Pembangkit Listrik Tenaga Mikri Hodro (PLTMH) KOMBIH I

PLTMH KOMBIH I

Pakpak Barat merupakan salah satu kabupaten yang terdapat di Sumatera Utara, Indonesia kabupaten ini dibentuk pada tanggal 23 tahun 2003, dengan jumlah penduduk pada kabupaten pakpak bharat mencapai 40.505 jiwa. Seiring dengan pertambahan jumlah penduduk di daerah tersebut maka kebutuhan listrik pun semakin meningkat. Hal itu sangat berpengaruh terhadap pemasokan listrik dari PLN dimana daya yang tersedia dari PLN tidak mencukupi sehingga sering terjadi pemadaman bergilir di daerah tersebut. Untuk mengatasi hal ini maka PLN mengambil inisiatif untuk membangun suatu pembangkit sekala menengah yang memamfaatkan potensi alam yaitu air. Dan pada tahun 1989 telah dibangun suatu pembangkit tenaga listrik tenaga mini hidro (PLTMH) dengan kapasitas 750 kw, karena pembangkit ini memamfaatkan aliran sungai kombih maka pembangkit ini diberi nama PLTMH kombih, yang terletak di desa Tinada Kecamatan Tinada Kabupaten Pakpak Bharat. Sampai sekarang pembangkit ini masi beroprasi dan telah mampu mensuplai daya ke sebagian daerah di Pakpak Bharat.

PLTMH Kombi I merupakan suatu pembangkit listrik yang memamfaatkan potensi air dari sungai Lae Kombih untuk menghasilkan energi listrik. Lokasi PLTMH ini berjarak 8 km menuju kota salah yang merupakan ibukota kabupaten pakpak bharat. Pembangkit ini merupakan salah satu PLTMH terbesar di Provinsi Sumatera Utara yang dikelola oleh PT.PLN (persero) Sektor Pembangkitan Pandan. Pada dasarnya prinsip pembangkitan dari PLTMH hampir sama dengan PLTA yaitu air mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju tempat yang lebih rendah. Proses dalam pipa energi potensial kembali menjadi energi kinetik dan energi kinetik tersebut akan berubah menjadi energi mekanik di dalam turbin dan selanjutnya proses dari turbin akan berputar. Putaran turbin inilah yang digunakan untuk memutar generator sehingga mengahsilkan energi listrik.

Air yang berasal dari sungai lae kombih dialirkan ke bendungan penampungan air untuk keperluan pembangkitan energi listrik. Air dari bendungan tersebut masuk ke kanal melalui intake gate. Pada bendungan tersebut dipasang filter mekanis untuk memisahkan air dan kotoranyang hendak masuk ke kanal. Dan air dari kanal akan mengalir menuju kolam penenang melalui pipa pesat yang di atur oleh pintu pengatur yang terdapat di kanal dan air akan di tenangkan di kolam penenang. Air dalam kolam penenang akan di salurkan ke turbin melalui pipa pesat.

Pembangunan PLTMH ini sangat bermamfaat bagi masyarakat di daerah pakpak bharat. Disamping pemenuhan akan kebutuhan akan pasokan energi listrik, ada beberapa keuntungan lain dari pembangunan PLTMH ini antara lain :

    a.       Air tidak perlu dibeli karena air disediakan oleh alam sehingga biaya pembangkit relatif mudah.

    b.      Tidak menimbulkan polusi.

    c.       Tidak menimbulkan kebisingan karena jauh dari pemukiman.

    d.      Mempunyai useful life yang lama.

    e.       Air bisa digunakan kembali sebagai irigasi

f.       Dapat meningkatkan perekonomian masyarakat karena dengan pembangunan PLTMH ini akan membutuhkan tenaga kerja.

Akan tetapi disamping keuntungannya, PLTMH Kombih ini juga mempunyai kekurangan / kerugian yaitu.

    a.       Pengoperasian PLTMH tergantung pada curah hujan. Kalau curah hujan rendah, maka PLTMH tidak beroperasi secara normal.

   b.      Jauh dari pusat beban sehingga membutuhkan biaya transmisi yang besar

   c.       Biaya pembangunan relatif besar.

