dimas riadi permadi

12
STUDI KELAYAKAN PEMASANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO PADA PINTU AIR BENDUNG MLIRIP MOJOKERTO Dimas Riadi Permadi 1 , Suwanto Marsudi 2 , Donny Harisuseno 2 . 1 Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2 Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya e-mail: [email protected] ABSTRAK Pembangkit listrik tenaga mikro hidro merupakan pembangkit listrik yang bersifat clean energy, mudah diterapkan, dan cepat guna. Tujuan pembangunan PLTMH pada pintu air Mlirip adalah untuk memanfaatkan energi potensial pada debit dan mengolahnya kembali agar menghasilkan energi namun tidak mengubah fungsi dari pintu air itu sendiri. Studi ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar energi yang paling efektif bisa dibangkitkan yang didasari oleh asas ekonomi. Analisa debit rencana menggunakan data debit yang tercatat minimal 10 tahun dan menggunakan metode median-modus. Hasil dari studi ini, perencanaan menggunakan debit desain sebesar 11m 3 /det dengan tinggi jatuh effektif (net head) sebesar 7,9m, yang mampu menghasilkan energi sebesar 761,07 kW atau 6173,78MWh/tahun dan mampu mereduksi emisi gas karbon sekitar 4189 tCO2/tahun, perencanaan ini didapat biaya pembangunan sebesar 31,34 Milyar rupiah dengan keuntungan pertahun 6,06 Milyar rupiah, dariperhitungan didapat perameter kelayakan BCR: 1,67, NPV: 20,93, IRR: 21,57% sehingga pembangunan PLTMH layak secara ekonomi. Kata kunci: PLTMH, debit, energi, emisi, kelayakan ekonomi ABSTRACT Micro Hydro Power is a power plant. It was designed with the clean energy, easy to built, and fast in use. The water gate of micro hydro power in Mlirip aimed to utilizing the potensial energy of discharge and turn it back into a new energy but not substitute for the function of water gate. In this, the most effective energy able to generate based on economic principle. The discharge plan analysis used of discharge data with minimal recorded about 10 years and utilized median-modus method. The results of the study, the planning used design of discharge in amount of 11m3/sec and effective net head in amount of 7,9m, which is capable to deliver energy around 761,07 kW or 6172,78 MWh/year and be able to reduced carbon dioxide emission around 4189 tCO2/year. The construction planning required cost of 31.34 billion rupiah with annual benefit around 6.06 billion rupiah. The results of calculation is feasibility value of BCR: 1,67, NPV: 20,93, IRR: 21,57 %. Thus, the development of micro hydro power is feasible economically. Keywords: Micro Hydro Power, discharge, energy, emission, economic feasibility. 1. PENDAHULUAN Kebutuhan energi di dunia terus mengalami peningkatan termasuk di Indonesia. Rata rata permintaan energi dunia mengalami peningkatan sebesar 1,6% per tahun (International Energi Agency-IEA). Sekitar 80% kebutuhan energi tersebut dipasok dari bahan bakar fosil, utamanya BBM yang merupakan sember energi yang tak terbarukan. Peningkatan GDP dan pertambahan laju pertumbuhan penduduk menyebabkan permintaan energi dunia meningkat,

Upload: hoangkhue

Post on 18-Jan-2017

256 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Dimas Riadi Permadi

STUDI KELAYAKAN PEMASANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKROHIDRO PADA PINTU AIR BENDUNG MLIRIP MOJOKERTO

Dimas Riadi Permadi1, Suwanto Marsudi

2, Donny Harisuseno

2.

1Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya

2Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

e-mail: [email protected]

ABSTRAK

Pembangkit listrik tenaga mikro hidro merupakan pembangkit listrik yang bersifat clean

energy, mudah diterapkan, dan cepat guna. Tujuan pembangunan PLTMH pada pintu air Mlirip

adalah untuk memanfaatkan energi potensial pada debit dan mengolahnya kembali agar

menghasilkan energi namun tidak mengubah fungsi dari pintu air itu sendiri.

Studi ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar energi yang paling efektif bisa

dibangkitkan yang didasari oleh asas ekonomi. Analisa debit rencana menggunakan data debit

yang tercatat minimal 10 tahun dan menggunakan metode median-modus.

Hasil dari studi ini, perencanaan menggunakan debit desain sebesar 11m3/det dengan

tinggi jatuh effektif (net head) sebesar 7,9m, yang mampu menghasilkan energi sebesar 761,07

kW atau 6173,78MWh/tahun dan mampu mereduksi emisi gas karbon sekitar 4189 tCO2/tahun,

perencanaan ini didapat biaya pembangunan sebesar 31,34 Milyar rupiah dengan keuntungan

pertahun 6,06 Milyar rupiah, dariperhitungan didapat perameter kelayakan BCR: 1,67, NPV:

20,93, IRR: 21,57% sehingga pembangunan PLTMH layak secara ekonomi.

