BAB II

ISI MAKALAH

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) merupakan salah satu pembangkit listrik yang menggunakan energi terbarukan berupa air. Salah satu keunggulan dari pembangkit ini adalah responnya yang cepat sehingga sangat sesuai untuk kondisi beban puncak maupun saat terjadi gangguan di jaringan. Selain kapasitas daya keluarannya yang paling besar diantara energi terbarukan lainnya, pembangkit listrik tenaga air ini juga telah ada sejak dahulu kala. Berikut ini merupakan penjelasan singkat mengenai pembangkit listrik tenaga air serta keberadaan potensi energi air yang masih belum digunakan.

Tenaga air telah berkontribusi banyak bagi pembangunan kesejahteraan manusia sejak beberapa puluh abad yang lalu. Beberapa catatan sejarah mengatakan bahwa penggunaan kincir air untuk pertanian, pompa dan fungsi lainnya telah ada sejak 300 SM di Yunani, meskipun peralatan-peralatan tersebut kemungkinan telah digunakan jauh sebelum masa itu. Pada masa-masa antara jaman tersebut hingga revolusi industri, aliran air dan angin merupakan sumber energi mekanik yang dapat digunakan selain energi yang dibangkitkan dari tenaga hewan. Perkembangan penggunaan energi dari air yang mengalir kemudian berkembang secara berkelanjutan sebagaimana dicontohkan pada desain tenaga air yang menakjubkan pada tahun 1600-an untuk istana Versailles dibagian luar Paris, Prancis. Sistem tersebut memiliki kapasitas yang sepadan dengan 56 kW energi listrik.

Sistem tenaga air mengubah energi dari air yang mengalir menjadi energi mekanik dan kemudian biasanya menjadi energi listrik. Air mengalir melalui kanal (penstock) melewati kincir air atau turbin dimana air akan menabrak sudu-sudu yang menyebabkan kincir air ataupun turbin berputar. Ketika digunakan untuk membangkitkan energi listrik, perputaran turbin menyebabkan perputaran poros rotor pada generator. Energi yang dibangkitkan dapat digunakan secara langsung, disimpan dalam baterai ataupun digunakan untuk memperbaiki kualitas listrik pada jaringan.

Jumlah daya listrik yang dapat dibangkitkan pada suatu pusat pembangkit listrik tenaga air tergantung pada ketinggian (h) dimana air jatuh dan laju aliran airnya. Ketinggian (h) menentukan besarnya energi potensial (EP) pada pusat pembangkit (EP = m x g x h). Laju aliran air adalah volume dari air (m3) yang melalui penampang kanal air per detiknya (q m3/s). Daya teoritis kasar (P kW) yang tersedia dapat ditulis sebagai:

Daya yang tersedia ini kemudian akan diubah menggunakan turbin air menjadi daya mekanik. Karena turbin dan peralatan elektro-mekanis lainnya memiliki efisiensi yang lebih rendah dari 100% (biasanya 90% hingga 95%), daya listrik yang dibangkitkan akan lebih kecil dari energi kasar yang tersedia. Gambar 1 menunjukkan pusat pembangkit listrik tenaga air pada umumnya.

Gambar 1. Pembangkitan listrik tenaga air umumnya

Laju q dimana air jatuh dari ketinggian efektif h tergantung dari besarnya luas penampang kanal. Jika luas penampang kanal terlalu kecil, daya keluaran akan lebih kecil dari daya optimal karena laju air q dapat lebih besar. Di lain pihak, ukuran kanal tidak dapat dibuat besar secara sembarangan karena laju air q yang melalui kanal tergantung dari laju pengisian air pada reservoir air di belakang bendungan.

Volume air pada reservoir dan ketinggian h yang bersangkutan, tergantung dari laju air yang masuk ke dalam reservoir. Selama musim kering, ketinggian air pada reservoir dapat berkurang karena jumlah air dalam reservoir lebih sedikit. Selama musim hujan, ketinggiannya dapat naik kembali karena air yang masuk dari berbagai aliran air yang mengisi bendungan. Fasilitas pembangkit listrik tenaga air harus di desain untuk menyeimbangkan aliran air yang digunakan untuk membangkitkan energi listrik dan jumlah air yang mengisi reservoir melalui sumber alami seperti curahan hujan, salju, dan aliran air lainnya.

Pembangkit listrik tenaga air merupakan aplikasi energi terbarukan yang terbesar dan paling matang secara teknologi, dimana terdapat 678.000 MW kapasitas daya listrik yang terpasang di seluruh dunia, yang menghasilkan lebih dari 22% listrik dunia (2564 TWh/tahun pada 1998). Dalam hal ini, 27.900 MW merupakan pembangkit skala kecil yang menghasilkan listrik 115 TWh/tahun. Di eropa barat, pembangkit listrik tenaga air berkontribusi sebesar 520 TWh listrik pada tahun 1998, atau sekitar 19% dari energi listrik di Eropa (sehingga menghindari emisi dari sejumlah 70 juta ton CO2 per tahun-nya). Pada sejumlah negara di Afrika dan Amerika Selatan, pembangkit listrik tenaga air merupakan sumber listrik yang menghasilkan lebih 90% kebutuhan energi listriknya. Gambar 2 memperlihatkan pembangkitan energi listrik dari air dunia yang meningkat secara dinamis tiap tahunnya. Di samping pembangkit listrik tenaga air yang berkapasitas besar yang telah ada, masih terdapat ruang untuk pengembangan lebih jauh dimana diperkirakan hanya sekitar 10% dari total potensi air di dunia yang telah digunakan.

