1236-h-2012

PERENCANAAN, PEMBANGUNAN DAN PENGEMBANGAN

PEMANFAATAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PIKOHIDRO

DENGAN STUDI KARAKTERISTIK DAN DESAIN ULANG

SUDU TURBIN OPEN FLUME DI DUSUN WANARATA

DESA GUMELEM KULON KECAMATAN SUSUKAN

KABUPATEN BANJARNEGARA

Tesis

untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-2

Minat Studi Magister Sistem Teknik

Program Studi S2 Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin dan Industri

diajukan oleh

ARIF SUGIANTO

10/310634/PTK/07309

Kepada

PROGRAM PASCA SARJANA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2012

iii

Kata Pengantar

Puji syukur kehadirat Allah SWT dan sholawat salam senantiasa penulis

sampaikan pada Nabi Muhammad SAW, atas berkat dan rahmat Allah SWT tesis ini

dapat terselesaikan. Ucapan terima kasih penulis kepada dosen pembimbing utama

Dr. –Ing. Ir. Agus Maryono dan pembimbing pendamping Ir. Suryo Darmo, MT.,

yang telah membimbing dengan sabar sehingga tesis yang berjudul “Perencanaan,

Pembangunan dan Pengembangan Pemanfaatan Sistem Pembangkit Listrik

Tenaga Pikohidro dengan Studi Karakteristik dan Desain Ulang Sudu Turbin

Open Flume di Dusun Wanarata Desa Gumelem Kulon Kecamatan Susukan

Kabupaten Banjarnegara” dapat terselesaikan sesuai dengan aturan yang berlaku.

Terima kasih juga penulis ucapkan pada semua pihak yang telah membantu dalam

penyelesaian penyusunan tesis ini.

Akhir kata, semoga penelitian ini bermanfaat dan dapat meningkatkan

kesejahteraan masyarakat. Saran dan pendapat sangat diharapkan demi kesempurnaan

dari penelitian ini.

Yogyakarta, Juni 2012

Penulis

Arif Sugianto

v

PRAKATA

Puji syukur kehadirat Allah SWT dengan selesainya tesis ini dan sholawat

serta salam senantiasa penulis sampaikan pada Nabi Muhammad SAW. Tesis yang

berjudul “Perencanaan, Pembangunan dan Pengembangan Pemanfaatan Sistem

Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro dengan Studi Karakteristik dan Desain

Ulang Sudu Turbin Open Flume di Dusun Wanarata Dessa Gumelem Kulon

Kecamatan Susukan Kabupaten Banjarnegara” adalah salah satu syarat untuk

meraih gelar Master of Engineering dari Magister Sistem Teknik, Fakultas Teknik,

Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

Ucapan terima kasih, penulis sampaikan kepada semua pihak yang telah

membantu penyelesaian tesis ini kepada:

1. Rektor Universitas Gadjah Mada Yogyakarta

2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta

3. Ketua Pasca Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

Yogyakarta

4. Kepada Ketua Pengelola Program Studi Magister Sistem Teknik Fakultas

Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta

5. Dosen Pembimbing Utama Dr. –Ing. Ir. Agus Maryono dan pembimbing

pendamping Ir. Suryo Darmo, MT. serta dosen penguji utama Dr. Ir.

Suhanan, DEA.

6. Akademik Magister Sistem Teknik Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

Yogyakarta

7. Teman-teman mahasiswa Magister Sistem Teknik

8. Keluarga tercinta: Ayah dan Ibu, adinda Hevi Setiyaningsih, S.Pd., ananda

Az Zahra Safira Arsyaputri dan Az Zikra Farras Arsyaputra.

Penulis menyadari bahwa tesis masih terdapat kekurangan, harapan penulis

semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi masyarakat

pada umumnya.