Kata kunci: PLTMH, debit, energi, emisi, kelayakan ekonomi

ABSTRACT

Micro Hydro Power is a power plant. It was designed with the clean energy, easy to

built, and fast in use. The water gate of micro hydro power in Mlirip aimed to utilizing the

potensial energy of discharge and turn it back into a new energy but not substitute for the

function of water gate.

In this, the most effective energy able to generate based on economic principle. The

discharge plan analysis used of discharge data with minimal recorded about 10 years and

utilized median-modus method.

The results of the study, the planning used design of discharge in amount of 11m3/sec

and effective net head in amount of 7,9m, which is capable to deliver energy around 761,07 kW

or 6172,78 MWh/year and be able to reduced carbon dioxide emission around 4189 tCO2/year.

The construction planning required cost of 31.34 billion rupiah with annual benefit around 6.06

billion rupiah. The results of calculation is feasibility value of BCR: 1,67, NPV: 20,93, IRR:

21,57 %. Thus, the development of micro hydro power is feasible economically.

Keywords: Micro Hydro Power, discharge, energy, emission, economic feasibility.

1. PENDAHULUAN

Kebutuhan energi di dunia terus

mengalami peningkatan termasuk di

Indonesia. Rata – rata permintaan energi

dunia mengalami peningkatan sebesar

1,6% per tahun (International Energi

Agency-IEA). Sekitar 80% kebutuhan

energi tersebut dipasok dari bahan bakar

fosil, utamanya BBM yang merupakan

sember energi yang tak terbarukan.

Peningkatan GDP dan pertambahan laju

pertumbuhan penduduk menyebabkan

permintaan energi dunia meningkat,

Page 2: Dimas Riadi Permadi

sedangkan cadangan BBM dunia semakin

berkurang. Hal ini menimbulkan

ketidakseimbangan permintaan dan

penawaran, akibatnya harga minyak dunia

berfluktuasi. Dunia pun mencari alternatif

baru untuk mengatasi ketergantungan pada

BBM.

Pada saat ini Indonesia juga

mengalami keadaan tersebut. Dalam skala

besar Indonesia masih mengandalkan BBM

untuk memasok kebutuhan dalam negeri

sayangnya sebagian BBM masih harus

diimpor. Padahal Indonesia mempunyai

potensi yang besar dengan energi yang

terbarukan seperti panas bumi, tenaga air,

tenaga surya, tenaga angin, dan bio fuel.

Pemanfaatan energi terbarukan tersebut

yang berasal dari tenaga air, tenaga surya,

dan tenaga angin masih terbatas. Seperti

tenaga air yang bisa kita ketahui Indonesia

mempunyai potensi yang cukup besar dan

masih dimanfaatkan hanya 7,54% dari

potensi sebesar 75,670MW.

Penggunaan energi yang terbarukan

lainnya belum besar kecuali tenaga air,

karena biaya produksinya masih belum

berkompetitif dibadingkan dengan energi

konvensional lainnya. Pada umumnya

harga listrik yang dihasilkan atau

dibangkitkan oleh PLTS, PLTB, dan

Geothermal, energi terbarukan lainnya

masih mempunyai harga yang lebih tinggi

daripada listrik yang dibangkitkan dengan

BBM (bersubsidi) kecuali PLTA.

Dengan kata lain, pembangkit

tenaga air sangat cocok dilakukan

pengembangan, pembangunan ini

memerlukan banyak pertimbangan

sehingga perlu diselidiki kemungkinan

lokasi yang paling layak secara teknis

maupun ekonomi.

Di Kabupaten Mojokerto propinsi

Jawa Timur terdapat potensi energi dari

sungai brantas, bersumber pada pintu air

Mlirip, sehingga muncul pemikiran untuk

menganalisis kelayakan pembangunan

PLTMH. Berdasarkan kajian-kajian diatas

pemanfaatan sungai akan lebih optimal

apabila ketersediaan air dimanfaatkan

dalam hal selain air baku.

2. PUSTAKA DAN METODOLOGI

Perencanaan pembangkit listrik tenaga

air

A. Debit andalan

Debit andalan adalah Debit andalan

didefinisikan sebagai debit yang tersedia

guna keperluan tertentu misalnya untuk

keperluan irigasi, PLTA, air baku dan lain-

lain sepanjang tahun, dengan resiko

kegagalan yang telah diperhitungkan (C.D.

Soemarto,1987). Setelah itu baru

ditetapkan frekuensi kejadian yang

didalamnya terdapat paling sedikit satu

kegagalan. Dengan data cukup panjang

dapat digunakan analisis statistika untuk

mengetahui gambaran umum secara

kuantitatif besaran jumlah air. Beberapa

debit andalan untuk berbagai tujuan, antara

lain: (C.D. Soemarto, 1987).

1. Penyediaan air minum 99%

2. Penyediaan air industry 95%-98%

3. Pusat Listrik Tenaga Air 85%-90%

B. Kurva durasi

Duration curve adalah suatu grafik

yang memperlihatkan debit sungai dan

selama beberapa waktu tertentu dalam satu

tahun, debit ini terdapat pada sungai.

