Membuat Pembangkit Listrik Tenaga Air - How to Make a Water Power Plant

Listrik adalah komponen yang sangat penting dalam kehidupan kita sehari-hari karena selain bermanfaat untuk penerangan juga dapat digunakan untuk kegiatan produksi yang dapat menunjang ekonomi rakyat dimana kegunaannya antara lain: dapat menghidupkan pompa, pemanas/pendingin, alat penggiling, alat pemotong, alat pemipil dan berbagai keperluan lainnya.

Banyak daerah di Indonesia yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN, sehingga sebagai jalan pintas mereka menggunakan genset baik untuk penerangan maupun kegiatan produksi. Penggunaan genset tentu mengeluarkan biaya yang tidak sedikit yakni untuk BBM dan perawatan mesin. Kebanyakan kegiatan produksi yang menggunakan genset sebagai tenaga listrik mengaku bahwa BBM dan perawatan mesin menempati urutan pertama dalam biaya produksi. Di samping itu penggunaan genset tidaklah ramah lingkungan karena dapat mencemari lingkungan, menimbulkan kebisingan dan pemanasan sekeliling (meningkatkan pemanasan global).
Padahal tanpa kita sadari di sekitar kita tersedia sumber daya yang melimpah dan ramah lingkungan yang dapat kita manfaatkan untuk membangkitkan energi listrik, salah satunya air yang mengalir dapat dimanfaatkan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Untuk membangun PLTA tidaklah harus dari air terjun, pada prinsipnya setiap air yang mengalir walaupun alirannya sangat lambat (seperti: sungai dan selokan) dapat dijadikan sebagai pembangkit listrik. Hanya saja daya yang dihasilkan tidak selalu memadai. Untuk itu perlu dihitung potensi daya dengan formula berikut:

P = Q x g x h
Di mana :
P = Daya (kwatt)
Q = Debit Air (m3/detik) yang menyatakan volume air yang mengalir setiap detik
9 =konstanta gravitasi = 9,8 m/detik2
h = ketinggian/head (m) yang diukur secara vertikal dari permukaan sampai shaft (poros) penggerak mula

Pada prinsipnya PLTA terdiri dari 3 bagian utama : penggerak mula, perubah kecepatan (speed reducer) dan generator.

Penggerak Mula (Prime Mover) adalah bagian berputar yang langsung berhubungan dengan air. Ada 2 jenis penggerak mula yang umum digunakan yakni kincir air dan turbin air. Pemilihan jenis penggerak mula dalam merencanakan PLTA didasari atas pertimbangan kondisi air pada lokasi pemasangan dan kapasitas daya yang akan dibangkitkan. Pada daerah air terjun dengan ketinggian (head) rendah atau daerah sungai (termasuk parit/selokan) penggerak mula yang cocok digunakan adalah kincir air. Sedangkan pada daerah air terjun dengan ketinggian (head) sedang sampai tinggi yang cocok digunakan adalah turbin air.

Konstruksi kincir air sederhana terdiri dari dua dinding lingkaran yang mengapit sudu-sudu dan pada pusat terdapat as (shaft) sebagai sumbu putar. Kincir air dapat dibuat dari bahan: kayu, bambu, plate besi, dan lain-lain.

Umumnya penggunaan kincir air hanya terbatas pada skala kecil atau sedang saja sedangkan untuk skala besar turbin airlah menjadi pilihan. Namun demikian kincir air memiliki kelebihan karena biayanya relatif murah (untuk kapasitas sama), pembuatannya mudah (dapat dikerjakan orang yang keahliaanya pas-pasan) dan yang lebih menarik lagi untuk pembangkit listrik pada aliran sungai dengan head sangat rendah penggerak mula yang paling tepat adalah model kincir.

Turbin air adalah model yang lebih canggih dan dapat digunakan untuk pembangkit listrik mulai kapasitas kecil sampai besar. Selain itu tidak memerlukan banyak tempat untuk pemasangan, terlihat rapi, dan effisiensi tinggi. Saat ini sudah banyak turbin air yang diproduksi, dan pada type tertentu telah dirangkai sedemikian rupa dengan generatornya sehingga pemasangannya menjadi lebih mudah. Hanya saja harga turbin jauh lebih mahal dan hanya bisa dibuat oleh tenaga dengan keahlian khusus atau dibeli dari pabrik yang mengeluarkannya.

Speed Reducer (perubah kecepatan) adalah alat yang berfungsi untuk merubah (menaikkan atau menurunkan) kecepatan putaran. Dalam hal ini speed reducer yang diperlukan adalah penaik kecepatan karena putaran penggerak mula biasanya lambat, oleh karena itu harus dipercepat agar putaran yang direkomendasikan pada generator dapat dicapai (pada umumnya generator memiliki putaran 1500 rpm). Kecepatan putaran yang tepat pada sisi generator diperlukan sebagai salah satu syarat agar listrik yang dihasilkan baik. Bila putaran generator tidak tepat (kurang atau melampui batas yang direkomendasikan) dapat merusak peralatan listrik dan termasuk generator itu sendiri. Oleh karena itu diperlukan perhitungan yang tepat untuk memilih speed reducer pada pembangkit listrik.

