STUDI KELAYAKAN MIKROHIDRO
Disusun oleh: HUSNUL CHOTIMAH
(2412100002)
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
1
DAFTAR ISI
2
BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Analisis Kondisi Kekinian 1.1.1.
Kebutuhan Penggunaan Listrik Berdasarkan hasil proyeksi kebutuhan listrik dari tahun 2003 sampai dengan
2020 yang dilakukan oleh Dinas Perencanaan Sistem PT PLN (Persero) dan Tim Energi BPPT, terlihat bahwa selama kurun waktu tersebut rata-rata kebutuhan listrik di Indonesia tumbuh sebesar 6,5% per tahun dengan pertumbuhan listrik di sektor komersial yang tertinggi, yaitu sekitar 7,3% per tahun dan disusul sektor rumah tangga dengan pertumbuhan kebutuhan listrik sebesar 6,9% per tahun.
Gambar 1. Grafik Proyeksi Kebutuhan Listrik per Sektor di Indonesia Tahun 2003 sampai dengan Tahun 2020
Sumber: DJK, KESDM 2012 Gambar 2. Neraca Listrik Nasional 2012 Pertumbuhan pemakaian listrik pada semester I-2013 naik sebesar 7,2% dibandingkan dengan tahun lalu diperiode yang sama. Total pemakaian listrik pada semester I-2013 mencapai 90,48 tera watt hour (tWh), sedangkan pada semester I-2013 sebesar 84,43 tWh. Pelanggan golongan industri menggunakan listrik untuk keperluan produktif tumbuh sebesar 8,3% dari 90,48 tWh. Kemudian, jumlah pelanggan segmen rumah tangga pada semester I-2013 tumbuh 8% dibanding dengan semester I-2012.
3
Sedangkan konsumsi kWh hanya tumbuh sekitar 5,5%. Untuk pelanggan rumah tangga kecil dengan daya 900 Volt Ampere (VA) pada semester I-2013 tumbuh 11,7% dibanding dengan semester I-2012 tumbuh 11,7% dibanding semester I-2012. Sedangkan pelanggan rumah tangga kelas menengah dengan daya 3.500-5.500 VA tumbuh sekitar 11,3% dibanding semester I-2012. (energitoday.com). 1.1.2.
Ketersediaan Energi Listrik dan Elektrifikasi Nasional Hingga akhir September 2013, kapasitas terpasang pada pembangkit listrik
sudah mencapai 46.420 megawatt (MW) (energitoday.com, 2014)
Sumber : Statistik PLN dan Statistik DJK, diolah oleh Pusdatin ESDM Gambar 3. Kapasitas Pembangkit Listrik Pln Per Jenis Pembangkit (2004 – 2012)
Sumber : Handbook of Energy and Economic Statistics of Indonesia, KESDM Gambar 4. Produksi listrik per jenis pembangkit (2005 – 2011) Berdasarkan data Kementerian ESDM diatas, PLTU baru bara memegang peranan sangat penting dalam pemenuhan kebutuhan listrik di Indonesia. Dan pada tahun 2005 pemakaian batu bara mencapai 45,2 juta ton dengan energi listrik yang dihasilkan mencapai 104 Twh (Almanda, 2004). 4
Sepanjang tahun 2013 yang lalu, PT Perusahaan Listrik Negara (Persero) mencatat rasio eletrifikasi nasional naik sekitar 4% atau mencapai 79,3%.
Gambar 5. Rasio Elektrifikasi Nasional 1980 – 2012 Dalam beberapa tahun terakhir, rasio elektrisifikasi nasional telah meningkat dari 59% menjadi 65% atau sekitar 1,5% per tahun. Peningkatan rasio elektrifikasi tersebut dilakukan melalui sambungan baru pelanggan PT. PLN (Persero) dan pemanfaatan energi setempat (PLTMH, PLTB, PLTS Terpusat dan PLTS Tersebar yang khusus diperuntukkan bagi daerah-daerah terpencil) (ESDM, 2014). 1.1.3.
