Memanfaatkan Out Flow (Tail Race) PLTA Singkarak

I. ABSTRAK
PT PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Bukittinggi sebagai sektor pembangkit hidro telah berkontribusi terhadap kelistrikan Sistem Sumatera. Dengan kenaikan harga bahan bakar minyak dan belum adanya penyesuaian tarif dasar listrik serta adanya kebijakan mengoptimalkan pengoperasian pembangkit non BBM. Sebagai tindak lanjut dari kebijakan tersebut maka mulai dipertimbangkan pemanfaatan energi primer di PT PLN (Persero) guna mengurangi persentase pemakaian bahan bakar minyak untuk operasi pembangkitan dengan komposisi penggunaan energi primer dari perkiraan 30% pada tahun 2005 menjadi 2% paling lambat pada tahun 2010. Pemanfaatan Out Flow (Tail Race) PLTA Singkarak masih dapat dilakukan dengan mengoperasikan Pusat Listrik Mini Hidro. Energi primer yang dapat dimanfaatkan berupa debit harian dan kapasitas tersedia dikonversikan ketenaga mekanik selanjutnya menjadi tenaga listrik. Untuk proses produksi energi listrik tersebut dibutuhkan fasilitas sipil (water way) dan bangunan pembangkit (production supporting) serta peralatan elektro mekanikal turbin generator.



II. LATAR BELAKANG

PT PLN (Persero) mempunyai tugas menyediakan tenaga listrik dengan mutu yang baik dan handal serta ekonomis. Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA) merupakan pembangkit yang memberikan kontribusi sekitar 40 % terhadap ketersediaan energi listrik secara nasional.

PLTA di PT PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Bukittinggi memiliki kontribusi yang cukup besar pada Sistem Sumatera. Dengan kenaikan harga bahan bakar minyak serta belum adanya penyesuaian tarif dasar listrik, maka pembangkit listrik tenaga air sangat diperlukan karena harga pokok produksinya relatif murah.

2.1. Kebijakan energi primer di PT PLN (Persero) meliputi:
2.1.1. Mengurangi persentase pemakaian bahan bakar minyak untuk operasi pembangkitan dalam komposisi penggunaan energi primer PLN dari perkiraan 30% pada tahun 2005 menjadi 2% paling lambat pada tahun 2010.
2.1.2. Pemanfaatan energi primer non BBM (batubara, gas alam, panas bumi, dan tenaga air).
2.1.3. Pemanfaatan sumber energi alternatif (biomass, biofuel, matahari, angin, dll) sepanjang masih dalam batasan layak secara teknis dan ekonomis.
2.1.4. Energi primer adalah energi yang bersifat renewable.
2.1.5. Program konversi BBM (Gasifikasi pembangkit dengan memanfaatan Energi Primer jenis gas; LNG, LPG, CNG).

Dengan kondisi seperti ini, perlu adanya upaya pengurangan pemakaian bahan bakar minyak, salah satunya dengan memanfaatkan out flow (Tail Race) PLTA sebagai energi alternatif (Pembangkit Listrik Mini Hydro).

Debit tail race PLTA Singkarak dapat dimanfaatkan sebagai penggerak mula PLTM.

2.2. Pemanfaatan Out Flow dari Tail Race Outlet

Tail Race Outlet adalah suatu bagian dari water way PLTA Singkarak, dimana potensial air yang dipergunakan untuk menggerakan turbin disalurkan keluar melalui terowongan ke perairan umum. Aliran tail race outlet merupakan aliran bebas yang dapat ditampung pada resevoar dengan membangun bendungan sebelum masuk ke sungai sehingga potensi energi dapat dimanfaatkan.

Untuk mengoptimalkan pemanfaatan debit pembangkitan PLTM dapat menggunakan water management.



III. REFERENSI

3.1.Jenis-jenis Turbin Air
Dipandang dari segi perubahan momentum fluida kerjanya, turbin air dapat dibedakan dalam dua golongan utama yaitu turbin aksi dan turbin reaksi.

3.1.1. Turbin Aksi
Turbin aksi adalah jenis turbin yang mengalami proses ekspansi fluida kerja hanya terjadi pada sudu-sudu tetapnya saja. Energi potensial yang ada pada air dirubah menjadi energi kinetik pada nosel. Dengan demikian air yang keluar pada nosel akan memancar dengan kecepatan tinggi. Pancaran air tersebut akan menumbuk sudu-sudu yang terdapat pada runner, sehingga runner berputar akibat adanya tumbukan air tersebut. Dalam proses ekspansi fluida kerja diharapkan tidak terjadi penurunan tekanan pada sudu gerak. Tetapi pada kenyataannya penurunan tekanan pada sudu gerak tetap ada (kecil dan dapat diabaikan) yang diakibatkan oleh adanya gesekan, aliran turbulen dan kerugian lainnya (Udiklat Padang, 2005:5).

