energi air

Pengertian energi air

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air mengalir). Tenaga air (Hydropower) adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai.

Energi Hidro-electrik adalah energi air. Air bergerak menyimpan energi alami yang sangat besar, Energi ini dapat dimanfaatkan dan dikonversikan menjadi listrik, dan pembangkit listrik tenaga air tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca. Ini juga merupakan sumber energi terbarukan karena air secara terus menerus mengisi ulang melalui siklus hidrologi bumi. Semua sistem hidro-electrik membutuhkan sumber air mengalir tetap, seperti sungai atau anak sungai, tidak seperti tenaga matahari dan angin, tenaga ini dapat menghasilkan tenaga terus menerus selama 24 jam setiap harinya.

v  Keunggulan energi air :

·         Tergolong energi bersih, tidak menimbulkan polutan berbahaya

·         Bendungan yang biasanya dibangun untuk PLTA dapat dimanfaatkan sekaligus sebagai pengendali banjir dan pengatur irigasi

·         Energi yang tersedia tidak akan habis sepanjang komponen hidrologisnya dapat kita jaga, seperti daerah tangkapan air hujan (catchment area) dan vegetasi sungai

v  Kekurangan energi air

·         PLTA umumnya membutuhkan banyak ruang sehingga menyebabkan habitat satwa liar berkurang

·         Proyek-proyek PLTA berskala besar dapat mengganggu aliran sungai

·         Keberadaan bendungan atau waduk menyebabkan akuatik turun dibeberapa lokasi PLTA

ENERGI AIR DAPAT DIMANFAATKAN SEBAGAI :

1.      Kincir air

2.      Turbin air

1.      Kincir Air (Water Wheel)

Kincir air merupakan sarana untuk merubah energi air menjadi energi mekanik berupa torsi pada poros kincir. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :

1)      Kincir Air Overshot

2)      Kincir Air Undershot

3)      Kincir Air Breastshot

4)      Kincir Air Tub

1)      Kincir Air Overshot

Gambar 1.1 Kincir air Overshot

Kincir air overshot bekerja bila air yang mengalir jatuh ke dalam  bagian sudu-sudu sisi bagian atas, dan karena gaya berat air  roda kincir berputar. Kincir air overshot adalah kincir air yang paling banyak digunakan dibandingkan dengan jenis kincir air yang lain.

v  Keuntungan

·                     Tingkat efisiensi yang tinggi dapat mencapai 85%.

·                     Tidak membutuhkan aliran yang deras.

·                     Konstruksi yang sederhana.

·                     Mudah dalam perawatan.

·                     Teknologi yang sederhana mudah diterapkan di daerah yang terisolir

   

v  Kerugian

·                     Karena aliran air berasal dari atas maka biasanya reservoir air atau bendungan air, sehingga memerlukan investasi yang lebih  banyak.

·                     Tidak dapat diterapkan untuk mesin putaran tinggi.

·                     Membutuhkan ruang yang lebih luas untuk penempatan.

·                     Daya yang dihasilkan relatif kecil.

2)       Kincir Air Undershot

Gambar 1.2 Kincir air Undershot

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak  pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head.Tipe ini cocok dipasang pada perairan dangkal pada daerah yang rata.    Tipe ini disebut juga dengan ”Vitruvian”. Disini aliran air berlawanan dengan arah sudu yang memutar kincir.

v  Keuntungan

·                     Konstruksi lebih sederhana

·                     Lebih ekonomis

·                     Mudah untuk dipindahkan

v  Kerugian

·                     Efisiensi kecil

·                     Daya yang dihasilkan relatif kecil

3)      Kincir Air Breastshot

Gambar 1.3 Kincir air Breastshot

Kincir air Breastshot merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air. Kincir air jenis ini menperbaiki kinerja dari kincir air tipe under shot

v  Keuntungan

·                     Tipe ini lebih efisien dari tipe under shot

·                     Dibandingkan tipe overshot tinggi jatuhnya lebih pendek

·                     Dapat diaplikasikan pada sumber air aliran datar

v  Kerugian

·                     Sudu-sudu dari tipe ini tidak rata seperti tipe undershot (lebih rumit)

·                     Diperlukan dam pada arus aliran datar

·                     Efisiensi lebih kecil dari pada tipe overshot

4)      Kincir Air Tub

Gambar 1.4 Kincir air Breastshot

Kincir air Tub merupakan kincir air yang kincirnya diletakkan secara horisontal dan sudu-sudunya miring terhadap garis vertikal, dan tipe ini dapat dibuat lebih kecil dari pada tipe overshot maupun tipe undershot. Karena arah gaya dari pancuran air menyamping maka, energi yang diterima oleh kincir yaitu energi potensial dan kinetik.

v  Keuntungan

·                     Memiliki konstruksi yang lebih ringkas

·                     Kecepatan putarnya lebih cepat

v  Kerugian

·                     Tidak menghasilkan daya yang besar

·                     Karena komponennya lebih kecil membutuhkan tingkat ketelitian yang lebih teliti

2.      Turbin air

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik.. Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu :

1)      Turbin impuls

2)      Turbin reaksi

1)      Turbin Impuls

Energi potensial air diubah menjadi energi kinetik pda nozle. Air keluar nozle yang mempunyai kecepatan tinggi membentur sudu turbin. Setelah membentur sudu arah kecepatan aliran berubah sehingga terjadi perubahan momentum (impulse). Akibatnya roda turbin akan berputar. Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

2)      Turbin Reaksi

Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.

