TENAGA HIDROLIK: KARAKTERISTIK, CARA KERJANYA, KELEBIHAN, KEGUNAAN - LINGKUNGAN HIDUP - 2024

Tenaga hidrolik adalah kemampuan air untuk menghasilkan pekerjaan berupa gerak, cahaya dan panas berdasarkan potensi dan energi kinetiknya. Ini juga dianggap sebagai energi terbarukan yang bersih dan berkinerja tinggi.

Energi ini ditentukan oleh aliran, ketidakseimbangan antara titik-titik di permukaan tanah yang dilalui air dan gaya gravitasi. Ini telah digunakan oleh manusia sejak zaman kuno untuk melakukan pekerjaan yang berbeda.

Itaipú Dam (Brasil dan Paraguay). Sumber: Angelo Leithold

Salah satu penggunaan pertama energi hidrolik adalah untuk menggerakkan pabrik air yang memanfaatkan tenaga arus. Dengan cara ini, melalui roda gigi, batu gilingan dapat digerakkan untuk mengirik gandum.

Saat ini penerapannya yang paling relevan adalah pembangkitan energi listrik melalui pembangkit listrik hidrolik atau pembangkit listrik tenaga air. Pembangkit listrik ini pada dasarnya terdiri dari bendungan dan sistem turbin serta alternator.

Air terakumulasi di bendungan antara dua tingkat saluran (ketidakrataan geodesik), menghasilkan energi potensial gravitasi. Selanjutnya, arus air (energi kinetik) mengaktifkan turbin yang mengirimkan energi tersebut ke alternator untuk menghasilkan energi listrik.

Di antara keuntungan energi hidrolik adalah dapat diperbarui dan tidak berpolusi, tidak seperti sumber energi lainnya. Di sisi lain, ini sangat efisien dengan hasil berkisar antara 90 - 95%.

Dampak lingkungan dari pembangkit listrik tenaga air dikaitkan dengan variasi suhu dan perubahan fisik aliran air. Demikian juga, limbah minyak dan lemak diproduksi yang disaring dari mesin.

Kerugian utamanya adalah perubahan fisik yang diakibatkannya karena sebagian besar lahan tergenang air dan aliran serta aliran alami sungai berubah.

Pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia adalah The Three Gorges, yang terletak di Cina, di Sungai Yangtze. Dua lainnya yang penting adalah yang berasal dari Itaipú di perbatasan antara Brasil dan Paraguay dan pembangkit listrik tenaga air Simón Bolívar atau Guri di Venezuela.

karakteristik

Sumber energi hidrolik adalah air dan dianggap sebagai energi terbarukan selama siklus air tidak diubah. Demikian pula, dapat menghasilkan pekerjaan tanpa menghasilkan limbah padat atau gas pencemar dan oleh karena itu dianggap sebagai energi bersih.

kinerja

Efisiensi energi mengacu pada hubungan antara jumlah energi yang diperoleh dalam suatu proses dan energi yang diperlukan untuk diinvestasikan di dalamnya. Dalam hal energi hidrolik, kinerja antara 90 sampai 95% dicapai tergantung pada kecepatan air dan sistem turbin yang digunakan.

Bagaimana tenaga air bekerja?

Skema pembangkit listrik tenaga air. Sumber: Pengguna: Tomia

Transformasi energi matahari menjadi energi kinetik

Fondasi dari energi hidrolik ada pada energi matahari, topografi tanah dan gravitasi bumi. Dalam siklus air, energi matahari menyebabkan penguapan dan kemudian air mengembun dan mengendap di bumi.

Akibat dari tanah yang tidak rata dan gaya gravitasi, arus air permukaan terjadi di permukaan bumi. Dengan cara ini, energi matahari diubah menjadi energi kinetik karena pergerakan air melalui gabungan aksi ketidakrataan dan gravitasi.

Nantinya energi kinetik air dapat diubah menjadi energi mekanik yang mampu melakukan pekerjaan. Misalnya, bilah dapat digerakkan yang mengirimkan gerakan ke sistem roda gigi yang dapat mengoperasikan berbagai perangkat.

Besarnya energi hidrolik ditentukan oleh ketidakrataan antara dua titik dasar sungai dan alirannya. Semakin besar ketidakrataan tanah maka semakin besar pula potensi dan energi kinetik air serta kemampuannya untuk menghasilkan pekerjaan.

