PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air)

PLTA adalah pembangkit listrik yang energinya didapat dari air untuk menghasilkan energi listrik. Air digunakan untuk memutar turbin sehingga turbin berputar dan menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini biasa disebut sebagai hidroelektrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari air. Namun, secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak. Hidroelektrisitas adalah sumber energi terbarukan. Air dialirkan melalui pintu air yang sudah diatur untuk mendapatkan debit air yang diinginkan.Aliran air ini akan melewati pipa pesat dan mengakibatkan tekanan air meningkat.Air dari pipa pesat kemudian akan menabrak baling-baling turbin sehingga turbin dapat berputar.Putaran turbin yang terhubung dengan poros akan membuat rotor generator juga ikut berputar.Generator yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan medan magnet diantara stator dan rotor sehingga akan terjadi ggl (aliran elektron).Listrik yang dihasilkan generator akan dialirkan ke transformator step up.
Perhitungan daya pada PLTA
Daya yang dihasilkan oleh Generator pada PLTA, akan tergantung juga keluaran daya yang dihasilkan oleh kapasitas turbin airnya. Seperti pada gambar berikut, Gambar 4.1. Hubungan turbin dengan generator pada PLTA Pada PLTA turbin biasanya terhubung dengan generator. Besar listrik yang dihasilkan dinyatakan sbb:

Pt = 9,81ηG ηT Q H ........KW
 Dengan :
ηT = efisiensi turbin
ηG = efisiensi generator
Q = debit aliran air (m3/detik)
H = tinggi jatuh air (m)
Semakin tinggi suatu bendungan, semakin tinggi air jatuh, maka semakin besar daya listrik yang dihasilkan (hubungannya linier). Semakin banyak air yang jatuh menyebabkan turbin akan menghasilkan tenaga yang lebih banyak. Tenaga juga berbanding lurus dengan aliran sungai.

 CONTOH SOAL PLTA 
Soal :
 1. Misalkan Sungai Citarum mempunyai debit air rata-rata 130km3 per tahun, Dibuat beberapa bendungan
     diantaranya : Saguling, Cirata, dan Jatiluhur, ketinggian rata-rata bendungan kira-kira 100m, Hitung :
 a)Aliran air dalam (m2/s)?
 b)Kandungan daya bendungan yang bisa dimanfaatkan?
 c)Air yang bisa dilepaskan tiap tahun?
 d)Bila daya yang sudah dihasilkan oleh Saguling (4x 175 MWe), Cirata (8x 126 Joule). Efisiensi total  
    pembangkitan 0,85. Berapa daya (MWe) bendungan yang bias dimanfaatkan?
 e)Andaikan tegangan keluaran masing-masing generator Jatiluhur 20kV, Faktor daya 0,85 berapa arus
    yang dihasilkan ?
 f)Umpama kecepatan turbin hidrolik 200 rpm , berapa jumlah kutub pada motornya?
 g)Sebutkan komponen utama sebuah PLTA ?

2.Permintaan daya listrik kotamadya Bnadung (Munici Pality Regularis) antara 60 Mw – 110 MW dalam 1 hari. Daya rata- rata adalah 80MW. Ada beberapa pilihan untuk menghasilkan energy yang diperlukan yaitu: (*)Memasang satu unit daya dasar (PLTA) 60 MW dan satu unit gen-set pembangkit puncak 50 MW (*)Memasang satu unit pembangkit daya dasar (PLTA) 80 MW dan satu unit pompa menyimpan cadangan
     air. 30 MW sari masing- masing option diatas cara mana yang terbaik untuk mengatasi kapasitas urutan
     ( Respective Capacity ) dari daya dasar & puncak

3.Suatu ketinggian bendungan Grand Coulee adalah 280 kaki dan generator mengirim daya 6000 MvA pada factor daya 0,9 lagging. Asumsi efisiensi turbin 0,92 dan efisiensi alternator 0,98,
Hitung :
 a)Keluaran daya aktif (MW)
 b)Daya reaktif yang mencatu system (MVAR)
 c)Debet air yang mengalir pada turbin (yard3/s)

 Jawab :
1. a)130 km3/ tahun
        = (130 x 〖10〗^5)/(365 x 24 x 3600)
        = 4.122,27 m3/sekon
    b)P = (∆ Ep)/t= m/t mgh= ρhαg ,
       maka ρ=1000 kg⁄m^3
       P = 4.122,3 m^3⁄s x 1000 kg⁄m^3 x 9,8 m⁄s^(-2) x 100 m
       Maka, kandungan bendungan yang bias dimanfaatkan adalah = 4039,8243 MW
 c)130 〖km〗^3⁄tahun=80,78 〖mil〗^3⁄tahun
       Maka, air yang bias dilepaskan dalam mil berjumlah : 80,78 〖mil〗^3⁄tahun
 d) Daya yang Dimanfaatkan
      4 x 1,75 MW = 7 MW
      8 x 126 MW = 1008 MW
      7 x 25 MW = 175 MW
      Total = (7 + 1008 +175) MW = 1190 MW
     Jika, 1400 dengan efisiensi 85% = 1190 MW (sudah dimanfaatkan), maka daya yang belum
     dimanfaatkan adalah = 1190/0,85= 1400 MW
     Maka daya yang belum dipakai adalah 4039,8243 – 1400 = 2639,8243 MW
 e)P = I V cos Ө
    25 MW = I x 20kV x 0,85
     I = (25 x 〖10〗^6 W)/(20 x 〖10〗^3 V x 0,85)
     I = 25000/17 A
 f)Jumlah Kutub :
    F = 50 Hz n = 200 rpm P = (120 F)/n P = (120 x 50)/200 =30 Kutub
 g)Komponen utama pada PLTA :
         -Waduk
         -Main Gate
         -Bendungan
         -Pipa Pesat
         -Katup Utama
         -Turbin
         -Generator
         -Draftube
         -Trailrace
         -Transformator
         -Switchyard
         -Kabel Transmisi
         -Jalur Transmisi
         -Spillway
 2.Cara 1 : Pembangkit Daya Dasar 60 MW. Daya Puncak 50 MW
    Cara 2 : Pembangkit Daya Dasar 80 MW. Daya Puncak 30 MW
    Kelebihan Cara 1 Lebih praktis karena beban dasar, diambil paling minimum, tidak memerlukan unit  
    pompa untuk menaikkan air
    Kelebihan Cara 2 Pembangkit daya dasar lebih besar berarti lebih efisien. Daya puncak lebih kecil berarti
    berarti lebih murah. Pada saat terdapat kelebihan energy maka generator dijadikan pompa untuk
    mengalirkan air ke penyimpan
     Jadi, Pada saat beban rendah, station daya puncak menerima dan menyimpan cadangan energy yang
    dihasilkan PLTA.
 3.Keluaran daya aktif (MW)
    P=MVA x Pf=6000 x 0,9
    P=5400 MV
    Daya Reaktif yang mencatu system (MVAR)
    Q=6000 sin Ө
    Q=2640 MVAR
   Debet air yang mengalir pada turbin (yard3/s)
    h=(280 kaki)/(3,28 m) = 85,37 m

    Q= P⁄9,8 x 85,37 m = 6450 m^3⁄s