Yogyakarta, Juni 2012

Arif Sugianto

vi

DAFTAR ISI

Index

HALAMAN JUDUL ...................................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... ii

KATA PENGANTAR ................................................................................................. iii

PERNYATAAN ........................................................................................................... iv

PRAKATA .................................................................................................................... v

DAFTAR ISI ................................................................................................................ vi

DAFTAR TABEL ......................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... xi

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xiii

INTISARI ................................................................................................................... xiv

ABSTRACT .................................................................................................................. xv

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang ........................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ...................................................................................... 4

1.3. Batasan Masalah ......................................................................................... 5

1.4. Keaslian Penelitian ..................................................................................... 5

1.5. Tujuan Penelitian dan Pengembangan ....................................................... 5

1.6. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 6

BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ................................................... 7

2.1. Kajian Pustaka ............................................................................................ 7

2.2. Landasan Teori ........................................................................................... 8

vii

2.2.1. Proses Perencanaan ...................................................................... 10

2.2.2. Bagian-bagian PLTMH ................................................................ 13

2.2.3. Komponen Sipil ............................................................................ 13

2.2.4. Peralatan Elektro-Mekanikal ........................................................ 19

2.2.5. Turbin Air ..................................................................................... 20

2.2.5.1. Klasifikasi Turbin Air .................................................... 20

2.2.5.2. Pemilihan Jenis Turbin Air ............................................ 25

2.2.5.3. Dimensi Utama Turbin Open Flume .............................. 37

2.2.6. Pemilihan Generator dan Sistem Kontrol ..................................... 50

2.2.7. Sistem Transmisi dan Distribusi................................................... 53

2.2.8. Pengembangan Usaha Produktif .................................................. 55

2.3. Hipotesis ................................................................................................... 57

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.................................................................... 58

3.1. Alur Penelitian.......................................................................................... 58

3.2. Alur Pengembangan ................................................................................. 59

3.3. Variabel Penelitian ................................................................................... 59

3.4. Lokasi Penelitian dan Pengembangan ..................................................... 60

3.5. Waktu Penelitian dan Pengembangan ...................................................... 60

3.6. Bahan dan Peralatan Penelitian ............................................................... 61

3.7. Bahan dan Peralatan Pengembangan........................................................ 62

3.8. Skema Alat Penelitian .............................................................................. 63

viii

BAB IV PERENCANAAN, PEMBANGUNAN DAN PEMANFAATAN PLTPh .. 64

4.1. Perencanaan/Studi Kelayakan (Feasibility Study) ................................... 64

4.1.1. Kondisi wilayah ............................................................................ 64

4.1.2. Lokasi PLTPh ............................................................................... 66

4.1.3. Potensi daya pikohidro ................................................................. 68

4.1.4. Kapasitas pembangkit ................................................................... 68

4.1.5. Rencana anggaran biaya ............................................................... 69

4.1.6. Biaya operasi dan perawatan ........................................................ 70

4.1.7. Tarif dan proyeksi pendapatan ..................................................... 71

4.2. Pembangunan PLTPh ............................................................................... 72

4.2.1. Pembangunan sipil ...................................................................... 73

4.2.2. Pembuatan turbin Open Flume .................................................... 76

4.2.3. Proses desain ulang roda jalan (runner) ....................................... 81

4.2.4. Pembuatan komponen elektrikal ................................................. 87

4.2.5. Sistem transmisi dan distribusi .................................................... 89

4.3. Pemasangan unit PLTPh .......................................................................... 90

4.4. Pemanfaatan PLTPh ................................................................................. 94

4.4.1. Malam hari .................................................................................. 94

4.4.2. Siang hari ..................................................................................... 96

BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................... 104

5.1. Hasil Penelitian ...................................................................................... 104

5.1.1. Penelitian di lokasi PLTPh ......................................................... 104

5.1.2. Penelitian di CV. Cihanjuang Inti Teknik Cimahi ..................... 107

ix

5.2. Pembahasan ............................................................................................ 112

5.2.1. Hasil penelitian di lokasi PLTPh ................................................ 112

5.2.2. Hasil penelitian di laboratorium CV. CIT Cimahi ..................... 114

5.2.3. Perbandingan hasil di PLTPh Wanarata dan di Lab. CV. CIT ... 116

5.2.4. Perbandingan efisiensi turbin di PLTPh dan di Lab. CV. CIT .. 118

5.2.5. Dimensi sudu pengarah dan sudu roda jalan (runner) ............... 120

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 129

6.1. Kesimpulan............................................................................................. 129

6.2. Saran ....................................................................................................... 130

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 131

LAMPIRAN .............................................................................................................. 133

x

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Klasifikasi Pembangkit Daya Listrik Hidro ............................................... 2

Tabel 2.1. Batasan aplikasi turbin Open Flume di Indonesia tahun 2006................. 26

