studi kelayakan perencanaan pltmh di saluran primer turitunggorono pada bendung gerak mrican kediri...

Upload: mollie-mathews

Post on 14-Jan-2016

29 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Studi-Kelayakan-Perencanaan-PLTMH-di-Saluran-Primer-Turitunggorono-Pada-Bendung-Gerak-Mrican-Kediri-Adi-Martha-Kurniawan-0910640018.pdf

TRANSCRIPT

  • STUDI KELAYAKAN PERENCANAAN PLTMH DI SALURAN TURITUNGGORONO PADA BENDUNG GERAK MRICAN KEDIRI

    Adi Martha Kurniawan1, Pitojo Tri Juwono2, Suwanto Marsudi2

    1Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

    e-mail: [email protected]

    ABSTRAK Pengembangan sumber daya air bisa dilakukan dengan memanfaatkan bangunan air

    yang dibangun untuk dikembangkan menjadi unit pembangkit listrik kecil (PLTMH). Studi kelayakan diperlukan untuk mengidentifikasi potensi dan keuntungan dari sebuah unit pembangkit.

    Studi berlokasi di bendung gerak Mrican Kediri dengan memanfaatkan debit aliran sungai Brantas yang tidak terpakai untuk keperluan irigasi. PLTMH direncanakan menggunakan sistem pengalihan aliran dari sungai brantas melalui saluran primer Turitunggorono dan dialirkan kembali menuju sungai brantas. Studi ini menggunakan alternatif debit untuk mendapatkan hasil yang optimum.

    Hasil kajian menunjukkan debit 44 m3/dt (alternatif 4) dapat dibangkitkan energi tahunan 20.169 MWh dan mereduksi emisi gas karbon sekitar 13687 tCO2/tahun, PLTMH dibangun dengan komponen bangunan sipil (pipa pesat, saluran tailrace, forebay dan rumah pembangkit) dan komponen peralatan mekanik elektrik seperti turbin, governor dan generator. biaya pembangunan sebesar 193,15 milyar rupiah dengan nilai BCR 1,56, NPV 142,94 milyar rupiah, IRR 12,46 % dan paid back period 12,49 tahun, sehingga pembangunan PLTMH layak secara ekonomi. Kata kunci: PLTMH, debit, energi, emisi, kelayakan ekonomi

    ABSTRACT Development of water resources can be done by utilizing the water building built to

    be developed into a small electric generating units (MHP). The feasibility study is needed to identify the potential and advantages of a generating unit.

    Studies located in Mrican barrage Kediri by utilizing unused Brantas river flow for irrigation purposes. MHP is planned to use the system redirects the flow of the river Brantas through Turitunggorono primary channel and flowed back toward the river Brantas. This study uses an alternative discharge to obtain optimum results..

    The results of the study showed the discharge of 44 m3/sec (Alternative 4) can be produced 20169 MWh of annual energy and reduce carbon emissions around 13687 tCO2/year, MHP is constructed including: civil structures component (penstock, Tailrace channel, forebay and power house) electrical and mechanical equipment such as turbines, governors and generator. The construction cost of 193,15 billion rupiah to the value of BCR: 1,56, NPV: 142,94 billion, IRR: 12,46 % and paid back period: 12,49 years, so the development of MHP is economically viable . Keywords: MHP, discharge, energy, emissions, economic feasibility 1. Pendahuluan Permintaan energi dunia berkembang sangat pesat mengakibatkan populasi manusia yang berkembang menjadi sangat pesat dan juga perkembangan sektor industri yang sangat besar.

    Kebutuhan energi global meningkat sebesar 70% mulai tahun 1971 dan diperkirakan terus meningkat sebesar 40% sampai tahun 2030, sementara akses energi masih sangat kurang dan dapat dirasakan.

  • Indonesia merupakan Negara yang sedang mengalami perkembangan yang pesat dimana pembangunan dalam sektor industri digencarkan dan perkembangan penduduk menyebabkan kebutuhan akan energi listrik merupakan hal yang sangat penting untuk diperhatikan. Sedangkan sumber utama energi listrik di Indonesia merupakan energi fossil yakni minyak bumi dan batu bara yang dimana kedua benda tersebut merupakan sebuah benda yang tidak dapat terbarukan lagi. Saat ini telah banyak digunakan alternatif dalam mengganti sumber energi listrik dari bahan bakar fossil menjadi sumber energi yang terbarukan dengan menggunakan air, ombak, angin, sinar matahari, panas bumi, dan biomassa. Sungai Brantas merupakan salah satu sungai besar di Jawa yang memiliki po-tensi yang belum dimaksimalkan pasal-nya sebagian besar air sungai Brantas dipergunakan untuk kebutuhan irigasi, air baku dan PLTA. Dengan peningkatan kebutuhan energi maka sungai Brantas harus dimaksimalkan lagi potensinya mengingat masih banyak potensi yang tersimpan. pemanfaatan kanal irigasi dan tinggi jatuh yang terdapat pada bangunan melintang sungai untuk instalasi pem-bangkit listrik tenaga mikrohidro dan pembangkit listrik tenaga mikrohidro dapat membantu kebutuhan energi yang sedang meningkat. Dengan adanya berbagai permasalahan dan kebutuhan di masa yang akan datang, diperlukan sebuah tindakan nyata untuk mendukung terpenuhnya kebutuhan ter-sebut. Pengembangan sumber daya air yang tersimpan sebagai sumber pemba-ngkit energi listrik dapat dilaksanakan dengan desain yang sederhana dan juga dapat memberikan manfaat yang sangat besar dalam memenuhi kebutuhan energi listrik dimasa yang akan datang. Studi ini bertujuan untuk menganalisa kelayakan dari perencanaan PLTMH dengan memanfaatkan debit air sungai dan bangunan irigasi yang dirasa dapat meningkatkan produksi energi listrik

    untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang meningkat. 2. Pustaka dan Metodologi Klasifikasi pembangkit listrik tenaga air Klasifikasi dari pembangkit listrik tenaga air perlu ditentukan terlebih dulu untuk mengetahui karakteristik tipe pembangkit listrik, mengklasifikasikan sistem pem-bangkit listrik perlu dilakukan terkait dengan sistem distribusi energi listrik, apakah listrik dapat disalurkan melalui grid terpusat ataukah grid terisolasi. Klasifikasi pembangkit listrik dapat di-tentukan dari beberapa faktor (Penche, 2004) yakni: 1. Berdasarkan tinggi jatuh (head)

