Pahami bagaimana pembangkit listrik tenaga air mengubah energi air menjadi listrik, kelebihan dan kekurangannya
Gambar: Itaipu Dam, Paraguay / Brazil oleh International Hydropower Association (IHA) dilisensikan di bawah CC BY 2.0
Apa itu energi hidrolik (hidroelektrik)?
Energi hidroelektrik adalah penggunaan energi kinetik yang terkandung dalam aliran badan air. Energi kinetik mendorong rotasi bilah turbin yang membentuk sistem pembangkit listrik tenaga air untuk kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator sistem.
Apa itu pembangkit listrik tenaga air (atau pembangkit listrik tenaga air)?
Pembangkit listrik tenaga air adalah sekumpulan pekerjaan dan peralatan yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik dari penggunaan potensi hidrolik sungai. Potensi hidraulik diberikan oleh aliran hidraulik dan konsentrasi ketidakrataan yang ada di sepanjang aliran sungai. Ketidakrataan tersebut bisa alami (air terjun) atau dibangun dalam bentuk bendungan atau dengan mengalihkan sungai dari dasar alaminya untuk membentuk waduk. Ada dua jenis waduk: waduk penampung dan waduk aliran sungai. Endapan penumpukan biasanya terbentuk di hulu sungai, di tempat-tempat yang terjadi air terjun tinggi dan terdiri dari waduk besar dengan penumpukan air yang besar. Waduk aliran sungai memanfaatkan kecepatan air sungai untuk menghasilkan listrik, sehingga menghasilkan sedikit atau tidak ada akumulasi air.
Pembangkit, pada gilirannya, diklasifikasikan menurut faktor-faktor berikut: ketinggian air terjun, aliran, kapasitas atau daya terpasang, jenis turbin yang digunakan dalam sistem, bendungan dan waduk. Lokasi konstruksi memberikan ketinggian jatuhnya dan aliran, dan kedua faktor ini menentukan kapasitas atau daya terpasang pembangkit listrik tenaga air. Kapasitas terpasang menentukan jenis turbin, bendungan dan waduk.
Menurut laporan Badan Energi Listrik Nasional (Aneel), Pusat Referensi Nasional untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Kecil (Cerpch, dari Universitas Federal Itajubá - Unifei) mendefinisikan ketinggian air terjun serendah (hingga 15 meter), sedang ( 15 hingga 150 meter) dan tinggi (lebih dari 150 meter). Namun, tindakan ini tidak berdasarkan kesepakatan. Besar kecilnya pembangkit juga menentukan besar kecilnya jaringan distribusi yang akan membawa listrik yang dihasilkan ke konsumen. Semakin besar tanamannya, semakin besar kecenderungannya untuk berada jauh dari pusat perkotaan. Hal ini membutuhkan pembangunan saluran transmisi besar yang seringkali melintasi keadaan dan menyebabkan kehilangan energi.
Bagaimana cara kerja pembangkit listrik tenaga air?
Untuk produksi energi hidroelektrik, diperlukan integrasi aliran sungai, perbedaan medan (alami atau tidak) dan jumlah air yang tersedia.
Sistem pembangkit listrik tenaga air terdiri dari:
Bendungan
Tujuan pembangunan bendungan adalah untuk memutus siklus alami sungai, menciptakan penampungan air. Waduk memiliki fungsi lain selain menyimpan air, seperti membuat celah air, menampung air dengan volume yang cukup untuk produksi energi dan mengatur aliran sungai pada saat hujan dan kekeringan.
Sistem pemasukan air (adduksi)
Terdiri dari terowongan, saluran, dan saluran logam yang mengalirkan air ke pembangkit tenaga listrik.
Gardu listrik
Di bagian sistem ini adalah turbin yang dihubungkan ke generator. Pergerakan turbin mengubah energi kinetik dari gerakan air menjadi energi listrik melalui generator.
Ada beberapa jenis turbin, dengan pelton, kaplan, francis dan bulb menjadi yang utama. Turbin yang paling cocok untuk setiap pembangkit listrik tenaga air tergantung pada ketinggian dan aliran yang jatuh. Contoh: bohlam digunakan di pabrik run-of-the-mill karena tidak memerlukan keberadaan reservoir dan diindikasikan untuk penurunan rendah dan laju aliran tinggi.
Saluran keluar
Setelah melewati turbin, air dialirkan kembali ke dasar sungai alami melalui saluran pelepasan.
Saluran pelarian terletak di antara pembangkit tenaga listrik dan sungai dan ukurannya tergantung pada ukuran pembangkit tenaga listrik dan sungai.
