Pembangkit listrik tenaga air adalah upaya mengubah energi air dari sungai-sungai alami menjadi listrik untuk digunakan masyarakat. Terdapat 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 relatif murah, dan pembangunan stasiun pembangkit listrik tenaga air juga dapat dikombinasikan dengan proyek-proyek konservasi air lainnya. Negara kita sangat kaya akan sumber daya tenaga air dan kondisinya juga sangat baik. Pembangkit listrik tenaga air memainkan peran penting dalam pembangunan ekonomi nasional.
Permukaan air di hulu sungai lebih tinggi daripada permukaan air di hilirnya. Karena perbedaan permukaan air sungai ini, energi air dihasilkan. Energi ini disebut energi potensial atau energi listrik. Perbedaan ketinggian air sungai disebut penurunan muka air, juga disebut perbedaan permukaan air atau tinggi muka air. Penurunan muka air ini merupakan syarat dasar pembentukan tenaga hidrolik. Selain itu, besarnya tenaga hidrolik juga bergantung pada besarnya aliran air di sungai, yang merupakan syarat dasar lain yang sama pentingnya dengan penurunan muka air. Baik penurunan muka air maupun aliran air secara langsung memengaruhi tenaga hidrolik; semakin besar volume air pada penurunan muka air, semakin besar tenaga hidroliknya; jika penurunan muka air dan volume air relatif kecil, maka daya keluaran pembangkit listrik tenaga air akan lebih kecil.
Penurunan ketinggian umumnya dinyatakan dalam meter. Gradien adalah rasio antara penurunan ketinggian dan jarak, yang dapat menunjukkan tingkat konsentrasi penurunan ketinggian. Semakin terkonsentrasi penurunan ketinggian, semakin mudah penggunaan tenaga hidrolik. Penurunan ketinggian yang digunakan oleh pembangkit listrik tenaga air adalah perbedaan antara permukaan air hulu pembangkit listrik tenaga air dan permukaan air hilir setelah melewati turbin.
Debit adalah jumlah air yang mengalir di sungai per satuan waktu, dan dinyatakan dalam meter kubik per detik. Satu meter kubik air setara dengan satu ton. Debit sungai berubah setiap saat, jadi ketika kita berbicara tentang debit, kita harus menjelaskan waktu di tempat spesifik aliran tersebut terjadi. Debit berubah sangat signifikan seiring waktu. Sungai-sungai di negara kita umumnya memiliki debit besar pada musim hujan di musim panas dan musim gugur, dan relatif kecil di musim dingin dan musim semi. Umumnya, debit sungai relatif kecil di hulu; karena anak sungai bergabung, debit hilir secara bertahap meningkat. Oleh karena itu, meskipun debit di hulu terkonsentrasi, debitnya kecil; debit di hilir besar, tetapi relatif tersebar. Karena itu, seringkali paling ekonomis untuk memanfaatkan tenaga hidrolik di bagian tengah sungai.
Dengan mengetahui ketinggian jatuh air dan debit yang digunakan oleh pembangkit listrik tenaga air, outputnya dapat dihitung menggunakan rumus berikut:
N= GQH
Dalam rumus tersebut, N–output, dalam kilowatt, juga dapat disebut daya;
Aliran Q, dalam meter kubik per detik;
H – penurunan, dalam meter;
G = 9,8 , adalah percepatan gravitasi, satuan: Newton/kg
Berdasarkan rumus di atas, daya teoritis dihitung tanpa mengurangi kerugian apa pun. Padahal, dalam proses pembangkitan tenaga air, turbin, peralatan transmisi, generator, dan lain-lain, semuanya pasti mengalami kehilangan daya. Oleh karena itu, daya teoritis harus dikurangi, yaitu daya aktual yang dapat kita gunakan harus dikalikan dengan koefisien efisiensi (simbol: K).
Daya rancangan generator di pembangkit listrik tenaga air disebut daya nominal, dan daya aktual disebut daya aktual. Dalam proses transformasi energi, kehilangan sebagian energi tidak dapat dihindari. Dalam proses pembangkitan tenaga air, terutama terjadi kehilangan pada turbin dan generator (terdapat juga kehilangan pada pipa). Berbagai kehilangan di pembangkit listrik tenaga air mikro pedesaan mencapai sekitar 40-50% dari total daya teoritis, sehingga daya keluaran pembangkit listrik 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 pipa dan peralatan transmisi adalah 0,80 hingga 0,85). Oleh karena itu, daya aktual (keluaran) pembangkit listrik tenaga air dapat dihitung sebagai berikut:
K–efisiensi pembangkit listrik tenaga air, (0,5～0,6) digunakan dalam perhitungan kasar pembangkit listrik tenaga air mikro; nilai ini dapat disederhanakan menjadi:
N=(0.5～0.6)QHG Daya aktual=efisiensi×aliran×tetesan×9.8
Penggunaan tenaga air adalah memanfaatkan tenaga air untuk menggerakkan 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 spesifik, 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 tetap dari generator. Bagian yang terhubung ke turbin dan berputar disebut rotor generator, dan terdapat banyak kutub magnet di sekitar rotor; lingkaran di sekitar rotor adalah bagian tetap dari generator, 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 kawat tembaga, dan generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik diubah menjadi energi mekanik (motor listrik atau penggerak), energi cahaya (lampu listrik), energi panas (tungku listrik) dan sebagainya oleh berbagai peralatan listrik.
