Hydropower/id
Tenaga air adalah tenaga yang diperoleh dari tenaga atau energi air yang mengalir, baik dari laut maupun dari sumber air tawar. Tenaga air dapat digunakan untuk melakukan pekerjaan mekanis atau menghasilkan listrik.
Sistem konversi energi hidro (HECS), [1] atau pemanen energi hidro adalah istilah untuk mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi mekanik atau listrik dari energi yang ditangkap dari air yang bergerak.
Isi
Menganalisis ketersediaan tenaga hidro
Jumlah aliran air dan tinggi jatuhnya air; keterpencilan konsumen
Bila kebutuhan akan tenaga listrik muncul, kita harus mencari satu lokasi atau beberapa lokasi yang dapat menampung pembangkit listrik tenaga air. Kita memahami bahwa penelitian dimulai dengan mengidentifikasi semua sumber energi seperti angin, matahari, biomassa, dan sebagainya. Usulan kami menganggap kesimpulan dari inventarisasi ini mendahului keputusan untuk memasang pembangkit listrik tenaga air, mungkin sebagai tambahan turbin angin atau kolektor energi matahari.
Pembangkit listrik membutuhkan tinggi jatuh dan aliran air (kehilangan muka air). Pengintaian medan di lapangan atau pada peta topografi menunjukkan lokasi aliran air dan kemiringan medan. Titik-titik ini mudah diidentifikasi di tanah tempat sungai mengalir deras, tetapi lokasi lain mungkin juga sesuai. Luas jatuhnya mudah ditentukan oleh surveyor dengan menggunakan teodolit. Namun, estimasi aliran air yang tersedia jauh lebih sulit karena variasinya tergantung pada musim (lihat aliran air rata-rata). Adalah bijaksana untuk meremehkan laju yang tersedia karena pembangkit listrik juga tidak boleh mengambil semua air dari jaringan. Misalnya, dalam penghilangan total, biotop akuatik akan sangat terganggu oleh kekurangan air dan membuat pemijahan ikan menjadi mustahil. Oleh karena itu, cadangan aliran air harus ditinggalkan di sungai untuk menghindari penipisan biologis. Ada kemungkinan bahwa penggunaan air lainnya -yang sudah diotorisasi- memaksakan aliran air cadangan yang lebih tinggi.
Bila beberapa lokasi diidentifikasi, keterpencilan konsumen merupakan kriteria lain untuk dimasukkan dalam analisis kelayakan. Keterpencilan berarti jalur listrik yang lebih panjang dan membuat pemantauan pabrik menjadi lebih sulit. Jalur listrik merupakan biaya yang penting dan merupakan sumber kehilangan daya.
Aliran air rata-rata
Jumlah aliran air sesaat dari sistem sungai bergantung pada jumlah curah hujan, yang bergantung pada musim. Aliran air sesaat bervariasi dari hari ke hari dengan minimumnya, yang biasanya terjadi pada akhir musim kemarau jika ditandai. Konsep aliran rata-rata tidak berlaku pada pembangkit listrik "di sepanjang aliran air"; namun, konsep ini memungkinkan seseorang untuk memperkirakan dengan lebih baik potensi keluaran energi infrastruktur jika akumulasi direncanakan. Aliran air rendah, yaitu aliran minimum sungai selama 24 jam, menentukan potensi keluaran daya minimal suatu instalasi. Jika pengamatan hidrologi (pengukuran aliran sungai) dilakukan selama beberapa tahun, maka dimungkinkan untuk menentukan aliran air minimum rata-rata yang dicapai setiap tahun, atau dimungkinkan untuk mengamatinya setiap 5 tahun, atau -bahkan lebih jarang-, setiap 10 tahun. Memang, tingkat keparahan kekeringan bervariasi tergantung pada tahunnya. Pengukuran aliran selama 365 hari tidak dapat menunjukkan apakah minimum yang diamati adalah kecepatan yang luar biasa (baik rendah atau tinggi) atau lebih tepatnya minimum rata-rata. Data hidrologi mungkin penting untuk desain pembangkit listrik tenaga air kecil yang diusulkan. Kurangnya aliran, dan dengan demikian kekurangan air, akan menyebabkan kekecewaan saat instalasi bekerja karena kesenjangan besar antara daya keluaran yang diharapkan dan daya sebenarnya yang tersedia. Tidak perlu mencari data hidrologi yang akurat jika daya keluaran instalasi yang diusulkan jauh di bawah penggunaan daya maksimum lokasi yang dipilih untuk proyek tersebut. Mengingat turbin akan ditempatkan di dekat sungai, sangat diinginkan untuk mengetahui variasi ketinggian air untuk menghindari air menyerbu fasilitas selama banjir.
