Energi tenaga air (hidroelektrisitas) mengubah energi potensial air menjadi energi listrik dengan mengalirkan air ke turbin yang memutar generator. Indonesia memiliki potensi energi hidro besar yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik bersih dan terbarukan guna mengurangi emisi karbon.

1. Energi Tenaga Air
(Hidroelektrisitas)
A. Apa yang dimaksud dengan energi?
Secara sederhana energy adalah hal yang membuat segala sesuatu di sekitar kita terjadi – kita
menggunakan energy untuk semua hal yang kita lakukan. Energy terdapat pada semua benda seperti
manusia, tanaman, binatang, mesin, dan elemen-elemen alam (matahari, angin, air, dsb).
Secara lebih ilmiah, energy menentukan kapasitas di mana semua obyek yang ada harus melakukan
tugasnya.
B. Sumber Energi
Ada banyak sumber-sumber energy utama dan digolongkan menjadi dua kelompok besar yang
dibahas pada alinea-alinea berikut:
Energi konvensional adalah energy yang diambil dari sumber yang hanya tersedia dalam
jumlah terbatas di bumi dan tidak dapat diregenerasi. Sumber-sumber energy ini akan
berakhir cepat atau lambat dan berbahaya bagi lingkungan.
Energi terbarukan adalah energy yang dihasilkan dari sumber alam seperti matahari, angin,
dan air dan dapat dihasilkan lagi dan lagi. Sumber akan selalu tersedia dan tidak merusak
lingkungan.
Sumber-sumber energy konvensional dan terbarukan bisa dikonversi menjadi sumber-sumber
energy sekunder, seperti listrik. Listrik berbeda dari sumber-sumber energy lainnya dan dinamakan
sumber energy sekunder atau pembawa energy karena dimanfaatkan untuk menyimpan,
memindahkan, atau mendistribusikan energy dengan nyaman. Sumber energy primer dibutuhkan
untuk menghasilkan energy listrik.
C. Eenergi Tenaga Air
a. Apa yang dimaksud dengan energy tenaga air?
Hidro berarti air. Energy air/hidro menggunakan gerakan air yang disebabkan oleh gaya
gravitasi yang diberikan pada substansi yang kurang lebih 1000 kali lebih berat daripada
udara, sehingga tidak peduli seberapa lambat aliran air, ia akan mampu menghasilkan
sejumlah energy.
Energy tenaga air adalah sumber energy ramah lingkungan yang telah digunakan sejak
sejak berabad-abad lalu. Aliran air diarahkan untuk menggerakkan turbin yang akan
menghasilkan energy listrik yang disebut sebagai energy tenaga air.
Kincir air dan energy hidroelektrik merupakan bentuk-bentuk dari energy tenaga air.
Bendungan hidroelektrik adalah contoh energy air dalam skala besar, bahkan 16% dari
energy listrik dunia disumbang oleh energy tenaga air.
Hidroelektrisitas | 1

2. b. Bagaimana cara kerjanya?
Energi tenaga air mengubah energi potensial yang terdapat di dalam
air. Aliran air yang mengandung energi potensial tersebut, selanjutnya
dialirkan ke turbin yang akan menghasilkan energi listrik. Jenis-jenis tenaga
air dapat diklasifikasikan berdasarkan head (ketinggian jatuhnya air),
kapasitas dan tipe grid,
1. Klasifikasi berdasarkan head
Head tinggi : H > 100 m
Head menengah : 30 – 100 m
Head rendah : 2 – 30 m
2. Klasifikasi berdasarkan kapasitas
PLTA Pico : < 500 W
PLTA Micro : 0,5 – 100 kW
PLTA Mini : 100 – 1000 kW
PLTA Kecil : 1 – 10 MW
PLTA Skala Penuh: > 10 MW
3. Klasifikasi berdasrkan jenis head
Run-of-the-river
Bentuk yang paling sederhana dalam konteks PLTAmikro dan
mini. Skema ini tidak memanfaatkan bendungan untuk
mengarahkan air ke bangunan penyadap, melainkan
mengubah laju aliran air menuju turbin melalui pipa atau
penstock.
Sistem penyimpanan
Dalam penggunaan system ini, air akan disimpan terlebih
dahulu dalam jangka waktu tertentu (beberapa jam atau
dalam beberapa bulan) dan akan digunakan untuk
menghasilkan energy ketika dibutuhkan.
System pompa penyimpanan
Ketika terjadi kebutuhan listrik yang rendah atau kelebihan
kebutuhan listrik secara tiba-tiba, maka pompa secara
otomatis akan mengisi penuh tangki penyimpanan. Namun
apabila terjadi lonjakan kebutuhan listrik yang tinggi, maka
tangki yang ada akan segera dikosongkan menuju tubin untuk
memenuhi kebutuhan produksi yang mencukupi.
4. Klasifikasi berdasrkan tipe jaringan listrik
Sistem jaringan listrtik tersambung
Jika jaringan listrik sudah terpasang, energy hidro dapat
langsung disambungkan dengan jaringan listrik nasional.
Sistem jaringan berdiri sendiri
Pembangkit listrik tenaga air tidak tersambung dengan
jaringan listrik nasional.
Perlu diingat bahwa head dan arus air adalah parameter utama yang
harus dipertimbangkan dalam perencanaan pembangkit tenaga hidro.
Sebuah pengatur elektronis dihubungkan dengan generator. Pengatur
ini menyamakan tenaga listrik yang dihasilkan dengan beban yang
Hidroelektrisitas | 2