    Rendah (< 50 m) Menegah (antara 50 m dan 250 m) Tinggi (> 250 m)

    2. Berdasarkan tipe eksploitasi Tengan regulasi aliran air (tipe waduk) Tanpa regulasi aliran air (tipe run off river)

    3. Berdasarkan sistem pembawa air Sistem bertekanan (pipa tekan) Sirkuit campuran (pipa tekan dan saluran)

    4. Berdasarkan penempatan rumah pembangkit

    Rumah pembangkit pada bendungan Rumah pembangkit pada skema pengalihan

    5. Berdasarkan metode konversi energi Pemakaian turbin Pemompaan dan pemakaian turbin terbalik

    6. Berdasarkan tipe turbin Impulse Reaksi Reversible

    7. Berdasarkan kapasitas terpasang Mikro (< 100 kW) Mini (antara 100 kW dan 500 Kw) Kecil (antara 500 kW dan 10 MW)

    8. Berdasarkan debit desain tiap turbin Mikro (Q < 0,4 m3/dt) Mini ( 0,4 m3/dt < Q < 12,8 m3/dt)

  • Kecil (Q > 12,8 m3/dt) 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,1986). 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 industri95%-98% 3. Pusat Listrik Tenaga Air85%-90% Perencanaan Bangunan PLTMH Perencanaan bangunan PLTMH dengan sistem pengalihan (diversion) meliputi: A. Bangunan Pengambilan Bangunan pengambilan bisa terdiri dari: 1. Pintu pengambilan. Pintu pengambilan direncanakan untuk mengambil air dari saluran atau sungai asli. 2. Bendung. Bendung digunakan untuk membendung aliran aliran air sehingga akan mempermudah untuk pengambilan air. 3. penyaring (trashrack) Trashrack digunakan untuk menyaring muatan sampah dan sedimen yang masuk, umunya pernyaring direncanakan dengan menggunakan jeruji besi. B. Bangunan Tengah Bangunan tengah meliputi perencanaan: 1. bak penangkap sedimen Bak penangkap sedimen dipergunakan untuk mengendapkan sedimen yang terdapat pada aliran yang menuju pipa pesat. 2. bak penenang (forebay) Bak penenang digunakan untuk menjaga kestabilan debit yang akan masuk ke

    turbin, aliran yang tidak stabil akan menyebabkan kerusakan pada governor. 3. bangunan penguras Bangunan penguras direncanakan ber-dasarkan kondisi daerah studi, jenis bangunan penguras yang dipergunakan dalam studi ini adalah: A. Saluran Penguras Saluran penguras digunakan untuk men-galirkan muatan sedimen dari bak pen-angkap sedimen dan kelebihan air dari pelimpah samping menuju sungai. B. Pintu Penguras Pintu penguras direncanakan untuk mengalirkan debit penggelontoran dari bak penenang atau bak pengendap me-nuju saluran penguras, umumnya pintu penguras didesain lebih kecil dari pintu pengambilan dikarenakan pitnu penguras tidak terlalu sering dipergunakan. C. Pelimpah Samping Pelimpah samping dipergunakan untuk menjaga elevasi muka air pada bak penenang (forebay) pada elevasi muka air yang direncanakan, sehingga jika terjadi peninggian muka air pada bak penenang maka secara otomatis debit air yang berlebihan akan dilimpahkan menuju saluran pembuang. D. Gorong Gorong (culvert) Gorong gorong dipergunakan untuk penggelontoran sedimen pada bak pen-dendap sedimen jika tidak memungkin-kan untuk menggunakan pintu penguras. E. Terjunan Terjunan dipergunakan apabila terdapat perbedaan elevasi yang cukup besar pada tubuh saluran penguras, terjunan didesain dengan pendekatan loncatan hidrolika pada hilir terjunan. C. Bangunan Pembawa Bangunan pembawa bisa berupa bangu-nan pembawa bertekanan (pipa pesat) dan juga saluran terbuka. Parameter desain yang direncanakan pada pipa pesat ada-lah: 1. Diameter pipa pesat Diameter ekonomis pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan: Sarkaria formula:

  • D = 3,55.

    ..,

    ESHA formula:

    D = ,

    ,

    Dimana: D : diameter pipa (m) n : koef kekasaran pipa Q : debit pada pipa (m3/dt) Hf : kehilangan tinggi tekan total pada

    pipa (m) H : tinggi jatuh (m) Namun dalam penentuan diameter pipa pesat perlu diperhitungkan besarnya kehilangan tinggi dikarenakan hal ini akan memperngaruhi besarnya daya yang akan dihasilkan dan juga perlu diper-hatikan keaman terhadap gejala vortex 2. Tebal pipa pesat Tebal pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan: ASME (Mosonyi,1963): t = 2,5 D +1,2 USBR (Varshney,1971): t = (d+500)/400 ESHA (Penche,20004) : e = PD/2kf+es Barlows Formulae (Varshney,1971): H = (0,002+ x t)/(D+0,002 t) Dimana: H : Tinggi tekan maksimum ( m )

    : tekanan statis + tinggi tekan akibat pukulan air

    : tegangan baja yang digunakan (ton/m2 )