Secara garis besar untuk menaikkan kecepatan digunakan 3 macam cara sebagai berikut:

1. Multiple Pulley (Pulley Bertingkat)
Ini adalah model paling sederhana dan biayanya murah akan tetapi menimbulkan kehilangan daya yang tinggi. Model ini terdiri dari susunan beberapa pulley yang dihubungkan dengan belt. Jumlah tingkatan (jumlah pulley) dan diameter pulley harus diperhitungkan agar dihasilkan kecepatan putaran yang tepat pada sisi generator.

2. Multiple Chain Gear

Model Multiple Chain Gear pada prinsipnya sama dengan multiple pulley, hanya saja menggunakan chain dan gear. Jumlah tingkat dan jumlah teeth dari setiap gear harus diperhitungkan untuk mendapatkan putaran yang tepat pada generator

3. Gear Box (Gear Reducer)
Penggunaan Gear box (Gear Reducer) sebagai penaik kecepatan memberikan banyak kelebihan, karena pemasangan dan perawatan mudah, tampak rapi, dan yang paling utama kehilangan daya rendah hanya saja harganya jauh lebih mahal dibanding kedua model sebelumnya. Gear box sangat cocok digunakan untuk penggerak mula yang putarannya sangat lambat (pada aliran sungai dengan head sangat rendah tetapi debit air tinggi)

Untuk memilih gear box yang tepat untuk pembangkit listrik perlu diperhatikan 3 hal penting:

1. Type gear box (gear reducer)
Tidak semua type gear box dapat digunakan untuk menaikkan kecepatan karena kebanyakan gear box digunakan untuk menurunkan kecepatan. Dengan kata lain banyak gear box yang hanya dapat digunakan untuk menurunkan kecepatan saja dan tidak dapat berfungsi sebaliknya. Untuk mengetahuinya dapat dilakukan dengan memutar low speed shaft (diameter lebih besar) secara manual di mana high speed shaftnya (diameter lebih kecil) akan ikut berputar. Tetapi bila tidak tidak dapat berputar berarti tidak dapat digunakan sebagai penaik kecepatan. Demikian juga bila berputar tapi dengan torsi tinggi juga tidak dapat digunakan dalam hal ini karena akan menimbulkan kehilangan daya yang tinggi Salah satu type Gear box yang cocok untuk keperluan ini adalah type planetary gear.

2. Ratio gear box (gear reducer)
Sebelum memilih gear box harus dihitung terlebih dahulu nilai faktor pengali kecepatan. Perhitungan faktor pengali = 1500/putaran penggerak mula. Pilihlah gear box yang rationya mendekati nilai faktor tersebut.

3. Kapasitas (Kwatt)
Gear box harus mampu memikul daya maksimum yang dihasilkan generator. Apabila gear box di bebani di atas kapasitas maka akan menimbulkan kerusakan pada gear box. Oleh karena itu gear box yang dipilih harus memiliki kapasitas minimal sama dengan generator.

Dalam prakteknya pemasangan gear box secara langsung ke penggerak mula sering dikombinasikan dengan pulley atau chain-gear bertujuan untuk mendapatkan putaran yang tepat pada generator. Karena dengan ratio gearbox yang tersedia di pasaran belum tentu dapat menghasilkan putaran yang tepat pada generator. Dengan melakukan kombinasi dengan pullley atau chain-gear didapat putaran yang tepat. Karena dengan merubah diameter pulley atau jumlah teeth pada gear akan didapat putaran yang diinginkan. Beberapa pilihan kombinasi tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Generator adalah mesin listrik yang dapat merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Dalam pembangkit listrik tenaga air, energi yang terkandung di dalam air dengan bantuan penggerak mula dan speed reducer energi tersebut dirobah menjadi energi listrik. Sekarang ini telah banyak generator yang diproduksi, tinggal memilih sesuai spesifikasi yang kita inginkan.

Pada gambar di bawah ini, penulis telah membuat pembangkit listrik walaupun masih skala kecil namun telah memberikan hasil yang memuaskan. Dengan debit air yang relatif kecil dan head kurang dari 1m dapat menghasilkan daya listrik sekitar 700 watt (lebih dari cukup untuk kebutuhan rumah tangga) dengan voltage stabil 220 V dan sudah beroperasi non stop selama 4 tahun dan sangat jarang mengalami kerusakan.

Berlokasi di : AEK PARBOAN, Ds. Adiankoting, Kec. Adiankoting, Kab. Tapanuli Utara, Prov. SUMUT