PLTA Cirata [PDF]

Citation preview

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR CIRATA A. PENGENALAN Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia Tenggara. PLTA ini memiliki konstruksi power house di bawah tanah dengan kapasitas 8x126 Megawatt (MW) sehingga total kapasitas terpasang 1.008 Megawatt (MW) dengan produksi energi listrik rata-rata 1.428 Giga Watthour (GWH) pertahun yang dislaurkan melalui jaringan transmisi tegangan ekstra tinggi 500 kV ke sistem interkoneksi Jawa-Madura-Bali (Jamali). Energi didapat dari bendungan Cirata dengan volume 2.163 m3. Unit Pembangkitan Cirata merupakan PLTA terbesar di Asia Tenggara. PLTA Cirata dibangun dengan komposisi bangunan power house empat lantai di bawah tanah yang berjarak sekitar 2 km dari mesin-mesin pembangkit yang terletak di power house. PLTA Cirata dioperasikan oleh anak perusahaan PT Perusahaan Listrik Negara (PLN persero) yaitu PT Pembangkitan Jawa Bali (PJB) yang disalurkan melalui saluran transmisi tenaga listrik 500 kilo volt (KV) ke sistem Jawa Bali yang diatur oleh dispatcher PLN Pusat Pengatur Beban (P3B). Kontribusi utama Cirata terhadap sistem Jawa Bali yaitu memikul beban puncak dan beroperasi pada pukul 17.00-22.00, dengan moda operasi LFC (Load Frequency Control), di mana memiliki fasilitas line charging bila sistem Jawa Bali mengalami Black Out dan Start up operasi/ sinkron ke jaringan 500 KV yang relatif cepat yaitu kurang lebih lima menit. PLTA Cirata terletak di daerah aliran sungai (DAS) Citarum di Desa Tegal Waru, Kecamatan Plered, Kabupaten Purwakarta, Jawa Barat. Latar belakang pendirian PLTA ini, dengan letak sungai Citarum yang subur, bergunung-gunung dan dianugerahi curah hujan yang tinggi. Pembangunan proyek PLTA Cirata merupakan salah satu cara pemanfaatan potensi tenaga air di Sungai Citarum yang letaknya di wilayah kabupaten Bandung, kurang lebih 60 km sebelah barat laut kota Bandung atau 100 km dari Jakarta melalui jalan Purwakarta.



B. BAGIAN BAGIAN PLTA CIRATA 1. BAGIAN BAGIAN PLTA (dalam diagram)



http://rakhman.net/2013/04/prinsip-kerja



No. Petunju k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13



Nama Alat



Keterangan



Waduk Main Gate Bendungan Penstock Katup Utama Turbin Generator Draftube Trailrace Transformator Switch yard Kabel Transmisi Spillways



Tempat menampung air sungai Pintu air utama Penahan laju sungai Pipa yang menyalurkan air dari waduk menuju sungai Katup buka-tutup Baling-baling yang digerakkan oleh air Pengubah energi mekanik menjadi energi listrik Penampung air sebelum dibuang Pembuangan air Pengubah listrik Pengatur listrik Distributor listrik Tempat keluarnya lebihan air waduk



2. SPESIFIKASI TURBIN PLTA CIRATA Guna menghasilkan energi listrik sebesar 1.428 GWH, dioperasikan delapan buah turbin dengan kapasitas masing-masing 129MW dengan putaran 187,5 RPM. Adapun tinggi air jatuh efektif untuk memutar turbin 112,5 meter dengan debit air maksimum 135 m 3 perdetik. Turbin yang digunakan di waduk Cirata adalah Turbin Francis dengan spesifikasi: SPESIFIKASI Tipe Produksi Rate Net Head Rated Output



KETERANGAN Francis, vertical shaft VOEST-ALPINE 106,8 m 129,6 MW



Kecepatan Debit Pada Kondisi Diatas Runaway Speed Spiral Case Inlet Diameter Draft Tube Outlet Diameter Diameter Runner Jumlah Runner Blade Jumlah Guide Vane Bukaan Maksimum Guide Vane Ketinggian Guide Vane Jumlah Servomotor Tekanan Normal Operasi Guide Vane Tekanan Oli Minimum Guide Vane Langkah Servomotor Diameter Piston Servomotor



187,5 rpm 132,5 m3/s 400 rpm 4300 mm 6400 rpm Dth = 3400 m z = 16 z = 24 260 mm 980 mm 2 55 kg/cm2 38,5 kg/cm2 440 mm 400 mm



C. CARA KERJA PLTA CIRATA 1. PRINSIP KERJA Air yang berada pada ketinggian tertentu senantiasa mengalirkan air dengan masa tertentu setiap menit. Seperti masa air yang berada pada suatu ketinggian memiliki energi potensial gravitasi. Ketika masa air turun ke bawah energy potensialnya berkurang karna sebagian energi potensialnya dirubah menjadi enrgi kinetik. Sesuai dengan hukum kekekalan energi mekanik, semakin ke bawah energi kinetik semakin besar. Ek air yang cukup besar akan mengenai sudu-sudu turbin yang dipasang didasar air terjun dan akan memutarkan poros turbin yang seporos dengan poros generator Kemudian generator berputar dan menghasilkan energy listrik.