3. diberikan. Alat ini dibutuhkan untuk menyetabilkan tegangan dari
perubahan-perubahan.
Perlu diketahui
Cara kerja pembangkit tenaga hidro
o Bendungan PLTA menggunakan reservoir untuk
menghasilkan energi potensial dari air bendungan.
o Aliran air mengalir melalui sebuah pipa yang
disebut sebuah penstock. (Salah satu keunggulan
penyaluran daya air dari bendungan).
o Air mengalir melalui penstock menuju turbin dan
memaksa turbin untuk bergerak dan selanjutnya
generator mulai memproduksi energi listrik.
Komponen dari enegi tenaga air
o Reservoir: Sebuah waduk digunakan untuk menyimpan air
untuk digunakan ketika diperlukan.
o Intake (Bangunan Penyadap): Sebuah tempat untuk
mengalirkan air ke pipa.
o Penstock: Penstock mengalirkan air dari bangunan
penyadap menuju ke pembangkit tenaga listrik.
o Turbin: Turbin mengkonversikan energi potensial dari air
menjadi energi rotasi mekanik.
o Generator: Generator mengubah energi mekanik menjadi
energi listrik.
o Transformer: Sebuah alat yang berguna
menyebarkan,meningkatkan atau menurunkan tegangan
sehingga dapat ditransmisi melalui jalur transmisi sesuai
dengan voltase yg diinginkan.
o Jalur Transmission: Listrik disalurkan ke gardu dan
didistribusikan ke konsumen melalui jaringanlistrik.
c. Mengapa Indonesia perlu menggunakan pembangkit listrik tenaga air?
Indonesia memiliki potensi tenaga air sampai sebesar 62,2 GW
termasuk 458 MW potensi mikro hidro bagi masyarakat pedesaan
dan terpencil.
Pembangkit Mini-hidro dapat mengurangi emisi bahan bakar fosil CO2
sekitar 4.000 ton per tahun.
Sumber daya energi terbarukan yang bersih dan gratis.
Tidak ada limbah atau emisi.
Masyarakat akan mendapatkan keuntungan dari peningkatan
stabilitas jaringan listrik.
Sistem Mikro hidro dapat menyuplai listrik tanpa mempengaruhi
kualitas air, tanpa mempengaruhi habitat, dan tanpa mengubah rute
atau aliran sungai.
Emisi CO2 untuk PLTA 3,65 mini hidro MW adalah 0,88 kg CO2/kWh.
Hidroelektrisitas | 3

4. Sistem Micro hidro dapat dikombinasi dengan sistem energi surya
untuk menghasilkan energi pada musim dingin, di mana banyak aliran
air dan minimnya energi surya.
d. Hal Teknis Berkaitan dengan Cara Mengukur Debit Air
Terdapat beberapa metode pengukuran arus tergantung ukuran anak sungai atau
sungai.
Metode Bucket untuk debit kecil (210/s)
o Penting untuk menggunakan tangki
besar (1000 L) dengan saluran pembuang
di bagian bawah.
o Aliran air yang akan diukur dialihkan ke
dalam tangki sudah diketahui volumenya.
o Waktu yang diperlukan untuk mengisi
tangki harus dicatat.
o Dengan membagi volume (dalam liter)
dari tangki dengan waktu pengisian
(dalam detik) maka aliran dalam liter/detik dapat dihitung.
Metode Float untuk debit > 201/s
Untuk panjang sungai yang diketahui ,
penampang rata-rata harus tersedia, di
mana botol plastic diisi setengah air
dan dilepaskan ke sungai yang diukur
dengan diberi batas waktu yang lebih
panjang. Dengan mengalikan luas
penampang dengan kecepatan aliran
rata-rata (atau kecepatan), perkiraan
laju air dapat dibuat.
o Mengukur Head
Menggunakan ketinggian air
1. Mulai pengukuran dari
bagian atas perkiraan tinggi
permukaan air pada posisi
bak pengatur yang
ditentukan.
2. Pengukuran kedua dilanjutk
an pada tingkat lebih rendah dari ukuran sebelumnya.
3. Lanjutkan pengukuran sampai mencapai posisi turbin, jumlahkan
semua hasil pengukuran untuk mendapatkan ukuran kotor dari
Hidroelektrisitas | 4