Potensi Sumber Daya Air Dalam hal potensi sumber daya air Indonesia menempati posisi ke lima dan itu
berarti Indonesia mempunya sumber daya air yang berlimpah dengan jumlah sekitar 3.200 miliar meter kubik yang didapat dari 7.956 sungai dan 521 danau. Sumber daya air yang baru dapat dimanfaatkan sekitar 25 persen untuk penyediaan air baku, air irigasi dan kebutuhan rumah tangga perkotaan dan industri. Selain itu, kebutuhan air untuk lahan beririgasi sekitar 7,2 juta ha baru sekitar 11 persen yang terlayani. Untuk itu Pembangunan bendungan untuk air irigasi, air baku industri dan rumah tangga dilakukan pemerintah di berbagai lokasi untuk kapasitas tampungan waduk sekitar 1,5 miliar meter sampai 2014. Sedangkan pembangunan bendungan untuk pembangkit listrik tenaga air yang masih dalam proses perencanaan akan dibangun di berbagai lokasi seperti di Sumatera, Jawa, Sulawesi dan Papua. 1.2. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik berskala kecil (kurang dari 200 kW) , yang memanfaatkan tenaga (aliran) air sebagai sumber
penghasil
energi. PLTMH termasuk sumber
energi terbarukan
dan layak disebut clean energy karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH dipilih karena konstruksinya sederhana, mudah dioperasikan, serta mudah
5
dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Secara ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatif murah, sedangkan biaya investasinya cukup bersaing dengan pembangkit listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH mudah diterima masyarakat luas. Mikrohidro pada prinsipnya memanfaatkan ketinggian dan jumlah debit ait pada aliran air saluran irigasi . aliran ini akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi
mekanik. Turbin yang berputar menggerakkan generator dan menghasilkan listrik. (Sumber: dreamindonesia.wordpress.com) Gambar 6. Mikrohidro Aliran air diatur menggunakan bendungan. Bendungan ini dapat berupa bendungan beton atau bendungan beronjong. Bendungan dilengkapi dengan pintu air dan saringan sampah untuk mencegah masuknya hal-hal yang tidak diinginkan. Di dekat bendungan dibangun bangunan pengambilan (intake). Kemudian dilanjutkan dengan saluran penghantar yang berfungsi mengalirkan air dari intake. Di ujung saluran dibangun kolam pengendap. Kolam ini digunakan untuk mengendapkan pasit dan menyaring kotoran sehingga air yang masuk ke turbin relatif bersih. Kemudian dibuat lagi saluran (headrace) untuk menuju kolam penenang (forebay) yang berguna untuk menenangkan aliran air sebelum masik ke turbin. Dari kolam penenang ke turbin dihubungkan dengan pipa pesat (penstock). Dalam pipa ini, energi potensial air diubah menjadi energi kinetic yang nantinya akan memutar turbin.
6
Di dalam penstock terdapat guided vane untuk mengatur pembukaan dan penutupan turbin serta mengatur aliran air yang mengenai blade. Aliran air memutar blade dan menghasilkan energi kinetik yang akan memutar poros turbin. Energi yang timbul akibat putaran poros kemudian ditransmisikan ke generator.
7
BAB 2. STUDI KELAYAKAN MIKROHIDRO 2.1. Studi Kelayakan Hidrologi Studi kelayakan hidrologi meliputi pengukuran debit minimum yang mengalir pada saluran sungai/air, debit air pada saat banjir dengan melakukan pengamatan visual batas banjir, pengukuran debit air, tinggi terjun (head) yang tersedia. 2.1.1. Pengukuran Debit Air Pengukuran debit sungai dapat dilakukan dengan metode apung. Berikut adalah langkah-langkah pengukurannya.
Sumber: Sulistiyono, 2013 Gambar 7. Pengukuran Debit Sungai a. Bagian sungai dipilih yang relative lurus dan penampangnya seragam, panjang
alur sungai ditentukan titik mulai dan titik akhirnya. b. Luas penampang sungai diukur dengan membagi dalam beberapa segmen. Luas
per segmen dihitung, kemudian dijumlahkan sehingga mendapatkan luas penampang secara keseluruhan. c. Benda apung dijatuhkan tersebut beberapa meter sebelum garis mulai yang telah
ditentukan.
8
d. Waktu yang diperlukan benda untuk mencapai garis akhir dihitung. Sehingga
dari jarak dan waktu yang telah didapat, maka kecepatan aliran sungai dapat dihitung. e. Dari data luas penampang dan kecepatan aliran sungai didapatkan debit air
sungai. 2.1.2. Pengukuran Head Berikut adalah langkah-langkah yang dilakukan untuk melakukan pengukuran tingi terjun (head). a. Pengukuran dimulai diatas elevasi perkiraan permukaan air pada posisi forebay
yang ditentukan b. Pengukuran kedua dan selanjutnya dengan melanjutkan pada posisi yang lebih
rendah dari pengukuran sebelumnya. c. Pengukuran dilakukan sampai di lokasi turbin yang akan dipasang. Hasil
pengukuran ketinggian ditotal sehingga mendapatkan nilai head kotor.