Dalam pengertian ini, energi potensial adalah energi yang terakumulasi dalam badan air dan berhubungan dengan ketinggiannya relatif terhadap tanah. Di sisi lain, energi kinetik adalah energi yang dilepaskan air dalam gerakan jatuh sebagai fungsi dari topografi dan gravitasi.

Produksi listrik dari tenaga air (Hidroelektrik)

Energi kinetik yang dihasilkan oleh air yang jatuh dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Ini dicapai dengan membangun bendungan tempat air menumpuk dan ditahan pada berbagai tingkat ketinggian.

Dengan demikian, energi potensial air berbanding lurus dengan perbedaan ketinggian antara satu titik dengan titik lainnya dan ketika air jatuh ia diubah menjadi energi kinetik. Selanjutnya, air melewati sistem bilah yang berputar dan menghasilkan energi kinetik rotasi.

Gerakan rotasi memungkinkan sistem roda gigi bergerak yang dapat mengaktifkan sistem mekanis seperti pabrik, roda atau alternator. Dalam kasus khusus pembangkit listrik tenaga air, sistem tersebut memerlukan sistem turbin dan alternator untuk menghasilkan listrik.

Turbin

Turbin terdiri dari sumbu horizontal atau vertikal dengan sistem sudu-sudu yang memutar sumbu dengan gaya air.

Ada tiga tipe dasar turbin hidrolik:

Turbin pelton

Turbin pelton. Sumber: Robertk9410

Ini adalah turbin impuls tekanan tinggi dengan sumbu horizontal yang bekerja tanpa benar-benar terendam. Impeler memiliki rangkaian bilah cekung (bilah atau gigi) yang digerakkan oleh semburan air.

Semakin banyak semburan air yang mengenai turbin, semakin besar tenaga yang dihasilkannya. Turbin jenis ini digunakan untuk air terjun dari ketinggian 25 hingga 200 meter dan mencapai efisiensi hingga 90%.

Turbin Francis

Turbin Francis. Sumber: Pengunggah asli adalah Stahlkocher di Wikipedia Jerman.

Ini adalah turbin reaksi tekanan menengah dengan sumbu vertikal dan bekerja sepenuhnya terendam air. Impeler terdiri dari bilah yang digerakkan oleh led air melalui distributor.

Ini dapat digunakan di air terjun dari ketinggian 20 hingga 200 meter dan mencapai efisiensi 90%. Ini adalah jenis turbin yang paling sering digunakan pada pembangkit listrik tenaga air besar di dunia.

Turbin Kaplan

Turbin Kaplan. Sumber: TheRunnerUp

Ini adalah varian dari turbin Francis dan, seperti itu, memiliki sumbu vertikal, tetapi impelernya terdiri dari serangkaian bilah yang dapat dikemudikan. Ini adalah reaksi tekanan tinggi dan bekerja sepenuhnya terendam air.

Turbin Kaplan digunakan untuk air terjun setinggi 5 hingga 20 meter dan efisiensinya dapat mencapai 95%.

Alternator

Alternator adalah sebuah perangkat yang memiliki kemampuan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik melalui induksi elektromagnetik. Jadi, kutub magnet (induktor) diputar di dalam kumparan dengan kutub bolak-balik dari bahan konduktif (misalnya luka tembaga pada besi lunak).

Pengoperasiannya didasarkan pada fakta bahwa konduktor yang dikenakan medan magnet variabel untuk waktu tertentu, menghasilkan tegangan listrik.

Keuntungan

Tenaga hidrolik banyak digunakan karena mempunyai banyak aspek positif. Di antaranya yang dapat kami soroti:

Itu ekonomis

Meskipun dalam kasus pembangkit listrik tenaga air, investasi awalnya tinggi, secara umum dalam jangka panjang ini adalah energi yang murah. Ini karena stabilitas dan biaya perawatan yang rendah.

Selain itu, kompensasi ekonomi yang diberikan oleh waduk dengan kemungkinan untuk budidaya, olah raga air dan pariwisata harus ditambahkan.

Itu bisa diperbarui

Karena didasarkan pada siklus air, ini adalah sumber energi yang dapat diperbarui dan berkelanjutan. Ini menyiratkan bahwa tidak habis pada waktunya tidak seperti energi dari bahan bakar fosil.

Namun, kontinuitasnya bergantung pada siklus air yang tidak diubah di suatu wilayah atau secara global.