Pelimpah
Spillway memungkinkan air keluar setiap kali level reservoir melebihi batas yang disarankan. Ini biasanya terjadi pada periode hujan.
Spillway dibuka ketika produksi listrik terganggu karena permukaan air berada di atas level ideal; atau untuk menghindari meluap dan, akibatnya, membanjiri tanaman, yang mungkin terjadi pada periode hujan yang sangat deras.
Dampak sosial lingkungan yang diakibatkan oleh implantasi pembangkit listrik tenaga air
Pembangkit listrik tenaga air pertama dibangun pada akhir abad ke-19 di hamparan Air Terjun Niagara, antara Amerika Serikat dan Kanada, ketika batu bara menjadi bahan bakar utama dan minyak belum banyak digunakan. Sebelumnya, energi hidrolik hanya digunakan sebagai energi mekanik.
Meskipun energi hidroelektrik merupakan sumber energi terbarukan, laporan Aneel menunjukkan bahwa partisipasinya dalam matriks kelistrikan dunia kecil dan semakin kecil. Minimnya minat yang semakin besar akan menjadi akibat dari eksternalitas negatif yang dihasilkan dari pelaksanaan proyek sebesar ini.
Dampak negatif dari pelaksanaan proyek pembangkit listrik tenaga air besar adalah perubahan cara hidup penduduk yang tinggal di wilayah tersebut, atau di sekitar tempat dimana pembangkit akan ditanam. Penting juga untuk ditekankan bahwa komunitas ini sering kali merupakan kelompok manusia yang diidentifikasi sebagai populasi tradisional (masyarakat adat, quilombolas, komunitas tepi sungai Amazon, dan lainnya), yang kelangsungan hidupnya bergantung pada penggunaan sumber daya dari tempat mereka tinggal, dan yang memiliki hubungan dengan wilayah tersebut. tatanan budaya.
Apakah tenaga air bersih?
Meskipun dianggap oleh banyak orang sebagai sumber energi “bersih” karena tidak terkait dengan pembakaran bahan bakar fosil, pembangkit listrik tenaga air berkontribusi pada emisi karbon dioksida dan metana, dua gas yang berpotensi menyebabkan pemanasan global.
Emisi karbondioksida (CO2) disebabkan oleh pembusukan pohon yang tertinggal di atas permukaan air waduk, dan pelepasan metana (CH4) terjadi karena dekomposisi bahan organik yang ada di dasar waduk. Dengan bertambahnya kolom air, konsentrasi metana (CH4) juga meningkat. Ketika air mencapai turbin pabrik, perbedaan tekanan menyebabkan pelepasan metana ke atmosfer. Metana juga dilepaskan ke jalur air melalui spillway tanaman, ketika, selain perubahan tekanan dan suhu, air disemprotkan dalam bentuk tetes.
CO2 dilepaskan melalui dekomposisi pohon mati di atas air. Tidak seperti metana, hanya sebagian dari emisi CO2 yang dianggap berdampak, karena sebagian besar CO2 dihilangkan melalui penyerapan yang terjadi di reservoir. Karena metana tidak dimasukkan ke dalam proses fotosintesis (meskipun dapat diubah secara perlahan menjadi karbon dioksida), metana dianggap lebih berdampak pada efek rumah kaca, dalam kasus ini.
Proyek Balcar (Emisi Gas Rumah Kaca di Waduk Pembangkit Listrik Tenaga Air) diciptakan untuk menyelidiki kontribusi waduk buatan terhadap intensifikasi efek rumah kaca melalui emisi karbon dioksida dan metana. Studi pertama proyek ini dilakukan pada tahun 90-an, di waduk di wilayah Amazon: Balbina, Tucuruí dan Samuel. Wilayah Amazon difokuskan pada studi karena dicirikan oleh tutupan vegetasi yang masif, dan oleh karena itu, potensi emisi gas yang lebih besar melalui dekomposisi bahan organik. Selanjutnya, pada akhir 1990-an, proyek tersebut juga melibatkan Miranda, Três Marias, Segredo, Xingo, dan Barra Bonita.