Duration curve digambarkan dari data-data

debit, sekurang-kurangnya selama 10

tahun, agar dapat memberikan informasi

yang bisa digunakan.

Berdasarkan duration curve dari

suatu aliran sungai dapat diambil beberapa

daya teoritis sebagai berikut (Mosonyi,

2009):

1. Energi potensi minimum

2. Energi potensi kecil

3. Energi potensi median

4. Energi potensi mean

C. Median

Median (median) adalah nilai

tengah dari suatu distribusi, atau dikatakan

variat yang membagi frekuensi menjadi

Page 3: Dimas Riadi Permadi

2 (dua) bagian yang sama, oleh karena itu

peluang (probability) dari median selalu

50% (Soewarno-Jilid 1, 1995).Berikut ini

adalah data yang belum dikelompokan :

1. Jumlah data ganjil

Untuk data yang jumlahnya ganjil, median

adalah data pada urutan yang ke (k1) yang

dapat dihitung dengan rumus :

k1= 2

1n

Dimana:

k1 = Letak median

n = Jumlah data

2. Jumlah data genap

Untuk data yang jumlahnya genap, median

adalah data yang letaknya pada titik tengah

urutan data ke (k1), yang dapat dihitung

dengan rumus

k1= 2

n

k1= 2

2n

Median dari data yang telah

dikelompokkan menjadi suatu distribusi

frekuensi dapat dihitung dengan rumus

sebagai berikut :

f

FkibMd 1

D. Modus

Dari sekumpulan data atau

distribusi terdiri dari variable deskrit, yang

disebut Modus. Modus adalah variat yang

terjadi pada frekuensi yang paling banyak.

Sedang pada suatu ditribusi yang terdiri

dari variable kontinyu, yang disebut

dengan modus adalah variat yang

mempunyai kerapatan peluang maksimum

(maximum probability density). Sebelum

menghitung nilai modus, terlebih dahulu

data yang ada disusun dalam suatu

distribusi frekuensi interval kelas lalu nilai

modus dihitung dengan rumus sebagai

berikut (Soewarno-Jilid 1, 1995) :

)()( 21

1

ffff

ffiBMo

Perencanaan Komponen Bangunan

Hidraulik PLTMH

A. Bendung (Weir)

Bendung (weir) merupakan

bangunan yang dipergunakan untuk

meninggikan muka air pada sungai hal ini

bertujuan agar air pada sungai dapat

menjangkau wilayah yang harus mendapat

suplai air dari sungai untuk keperluan

tertentu.

Pintu sorong

Pintu sorong sebagai pengatur debit

yang mengalir diatas Bendung, jumlah

debit air yang mengalir dapat dihitung

dengan persamaan :

Q = hgbaK 2

B. Pipa pesat (Penstock)

Untuk menentukan diameter pipa

pesat yang ekonomis dapat ditentukan

dengan persamaan empiris (Dandenkar dan

Sharma, 1991).

1.Rumus USBR

V = 0,125gH2

2. Sarkaria’s formula

65,0

35,0

62,0H

PD

3. Doland’s formula

466,0)/(176,0 Hp 4. Warnick’s formula

D = CQ0.5

5. Moffat’s formula

D=06,0

43,0

H

CP

C. Saluran Inlet

Penggunaan saluran inlet untuk

menggantikan peran pipa pesat ketika

kondisi lapangan memungkinkan untuk

hanya memakai saluran inlet, saluran ini

berbahan dasar beton sehingga lebih

ekonomis, dimensi saluran inlet dapat

dihitung dengan persamaan pada gambar

berikut:

Page 4: Dimas Riadi Permadi

Gambar 1. Dimensi Saluran Inlet

Menurut Celso (2004), intake pipa

pesat harus direncanakan sedemikian rupa

sehingga tidak mengalami vorticity.

Vorticity adalah fenomena kekurangan

tekanan dalam pipa pesat sehingga dapat

mengganggu kinerja turbin. Menurut

Gordon dalam Celso (2004), kedalaman

tenggelam harus lebih besar dari nilai “s”

dimana nilai s dihitung dengan persamaan:

Ht > s

S = c V D

Dimana:

C = 0,7245 untuk inlet asimetris dan

0,5434 untuk inlet simetris.

Gambar 2. Skema Inlet Pipa Pesat

Kelompok Bangunan Pelengkap

A. Bak Penampang (Forebay)

Bak penampung (forebay) dapat

berfungsi sebgai kolam pengatur aliran

untuk mengurangi perubahan muka air

pada saluran pengalih dan juga berfungsi

sebgai pelindung turbin dari endapan

lumpur dan sampah.