Tabel 2.2. Daerah Operasi Turbin ............................................................................. 33

Table 2.3. Ketinggian pada variasi atmosfir ............................................................. 48

Tabel 2.4. Tinggi pada tekanan uap jenuh ................................................................ 48

Tabel 4.1. Estimasi biaya pembangunan PLTPh Wanarata (2 Pembangkit) ............. 69

Tabel 4.2. Biaya operasi dan perawatan PLTPh Wanarata ....................................... 70

Tabel 4.3. Spesifikasi Generator ............................................................................... 88

Tabel 4.4. Biaya produksi ....................................................................................... 101

Tabel 5.1. Perhitungan debit (Q) = 36,4 liter/detik di lokasi PLTPh ...................... 104

Tabel 5.2. Hubungan sudut sudu (β) dengan daya (P) pada Q = 36,4 liter/detik .... 104

Tabel 5.3. Perhitungan debit (Q) = 28,2 liter/detik di lokasi PLTPh ..................... 105

Tabel 5.4. Hubungan sudut sudu (β) dengan daya (P) pada Q = 28,2 liter/detik ... 105

Tabel 5.5. Perhitungan debit (Q) = 25,3 liter/detik di lokasi PLTPh ..................... 106

Table 5.6. Hubungan sudut sudu (β) dengan daya (P) pada Q = 25,3 liter/detik ... 106

Tabel 5.7. Perhitungan debit (Q) = 36,4 liter/detik di CV. CIT Cimahi ................. 107

Tabel 5.8. Hubungan sudut sudu (β) dengan daya (P) pada Q = 36,4 liter/detik ... 107

Tabel 5.9. Perhitungan debit (Q) = 33,05 liter/detik di CV. CIT Cimahi .............. 108

Tabel 5.10. Hubungan sudut sudu (β) dengan daya (P) pada Q = 33,05 liter/detik .. 108

Tabel 5.11. Perhitungan debit (Q) = 29,2 liter/detik di CV. CIT Cimahi ................ 109






Tabel 5.17. Kemiringan sudut sudu optimal pada variasi debit di PLTPh .............. 113

Tabel 5.18. Kemiringan sudut sudu optimal pada variasi debit di CV. CIT ............. 114

Tabel 5.19. Perbandingan kemiringan sudut sudu optimal pada variasi debit ......... 117

Tabel 5.20. Perbandingan efisiensi turbin ................................................................ 119

Tabel 5.21. Efisiensi total turbin Open Flume OF 125 ............................................. 120

Tabel 5.22. Kecepatan segitiga leher poros, tengah dan sebelah luar sudu jalan ..... 126

Tabel 5.23. Perbandingan dimensi teoritis dan dimensi aktual turbin Open Flume . 127

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Bauran Energi Nasional ......................................................................... 9

Gambar 2.2. Tahapan Pengembangan PLTMH ........................................................ 10

Gambar 2.3. Sketsa Sistem Pembangkit Listrik Mikrohidro .................................... 14

Gambar 2.4. Desain Sipil Turbin Open Flume Ø125................................................ 17

Gambar 2.5. Desain sipil PLTMH dengan turbin Open Flume ............................... 18

Gambar 2.6. Sistem Elektro - Mekanikal .................................................................. 19

Gambar 2.7. Jenis-jenis gerak fluida ......................................................................... 20

Gambar 2.8. Turbin impuls ....................................................................................... 22

Gambar 2.9. Turbin reaksi ........................................................................................ 23

Gambar 2.10. Turbin Propeller Open Flume di Indonesia tahun 2006 ...................... 26

Gambar 2.11. Turbin perubahan bentuk sudu pada turbin Francis ........................... 28

Gambar 2.12. Contoh untuk penaksiran yang cepat untuk nq , H, n dan jenis turbin 29

Gambar 2.13. Grafik spesifikasi daerah kerja jenis turbin .......................................... 34

Gambar 2.14. Pemilihan jenis turbin air berdasarkan head dan debit ......................... 35

Gambar 2.15. Harga perkiraan untuk menentukan ukuran utama turbin Kaplan ....... 38

Gambar 2.16. Notasi yang terdapat pada roda jalan turbin Kaplan ........................... 39

Gambar 2.17. Segitiga kecepatan turbin Kaplan ....................................................... 41