Menurut artikel yang diterbitkan oleh Dr. Philip M. Fearnside, dari Amazon Research Institute, tentang emisi gas di Pabrik Tucuruí, pada tahun 1990, emisi gas rumah kaca (CO2 dan CH4) dari pabrik bervariasi antara 7 juta dan 10 juta ton tahun itu. Penulis membuat perbandingan dengan kota São Paulo yang mengeluarkan 53 juta ton CO2 dari bahan bakar fosil pada tahun yang sama. Dengan kata lain, hanya Tucuruí yang akan bertanggung jawab atas emisi yang setara dengan 13% hingga 18% emisi gas rumah kaca di kota São Paulo, nilai yang signifikan untuk sumber energi yang dianggap "bebas emisi" dalam waktu lama. Diyakini bahwa, seiring berjalannya waktu, bahan organik akan mengalami pembusukan total dan, sebagai konsekuensinya, akan berhenti mengeluarkan gas-gas ini. Namun,studi oleh kelompok Balcar telah menunjukkan bahwa proses produksi gas diberikan melalui kedatangan bahan organik baru yang dibawa oleh sungai dan hujan.
Hilangnya spesies tumbuhan dan hewan
Apalagi di kawasan Amazon yang memiliki keanekaragaman hayati tinggi, kematian organisme yang tak terelakkan dari flora tempat reservoir terbentuk. Sedangkan untuk hewan, meskipun perencanaan yang matang dilakukan dalam upaya untuk menghilangkan organisme, tidak dapat dijamin bahwa semua organisme yang membentuk ekosistem terselamatkan. Selain itu, bendungan memberlakukan perubahan pada habitat sekitarnya.
Kehilangan tanah
Tanah di daerah banjir akan menjadi tidak dapat digunakan untuk keperluan lain. Ini menjadi masalah sentral, terutama di wilayah yang didominasi oleh dataran datar, seperti wilayah Amazon itu sendiri. Karena kekuatan pembangkit listrik diberikan oleh hubungan antara aliran sungai dan ketidakrataan medan, jika dataran memiliki ketidakrataan yang rendah, jumlah air yang lebih banyak harus disimpan, yang berarti area waduk yang luas.
Perubahan geometri hidrolik sungai
Sungai cenderung memiliki keseimbangan dinamis antara debit, kecepatan air rata-rata, beban sedimen dan morfologi dasar. Pembangunan waduk mempengaruhi keseimbangan ini dan, akibatnya, menyebabkan perubahan tatanan hidrologi dan sedimen, tidak hanya di lokasi bendungan, tetapi juga di daerah sekitarnya dan di dasar bendungan di bawah bendungan.
Kapasitas nominal x jumlah aktual yang diproduksi
Masalah lain yang perlu dikemukakan adalah adanya perbedaan antara kapasitas terpasang nominal dan jumlah energi listrik sebenarnya yang dihasilkan oleh pembangkit. Besarnya energi yang dihasilkan bergantung pada aliran sungai.
Jadi, tidak ada gunanya memasang sistem yang berpotensi menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dapat disediakan aliran sungai, seperti yang terjadi pada kasus pembangkit listrik tenaga air Balbina, yang dipasang di sungai Uatumã.
Kekuatan kuat pabrik
Hal penting lainnya yang harus diperhatikan adalah konsep kekuatan perusahaan. Menurut Aneel, kekuatan padat pembangkit tersebut merupakan produksi energi kontinu maksimum yang bisa diperoleh, mengingat urutan terkering yang tercatat dalam sejarah aliran sungai tempat dipasang sebagai basis. Masalah ini cenderung menjadi semakin sentral dalam menghadapi periode kekeringan yang semakin sering dan parah.
Tenaga air di Brasil
Brazil merupakan negara yang memiliki potensi pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia. Sehingga 70% nya terkonsentrasi di cekungan Amazonas dan Tocantins / Araguaia. Pembangkit listrik tenaga air besar Brasil pertama yang akan dibangun adalah Paulo Afonso I, pada tahun 1949, di Bahia, dengan daya yang setara dengan 180 MW. Saat ini, Paulo Afonso I merupakan bagian dari kompleks hidroelektrik Paulo Afonso, yang terdiri dari empat pembangkit.
Balbina
Pembangkit listrik tenaga air Balbina dibangun di Sungai Uatumã, di Amazonas. Balbina dibangun untuk memasok kebutuhan energi Manaus. Perkiraan itu untuk pemasangan kapasitas 250 MW melalui lima pembangkit dengan daya masing-masing 50 MW. Akan tetapi, aliran Sungai Uatumã menghasilkan produksi energi tahunan rata-rata yang jauh lebih rendah, sekitar 112,2 MW, di mana hanya 64 MW yang dapat dianggap sebagai tenaga yang kuat. Mempertimbangkan bahwa terdapat perkiraan kerugian sebesar 2,5% selama transmisi listrik dari pembangkit ke pusat konsumen, hanya 109,4 MW (62,4 MW pada tenaga perusahaan). Nilainya jauh di bawah kapasitas nominal 250 MW.