Mengukur laju aliran dan tekanan untuk sungai
Kemiringan saluran, baik yang hampir horizontal maupun sangat curam, menentukan "ketinggian" yang tersedia. Ketinggian adalah perbedaan ketinggian antara titik tempat Anda mulai menangkap air (awal aliran atau pengalihan air) dan tempat Anda menggunakannya untuk konversi energi (tempat sistem hidroelektrik dipasang). Tingkat ketinggian yang berbeda memerlukan jenis roda yang berbeda. Sistem yang memerlukan ketinggian yang tinggi meliputi: turbin Pelton dan Turgo, serta roda air backshot dan overshot. Sistem yang memerlukan ketinggian yang rendah dan aliran yang tinggi adalah turbin Crossflow dan roda air breastshot. Terakhir, ketika tidak ada ketinggian yang tersedia sama sekali (aliran horizontal), roda air undershot dapat digunakan. [2]
Aliran air adalah laju pergerakan air melalui sungai pada saat tertentu. Aliran air harus konsisten di sepanjang aliran (dengan asumsi sungai memiliki masukan air). Karena sistem tenaga air menggunakan kekuatan air (tergantung pada massanya) dan energi potensialnya (tergantung pada ketinggiannya) untuk menghasilkan daya, laju aliran diperlukan saat menghitung keluaran energi dari sistem tenaga air.
Untuk menilai jumlah aliran dan tinggi muka air yang tersedia, keduanya perlu diukur. Ketinggian air dapat diukur menggunakan keran ukur atau meteran ketinggian. Aliran air dapat diukur dengan membangun bendungan sementara menggunakan pipa. Dengan mengisi wadah dengan volume air yang diketahui sambil mengukur waktu yang diperlukan untuk mengisi volume tersebut dengan stopwatch, kita dapat menentukan aliran air. Misalnya, jika kita memegang ember berisi lima galon langsung di aliran sungai dan membutuhkan waktu 4 detik untuk mengisinya, kita dapat menentukan bahwa aliran airnya adalah lima galon per empat detik, atau 75 galon per menit.
Tenaga mekanik
Sebelum tersedianya tenaga listrik komersial secara luas, tenaga mekanik sederhana diproduksi dan digunakan untuk irigasi , dan pengoperasian berbagai mesin, seperti kincir air , mesin tekstil, tempat penggergajian kayu, derek dermaga, dan lift rumah tangga.
Selama 2000 tahun, tenaga air telah dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat. Kincir air memainkan peran penting dalam industrialisasi awal di Eropa dan Amerika Utara, menggerakkan berbagai macam perusahaan manufaktur dan pemrosesan yang terdesentralisasi. Turbin air baja menyediakan lebih banyak tenaga di lokasi tertentu daripada kincir air, dan di AS banyak pabrik bertenaga kincir air diubah menjadi turbin air pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20. Pandai besi dan pengecoran logam memproduksi turbin dan memodifikasi desain selama periode inovasi hebat dan produksi yang menguntungkan ini. Pabrik yang menggunakan tenaga air menghasilkan: "... berbagai produk rumah tangga seperti perkakas dapur dan perkakas tepi, sapu dan sikat... furnitur, kertas... timah pensil... jarum dan peniti... jam tangan dan jam dinding, dan bahkan mesin cuci.... Untuk pertanian, mereka menghasilkan pupuk, bubuk mesiu, as roda, peralatan pertanian, tong, gagang kapak, roda, kereta. Ada pabrik wol, kapas, rami, dan linen... pabrik penyamakan kulit, pabrik sepatu bot dan sepatu... dan pabrik yang menghasilkan peralatan bedah dan instrumen ilmiah."
Selama berabad-abad, tenaga dari sumber daya hidroelektrik telah diambil alih oleh manusia: pada tahun 1688, mesin MARLY, yang dibangun dari 14 roda dan pipa, memungkinkan untuk memompa kembali air dari Sungai Seine, yang terletak pada ketinggian 162 m, untuk memenuhi kebutuhan kolam dan air mancur Versailles.
Beberapa pekerjaan yang dapat dilakukannya adalah menggergaji kayu dan menggiling biji-bijian. Air biasanya dipindahkan melalui berbagai cara; poros, katrol, roda, kabel, dan roda gigi. Tenaga air berasal dari Yunani yang menggunakan kincir air sumbu vertikal sejak 85 SM dan roda sumbu horizontal sejak 15 SM. Tenaga air merupakan satu-satunya sumber selain tenaga angin yang dapat melakukan pekerjaan yang bermanfaat hingga mesin uap muncul pada awal abad ke-19.
Metode lain menggunakan trompe untuk menghasilkan udara terkompresi dari air yang jatuh, yang kemudian dapat digunakan untuk menggerakkan mesin lain yang jauh dari air.