Gambar 3. Tipe tipe Bentuk dari Bak

Penampung (Forebay)

B. Penyaring (Trashrack)

Penyaring (trashrack) dipergunakan

untuk menyaring aliran air yang masuk

kedalam turbin agar tidak terjadi

penumpukan sampah dan tidak

mengganggu kinerja turbin. Kecepatan

melalui penyaring dapat dihitung dengan

persamaan (Mosonyi,1987):

v = b

btv

025,1

Varshney (1977:285) menyarankan

penyaring yang lebih rapat (screen) untuk

inlet pipa pesat atau inlet turbin. kecepatan

yang diijinkan untuk melewati penyaring

berkisar antara:

a. 0,6 – 2,5 m/dt untuk tinggi jatuh

rendah

b. 1,25 – 2,0 m/dt untuk tinggi jatuh

sedang

c. 2,0 – 6,0 m/dt untuk tinggi jatuh besar

C. Tail Water Level (TWL)

Tail Water Level (TWL) adalah

elevasi muka air bawah. Tinggi TWL

tergantung dari debit air yang keluar dari

turbin, jenis penampang serta dimensi

penampang saluran buritan atau saluran

bawah. Untuk saluran terbuka, menurut

Patty (1995), penampang saluran yang

paling baik adalah penampang trapesium

dengan jari-jari hidrolik, R = ½ h dan

kemiringan dinding saluran (m) dapat

diambil sebesar:

1. saluran tanah; 1:1,5 hingga 1:2

2. saluran pasangan batu/beton; 1:1

hingga 1:2

Rumah Pembangkit

A. Klasifikasi Turbin

Berdasarkan prinsip kerja turbin

dalam mengubah energi potensial air

Page 5: Dimas Riadi Permadi

menjadi energi mekanis, turbin air

dibedakan menjadi dua kelompok yaitu

turbin impuls dan turbin reaksi, Perbedaan

pokok kedua golongan turbin tersebut

adalah:

1. Runner turbin impuls berputar di udara

karena mendapat pancaran air.

Dengan demikian maka seluruhnya

(atau hampir seluruhnya) diubah

menjadi energi kinetik untuk

memutarkan runner.

2. Runner turbin reaksi berputar didalam

air oleh energi dalam bentuk tekanan

dan kinetik.

B. Karakteristik Turbin

ESHA menggunakan standar

internasional IEC 60193 dan 60041 untuk

menentukan besarnya nilai kecepatan

spesifik turbin, Formula untuk menghitung

besarnya kecepatan spesifik adalah (Celso,

2004):

NQE = 4

3

E

Qn

C. Kavitasi

Kavitasi adalah suatu kejadian yang

timbul dalam aliran dengan kecepatan yang

besar, sehingga tekanan air menjadi lebih

kecil daripada tekanan uap air maksimum

di temperatur tersebut.

Gambar 4. Skema Pemasangan Turbin

Untuk Analisa Kavitasi

D. Dimensi Turbin

Dalam perencanaan dimensi turbin

maka harus ditentukan terlebih dulu jenis

turbin yang akan digunakan apakah turbin

impuls atau turbin reaksi, dalam

perencanaan pembangkit listrik tenaga air

dengan tinggi jatuh maka jenis turbin yang

digunakan adalah turbin reaksi. Menurut

Ramos (2000), turbin reaksi terdiri atas

beberapa bagian sebagai berikut:

a. Rumah Siput (Spiral Case)

b. Wicket Gate atau Guide Vane

c. Pemutar (Runner)

d. Pipa pembuang (Draft tube)

E. Generator

Menurut Penche, generator yang

digunakan untuk PLTMH adalah generator

dengan 3 fasa dan jenis generator

dibedakan menjadi dua yakni:

1. Generator Sinkron

2. Generator tak Sinkron

Selain itu, generator juga memiliki

efisiensi sama seperti turbin, efisiensi

generator dapat dibedakan berdasarkan

keluaran energi yang dihasilkan (Celso,

2004).

Tabel 1. Hubungan Antara Daya Generator

dengan Efisiensi Rated Power

(kW)

Best

efficiency

10 0,91

50 0.94

100 0,95

250 0,955

500 0,96

1000 0,97

F. Tinggi Jatuh Efektif (Heff)

Untuk mendapatkan head efektif

diperlukan peta topografi dan detail disain

bendung sehingga didapat head losses dan

net head.

Persamaan tinggi jatuh efektif

adalah (Varshney, 1977):

Heff = EMAW – TWL – hl

Gambar 5. Tinggi Jatuh

Page 6: Dimas Riadi Permadi

G. Potensi Tenaga Air

Dikarakteristikan perbedaan level

tinggi jatuh (H), membawa masuk air

berupa debit (Qm3/s), teori energi potensial

dimaksutkan dalam mkg/sec. (Mosonyi,

1987).

NP = QH = 1000 QH [mkg/sec]

Atau dalam kilowatts

NP = 13,3 x 0,736 QH = 9,8 QH

H. Daya

Perhitungan daya yang tersedia dan

output energi untuk debit pembangkit yang

diperhitungkan pada prinsipnya tidak ada

kesulitan jika ungkapan berikut

diinterpretasi dengan benar

(Mosonyi,1987), sebagai berikut:

P = 9,8 x Heff x Q x η

I. Energi

Tenaga andalan dihitung

berdasarkan debit andalan yang tersedia

untuk PLTMH yang berupa debit outflow

dengan periode n harian (Mosonyi, 1987).