komposisi stasiun pembangkit listrik tenaga air
Komponen pembangkit listrik tenaga air meliputi: struktur hidrolik, peralatan mekanik, dan peralatan listrik.
(1) Struktur hidrolik
Bendungan ini memiliki bendung (bendungan), pintu masuk air, saluran (atau terowongan), tangki penampung tekanan (atau tangki pengatur), pipa tekanan, pembangkit listrik, dan saluran pembuangan air, dll.
Bendungan (weir) dibangun di sungai untuk membendung air sungai dan menaikkan permukaan air untuk membentuk waduk. Dengan cara ini, terbentuk perbedaan ketinggian yang terkonsentrasi antara permukaan air waduk di bendungan (weir) dan permukaan air sungai di bawah bendungan, kemudian air dialirkan ke pembangkit listrik tenaga air melalui pipa air atau terowongan. Di sungai yang relatif curam, penggunaan saluran pengalihan juga dapat membentuk perbedaan ketinggian. Misalnya: Umumnya, perbedaan ketinggian per kilometer sungai alami adalah 10 meter. Jika saluran dibuka di ujung hulu bagian sungai ini untuk mengalirkan air sungai, saluran akan digali di sepanjang sungai, dan kemiringan saluran akan lebih datar. Jika perbedaan ketinggian di saluran dibuat per kilometer, maka hanya turun 1 meter, sehingga air mengalir sejauh 5 kilometer di saluran, dan permukaan air hanya turun 5 meter, sedangkan air turun 50 meter setelah menempuh jarak 5 kilometer di saluran alami. Pada saat ini, air dari saluran dialirkan kembali ke pembangkit listrik melalui sungai dengan pipa air atau terowongan, dan terdapat penurunan ketinggian terkonsentrasi sebesar 45 meter yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Gambar 2
Penggunaan saluran pengalihan, terowongan, atau pipa air (seperti pipa plastik, pipa baja, pipa beton, dll.) untuk membentuk pembangkit listrik tenaga air dengan penurunan terkonsentrasi disebut pembangkit listrik tenaga air saluran pengalihan, yang merupakan tata letak pembangkit listrik tenaga air yang khas.
(2) Peralatan mekanik dan listrik
Selain pekerjaan hidrolik yang disebutkan di atas (bendungan, saluran, halaman depan, pipa bertekanan, bengkel), pembangkit listrik tenaga air juga membutuhkan peralatan berikut:
(1) Peralatan mekanik
Terdapat turbin, pengatur kecepatan, katup gerbang, peralatan transmisi, dan peralatan non-pembangkit listrik.
(2) Peralatan listrik
Terdapat generator, panel kontrol distribusi, transformator, dan saluran transmisi.
Namun, tidak semua pembangkit listrik tenaga air kecil memiliki struktur hidrolik serta peralatan mekanik dan listrik yang disebutkan di atas. Jika tinggi muka air kurang dari 6 meter di pembangkit listrik tenaga air bertekanan rendah, umumnya digunakan saluran pengarah air dan saluran air terbuka, dan tidak ada kolam penampung tekanan dan pipa air bertekanan. Untuk pembangkit listrik dengan jangkauan pasokan daya kecil dan jarak transmisi pendek, transmisi daya langsung diadopsi dan tidak diperlukan transformator. Pembangkit listrik tenaga air dengan waduk tidak perlu membangun bendungan. Penggunaan saluran masuk dalam, pipa (atau terowongan) di dalam bendungan, dan pelimpah menghilangkan kebutuhan akan struktur hidrolik seperti bendungan, pintu masuk, saluran, dan kolam penampung tekanan.
Untuk membangun pembangkit listrik tenaga air, pertama-tama, survei dan pekerjaan desain yang cermat harus dilakukan. Dalam pekerjaan desain, terdapat tiga tahap desain: desain pendahuluan, desain teknis, dan perincian konstruksi. Agar pekerjaan desain berjalan dengan baik, pertama-tama perlu dilakukan survei menyeluruh, yaitu memahami sepenuhnya kondisi alam dan ekonomi setempat – misalnya topografi, geologi, hidrologi, modal, dan sebagainya. Ketepatan dan keandalan desain hanya dapat dijamin setelah menguasai dan menganalisis situasi-situasi tersebut.
