Primary energy
Primary energy
1. Nuclear reaction
a. Nuclear power
b. Fossil fuels
c. Biomass
d. Photovoltaic
e. Solar-thermal
f. Wind
2. Nuclear reaction &
gravitational force
a. Hydropower
3. Gravitational force
a. Geothermal
b. Tidal
Figure Source:
1) Jaccard, M. (2005). Sustainable fossil fuels: The unusual suspect in the quest for clean and enduring energy. Cambridge, UK: Cambridge University
Press.
Hydropower
What Is Hydropower?
Air merupakan sumber energi yang bersih dan berlimpah serta tidak
menghasilkan emisi yang mencemari lingkungan.
Hydropower adalah energi terbarukan yang diperoleh dari pergerakan air,
seperti sungai, danau, atau laut. Energi kinetik atau potensial air dimanfaatkan
untuk menghasilkan listrik melalui pembangkit listrik tenaga air (PLTA).
Bendung air pada umumnya digunakan sebagai rekayasa potensial air pada
hydropower dan memungkinkan pengaturan aliran air, pengendalian banjir,
maupuan menyediakan air untuk irigasi dan konsumsi manusia
How Earth Water From?
Hydropower
Space/rock
Hydrologic Cycle
Hydropower
History
Pemanfaatan tenaga air digunakan untuk menggiling biji-bijian seperti gandum
bahkan untuk mengatur saluran irigasi.
Hydropower
History
Pada akhir abad ke-19, generator air mulai dikembangkan sebagai pembangkit
listrik
Hydropower
Modern Hydropower
1. 2003: Three Gorges Dam di Tiongkok mulai beroperasi, menjadi PLTA
terbesar di dunia dengan kapasitas 22.500 MW.
2. 2010-an: Pengembangan PLTA berfokus pada teknologi turbin yang lebih
efisien dan ramah lingkungan.
3. 2020-an: Negara-negara mulai mengombinasikan PLTA dengan energi
terbarukan lain seperti tenaga surya dan angin.
4. Tren masa kini: Fokus pada PLTA mini dan mikro untuk daerah
terpencil serta efisiensi energi dalam PLTA skala besar.
Hydropower
Three Gorges Dam
Bendung terbesar di dunia setinggi 185 meter dan membentang sepanjang
2.3 km.
Three Gorges Dam menyuplai 32 turbin Francis dengan masing masing
output 700 MW.
Hydropower
Hydropower
Country
GW
install
capacity
1 China 370.2
2 Brazil 109.3
3 U.S. 102.0
4 Canada 82.0
5 India 50.5
6 Japan 49.9
7 Russia 49.9
8 Norway 33.0
9 Turkey 31.0
10 France 25.5
Hydropower
Working Layout
Hydropower
Hydropower Generator
Air harus jatuh dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah
untuk melepaskan energi yang tersimpan.
Perbedaan antara ketinggian ini (ketinggian air di forebay dan tailbay) disebut
head.
Bendung:
high-head (lebih dari 245 meter)
medium-head (30 to 245 meter)
low-head (kurang dari 30 meter)
Hydropower
Hydropower Scale
Large-hydro
Lebih dari 100 MW mengalirkan listrik ke jaringan listrik utama
Medium-hydro
15 - 100 MW hanya digunakan sebagai feeding grid
Small-hydro
1 - 15 MW - hanya digunakan sebagai feeding grid
Mini-hydro
Lebih dari 100 kW, dan kurang dari 1 MW
Baik skema standalone atau lebih sering dimasukkan ke dalam jaringan listrik
(grid)
Micro-hydro
5kW up to 100 kW
Biasanya menyediakan listrik untuk industry dan pedesaan di daerah
terpencil yang jauh dari jaringan listrik.
Pico-hydro
From a few hundred watts up to 5kW. Dapat digunakan individu
Hydropower
HydropowerTurbines Design
Hydropower
Hydropower Classification
Turbin Reaksi
• Mendapatkan daya dari penurunan tekanan di turbin
• Terbenam sepenuhnya di dalam air
• Gerakan sudut & linier diubah menjadi daya poros
• Turbin propeller, Francis, dan Kaplan
Turbin Impuls
• Mengubah energi kinetik dari water jet yang mengenai bucket
• Tidak ada penurunan tekanan di seluruh turbin
• Turbin Pelton,Turgo, dan aliran silang
Hydropower
Schematic of FrancisTurbine
Kinerja turbin dapat mencapai efisiensi tinggi dengan head aliran yang
rendah, dengan mengatur sudu turbin dan sudu penyearah.
Hydropower
KaplanTurbine Schematic
Kinerja turbin Kaplan tidak sefleksibel turbin Francis, namun memiliki
ketahanan terhadap head aliran yang tinggi.
Hydropower
Vertical KaplanTurbine
Hydropower
Horizontal KaplanTurbine
Hydropower
Pelton WheelTurbine
Hydropower
TurgoTurbine
Hydropower
Turbine Design Ranges
2 < H < 40
10 < H < 350
50 < H < 1300
50 < H < 250
(H = head in meters)
• Kaplan
• Francis
• Pelton
• Turgo
Hydropower
Turbine Ranges of Application
Hydropower
Turbine Design
Recommendations
Pelto
n
Turgo
Multi-jet
Pelton
Crossflo
w Turgo
Multi-jet
Pelton
Crossflow
Francis
Pump-as-
Turbine
Propelle
r
Kaplan
Head Pressure
High Medium Low
Impulse
Reaction
Hydropower
Hydropower Calculations
P  g   Q 
H
 P = power in kilowatts
(kW)
 g = gravitational
acceleration (9.81 m/s2)
  = turbo-generator
efficiency (0<n<1)
 Q = quantity of water
Hydropower
Production Expense Comparison
Hydropower
Environmental Impacts
• Hilangnya hutan, habitat satwa liar, spesies
• Degradasi daerah tangkapan air di hulu akibat tergenangnya daerah
waduk
• Vegetasi yang membusuk juga mengeluarkan gas rumah kaca
• Hilangnya keanekaragaman hayati perairan, perikanan, dan layanan hilir
lainnya
• Dampak kumulatif pada kualitas air, banjir alami
• Mengganggu transfer energi, sedimen, nutrisi
• Sedimentasi mengurangi masa pakai waduk, mengikis turbin
• Penciptaan habitat lahan basah baru
• Peluang memancing dan rekreasi disediakan oleh waduk baru
27
Questions?
28

Week 9 hp.pptx hidro power energy engineering