5. head.
o Altimeter
Alat ini bekerja berdasarkan
tekanan atmosfer. Tekanan ini
berbeda pada berbagai
ketinggian. Tekanan meningkat
pada ketinggian di atas
permukaan laut. Head adalah
perbedaan antara elevasi 1 dan
elevasi 2.
o Clinometer
Berbagai pengukuran dapat dilakukan clinometer.
Untuk mengukur sudut, clinometers harus digantung
secara vertical. Perbedaan ketinggian antara kedua titik
tersebut dapat diperkirakan.
o Theodolite
Adalah sebuah instrument survey tanah yang dapat
mengukur ketinggian, sudut, dan jarak dengan cara
yang paling akurat, namun peralatan ini sangat mahal
dan memerlukan operator yang professional untuk
mengoperasikannya.
e. Apa kekurangan dari penggunaan energy tenaga air?
Bendungan sangat mahal untuk dibangun dan memerlukan lahan
yang luas.
Berpotensi kerusakan ekosistem dan kualitas air.
Pembendungan yang berlebihan dan perusakan wilayah adat
adalah hasil dari perencanaan yang buruk.
Hanya berguna jika dekat dengan sumber air.
Bergantung pada pengurusan wilayah resapan air yang baik dan
sehat.
Hidroelektrisitas | 5

6. f. Turbin Air
Adalah komponen kunci atau
jantung dari pembangkit tenaga
hidro. Ia bertanggung jawab
untuk memastikan terjadinya
energy listrik dari aliran energy
air dan mekanik. Jadi, pemilihan
turbin air bergantung pada arus
dan kondisi head sebuah lokasi
yang spesifik.
Berbeda denagan listik tenaga
surya, proses konversi energy
yang terjadi pada turbin
menghasilkan listrik bolak-balik
yang dapat langsung dialirkan ke
jaringan.
g. Tipe Turbin
Turbin Reaksi
Adalah turbin yang benar-benar terendam air, sehingga head efektif bekerja pada kedua
sisi turbin – tekanan dapat positif (mendorong)
atau negative (menghisap).
1. Turbin Francis
1) Jenis turbin reaksi.
2) Komponen Runner tenggelam dalam
air sepenuhnya.
3) Terdiri dari deretan bilah melengkung.
4) Regulasi aliran dilakukan melalui
deretan yang dapat diatur.
5) Prakondisi
i. Mulai operasi antara 25 m < H < 350 m
ii. H = head atau ketinngian air terjun.
6) Keuntungan
i. Operasional yang handal.
ii. Konstruksi sederhana.
iii. Tingginya efisiensi.
7) Kerugian
i. Tidak cocok untuk lokasi dengan Head (ketinggian air terjun) yang
tinggi.
2. Turbin Propeler (Kaplan)
1) Jenis turbin reaksi.
2) Kaplan adalah jenis turbin tertua dengan konfigurasi sebuah ulir dan
gerbang kecil radial untuk pengaturan aliran.
Hidroelektrisitas | 6