Lokasi PLTMH Kombih I berjarak ± 380 km dari kota medan atau sekitar 8 km sebelum sampai kota salak. PLTMH Kombih I berada pada kordinat 02^o 37’ 11,9” LU dan 98^o 17’ 21.9 “ BT. Lokasi tersebut dapat dicapai melalui jalan Medan – Berastagi – Kabanjahe – Sidikalang. PLTMH Kombih I berada di tepi sungai lae kombih dan guna medapatkan air sesuai kebutuhan maka dibangun bendungan yang berguna menaikkan permukaan air sungai untuk kemudian masuk ke saluran terbuka. Lokasi PLTMH berada ditepi sungai dan tidak jauh dari jalan utama. Pemukiaman terdekat berjarak 100 m yakni Desa Tinada.

Seperti halnya PLTA, PLTMH juga memerlukan komponen – komponen utama yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi listrik baik dari komponen esensial maupun komponen pada power haouse. Dari hasil pengamatan dan penelitian pada PLTMH Kombih I, beberapa komponen utama yang dibutuhkan antara lain :

   a)      Bendungan

   b)      Kanal

   c)      Kolam penenang ( Forebay Tank )

   d)     Pintu pengatur

   e)      Pintu penguras

   f)       Pipa pesat ( Penstock )

   g)      Rumah pemangkit ( Power House )

   h)      Turbin air

   i)        Saluran buang ( Spill Way )

   j)        Generator

   k)      Transformator

Bendungan

bendungan merupakan komponen utama yang dibutuhkan dalam sebuah pembangkitan tenaga listrik air dan berfungsi sebagai tempat penampungan air dari berbagai sumber unuk memutar turbin. Dan dari hasil penelitian di PLTMH Kombih I, panjang dari bendungan adalah 20 meter, lebar 14 meter, tinggi air jatuh bendungan 7 meter dan tinggi ke dalaman air pada bendungan 2,5 meter . Seperti ditunjukan pada gambar 3.3 di bawah ini, bendungan ini juga dilengkapi dengan pintu pengatur yang mengatur masuknya  air dan juga terdapat saringan sampah berbentuk grizly agara kotoran tidak masuk ke saluran kolam penenang.

Kanal

Kanal merupakan komponen sebuah pembangki yang berfungsi sebagai saluran pembawa yang menyalurkan air dari bendungan ke kolam penenang. Adapun panjang kanal pada PLTMH Kombih I adalah 10 meter dan lebar 1,3 meter,  

 Kolam Penenang

Kolam penenang merupakan kolam yang berfungsi untuk menenangkan air setelah dialirkan dari bendungan dan juga untuk pemisah akhir kotoran dalam air seperti pasir, kayu – kayuan. Kolam penenang juga dilengkapi dengan filter untuk mencegah sampah dan benda – benda yang tidak diinginkan memasuki pipa pesat bersama aliran air menuju turbin. Kolam penenang tersebut juga dilengkapi dengan pintu penguras sebagai kelengkapan untuk perwatan kolam penenang. Kolam penenang ini sangat berpengaruh terhadap air yang akan masuk ke turbin, dimana air harus benar – benar tenang dan bersih agar tidak menggangu sistem kerja dari turbin. Kolam penenang pada PLTMH kombih I merupakan bangunan permanen dengan panjang 428 meter dengan lebar 10 meter dan kedalaman     2,50 meter.

 Pintu Pengatur

                Setiap PLTMH harus dilengkapi dengan pintu pengatur, karena pintu ini mempuyai fungsi yang sangat vital. Pintu pengatur berfungsi untuk mengatur air yang masuk ke kolam penenang dan turbin. Pintu pengatur yang ditempatkan pada bendungan berfungsi untuk mengatur masuknya air ke kolam penenang sedangkan pintu pengatur yang ditempatkan pada kolam penenang berfungsi untuk mengatur masuknya air ke turbin. 

Pintu Penguras

                Pintu saluran penguras ini berfungsi untuk membuang air dan seluruh kotoran / sampah – sampah yang ada di dalam saluran dan juga kolam penenang ke sungai. Pintu ini digunakan pada saat terjadi pemeliharaan agar air yang masuk menuju turbin tetap bersih.