Komponen-komponen pembangkit listrik tenaga air skala kecil memiliki berbagai bentuk tergantung pada jenis pembangkit listrik tenaga air tersebut.
3. Survei Topografi
Kualitas pekerjaan survei topografi sangat berpengaruh terhadap tata letak teknik dan estimasi kuantitas teknik.
Eksplorasi geologi (pemahaman kondisi geologi) selain pemahaman umum dan penelitian tentang geologi daerah aliran sungai dan sepanjang sungai, juga perlu untuk memahami apakah fondasi ruang mesin kokoh, yang secara langsung memengaruhi keselamatan pembangkit listrik itu sendiri. Jika bendungan dengan volume waduk tertentu hancur, hal itu tidak hanya akan merusak pembangkit listrik tenaga air itu sendiri, tetapi juga menyebabkan kerugian besar berupa nyawa dan harta benda di hilir.
4. Uji hidrologi
Untuk pembangkit listrik tenaga air, data hidrologi yang paling penting adalah catatan ketinggian air sungai, aliran, kandungan sedimen, kondisi pembentukan es, data meteorologi, dan data survei banjir. Besarnya aliran sungai memengaruhi tata letak pelimpah pembangkit listrik tenaga air. Meremehkan tingkat keparahan banjir akan menyebabkan kerusakan bendungan; sedimen yang terbawa sungai dapat dengan cepat memenuhi waduk dalam kasus terburuk. Misalnya, saluran masuk akan menyebabkan saluran tersebut tersumbat oleh lumpur, dan sedimen berbutir kasar akan melewati turbin dan menyebabkan keausan turbin. Oleh karena itu, pembangunan pembangkit listrik tenaga air harus memiliki data hidrologi yang memadai.
Oleh karena itu, sebelum memutuskan untuk membangun pembangkit listrik tenaga air, kita harus terlebih dahulu menyelidiki arah perkembangan ekonomi di wilayah pasokan listrik dan permintaan listrik di masa depan. Pada saat yang sama, perkirakan situasi sumber energi lain di wilayah pembangunan tersebut. Hanya setelah melakukan penelitian dan analisis terhadap situasi di atas, barulah kita dapat memutuskan apakah pembangkit listrik tenaga air perlu dibangun dan seberapa besar skalanya.
Secara umum, tujuan pekerjaan survei PLTA adalah untuk menyediakan informasi dasar yang akurat dan dapat diandalkan yang diperlukan untuk desain dan pembangunan pembangkit listrik tenaga air.
5. Kondisi umum untuk pemilihan lokasi
Kondisi umum untuk memilih lokasi dapat dijelaskan dari empat aspek berikut:
(1) Lokasi yang dipilih harus mampu memanfaatkan energi air dengan cara yang paling ekonomis dan sesuai dengan prinsip penghematan biaya, yaitu, setelah pembangkit listrik selesai dibangun, pengeluaran biaya paling sedikit dan produksi listrik paling banyak. Hal ini biasanya dapat diukur dengan memperkirakan pendapatan pembangkitan listrik tahunan dan investasi dalam pembangunan pembangkit listrik untuk melihat berapa lama modal yang diinvestasikan dapat dikembalikan. Namun, kondisi hidrologi dan topografi berbeda di berbagai tempat, dan kebutuhan listrik juga berbeda, sehingga biaya pembangunan dan investasi tidak boleh dibatasi oleh nilai-nilai tertentu.
(2) Kondisi topografi, geologi, dan hidrologi lokasi yang dipilih harus relatif unggul, dan harus ada kemungkinan dalam desain dan konstruksi. Dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga air skala kecil, penggunaan bahan bangunan harus sesuai dengan prinsip “bahan lokal” sebisa mungkin.
(3) Lokasi yang dipilih harus sedekat mungkin dengan pasokan listrik dan area pengolahan untuk mengurangi investasi peralatan transmisi listrik dan kehilangan daya.
(4) Ketika memilih lokasi, struktur hidrolik yang ada harus dimanfaatkan semaksimal mungkin. Misalnya, tetesan air dapat digunakan untuk membangun pembangkit listrik tenaga air di saluran irigasi, atau pembangkit listrik tenaga air dapat dibangun di dekat waduk irigasi untuk menghasilkan listrik dari aliran irigasi, dan sebagainya. Karena pembangkit listrik tenaga air ini dapat memenuhi prinsip menghasilkan listrik ketika ada air, signifikansi ekonominya menjadi lebih jelas.
Waktu posting: 19 Mei 2022
