tugas energi baru dan terbarukan

8/10/2019 Tugas Energi Baru Dan Terbarukan

1/21

TUGAS ENERGI BARU DAN TERBARUKAN

PERENCANAAN PEMBANGUNAN PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH)

Disusun Oleh :

Rodhiatul Isnaini 2412100043

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014


2/21

ii

KATA PENGANTAR

Segala puji hanya layak untuk Allah Tuhan seru sekalian alam atas segala berkat, rahmat,

taufik, serta hidayah-Nya yang tiada terkira besarnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

makalah dengan judul Perencanaan Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro

(PLTMH) . Dalam penyusunannya, penulis memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak,

karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang

telah membantu terselesaikannya makalah ini yang telah memberikan dukungan, kasih, dan

kepercayaan yang begitu besar. Dari sanalah semua kesuksesan ini berawal, semoga semua ini

bisa memberikan sedikit kebahagiaan dan menuntun pada langkah yang lebih baik lagi.

Meskipun penulis berharap isi dari makalah ini bebas dari kekurangan dan kesalahan,

namun selalu ada yang kurang. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yangmembangun agar skripsi ini dapat lebih baik lagi. Akhir kata penulis berharap agar makalah ini

bermanfaat bagi semua pembaca.

Surabaya, Oktober 2014

Penyusun


3/21

iii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ................................................................................................................................. ii

DAFTAR ISI ............................................................................................................................................... iii

DAFTAR GAMBAR .................. ................. ................. .................. ................. .................. .................. ....... iv

DAFTAR GRAFIK .................................................................................................................................... iv

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

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

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................................................... 1

1.3 Tujuan .............................................................................................................................................. 1

BAB II DASAR TEORI .............................................................................................................................. 3

2.1 H ydropower ....................................................................................................................................... 3

2.2 Turbin Air dan Jenis-Jenisnya ....................................................................................................... 3

2.3 PLTMH ............................................................................................................................................ 6

BAB III PERENCANAAN PEMBANGUNAN PLTMH ........................................................................ 8

3.1 Syarat Fisik dan Perangkat Pembangunan PLMTH ................................................................... 8

3.1.1 Aliran Air .............................................................................................................................. 8

3.1.2 Instalasi Fisik ......................................................................................................................... 8

3.1.3 Turbin .................................................................................................................................... 8

3.1.4 Generator ............................................................................................................................... 8

3.1.5 Rumah Pembangkit/ Power House ......................................................................................... 9

3.1.6 Panel atau Peralatan Pengontrol Listrik. ............................................................................... 9

3.1.7 Jaringan Listrik. ..................................................................................................................... 9

3.2 Langkah-Langkah Pembangunan PLMTH ................................................................................ 10

3.2.1 Pencarian Lokasi-Lokasi Potensial ..................................................................................... 10

3.2.2 Identifikasi Lokasi ............................................................................................................... 10

3.2.3 Perencanaan dan Pembuatan Desain Proyek ....................................................................... 10

3.2.4 Perkiraan Biaya ................................................................................................................... 12

BAB IV KESIMPULAN ........................................................................................................................... 16

Daftar Pustaka ............................................................................................................................................ 1


4/21

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Turbin Pelton ............................................................................................................ 4

Gambar 2. 2 Turbin Turgo ............................................................................................................ 4

Gambar 2. 3 Turbin Crossflow ...................................................................................................... 5

Gambar 2. 4 Turbin Francis .......................................................................................................... 5

Gambar 2. 5 Skema Mikrohidro .................................................................................................... 7

DAFTAR GRAFIK

Grafik 3. 1 Harga dari Intake Facilities ....................................................................................... 13

Grafik 3. 2 Harga dari Penstock .................................................. ................................................. 14

Grafik 3. 3 Harga dari Rumah Pembangkit ................................................................................. 15


5/21

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangEnergi terbarukan adalah sumber energi yang cepat dipulihkan kembali secara alami, dan

prosesnya berkelanjutan. Energi terbarukan dihasilkan dari sumberdaya energi yang secara alami

tidak akan habis bahkan berkelanjutan jika dikelola dengan baik. Energi terbarukan kerap disebut

juga sebagai energi berkelanjutan (sustainable energy).