Gambar 2. Pembangkitan energi listrik tenaga air dunia dalam TWh [5].

Hampir semua proyek pembangkit listrik tenaga air memiliki skala yang besar, yang biasanya didefinisikan kapasitasnya lebih besar dari 30 MW. Tabel 1 menampilkan perbandingan antara beberapa ukuran pembangkit listrik tenaga air.

Tabel 1. Kapasitas beberapa pembangkit energi listrik tenaga air

Air yang tersimpan dapat digunakan ketika dibutuhkan, baik secara terus-menerus (jika ukuran reservoirnya cukup besar) atau hanya saat beban listrik sangat dibutuhkan (beban puncak). Keuntungan dari pengaturan penyimpanan air ini tergabung dengan kapabilitas alami dari pembangkit listrik tenaga air yang memiliki respon yang cepat dalam ukuran menit terhadap perubahan beban. Oleh karena itu, pembangkit jenis ini sangat berharga karena memiliki pembangkitan listrik yang fleksibel untuk mengikuti perubahan beban yang terduga maupun yang tak terduga.

Pembangkit listrik tenaga air berskala besar telah berkembang dengan baik dan digunakan secara luas. Di perkirakan bahwa 20% hingga 25% dari potensi air skala besar di dunia telah dikembangkan. Pembangkit listrik tenaga air skala besar merupakan sumber energi terbarukan yang paling diinginkan berdasarkan ketersediaan dan fleksibilitas dari sumber energinya. Pada tahun 2008 telah dibangun proyek Three Gorges Dam yaitu PLTA dengan skala 22.5 GW dengan membendung sungai Yangtse di Cina dan merupakan PLTA terbesar di dunia saat ini. Pembangunan PLTA berskala besar membutuhkan biaya awal yang besar sementara biaya operasinya sangat kecil. Hal ini berbeda dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil seperti batu bara dan diesel.

Di Indonesia terdapat banyak sekali potensi air yang masih belum dimanfaatkan. Seperti sungai-sungai besar maupun kecil yang terdapat di berbagai daerah. Hal ini merupakan peluang yang bagus untuk pengembangan energi listrik di daerah khususnya daerah yang belum terjangkau energi listrik. Pengembangan dapat dilakukan dalam bentuk mikrohidro ataupun pikohidro yang biayanya relatif kecil. Proyek ini dapat dilakukan secara mandiri, seperti yang telah dilakukan oleh tim PALAPA – HME ITB di kampung Cilutung dan Awilega, desa Jayamukti kabupaten Garut, Jawa Barat.

Fungsi bendungan PLTA dapat digantikan dengan sebuah corong ?
Dalam PLTA, ketika air masih diam di bendungan, air memberikan energi potensial = m.g.h. Ketika air dialirkan menuju turbin melalui pipa pesat, air memberikan energi kinetik= 1/2mV^2.

Selama kondisi-kondisi yang disyaratkan oleh Perasamaan Kontinuitas, Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Kekekalan Energi dipenuhi, maka Energi Potensial = Energi Kinetik ——–> mgh = 1/2mV^2 ——–> gh = 1/2V^2 ———-> h = V^2/2g —-> h = V^2/19.62.

Dengan kata lain, hidraulic head (h) yang ingin dicapai melalui bendungan PLTA pada dasarnya dapat dikonversi dari velocity head (V). Semakin cepat aliran air, semakin tinggi head (beda tinggi) yang dapat dihasilkan. Misal, kalau kita bisa mengadakan aliran air yang kecepatannya (V) = 25 m/detik, maka sebenarnya kita sudah memiliki hidarulic head (h) = 31.86 m. Masalahnya, alam bebas (sungai dan/atau laut) sangat jarang memberikan kecepatan arus air sebesar itu (mungkin kalau tusnami saja?).
Tetapi kita bisa mengadakan percepatan arus air di alam bebas menggunakan Prinsip Bernouli. Misal, kita hanya memiliki aliran air di alam bebas dengan kecepatan V1 = 0.50 m/detik. Kecepatan alamiah ini dapat ditingkatkan 100 x lipat menjadi 50 m/detik, yakni dengan mengalirkan arus air alamiah tersebut melalui corong yang luas penampangnya diperkecil 100 x lipat.