E = 9,8 x H x Q x η x 24 x n

= P x 24 x n

J. Analisa Emisi Gas Karbon (Green

House Gas Emission)

Tabel 2. Nilai Faktor Emisi Gas Karbon

untuk Tiap Jenis Bahan Bakar

No. Jenis Bahan Bakar

(Sumber Energi) Kg CO2/kWh

1 Minyak 0,754*

2 Diesel 0,764

3 Tenaga Air (Hydro) 0

4 Panas Bumi (Geothermal) 0

5 Batu Bara (Coal) 0,94

6 Gas Alam (Natural Gas) 0,581

K. Analisa Ekonomi

Analisa ekonomi dilakukan untuk

mengetahui kelayakan suatu proyek dari

segi ekonomi. Dalam melakukan analisa

ekonomi dibutuhkan dua komponen utama

yaitu: cost (komponen biaya) dan benefit

(komponen manfaat). Dalam komponen

biaya (cost) terdapat beberapa hal yang

menyangkut pada pelaksanaan

pembangunan, mulai dari ide, studi

kelayakan, perencanaan, pelaksanaan,

sampai pada operasi dan pemeliharaan

membutuhkan bermacam-macam biaya.

Pada analisis kelayakan ekonomi biaya-

biaya tersebut dikelompokkan menjadi dua

yaitu biaya modal dan biaya tahunan.

Sedangkan, pada komponen

manfaat (benefit) merupakan manfaat Pusat

Listrik Tenaga Mikro Hidro didasarkan

pada tenaga listrik yang dihasilkan tiap

tahun dan tarif dasar listrik yang berlaku.

L. TURBN PRO

TURBN PRO merupakan program

untuk mengolah data teknis dan melakukan

pengukuran dan penggambaran turbin air.

Beberapa data yang berhubungan dengan

keadaan lokasi turbin tersebut bekerja

dimasukkan, juga parameter-parameter

operasi dan susunan peralatan yang di

inginkan.

Komponen-komponen utama yang

harus diperhatikan dalam pengembangan

TURBN PRO, antara lain:

a. data

b. perangkat keras (hardware)

c. perangkat lunak (software)

d. manusia/pelaksana

e. tata cara/prosedur

Langkah-Langkah Studi (Metodologi)

Dalam perencanaan ini, di susun

suatu metode teknis secara menyeluruh

untuk menganalisa berbagai data untuk

keperluan perencanaan PLTMH. Berikut

langkah-langkah studi yang dilakukan :

1. Analisa kondisi lokasi eksisting pintu

Mlirip

2. Analisa hidrologi untuk mendapatkan

nilai debit andalan sungai

3. Perencanaan desain bangunan PLTMH

4. Analisa energi listrik mengguakan

metodeyang biasa dilakukan di lapangan

5. Analisa reduksi emisi gas rumah kaca

(GHG) dan perhitungan manfaat dari

reduksi emisi gas rumah kaca melalui

sistem CDM dan CER

6. Dari data ekonomi seperti data biaya

proyek, suku bunga bank, kondisi ekonomi

Page 7: Dimas Riadi Permadi

sosial dipergunakan untuk analisa

kelayakan ekonomi dengan parameter nilai

NPV, BCR, IRR, dan cash back period.

3. PEMBAHASAN DAN HASIL

A. Kondisi Eksisting Pintu Air Mlirip

Direncanakan pembangunan PLTMH

ini menggunakan jenis pembendungan run

of river yaitu air sungai di hulu dibelokkan

dengan menggunakan dam yang dibangun

memotong air sungai, air sungai kemudian

diarahkan ke bangunan PLTMH kemudian

dikembalikan ke aliran semula di hilir,

maka air yang terpakai tidak akan

menggangu pendistribusian air untuk kota

Surabaya.

Menurut jenisnya PLTMH ini

dikategorikan sebagai berikut:

Tabel 3. Kategori PLTMH Mlirip

No. Kategori Jenis

1 Teknis run of river

2

Kapasitas

terpasang 1 x 760 kw

3 Tinggi Jatuh 7-7,9 m (rendah)

4 Debit disain 11 m3/det

5 Ekonomi

Beban dasar

(central grid)

Berdasarkan data detail enginer

design yang dikeluarkan oleh Perum Jasa

Tirta I bahwa pintu air pada bendung

Mlirip mempunyai 2 pintu dengan masing-

masing lebar 5 meter dan 8.5 meter dengan

ketinggian elevasi dasar sebesar +13,00,

tinggi ambang +15,35 dengan elevasi muka

air normal +17,65 dengan kondisi aliran

bebas (free flow), berikut data teknis

bendung Mlirip :

a. Bendung/Dam

tipe

: Pelimpah berpintu (gated weir)

Panjang

: 22,35 m

Tinggi pilar diatas weir

: 5,5 m

El. puncak menara pintu air

: El. 27,15 m

El. mercu weir

: El. 15,35 m

Muka Air Rendah (MAR)

: El. 17,00 m

Muka Air Tinggi (MAT)

: El. 18,30 m

Muka Air Tinggi Batas Atas

: El. 19,95 m

b. Pintu Air No.1 & No.2

Tipe

: Pintu roda tetap dari baja

Lebar

: 5,00 m – No.1

8,85 m – No.2

Tinggi

: 4,90 m

Dasar Pintu (sill beam)

: 4,90 m

Tinggi tekanan air

: 4,60 m

Gambar 6. Kurva kapasitas pintu No. 1

Gambar 7. Pintu air Mlirip (eksisting)

Page 8: Dimas Riadi Permadi

B. Elevasi Muka Air (Upstream)

Elevasi upstream pada bendung

Mlirip berdasarkan rata-rata dari muka air

rendah MAR dan muka air tinggi MAT

yaitu +17,65.