Contoh tenaga air
Untuk menghitung energi maksimum teoritis yang dapat dihasilkan dari pembangkit mikrohidro, diperlukan beberapa informasi. Di antaranya adalah persamaan Hazen-Williams, yang memungkinkan perhitungan kerugian akibat gesekan. Persamaannya adalah sebagai berikut: f=0,2083*(100/c) 1,852 *Q 1,852 /d 4,8655 , di mana c adalah koefisien hazen-williams dan hanya berlaku untuk pipa yang digunakan, Q adalah aliran dalam galon per menit, dan d adalah diameter pipa dalam inci. Koefisien hazen-williams c merupakan indikator seberapa "halus" dinding bagian dalam pipa; karena c ada di penyebut, nilai c yang lebih tinggi berkorelasi dengan gesekan yang lebih rendah.
Misalnya, untuk menemukan kehilangan gesekan aliran 500 gpm melalui pipa PVC 8" dengan nilai ac 150, persamaan Hazen-Williams memberikan kehilangan sebesar 0,613 kaki per pipa sepanjang 100 kaki. Setelah Anda menemukan kehilangan kaki per pipa sepanjang 100 kaki, Anda dapat mengalikan laju ini dengan panjang pipa untuk menentukan total kehilangan kaki. Anda kemudian akan mengurangi total kehilangan kaki dari total head untuk menemukan head bersih H yang akan Anda gunakan dalam perhitungan daya keluaran akhir Anda.
Untuk menentukan daya keluaran sistem tersebut, persamaan P=Q*H/k digunakan, di mana Q adalah laju aliran dalam galon per menit, H adalah kehilangan tekanan dalam kaki, dan k adalah konstanta 5.310 gal*ft/(min*kW). Untuk aliran 500 galon per menit dan kehilangan tekanan 60 kaki, daya maksimum akan ditemukan sebagai: (500 gal/min *60 kaki)/5.310 gal-ft/min*KW, yang menghasilkan 5,65 kW.
Nilai maksimum teoritis ini dicegah oleh kendala di dunia nyata, seperti efisiensi turbin, gesekan pipa, dan konversi dari energi potensial menjadi energi kinetik. Untuk menentukan berapa banyak energi yang dapat diproduksi oleh suatu pembangkit dengan efisiensi tertentu, kalikan saja nilai teoritis dengan efisiensi pembangkit. Efisiensi turbin umumnya berkisar antara 50-80%. Misalnya, jika pembangkit yang sama memiliki efisiensi 90%, 5,65 kW*0,9 = 5,085 kW.
Pembangkit Listrik Tenaga Air
Jenis
- Pembangkit listrik tenaga gelombang (dilengkapi generator mekanik dan listrik)
- Pembangkit listrik pasang surut (dilengkapi generator mekanik dan listrik)
- Pembangkit listrik arus pasang surut (dilengkapi generator mekanik dan listrik)
- Sistem konversi energi termal laut (dilengkapi generator mekanik dan listrik)
- Pembangkit listrik osmotik (dilengkapi generator mekanik dan listrik)
- Pembangkit listrik vortex (dilengkapi generator mekanik dan listrik)
- Pembangkit listrik aliran kontinyu (dilengkapi generator mekanik dan listrik) [3] [4] [5]
Perlu diketahui bahwa 4 sistem konversi energi teratas adalah sistem konversi energi laut (digunakan di laut terbuka), pembangkit listrik osmotik digunakan di tempat air tawar dan air asin bertemu (yakni muara sungai yang berakhir ke laut) dan 3 sistem konversi energi yang lebih rendah digunakan di sungai (air tawar), aliran air atau di cekungan/kolam.
Kategorisasi Pembangkit Listrik Tenaga Air Tawar
Kategori: tanaman juga dapat diklasifikasikan sebagai "di sepanjang aliran air" atau "lainnya". Yang pertama, "di sepanjang aliran air" menerima air dari sungai atau anak sungai tanpa infrastruktur pengumpulan (bendungan, kolam, kolam...). Volume air yang tersedia untuk turbin bergantung pada aliran air sungai sesaat.
Referensi
- ↑ Istilah sistem konversi energi hidro dan laut
- ↑ Kemandirian Praktis oleh Dick dan James Strawbridge
- ↑ Istilah sistem konversi energi arus sungai
- ↑ Istilah sistem konversi energi pasang surut
- ↑ Istilah sistem konversi energi gelombang
- Village Earth: Pembangkit Listrik Tenaga Air Buatan Sendiri: Energi dari Air / Tenaga Air
- Rencana dan produsen pembangkit listrik tenaga air
Lihat juga
- Perbandingan rotor berbilah untuk HECS
- pemanenan energi
- Sistem konversi energi angin
- Pasang surut
- Tangga ikan