Misalnya, debit air yang masuk corong adalah 30 m3/detik, BJ air = 1000 Kg/m3, (massa m = 30,000 Kg/detik). Dengan kecepatan 50 m/detik, tenaga kinetik air yang dihasilkan adalah = 1/2 mV^2 = 1/2 x (30 x 1000) x 50^2 = 37.50 MW.
Kecepatan arus air (V) = 50 m/detik adalah sama dengan tinggi terjun air dari bendungan (h) = V^2/2g = 50^2/19.62 = 127.42 m. Maka, jika dikembalikan ke bentuk energi potensial = mgh = (30 x 1000 x 9.81 x 127.42) = 37.50 MW.
So, membangun bendungan PLTA atau mempercepat aliran air dengan corong tokh menghasilkan tenaga air yang sama. Jadi buat apa bikin bendungan PLTA yang mahal dan sering meneneggelamkan harta kekayaan masyarakat kalau fungsinya dapat digantikan dengan corong ?

Itulah prinsip Pembangkit Tenaga Listrik Tenaga Hidrokinetik (PLTHK) yang sudah siap dikembangkan di Indonesia. Rancangan sistem konversi energi kinetik-mekanik-elektrik sudah siap, tinggal memerlukan sentuhan para ahli kendali/kontrol agar PLTHK dapat memasok listrik secara murah, bersih dan berlimpah bagi penduduk Indonesia yang terpencar di pulau-pulau, namun tersatukan oleh laut dimana arus air selamban apa pun selalu tersedia.

Masalah utama, jika kita menggunakan arus pasang-surut, adalah pada saat terjadinya pergantian dari pasang menuju surut, atau sebaliknya, dimana saat itu arus air biasanya nol (tidak ada arus), atau lemah sekali karena yang bekerja hanya arus permukaan akibat tiupan angin yang sifatnya “unpredictable”. Dalam kondisi itu, listrik tidak dapat diproduksi. Kalau mau jualan listrik, ya saat itu tidak ada listrik yang dapat dijual, begitu kira-kira. Untuk wilayah perairan dengan tipe pasang surut (pasut) diurnal dimana terjadi 1 x pasang dan 1 x surut setiap hari, kondisi tidak ada arus bisa berlang sung 2 x 1 jam = 2 jam/hari. Untuk wilayah dengan tipe pasut semi-diurnal, yaitu 2 x pasang dan 2 x surut setiap hari, periode “slack water” bisa berlangsung selama 4 x 1 jam = 4 jam/hari, atau maksimum 4 x 2 jam = 8 jam/hari.
Jika angka 37.50 MW tadi itu dipakai, maka kehilangan produksi listrik setiap hari bisa mencapai 75 MWh sampai 300 MWh/hari. Angka ini adalah sekitar 8.33% s/d 33.33%/hari, boleh jadi tidak terlalu besar, tetapi tetap menggangu kontinuitas pasokan.

PROSES PENYEDIAAN TENAGA LISTRIK

PUSAT LISTRIK TENAGA AIR DENGAN

KOLAM TANDO

PLTA KOLAM TANDO : PELESTARIAN HUTAN PENTING

Rugi/Susut Teknis Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Dalam proses penyaluran tenaga listrik ke para pelanggan (dimulai dari pembangkit, transmisi dan distribusi) terjadi rugi-rugi teknis (losses) yaitu rugi daya dan rugi energi. Rugi teknis adalah pada penghantar saluran, adanya tahanan dari penghantar yang dialiri arus sehinggga timbullah rugi teknis (I²R) pada jaringan tersebut. Misalnya pada mesin-mesin listrik seperti generator, trafo dan sebagainya, adanya histerisis dan arus pusar pada besi dan belitan yang dialiri arus sehinggga menimbulkann rugi teknis pada peralatan tersebut. Rugi teknis pada pembangkit dapat diperbaiki dengan meningkatkan efisiensi dan mengurangi pemakain sendiri.

Rugi teknis pada sistem distribusi merupakan penjumlahan dari I²R atau rugi tahanan dan dapat dengan mudah diketahui bila arus puncaknya diketahui. Rugi taknis dari jaringan tenaga listrik tergantung dari macam pembebanan pada saluran tersebut (beban merata, terpusat). Rugi teknis pada transformator terdiri dari rugi beban nol dan rugi pada waktu pembebanan. Rugi pada beban nol dikenal dengan rugi besi, dan tidak tergantung dari arus beban, sedangkan rugi pada waktu pembebanan dikenal dengan rugi tembaga yang nilainya bervariasi sesuai dengan kuadrat arus bebannya.

Rugi energi (rugi kWh) biasanya dinyatakan dalam bentuk rupiah. Biaya untuk mencatu kerugian ini dapat dibagi dalam 2 bagian yang utama :

Komponen energi atau biaya produksi untuk membangkitkan kehilangan kWh.
Komponen demand/beban atau biaya tahunan yang tercakup di dalam sistem investasinya yang diperlukan mencatu rugi beban rugi beban puncak.

Kedua komponen tersebut biasaya digabungkan menjadi satu, baik dalam bentuk Rp/kWh untuk rugi energi maupun dalam Rp/kW rugi daya puncak.Biasanya rugi teknis itu tergantung pada titik yang diamati dari sistem tersebut, titik yang terjauh dari sumber, sudah tentu biayanya lebih besar.