Performa tinggi

Energi hidrolik dinilai sangat efisien dan dengan performa yang tinggi yaitu antara 90 hingga 95%.

Itu tidak mencemari

Jenis energi ini menggunakan sumber alami seperti air dan juga tidak menghasilkan limbah atau gas pencemar. Oleh karena itu, dampaknya terhadap lingkungan tergolong rendah dan dianggap sebagai salah satu bentuk energi bersih.

Kehadiran waduk

Dalam kasus di mana waduk dibangun untuk penggunaan energi hidroelektrik, berikut serangkaian manfaat tambahan:

- Mereka memungkinkan untuk mengatur aliran sungai dan menghindari banjir.
- Mereka mewakili reservoir air untuk konsumsi manusia, irigasi dan keperluan industri.
- Dapat digunakan sebagai tempat rekreasi dan untuk latihan olahraga air.

Kekurangan

Ketergantungan pada curah hujan

Keterbatasan pembangkit listrik tenaga air adalah ketergantungannya pada rezim curah hujan. Oleh karena itu, pada tahun-tahun yang sangat kering, suplai air dapat menurun drastis dan ketinggian waduk diturunkan.

Ketika aliran air berkurang, pembangkitan energi listrik menjadi lebih rendah. Sedemikian rupa sehingga di daerah yang sangat bergantung pada pasokan energi hidroelektrik dapat terjadi masalah.

Perubahan alur alami sungai

Pembangunan bendungan di sungai mengubah aliran alaminya, rezim banjirnya, menyusut (penurunan aliran) dan proses penarikan sedimen. Oleh karena itu, perubahan biologi terjadi pada tumbuhan dan hewan yang berada di perairan atau yang berada di sekitar badan air.

Di sisi lain, retensi sedimen di bendungan mengubah pembentukan delta di muara sungai dan mengubah kondisi tanah.

Bahaya kerusakan bendungan

Karena banyaknya volume air yang tersimpan di beberapa bendungan pembangkit listrik tenaga air, robekannya dinding penahan atau lereng di dekatnya dapat menyebabkan kecelakaan serius. Misalnya, selama tahun 1963 terjadi lereng bendungan Vajont (sekarang sudah tidak digunakan) di Italia, menyebabkan 2.000 kematian.

Aplikasi

Kincir ria dan pompa air

Rotasi roda yang digerakkan oleh energi kinetik air memungkinkan air ditarik dari sumur dangkal atau saluran ke saluran atau reservoir yang ditinggikan. Demikian juga dengan energi mekanik yang dihasilkan oleh roda dapat menggerakkan pompa hidrolik.

Model paling sederhana terdiri dari roda dengan bilah dengan mangkuk yang menampung air pada saat yang sama digerakkan oleh arus. Kemudian, dalam putarannya, mereka menjatuhkan air ke dalam tangki atau saluran.

Mills

Selama lebih dari 2000 tahun, orang Yunani dan Romawi menggunakan energi hidrolik untuk memindahkan pabrik untuk menggiling sereal. Pemutaran roda yang digerakkan oleh aliran air mengaktifkan roda gigi yang memutar batu kilangan.

Tempa

Aplikasi kuno lain dari kemampuan kerja berbasis tenaga hidrolik adalah penggunaannya untuk mengaktifkan bellow tempa dalam pekerjaan pandai besi dan metalurgi.

Fraktur hidrolik

Dalam pertambangan dan minyak, energi kinetik air digunakan untuk mengikis batuan, memecahnya, dan memfasilitasi ekstraksi berbagai mineral. Untuk ini, meriam air bertekanan raksasa digunakan untuk menghantam substrat hingga mengikisnya.

Ini adalah teknik yang merusak tanah dan sangat mencemari saluran air.

Fracking

Teknik yang sangat kontroversial yang mendapatkan momentum di industri minyak adalah fracking. Ini terdiri dari peningkatan porositas batuan dasar yang mengandung minyak dan gas untuk memfasilitasi pembuangannya.

Hal ini dicapai dengan menginjeksikan sejumlah besar air dan pasir pada tekanan tinggi bersama dengan serangkaian bahan kimia tambahan. Teknik ini dipertanyakan karena konsumsi airnya yang tinggi, mencemari tanah dan air, serta menyebabkan perubahan geologis.

Pembangkit listrik tenaga air

Penggunaan modern yang paling umum adalah untuk menjalankan pembangkit tenaga listrik, yang disebut pembangkit listrik tenaga air atau pembangkit listrik tenaga hidrolik.