Berdasarkan konstruksinya, turbin aksi dapat dibedakan menjadi dua yaitu:
1). Turbin Pelton
2). Turbin Aliran Silang

3.1.2. Turbin Reaksi
Proses ekspansi fluida kerja pada turbin reaksi terjadi pada sudu tetap dan sudu geraknya. Air mengalir memasuki roda turbin melalui sudu-sudu pengarah dengan tekanan yang tinggi. Pada saat air yang bertekanan tersebut mengalir kesekeliling sudu-sudu, runner turbin akan berputar penuh. Energi yang ada pada air akan berkurang ketika meninggalkan sudu. Energi yang hilang tersebut telah diubah menjadi energi mekanis oleh roda turbin. Dilihat dari konstruksinya, turbin reaksi ada dua jenis:
1). Turbin Francis
2). Turbin Kaplan

3.1.3. Sudu-sudu Turbin
Roda turbin yang berputar pada bagian permukaannya terdapat sudu-sudu, karena sudu-sudu tersebut bergerak bersama-sama dengan roda turbin, maka sudu-sudu tersebut dinamakan sudu gerak atau sudu jalan. Pada sebuah roda turbin mungkin terdapat beberpa sudu gerak, setiap baris sudu terdiri dari sudu-sudu yang disusun melingkar roda turbin, masing-masing dengan bentuk dan ukuran yang sama. Turbin dengan satu baris sudu gerak dinamakan turbin bertingkat tunggal dan turbin dengan beberapa baris sudu gerak dinamakan turbin bertingkat ganda. Pada turbin bertingkat ganda, fluida bekerja mengalir melalui baris sudu yang pertama, kemudian baris kedua, ketiga dan seterusnya.

Fluida kerja pada turbin bertingkat ganda sebelum mengalir dari satu sudu gerak ke sudu gerak yang lainnya akan melalui baris sudu-sudu yang bersatu dengan rumah turbin. Sudu yang bersatu dengan rumah turbin dan tidak bergerak berputar, dinamakan sudu tetap. Sudu tetap berfungsi mengarahkan aliran fluida kerja masuk ke dalam sudu gerak dan dapat juga berfungsi sebagai nosel. Didalam turbin bertingkat ganda, proses ekspansi dari fluida kerja dilakukan secara bertahap. Jadi, dari satu tingkat ke tingkat berikutnya, dimana satu tingkat terdiri dari satu baris sudu tetap dan satu baris sudu gerak.

Tujuan penggunaan turbin bertingkat ganda adalah untuk menaikkan efisiensi. Celah diantara puncak sudu gerak dan rumah turbin harus dibuat sesempit mungkin agar energi fluida dapat sebanyak-banyaknya diubah menjadi kerja berguna.

3.2.Menghitung Potensi Energi (Daya Turbin)
Variabel yang mempengaruhi daya turbin adalah laju aliran volume air (Q) dan tinggi jatuh air (H). Secara teoritis dapat dirumuskan:

P = ρ.g.Q.H.η

Dimana :
P = daya turbin (watt)
ρ = massa jenis air (1000 kg/m3)
g = percepatan grafitasi bumi (m/dt2)
Q = laju aliran volume air / debit (m3)
H = tinggi jatuh air (m)
η = efisiensi turbin (diambil 70%)

3.3.Pemilihan Jenis Turbin
Untuk suatu kondisi air tertentu (Q dan H tertentu), berdasarkan kecepatan spesifiknya dapat dipilih jenis turbin yang tepat agar diperoleh efisiensi yang maksimum. Sebagai pedoman dalam pemilihan jenis turbin, dapat dipergunakan grafik dibawah ini:



3.4.Type Pembangkit Micro Hydro
Salah satu type pembangkit micro hydro yang cocok adalah type turbin tabung kaplan, karena cocok untuk kondisi jatuh air yang kecil hingga sedang dan membutuhkan tempat yang lebih sedikit. Gambar 2 menunjukkan suatu konstruksi yang menjadi ciri khas turbin type tabung Kaplan, yaitu turbin dan generator mempunyai poros yang horizontal atau sedikit miring sehingga arus aliran air hampir membentuk garis lurus mulai dari sisi masuk sudu pengarah melalui turbin dan terus ke pipa isap, hal inilah yang menaikkan efisiensi turbin.


