head aliran pada pembangkit listrik tenaga air

Tujuan utama dari pengembangan pembangkit listrik tenaga air (hydroelectric plant) adalah menentukan berapa besar daya output yang dapat dihasilkan pada suatu pembangkit. Secara umum, daya output dari hydroelectric plant dapat dirumuskan menjadi:

P(kW) = [eγQ(ft³/s)H(ft)]/737 = [eγQ(m³/s)H(m)]/1000

P = Daya output pada generator (kW)
e = Efisiensi pembangkit keseluruhan (%)
γ = Berat jenis air (lb/ft³) atau (N/m³)
Q = Debit aliran turbin (ft³/s) atau (m³/s)
H = Head total (ft) atau (m)

Dalam menentukan daya output, Debit aliran air, head aliran, dan estimasi biaya diperlukan untuk memperoleh daya yang sesuai.

Head Hidrolik

Bendungan pembangkit listrik tenaga air. Sumber: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Hydraulic_head

Head hidrolik adalah nilai yang mengukur jumlah energi mekanik yang tersedia dalam air di sungai, atau danau. Head hidraulik setara dengan ketinggian air di badan air statis (tidak mengalir). Dalam bentuknya yang paling sederhana, head hidraulik adalah pengukuran ketinggian kolom air statis di atas titik sembarang, biasanya dinyatakan dalam meter (atau kaki di AS). Semakin tinggi ketinggian air atau head hidraulik, semakin banyak energi yang dimiliki air di lokasi tertentu.

Dalam fasilitas pembangkit listrik tenaga air, jumlah energi yang dimanfaatkan tergantung pada perbedaan antara ketinggian hulu di reservoir di hulu bendungan dan ketinggian air belakang di bawah bendungan pembangkit listrik tenaga air. Ini dikenal sebagai perbedaan tinggi hidrolik dan mewakili jumlah energi yang dapat diubah menjadi listrik oleh turbin dan generator. Perhitungan yang lebih rinci menunjukkan bahwa tidak hanya perbedaan ketinggian air yang menentukan berapa banyak energi yang dapat dimanfaatkan, tetapi ada berbagai kerugian yang dikenal sebagai kerugian head. Rugi-rugi head ini terjadi sebagai akibat gesekan pada pipa. Ketika kerugian head diperhitungkan, jumlah energi aktual yang dapat dimanfaatkan berkurang. Nilai yang dikurangi untuk head hidraulik dengan kerugian yang diperhitungkan ini dikenal sebagai head efektif.

Head Efektif = {[(P/ρg)+(V²/2g)+z]_out – [(P/ρg)+(V²/2g)+z]_in}_{(H hidrolik)} – Head loss

dimana z adalah ketinggian air pada suatu titik, ρ adalah massa jenis air, P adalah tekanan air, V adalah kecepatan air, head loss adalah kerugian head.

Flow Duration Curve

Flow Duration Curve adalah salah satu informasi paling mendasar yang dimasukkan ke dalam desain proyek pembangkit listrik tenaga air, jadi bagi siapa saja yang ingin memahami bagaimana dan mengapa desain pembangkit listrik tenaga air, memahami kurva ini adalah awalan yang baik.

Cara termudah untuk memahami Flow Duration Curve adalah dengan membuatnya dari awal. Pertama kita asumsikan Anda memiliki peralatan pengukuran debit aliran di sungai selama sepuluh hari. Setiap hari Anda keluar dan mencatat aliran dan pada akhir periode seperti di bawah ini:

Tanggal	Debit
1 November	0.25 m³/s
2 November	0.40 m³/s
3 November	1.60 m³/s
4 November	1.00 m³/s
5 November	0.60 m³/s
6 November	4.50 m³/s
7 November	3.00 m³/s
8 November	2.40 m³/s
9 November	1.90 m³/s
10 November	1.30 m³/s

Tabel Debit aliran per hari

Alih-alih memplot laju aliran terhadap tanggal, biasanya kurva ini diplot terhadap skala ‘persentase keterlampauan’ (exceedence percentage). Dalam contoh kita ada sepuluh laju aliran, dan skala persentase keterlampauan akan berubah dari 0% menjadi 100%, jadi setiap kenaikan persentase keterlampauan akan menjadi 100% dibagi dengan jumlah titik data, jadi dalam hal ini 100% dibagi 10 = 10 persen. Ini dapat ditambahkan ke tabel di atas untuk menunjukkan berapa persentase pelampauan setiap laju aliran yang terjadi.

Debit	Percentage Exceedence
4.50 m³/s	10%
3.00 m³/s	20%
2.40 m³/s	30%
1.90 m³/s	40%
1.60 m³/s	50%
1.30 m³/s	60%
1.00 m³/s	70%
0.60 m³/s	80%
0.40 m³/s	90%
0.25 m³/s	100%

Data ini kemudian dapat diplot dan garis yang dihaluskan ditarik di antara setiap titik data untuk menghasilkan Kurva Durasi Aliran yang ditunjukkan di bawah ini.

Flow Duration Curve. Sumber: https://www.renewablesfirst.co.uk/hydropower/hydropower-learning-centre/what-is-a-flow-duration-curve/

Jika Anda melihat nilai aliran pada 60%, Anda akan melihat bahwa itu adalah 1,3 m³/s. Ini tidak berarti bahwa laju aliran adalah 1,3 m3/s untuk 60% dari waktu, tetapi bahwa aliran tersebut disamai atau dilampaui untuk 60% dari waktu, jadi pada dasarnya aliran berada pada aliran ini atau pada aliran yang lebih tinggi selama 60 % dari waktu. Jika Anda melihat aliran pada 20%, itu adalah 3 m³/s; ini adalah laju aliran yang lebih tinggi, jadi alirannya hanya pada atau lebih besar dari laju aliran ini untuk proporsi tahun yang lebih kecil. Jika Anda melihat 100%, itu adalah 0,25 m³/s, yang merupakan laju aliran terendah yang tercatat, jadi menurut definisi aliran di sungai berada pada laju aliran ini atau lebih untuk 100% sepanjang waktu.