Konsep energi terbarukan mulai dikenal di dunia pada era 1970-an. Kemunculannya sebagai

antitesis terhadap pengembangan dan penggunaan energi berbahan fosil (batubara, minyak bumi,

dan gas alam) dan nuklir. Selain dapat dipulihkan kembali, energi terbarukan diyakini lebih bersih (ramah lingkungan), aman, dan terjangkau masyarakat. Penggunaan energi terbarukan

lebih ramah lingkungan karena mampu mengurangi pencemaran lingkungan dan kerusakan

lingkungan di banding energi non-terbarukan. Salah satu sumber dari energi terbarukan adalah

hydropower atau tenaga air. Hydropower dapat dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu Hydro

Power skala besar (large) menghasilkan daya listrik lebih besar dari 100 MW, medium 10 - 100

MW, small 1 - 10 MW, mini 100 kW - 1 MW, micro 10 - 100 kW, nano 0,1 - 10 kW

(Furukawa, 2006). Renewable Energy Vocabulary (2011) mendefinisikan bahwa micro 100

2.000 W, sedangkan nano 100 W. Saat ini, pembangkit listrik tenaga air sedang melejit

penggunaannya. Terutama pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). Untuk memperlajari

lebih lanjut mengenai PLTMH maka makalah ini dibuat.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah pada makalah kali ini yaitu :

a. Faktor apa sajakah yang perlu diperhatikan dalam pembangunan PLTMH?

b.

Langkah-langkah apa saja yang harus diambil dalam membangun suatu PLMTH?

1.3 Tujuan

Tujuan pembuatan makalah kali ini yaitu mahasiswa dapat mengerti dan memahami

mengenai faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam pembangunan PLMTH beserta langkah-

langkahnya.


6/21

2


7/21

3

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Hydropower

Air merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat, karena pada air

tersimpan energy potensial (pada air yang memiliki ketinggian) dan energi kinetik (pada air

mengalir). Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunakan dalam wujud energi

mekanis maupun energi listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan menggunakan

kincir air atau turbin air yang memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di sungai.

Hidropower merupakan salah satu bentuk pemanfaatan air yang memiliki energi mekanik untuk

kemudian diubah menjadi energi listrik.

Hydropower dapat dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu Hydro Power skala besar (large)

menghasilkan daya listrik lebih besar dari 100 MW, medium 10 - 100 MW, small 1 - 10 MW,

mini 100 kW - 1 MW, micro 10 - 100 kW, nano 0,1 - 10 kW (Furukawa, 2006). Renewable

Energy Vocabulary (2011) mendefinisikan bahwa micro 100 2.000 W, sedangkan nano 100

W.

2.2 Turbin Air dan Jenis-Jenisnya

Salah satu peralatan utama dalam hydropower selain generator yaitu turbin air. Turbin

berfungsi untuk mengubah energi dari aliran fluida menjadi energi gerak yang bermanfaat.Bagian-bagian turbin secara umum yaitu:

Rotor yaitu bagian yang berputar pada sistem yang terdiri dari :i. Sudu-sudu berfungsi untuk menerima beban pancaran yang disemprotkan oleh

nozzle.

ii. Poros berfungsi untuk meneruskan aliran tenaga yang berupa gerak putar yang

dihasilkan oleh sudu.

iii. Bantalan berfungsi sebagai perapat-perapat komponen-komponen dengan tujuan agar

tidak mengalami kebocoran pada sistem.

Stator yaitu bagian yang diam pada sistem yang terdiri dari :

i. Pipa pengarah/nozzle berfungsi untuk meneruskan alira fluida sehingga tekanan dan

kecepatan alir fluida yang digunakan di dalam sistem besar.

ii. Rumah turbin berfungsi sebagai rumah kedudukan komponen komponen dari turbin.


8/21

4

Sedangkan jenis-jenis turbin air yaitu:

a. Turbin Pelton

Merupakan turbin impuls, yang prinsip kerjanya mengubah energi potensial air menjadi

energi kinetik dalam bentuk pancaran air.Pancaran air yang keluar dari mulut nozzel

diterima oleh sudu-sudu pada roda jalan sehingga roda jalan berputar.Turbin Turgo

Gambar 2. 1 Turbin Pelton

b. Turbin Turgo

Sama seperti turbin pelton, turbin turgo juga merupakan turbin impuls.

Gambar 2. 2 Turbin Turgo

c. Turbin Crossflow

Pemakaian jenis Turbin Cross-Flow lebih menguntungkan dibanding dengan pengunaan

kincir air maupun jenis turbin mikro hidro lainnya. Penggunaan turbin ini untuk daya

yang sama dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula sampai 50 % dari


9/21

5

penggunaan kincir air dengan bahan yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena

ukuran Turbin Cross-Flow lebih kecil dan lebih kompak dibanding kincir air.