Ada beberapa permasalahan dalam menentukan rugi daya dan susut energi :

Rugi daya

Rugi daya lebih mudah dihitung daripada rugi energi karena pada rugi energi perlu diketahui kurva pembebanannya dan kondisi pengoperasiannya pada selang waktu pembebanan tersebut.

Perhitungan rugi daya dilakukan pertama-tama pada bagian sistem yang datanya sudah diketahui dengan pasti seperti saluran transmisi dan distribusi. Untuk bagian lainnya seperti transformator dan generator yang dikarenakan tidak adanya data pengujian, rugi daya dapat dihitung dengan teliti hanya oleh perancangnya saja, karena ia yang mengetahui seluk beluk mengenai komponen tersebut yang mencakup berat, kualitas, rugi besi, rapat fluks, dan sebagainya dan juga penghantara tembaganya yang meliputi penampang, kerapatan arus, dan sebagainya.

Rugi daya dari turbin, turbin hidrolik,dan sebagainya tidak dapat dihitung secara teliti, bahkan oleh siperancangpun menghitung berdasarkan rumus emperis yang didapat dari hasil-hasil pengujian dari jenis yang serupa.

Setelah generator, transformator atau turbin dibuat oleh pabrik, biasanya pengujian effesiensi dapat dilakukan di pabrik maupun di lapangan dimana alat tersebut dipasang. Sesudah dilakukan pengukuran effesiensi atau rugi daya menurut persyaratan pengujiannya, secara umum dapat dihitung effesiensi atau rugi dayanya pada setiap kondisi pembebanan dengan menggunakan beberapa karakteristik rugi-rugi yang ada dari berbagai komponennya. Inilah metoda yang paling banyak dipakai oleh para insinyur untuk menghitung rugi daya.

Susut Energi

Pada umumnya rugi-rugi teknis pada tingkat pembagkit dan saluran transmisi pemantauannya tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas pengukuran yang dapat dipantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada gardu induk (GI), sehingga rugi-rugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar karena disinipun pengukuran dan pemantauan berjalan baik.

Lain halnya pada sisi distribusi, rugi-rugi tekkis lebih kompleks dan sulit diketahui besarannya. Pda GI setiap penyulang yang keluar dari GI ini dilengkapi dengan alat pengukur, begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini tidak terdapat lagi alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh krena itu, sangatlah sulit menentukan rugi energi secara tepat pada sistem distribusi.

Dengan menetukan rugi/susut energi pada saluran distribusi, cara yang dilakukan oleh bebrapa perusahaan listrik adalah membandingkan energi yang disalurkan oleh gardu induk dan energi yang terjual dalam selang waktu tertentu, misalnya setahun.

Ada dua sumber kesalahan pokok dalam perhitungan susut energi :

1. Selisih kWh (energi) yang disalurkan GI dan kWh yang terjual atau energi yang dipakai oleh pelanggan tida menggambarkan keadaan sebenarnya, Karena ada energi yang tidak terukur seperti pencurian listrik, meteran rusak, kesalahan pembacaan kWh meter dan sebagainya. Dari sini jelaslah selisih energi yang sebenarnya tidak dapat diukur secara pasti.

2. Pembacaan meteran pada GI mungkin dapat dilakukan pada hari yang sama, dengan demikian kWh (energi) yang diukur bebar-benar merupakan kWh yang disalurkan, sedangkan pembacaan meteran pelanggan tidak bersamaan waktunya sehingga hal ini akan merupakan kesalahan dalam analisis selanjutnya.

Jalan terbaik dalam menyiapkan informasi agar perhitungan rugi energi menjadi sederhana, ialah membuat terlebih dahulu kurva lamanya pembebanan dari kurva beban hariannya/tahunnya.

Untuk mendapatkan kurva rugi daya versus beban, perlu diketahui hubungan antara rugi daya (P) dan beban atau rugi daya/beban hariannya. Oleh karena rugi daya (I²R) berbanding lurus dengan kuadrat beban maka, berdasarkan kurva lamanya pembebanan dapatlah dibuat kurva rugi daya versus waktu dan rugi daya rata-rata adalah harga rata-ratanya untuk suatu periode tertentu.

Dengan diketahuinya rugi daya rata-rata, rugi energi adalah seharga dengan rugi daya rata-rata untuk periode tertentu dikalikan dengan jumlah jam dari periode yang bersangkutan. Jadi rugi energi atau susut energi dapat dirumuskan sebagai berikut :

Rugi energi = rugi daya rata-rata dalam periode tertentu x jumlah jam periode tersebut

Rugi energi dalam persen adalah rugi energi yang dinyatakan dalam persentase dari energi yang dikirim/disalurkan dalam periode waktu yang sama. Energi yang dikirim atau disalurkan adalah sama dengan beban rata-rata untuk periode tertentu dikalikan jumlah jam dari periode tersebut.

energi yang disalurkan (energi output) = beban rata-rata dalam periode tertentu x jumlah jam periode tersebut.