http://blogmechanical.blogspot.com/2011



http://jonny-havianto.blogspot.com/2012



Dengan energi potensial yang tinggi maka laju aliran air di ujung pipa akan tinggi pula. Apabila diameter pipa tidak berubah (semua pipa diameternya sama) maka kita dapat menentukan laju aliran air tersebut menggunakan rumus dibawah: Ek = Ep mv² = mgh Keterangan: Ek = energy kinetik (J) Ep = energy potensial (J) m = massa air (kg) v = kecepatan air (m/s) g = gravitasi 9.8 (m/s²) h = ketinggian air (m) Dengan demikian kita juga dapat menentukan debit airnya: Q = Av Keterangan: A= luas penampang Q = debit air (m3/s) Besarnya daya listrik sebelum masuk ke turbin secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: Pin turbin = ρhQg Sedangkan besar daya output turbin adalah sebagai berikut : Pout turbin = ρ . h . Q . g . ηturbin Sehingga secara matematis daya real yang dihasilkan dari pembangkit adalah sebagai berikut : Preal = ρ . h . Q. g . ηturbin . ηgenerator . ηtm



ηgenerator= Efisiensi



Wkeluaran Wmasukan turbin



x 100% sesuai



dengan



kondisi



beban:



Kutipan dari buku Hydroelectric Handbook, William P. Craeger and Joel D. Justin, Second Edition John Wiley & Sons, Inc., New York, 1950, hal. 832



Keterangan : Pin= daya masukan ke turbin (watt) Pout = daya keluaran dari turbin (watt) Preal = daya sebenarnya yang dihasilkan (watt) ρ = massa jenis fluida (kg/m3)



Q = debit air (m3/s) h = ketinggian efektif (m) g = gaya gravitasi (m/s²) W = usaha (j)



Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut di atas, daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air, oleh karena itu berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis. Namun, tidak semua energi potensial dari air diubah menjadi energi listrik. Oleh karena itu kita mengenal konsep efisiensi: η=



output input



x 100%



Dengan demikian daya listrik yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga air adalah: Pdihasilkan = ηPhitung Pdihasilkan = ηρhQ Untuk menghitug beda potensial yang dihasilkan, kita menggunakan rumus GGL induksi yang dikenal dalam Hukum induksi Faraday yang bunyinya “Gaya gerak listrik (GGL) induksi pada



sebuah rangkaian sama dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut”. Rumus yang digunakannya adalah: ε = N B A ω sin ωt ω = 2πf, terdapat pada rumus gerak melingkar (kecepatan berputar magnet) Keterangan: ε = ggl induksi sesaat (volt) N = banyak lilitan kumparan B = besar induksi magnetic (Wb/m²=T) A = luas penampang/loop (m²)



ω = kecepatan sudut (rad/s) t = lama kumparan telah berputar (s) f = frekuensi



2. CARA KERJA GENERATOR Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanis. Agar generator bisa menghasilkan listrik, ada tiga hal yang harus diperhatikan, yaitu: 1. Putaran Putaran rotor dipengaruhi oleh frekuensi dan jumlah pasang kutub pada rotor, sesuai dengan persamaan: rpm = 60 . f / P dimana: rpm = putaran f = frekuensi P = jumlah pasang kutub 2. Kumparan Banyak dan besarnya jumlah kumparan pada stator mempengaruhi besarnya daya listrik yang bisa dihasilkan oleh pembangkit



http://4bri.blogspot.com/2012/11/carake



3. Magnet Magnet yang ada pada generator bukan magnet permanen, melainkan dihasilkan dari besi yang dililit kawat. Jika lilitan tersebut dialiri arus eksitasi dari AVR maka akan timbul magnet dari rotor. Sehingga didapat persamaan: E=B.V.L Dimana: E : Gaya elektromagnet V : Kecepatan putar B : Kuat medan magnet L : Panjang penghantar



Dari ketiga hal tersebut, yang bernilai tetap adalah putaran rotor dan kumparan, sehingga agar beban yang dihasilkan sesuai, maka yang bisa diatur adalah sifat kemagnetannya, yaitu dengan mengatur jumlah arus yang masuk. Makin besar arus yang masuk, makin besar pula nilai kemagnetannya, sedangkan makin kecil arus yang masuk, makin kecil pula nilai kemagnetannya.



3. PERHITUNGAN PROSES KEJADIAN LISTRIK Daya input turbin: P in turbin= ρ.h.Q.g = 1025 x 106,8 x 132,5 x 9,8 = 141,8MW Efisiensi turbin: η= =



output input



x 100%



129600000 145047750



x 100% = 89%



Daya output turbin: P out turbin = η.ρ.Q.g = 89% x 1025 x 106,8 x 132,5 x 9,8 = 126,5 MW Data di atas adalah perhitungan daya yang dihasilkan pada setiap turbin sesuai dengan spesifikasi turbin dan waduk di PLTA Cirata.