Gambar 2. 3 Turbin Crossflow

d. Turbin FrancisTurbin Francis merupakan salah satu turbin reaksi. Turbin dipasang diantara sumber air

tekanan tinggi di bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluar. Turbin

Francis menggunakan sudu pengarah. Sudu pengarah mengarahkan air masuk secara

tangensial.

Gambar 2. 4 Turbin Francis

e. Turbin Kaplan Propeller

Turbin Kaplan termasuk kelompok turbin air reaksi jenis baling-baling (propeller).

Keistimewaannya adalah sudut sudu geraknya (runner) bisa diatur (adjustable blade)untuk menyesuaikan dengan kondisi aliran saat itu yaitu perubahan debit air. Pada

pemilihan turbin didasarkan pada kecepatan spesifiknya. Turbin Kaplan ini memiliki

kecepatan spesifik tinggi (high spesific speed). Turbin kaplan bekerja pada kondisi head

rendah dengan debit besar . Pada perancangan turbin Kaplan ini meliputi perancangan


10/21

6

komponen utama turbin Kaplan yaitu sudu gerak (runner), sudu pengarah (guide vane),

spiral casing , draft tube dan mekanisme pengaturan sudut bilah sudu gerak.

Pemilihan profil sudu gerak dan sudu pengarah yang tepat untuk mengasilkan torsi yang

besar. Perancangan spiral casing dan draft tube menggunakan persamaan empiris .

Perancangan mekanisme pengatur sudut bilah () sudu gerak dengan memperkirakan

besar sudut putar maksimum sudu gerak berdasarkan jumlah sudu, debit air maksimum

dan minimum. Turbin Kaplan ini dirancang untuk kondisi head 4 m dan debit 5 m/s.

2.3 PLTMH

Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang

mengunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources)

penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dan instalasi. Semakin

besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi maka semakin besar energi yang bisa

dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan

kenyataan bahwa adanya air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian

yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah volume aliran air persatuan waktu (flow

capacity) sedangkan beda ketinggian daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah

head .

Mikrohidro juga dikenal sebagai white resources dengan terjemahan bebas bisa dikatakan

energi putih. Dikatakan demikian karena instalasi pembangkit listrik seperti ini menggunakansumber daya yang telah disediakan oleh alam dan ramah lingkungan. Suatu kenyataan bahwa

alam memiliki air terjun atau jenis lainnya yang menjadi tempat air mengalir.Dengan teknologi

sekarang maka energy aliran air beserta energi perbedaan ketinggiannya dengan daerah tertentu

(tempat instalasi akan dibangun) dapat diubah menjadi energi listrik, Seperti dikatakan di atas,

Mikrohidro hanyalah sebuah istilah. Mikro artinya kecil sedangkan hidro artinya air. Dalam

prakteknya, istilah ini tidak merupakan sesuatu yang baku namun bisa dibayangkan bahwa

Mikrohidro pasti mengunakan air sebagai sumber energinya.

Secara teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin

dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas dan ketinggian tertentu di salurkan menuju

rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah turbin, instalasi air tersebut akan menumbuk turbin,

dalam hal ini turbin dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi

energi mekanik berupa berputarya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian


11/21

7

ditransmisikan/dihubungkan ke generator dengan mengunakan kopling. Dari generator akan

dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke

rumah-rumah atau keperluan lainnya. Begitulah secara ringkas proses sistem mikrohidro dapat

merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik.

Gambar 2. 5 Skema Mikrohidro


12/21

8

BAB III

PERENCANAAN PEMBANGUNAN PLTMH

3.1 Syarat Fisik dan Perangkat Pembangunan PLMTH

3.1.1 Aliran Air

Syarat pertama yang perlu diperhatikan yaitu ketersediaan aliran air yang konstan atau

tetap dalam ukuran debit tertentu. Ukuran debit air akan menentukan besarnya energi yang

mampu dihasilkan. Selain itu, ukuran debit ini nantinya akan mempengaruhi jenis turbin

yang akan dipakai.

3.1.2 Instalasi Fisik

Jenis instalasi untuk daerah pegunungan pada umumnya terdiri dari komponen sebagai

berikut:

Pintu Pengambilan ( Intake / Diversion ) Bak Pengendapan ( Desilting Tank ) Saluran Penghantar ( Headrace ) Bak Penenang (Forebay) Pipa pesat (Penstock)

Rumah Pembangkit (Power House) Saluran Buang (Tailrace) Jaringan Transmisi (Grid Line)

3.1.3 Turbin

Turbin digunakan untuk mengubah energi air energi kinetic menjadi energi listrik

Pemilihan jenis turbin tenaga air bergantung pada head dan debit air.