Bila mesin atau bagian komponen dari sistem tenaga tidak beroperasi secara terus-menerus maka untuk hal seperti ini dipakai faktor operasi, yang didefenisikan sebagai perbandingan antara lamanya waktu operasi sebenarnya dan lamanya waktu dalam periode yang diambil.

Rugi daya rata-rata dari suatu mesin yang beroperasi dikalikan dengan faktor operasi akan menghansilkan rugi daya untuk periode tersebut, dan bila dikalikan lagi dengan jumlah jam dari periode tersebut maka didapat rugi energi.

Rugi energi dalam periode tertentu = Rugi daya rata-rata selama periode operasi x faktor operasi x jumlah jam dari periode itu.

3. Rugi tembaga dan rugi kuadrat beban

Rugi tembaga atau rugi-rugi lainnya berbanding lurus dengan kuadrat beban dan dengan adanya kurva beban versus waktu atau kurva lamanya pembebanan, maka dapatlah dibuat kurva rugi daya/waktu atau kurva lamanya rugi daya dimana setiap ordinatnya berbanding lurus dengan kuadrat setiap ordinat.kurva bebannya. Dari kurva lamnya rugi daya, dapat pula ditentukan rugi daya rata-ratanya selama periode tersebut. Luas dari kurva lamanya rugi daya merupakan rugi energi selama periode tersebut. Jadi rugi daya rata-rata = rugi energi selama periode tersebut/lamnya periode tersebut.

Dalam perhitungan rugi energi sebaiknya dipakai faktor rugi yaitu perbandingan antara rugi daya rata-rata dan rugi daya pada beban puncak dalam periode tertentu.

Rugi energi = rugi daya pada beban puncak x faktor rugi x jumlah jam dari periode tersebut

Sebagai contoh, bila rugi tembaga 1200kW, faktor rugi 0,33 dan selang waktu 1 tahun maka rugi energi selama setahun = 1200 x 0,33 x 8760 kWh.

Faktor rugi energi adalah sama dengan faktor rugi dibagi dengan faktor beban dalam periode yang sama dan untuk suatu bentuk kurva beban yang umum, terdapat hubungan antara faktor rugi energi ednga faktor beban.

Faktor rugi energi adalah sama denga faktor rugi dibagi dengan faktor beban dalam periode yang sama dan untuk suatu bentuk kurva beban yang umum, terdapat hubungan antara faktor rugi energi dengan faktor beban.

Jadi faktor rugi energi dapat dinyatakan sebagai :

Faktor rugi energi =faktor rugi daya / faktor beban

Bila faktor rugi energi sudah diketahui atau sudah diasumsikan, persentase rugi(tembaga) pada beban puncak untuk periode tersebut didapat dari persamaan :

Rugi energi (%) = rugi daya pada bebanpuncak x faktor rugi energi

Sebagai contoh, bila rugi daya pada beban puncak 12 % dan faktor rugi energi sama dengan 0,66, maka rugi energi dalam persen untuk periode tersebut adalah 12% x 0,66 = 8% dari energi keluarannya/yang disalurkan.

Rugi energi dalam persen = Rugi daya dalam persen pada beban nominalnya x faktor rugi energi x faktor kapasitas/faktor beban.

Sebagai contoh, bial rugi daya pada beban nominalnya 2 %, faktor beban 0,6 dan faktor kapasitas 0,5 dan faktor rugi energi 0,73, persentase rugi energi untuk periode tersebut adalah 2 x 0,73 x 0,5/0,6 atau 1,22% dari energi keluarannya.

4. Rugi-rugi yang konstan, rugi besi dan sebagainya

Besaran dari rugi daya konstan seperti rugi besi, rugi bantalan, gesekan dan gesekan anginpada ujung belitan dan sebagainya untuk bermacam bagian dari system tenaga biasanya diketahui dari hasil pengujian maupun pengujian di lapangan. Rugi energi yang konstan ini dapat dihitung dengan mengalikan konstanta rugi dayannya dengan jumlah jam dari selang yang diamati. Bila nilainya akan ditentukan dalam persen, maka konstanta rugi daya harus dalam persen dari nilai beban nominalnya, konstanta rugi energi dapat diturunkandari pernyataan berikut ini :

Rugi energi (%) = Rugi daya dalam persen pada beban nominalnya / factor kapasitas

Sebagai contoh, bila rugi besi pad beban nominalnya 1 % dan faktor kapasitas 0,4 maka rugi besi dalam persen untuk periode tersebut adalah 1/0,4 = 2,5 % dari energi keluarannya.

5. Rugi-rugi yang tidak langsung sebagai fungsi dari beban

Rugi pada turbin hidrolik, turbin uap dan bagian-bagian lainnya dari sistem tenaga ada yang berbanding lurus dengan kuadrat beban dan ada pula yang konstan. Bentuk kurva dari rugi versus beban untuk tipe pembangkit yang berlainan variasinya satu sama lain cukup besar, sehingga tidak mungkin membuat perhitungan rugi energi sederhana dengan menggunakan faktor tersebut di atas untuk rugi tembaga. Secara umum bentuk kurva dari rugi daya versus beban dapat dibuat dari kurva effesiensi versus beban dan bial kurva beban harian atau bulana diketahui, diutamakan dari kurva lamanya pembebanan, maka kurva rugi daya/waktu dapat dibuat.