Gambar 2.18. Diagram perbandingan kecepatan Ku1untuk turbin Kaplan ................. 44

Gambar 2.19. Diameter luar roda turbin (runner) turbin Kaplan ............................... 45

Gambar 2.20. Hubungan sistem PLTPh ...................................................................... 53

Gambar 2.21. Tipe sistem transmisi dan distribusi listrik pada PLTMH ................... 54

Gambar 2.22. Jenis Kabel twisted insulated cable (TIC)............................................ 55

Gambar 2.23. Ilustrasi Pemanfaatan Produktif PLTMH secara tidak langsung ......... 56

Gambar 2.24. Pemanfaatan Produktif PLTMH secara tidak langsung ...................... 56

Gambar 3.1. Alur Penelitian ................................................................................... 58

Gambar 3.2. Alur Pengembangan ........................................................................... 59

Gambar 3.3. Peralatan pengujian turbin Open Flume .............................................. 61

Gambar 3.4. Mesin perajang keripik skala rumah tangga ......................................... 62

Gambar 3.5. Skema Alat Penelitian ........................................................................ 63

Gambar 4.1. Peta kabupaten Banjarnegara ............................................................... 65

Gambar 4.2. Peta lokasi pembangunan PLTPh di desa Gumelem Kulon ................. 67

Gambar 4.3. Desain sipil untuk turbin Open Flume ................................................. 73

Gambar 4.4. Pelatihan di CV. Cihanjuang Inti Teknik Cimahi ................................ 74

Gambar 4.5. Site plan untuk Turbin Open Flume .................................................... 74

Gambar 4.6. Detil sipil PLTPh di Wanarata Banjarnegara ....................................... 75

Gambar 4.7. Proses pembuatan mal dan pembangunan bak turbin Open Flume .... 75

Gambar 4.8. Proses pembangunan saluran pembawa dan tiang turbin Open Flume 76

Gambar 4.9. Bangunan bak, saluran pembawa, pintu air dan trashrack ................. 76

Gambar 4.10. Persiapan pengecoran ........................................................................... 77

Gambar 4.11. Proses pembuatan cetakan .................................................................... 77

Gambar 4.12. Proses peleburan aluminium dan penuangan ke dalam cetakan .......... 77

Gambar 4.13. Proses pengambilan hasil coran ........................................................... 78

Gambar 4.14. Proses pengecatan dudukan generator dan proses perakitan ................ 78

xii

Gambar 4.15. Komponen-komponen turbin Open Flume ......................................... 79

Gambar 4.16. Peralatan desain ulang runner .............................................................. 83

Gambar 4.17. Desain tabung runner (runner hub/boss) ............................................. 83

Gambar 4.18. Desain sudu roda jalan (runner blade) ................................................ 84

Gambar 4.19. Adjustable runner ................................................................................. 87

Gambar 4.20. Generator tipe EM 80 A4 Elektrim series EFF2 .................................. 88

Gambar 4.21. Automatic Load Controller dan Ballast Load ..................................... 89

Gambar 4.22. Hubungan system PLTPh ..................................................................... 90

Gambar 4.23. Calon operator sedang overhaul komponen turbin .............................. 91

Gambar 4.24. Proses kegiatan pelatihan elektrikal PLTPh ......................................... 92

Gambar 4.25. Proses pemasangan unit turbin Open Flume ....................................... 92

Gambar 4.26. Proses pengoperasian unit turbin Open Flume .................................... 93

Gambar 4.27. Proses penyalaan ................................................................................. 93

Gambar 4.28. PLTPh kapasitas daya 550 watt ........................................................... 93

Gambar 4.29. Pemanfaatan listrik untuk penerangan jalan ........................................ 95

Gambar 4.30. Pemanfaatan listrik untuk penerangan rumah ...................................... 95

Gambar 4.31. Pemanfaatan listrik untuk penerangan Masjid .................................... 96

Gambar 4.32. Mesin keripik pisang, ketela dan talas ................................................ 97

Gambar 4.33. Peserta pelatihan produksi keripik pisang, ketela dan talas ................ 98

Gambar 4.34. Proses pemotongan/perajangan bahan keripik .................................... 99

Gambar 4.35. Proses penggorengan keripik ............................................................. 99

Gambar 4.36. Bumbu keripik dan proses pemberian bumbu keripik ...................... 100