Sumber: Sulistiyono, 2013 Gambar 8. Pengukuran Head Kotor 2.1.3 Kriteria Kelayakan Daya yang dihasilkan didapatkan dari persamaan berikut. P= ρ∙ Q ∙ H ∙ g ∙ η
dimana: P
= Prakiraan daya yang dihasilkan (W)
9
g
= Percepatan Gravitasi (m/s2)
Q
= Debit air (m3/s)
H
= tinggi terjun (m) Ρ = Efisiensi total Dari perhitungan daya tersebut, dibandingkan dengan grafik seperti dibawah ini.
Sumber: DJLPE, 2009 Gambar 9. Diagram Perkiraan Daya yang Dihasilkan 2.2. Studi Kelayakan Sipil Studi kelayakan sipil melipti keadaan topografi dan mekanika tanah yang akan digunakan untuk bangunan utama dan rute bangunan. Bangunan intinya terdiri atas bendungan, intake, bak pengendap, saluran pembawa, bak utama, saluran pembuang, penstock, rumah turbin, tailrace dan lain-lain. Dari kondisi topografi dan mekanika tanah tersebut memengaruhi pemilihan lokasi struktur dan desain bangunan inti Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro. Berikut adalah paparan mengenai pemilihan lokasi struktur desain bangunan inti PLTMH. 2.2.1 Bendungan dan Intake
Konstruksi bendungan digunakan untuk menaikkan dan mengontrol tinggi air dalam sungai sehingga elevasi muka air cukup untuk dialihkan ke dalam intake pembangkit mikrohidro. Konstruksi bendungan dilengkapi dengan bangunan pengambil (intake) yang berfungsi mengarahkan air dari sungai masuk ke dalam saluran pembawa 10
(headrace).
Desain
bendungan
harus
memperhitungkan
kondisi
lokasi
dan
kemungkinan perubahan dasar sungai. Sedangkan desai intake harus memperhitungkan arah dan kecepatan aliran sungai serta keran penutup sebagai kontrol tekanan intake ketika terjadi kenaikan level sungai.
(a)
(b) Sumber: DJLPE, 2009
Gambar 10. (a) Bendungan. (b) Intake 2.2.2.
Saluran pembawa air (headrace)
Saluran pembawa air adalah untuk mengalirkan air dari intake ke bak penenang (forebay) dan untuk mempertahankan kestabilan debit air. Jika headrace dibangun oada sebuah lereng bukit maka hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah topografi rute saluran, stabilitas tanah trase saluran, penggunaan infrastruktur eksisting, dan geometri saluran.
11
Sumber: DJLPE, 2009 Gambar 11. Saluran Pembawa Air
12
2.2.3.
Bak Pengendap
Konstruksi bak pengendap digunakan untuk mencegah terjadinya aliran turbulen serta mengurangi kecepatan aliran yang masuk ke bak pengendap sehingga perlu bagian yang melebar. Bak pengendap juga berfungsi sebagai tempat penimbun sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam pembuangan sedimen. 2.2.4.
Bak Penenang (Forebay)
Bak penenang digunakan sebagai tempat penenangan air dan pengendapan air, penyaringan terakhir setelah settling basin. Pemilihan lokasi bak penenang mempertimbangkan keadaan topografi dan geologi lokasi, tempat yang relative datar, mengurangi hubungan dengan muka air tanah yang lebih tinggi
Sumber: DJLPE, 2009 Gambar 11. Bak Penenang 2.2.5.
Pipa Pesat
Sumber: DJLPE, 2009 Gambar 12. Pipa Pesat
13
Pipa pesat digunakan sebagai saluran tertutup aliran air yang menju ke turbin di rumah pembangkit. Saluran ini harus dirancang secara benar sesuai ketinggian (head) sistem PLTMH. 2.2.6.
Rumah turbin
Rumah pembangkit digunakan untuk melindungi peralatan elektrik dan mekanik seperti turbin, generator, dan panel kontrol, sehingga konstruksi harus berada di atas struktur tanah yang stabil. Kondisi pondasijuga harus cukup kuat untuk menahan beban peralatan yang besar.