Itaipu
Pembangkit listrik tenaga air Itaipu dianggap sebagai pembangkit terbesar kedua di dunia, dengan kapasitas terpasang 14.000 MW, dan kedua setelah Três Gorges, di Cina dengan 18.200 MW. Dibangun di Sungai Paraná dan terletak di perbatasan antara Brasil dan Paraguay, ini adalah pabrik binasional, karena dimiliki oleh kedua negara. Energi yang dihasilkan oleh Itaipu yang memasok Brasil setara dengan setengah dari total daya (7 ribu MW) yang setara dengan 16,8% energi yang dikonsumsi di Brasil, dan separuh lainnya digunakan oleh Paraguay dan setara dengan 75% Konsumsi energi Paraguay.
Tucuruí
Pabrik Tucuruí dibangun di atas Sungai Tocantins, di Pará dan memiliki kapasitas terpasang yang setara dengan 8.370 MW.
Belo Monte
Pembangkit listrik tenaga air Belo Monte, yang terletak di kotamadya Altamira, barat daya Pará dan diresmikan oleh Presiden Dilma Roussef, dibangun di atas Sungai Xingu. Pembangkit tersebut adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar 100% nasional dan terbesar ketiga di dunia. Dengan kapasitas terpasang 11.233,1 Megawatt (MW). Ini berarti kargo yang cukup untuk melayani 60 juta orang di 17 negara bagian, yang mewakili sekitar 40% dari konsumsi perumahan di seluruh negeri. Kapasitas produksi terpasang yang setara adalah 11 ribu MW, yaitu pembangkit listrik terbesar negara, menggantikan pabrik Tucuruí sebagai tanaman nasional 100% terbesar. Belo Monte juga merupakan pembangkit listrik tenaga air terbesar ketiga di dunia, masing-masing di belakang Três Gorges dan Itaipu.
Banyak masalah seputar pembangunan pabrik Belo Monte. Meski kapasitas terpasang 11 ribu MW, menurut Kementerian Lingkungan Hidup, daya pasti pembangkit itu setara 4,5 ribu MW, yakni hanya 40% dari total daya. Karena dibangun di wilayah Amazon, Belo Monte berpotensi mengeluarkan gas metana dan karbon dioksida dalam konsentrasi besar. Semua ini tanpa memperhitungkan dampak yang besar terhadap kehidupan penduduk tradisional dan dampak yang besar terhadap fauna dan flora. Faktor lainnya adalah bahwa konstruksi menguntungkan sebagian besar perusahaan, bukan penduduk. Kira-kira 80% listrik diperuntukkan bagi perusahaan-perusahaan di Tengah-Selatan negara itu.
Penerapan
Terlepas dari dampak sosial lingkungan negatif yang disebutkan, energi hidroelektrik memiliki keunggulan dibandingkan dengan sumber energi tak terbarukan seperti bahan bakar fosil. Meskipun berkontribusi terhadap emisi metana dan sulfur dioksida, pembangkit listrik tenaga air tidak mengeluarkan atau melepaskan jenis gas beracun lainnya, seperti yang dihembuskan oleh pembangkit listrik termoelektrik - sangat berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan manusia.
Namun, kelemahan bendungan pembangkit listrik tenaga air dibandingkan dengan sumber energi terbarukan lainnya seperti tenaga surya dan angin, yang telah mengurangi dampak lingkungan dibandingkan dengan dampak yang ditimbulkan oleh bendungan, lebih terlihat jelas. Masalahnya masih kelangsungan teknologi baru. Alternatif untuk mengurangi dampak yang terkait dengan produksi energi hidroelektrik adalah pembangunan pembangkit listrik tenaga air kecil, yang tidak memerlukan pembangunan waduk besar.
- Apa itu energi matahari, kelebihan dan kekurangan
- Apa itu energi angin?
Selain itu, bendungan memiliki umur manfaat sekitar 30 tahun, yang mempertanyakan kelangsungan jangka panjangnya.
Studi "Tenaga air yang berkelanjutan di abad ke-21", yang dilakukan oleh Michigan State University, menarik perhatian pada fakta bahwa bendungan pembangkit listrik tenaga air yang besar dapat menjadi sumber energi yang bahkan kurang berkelanjutan dalam menghadapi perubahan iklim.
Perlu dipertimbangkan biaya sebenarnya dari energi hidroelektrik, tidak hanya biaya ekonomi dan infrastruktur, tetapi juga biaya sosial, lingkungan dan budaya.