C. Perhitungan Debit Andalan

Data debit yang digunakan untuk

menghitung debit andalan adalah data debit

outflow rata-rata harian bendung Mlirip

selama 1999-2012 (14 tahun). Metode yang

digunakan untuk perhitungan debit andalan

adalah metode Modus dan Median.

Gambar 8. Flow Duration Curve

Pemilihan debit dilakukan

berdasarkan probabilitas kejadian selama

kurun waktu 365 hari, berikur tabel

pemilihan debit disain yang akan

digunakan

Tabel 4. Alternatif Debit

Altern

atif

Debi

t

Jumla

h

Turbi

n

Debit

Turbi

n

No.1

Debit

Turbi

n

No.2

P

Terla

mpau

i

Kega

galan

m3/dt m3/dt m3/dt % hari hari

1 11.0 1 11 - 94 343 22

2 21.0 2 10,5 10,5 53 194 171

3 31.0 2 10,5 20,5 27 98 267

D. Bak Pengendap

Dalam perencenaan PLTA mlirip

merupakan PLTA dengan tekanan rendah,

maka diameter maksimum yang diizinkan

sebesar 0,5 mm. Data-data yang

dibutuhkan untuk perencanaan sebagai

berikut :

Debit rencana Qp = 21m3/det x 1,2 =

25,2m3/det

Tinggi air dalam bak = 4,65 m

Suhu air = 20oc

D50 = 0,5 mm

Kecepatan rata-rata =1865,4

2,25

=0,3

m/det

Metode Mosonyi

Menghitung kecepatan kritis butir

dengan persamaan :

dav Dengan :

v = kecepatan kritis butiran

(cm/det)

a = 44 bila 1 mm > d > 0,1 mm

d = diameter butiran (mm)

maka,

5,044v

v = 31,117 cm/det

Menghitung panjang bak pengendap

dengan persamaan :

)'(

hvL

Gambar 9. Grafik Kecepatan Jatuh Butir

Maka,

a = h

132,0

=65,4

132,0

= 0,061

' = va

= 0,061 + 0,301

= 0,0184

Page 9: Dimas Riadi Permadi

)'(

hvL

= )0184,007,0(

301,065,4

= 27,148 ~ 27 m

Menghitung lebar bak pengendap dengan persamaan :

vh

QB

. =

3,065,4

2,25

= 18 m

Perhitungan lama waktu turun

butiran dengan persamaan :

t =

h = 4,65 / 0,07

= 66,428 detik

E. Trashrack

Pada pintu air Mlirip sudah terdapat

Trash boom yang memiliki fungsi hampir

sama seperti Rack namun Trash boom

hanya menyaring benda – benda yang

mengapung seperti tumbuhan Enceng

gondok dan sampah-sampah yang ada

dipermukaan, maka diperlukan

penambahan penyaring tambahan untuk

melindungi turbin.

Direncanakan pembangunan trash

rack menggunakan spesifikasi sebagai

berikut :

Sudut kemiringan = 60o

Lebar Profil = 0,01 m

Jarak antar profil = 1 m

Koefisien profil = 0,8

Kecepatan rata-rata aliran = 1,08 m/det

Kecepatan aliran setelah melewati rack

adalah :

b

bsvvr

)0.25,1(

1

101,008,1)5,1(

rv

64,1rv m/det

F. Saluran Tail Race

Saluran tail race berada setelah

draft tube, berfungsi sebagai saluran

pembuangan dari PLTMH menuju sungai,

pada perencanaan saluran diperhitungkan

lebar saluran terhadap lahan yang tersedia,

berikut data perencanaan :

debit disain : 25,2 m3/det

el. dasar : +12,300

lebar saluran : 21m

n manning (beton) : 0,013

slope : 0,0025

Perhitungan saluran menggunakan rumus

Luas penampang aliran (A) = By =

21y

keliling basah (P) = B +2Y = 21 + 2y

Jari-jari hidroulis (R) = A/P = 21y/(10+2y)

kedalaman air dihitung dengan rumus

manning

2

1

3

21

SRn

AQ

2

13

2

0025,0221

21

013,0

1212,25

y

yy

Persamaan diatas diselesaikan

dengan menggunakan metode iterasi, dan

hasilnya adalah y = 0,51m. Jadi kedalaman

normal di tailrace sebesar 0,51m dengan

debit sebesar 25,2m3/det , dengan elevasi

muka air 9,3 + 0,51 = +9,81. Tinggi jatuh

kotor (gross head) sebesar 17,65 – 9,81 =

7,84 m.