Gambar 4.37. Kegiatan pengemasan produksi keripik pisang, ketela dan talas ...... 101

Gambar 5.1. Hubungan sudut sudu (β) dengan daya (P) pada Q = 36,4 liter/detik . 104




Gambar 5.5. Hubungan sudut sudu (β) dengan daya (P) pada Q = 33,05 liter/detik 108




Gambar 5.9. Perbandingan variasi β dengan P di PLTPh Wanarata ........................ 112

Gambar 5.10. Perbndingan variasi β dengan P di PLTPh Wanarata ....................... 114

Gambar 5.11. Perbandingan hasil penelitian di PLTPh Wanarata dan Lab. CIT .... 116

Gambar 5.12. Perbandingan efisiensi turbin di PLTPh Wanarata dan Lab. CIT ..... 118

Gambar 5.13. Bagan segitiga kecepatan di bagian leher poros sudu jalan .............. 124

Gambar 5.14. Bagan segitiga kecepatan di bagian tengah sudu jalan ..................... 125

Gambar 5.15. Bagan segitiga kecepatan di bagian sebelah luar poros sudu jalan ... 126

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Lembar Pengujian di lokasi PLTPh Wanarata .................................. 133

Lampiran 2. Lembar Pengujian di laboratorium CV. CIT Cimahi ........................ 135

Lampiran 3. Gambar Site Plan dan Desain Sipil turbin Open Flume .................... 139

Lampiran 4. Rencana Anggaran Biaya Pembangunan PLTPh Wanarata .............. 142

Lampiran 5. Gambar Adjustable Blade .................................................................. 144

Lampiran 6. Peta Jaringan Sungai dan potensi PLTMH Desa Gumelem Kulon ... 148

Lampiran 7. Ratio elektrifikasi di kabupaten Banjarnegara tahun 2011 ................. 149

Lampiran 8. Dokumen tahapan proses pembuatan hub runner ............................. 150

Lampiran 9. Dokumen tahapan proses chrom hub runner ..................................... 151

Lampiran 10. Dokumen tahapan proses pembuatan sudu runner ............................ 152

Lampiran 11. Dokumen pengujian di Laboratorium CV. CIT Cimahi .................... 153

Lampiran 12. Dokumen pengujian di lokasi PLTPh Wanarata ............................... 155

Lampiran 13. Dokumen hasil pengembangan pemanfaatan PLTPh Wanarata ......... 157

Lampiran 14. Dokumen ucapan terima kasih warga Wanarata Banjarnegara ......... 158

xiv

Perencanaan, Pembangunan dan Pengembangan Pemanfaatan Sistem

Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro dengan Studi Karakteristik dan

Desain Ulang Sudu Turbin Open Flume di Dusun Wanarata

Desa Gumelem Kulon Kecamatan Susukan Kabupaten Banjarnegara

Intisari

Banjarnegara dikenal sebagai kabupaten penyuplai energi listrik nasional

dengan adanya PLTA “Jendral Soedirman”. PLTA ini memiliki kapasitas 181.5 MW

yang menyuplai 5% atau 90 MW dari 120 GW kapasitas terpasang di Jawa dan Bali.

Data dari Dinas PSDA & ESDM menyebutkan bahwa tingkat elektrifikasi pada tahun

2011 hanya sebesar 64.70%. Di Banjarnegara, banyak daerah terpencil yang masih

belum mendapatkan akses listrik, salah satu diantaranya adalah dusun Wanarata,

Gumelem Kulon, Susukan. Dusun ini hanya mempunyai potensi air yang kecil sekitar

25-50 liter/detik dengan terjunan (head) 3-4 meter dan akses menuju daerah ini

sangat sulit. Tujuan utama dari penelitian dan pengembangan ini adalah menyediakan

listrik dan meningkatkan aktivitas ekonomi. Penelitian dan pengembangan ini terdiri

dari perencanaan, pembangunan, dan pengembangan pemanfaatan sistem dari

pembangkit listrik tenaga pikohidro (PLTPh).

Pembangunan PLTPh merupakan pembangunan yang komprehensif meliputi

pembangunan pembangkit, pelatihan operator, pemberdayaan masyarakat dan

pengembangan pemanfaatan PLTPh untuk industri rumah tangga.