Energi air juga dapat berasal dari laut, dapat dikategorikan menjadi tiga macam yaitu :

1.      Energi ombak (wave energy)

2.      Energi pasang surut (tidal energy)

3.      Konversi energi panas laut (ocean thermal energy conversion)

Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi itu adalah memakai energi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakan generator untuk menghasilkan listrik.

1.      Energy ombak (wave energy)

2.      Energi pasang surut (tidal energy)

Pasang surut menggerakan air dalam jumlah besar setiap harinya dan pemanfaatannya dapat menghasilkan energy dalam jumlah yang cukup besar. Dalam sehari bisa terjadi hungga dua kali siklus pasang surut. Oleh karena waktu siklus bisa diperkirakan (kurang lebih setiap 12,5 jam sekali), jadi suplai listriknya pun relatif lebih dapat diandalkan dari pada tenaga listrik pembangkit ombak. Namun demikian menurut salah satu situs menyebutkan bahwa hanya terdapat sekitar 20 tempat didunia yang telah diidentifikasi sebagai tempat yang cocok untuk pembangunan pembangkit listrik bertenaga pasang surut ombak.

Gambar 1. Ombak masuk ke dalam muara sungai ketika terjadi pasang naik air laut.

Gambar 2. Ketika surut, air mengalir keluar dari dam menuju laut sambil memutar turbin.

Pada dasarnya ada dua metodologi untuk memanfaatkan energi pasang surut :

1)      Dam pasang surut (tidal barrages)

Cara ini serupa seperti pembangkit listrik secara hidroe-elektrik yang terdapat didam atau waduk penampungan air sungai. Hanya saja, dam yang dibangun untuk memanfaatkan siklus pasang surut jauh lebih besar daripada dam air sungai pada umumnya. Dam ini biasanya dibangun dimuara sungai dimana terjadi pertemuan antara air sungai dengan air laut. Ketika ombak masuk atau keluar (terjadi pasang surut), air mengalir melalui terowongan yang terdapat didam. Aliran masuk atau keluarnya ombak dapat dimanfaatkan untuk memutar turbin. Pembangkit listrik tenaga pasang surut (PLTs) terbesar didunia terdapat dimuara sungai rance disebelah utara prancis. Pembangkit  ini dibangun pada tahun 1966 dan berkapasitas 240 MW. PLTs La Rance didesain dengan teknologi cangggih dan beroperasi secara otomatis, sehingga hanya membutuhkan dua orang saja untuk pengepoerasian pada akhir pekan dan malam hari. PLTs terbesar kedua didunia terletak di Annapolis, Nova Scotia, dan Kanada dengan kapasitas “hanya” 16 MW. Kekurangan dari pembangkit listrik tenaga pasang surut adalah mereka hanya dapat menghasilkan listrik selama ombak mengalir masuk (pasang) ataupun mengalir keluar (surut) yang terjadi hanya selama kurang lebih 10 jam perharinya. Namun, karena waktu operasinya dapat diperkirakan maka ketika PLTs tidak aktif dapat digunakan pembangkit listrik lainnya untuk sementara waktu hingga terjadi pasang surut lagi.

2)      Turbin lepas pantai (offshore turbines)

Turbin lepas pantai menyerupai pembangkit listrik tenaga angin versi bawah laut. Keunggulannya dibandingkan metode pertama yaitu lebih murah biaya instalasinya, dampak lingkungan yang relatif lebih kecil daripada pembangunan dam, dan persyaratan lokasinya pun lebih mudah sehingga dapat dipasang dilebih banyak tempat. Beberapa perusahaan yang mengembangkan teknologi turbin lepas pantai adalah Blue Energi dari Kanada, Swam Turbines (ST) dari Inggris, dan Marine Current Turbines (MCT) dari Inggris.

Gambar. Bermacam-macam jenis turbin lepas pantai yang digerakkan oleh arus pasang surut.