Pipa Pesat ( Penstock )

Pipa pesat atau penstock berfungsi untuk mengalirkan air sebelum masuk ke turbin. Pipa pesat menuju turbin ini dilengkpi dengan pipa pernapasan udara gunanya agar udara yang terjebak dalam pipa bisa keluar dan tidak menghantam sudu – sudu turbin. Dalam pipa ini energi potensial air dikolam penenang diubah menjadi energi kinetik yang akan memutar roda turbin, karena pada PLTMH Kombih I ada 2 unit turbin yang beroperasi maka terdapat 2 buah pipa pesat dengan ukuran yang sama yakni diameter 1,0 meter dan panjang 35 meter. Pipa pesat tersebut terbuat dari besi  dan air yang melewati pipa pesat akan jatuh ke arah sudu – sudu turbin dan memutarnya. 

 Rumah Pembangkit ( Power House )

Peralatan yang berhubungan dengan PLTMH seperti turbin, generator dan peralatan kontrol ditempatkan dalam satu bangunan rumah yang disebut rumah pembangkit ( power house ). PLTMH Kombih I memiliki rumah pembangkit semi permanen beratap seng dengan luas 250 m². 

                Kontrol panel yang terdapat pada power house antara lain :

1.      Panel pengaturan beban (keluaran generator)

2.      Panel penurunan dari 20 kV / 380V (interkoneksi)

3.      Panel charger dengan pemakaian sendiri

                Panel keluaran generator :

a)      KVAR

b)      Kw

c)      Ampere

d)     Volt

e)      Hertz

f)       Meteran / KWH meter untuk mengukur energi yang disalurkan

g)      Kontrol ganguan panel interkoneksi

                Panel penurun tegangan 20 kV :

a)      Volt meter

b)      Frekuensi

c)      Kotak sinkronisasi

d)     Pengukur panas bearing

e)      Kotak rpm

                Panel PS dan charger :

a)      KWH meter

b)      Kapasitor ( 5 buah )

 Turbin Air

Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, kususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin yaitu :

1.      Faktor tinggi jatuh air efektif dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin.

2.      Faktor daya yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia.

3.      Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator.

Ketiga factor diatas seringkali diekspresikan sebagai “kecepatan spesifik, Ns”, yang didefenisikan dengan formula :

Ns = N x P x H

Dengan :

N = kecepatan putaran turbin

P = maksimum turbin output

H = head efektif

Output turbin dapat dihitung dengan mengunakan rumus persamaan (2.1):

P = 9,8 . Q . H .

Dengan :

     Q     = debit air (m³/s)

     H     = head efektif (m)

            = efisiensi turbin

            =  0,8-0,85 untuk turbin pelton

            =  0,8-0,9 untuk turbin francis

             =  0,7-0,8 untuk turbin crossflow

             =  0,8-0,9 untuk turbin propeller kaplan

Turbin air yang digunakan pada PLTMH Kombih I adalah turbin reaksi jenis turbin francis dimana aliran air yang masuk ke turbin secara radial dan keluar secara aksial. Gambar 3.8 berikut merupakan turbin francis yang digunakan pada PLTMH Kombih I.

Table  Spesifikasi Turbin PLTMH Kombih I

NO	Item	Parameter
1	Turbin	Francis
2	Putaran	375 rpm
3	Head	15 m
4	P	790 kW

 Generator

                Generator merupakan komponen utama dalam proses konversi energi listrik, sebab generator berfungsi mengubah energi mekanin menjadi energi listrik. Generator untuk pembangkil listrik tenaga air skala mini mengunakan generator sinkron 3 phasa. Generator ini memiliki kecepatan 375 rpm

Tabel Spesifikasi Generator Kombih I

No	Item	Parameter
1	Tegangan	400
2	Frekuensi	50 Hertz
3	cos	0.80
4	Type	SDBG 8063-16
5	No Series	174731 NM
6	Putaran	375 rpm
7	Output (p)	940 kVA
8	Erreging Exitation	35.3 volt	4,38 Amp
9	Isollsi Klase		F / H JP 23

Transformator

                Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya., dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dab bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis, dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya. Pada PLTMH Kombih I transformator yang digunakan sebanyak 2 buah, yaitu trafo step Up dan trafo step Down. Trafo step Up berfungsi untuk menaikkan tegangan output dari generator dari 400 Volt menjadi 20 kV yang disalurkan ke sistem 20 kV dan trafo step Down berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 20 kV menjadi 380/220 Volt yang digunakan untuk pemakaian sendiri (PS).

