Untuk menghasilkan energi hidrolik, perlu memanfaatkan pergerakan air dalam jumlah besar melalui air terjun, yang memungkinkan turbin bergerak. Salah satu turbin yang paling banyak digunakan dalam pembangkit listrik tenaga air adalah Turbin Kaplan. Turbin jenis ini digunakan pada air terjun kecil, hingga beberapa puluh meter, yang alirannya tinggi.
Pada artikel ini, kami akan menjelaskan secara rinci apa saja isi turbin Kaplan, karakteristik utamanya, dan cara penggunaannya dalam pembangkit listrik hidrolik.
Apa itu turbin Kaplan
La Turbin Kaplan Ini adalah jenis turbin jet hidrolik, yang dirancang untuk beroperasi di lingkungan dengan kemiringan kecil, dari beberapa meter hingga beberapa puluh. Ini juga membutuhkan aliran yang besar, antara lain 200 dan 300 meter kubik per detik, yang menjadikannya turbin yang sangat efisien untuk menghasilkan energi hidrolik, sumber energi terbarukan.
Itu ditemukan oleh seorang profesor Austria Viktor Kaplan pada tahun 1913, dan strukturnya yang inovatif membuatnya sangat cocok untuk situasi di mana aliran air bervariasi. Salah satu fitur utama turbin ini adalah bilahnya dapat diorientasikan sesuai dengan arah aliran, sehingga mengoptimalkan kinerjanya meskipun laju aliran hanya 20-30% dari aliran nominalnya.
Fitur tambahan dari banyak turbin Kaplan adalah bahwa turbin tersebut merupakan bagian dari sistem pembangkit listrik yang mencakup stator tetap, yang mengoptimalkan aliran air yang mengalir ke turbin, sehingga meningkatkan kapasitas pembangkitan listrik. Efisiensi turbin Kaplan Ia dapat tetap tinggi pada berbagai laju aliran, menjadikannya elemen kunci di banyak pembangkit listrik tenaga air.
Prinsip operasi
Prinsip pengoperasian turbin Kaplan sederhana namun efisien. Air mencapai turbin melalui saluran berbentuk spiral, yang memungkinkan turbin dialirkan ke seluruh kelilingnya. Air kemudian melewati distributor, yang memberikan aliran gerakan rotasi yang penting untuk pengoperasian turbin.
Begitu air masuk ke turbin, hal itu menyebabkan putaran impeler, mengalihkan aliran air pada sudut 90° dan kemudian membalikkannya secara aksial. Tindakan ini memungkinkan turbin memanfaatkan energi kinetik air untuk meningkatkan efisiensinya dalam menghasilkan energi.
La Turbin Kaplan Ia memiliki kemampuan untuk memulihkan sebagian energinya berkat diffuser di sistem pembuangannya, sesuatu yang tidak umum di semua turbin hidrolik. Diffuser ini berkontribusi dalam meningkatkan kinerja turbin pada aplikasi yang tekanan airnya tidak tinggi, seperti pada air terjun kecil.
Fitur dan manfaat utama
Salah satu keuntungan paling signifikan dari turbin Kaplan adalah kemampuannya untuk mengatur sudu-sudu tergantung pada arah aliran air. Hal ini memungkinkan turbin mempertahankan efisiensi tinggi dalam berbagai kondisi aliran dan tekanan.
Berbeda dengan turbin konvensional seperti turbin baling-baling, Kaplan memiliki pengatur aliran yang dapat mengatur baik bilah impeler maupun sudut bilah distributor. Hal ini menjadikannya salah satu turbin paling serbaguna di pasaran, yang mampu bekerja aliran lebar dan rentang head, dengan efisiensi hingga 90%.
Kisaran pengoperasian turbin Kaplan mencakup head maksimum sekitar Tinggi 80 meter dan laju aliran hingga 50 meter kubik per detik. Meskipun beberapa aspeknya sama dengan turbin Francis, Kaplan sangat efisien dalam kondisi arus tinggi dan head rendah terkulai, sehingga turbin lain akan kehilangan efisiensi.
Bagaimana turbin bekerja di tenaga air
Pada pembangkit listrik tenaga air, pengaturan tegangan keluaran sangat penting untuk menjamin pasokan listrik yang konstan. Artinya kecepatan turbin harus tetap konstan meskipun kondisi aliran air berubah-ubah. Turbin Kaplan dirancang untuk beradaptasi dengan perubahan ini, menjaga aliran air tetap konstan berkat sistem kontrol yang canggih.
Turbin pembangkit listrik tenaga air, baik Kaplan, Francis atau Pélton, memiliki berbagai sistem kendali untuk memastikan tetap stabil saat menghadapi perubahan tekanan air. Secara khusus, turbin Kaplan biasanya memiliki melewati nozel, yang secara efisien mengalihkan kelebihan air untuk mencegah kerusakan akibat apa yang disebut water hammer, yaitu peningkatan tekanan secara tiba-tiba yang dapat sangat merusak fasilitas.
Turbin hidrolik diklasifikasikan menurut jenis air terjun dan aliran yang ditanganinya:
- Lompatan besar dengan arus kecil: Turbin Pelton digunakan.
- Lompatan sedang dengan aliran lebih besar: Turbin Francis digunakan.
- Lompatan kecil dengan arus besar: Turbin Kaplan dan baling-baling digunakan.
Jumlah air yang melewati turbin diatur sesuai dengan kebutuhan listrik saat ini. Sisa air dialirkan melalui saluran pembuangan untuk menghindari kehilangan sistem. Di fasilitas pembangkit listrik tenaga air modern, sistem kontrol memastikan penggunaan aliran yang tersedia secara optimal, membantu menjaga produksi energi yang efisien dan berkelanjutan.
Artikel ini membahas secara rinci pengoperasian, keunggulan dan karakteristik turbin Kaplan, salah satu teknologi paling canggih dan efisien untuk penggunaan energi hidrolik. Mengingat kinerja dan keserbagunaannya yang tinggi, teknologi ini merupakan salah satu pilihan yang paling banyak digunakan di sektor pembangkit energi berbasis air.