3.1.4 Generator

Secara umum ada dua jenis generator yang digunakan pada PLTMH, yaitu generator

sinkron dan generator induksi. Generator sinkron bekerja pada kecepatan yang berubah-ubah.

Untuk dapat menjaga agar kecepatan generator tetap, digunakan speed governor elektronik.

Speed governor adalah suatu peralatan atau mekanisme yang mengindra suatu parameter dan

secara otomatis mengendalikannya serta menjaganya pada tingkat yang ditentukan.


13/21

9

Generator jenis ini dapat digunakan secara langsung dan tidak membutuhkan jaringan listrik

lain sebagai penggerak awal. Sedangkan pada jenis generator induksi tidaklah diperlukan

sistem pengaturan tegangan dan kecepatan. Namun demikian, jenis generator ini tidak dapat

bekerja sendiri karena memerlukan suatu sistem jaringan listrik sebagai penggerak awal.

Generator jenis ini lebih cocok digunakan untuk daerah yang telah dilalui jaringan listrik

(Grid System ). Sedangkan potensi daya listrik mikrohidro dapat dihitung dengan persamaan

3.1

..................................................................... 3.1

Keterangan:

P = Daya (kW)

Q = debit aliran (m 3/s)

Hn = Head net (m)

g = Gravitasi bumi (m/s 2)

= efisiensi

3.1.5 Rumah Pembangkit/ Power House

Adalah rumah tempat semua peralatan mekanik dan elektrik PLTMH. Peralatan Mekanikseperti Turbin dan Generator berada dalam Rumah Pembangkit, demikian pula peralatan

elektrik seperti panel / kontroler.

3.1.6 Panel atau Peralatan Pengontrol Listrik.

Biasanya berbentuk kotak yang ditempel di dinding. Berisi peralatan elektronik untuk

mengatur listrik yang dihasilkan Generator. Panel termasuk alat elektrik.

3.1.7 Jaringan Listrik.

Setelah PLTMH selesai dibangun, maka diperlukan instalasi listrik guna menyalurkan

listrik dari rumah pembangkit ke rumah-rumah penduduk.


14/21

10

3.2 Langkah-Langkah Pembangunan PLMTH

3.2.1 Pencarian Lokasi-Lokasi Potensial

Pencarian lokasi-lokasi potensial ini bertujuan untuk menentukan di titik mana

pembangunan PLTMH akan dilakukan. Survei sangatlah diperlukan pada tahap ini. Beberapa

hal yang nantinya dapat membantu pemilihan lokasi yaitu:

Peta topografi : skala : 1/25.000 atau 1/50.000

Peta topografi menyediakan informasi penting, seperti tanah pertanian, lokasi

desa-desa, kemiringan sungai, daerah tangkapan air dari lokasi yang diusulkan, jalan

menuju lokasi dan sebagainya. Di Indonesia, peta topografi dengan skala 1/25.000

atau 1/50.000 telah disediakan oleh Badan Koordinasi Survei dan Pemetaan

Nasional.

Data curah hujan : peta isohyetalPada tahap ini, pengumpulan data curah hujan secara detail tidaklah dibutuhkan.

Hal yang perlu ditekankan adalah pemahaman yang jelas mengenai karakteristik

yang jelas mengenai curah hujan di daerah tempat PLTH akan dibangun. Peta

isohyetal adalah salah satu referensi yang dapat digunakan untuk mengetahui data

terkait karena peta isohyetal penambahan dan rata-rata yang akan diberikan untuk

memperkirakan indikasi dari curah hujan.

3.2.2

Identifikasi LokasiSelain dilakukan pencarian lokasi-lokasi yang ideal untuk pembangunan maka

identifikasi lokasi tersebut pasti juga harus dilakukan. Pada tahap ini, hal-hal yang perlu

dilakukan yaitu:

Survei pada Lokasi untuk Struktur Sipil Pengukuran Debit Air Pengukuran Head

3.2.3 Perencanaan dan Pembuatan Desain Proyek

Setelah ditentukan tempat yang ideal untuk membangun PLTMH, maka hal yang

selanjutnya dilakukan yaitu pemilihan lokasi untuk struktur sipil utama beserta desain dan

pemilihan jenis perangkat yang akan digunakan berdasarkan kondisi pembangunan PLMTH.