    D : diameter pipa pesat ( m ) t : tebal pipa pesat ( m ) P : tekan hidrostatis pipa (kN/mm2) kf : efisiensi ketahanan es : tebal jagaan untuk sifat korosif (mm) 3. Kebutuhan terhadap tangki gelombang Pipa pesat membutuhkan tangki gelombang jika L > 4H 4. Kedalaman minimum pipa pesat Kedalaman minimum akan berpengaruh terhadap gejala vortex, kedalaman mini-mum dapat dihitung dengan persamaan (Penche,2004): Ht > s

    s = c V D

    Dimana: c : 0,7245 untuk inlet asimetris 0,5434 untuk inlet simetris V : kecepatan masuk aliran (m/dt) D : diameter inlet pipa pesat (m)

    Gambar 1. Skema Inlet Pipa Pesat

    5. Sistem Pengambilan Melalui Pipa Pesat (Inlet) Sistem pengambilan pada mulut pipa pesat perlu diperhitungkan dengan tujuan untuk mengatur sistem regulasi debit air yang masuk ke dalam turbin baik saat kondisi operasional maupun kondisi perawatan ,intake pipa pesat biasanya didesain dengan menggunakan sistem katup (valve), Tipe katup yang sering diaplikasikan adalah : a. Gate valve b. Butterfly valve c. Needle valve D. Bangunan Pembuang Bangunan pembuang digunakan untuk mengalirkan debit setelah melalui turbin meuju ke sungai, bangunan pembauang sendiri bisa direncanakan sesuai dengan kondisi lapangan, umunya bangunan pembuang direncanakan dengan tipe sal-uran terbuka (saluran tailrace). Tinggi Jatuh Efektif Tinggi jatuh efektif adalah selisih antara elevasi muka air pada bangunan pengambilan atau waduk (EMAW) den-gan tail water level (TWL) dikurangi dengan total kehilangan tinggi tekan (Ramos, 2000). Persamaan tinggi jatuh efektif adalah: Heff = EMAW TWL hl dimana: Heff : tinggi jatuh efektif (m) EMAW: elevasi muka air waduk atau

    hulu bangunan pengambilan (m)

  • TWL : tail water level (m) hl : total kehilangan tingi tekan (m)

    Gambar 2. Sketsa Tinggi Jatuh

    Effektif Kehilangan tinggi tekan digolongkan menjadi 2 jenis yaitu kehilangan pada saluran terbuka dan kehilangan pada saluran tertutup. Kehilangan tinggi tekan pada saluran terbuka biasanya terjadi pada intake pengambilan, saluran transisi dan penya-ring. Kehilangan tinggi pada saluran tertutup dikelompokkan menjadi 2 jenis yaitu kehilangan tinggi mayor (gesekan) dan kehilangan tinggi minor. Kehilangan tinggi mayor dihitung dengan persamaan darcy wisbach (Penche,2004):

    hf = f

    sedangkan kehilangan minor dihitung dengan persamaan (Ramos, 2000):

    hf =

    dimana: hf : kehilangan tinggi tekan V : kecepatan masuk (m/dt) g : percepatan gravitasi (m/dt2) L : panjang saluran tertutup / pipa (m) D : diameter pipa (m) f : koefisien kekasaran(moody diagram) : keofisien berdasarkan jenis kontraksi Perencanaan Peralatan Mekanik Dan Elektrik Perencanaan peralatan mekanik dan elektrik meliputi: A. Turbin Hidraulik Turbin dapat diklasifikasikan berdasarkan tabel berikut (Ramos,2000):

    Tabel 1. Klasifikasi Jenis Turbin

    Dalam perencanan turbin parameter yang mendasari adalah kecepatan spesifik turbin (Ns) dan kecepatan putar/sinkron (n) dimana kedua parameter tersebut dihitung dengan persamaan (USBR, 1976:):

    Ns = n

    /

    n = 120 f

    dimana: Ns : Kecepatan spesifik turbin (mkW) n : kecepatan putar/sinkron (rpm) P : daya (kW) H : tinggi jatuh effektif (m) f : frekuensi generator (Hz) p : jumlah kutub generator nilai n bisa didapatkan dengan melakukan nilai coba-coba dengan persamaan: Untuk turbin francis:

    n =

    atau n =

    Untuk turbin propeller:

    n =

    atau n =

    setelah didapatkan nilai parameter tersebut maka dapat ditentukan parameter lain seperti: 1. Titik Pusat Dan Kavitasi Pada Turbin Titik pusat perlu diletakkan pada titik yang aman sehingga terhindar dari bahaya kavitasi kavitasi akan terjadi bila nilai aktual < kritis, dimana dapat dihitung dengan persamaan (USBR, 1976):

    c = .

    Hs = Ha Hv H. Sedangkan titik pusat turbin dapat dihitung dengan persamaan: Z = twl + Hs + b dimana: Ns : Kecepatan spesifik turbin (mkW) c : koefisien thoma kritis : koefisien thoma

  • Ha : tekanan absolut atmosfer (Pa/g) Hv: tekanan uap jenuh air (Pw/g) H : tinggi jatuh effektif (m) Hs : tinggi hisap turbin (m) Z : titik pusat tubrin twl: elevasi tail water level b : jarak pusat turbin dengan runner (m) 2. dimensi turbin Dimensi turbin reaksi meliputi: Dimensi runner turbin, dimensi wicket gate, dimensi spiral case dan dimensi draft tube. 3. effisiensi turbin Effisiensi turbin sangat tergantung pengaruh dari debit aktual dalam turbin dengan debit desain turbin (Q/Qd), effisiensi turbin ditunjukkan pada gambar berikut (Ramos,2009):

    Gambar 3. Grafik Effisiensi Turbin

    B. Peralatan Elektrik Peralatan elektrik PLTMH berfungsi sebagai pengaturan kelistrikan setelah dilakukan proses pembangkitan listrik, peralatan elektrik meliputi generator, governor, speed increaser, transformer, switchgear dan auxiliary equipment. Analisa Pembangkitan Energi Produksi energi tahunan dihitung berdasarkan tenaga andalan. Tenaga and-alan dihitung berdasarkan debit andalan yang tersedia untuk pembangkitan energi listrik yang berupa debit outflow dengan periode n harian.(arismunandar,2005) E = 9,8 x H x Q x g x t x 24 x n Dimana: E : Energi tiap satu periode (kWh) H : Tinggi jatuh efektif (m) Q : Debit outflow (m3/dtk) g : effisiensi generator t : efisiensi turbin

    n : jumlah hari dalam satu periode. Analisa Reduksi Emisi Gas Karbon Analisa reduksi emisi gas karbon dihitung dengan persamaan (RETScreen, 2005): GHG : (ebase eprop) Eprop (1- prop) Dimana: GHG : Besaran reduksi gas karbon

