sangat signifikan seiring waktu. Sungai-sungai di negara kita umumnya memiliki aliran besar di musim hujan di musim panas dan musim gugur, dan relatif kecil di musim dingin dan musim semi. Umumnya, aliran sungai relatif kecil di hulu; karena anak-anak sungai bergabung, aliran hilir secara bertahap meningkat. Oleh karena itu, meskipun penurunan hulu terkonsentrasi, alirannya kecil; aliran hilir besar, tetapi penurunannya relatif tersebar. Oleh karena itu, seringkali paling ekonomis untuk memanfaatkan tenaga hidrolik di bagian tengah sungai.
Dengan mengetahui besarnya drop dan debit yang digunakan oleh suatu PLTA, maka output-nya dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
N= GQH
Dalam rumus tersebut, N–output, dalam kilowatt, juga dapat disebut daya;
Q–aliran, dalam meter kubik per detik;
H – drop, dalam meter;
G = 9,8, adalah percepatan gravitasi, satuannya: Newton/kg
Berdasarkan rumus di atas, daya teoritis dihitung tanpa mengurangi kerugian apa pun. Faktanya, dalam proses pembangkitan tenaga air, turbin, peralatan transmisi, generator, dll. semuanya memiliki kerugian daya yang tak terelakkan. Oleh karena itu, daya teoritis harus didiskontokan, yaitu daya aktual yang dapat kita gunakan harus dikalikan dengan koefisien efisiensi (simbol: K).
Daya yang dirancang dari generator di stasiun tenaga air disebut daya pengenal, dan daya aktual disebut daya aktual. Dalam proses transformasi energi, tidak dapat dihindari untuk kehilangan sebagian energi. Dalam proses pembangkitan tenaga air, terutama ada kerugian turbin dan generator (ada juga kerugian dalam jaringan pipa). Berbagai kerugian di stasiun tenaga air mikro pedesaan menyumbang sekitar 40-50% dari total daya teoritis, sehingga output dari stasiun tenaga air sebenarnya hanya dapat menggunakan 50-60% dari daya teoritis, yaitu, efisiensinya sekitar 0,5-0,60 (di mana efisiensi turbin adalah 0,70-0,85, efisiensi generator adalah 0,85 hingga 0,90, dan efisiensi jaringan pipa dan peralatan transmisi adalah 0,80 hingga 0,85). Oleh karena itu, daya aktual (output) dari stasiun tenaga air dapat dihitung sebagai berikut:
K–efisiensi stasiun tenaga air, (0,5～0,6) digunakan dalam perhitungan kasar stasiun tenaga mikrohidro; nilai ini dapat disederhanakan menjadi:
N=(0,5～0,6)QHG Daya aktual=efisiensi×aliran×tetesan×9,8
Penggunaan tenaga air adalah dengan menggunakan tenaga air untuk menggerakkan suatu mesin, yang disebut turbin air. Misalnya, kincir air kuno di negara kita adalah turbin air yang sangat sederhana. Berbagai turbin hidrolik yang digunakan saat ini disesuaikan dengan berbagai kondisi hidrolik tertentu, sehingga dapat berputar lebih efisien dan mengubah energi air menjadi energi mekanik. Jenis mesin lain, generator, dihubungkan ke turbin, sehingga rotor generator berputar bersama turbin untuk menghasilkan listrik. Generator dapat dibagi menjadi dua bagian: bagian yang berputar bersama turbin dan bagian generator yang tetap. Bagian yang terhubung ke turbin dan berputar disebut rotor generator, dan ada banyak kutub magnet di sekitar rotor; lingkaran di sekitar rotor adalah bagian generator yang tetap, yang disebut stator generator, dan stator dililit dengan banyak kumparan tembaga. Ketika banyak kutub magnet rotor berputar di tengah kumparan tembaga stator, arus dihasilkan pada kabel tembaga, dan generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik diubah menjadi energi mekanik (motor listrik), energi cahaya (lampu listrik), energi panas (tungku listrik) dan seterusnya oleh berbagai peralatan listrik.
Komposisi Pembangkit Listrik Tenaga Air
Komposisi pembangkit listrik tenaga air meliputi: struktur hidrolik, peralatan mekanik, dan peralatan listrik.