Sumber: DJLPE, 2009 Gambar 13. Rumah Pembangkit 2.2.7
Saluran Pembuang
Saluran pembuang bertujuan sebagai saluran pembuanagn aliran air dari rumah pembangkit dan bersatu dengan aliran sungai sebenarnya.
Sumber: DJLPE, 2009 Gambar 14. Saluran Pembuangan 14
2.2.7.
Kriteria Kelayakan
Kriteria kelayakan adalah syarat minimum yang dimiliki secara alami oleh suatu lokasi potensi PLTMH untuk dapat dibangun, seperti adanya : a. Sumber mata air atau yang memenuhi standar kelayakan hidrologi b. Terdapat aliran sungai dengan debit air (minimal 1.0 - 3.0 meter/detik) yang cukup dan diperkirakan dapat memenuhi standar kelayakan hidrologi c. Secara visual di lokasi terdapat potensi sistem skema PLTMH seperti sungai yang bisa dibangun bendung atau bendungan kecil (embung) atau saluran yang mempunyai debit stabil, , bak pengendap, saluran pembawa (misal dengan 1/100 – 1/1500), kondisi topografi yang mendukung pembuatan head d. Kondisi dan stabilitas tanah calon lokasi PLTMH diperhitungkan layak untuk didirikan bangunan sipil e. Akses ke lokasi PLTMH dapat digambarkan dengan skema yang jelas dan dapat dijangkau dengan metode tertentu sesuai dengan kebutuhan pembangunannya. f. Bangunan PLTMH yang akan didirikan tidak mengganggu kelestarian lingkungan g. Bangunan PLTMH yang akan didirikan tidak menimbulkan dampak negatif sosial masyarakat yang berkepanjangan 2.3. Studi Kelayakan Mekanikal Elektrikal Studi kelayakan mekanikal elektrikal dilakukan dengan tujuan untuk memilih komponen mekanikal dan elektrikal yang sesuai sehingga dapat dan mudah dioperasikan. Komponen mekanikal elektrikal diprioritaskan buatan dalam negeri guna menumbuhkan industry dalam negeri. Komponen elektrikal dan mekanikal meliputi turbin, generator, system transmis mekanik, dan sistem kontrol. Pemilihan generator didasarkan pada sistem listrik yang dipakai dan besarnya daya terbangkit. Pemilihan turbin didasarkan pada debit air, ketinggian head (net heat) dan kecepatan spesifik turbin.
15
Pemilihan turbin langsung dapat menggunakan grafik pemilihan turbin. Pemilihan turbin langsung dapat menggunakan grafik pemilihan turbin seperti pada gambar dibawah ini.
Sumber: Matoka, Arifin, 2008 Gambar 15. Karakteristik Pemilihan Turbin Generator yang akan digunakan dianjurkan untuk memakai yang telah banyak di pasaran. Putaran yang lebih rendah akan meringankan pemilihan transmisi kecepatan yang diperlukan. Kapasitas generator sama atau lebih besar dari pada kapasitas yang bisa yang bisa dibangkitkan turbin.
16
DAFTAR PUSTAKA Dinas Perencanaan Sistem PT PLN (Persero). 2004. Proyeksi Kebutuhan Listrik per Sektor per Provinsi PLN dari Tahun 2003 s.d. Tahun 2013. Jakarta. DJLPE-DESDM. 2005. Indonesia Energy Outlook & Statistics 2004. Jakarta. DJLPE-DESDM. 2009. Pedoman Studi Kelayakan PLTMH : Buku Utama. Jakarta DJLPE-DESDM. 2009. Pedoman Studi Kelayakan Sipil : Buku 2B. Jakarta Firmansyah, Ifhan, et al. Studi Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Dompyong 50kW Di Desa Dompyong, Bendungan, Trenggalek Untuk Mewujudkan Desa Mandiri Energi (DME). Teknik Elektro FTI ITS, Surabaya Matoka, Arifin. 2008. Kajian Potensi Energi Listrik Mikrohidro pada Saluran Irigasi Propinsi Gorontalo untuk Menunjang Elektrifikasi Pertanian. Teknik Elektro, Universitas Gorontalo Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. 2014. Rasio Elektrifikasi Nasional Meningkat.
(Diakses
di:
http://www.esdm.go.id/berita/39-listrik/2326-rasio-
elektrifikasi-nasional-meningkat-15-per-tahun.pdf, tanggal 10 Maret 2014) PT. PLN. 2004. Statistik PLN 2003. Jakarta.
17