    ( kgCO2e ) ebase : faktor emisi gas karbon dari

    sumber tidak terbarukan eprop : faktor emisi gas karbon dari

    sumber terbarukan Eprop : besarnya daya bangkitan (kWh) prop : kehilangan daya pada grid nilai unit konversi produksi emsisi gas karbon per kWh adalah sebagai berikut: Tabel 2. Nilai Konversi Produksi Emisi

    Sumber: IPCC,2006 Analisa Kelayakan Ekonomi Analisa ekonomi dilakukan untuk mengetahui kelayakan suatu proyek dari segi ekonomi. Dalam melakukan analisa ekonomi dibutuhkan dua komponen utama yaitu: cost (komponen biaya) meliputi biaya langsung (biaya konstru-ksi) dan biaya tak langsung (O&P, conti-ngencies dan engineering) benefit (komponen manfaat). Manfaat didapatakan dari hasil penjualan listrik berdasarkan harga tarif yang ber-laku dan pendapatan dari reduksi emisi gas karbon (CER). Parameter kelayakan ekonomi meliputi: 1. Benefit Cost Ratio

    BCR =PV dari m anfaat

    PV dari biaya capital dan O&

    2. Net Present Value NPV = PV Benefit PV Cost 3. Internal Rate Of Return

    IRR = I +NPV

    NPV NPV(I I)

    4. analisa sensitivitas

  • Analisa sensitivitas dilakukan pada 3 kondisi yaitu: Cost naik 20%, benefit tetapCost tetap, benefit turun 20%Cost naik 20%, benefit turun 20% 3. Hasil dan Pembahasan Konsep perencanaan PLTMH adalah dengan memanfaatkan debit sungaiBrantas yang tidak dipergunakanirigasi untuk kemudian dialirkan melalui saluran primer Turitunggorono kemudian dialirkan kembali ke sungai, konsep dasar PLTMH ditunjukkan pada gambar berikut:

    Gambar 4. Konsep Dasar PLTMH Mrican

    Berdasarkan analisa hidrologi pencatatan debit outflow harian digunakan debit desain rencana untuk desain PLTMH dengan keandalan tertentu seperti pada kurva durasi aliran (FDC) seperti berikut:

    Gambar 5. Kurva Durasi Aliran Outflow

    Dari kurva tersebut pertimbangan lain adalah dengan memperhatikan kapasitas saluran Primer Turitunggorono 64,7 m3/dt sehingga digunakan aldebit desain sebagai berikut:

    1.00

    10.00

    100.00

    1000.00

    10000.00

    0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00%

    deb

    it (

    m3/d

    t)

    Probabilitas Terlampaui (%)

    Flow Duration Curve

    Analisa sensitivitas dilakukan pada 3

    Cost naik 20%, benefit tetap Cost tetap, benefit turun 20% Cost naik 20%, benefit turun 20%

    Konsep perencanaan PLTMH adalah

    memanfaatkan debit sungai Brantas yang tidak dipergunakan untuk irigasi untuk kemudian dialirkan melalui saluran primer Turitunggorono kemudian dialirkan kembali ke sungai, konsep dasar PLTMH ditunjukkan pada gambar

    Konsep Dasar PLTMH

    Berdasarkan analisa hidrologi pencatatan debit outflow harian digunakan debit desain rencana untuk desain PLTMH dengan keandalan tertentu seperti pada kurva durasi aliran (FDC) seperti berikut:

    Durasi Aliran

    Dari kurva tersebut pertimbangan lain adalah dengan memperhatikan kapasitas saluran Primer Turitunggorono sebesar

    sehingga digunakan alternatif sebagai berikut:

    Tabel 3. Alternatif Debit Desain

    Maka dari perencanaan alternatif direncanakan komponen bangunan sipil, pada studi ini digunakan alternatif 4 sebagai acuan debit desain bangunan sipil, bangunan sipil yang direncanakan meliputi: 1. Bangunan PengambilanBangunan pengambilan direncanakan berupa pintu pengambilan (intake) dan dilengkapi dengan trashrackambilan didesain menggunakan tipe pintu sorong vertikal dengan data teknis sebagai berikut: Debit desain Tinggi pintu Lebar pintu Jumlah Pintu Elv ambang pintu Elv saluran eksisting Elv MAN Sedangkan kapasitas pintu dapat dihitung dengan persamaan:

    Q = b a Hg..2.

    Nilai daimbil 0,5 H : Elv MA Elv ambang

    1,6 m a : 0,1 m

    Q = 0,5 3 0,1 81,9.2.

    Q = 0,84 m3/dt untuk 1 pintuDengan cara yang sama maka akan didapatkan kurva kapasitas pintu pengambilan sebagai berikut:

    Gambar 6. Kurva Kapasitas Pintu

    60.00% 70.00% 80.00% 90.00% 100.00%

    Probabilitas Terlampaui (%)

    Alternatif Debit Desain

    Maka dari perencanaan alternatif tersebut direncanakan komponen bangunan sipil, pada studi ini digunakan alternatif 4 sebagai acuan debit desain bangunan sipil, bangunan sipil yang direncanakan

    1. Bangunan Pengambilan Bangunan pengambilan direncanakan berupa pintu pengambilan (intake) dan

    trashrack, pintu peng-ambilan didesain menggunakan tipe pintu sorong vertikal dengan data teknis seb-

    : 44 m3/dt : 1,8 meter : 3 meter : 5 pintu

    : +56,2 : +55,9

    : +57,8 Sedangkan kapasitas pintu dapat dihitung

    Elv ambang: 57,8 56,2 :

    6,1.81

    untuk 1 pintu Dengan cara yang sama maka akan didapatkan kurva kapasitas pintu peng-ambilan sebagai berikut:

    Kurva Kapasitas Pintu

  • dari kurva tersebut diketahui kapasitas maksimum sebesar 66,03 m3/dt sehingga mampu mengalirkan debit desain sebesar 44m3/dt. Pintu pengambilan juga dileng-kapi trashrack sebagai penahan sampah yang masuk.