(1) Struktur hidrolik
Di dalamnya terdapat bendungan, pintu pemasukan, saluran (atau terowongan), tangki tekanan depan (atau tangki pengatur), pipa tekanan, rumah pembangkit dan saluran pembuangan, dan sebagainya.
Bendungan (dam) dibangun di sungai untuk membendung air sungai dan menaikkan permukaan air untuk membentuk waduk. Dengan cara ini, penurunan terkonsentrasi terbentuk antara permukaan air waduk pada bendung (dam) dan permukaan air sungai di bawah bendungan, dan kemudian air dimasukkan ke pembangkit listrik tenaga air melalui penggunaan pipa air atau terowongan. Di sungai yang relatif curam, penggunaan saluran pengalihan juga dapat membentuk penurunan. Misalnya: Umumnya, penurunan per kilometer sungai alami adalah 10 meter. Jika sebuah saluran dibuka di ujung atas bagian sungai ini untuk memasukkan air sungai, saluran akan digali di sepanjang sungai, dan kemiringan saluran akan lebih datar. Jika penurunan saluran dibuat per kilometer Itu hanya turun 1 meter, sehingga air mengalir 5 kilometer di saluran, dan permukaan air hanya turun 5 meter, sedangkan air turun 50 meter setelah menempuh 5 kilometer di saluran alami. Pada saat ini, air dari saluran tersebut dialirkan kembali ke pembangkit listrik melalui sungai dengan pipa air atau terowongan, dan terdapat penurunan terkonsentrasi setinggi 45 meter yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Gambar 2
Penggunaan saluran pengalihan, terowongan, atau pipa air (seperti pipa plastik, pipa baja, pipa beton, dan lain sebagainya) untuk membentuk suatu stasiun pembangkit listrik tenaga air dengan penurunan yang terkonsentrasi disebut dengan stasiun pembangkit listrik tenaga air saluran pengalihan, yang merupakan tata letak umum stasiun pembangkit listrik tenaga air.
(2) Peralatan mekanik dan listrik
Di samping bangunan hidrolik (bendungan, saluran, depo, pipa tekan, bengkel) yang telah disebutkan di atas, PLTA juga memerlukan peralatan sebagai berikut:
(1) Peralatan mekanik
Ada turbin, gubernur, katup gerbang, peralatan transmisi dan peralatan non-pembangkit.
(2) Peralatan listrik
Ada generator, panel kontrol distribusi, transformator dan saluran transmisi.
Namun tidak semua PLTA kecil memiliki struktur hidrolik dan peralatan mekanik dan listrik yang disebutkan di atas. Jika tinggi muka air kurang dari 6 meter di PLTA dengan tinggi muka air rendah, umumnya digunakan saluran pemandu air dan saluran air terbuka, dan tidak ada kolam penampung tekanan dan pipa air bertekanan. Untuk PLTA dengan jangkauan catu daya kecil dan jarak transmisi pendek, transmisi daya langsung diadopsi dan tidak memerlukan transformator. PLTA dengan reservoir tidak perlu membangun bendungan. Penggunaan intake dalam, pipa bagian dalam bendungan (atau terowongan) dan spillway menghilangkan kebutuhan akan struktur hidrolik seperti bendung, pintu intake, saluran dan kolam penampung tekanan.
Untuk membangun stasiun pembangkit listrik tenaga air, pertama-tama, survei dan pekerjaan desain yang cermat harus dilakukan. Dalam pekerjaan desain, ada tiga tahap desain: desain awal, desain teknis, dan perincian konstruksi. Untuk melakukan pekerjaan desain dengan baik, pertama-tama perlu dilakukan pekerjaan survei menyeluruh, yaitu, untuk sepenuhnya memahami kondisi alam dan ekonomi setempat – yaitu topografi, geologi, hidrologi, modal, dan sebagainya. Ketepatan dan keandalan desain dapat dijamin hanya setelah menguasai situasi ini dan menganalisisnya.
Komponen-komponen pembangkit listrik tenaga air kecil mempunyai bentuk yang bermacam-macam, tergantung pada jenis pembangkit listrik tenaga air tersebut.
