Dalam rangka memenuhi kebutuhan energi dan mengurangi emisi gas rumah kaca,
pemerintah Indonesia berencana meningkatkan pemanfaatan energi terbarukan,
termasuk sistem hybrid yang menggabungkan teknologi floating solar photovoltaic
(FPV) dengan pembangkit listrik tenaga air (HPP). Pendekatan hybrid ini,
khususnya yang relevan dengan PLTA Cirata-1, menawarkan nilai tambah dengan
meningkatkan fleksibilitas dalam pembangkit listrik. Namun, mengoperasikan
sistem hybrid dengan daya yang berfluktuasi menimbulkan potensi tantangan
seperti kavitasi karena kondisi di luar desain, yang berdampak pada performa
turbin.
Tesis ini bertujuan untuk mensimulasikan dan menganalisis secara numerik
dampak operasi fleksibel pada runner tipe Francis yang ada di PLTA Cirata-1. Studi
akan dilakukan pada pola kavitasi, fluktuasi tekanan, dan kinerja turbin di bawah
kondisi operasi yang berbeda. Kelayakan penerapan operasi fleksibel akan dinilai,
dan jika perlu, usulan modifikasi menggunakan pendekatan pasif dan aktif akan
disarankan. Analisis dilakukan dengan menggunakan metode ANSYS CFX RANS
Computational Fluid Dynamics untuk mempelajari distribusi fluktuasi tekanan.
Validasi menunjukkan model runner Francis untuk Cirata-1 efektif
merepresentasikan kondisi aktual. Pengoperasian fleksibel menghasilkan vortex
rope berputar di beban parsial dan tidak berputar di beban berlebih. Amplitudo
fluktuasi tekanan tertinggi terjadi di beban parsial. Metode anti-swirl fin dengan
sepasang sirip tipe A terbukti efektif mengurangi fluktuasi tekanan dan menggeser
frekuensi vortex rope. Injeksi air dengan laju 4,45% dari aliran inlet juga berhasil
mengurangi amplitudo vortex rope tanpa mempengaruhi frekuensi. Penggabungan
kedua metode tersebut memberikan pengurangan amplitudo yang signifikan dan
kemampuan untuk menggeser frekuensi. Namun, baik anti-swirl fin maupun injeksi
mengakibatkan penurunan daya dan efisiensi dibandingkan kondisi tanpa
perlakuan. Metode injeksi, khususnya, menunjukkan penurunan efisiensi yang
signifikan karena peningkatan aliran air ke tailrace tanpa peningkatan output daya
yang sebanding.