Contoh pembangkit listrik tenaga air

Tiga Ngarai

Three Gorges Dam (Cina). Sumber: Le Grand Portage Karya turunan: Rehman

Pembangkit Listrik Tenaga Air Tiga Ngarai terletak di Provinsi Hubei China di jalur Sungai Yangtze. Pembangunan bendungan ini dimulai pada tahun 1994 dan selesai pada tahun 2010, dengan luas banjir 1.045 km² dan kapasitas terpasang 22.500 MW (megawatt).

Pembangkit tersebut mencakup 34 turbin Francis (32 dari 700 MW dan dua dari 50 MW) dengan produksi energi listrik tahunan sebesar 80,8 GWh. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia dalam hal struktur dan daya terpasang.

Bendungan Tiga Ngarai telah berhasil mengendalikan banjir sungai yang datang secara berkala yang menyebabkan kerusakan serius pada penduduk. Itu juga menjamin pasokan listrik daerah.

Namun, konstruksinya memiliki konsekuensi negatif seperti mengungsi sekitar 2 juta orang. Selain itu, itu berkontribusi pada kepunahan lumba-lumba sungai Cina yang terancam punah (Lipotes vexillifer).

Itaipu

Itaipu Dam. Sumber: Herr stahlhoefer

Pembangkit listrik tenaga air Itaipú terletak di perbatasan antara Brasil dan Paraguay di jalur Sungai Paraná. Pembangunannya dimulai pada tahun 1970 dan berakhir dalam tiga tahap pada tahun 1984, 1991 dan 2003.

Areal bendungan yang tergenang banjir seluas 1.350 km² dan memiliki kapasitas terpasang 14.000 MW. Pembangkit tersebut mencakup 20 turbin Francis masing-masing 700 MW dan memiliki produksi energi listrik tahunan sebesar 94,7 GWh.

Itaipu dianggap sebagai pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia dalam hal produksi energi. Ini menyumbang 16% dari energi listrik yang dikonsumsi di Brasil dan 76% di Paraguay.

Mengenai dampak negatifnya, bendungan ini mempengaruhi ekologi pulau dan delta Sungai Paraná.

Simon Bolivar (Guri)

Pembangkit listrik tenaga air Simón Bolívar (Gurí, Venezuela). Sumber: Warairarepano & Guaicaipuro

Pembangkit listrik tenaga air Simón Bolívar, juga dikenal sebagai bendungan Guri, terletak di Venezuela di jalur Sungai Caroní. Pembangunan bendungan dimulai pada tahun 1957, tahap pertama selesai pada tahun 1978, dan selesai pada tahun 1986.

Bendungan Guri memiliki luas wilayah banjir 4.250 km² dan kapasitas terpasang 10.200 MW. Pembangkitnya mencakup 21 turbin Francis (10 dari 730 MW, 4 dari 180 MW, 3 dari 400 MW, 3 dari 225 MW dan satu dari 340 MW)

Produksi tahunan adalah 46 GWh dan dianggap sebagai pembangkit listrik tenaga air terbesar ketiga di dunia dalam hal struktur dan daya terpasang. Pembangkit listrik tenaga air menyediakan 80% energi listrik yang dikonsumsi Venezuela dan sebagian dijual ke Brasil.

Selama pembangunan pembangkit listrik tenaga air ini, sebagian besar ekosistem di Guyana Venezuela dibanjiri, wilayah dengan keanekaragaman hayati yang tinggi.

Saat ini, karena krisis ekonomi yang parah di Venezuela, kapasitas produksi pabrik ini telah berkurang secara signifikan.

Referensi

1.- Hadzich M (2013). Energi hidrolik, Bab 7. Kursus pelatihan teknis Grup PUCP. Teknologi untuk rumah dan hotel ekologi. Universitas Katolik Kepausan Peru.
2.- Raabe J (1985). Tenaga air. Desain, penggunaan, dan fungsi peralatan hidromekanis, hidrolik, dan listrik. Jerman: N. hal.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Bab 6: Konsep Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Air. Http://www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4.- Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Dias HO dan Rodrigues BS-Soares-BS LCP (2013). Ketergantungan pembangkit energi tenaga air di hutan di Lembah Amazon pada skala lokal dan regional. Prosiding National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria E (s / f). Hidrolika. Energi terbarukan untuk semua. IBERDROLA. 19 hal.