3. Survei Topografi
Kualitas pekerjaan survei topografi mempunyai pengaruh besar terhadap tata letak teknik dan estimasi kuantitas teknik.
Eksplorasi geologi (pemahaman tentang kondisi geologi) selain pemahaman umum dan penelitian tentang geologi daerah aliran sungai dan sepanjang sungai, juga perlu dipahami apakah pondasi ruang mesin kokoh, yang secara langsung mempengaruhi keselamatan pembangkit listrik itu sendiri. Jika bendungan dengan volume reservoir tertentu hancur, tidak hanya akan merusak pembangkit listrik tenaga air itu sendiri, tetapi juga menyebabkan kerugian besar bagi jiwa dan harta benda di hilir.
4. Uji Hidrologi
Bagi PLTA, data hidrologi yang paling penting adalah catatan muka air sungai, aliran, kandungan sedimen, kondisi lapisan es, data meteorologi, dan data survei banjir. Besarnya aliran sungai mempengaruhi tata letak spillway PLTA. Meremehkan tingkat keparahan banjir akan menyebabkan kerusakan bendungan; sedimen yang dibawa oleh sungai dapat dengan cepat mengisi waduk dalam kasus terburuk. Misalnya, saluran masuk akan menyebabkan saluran menjadi berlumpur, dan sedimen berbutir kasar akan melewati turbin dan menyebabkan keausan turbin. Oleh karena itu, pembangunan PLTA harus memiliki data hidrologi yang memadai.
Oleh karena itu, sebelum memutuskan untuk membangun PLTA, kita harus terlebih dahulu menyelidiki arah pembangunan ekonomi di wilayah pasokan listrik dan permintaan listrik di masa mendatang. Pada saat yang sama, memperkirakan situasi sumber daya listrik lainnya di wilayah pengembangan. Hanya setelah penelitian dan analisis situasi di atas, kita dapat memutuskan apakah PLTA perlu dibangun dan seberapa besar skalanya.
Secara umum, tujuan pekerjaan survei tenaga air adalah untuk menyediakan informasi dasar yang akurat dan dapat diandalkan yang diperlukan untuk desain dan pembangunan pembangkit listrik tenaga air.
5. Syarat Umum Pemilihan Lokasi
Kondisi umum untuk memilih lokasi dapat dijelaskan dari empat aspek berikut:
(1) Lokasi yang dipilih harus dapat memanfaatkan energi air dengan cara yang paling ekonomis dan mematuhi prinsip penghematan biaya, yaitu setelah pembangkit listrik selesai dibangun, pengeluaran biaya paling sedikit dan listrik yang dihasilkan paling banyak. Hal ini biasanya dapat diukur dengan memperkirakan pendapatan pembangkitan listrik tahunan dan investasi dalam pembangunan stasiun untuk melihat berapa lama modal yang diinvestasikan dapat diperoleh kembali. Namun, kondisi hidrologi dan topografi berbeda di setiap tempat, dan kebutuhan listrik juga berbeda, sehingga biaya konstruksi dan investasi tidak boleh dibatasi oleh nilai tertentu.
(2) Kondisi topografi, geologi, dan hidrologi lokasi yang dipilih harus relatif unggul, dan harus ada kemungkinan dalam desain dan konstruksi. Dalam pembangunan stasiun tenaga air skala kecil, penggunaan bahan bangunan harus sesuai dengan prinsip “bahan lokal” sebanyak mungkin.
(3) Lokasi yang dipilih harus sedekat mungkin dengan sumber tenaga listrik dan area pemrosesan untuk mengurangi investasi peralatan transmisi tenaga listrik dan hilangnya daya.
(4) Saat memilih lokasi, bangunan hidrolik yang ada harus digunakan semaksimal mungkin. Misalnya, tetesan air dapat digunakan untuk membangun stasiun pembangkit listrik tenaga air di saluran irigasi, atau stasiun pembangkit listrik tenaga air dapat dibangun di sebelah waduk irigasi untuk menghasilkan listrik dari aliran irigasi, dan sebagainya. Karena pembangkit listrik tenaga air ini dapat memenuhi prinsip menghasilkan listrik saat ada air, signifikansi ekonominya lebih jelas.
Waktu posting: 19-Mei-2022