Desain ulang dari sudu turbin ini dibuat untuk mengatasi perubahan debit

pada perbedaan musim. Desain ulang sudu turbin berupa adjustable blade. Pengujian

turbin dilakukan pada head 3 meter dan 3,5 meter dengan debit dan kemiringan sudut

sudu turbin diubah-ubah. Dalam proses pengujian, putaran dan daya diukur untuk

mendapatkan efisiensi turbin yang maksimal.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kemiringan sudut sudu turbin (β) yang

paling optimal pada head 3-3.5 meter dan debit 36 l/dtk adalah 45° ; untuk debit

29-33 l/dtk adalah 40° ; untuk debit 28 l/dtk adalah 35° dan untuk debit 25 l/dtk

adalah 30°. Keadaan ini menunjukkan Turbin Open Flume OF. 125 masih dapat

digunakan pada musim kemarau dengan debit 25 l/dtk menghasilkan daya 264 watt.

Dengan kata lain optimalisasi pemakaian turbin sepanjang waktu dapat digunakan

dengan merubah kemiringan sudut sudu roda jalan (runner) apabila debit air berubah.

Efisiensi yang paling optimal untuk turbin Open Flume OF. 125 produksi CV.

Cihanjuang Inti Teknik Cimahi di lokasi PLTPh sebesar 51,2% yang menghasilkan

daya 550 watt dengan kecepatan spesifik 153,08 rpm dan kemiringan sudut sudu

turbin (β) 45°

Pemanfaatan listrik pada siang hari yang produktif untuk PLTPh ini berupa

usaha keripik pisang, keripik talas dan keripik ketela karena dalam satu kali

produksi, 40 kg bahan mentah dapat menghasilkan 14 kg keripik siap jual dengan

keuntungan Rp. 600.000,- pada rata-rata produksi 8 kali dalam satu bulan.

Kata kunci: studi kelayakan, PLTPh, turbin openflume, adjustable runner,

pengembangan, pemanfaatan dan usaha ekonomi produktif.

xv

Planning, Construction and Development of Utilization System of Picohydro

Power Plant by Characteristic Study and Redesign of Open Flume Turbine

Blades in Wanarata, Gumelem Kulon, Susukan, Banjarnegara

ABSTRACT

Banjarnegara is known as the national electric energy supplier with

“Jendral Soedirman” hydropower plant. This plant produces 181.5 MW which

supplies 5% or 90 MW of 120 GW for Java-Bali. Data of PSDA & ESDM

Department stated that the electrification ratio in 2011 is only 64.70%. In

Banjarnegara, many satellite communities still do not have access to electricity, one

of this is Wanarata area, Gumelem Kulon, Susukan. This area has the picohydro

potential from small stream of discharge 25-50 l/s and head 3-4 meters but access to

this area is very difficult. The main purpose of this research and development are to

provide electricity and economical activities. This research and development consists

of planning, construction and development of utilization system of picohydro power

plant (PhPP).

Construktion of PhPP is a comprehensive construktion including construction,

operator training, community empowerment and development of utilization for

industrial households. Redesign of turbine blades is made to cope alteration of discharge at different

seasons. Redesign of the turbine blade is adjustable blade. Tests of the turbine is

performed on head 3 meters and 3.5 meters with variation of discharge and slope the

turbine blades. In the testing process, rounds and power is measured to obtain the

maximum efficiency of the turbine.

The optimum slope of the turbine blade (β) is on head 3-3.5 meters and

discharge 36 l/s, 29-33 l/s, 28 l/s, 25 l/s is 45 °, 40 °, 35 ° and 30 ° respectively. This

situation shows Open Flume turbine can still be used in the dry season with the

discharge 25 l/s can be produced 264 watts.. In other words, optimization of the use

of turbines can be used to change the blade angle of runner when the discharge

changes all the time. The optimum efficiency of open-flume turbines produced by

CV. Cihanjuang Inti Teknik Cimahi is 51.2% which can be produced 550 watts with

specific velocity 153,08 rpm and blades angle is 45 ° .

The optimum utilization of PhPP electricity at day are bananas chips, taro

chips and cassava chips business because in one-time production 40 kg of raw

material can produce 14 kg chips with Profit IDR. 600.000 in a month for 8 times

the production.

Keywords: feasibility study, PhPP, openflume turbine, adjustable runner,

development, utilization and economically productive.