Pada PLTA, rugi turbin hidrolik biasanya merupakan rugi yang terbesar dari setiap peralatan sistem. Untuk alasan itulah hal ini perlu mendapat perhatian yan sebesar-besarnya.

6.Penanggulangan susut teknis

Komputer dapat membantu dalam perhitungan pengurangan susut system. Dengan data masukan yang berbeda-beda, dibuat beberapa alternative kajian mengenai hal ini. Pengurangan susut system menghasilkan penghematan energi, juga peningkatan kapasitasnya. Berbagai cara dapat dilakukan untuk mengurangi susut system antara lain :

a. Optimalisasi kapasitas beban

1. Pemilihan kapasitas TR (kVA-km) yang dipakai, didasarkan apda pengaturan tegangan dan factor daya normal.

2. Pilih kapasitas saluran TM, kVA-km, dari penghantar standar yang ada, oleh karenanya panjang penyulang TMnya dibatasi. Pada saluran, yang kapasitasnya (kVA-km atau MVA-km) sudah dilampaui, beban penghantar dapat dikurangi dengan :

 Memindah bebannya ke penyulang lain.

 Mengganti penghantar yang ada dengan yang lebih besar

 Menambah feeder baru dan kemudian mengatur pembagian bebannya.

 Menaikkan kelas tegangan, misalnya dari 6 kv ke 20 kv.

b. Optimalisasi kapasitas transformator, lokasi, beban yang dipikul.

 Pemilihan kapasitas transformator distribusi, dikaitkan dengan macam beban (pelanggan) yang dilayaninya, dengan menjaga agar jatuh tegangan minimum.

 Pemilihan lokasi transformator distribusi, dikaitkan dengan macam beban yang dilayani dengan menjaga agar susut tegangan minimum.

 Optimalkan pendayagunaan trasformator, didasarkan pada factor beban dari beban yang dilayani.

c. Tetap menjaga tingkat tegangan yang diijinkan pada system distribusi.

d. Memasang kapasitor shunt

 Gunakan kapasitor shunt pada beban induktif atau apda titik-titik tertentu pada saluran TRnya, dengan mempertimbangkan ekonomis tidaknya.

 Gunakan kapasitor shunt dengan daya pengenal yang optimum atau titik/lokasi optimum pada penyulang tegangan menengahnya, guna mengurangi rugi daya, susut energi dan menjaga kondisi tegangan. Dalam menangani hal tersebut tindakan yang diambil dapat berupa :

 Memasang tumpuk kapasitor (bank kapasitor) tetap, guna mendapatkan factor daya 100% atau factor daya sedikit mendahului, selama diluar beban puncaknya.

 Memasang tumpuk kapasitor yang dapat dimasukkan dan dikeluarkan dari sistem tersebut.Tumpuk kapasitor ini dimasukkan/dihubungkan ke sistem untuk mengkoreksi faktor dayanya selama beban puncak.

Peranan Kapasitor dalam Penggunaan Energi Listrik

Kehidupan modern salah satu cirinya adalah pemakaian energi listrik yang besar. Besarnya energi atau beban listrik yang dipakai ditentukan oleh reaktansi (R), induktansi (L) dan capasitansi (C). Besarnya pemakaian energi listrik itu disebabkan karena banyak dan beraneka ragam peralatan (beban) listrik yang digunakan. Sedangkan beban listrik yang digunakan umumnya bersifat induktif dan kapasitif. Di mana beban induktif (positif) membutuhkan daya reaktif seperti trafo pada rectifier, motor induksi (AC) dan lampu TL, sedang beban kapasitif (negatif) mengeluarkan daya reaktif. Daya reaktif itu merupakan daya tidak berguna sehingga tidak dapat dirubah menjadi tenaga akan tetapi diperlukan untuk proses transmisi energi listrik pada beban. Jadi yang menyebabkan pemborosan energi listrik adalah banyaknya peralatan yang bersifat induktif. Berarti dalam menggunakan energi listrik ternyata pelanggan tidak hanya dibebani oleh daya aktif (kW) saja tetapi juga daya reaktif (kVAR). Penjumlahan kedua daya itu akan menghasilkan daya nyata yang merupakan daya yang disuplai oleh PLN. Jika nilai daya itu diperbesar yang biasanya dilakukan oleh pelanggan industri maka rugi-rugi daya menjadi besar sedang daya aktif (kW) dan tegangan yang sampai ke konsumen berkurang. Dengan demikian produksi pada industri itu akan menurun hal ini tentunya tidak boleh terjadi untuk itu suplai daya dari PLN harus ditambah berarti penambahan biaya. Karena daya itu P = V.I, maka dengan bertambah besarnya daya berarti terjadi penurunan harga V dan naiknya harga I. Dengan demikian daya aktif, daya reaktif dan daya nyata merupakan suatu kesatuan yang kalau digambarkan seperti segi tiga siku-siku.