Untuk pemakaian sendiri (PS) :

a)      Rumah tinggal operator

·         1 unit TV                     = 1 x 120 watt = 120 watt

·         4 stop kontak              = 4 x 100 watt = 400 watt

·         1 buah dispenser         = 1 x 35 watt   = 35 watt

·         Lampu TL                   = 2 x 40 watt   = 80 watt

                                    = 2 x 25 watt   = 25 watt

                                    = 2 x 8 watt     = 16 watt

                                    = 4 x 18 watt   = 72 watt

                                    = 2 x 350 watt = 700 watt

b)      Rumah pembangkit ( power hause ) :

·         1 unit TV                     = 1 x 120 watt = 120 watt

·         1 unit komputer           = 1 x 450 watt = 450 watt

·         6 lampu                       = 6 x 40 watt   = 240 watt

·         3 stop kontak              = 3 x 100 watt = 300 watt

Prinsip Kerja PLTMh Kombih I

Sistem PLTMH Kombih I secara umum persis dengan PLTA pada umum nya. Dalam PLTMH, tenaga air dikonversikan menjadi tenaga listrik. Mula-mula potensi tenaga air dikonversikan menjadi tenaga mekanik dalam turbin. Kemudian turbin air memutar generator yang membangkitkan tenaga listrik. Gambar 3.1. menggambarkan secara skematis bagaimana potensi tenaga air, yaitu sejumlah air yang terletak pada ketinggian 35 m diubah menjadi tenaga mekanik dalam turbin air.

 Perhitungan Daya

                Daya yang dihasilkan oleh generator tergantung dari debit air yang mengalir, ketinggian jatuh air dari efesiensi bersama dari turbin dan generator itu sendiri. Daya yang dapat dihasilkan oleh generator tersebut dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan (2.1) :

P = k . . H . Q (kW)

Sistem Sinkronisasi

            Operasi paralel pusat – pusat tenaga listrik pada dasarnya merupakan perluasan bekerja paralel satu pembangkit dengan pembangkit yang lain, dengan tambahan resistansi dan reaktansi saluran – saluran interkoneksi. Proses menghubungkan paralel satu pembangkit tenaga listrik dengan pembangkit yang lainnya dinamakan sinkronisasi, atau dapat juga dikatakan bahwa sinkronisasi pada pembangkit adalah memparalelkan kerja dua buah pembangkit atau lebih untuk mendapatkan daya sebesar jumlah pembangkit tersebut dengan syarat – syarat yang telah ditentukan.

            Sinkronisasi atau menghubungkan paralel perlu dipenuhi syarat untuk sistem yang akan diparalelkan yaitu :

1.      Besar tegangan harus sama

2.      Frekuensi harus sama (mempunyai frekuensi yang sama)

·         Proses sinkronisasi pada PLTMH Kombih I

                Mula – mula mengatur putaran turbin hingga mencapai 750 rpm. Setelah mencapai putaran nominal tersebut generator akan beroperasi dan mengahsilkan tegangan 380 Volt dan frekuensi 50 Hz. Dan selanjutnya sistem akan menyamakan tegangan hingga 380 Volt dan frekuensi 50 Hz dengan AVR agar memenuhi persyaratan interkineksi terhadap generator. Setelah tegangan, frekuensi pada generator dengan sistem telah sama maka lambang sinkronisasi dengan mengunakan arah jarum jam pada panel akan berhenti dan tidak     bergerak – gerak ke kiri dan kenan sehingga dapat di sinkron kan dengan cara menekan tombol sinkron pada kotak panel.

                Syarat utama agar generator dapat beroperasi adalah putaran turbin harus sama yaitu 750 rpm. Dan apabila pada saat debit air berkurang maka putaran turbin akan menurun dan secara otomatis tegangan generator pun akan berkurang, kejadian seperti permasalah tersebut dapat terjadi pada PLTMH apabila terjadi musim kemarau yang berkepanjangan.