G. Saluran Inlet

Diameter pada inlet tergantung pada

jenis turbin, pada studi ini lebih cocok

menggunakan tipe Bulb, Tulbular, dan

Semi spiral . perhitungan lebar saluran

menggunaan persamaan berikut contoh

perhitungannya :

D = 1,4 m

Bulb = 3d x 2d

L = (3 x 1,4)

= 4,2 m

T = (2 x 1,4)

= 2,8 m

Semi spiral case D = 3 x d = 4,2 m

Tulbular case D = 1,4 x d = 1,96 m

Page 10: Dimas Riadi Permadi

Tabel 5. Besar Kecepatan pada Setiap Jenis

Saluran Inlet

Jenis Diameter Luas Kecepatan

(m) (m2) (m/dt)

Bulb 3.4 11.76 0.98

Semi 4.2 13.85 0.83

Tulbular 2.0 3.02 3.83

H. Keamanan Terhadap Vortex

Berikut perhitungan pengaruh

diameter terhadap vortex

elevasi normal :+17,65

elevasi terendah :+17

elevasi dasar forebay : +6,98

Tinggi intake : 2,8 m

ht = elv muka air – elv dasar – tinggi pipa

=17,65 – 6,98 – 2,8

= 7,87 m

s = c. v. (D)^0.5

= 0,7245 x 0,202 x 3,60.5

= 0,246

Jadi, ht > s = 7,87 > 0,246 aman terhadap

bahaya vorticity sehingga kedalaman

minimum = elv dasar pipa pesat + s +

diameter pipa pesat = 6,98 + 0,246 + 2,8 =

+10,02.

Tabel 6. Head Efektif

Paremeter Tinggi Tekan

hf

(Bulp)

hf(Semi

Spiral) hf(Tulbular)

Kehilangan Pada

Bangunan Pengambilan

Trashrack 0.00008 0.00008 0.00008

Kehilangan Pada Bak

Penangkap Sedimen

Bak pengendap - rack 0.04 0.04 0.04

Rack – forbay 0.04 0.04 0.04

Kehilangan Pada Inlet

Kehilangan Awal (inlet) 0.002 0.001 0.03

Akibat Gesekan 0.00241 0.00062 0.02551

Kehilangan Sebelum

Turbin

Sebelum Case (flume) 0.025 0.018 0.374

Total Kehilangan 0.109 0.100 0.509

Elevasi Muka Air Di Hilir

Debit Satu Turbin 9.63 9.63 9.63

Debit Dua Turbin 9.81 9.81 9.81

Tinggi Jatuh (Head)

Net Head (1 Turbin) 7.909 7.918 7.508

Net Head (2 Turbin) 7.734 7.743 7.334

Persentase Kehilangan 1

Turbin (%) 1.36 1.24 6.35

Persentase Kehilangan 2

Turbin (%) 1.39 1.27 6.49

I. Pembangkitan Energi

Produksi energi tahunan dihitung

berdasarkan tenaga andalan. Tenaga

andalan dihitung berdasarkan debit andalan

yang tersedia untuk PLTMH yang berupa

debit outflow dengan periode n harian,

dihitung dengan data-data sebagai berikut :

Debit desain : 21 m3/dt

Jumlah turbin : 2 buah turbin

Debit tiap turbin : 10,5 m3/dt

Tinggi jatuh effektif : 7,909 m ( 1 turbin )

: 7,735m ( 2 turbin )

Efisiensi turbin : 0,93

Efisiensi generator : 0,96

h operasi setahun : 350 (10 hari untuk

pemeliharan)

Sistem operasi : central grid

Tabel 7. Pembangkitan Energi Uraian Alternatif debit

Alternatif 1 2 3

Debit desain (m3/det) 11 21 31

Jumlah turbin 1 2 2

Tipe turbin Bulp Bulp Bulp

Debit turbin no.1 11 10.5 10.5

Debit turbin no.2 - 10.5 20.5

Net head (satu turbin) (m) 7.900 7.909 7.909

Net head (dua turbin) (m) - 7.735 7.598

Eff turbin 0.93 0.93 0.93

Eff generator 0.96 0.96 0.96

Power (kW) 1turbin 761.07 727.35 1061.65

Power (kW) 2turbin - 711.30 1031.48

Hari operasi turbin satu 343 350 350

Hari operasi turbin dua - 194 98

Energi 1 turbin (kWh) 18265.62 17456.4 25479.67

Energi 2 turbin (kWh) - 17071.25 32741.29

Total energi dalam 1 tahun

(MWh) 6262.499 9345.985 10818.87

Diameter max/turbin (m) 1.4 1.4 2

Berat turbin (kg) 1155 942 2027

J. Analisa Kelayakan Ekonomi

Aliran dana (cash flow) disusun

berdasarkan tiap alternatif selama 35 tahun,

dalam table analisa kelayakan ekonomi

masing masing parameter dihitung dalam

bentuk nilai ekuivalensinya (P/V) untuk

tiap parameter. Kemudian akan dianalisa

kelayakan ekonominya dalam bentuk

Page 11: Dimas Riadi Permadi

benefit cost ratio (BCR), net present value

(NPV), internal rate of return (IRR) dan

paid back period. Dari perameter biaya

(cost) dam manfaat (benefit) dapat didapat

total present value

besaran BCR, NPV,IRR serta PBP,

dan ditabelkan seperti berikut:

Tabel 8. Kelayakan Ekonomi

Alter

natif I

Parameter kelayakan

BCR NPV IRR

Paid

back

period

1 12% 1.67 20,930,748,462 21.57% 6.54

2 12% 1.10 6,855,266,143 13.43% 18.09

3 12% 0.80 (21,849,508,676) 9.03% > 35

K. Pemilihan Alternatif

Dari kedua parameter kelayakan

maka studi ini maka dipilih alternatif 1,

dikarnakan memiliki suplai energi bersih

dan memiliki nilai NPV, BCR, dan IRR

terbesar, maka alternatif ini diinfestasikan ,

alternatif 1 memiliki parameter desain

sebagai berikut :

Debit desain : 11 m3/dt

Jumlah turbin : 1 unit turbin

Total biaya : Rp. 31,339,918,876,-

L. Revisi desain

Pada sub-bab pemilihan alternatif

dipilih disain berdasarkan jumlah debit

sebesar 11m3/det, namum dalam

perencanaan awal menggunakan debit

sebesar 21m3/det maka perlu adanya

perubahan perencanaan bangunan sipil

yang meliputi, bak penenang, kantong

dufor, dan perletakan rumah pembangkit.

1. Bak Penenang

Menghitung panjang bak

pengendap dengan persamaan :

)'(

hvL

= )00965,007,0(

157,065,4

= 12,152 ~ 12 m

Menghitung lebar bak pengendap dengan persamaan :

vh

QB

. =

157,065,4

2,13

= 18 m

Menghitung lebar bak pengendap

dengan persamaan :

vh

QB

. =

157,065,4

2,13

= 18 m

2. Kantong Dufor

direncanakan kantong dufor dengan

spesifikasi mengikuti dimensi bak

pengendap seperti berikut:

- Lebar : 18 meter

- Panjang : 12 meter

- Kadalaman : 4 meter

- Bentuk : Limas segi tiga

- Jumlah : l

- Penguras : Culvert dengan

valve

- volume total : 972 m3

4. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisa dan

perhitungan yang telah dilakukan dengan

memperhatikan rumusan masalah, maka

dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Debit andalan 92,65% yang digunakan

sebagai dasar untuk perencanaan

PLTMH adalah sebesar 11 m3/detik

(alternatif 1).

2. Tinggi jatuh efektif yang tejadi sebesar

7,9 m.

3. Desain bangunan seperti pada gambar

10, bangunan PLTMH dengan turbin

4. horizontal (Bulb) berjumlah satu buah

dikarenakan parameter ekonomi paling

menguntungkan / layak , dengan annual

energi dalam satu tahun sebesar

6262.49 MWh.

5. Kapasitas terpasang sebesar 1 x 761,07

kW

6. Parameter yang digunakan dalam

perhitungan analisa kelayakan ekonomi

pada studi ini adalah BCR :1,67 , NPV :

20,930,748,462.19, IRR :21,57%,

Payback Periode : tahun ke 6 bulan kedua.

Berdasarkan keterangan di atas dapat

disimpulkan bahwa secara ekonomi dan

Page 12: Dimas Riadi Permadi

pembangkit listrik tenaga mikrohidro layak

dibangun di daerah studi (Pintu air Mlirip).

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 1986 . Standar Perencanaan

Irigasi (Kriteria Perencanaan

02). Bandung: CV. Galang

Persada.

Dandekar, M.M. & Sharma, K.N. 1991.

Pembangkit Listrik Tenaga Air.

Jakarta: UI-PRESS.

European Small Hydropower Association –

ESHA. 2004. Guide on How to

Develop a Small Hydropower

Plant.

Mosonyi, Emil. 1987. Water Power

Development, Vol.1 Low Head

Power Plants. Budapest :

Akadèmiai Kiadó.

Patty, O. F. 1995. Tenaga Air. Jakarta:

Erlangga,

Penche, Celso. 2004. Guidebook on How to

Develop a Small Hydro Site.

Belgia : ESHA (European Small

Hydropower Association).

Ramos, Helena. 2000. Guidelines For

Design Small Hydropower

Plants. Irlandia : WREAN

(Western Regional Energy

Agency & Network) and DED

(Department of Economic

Development).

Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik

Edisi I. 213-214. Surabaya:

Usaha Nasional.

Soewarno. 1995. Hidrologi, Jilid 1.

Bandung: NOVA.

Varshney, R. S. 1977. Hydro-Power

Structure. India: N.C Jain at the

Roorkee Press.

Gambar 10. Desain PLTMH Mlirip