7. 3) Turbin Kaplan memiliki pisau yang dapat diatur dan disesuaikan melalui
gerbang kecil dan menghasilkan efisiensi terbaik terbaik atas berbagai laju
aliran.
4) Prakondisi
i. Mulai operasi antara 2 m < H < 40 m
ii. Memerlukan system yang tinggi alirannya.
5) Keuntungan
i. Turbin propeller dapat
berjalan kecepatan tinggi
dan head yang rendah.
ii. Turbin Kaplan sangat efisien.
6) Kerugian
i. Mahalnya pemeliharaan dan
investasi.
ii. Tidak cocok untuk lokasi
dengan head yang tinggi.
Turbin Impuls
Di dalam sebuah turbin impuls seperti Pelton air menerjang saluran turbin di bawah
tekanan. Setelah air menerjang pisau turbin, tidak ada energy yang tersisa dalam aliran
sehingga tidak ada efek hisap. Tekana air tidak berbubah karena mengalir melalui turbin.
1. Turbin Cross Flow
1) Jenis turbin impuls.
2) Ketika air masuk ke turbin akan diarahkan oaleh satu atau lebih baling-baling
yang terletak di hulu runner dan melintas dua kali sebelum menginggalkan
turbin.
3) Prakondisi
i. Mulai operasi dengan kepala antara 5 m < H < 200 m
4) Keuntungan
i. Desain sederhana sehingga
menyebabkan produksi yang baik
dan tersandardisasi.
ii. Murah dan kuat.
iii. Dibandingkan dengan turbin lainnya,
turbin cross flow biayanya lebih
rendah.
iv. Sangat dianjurkan untuk kondisi
seperti di Indonesia.
5) Kerugian
i. Turbin cross flow memiliki efisiensi
hingga 80% lebih rendah dibandingkan dengan jenis turbin lainnya.
2. Turbin Pelton
1) Sebuah turbin impuls.
2) Turbin yang terdiri dari sejumlah ruang penampung untuk menangkap
aliran air.
3) Untuk arus yang lebih tinggi jumlah ruang penampung dapat ditingkatkan.
Hidroelektrisitas | 7

8. 4) Turbin yang sangat efisien.
5) Prakondisi
i. Mula operasi antara 50 m < H < 1300 m
ii. Membutuhkan system aliran
air yang rendah.
6) Keuntungan
i. Konstruksi yang kompak.
ii. Stabil dijalankan.
iii. Mudah dioperasikan.
7) Kerugian
i. Tidak cocok untuk lokasi yang
headnya rendah.
ii. Tidak cocok untuk system
aliran airnya tinggi.
Turbin yang akan digunakan dalam kasus tertentu tergantung tidak hanya
pada ketinggian jatuhnya air (kiri sumbu Y) tetapi juga oleh aliran air (kiri
sumbu X) dan factor lainnya.
Hidroelektrisitas | 8

9. Turbin Pico
1) Pico-hydro adalah istilah yang digunakan untuk pembangkitan listrik tenaga
air kurang dari 5 kW.
2) Pembangkit listrik ini membantu di daerah pedesaan atau komunitas di
mana tidak banyaknya permintaan listrik.
3) Pembangkit listrik ini biasanya dipasang pada aliran sungai atau aliran irigasi.
4) Tipe Turbin:
a) High Head Turbines
Untuk system head yang lebih tinggi, turbin Pelton adalah pilihan
turbin yang sempurna karena turbin pelton secara khsusus dibentuk
untuk mendapatkan energy sebanyak mungkin.
b) Medium Head Turbines
Pompa sebagai turbin adalah pilihan tepat untuk tempat-
tempat yang memiliki head menengah. Turbin ini memiliki kelebihan
seperti ketersediaan yang lebih mudah dan telah dilengkapi motor
induksi yang dapat digunakan sebagai generator.
Turbin Turgo merupakan alternative yang lebih baik untuk
system dengan head menengah hingga tinggi, dengan efisiensi lebih
dari 70% bahkan untuk turbin pico sekalipun.
Turbin Cross Flow biasanya digunakan dan cukup mudah
untuk diproduksi secara local, misalnya di Indonesia.
c) Low Head Turbines
Tedapat beberapa pilihan yang berbeda untuk situs yang
memiliki head rendah, sama seperti kincir air tradisional.
Kesemuanya cenderung besar dan berjalan lambat, namun
mempunyai keuntungan dengan tidak ada penyumbatan dari
dedaunan atau material lainnya.
Turbin Propeler dan turbin Cross Flow kecil dapat
ditempatkan mengambang di sungai dengan struktur bangunan
sementara dapat menyediakan listrik untuk satu atau beberapa
rumah tangga, juga merupakan pilihan skema untuk head yang
rendah.
5) Keuntungan Pico Hidro
i. Sederhana dan mudah untuk diinstal.
ii. Peningkatan kualitas udara karena tidak ada lampu minyak tanah
yang dibutuhkan.
iii. Resiko kebakaran berkurang.
6) Kerugian Pico Hidro
i. Konsumen berkewajiban untuk membayar tarif setiap bulan.
ii. Karena pico hidro sering dijual dalam system terpadu, pengguna
bergantung pada pemasok bila ada sesuatu yang salah.
Hidroelektrisitas | 9