    Gambar 7. Desain Bangunan

    Pengambilan 2. Bangunan Tengah Bangunan tengah yang dimaksud adalah bangunan air yang terletak pada tengah sistem PLTMH yang berfungsi sebagai pengaturan aliran dan perawatan, bang-unan tengah yang dipergunakan dalam studi ini adalah bak pengendap sedimen (sand trap), forebay dan bangunan pe-nguras. Bak Pengendap Sedimen (Sand Trap) Bak pengendap sedimen direncanakan dengan menggunakan analisa kecepatan kritis jatuh butrian dan panjang lintasan pengendapan perhitunganya adalah sebagai berikut: Kecepatan kritis :

    V = a Dimana: a : 44 (untuk 10

  • L = V/(BxH) = 2256/(20x3,6) = 31,33 meter. diambil 32 meter. Jadi dimensi bak penampung adalah : Panjang bak (L) : 32 meter Lebar bak (B) : 20 meter Tinggi muka air (H) : 3,6 meter Bangunan Penguras Bangunan penguras yang direncanakan dalam studi ini terdiri dari: culvert penguras sedimen, pintu penguras, peli-mpah samping, saluran penguras dan terjunan miring. Culvert penguras direncanakan dengan tiga buah pipa baja dengan diameter 1 meter dengan kapasitas pembuangan sebesar 16,16 m3/dt. Pelimpah samping dipergunakan untuk mempertahankan muka air pada elevasi +57,8 direncanakan menggunakan bentuk ambang tipe mercu ogee dengan lebar 10 m, tinggi jagaan 0,2 m dan kapasitas pembuangan 4,38 m3/dt. Pintu penguras direncakan menggunakan tipe pintu sorong berjumlah 1 unit dengan lebar 3 m dan tinggi 3,8 m dengan kapasitas pembuangan maksimal sebesar 46,63 m3/dt. Saluran pengguras direncanakan menggu-nakan saluran terbuka dengan penampang persegi dengan dimensi: Lebar : 6 m Tinggi : 3,8 m Slope : 0,0014 Kecepatan : 3,14 m/dt Kapasitas : 52,8 m3/dt. Terjunan miring direncanakan dengan kemiringan 1:2, panjang 11,4 m, tinggi 5,7 m, panjang loncatan hidrolis 12,23 m dan tinggi loncatan sebesar 2,5 m. 3. Bangunan pembawa Bangunan pembawa yang dipergunakan adalah tipe tertutup atau pipa pesat berte-kanan, pipa pesat direncanakan dengan menggunakan 4 pipa baja dengan panjang 20 meter dengan debit desain sebesar 1,1 Q yaitu: 1,1 x 11 = 12,1 m3/dt direncanakan besarnya diameter pipa, tebal pipa, kedalaman minimum MA, kebutuhan surge tank dan sistem pen-gambilan.

    Diameter pipa pesat Diameter pipa pesat harus direncakan berdasarkan aspek hirdolik dan aspek ekonomis, menurut mosonyi kecepatan yang disarankan untuk pipa baja adalah sebesar 2,5 m/dt 7 m/dt, berikut ini adalah persamaan empirik untuk mene-ntukan diameter pipa pesat: Persamaan sarkaria:

    D = 3,55.

    ..,

    D = 3,55. ,

    .,.,

    D = 3,49 m, maka: A = 9,56 m2 V = 1,27 m/dt (tidak memenuhi syarat

    kecepatan minimum) Persamaan diameter ekonomis ESHA (Penche,2004): Jika tinggi tekan karena gesekan pipa direncanakan 4% dari gross head maka:

    D = 2,69

    ,

    D = 2,69 ,,

    ,

    D = 1,67 m, maka: A = 2,12 m2 V = 5,72 m/dt (memenuhi syarat

    kecepatan maksimum) Dari kedua persamaan diketahui bahwa metode ESHA bisa dipergunakan namun perlu dilakukan analisa pengaruh diam-eter terhadap beberapa faktor seperti keh-ilangan energi, biaya pipa sampai dengan keamanan terhadap vortex. Maka harus dilakukan dengan cara coba coba untuk menentukan diameter pipa pesat sebagai berikut: Tabel 4. Hubungan Diameter Dengan

    Headloss

    No. Diameter Kecepatan Hf total % of H Heff

    (m) (m/dt) (m) (%) (m)

    1 1,5 6,85 1,771 22,16 6,22

    2 1,6 6,02 1,363 17,06 6,63

    3 1,7 5,33 1,072 13,41 6,92

    4 1,8 4,76 0,863 10,79 7,13

    5 1,9 4,27 0,702 8,78 7,29

    6 2 3,85 0,585 7,32 7,41

    7 2,1 3,50 0,497 6,22 7,50

  • No. Diameter Kecepatan Hf total % of H Heff

    (m) (m/dt) (m) (%) (m)

    8 2,2 3,18 0,425 5,31 7,57

    9 2,3 2,91 0,369 4,62 7,62

    10 2,4 2,68 0,326 4,07 7,67

    Tabel 5. Hubungan Diameter Dengan Cost - benefit

    No. Diameter

    (M) Daya (MW)

    Cost (Milyar Rupiah)

    Benefit (Milyar Rupiah)