diperoleh bahwa perbandingan daya aktif (kW) dengan daya nyata (kVA) dapat didefinisikan sebagai faktor daya (pf) atau cos r.

cos r = pf = P (kW) / S (kVA) ........(1) P (kW) = S (kVA) . cos r................(2)

Seperti kita ketahui bahwa harga cos r adalah mulai dari 0 s/d 1. Berarti kondisi terbaik yaitu pada saat harga P (kW) maksimum [ P (kW)=S (kVA) ] atau harga cos r = 1 dan ini disebut juga dengan cos r yang terbaik. Namun dalam kenyataannya harga cos r yang ditentukan oleh PLN sebagai pihak yang mensuplai daya adalah sebesar 0,8. Jadi untuk harga cos r <>Kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan semakin menurunnya pf sistem kelistrikan pelanggan. Akibat menurunnya pf itu maka akan muncul beberapa persoalan sbb:

a.Membesarnya penggunaan daya listrik Kwh karena rugi-rugi.
b.Membesarnya penggunaan daya listrik kVAR.
c. Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan.

Secara teoritis sistem dengan pf yang rendah tentunya akan menyebabkan arus yang dibutuhkan dari pensuplai menjadi besar. Hal ini akan menyebabkan rugi-rugi daya (daya reaktif) dan jatuh tegangan menjadi besar. Dengan demikian denda harus dibayar sebabpemakaian daya reaktif meningkat menjadi besar. Denda atau biaya kelebihan daya reaktif dikenakan apabila jumlah pemakaian kVARH yang tercata dalam sebulan lebih tinggi dari 0,62 jumlah kWH pada bulan yang bersangkutan sehingga pf rata-rata kurang dari 0,85. Sedangkan perhitungan kelebihan pemakaian kVARH dalam rupiah menggunakan rumus sbb:

[ B - 0,62 ( A₁ + A₂ ) ] Hk

Dimana : B = pemakaian k VARH

A₁ = pemakaian kWH WPB

A₂ = pemakaian kWH LWBP

Hk = harga kelebihan pemakaian kVARH

Untuk memperbesar harga cos r (pf) yang rendah hal yang mudah dilakukan adalah memperkecil sudut r sehingga menjadi r₁ berarti r>r₁. Sedang untuk memperkecil sudut r itu hal yang mungkin dilakukan adalah memperkecil komponen daya reaktif (kVAR). Berarti komponen daya reaktif yang ada bersifat induktif harus dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan dengan menambah suatu sumber daya reaktif yaitu berupa kapasitor.

Proses pengurangan itu bisa terjadi karena kedua beban (induktor dan kapasitor) arahnya berlawanan akibatnya daya reaktif menjadi kecil. Bila daya reaktif menjadi kecil sementara daya aktif tetap maka harga pf menjadi besar akibatnya daya nyata (kVA) menjadi kecil sehingga rekening listrik menjadi berkurang. Sedangkan keuntungan lain dengan mengecilnya daya reaktif adalah :

· Mengurangi rugi-rugi daya pada sistem.

· Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat.

Proses Kerja Kapasitor

Kapasitor yang akan digunakan untuk meperbesar pf dipasang paralel dengan rangkaian beban. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan ke luar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan demikian pada saaat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Bila tegangan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka kapasitor akan menyimpan kembali elektron. Pada saat kapasitor mengeluarkan elektron (Ic) berarti sama juga kapasitor menyuplai daya treaktif ke beban. Keran beban bersifat induktif (+) sedangkan daya reaktif bersifat kapasitor (-) akibatnya daya reaktif yang berlaku menjadi kecil.

Rugi-rugi daya sebelum dipasang kapasitor :

Rugi daya aktif= I² R Watt.............(5)
Rugi daya reaktif = I² x VAR.........(6)

Rugi-rugi daya sesudah dipasang kapasitor :

Rugi daya aktif = (I² - Ic²) R Watt

Rugi daya reaktif = (I² - Ic²) x VAR

Pemasangan Kapasitor

Kapasitor yang akan digunakan untuk memperkecil atau memperbaiki pf penempatannya ada dua cara :

1. Terpusat kapasitor ditempatkan pada:

a.Sisi primer dan sekunder transformator
b. Pada bus pusat pengontrol

2. Cara terbatas kapasitor ditempatkan

a.Feeder kecil
b.Pada rangkaian cabang
c. Langsung pada beban

Perawatan Kapasitor

Kapasitor yang digunakan untuk memperbaiki pf supaya tahan lama tentunya harus dirawat secara teratur. Dalam perawatan itu perhatian harus dilakukan pada tempat yang lembab yang tidak terlindungi dari debu dan kotoran. Sebelum melakukan pemeriksaan pastikan bahwa kapasitor tidak terhubung lagi dengan sumber. Kemudian karena kapasitor ini masih mengandung muatan berarti masih ada arus/tegangan listrik maka kapasitor itu harus dihubung singkatkan supaya muatannya hilang. Adapun jenis pemeriksaan yang harus dilakukan meliputi :