10. Kincir Air
Adalah mesin antic yang memanfaatkan aliran air di sungai untuk menghasilkan
tenaga atau untuk pengairan sawah. Kincir air terdiri dari bamboo, logam, atau roda
kayu dengan sejumlah ember atau bilah-bilah yang pada tepi paling luar membentuk
permukaan kemudi. Kincir air telah digunakan untuk menenagai penggilingan sejak
ratusan tahun. Kini, kincir air telah dimodifikasi untuk produksi listrik. Ada dua jenis
kincir air yaitu: kincir air undershot dan kincir air overshot.
Hidroelektrisitas | 10

11. 1. Kincir Air Undershot
1) Air mengalir ke bilah-bilah di bawah roda.
2) Air jatuh pada bilah dan membuat roda berputar menghasilkan energy
mekanik.
3) Sementara roda memutar, ruangan penampung air membawa air dari
tempat yang lebih rendah ke reservoir yang lebih tinggi sampai 3 m.
4) Kemudian dari reservoir yang lebih tinggi, air dikirim ke sawah menggunakan
system pemipaan yang dibangun dari bamboo.
5) Prakondisi
Cara ini diterapkan di mana aliran air cukup kuat untuk memasok torsi atau
energy yang terukur untuk memutar roda dengan kecepatan produktif.
6) Keuntungan
i. Murah dan sederhana untuk dibangun.
ii. Kincir air undershot adalah contoh teknologi hijau, berdampak
negative minimal terhadap lingkungan. Namun, penempatan kincir
harus mempertimbangkan ekosistem local untuk memastikan
dampak yang sangat kecil pada satwa liat setempat dan pola
pemijahan ikan.
iii. Rendahnya biaya operasi dan pemeliharaan karena ketersediaan
bahan seperti kayu dan bamboo di Indonesia.
7) Kerugian
Kincir air undeshot kurang bertenaga.
2. Kincir Air Overshot
1) Sebuah bendungan dan kolam dibangun dan digunakan untuk mengarahkan
air ke atas kincir di mana air akan tertampung dalam ember-ember.
2) Perbedaan berat air dalam ember menyebabkan kincir bergerak.
3) Ketika sebuah ember terisi, kincir mulai berputar dan dan ember yang telah
mencapai dasar roda itu terbalik dan air keluar.
4) Ember tersebut harus berputar di sekitar kincir sampai akan kembali ke
puncak untuk diisi sekali lagi.
Hidroelektrisitas | 11

12. 5) Keuntungan
i. Untuk memutar kincir, kincir air overshot tidak membutuhkan aliran
air cepat.
ii. Gravitasi digunakan.
iii. Lebih efisien dari kincir air undershot (60%).
iv. Selama kemarau, air dalam bendungan dapat digunakan untuk kincir.
6) Kerugian
i. Mahal dan rumit konstruksinya.
h. Aplikasi
Ilustrasi ini memberikan gambaran dari aplikasi utama untuk system eneregi hidro.
Indonesia memiliki potensi tenaga air besar sampai dengan 62,2 GW termasuk mikro
hidro dari 458 MW untuk masyarakat pedesaan dan terpencil, di mana sejauh ini hanya
kapasitas 5 mW diperkirakan telah terpasang di daerah pedesaan. Berikut ini adalah
gambaran beberapa contoh aplikasi mikro hidro di Indonesia.
1) Di desa Lisuananda, Sulawesi, pembangkit listrik mikro hidro yang didanai
oleh PPK (Pra kursor ke Green PNPM) dengan kapasitas yang tersedia 8 kW,
menyediakan listrik untuk 85 rumah tangga. Listrik digunakan untuk
penerangan, televisi, radio, infrastuktur social seperti sekolah, pusat
kesehatan, gereja, kantor desa, serta mengalirkan air ke ladang beras, dan
untuk menggerakkan penggilingan padi.
2) Di Tanjung Durian, Sumatra Barat, pembangkit listrik tenaga mikro hidro 10
kW menyediakan penerangan di malam hari untuk 90 rumah tangga dan
menjalankan unit penggilingan padi pada siang hari.
3) Di Selolimon, Jawa Timur, 23 kW pembangkit mikro hidro menyediakan
listrik untuk 45 rumah tangga, sebuah pusat pembelajaran lingkungan hidup,
sebuah bisnis kecil, dan dua sekolah. Aplikasi penggunaan adanalah
penerangan, televisi, radio, penanak nasi, penghancur kertas, dan menjual
listrik ke jaringan listrik.
Hidroelektrisitas | 12