Sumber Cooling Water PLTA dari Penstock, Efektif kah?

Fachrul Hidayat    September 05, 2019    Engineering , Essay , Hydropower , Mechanical    2 comments   

Hydropower Plant adalah salah satu metode untuk menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan potensi tenaga air. Di Indonesia, metode ini lebih dikenal dengan nama Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA). PLTA mengandalkan ketinggian jatuh air (head) dan jumlah aliran air (debit) untuk menggerakkan sudu-sudu Turbin dan memutar Generator sehingga menghasilkan listrik.

Selain Turbin dan Generator sebagai komponen utama, PLTA terdiri dari beberapa sistem mekanis luar yang mendukung kinerja Turbin dan Generator. Sistem tersebut dalam PLTA dikenal dengan istilah Mechanical Balance of Plant (MBOP) Sistem. MBOP ini menyuplai kebutuhan Turbin dan Generator seperti Lubricating Oil, Cooling Water, Fire Hydrant, Oil Mist Collector, dll.

Baca juga: Mengapa Mahasiswa Teknik Harus Menonton Film 3 Idiots?

Cooling Water System atau air pendingin adalah salah satu bagian yang krusial pada PLTA. Sistem ini yang menyediakan air pendingin pada bagian-bagian Turbin dan Generator sesuai tekanan dan debit tertentu melalui jaringan pipa. Untuk mencapai kinerja Cooling Water yang efektif, salah satu hal yang perlu dipertimbangkan dalam perecanaannya adalah sumber Cooling Water itu sendiri.

Suplai Cooling Water harus tersedia pada saat Turbin PLTA beroperasi. Air tersebut bisa didapatkan dari beberapa sumber yaitu:

a.   Dialirkan dari Head Tank

b.   Dipompa dari Tailrace

c.    Diambil dari Turbin Cover

d.   Disambung dari Penstock

Tulisan ini akan mengulas salah satu sumber Cooling Water yang banyak digunakan PLTA, yaitu dari Penstock.

Sumber Cooling Water dari Penstock

Mengambil Cooling Water dari Penstock adalah metode yang paling banyak digunakan, dan ini adalah sumber Cooling Water terbaik untuk PLTA head menengah. Kita cukup menyambungkan pipa ke Penstock yang terdekat dan mengalirkan ke sistem Turbin yang membutuhkan Cooling Water. 

Keunggulan cara ini adalah jalur sistem perpipaan yang pendek, dan ketersediaan tekanan yang stabil. Namun untuk PLTA head menengah keatas, menggunakan cara ini harus melalui perhitungan yang baik. Umumnya tekanan Penstock lebih besar dari tekanan kebutuhan Cooling Water. Untuk itu dibutuhkan Pressure Reducing Valve (PRV). Menggunakan PRV pada head tinggi dapat menyebabkan kavitasi pada air dan memicu terjadinya korosi pada komponen tersebut, terlebih jika kandungan airnya kotor. Kavitasi juga menimbulkan bunyi dan getaran disekitar PRV yang dapat merusak komponen lain dalam sistem perpipaan. Untuk mengurangi kavitasi, beberapa cara dapat dilakukan:

a.   Memilih PRV yang sesuai dengan kondisi aliran dan dilengkapi dengan sistem anti kavitasi;

b.   Menggunakan PRV secara bertingkat pada satu jalur, agar penurunan tekanan terjadi secara perlahan-lahan;

Perlu dipertimbangkan pula kemampuan PRV untuk menahan tekanan Water Hammer Penstock yang jauh lebih besar dari tekanan normal. Dari aspek aliran dalam pipa tidak ada potensi masalah yang berarti. Hanya perlu diperhatikan bahwa kecepatan aliran didalam Pentock harus dipastikan tidak menciptakan tekanan air yang lebih rendah dari tekanan dimana outlet pipa Cooling Water ini tersambung. Tekanan yang demikian malah dapat menyebabkan aliran balik ke dalam Penstock. Pada beberapa perhitungan dan simulasi software yang saya lakukan, dengan perbandingan diameter Penstock & pipa Cooling Water yakni 4100 mm : 273 mm, maka didapatkan bahwa kecepatan aliran dalam penstock tak boleh lebih dari 15 m/s. Pada kecepatan 15 m/s tekanan air didalam Penstock akan lebih rendah dari tekanan outlet Cooling Water dan akan menyebabkan arah aliraan berubah. Kondisi seperti ini tentu sangat sulit terjadi mengingat bahwa Turbin telah menetapkan dibit air yang tertentu sehingga kecepatan aliran akan terkontrol dari bukaan Turbine Guide Vane.

Pertimbangan lain dari penggunaan cara ini yaitu bahwa air yang keluar dari penstock adalah air yang mengurangi daya Turbin, meskipun angkanya sangat kecil. Misalkan, sebuah PLTA pada head 100 m dengan daya yang dibangkitkan 100 MW, membutuhkan Cooling Water sekitar 150 l/s. Air sejumlah tersebut mengurangi daya sekitar 130 kW dari daya yang seharusnya dibangkitkan.

Baca juga: Parameter Menentukan Ketebalan Pipa Menurut ASME B31.1 - Power Piping

Beberapa PLTA yang mengambil suplai Cooling Water dari Penstock sbb:

a.   Vidraru HPP di Romania, head 290 m, flow rate 22,5 m3/s, 4x55 MW.

Cooling Water di Vidraru HPP dialirkan dari water tank yang diletakkan di lantai selevel machine hall (Groud Floor). Water tank tersebut diisi dari Tailrace melalui sistem pompa yang sekaligus menjadi suplai utama Cooling Water. Sebagai back up, water tank bisa diisi dari penstock dengan menggunakan 4 pipa paralel yang masing-masing melalui PRV. Kapasitas PRV adalah 0,1 m3/s, maksimum inlet pressure 40 bar dan outlet pressure 5,5 bar.

 Source: researchgate.net

b.    Middle Marsyangdi HPP di Nepal, 2x35 MW

Suplai Cooling Water Utama diambil langsung dari Penstock, dialirkan ke Turbin setelah melalui Heat Exchanger. Sebagai back up, suplai bisa diambil dari Turbine Draft Tube melalui 2 unit pompa.

Source: globaljournals.org

c.    PLTA Sutami, Brantas, Indonesia

Menggunakan water tank sebagai penampungan, suplai air untuk water tank diperoleh dari penstock. Tekanan inlet 9 bar dan tekanan outlet 6 bar setelah melalui PRV.

Baca juga: Calon Sarjana Teknik Mesin? Plan Ahead!

Kesimpulan

Sumber Cooling Water dari Penstock adalah cara yang paling banyak dipakai pada PLTA di seluruh dunia, terutama untuk head menengah, baik sebagai suplai utama maupun sebagai back up. Menggunakan cara ini pada head tinggi pun tidak masalah asal diperhatikan tentang pemilihan PRV yang sesuai dari aspek ukuran, kapasitas, tingkat kavitasi, serta tentunya nilai ekonomis. Sebaiknya dibuat jalur by pass yang juga dilengkapi dengan PRV agar sistem tetap dapat bekerja jika ada maintenance PRV pada jalur utama. Pemilihan sumber Cooling Water yang baik sangat menentukan performa Turbin dan Generator pada PLTA.