Turbin dan generatornya langsung dihubungkan dengan kopling. Dibagian tengah ditempatkan sebuah bantalan penghantar dan bantalan tekan. Rumah turbin dibaut dari pelat baja yang dilas dan dipasang dalam beton, dengan demikian terbentuk suatu ruangan yang besar, yang didalamnya bisa ditempati generator. Turbin Tabung Kaplan (Bulb Turbine) termasuk golongan konstruksi turbin reaksi dimana proses ekspansi fluida kerja terjadi pada sudu tetap dan sudu geraknya. Air mengalir memasuki roda turbin melalui sudu-sudu pengarah dengan tekanan yang tinggi. Pada saat air yang bertekanan tersebut mengalir kesekeliling sudu-sudu, runner turbin akan berputar penuh. Energi yang ada pada air akan berkurang ketika meninggalkan sudu. Energi yang hilang tersebut telah diubah menjadi energi mekanis oleh roda turbin. Bentuk sudu dengan bagan kecepatan yang terdapat pada Gambar 3 dan 4.


Pada pengeluaran air tegak lurus besarnya 12u1=H.g/cu1'> cukup besar sehingga kecepatan putar 12n=60.u/D.Ï€'> juga besar. Bila turbin dioperasikan dengan kecepatan putar yang tinggi harga kecepatan spesifik nq juga besar.
Kecepatan meridian cm diperlukan untuk menentukan diameter roda Dm dan menentukan tingginya sudu pengarah b menurut persamaan kontinuitas 12V= DM.Ï€.b.cm'>.


IV. PERMASALAHAN

4.1.Potensi energi pada tail race outlet yang belum termanfaatkan dengan debit rata-rata sebesar 46,67 m3/dt.
4.2.Elevasi draft tube 61 mdpl, elevasi banjir sungai Batang Anai 53 mdpl sehingga didapatkan beda ketinggian sebesar 8 meter.
4.3.Fluktuasi debit yang tinggi, pada beban dasar outflow tail race adalah sebesar 21,34 m3/dt, sedangkan pada beban puncak outflow tail race adalah sebesar 77 m3/dt dengan outflow rata-rata didapatkan sebesar 46,67 m3/dt.


V. PEMBAHASAN

5.1.Potensi Energi.
Dari data outflow PLTA Singkarak tahun 2002 sampai tahun 2006, didapat data sebesar 46.67 m3/dt dengan memperhitungkan tinggi jatuh air 6 m dan efisiensi turbin sebesar 84%, maka dapat dihitung potensi energi pada tail race outlet PLTA Singkarak dengan menggunakan formula perhitungan daya turbin.

P = ρ.g.Q.H.η
P = 1000 kg/m3 . 9,81 m/dt2 . 46,67 m3/dt . 6 m . 0,84
P = 2,3 MW

Sehingga potensi energi yang belum termanfaatkan selama 5 tahun (2002 s/d 2006) adalah sebesar 100,74 GWh atau 20,148 GWh/tahun. Dari potensi energi sebesar tersebut diatas, apabila dirupiahkan dengan nilai HPP Rp. 509/kWh akan didapatkan nilai sebesar Rp. 10,25 Milyar/ tahun. Suatu nilai potensi energi yang signifikan.

5.2.Pemilihan Jenis Turbin
Dengan mempertimbangkan debit dan tinggi jatuh air, sesuai dengan grafik 1 tentang pemilihan jenis turbin, maka jenis turbin Kaplan horizontal yang memenuhi kriteria dan konstruksi turbin yang dipilih adalah turbin tabung Kaplan. Dari grafik dapat dibaca untuk tinggi jatuh air setinggi 6 meter dan debit 46,67 m3/dt daya indikator turbin adalah 2 MW.

5.3. Lokasi Penggunaan Turbin Tabung Kaplan
Turbin tabung Kaplan disebut juga bulb turbine yang sesuai digunakan untuk pusat listrik mini hidro dengan daya kurang lebih 500 kW. Dengan tinggi jatuh air yang bisa digunakan diatas satu meter sampai dengan lima meter dengan kecepatan putarnya berkisar 750 rpm tergantung daya turbin. Kondisi seperti bisa didapat pada tail race PLTA Singkarak dengan tinggi jatuh air aktual 7,5 m dengan debit rata-rata 46,67 m3/dt variable terhadap debit operasi PLTA Singkarak. Untuk menjaga ketersediaan energi, dibuat reservoir dengan cara membendung saluran tail race outlet dengan mempertimbangkan elevasi draft tube.