Adapun kelebihan dan kekurangan dari pembangkit listrik tenaga pasang surut adalah :

v  Kelebihan

·           Setelah dibangun, energi pasang surut dapat diperoleh secara gratis

·           Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya

·           Tidak membutuhkan bahan bakar

·           Biaya operasi rendah

·           Produksi listrik stabil

·           Pasang surut air laut dapat diprediksi

·           Turbin lepas pantai memiliki biaya instalasi rendah dan tidak menimbulkan dampak lingkungan yang besar

v  Kekurangan

·           Sebuah dam yang menutupi muara sungai memiliki biaya pembangunan yang sangat mahal dan meliputi area yang sangat luas sehingga merubah ekosistem lingkungan baik kea rah hulu maupun hilir hingga berkilo-kilometer

·           Hanya dapat mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya dan itupun ketika ombak bergerak masuk ataupun keluar

3.      Konversi energi panas laut

Ide pemanfaatan energi dari laut yaitu bersumber dari adanya perbedaan temperatur didalam laut. Temperatur dipermukaan laut lebih hangat karena panas dari sinar matahari diserap sebagian oleh permukaan laut. Tapi dibawah permukaan, temperatur akan turun dengan cukup drastis. Pembangkit listrik dapat memanfaatkan perbedaan temperatur tersebut untuk menghasilkan energi. Perbedaan temperatur antara permukaan yang hangat dengan air laut dalam yang dingin dibutuhkan minimal 77 ⁰F (25 ⁰C) agar dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dengan baik. Adapun proyek-proyek demonstari dari OTEC sudah tedapat di Jepang, India, dan Hawaii.

Gambar. Ocean Thermal Energy Conversion dengan Siklus Tertutup

Berdasarkan siklus yang digunakan OTEC dapat dibedakan menjadi tiga macam, yaitu :

1.      Siklus tertutup

2.      Siklus terbuka

3.      Siklus gabungan

Adapun kelebihan dan kekurangan darii OTEC yaitu :

v  Kelebihan

·         Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya

·         Tidak membutuhkan bahan bakar

·         Biaya operasi rendah

·         Produksi listrik stabil

·         Dapat dikombinasikan dengan fungsi lainnya, yaitu menghasilkan air pendingin, produksi air minum, suplai air untuk Aquaculture, ekstraksi mineral, dan produksi hydrogen secara elektrolisis.

v  Kekurangan

·         Belum ada analisa mengenai dampaknya terhadap lingkungan

·         Jika menggunakan ammonia sebagai bahan yang diuapkan menimbulkan potensi bahaya kebocoran

·         Efisiensi total masih rendah sekitar 1%-3%

·         Biaya pembangunan tidak murah

v  Pertanyaan dan Jawaban

1.      Apakah ada bedanya pemanfaatan air dari laut, sungai, dan lain-lain? dan berikan contoh serta cara kerjanya? (Siti Ramlah)

Jawab: Ada, hal tersebut disebabkan karena kekuatan yang dihasilkan dari ombak dilautan itu lebih besar dibandingkan dengan arus yang dihasilkan oleh sungai atau pun waduk. Contohnya yaitu pada energi yang berasal dari laut, yaitu :

1.      Energi ombak (wave energy),

2.      Energi pasang surut (tidal energy),

3.      Konversi energi panas laut (ocean thermal energy conversion).

Dan untuk cara kerja dari ketiga energi tersebut telah dijelaskan pada materi. (Dhyna Virganita dan Risa Julianty)

2.      Jelaskan sistem kerja kincir air dan jelaskan mengenai konversi panas laut? (Alexander Alen)

Jawab: Sistem kerja kincir air yaitu dapat dibedakan menjadi beberapa berdasarkan dari tipe kincir air tersebut, yaitu : Kincir Air Overshot, Kincir Air Undershot, Kincir Air Breastshot, Kincir Air Tub. Adapun sistem kerjanya yaitu berdasarkan air yang mengalir dan menghantam sudu-sudunya. Dan untuk konversi panas laut yaitu pemanfaatan energi dari laut yang bersumber dari adanya perbedaan temperatur didalam laut. Temperatur dipermukaan laut lebih hangat karena panas dari sinar matahari diserap sebagian oleh permukaan laut. Tapi dibawah permukaan, temperatur akan turun dengan cukup drastis. Pembangkit listrik dapat memanfaatkan perbedaan temperatur tersebut untuk menghasilkan energi. Perbedaan temperatur antara permukaan yang hangat dengan air laut dalam yang dingin dibutuhkan minimal 77 ⁰F (25 ⁰C) agar dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan listrik dengan baik. (Hisabul Fajri dan Dhyna Virganita) 

3.      Dari keempat kincir air yang telah dijelaskan apakah semua fungsinya sama atau berbeda? (Suandi)

Jawab: Sama, yang membedakan dari keempat kincir air tersebut adalah cara kerjanya dan dari masing-masing kincir air tersebut juga mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Hal tersebut lah yang membedakannya. (Broyro E.Manalu dan Dhyna Virganita)

4.      Besar mana energi yang dihasilkan antara energi dari kincir air dan turbin? (Iwin Susilawati)

Jawab: Turbin, karena dibandingkan dengan kincir air kekuatan yang dihasilkan turbin lebih besar karena turbin dibantu oleh alat lain sedangkan untuk kincir air hanya mengandalkan kekuatan dari air yang menghantam sudu-sudu dari kincir tersebut.