Pembangkit Tenaga Micro Hydro

Air dapat dimanfaatkan dalam berbagai cara, salah satunya untuk pembangkit tenaga. Kita mengenal kincir air. Teknologi kincir air ini telah dikenal oleh orang Inggris sekitar 900 tahun yang lalu. Perkembangannya semakin pesat memasuki abad XIX, di mana pada waktu itu jumlah kincir angin yang beroperasi di Inggris mencapai 20.000 unit. 

Di kawasan Eropa, Asia, dan sebagian Afrika, kincir air digunakan untuk menggerakkan mesin industri.

Perkembangan berikutnya ialah munculnya teknologi turbin air. Seiring dengan kemajuan zaman, turbin bertenaga air saat ini telah memiliki kemampuan untuk berputar dalam kecepatan yang sangat tinggi. 

Dari sini muncullah tenaga air (hydropower), yang memiliki kelebihan ramah lingkungan, dapat diperbaharui dan bersumber dari alam. Eksistensi hydropower sangatlah bermanfaat untuk pengairan sawah dan persediaan air minum. 

Cina termasuk negara yang sangat “getol” memanfaatkan hydropower. Negara tersebut telah memiliki lebih dari 85.000 unit pembangkit listrik tenaga hidro berskala kecil.

Berdasarkan kapasitas dayanya, hydropower dapat dibagi menjadi 5 (lima) jenis, sebagai berikut:

(1) Large-hydro. Memiliki daya lebih dari 100 MW dan digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik berskala besar;
(2) Medium-hydro. Memiliki daya antara 15 dan 100 MW dan digunakan sebagai pembangkit listrik berskala menengah;
(3) Small-hydro. Memiliki daya antara 1 dan 15 MW dan digunakan sebagai pembangkit listrik berskala menengah ke bawah;
(4) Mini-hydro. Memiliki daya di atas 100 kW namun di bawah 1 MW dan digunakan untuk pembangkit tenaga tertentu;
(5) Micro-hydro. Memiliki daya antara beberapa ratus Watt untuk pengisian ulang (recharge) baterai dan 100kW untuk aplikasi pengolahan makanan. Jenis micro-hydro mengalirkan daya untuk masyarakat kecil atau industri pedesaan di daerah pelosok yang letaknya jauh dari pusat pembangkit listrik.

Dari kelima jenis hydropower tersebut di atas, akhir-akhir ini perhatian banyak dicurahkan pada usaha untuk menciptakan micro-hydro power terkait dengan penyediaan pembangkit tenaga bagi masyarakat yang tinggal di daerah pelosok yang masih kekurangan suplai tenaga listrik untuk keperluan sehari-hari mereka.

Turbin micro-hydro adalah sebuah cara yang efisien untuk menghasilkan listrik dengan cara sendiri karena sangat ramah lingkungan. Teknologi ini, jika tidak dapat dikatakan tidak berdampak, memiliki dampak yang kecil sekali bagi lingkungan dan akan memberikan energi yang kontinyu bagi kita dengan biaya yang relatif murah.

Skema komponen Micro-hydro

Sekarang kita akan mengetahui tentang skema komponen micro-hydro yang memanfaatkan aliran sungai (run-of-the-river micro-hydro scheme). Terdapat sejumlah komponen utama dari skema micro-hydro (lihat Gambar 1). Jenis skema pada gambar tersebut, kita tidak memerlukan tempat penampungan air, melainkan cukup dengan mengalihkan aliran air dari sungai menuju saluran yang dibuat pada lembah sungai, kemudian menuju ke turbin melalui sebuah komponen yang dinamakan “penstock”. Turbin menggerakkan generator dan menghasilkan listrik. Jalur transmisi dapat diperluas ke lingkungan setempat, dalam hal ini pedesaan, untuk memenuhi kebutuhan listrik dalam bentuk lampu penerangan dan kebutuhan lainnya.