    1 1,5 0,66 0,64 196,32

    2 1,6 0,70 0,68 209,19

    3 1,7 0,73 0,72 218,37

    4 1,8 0,76 0,75 224,99

    5 1,9 0,77 0,79 230,07

    6 2 0,79 0,83 233,74

    7 2,1 0,79 0,86 236,51

    8 2,2 0,80 0,90 238,80

    9 2,3 0,81 0,93 240,56

    10 2,4 0,81 0,97 241,93

    Tabel 6. Hubungan Diameter Dengan Kedalaman Minimum

    No. Diameter Ht

    s Keamanan Thp Vortex (m) (m)

    1 1,5 1,60 0,95 aman

    2 1,6 1,50 0,98 aman

    3 1,7 1,40 1,01 aman

    4 1,8 1,30 1,04 aman

    5 1,9 1,20 1,07 aman

    6 2 1,10 1,09 aman

    7 2,1 1,00 1,12 vortex

    8 2,2 0,90 1,15 vortex

    9 2,3 0,80 1,17 vortex

    10 2,4 0,70 1,20 vortex

    Maka dari hasil coba coba tersebut dipilih diameter pipa pesat adalah sebesar 1,8 meter. Tebal pipa pesat Tebal pipa direncanakan dengan tujuan untuk menjaga keamanan pipa akibat tekanan dari dalam dan luar pipa, dengan menggunakan beberapa metode diperoleh hasil sebagai berikut: ASME : 8.7 mm USBR : 8.77 mm Penche : 8.16 mm Barlow : 10,32 mm

    Direncanakan tebal pipa pesat adalah 11 mm (tebal pipa terbesar dari analisa diatas) Pipa pesat membutuhkan tangki gelombang bila L > 4H, dalam studi ini panjang pipa pesat (L) adalah 20 meter sedangkan tinggi jatuh (H) adalah 8,03 meter maka: L > 4H = 20 < 32,11. Sehingga pipa pesat tidak membutuhkan adanya tangki gelo-mbang (surge tank). Pipa pesat memiliki sistem pengambilan dengan menggunakan katup pintu (gate valve). 4. Bangunan pembuang (tailrace chanel) Saluran tailrace direncanakan sistem pengaturan / regulasi pada bagian akhir dari draft tube berupa pintu atau katup kemudian debit air akan dialirkan melalui saluran terbuka dimana diujung saluran akan direncanakan ambang lebar sebagai kontrol elevasi muka air (TWL). Dalam perencanan saluran pembuang digunakan data teknis rencana sebagai berikut: Debit rencana : 44 m3/dt Elv dasar saluran rencana : +48,53 Lebar saluran : 40 meter Bentuk saluran : persegi Jenis pasangan : beton Koefisien manning : 0,012 Slope : 0,00014 Aliran air dari saluran pembuang akan dialirkan melaui ambang (weir) pada ujung saluran dengan data perencanaan: Bentuk ambang : ogee tipe I Lebar ambang : 40 meter Tinggi ambang : 0,5 meter Elevasi ambang : +49,03 Elevasi dasar :+48,53 Dengan menggunakan persamaan Q = C B H1,5 dengan nilai koefisien debit untuk pengaliran tenggelam (C = 1,7) maka akan didapatkan lengkung kap-asitas debit (ratingcurve) berdasarkan de-bit operasional pada ambang tailrace seb-agai berikut:

  • Gambar 8. Rating Curve Pada Ambang

    Tailrace Sehingga elevasi TWL untuk tiap debit operasional akan ditunjukkan pada sketsa berikut:

    Gambar 9. Sketsa Kondisi Muka Air

    Pada Saluran Tailrace

    Perhitungan Tinggi Jatuh Effektif Dengan menggunakan persamaan empir-ik berdasarkan potensi kehilangan tinggi tekan maka tinggi jatuh effektif diten-tukan seperti pada tabel berikut: Tabel 7. Perhitungan Tinggi Jatuh

    Effektif Paremeter Tinggi Tekan Hf (m)

    Kehilangan Pada Bangunan Pengambilan

    Inlet 0,00722

    Trashrack 0,00064

    Kehilangan Pada Bak Penangkap Sedimen

    Transisi 0,03538

    Kehilangan Pada Pipa Pesat

    Gesekan 0,10672

    Trashrack 0,00273

    Belokan 0,22706

    Inlet 0,15137

    Kehilangan Sebelum Turbin

    Diasumsikan 0,1

    Total Kehilangan 0,547

    Elevasi TWL

    Debit 1 Turbin 49,3

    Debit 2 Turbin 49,5

    Debit 3 Turbin 49,6

    Debit 4 Turbin 49,8

    Debit Banjir 50,8

    Elevasi Muka Air Di Hulu

    Debit 1 Turbin 57,1

    Debit 2 Turbin 57,3

    Debit 3 Turbin 57,6

    Debit 4 Turbin 57,8

    Tinggi Jatuh (Head)

    Net Head (1 Turbin) 7,11

    Net Head (2 Turbin) 7,19

    Net Head (3 Turbin) 7,28

    Net Head (4 Turbin) 7,36

    Net Head (Banjir) 5,67

    Gross Head 7,99

    Perencanaan Peralatan Hidromekanikal Dan Elektrikal Peralatan hidromekanikal dan elektrikal yang direncanakan dalam studi ini meliputi: turbin hidrolik, peralatan elect-rik dan rumah pembangkit. Turbin hidrolik Berdasarkan besarnya debit desain dan tinggi jatuh effektif dapat dipilih tipe turbin yang digunakan. Debit desain : 11m3/dt Tinggi jatuh effektif : 7,5 m Daya teoritis : 794,5 kW atau