· Pemeriksaan kebocoran

· Pemeriksaan kabel dan penyangga kapasitor

· Pemeriksaan isolator

Sistem Mikroprosesor

Selain komponen induktor pemborosan pemakaian listrik bisa juga terjadi karena:

Tegangan tidak stabil

Ketidak stabilan tegangan bisa menyebabkan terjadinya pemborosan energi listrik. Ketidakstabilan itu dapat diartikan tegangan pada suatu fase lebih besar, lebih kecil atau berfluktuasi terhadap teganga standar. Sedangkan akibat pembrosan energi listrik itu maka timbul panas sehingga bisa menyebabkan pertama kerusakan isolator peralatan yang dipakai. Ke dua memperpendek daya isolasi pada lilitan. Sementara itu dengan ketidakseimbangan sebesar 3% saja dapat memperbesar suhu motor yang sedang beroperasi sebesar 18% dari keadaan semula. Hal ini tentunya akan menimbulkan suara bising pada motor dengan kecepatan tinggi.

Harmonik

Harmonik itu bisa menimbulkan panas, hal ini terjadi karena adanya energi listrik yang berlebihan. Harmonik itu bisa muncul karena peralatan seperti komputer, kontrol motor dll. Harmonik merupakan suatu keadaan timbulnya tegangan yang periodenya berbeda dengan periode tegangan standar. Periode itu bisa 180 Hz (harmonik ke-3), 300 Hz (harmonik ke-5) dan seterusnya. Harmonik pada transformator lebih berbahaya, hal ini karena adanya sisrkulasi arus akibat panas yang berlebih. Sehingga hal ini bisa mengurangi kemampuan peralatan proteksi yang menggunakan power line carrier sebagai detektor kondisi normal.

Untuk mengoptimalkan pemakaian energi listrik bisa digunakan beban-beban tiruan berupa LC yang dilengkapi dengan teknologi mikroprosesor. Sehingga ketepatan dan keandalan dalam mendeteksi kualitas daya listrik bisa diperoleh. Mikroprosesor itu berfungsi untuk mengolah komponen-komponen yang menentukan kualitas tenaga listrik. Seperti keseimbangan beban antar fasa, harmonik dan surja. Apabila terdapat ketidakseimbangan antara fasa satu dengan fasa yang lainnya, maka mikroprosesor akan memerintahkan beban-beban LC untuk membuka atau menutup agar arus disuplai ke fasa satu sehingga selisih arus antara fasa satu dengan fasa yang lainnya tidak ada. Banyaknya L atau C yang dibuka atau ditutup tergantung dari kondisi ketidakseimbangan beban yang terdeteksi oleh mikroprosesor. Kondisi harmonik yang terdeteksi bisa dihilangkan dengan menggunakan filter LC.

Keuntungan alat ini adalah :

· Mampu mereduksi daya sampai 30%.

· Meningkatkan pf antara 95-100%

· Dapat mengeliminasi terjadinya harmonik.

Dengan demikian pemakaian energi listrik bisa dihemat yaitu dengan cara mengoptimalkan konsumsi energi masing-masing peralatan yang digunakan, memperkecil gejala harmonik dan menstabilkan tegangan. Sehingga energi tersisa bisa dimanfaatkan untuk sektor lain yang lebih membutuhkan. Sedang dampak negatif dari pemborosan energi listrik itu pertama menciptakan ketidakseimbangan beban fasa-fasa listrik yang pada gilirannya akan mempengaruhi over heating pada motor dan penurunan life isolator. Ke dua bagi PLN sebagai penyuplai energi listrik tentunya harus menyediakan energi listrik yang lebih besar

BAB III

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Sistem tenaga air mengubah energi dari air yang mengalir menjadi energi mekanik dan kemudian biasanya menjadi energi listrik. Rugi energi (rugi kWh) biasanya dinyatakan dalam bentuk rupiah. Biaya untuk mencatu kerugian ini dapat dibagi dalam 2 bagian yang utama :

a. Komponen energi atau biaya produksi untuk membangkitkan kehilangan kWh.

b. Komponen demand/beban atau biaya tahunan yang tercakup di dalam sistem investasinya yang diperlukan mencatu rugi beban rugi beban puncak.

Ada beberapa permasalahan dalam menentukan rugi daya dan susut energi :

1. Rugi daya

2. Susut Energi

3. Rugi tembaga dan rugi kuadrat beban

4. Rugi-rugi yang konstan, rugi besi dan sebagainya

5. Rugi-rugi yang tidak langsung sebagai fungsi dari beban

6. .Penanggulangan susut teknis

B. Saran

Penulis menyadari masih banyak kesalahan dalam makalah ini, baik itu dalam isi maupun dalam struktur pembuatannya. Oleh karena kritik dan saran sangat dibutuhkan untuk perbaikan kedepannya.