Lokasi intake


15/21

11

Pemilihan lokasi dari intake yang ideal dapat dilihat dari beberapa indikator di

bawah ini.

a. Jalur saluran air sungai

b. Stabilitas pada lereng bukit yang curam

c. Penggunaan konstruksi sipil yang ada seperti jalan di pedesaan dan fasilitas

intake yang dipakai untuk pertanian, dll untuk menghemat biaya.

d. Penggunaan topografi alami seperti kolam dll.

e. Level volume yang diambil dan level banjir

f. Kondisi tempat untuk penempatan bak pengendap dan saluran air, dll.

g. Keberadaan penggunaan air sungai dalam mengurangi debit air. Misal untuk

pengairan dalam sistem pertanian

Rute saluran airSeperti halnya lokasi intake, rute saluran air juga harus didesain sedemikian rupa

sehingga efektif dan efisien baik dari segi ekonomi maupun dari sisi engineering nya.

Beberapa hal yang harus diperhatikan yaitu:

a. Topografi dari rute

b. Kestabilan tanah pada daerah yang dilewati

c. Penggunaan struktur yang telah tersedia, termasuk jalan dan saluran irigasi.

Lokasi bak penenangAda dua hal dasar yang perlu diperhatikan dalam memilih lokasi bak penenang

yaitu :

a. Keadaan topografi dan geologi

b. Mengurangi hubungan dengan muka air tanah yang lebih tinggi Rute penstock

Rute penstock dapat diseleksi berdasarkan hal-hal dibawah ini:

a. Kemiringan hydraulic

b. Topografi daerah yang dilewati

c. Stabilitas tanah dari daerah yang dilewati

d. Penggunaan jalan yang telah tersedia dan lainnya Lokasi rumah pembangkit


16/21

12

Rumah pembangkit ini nantinya akan berisi komponen yang paling penting, yaitu

turbin dan generator sehingga sangat perlu pemilihan tempat yang tepat untuk

pembangunan rumah pembangkit. Hal-hal yang perlu diperhatikan yaitu :

a. Akses yang mudah sehingga perawatan dapat dilakukan secara maksimal

setelah proses pembangunan dilakukan.

b. Pondasi juga harus kuat karena rumah pembangkit merupakan tempat dari

beberapa komponen yang berat seperti turbin dan generator diletakkan.

c. Tempat rumah pembangkit dibangun haruslah lokasi yang tidak tergenang air

jika sungai sedang meluap (tidak terkena banjir)

Lokasi saluran pembuang

Hal-hal yang hars diperhatikan dalam pemilihan saluran pembuang yaitu:

a. Lokasi dari saluran pembuangan ditentukan berdasarkan level banjir yangakan terjadi. Ketika ketinggian dari saluran pembuang direncanakan lebih

rendah dari tingkat banjir pada daerah yang bersangkutan, maka lokasi dan

dasar ketinggian harus ditentukan sesuai dengan ukuran yang sesuai untuk

mengantisipasi genangan air pada rumah turbin ketika banjir terjadi selain itu

perlu juga dipikirkan mengenai metode untuk memindahkan sedimen yang

telah mengalir ke dalam saluran pembuang.

b.

Keberadaan fluktuasi dasar sungai pada daerah saluran pembuangc. Kemungkinan penggenangan pada bantaran sungai dan permukaan tanah

terdekat berdasarkan keluaran air

d. Arah aliran sungai Pengoperasian dan perawatan

3.2.4 Perkiraan Biaya

Selain efisiensi dari sistem yang dibangun, faktor biaya juga sangatlah penting untuk

dipertimbangkan dalam mendesain sebuah pembangunan PLMTH. Di bawah ini diberikan

grafik-grafik hubungan harga dan kemampuan komponen yang dibutuhkan dalam

membangun PLMTH.


17/21

13

Grafik 3. 1 Harga dari Intake Facilities


18/21

14

Grafik 3. 2 Harga dari Penstock


19/21

15

Grafik 3. 3 Harga dari Rumah Pembangkit


20/21

16

BAB IV

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diambil dari makalah ini yaitu bahwa dalam pembangunan suatu

PLMTH, ada beberapa hal yang harus diperhatikan. Pertama yaitu mengenai syarat fisik dan

perangkat pembangunan PLMTH. Hal-hal yang harus diperhatikan yaitu aliran air, instalasi fisik,

turbin, generator, rumah pembangkit, panel atau peralatan pengontrol listrik, dan jaringan listrik.

Selain itu ketika kita akan membangun suatu PLMTH maka kita harus melakukan beberapa hal

yaitu survey mengenai lokasi-lokasi yang berpotensi untuk dibangun PLTMH lalu diidentifikasi.

Setelah diidentifikasi mengenai debit, head, dan sebagainya maka barulah kita dapat

merencanakan dan membuat desain proyek secara keseluruhan.


21/21

tugas energi baru dan terbarukan

Documents