    683 HP

    Gambar 10. Pemilihan Turbin Reaksi

  • Maka direncanakan: Tipe turbin : Kaplan Jumlah turbin : 4 unit Debit : 11 m3/dt Frekuensi generator : 50Hz Kutub generator : 14 buah Kecepatan putar : 428 rpm Kecepatan spesifik : 952 mkW Diameter runner : 1,2 m kritis : 1,45 aktual : 1,52 elv pusat turbin : +48,6 tinggi hisap : -1,16 m dan direncanakan sistem intake turbin tipe spiral case dan draft tube tipe elbow dengan dimensi: lebar total spiral case : 4,91 m diameter intake spiral case : 1,85 m tinggi draft tube : 2,36 m panjang draft tube : 4,78 m peralatan elektrik yang direncanakan meliputi: generator 3 fasa, governor, speed increaser, transformer, switchgear dan auxiliary equipment. rumah pembangkit direncanakan dengan tipe dalam tanah (underground facility) dengan dimensi: Tinggi : 12,8 meter Lebar : 30 meter Panjang : 53 meter Material rumah : beton Tebal dinding rumah : 0.3 meter Kedalaman pondasi : 1.5 meter Analisa Pembangkitan Energi Energi yang dihasilkan pada PLTMH Mrican tiap satu hari operasi ditabelkan sebagai berikut: Tabel 8. Hasil Pembangkitan Energi

    harian Tiap Alternatif

    No

    Debit Operasi

    Jumlah Turbin

    Eff Net

    Head Energi harian

    (m3/dt) (buah) (%) (m) (kWh)

    1 11,00 1 89,28 7,11 16449,27

    2 22,00 2 89,28 7,19 33266,64

    3 33,00 3 89,28 7,28 50486,93

    4 44,00 4 89,28 7,36 68097,05

    Sedangkan hasil pembangkitan tahunan untuk tiap alternatif adalah:

    Tabel 9. Hasil Pembangkitan Energi Tahunan Tiap Alternatif

    No.

    Unit Turbin

    Debit Desain

    Hari Operasional

    Energi Tahunan

    (unit) (m3/dt) (hari) (MWh)

    1 1 11 317 5214

    2 2 22 317 10427

    3 3 33 317 15582

    4 4 44 317 20169

    Analisa CER Berdasarkan hasil pembangkitan energi tahunan maka didaptakan nilai reduksi emisi dan pendapatan utnuk tiap alternatif sebagai berikut: Tabel 10. Hasil Reduksi Emisi Dan

    CER

    Alt Jenis Bahan Bakar

    Nilai konversi kgCO2

    Energi Bersih Tahunan MWh

    Nilai Reduksi tCO2/th

    Nilai CER/Th Milyar Rp

    1

    Minyak 0,754 4693 3539 0,61

    Diesel 0,764 4693 3585 0,62 Batu Bara

    0,94 4693 4411 0,76

    Gas Alam

    0,581 4693 2727 0,47

    2

    Minyak 0,754 9384 7076 1,22

    Diesel 0,764 9384 7169 1,24 Batu Bara

    0,94 9384 8821 1,52

    Gas Alam

    0,581 9384 5452 0,94

    3

    Minyak 0,754 14024 10574 1,82

    Diesel 0,764 14024 10714 1,85 Batu Bara

    0,94 14024 13182 2,27

    Gas Alam

    0,581 14024 8148 1,40

    4

    Minyak 0,754 18153 13687 2,36

    Diesel 0,764 18153 13869 2,39 Batu Bara

    0,94 18153 17063 2,94

    Gas Alam

    0,581 18153 10547 1,82

    Analisa Ekonomi Biaya proyek dan OP dihitung dengan menggunakan persamaan empirik sebagai berikut: Tabel 11. Estimasi Biaya PLTMH

    No. Item Pekerjaan Biaya (Milyar Rupiah)

    ALT 1 ALT 2 ALT 3 ALT 4

    1 Biaya Engineering

    1,85 2,90 4,56 4,56

  • No. Item Pekerjaan Biaya (Milyar Rupiah)

    ALT 1 ALT 2 ALT 3 ALT 4

    2 Peralatan Hidromekanik

    16,66 37,61 62,91 92,50

    3 Pemasangan Hidromekanik

    2,50 5,64 9,44 13,87

    4 Pemasangan Jalur Transmisi

    3,08 3,08 3,08 3,08

    5 Travo Dan Substansi

    0,19 0,50 0,95 1,52

    6 Pemasangan Travo Dan Substansi

    0,03 0,08 0,14 0,23

    7 Sipil 5,25 9,07 12,52 15,78

    8 Pipa Pesat 0,69 1,33 1,95 2,56

    9 Pemasangan Pipa Pesat

    0,17 0,17 0,17 0,17

    10 Saluran 0,37 0,69 0,99 1,29

    11 Lain Lain 4,55 9,82 16,45 24,07

    12 Biaya Contingencies

    3,53 7,09 11,32 15,96

    13 Biaya O & P 0,35 0,71 1,13 1,60

    14 Capital Cost 38,87 77,98 124,49 175,59

    15 PPN 10% 3,89 7,80 12,45 17,56

    16 Total Cost 42,76 85,78 136,94 193,15

    17 Rasio Rp/Kwh 8,200 8,227 8,788 9,577

    Sedangkan estimasi manfaat tahunan dari penjualan energi listrik adalah: Tabel 12. Estimasi Manfaat PLTMH

    No. Harga Listrik

    Rp/Kwh

    Energi tahunan

    Mwh

    income Milyar

    Rp

    CER Milyar

    Rp

    Total Milyar

    Rp

    1 1004 5214 5,24 0,61 5,85

    2 1004 10427 10,47 0,62 11,09

    3 1004 15582 15,64 0,76 16,40

    4 1004 20169 20,25 0,47 20,72

    Dengan rencana usia proyek adalah 35 tahun maka akan didapatkan parameter kelayakan ekonomi sebagai berikut: Tabel 13. Analisa Ekonomi Tiap

    Alternatif

    ALT PV

    Cost

    Dengan CER

    PV Benefit

    BCR NPV IRR (%)