Menghasilkan daya dari air

Untuk menentukan potensi daya dari air yang mengalir di sungai atau arus, maka kita perlu menentukan terlebih dahulu tingkat aliran air dan head tempat air akan bergerak jatuh dengan arah vertikal/tegak lurus. Tingkat aliran (atau flow rate) adalah kuantitas air yang mengalir melalui sebuah titik pada waktu tertentu. Satuan dari tingkat aliran air adalah liter/detik atau meter-kubik/detik. Sedangkan ‘head’ adalah perbedaan ketinggian antara sumber air dan lokasi turbin. Istilah lengkapnya adalah ’static head’. Adapun daya potensial yang dihasilkan dihitung dengan persamaan (1) di bawah ini:

Daya teoretikal (P) = Tingkat Aliran (Q) x Head (H) x Gravitasi (g)
Gravitasi memiliki nilai konstan = 9,81 meter per detik kuadrat

Dengan demikian maka akan diperoleh persamaan (2)

P = 9,81 x Q x H dalam satuan kiloWatt (kW)

Namun demikian, energi akan selalu hilang jika mengalami perubahan satu bentuk ke bentuk lainnya. Turbin air berukuran kecil jarang yang memiliki tingkat efisiensi lebih baik daripada 80%. Daya juga akan hilang manakla berada di dalam pipa yang membawa air menuju ke turbin. Hilangnya daya ini disebabkan oleh adanya gesekan, atau disebut dengan istilah “frictional losses”. 

Dengan menggunakan desain yang cermat, maka hilangnya energi dan daya dapat ditekan. Untuk turbin air berskala kecil, efisiensi secara keseluruhan yang paling ideal adalah sekitar 50%. Dengan kata lain, nilai P harus dikalikan dengan 0,50 dari angka yang sebenarnya.

Contoh: Sebuah generator set turbin yang beroperasi pada head setinggi 10 meter dengan flow rate 0,3 meter-kubik/detik akan menghasilkan listrik sebesar: (9,81 x 0,5 x 0,3 x 10) = 18 kiloWatt.

Kondisi yang ideal untuk micro-hydro power

Daerah yang paling ideal secara geografis untuk membangun hydro-power berskala kecil adalah daerah yang memiliki aliran sungai yang mengalir sepanjang tahun dengan sudut kemiringan yang tidak terlalu landai,  misalnya daerah pegunungan. Syarat lainnya adalah curah hujan yang tinggi sepanjang tahun dan daerah kepulauan dengan iklim maritim dengan tingkat kelembaban tinggi. Dengan demikian, maka Indonesia boleh dikatakan ideal untuk menjadi tempat pengembangan micro-hydro power ini.

Turbin

Turbin berfungsi untuk mengubah aliran air yang mengalir dengan arah vertikal menjadi “shaft power”. Terdapat berbagai jenis turbin  dan pilihan terhadap satu jenis turbin harus disesuaikan dengan ketinggian tekanan (pressure head) dan aliran desain untuk instalasi hydropower.

Faktor muatan (load factor)

Load factor adalah jumlah daya yang digunakan dibagi dengan jumlah daya yang ada jika turbin hendak digunakan secara kontinyu. Berbeda dari teknologi-teknologi yang memerlukan sumber bahan bakar yang mahal harganya, ‘bahan bakar’ untuk pembangkit tenaga hydropower tidak perlu membeli. Hanya saja, kita harus mempedulikan satu hal, yakni tumbuhan. Tumbuhan adalah penyimpan cadangan air sehingga daerah sekitar pembangkit hydro-power harus dijaga agar tetap subur. Semakin banyak tingkat kebutuhan hydro-power bagi penduduk, semakin banyak pula volume tumbuhan yang harus dijaga.

Referensi:
Dr. Hartuti Purnaweni, MPA.Universitas Diponegoro Semarang.
MDG Practical Answers to Poverty. “Micro-Hydro Power”. (www.mdg.org)
The Schumacher Centre for Technology & Development. “Practical Action, Technology challenging poverty.” (www.practicalaction.org)
Jacques Chaurett eng. “Micro-Hydro Installation Sizing.” January 17, 2008. (www.lightmypump.com)

sumber: http://green.kompasiana.com/penghijauan/2011/07/04/pembangkit-tenaga-micro-hydro-377834.html