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah besar

termasuk diantaranya tenaga air yang bisa digunakan untuk membangkitkan energi

listrik. Untuk itu, perlu dikembangkan pembangkit-pembangkit dari energi

terbarukan. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) merupakan salah satu jenis

pembangkit energi terbarukan yang menggunakan energi air sebagai penggeraknya.

Tidak semua potensi energi air di Indonesia memiliki potensi besar untuk

dikonversikan menjadi listrik maka perlu dikembangkan pula pembangkit listrik

berkapasitas menengah atau kecil. Khusus untuk energi air, pembangkit ini disebut

dengan pembangkit listik tenaga minihidro dan pembangkit listrik tenaga mikrohidro.

Peranan pembangkit listrik ini di Perusahaan Listrik Negara saat ini relatif sangat

kecil dibandingkan jenis pembangkit tenaga listrik lainnya. Saat ini,

pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga mikrohidro (PLTMH) ini semakin luas

hingga ke daerah-daerah terpencil sehingga membantu mewujudkan program

pemerintah (Visi 75-100 yaitu agar seluruh rakyat Indonesia dapat menggunakan

energi listrik dengan meningkatkan rasio elektrifikasi).

Pembangkit listrik tenaga air di kelompokan berdasarkan ukuran kapasitasnya.

Klasifikasi Pembangkit Daya Listrik Hidro dapat dilihat pada tabel 1.1.

2

Tabel 1.1. Klasifikasi Pembangkit Daya Listrik Hidro

(Sumber: IMIDAP-P-024, 2009)

Spesifik mengenai klafisikasi picohydro, Pembangkit Listrik Tenaga

Pikohidro (PLTPh) adalah suatu pembangkit listrik kecil yang menggunakan tenaga

air saluran irigasi, sungai atau air terjun alam, dengan cara memanfaatkan tinggi

jatuhnya air (head, dalam m) dan jumlah debit airnya (m3/dtk). Implikasi

pembangunan PLTPh membutuhkan peralatan relatif sederhana dan sedikit areal

tanah yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian pikohidro. PLTPh

merupakan pembangkit listrik jenis run of river dimana head diperoleh tidak dengan

cara membangun bendungan besar, melainkan dengan mengalihkan aliran air sungai

ke satu sisi dari sungai dan menjatuhkannya lagi ke sungai pada suatu tempat dimana

beda head yang diperlukan sudah diperoleh. Air dialirkan ke power house yang

dibangun dipinggir sungai atau irigasi. Air akan memutar sudu turbin (runner),

kemudian air tersebut dikembalikan ke sungai atau irigasi asalnya. Energi mekanik

dari putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator.

Klasifikasi

Pembangkit Daya Keterangan

Largehydro > 100 MW Pemasok daya listrik pada system grid

yang besar

Mediumhydro 15 – 100 MW Pemasok daya listrik pada system grid

Smallhydro 1 – 15 MW Pemasok daya listrik pada system grid

Minihydro 100 kW < x < 1 MW

Pembangkit yang berdiri sendiri dalam

memasok daya listrik kepada konsumen

(stand alone schemes) atau sebagai

pemasok daya listrik pada system grid

Microhydro 5 kW – 100 KW

Sebagai pemasok daya listrik yang

berjumlah sedikit atau industry perdesaan

yang terpisah jauh dari system grid

Picohydro < 5 KW

3

Salah satu keunggulan PLTPh adalah tidak menimbulkan kerusakan

lingkungan. PLTPh yang merupakan salah satu aplikasi distributed power generation,

dapat membantu mewujudkan program peningkatan rasio elektrifikasi, memperbaiki

kualitas listrik buruk di pedesaan dan menambah ketersediaan energi listrik di tingkat

regional.

Kabupaten Banjarnegara merupakan daerah yang dikenal sebagai kabupaten

penyuplai energi listrik nasional dengan adanya PLTA Jendral Sudirman. PLTA ini

mempunyai kapasitas 181,5 MW dan menyumbang 5 % atau 90 MW tenaga listrik

dari seluruh pembangkit yang ada di Pulau Jawa dan Bali dengan kapasitas terpasang

120.000 MW. Tingkat elektrisasi desa sudah 100 % teraliri listrik namun per Kepala

Keluarga ( KK ) baru mencapai 64,7% (Dinas PSDA dan ESDM, 2011).