VI. KESIMPULAN

1. Potensi energi primer dari tail race outlet PLTA Singkarak masih dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan energi listrik sebesar 20,15 GWh/tahun.
2. Investment cost pembangunan PLTM di hilir tail race outlet PLTA Singkarak diasumsikan sebesar Rp. 40,25 Milyar.
3. Pembangunan PLTM di hilir tail race outlet PLTA Singkarak dapat mengurangi defisit energi.
4. Fasilitas distribusi tegangan menengah berjarak 300 m dari pusat pembangkit.
5. Peluang kesempatan kerja bagi masyarakat sekitar.



VII. REKOMENDASI

1. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menghasilkan sistem instalasi yang lebih optimal.
2. Perlu dibuatkan modul sistem untuk automatic Operational, untuk mempermudah pengoperasian sistem Pembangkit Micro Hydro.




REFERENSI
[1] PT. PLN (Persero) Kantor Pusat, Water Management, September 2002
[2] PT. PLN ( Persero) Sektor Pembangkitan Bukittinggi, Laporan Bulanan Pembangkit, Nopember 2007
[3] PT. PLN (Persero) Kantor Pusat, “TIM Evaluasi, Penyempurnaan & Monitoring Water Management”, Juli 2003
[4] RanalD V. Giles, Ir. Herman Widodo Soemitro, “Mekanika Fluida & Hidraulika”, Penerbit Erlangga - Jakarta, 1984
[5] Fritz Dietzel, Dakso Sriyono, “Turbin, Pompa dan Kompresor”, Penerbit Erlangga – Jakarta 1990
[6] Thomas Krist, Dines Ginting, “Hidraulika”, Penerbit Erlangga – Jakarta, 1989

Kebutuhan Sistem Vs Pemeliharaan

Disadari atau tidak, pengoperasian mesin tentu saja membutuhkan pemeliharaan untuk menjamin keandalan operasional mesin tersebut. Namun, bagaimana jika mein tersebut sangat dibutuhkan sehingga hampir tidak ada waktu untuk melakukan pemeliharaan??

Polemik seperti hal diatas sering dihadapi oleh Insan Pembangkitan PT PLN (Persero), dengan kondisi beban puncak yang tinggi adalah suatu hal yang sulit untuk membuat keputusan melakukan pemeliharaan yang membutuhkan shut down dalam jangka waktu yang melewati beban puncak. Bagaimanapun, sebagai perusahaan penyedia energi listrik, kebutuhan pelanggan harus terlebih dahulu dipenuhi. Namun, kalau tidak dilakukan pemeliharaan terhadap mesin pembangkit sebagai mana mestinya, tentu saja pada akhirnya akan berbuah pada kekecewaan pelanggan dimana kebutuhan akan energi listrik tidak dapat terpenuhi.

Terkadang, walaupun sudah dibuat planning yang apik untuk melakukan shut down suatu mesin pembangkit, mesin yang lain duluan down sehingga rencana tidak dapat berjalan sebagaimana mestinya.

Penerapan Standar Terintegrasi ISO 9001, ISO 14001 dan SMK3 pada Pembangkitan Energi Listrik

Pembangkitan energi listrik sejak dari dahulu telah disadari sarat akan teknologi dan resiko. Oleh karena itu PT PLN (Persero) Sektor Pembangkitan Bukittinggi berusaha mematuhi standar mutu yang disyaratkan untuk dalam memenuhi kepuasan pelanggan dalam hal ini difasilitasi dengan standar mutu ISO 9001. Selain itu, untuk menjamin kontinuitas perusahaan juga perlu dipikirkan untuk mematuhi standar lingkungan dengan mematuhi ISO 14001. Sementara itu, untuk menjamin keselamatan dan kesehatan tenaga kerja dirujuk pada Permenaker tentang SMK3 (Sistem Manajemen Keselamatan dan Kesehatan Kerja).

Saya menjadi sangat bangga ketika perusahaan tempat saya beraktifitas juga mendapatkan penghargaan kecelakaan nihil (Zero Accident Award) yang diserahkan langsung oleh Wapres RI baru-baru ini.