    Paid Back

    Period

    1 69,34 102,63 1,48 33,29 12,61 10,42

    2 111,60 205,21 1,84 93,61 14,59 10,57

    3 179,16 306,67 1,71 127,51 13,63 11,37

    4 254,02 396,96 1,56 142,94 12,46 12,49

    Tanpa CER

    1 69,34 93,95 1,35 24,61 10,94 11,26

    2 111,60 187,86 1,68 76,25 13,26 11,73

    3 179,16 280,73 1,57 101,57 12,37 12,65

    4 254,02 363,39 1,43 109,36 11,29 13,85

    Dan analisa sensitivitas sebagai berikut: Kondisi 1:benefit turun 20%, cost tetap Kondisi 2:benefit tetap, cost naik 20%Kondisi 3:benefit turun 20%, cost naik 20% . Hasil analisa sensitivitas untuk tiap alternatif ditabelkan sebagai berikut: Tabel 13. Hasil Analisa Sensitivitas

    Tiap Alternatif Kondisi

    PV Cost

    PV Benefit

    NPV BCR

    Alternatif 1

    1 69,34 82,10 12,76 1,18

    2 83,21 102,63 19,42 1,23

    3 83,21 82,10 -1,11 0,99

    Alternatif 2

    1 111,60 164,17 52,57 1,47

    2 133,92 205,21 71,29 1,53

    3 133,92 164,17 30,25 1,23

    Alternatif 3

    1 179,16 245,34 66,17 1,37

    2 214,99 306,67 91,68 1,43

    3 214,99 245,34 30,34 1,14

    Alternatif 4

    1 254,02 317,57 63,55 1,25

    2 304,83 396,96 92,14 1,30

    3 304,83 317,57 12,74 1,04

    Sehingga dari analisa ekonomi dipilih alternatif 4 sebagai alternatif yang paling mengguntungkan 4. Kesimpulan 1. Berdasarkan analisa, potensi sumber

    daya air yang dapat dikembangkan untuk pembangkitan energi listrik ad-alah sebesar 44 m3/dt dengan kean-dalan debit sebesar 84%, dengan debit tersebut dapat dibangkitkan energi sebesar 20.169 MWh pertahun.

    2. Komponen bangunan PLTMH yang dipergunakan dalam studi ini adalah: a Bangunan sipil:

    Bangunan pengambilan (pintu sorong dan trashrack). Bangunan tengah (bak penangkap sedimen, bak penenang, culvert penguras, saluran penguras, pelim-pah samping, pintu penguras dan terjunan miring). Bangunan pembawa (pipa pesat).

  • Bangunan pembuang (saluran tailrace dan ambang lebar). Sistem regulator (katup pintu dan katup kupu kupu). Rumah pembangkit (power house)

    b Peralatan mekanik dan elektrik: Turbin kaplan beserta keleng-kapanya (spiral case, draft tube dan wicket gate), generator 50Hz 3 fasa dengan 14 kutub, governor, speed increaser, travo, switchgear dan aksesoris kelistrikan.

    3. Berdasarkan analisa reduksi emsisi gas karbon maka besar reduksi dan pendapatan dari CER yang dihasilkan dengan adanya PLTMH untuk tiap jenis konversi bahan bakar adalah: a Minyak Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar 13687 tCO2/tahun dengan pendapatan dari CER sebesar 2,36 milyar rupiah

    b Diesel Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar 13869 tCO2/tahun dengan pendapatan dari CER sebesar 2,39 milyar rupiah

    c Batu Bara Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar 17063 tCO2/tahun dengan pendapatan dari CER sebesar 2,94 milyar rupiah

    d Gas Alam Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar 10547 tCO2/tahun dengan pendapatan dari CER sebesar 1,82 milyar rupiah

    4. Berdasarkan analisa ekonomi terhadap alternatif terpilih (alternatif 4) dida-patkan besar biaya total sebesar 193,15 milyar rupiah dengan nilai BCR 1,56, NPV 142,94 milyar rupiah, IRR 12,46 % dan paid back period 12,49 tahun, sehingga pembangunan PLTMH layak secara ekonomi.

    Gambar 11. Desain Plan PLTMH Mrican

  • Daftar Pustaka 1. Anonim. 2006. Guidelines for

    National Greenhouse Gas Inventories. Switzerland: IPCC (International Panel In Climate Change).

    2. Anonim. 2005. RETScreen Engineering & Cases Textbook. Kanada: RETScreen International.

    3. Anonim, 1976. Engineering Monograph No. 20 Selecting Reaction Turbines. Amerika: United States Bureau Of Reclamation.

    4. Anonim, 1976. Engineering Monograph No. 25 Hydraulic Design Of Stilling Basin And Energy Dissipator. Amerika: United States Bureau Of Reclamation.

    5. Arismunandar A. dan Kuwahara S. 2004. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik. Jakarta : PT Pradnya Paramita.

    6. Chow, Ven te. 1997. Hidraulika saluran terbuka. Jakarta : Erlangga

    7. Dandekar, MM dan K.N. Sharma. 1991. Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta : Universitas Indonesia.

    8. Mosonyi, Emil. 1963. Water Power

    Development Volume One Low Head Power Plant. Budapest : Akademiai Kiado

    9. Mosonyi, Emil. 1963. Water Power Development Volume Two High Head Power Plant. Budapest : Akademiai Kiado

    10. Patty, O.F. 1995. Tenaga Air. Erlangga : Surabaya.

    11. Penche, Celso. 2004. Guidebook on How to Develop a Small Hydro Site. Belgia : ESHA (European Small Hydropower Association).

    12. Ramos, Helena. 2000. Guidelines For Design Small Hydropower Plants. Irlandia : WREAN (Western Regional Energy Agency & Network) and DED (Department of Economic Development).

    13. Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik Edisi 1. Surabaya : Usaha Nasional.

    14. Varshney,R.S. 1977. Hydro-Power Structure. India : N.C Jain at the Roorkee Press.

    ABSTRAK1. Pendahuluan2. Pustaka dan MetodologiDebit andalan Perencanaan Bangunan PLTMHTinggi Jatuh EfektifPerencanaan Peralatan Mekanik Dan ElektrikAnalisa Pembangkitan EnergiAnalisa Reduksi Emisi Gas KarbonAnalisa Kelayakan Ekonomi3. Hasil dan Pembahasan4. KesimpulanDaftar Pustaka