Berkaitan dengan upaya untuk peningkatan dan pemberdayaan usaha kecil

dan menengah ( UKM/UMKM ) dan untuk peningkatan Pendidikan, Pelayanan

Kesehatan, tempat ibadah, serta terpeliharanya Keamanan Lingkungan, maka

perlunya didukung dengan sarana dan prasarana yang memadahi, salah satunya

adalah kebutuhan akan energi listrik untuk dusun-dusun yang belum menikmati

aliran listrik di Kabupaten Banjarnegara.

Salah satu contoh di Dusun Wanarata Desa Gumelem Kulon Kecamatan

Susukan Kabupaten Banjarnegara sampai saat ini belum tersentuh aliran listrik atau

dengan kata lain “ listrik belum masuk dusun pada wilayah tersebut.” Hal ini

disebabkan pertimbangan dari segi bisnis yang kurang menguntungkan dan juga

lokasi yang sulit dijangkau.

4

Selama ini, banyak terdapat keluhan dari masyarakat yang terus menunggu

adanya program listrik pedesaan yang tak kunjung terealisasi. Disamping itu, di

dusun tersebut hanya mempunyai potensi air yang kecil sekitar 25-50 liter/detik

dengan terjunan (head) 3-4 meter sehingga tidak ada investor tertarik untuk

membangun pembangkit listrik. Bahkan juga, pemerintah setempat belum

mengalokasikan untuk program yang fokus untuk peningkatan rasio elektriasasi

pedesaan ataupun untuk pembangunan pembangkit untuk tenaga pikohidro.

Keadaan-keadaan di atas menjadi dasar bagi peneliti untuk memberikan

alternatif untuk perencanaan, pembangunan dan pengembangan pemanfaatan sistem

pembangkit listrik tenaga pikohidro di dusun Wanarata desa Gumelem Kulon

kecamatan Susukan kabupaten Banjarnegara.

1.2. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah pada thesis ini sebagai berikut :

1. Apakah potensi sungai yang dimiliki oleh dusun Wanarata desa Gumelem Kulon

kecamatan Susukan kabupaten Banjarnegara dapat dimanfaatkan untuk PLTPh ?

2. Bagaimana pembangunan PLTPh yang sesuai dengan potensi yang dimiliki dusun

Wanarata desa Gumelem Kulon kecamatan Susukan kabupaten Banjarnegara ?

3. Bagaimana desain ulang sudu turbin open flume yang sesuai dengan karakteristik

debit air di dusun Wanarata desa Gumelem Kulon kecamatan Susukan kabupaten

Banjarnegara ?

4. Bagaimanakah untuk meningkatkan pemanfaatan PLTPh untuk usaha ekonomi

produktif ?

5

1.3. Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah adalah:

1. Potensi untuk PLTPh dibatasi pada daerah aliran Sungai Wanarata dusun

Wanarata desa Gumelem Kulon kecamatan Susukan kabupaten Banjarnegara.

2. Pembangunan PLTPh yang meliputi bangunan sipil, mekanikal dan elektrikal

mengacu pada standar produk CV. Cihanjuang Inti Teknik Cimahi.

3. Desain ulang sudu turbin open flume difokuskan pada variasi sudut sudu turbin

tanpa merubah dimensi sudu turbin produksi CV. Cihanjuang Inti Teknik Cimahi.

4. Pemberian solusi untuk meningkatkan pemanfaatan listrik PLTPh dibatasi pada

siang hari untuk industri rumah tangga.

1.4. Keaslian penelitian

Pemanfaatan potensi untuk PLTPh pada daerah aliran Sungai Wanarata di

dusun Wanarata desa Gumelem Kulon kecamatan Susukan kabupaten Banjarnegara

belum pernah dilakukan dan desain sudu turbin yang difokuskan pada variasi sudut

sudu turbin belum pernah ada dipublikasikan sehingga penelitian ini bersifat asli.

1.5. Tujuan Penelitian dan Pengembangan

Tujuan dari thesis ini adalah:

1. Menghasilkan studi kelayakan (feasibility study) pembangunan PLTPh pada sungai

Wanarata yang mempunyai debit andalan 25-50 l/dtk (musim kemarau dan

musim hujan) dan mempunyai tinggi terjun (head) 3-4 meter.

1236-h-2012

Documents