LAMPIRAN A Data Hasil Pengukuran A.1 Hasil pengukuran Kedalaman Sungai
n dn(m)
0 0,10
1 0,20
2 0,27
3 0,25
4 0,24
5 0,10
A.2 Hasil Waktu Kecepatan Aliran Sungai
n tn (sekon)
1 15,56
2 16,56
3 18,97
4 17,04
5 16,30
6 17,63
7 18,32
8 19,70
9 16,33
LAMPIRAN B
1. Meteran Ukur
2. Stopwatch
4. Tali plastik
5. Bola pingpong
LAMPIRAN C
Foto Sungai Besamat Gambar 1
Gambar 3
Gambar 5
DAFTAR PUSTAKA
1. Arismunandar, Dr. dan Dr. Susumumu Kuwahara, Pembangkitan Dengan Tenaga Air, Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik, Jilid I, Pradnya Paramita, Jakarta : 1974.
2. Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Graha Ilmu, Jakarta, 2006.
3. Marsudi, Djiteng, Pembangkitan Energi Listrik, Erlangga, 2005.
4. Arismunandar A, Teknik Tenaga Listrik, Jilid I Pembangkitan Dengan Tenaga Air, Pradnya Paramita, Jakarta : 1979.
5. Firmansyah, Ifhan., “Studi Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Dompyong 50kW Di Desa Dompyong, Bendungan, Trenggalek Untuk Mewujudkan Desa Mandiri Energi (DME)”, Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro –FTI-ITS , Surabaya, 2012.
6. Sudargono, Karnoto, H Nugroho, 2005. Studi Kelayakan Dan Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Di Dukuh Pekuluran Kec. Doro Kab. Pekalongan, Rotasi, Vol.7, Nomor 2.
7. Pdf, Ismail, Analisis Ekonomi Energi Perencanaan PLTA Mikrohidro Meragun Desa Meragun, Kec Nanga Taman, Kab Sekadau, Kalimantan Barat 2013.
8. Pdf, Wibisono, Ari, Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Di Sungai Soko Desa Olung Siron Kec Tanah Siang Kab Murung Raya Provinsi Kalimantan Tengah, Universitas Brawijaya, Malang.
9. Pdf, Wibowo Setyo Anggi, Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Di Sungai Mirat Desa Taja Urap Kec Tewah Kab Gunung Mas Provinsi Kalimantan Tengah, Universitas Brawijaya, Malang.
11.Pdf, Suwignyo, Suhardi Diding, Diskusi Perencanaan Dan Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH), Malang, 2012.
12.Pdf, Ramdhani Dwi Saka Aji, Studi Perencanaan PLTMH 1x12 kW Sebagai Desa Mandiri Energi di Desa Karang sewu Cisewu Garut Jawa Barat , Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Keputih Sukolilo Surabaya, 2014.
BAB III
KONDISI UMUM DESA GUNUNG RINTIH
3.1 Kondisi Geografis
Desa Gunung Rintih terletak di Kecamatan STM Hilir, Kabupaten Deli Serdang, Propinsi Sumatera Utara. Secara geografis, Desa Gunung Rintih berada pada titik 3 22’00. 26’’ Lintang Utara dan 98 42’59.95’’ Bujur Timur.
Gambar 3.1 Peta Lokasi Desa Gunung Rintih
Desa Gunung Rintih merupakan salah satu desa yang ada di kecamatan STM Hilir, Kabupaten Deli Serdang, Propinsi Sumatera Utara. Letak Desa Gunung Rintih berbatasan dengan Desa Talun Kenas yang menjadi pusat desa di Kecamatan STM Hilir.
Gambar 3.2 Jarak dari kota Medan ke Desa Gunung Rintih
Sesampainya di Desa Gunung Rintih, akan banyak dijumpai pepohonan serta lahan yang ditanami kelapa sawit maupun karet. Di Desa Gunung Rintih terdapat beberapa dusun seperti Dusun Sidomuncul, Dusun Sarang Kulit, dan lain-lain.
3.2 Kondisi Masyarakat
3.3 Aksesibilitas
Lokasi PLTMH yang direncanakan di Desa Gunung Rintih terletak di Dusun Sidomuncul yang lokasinya berdekatan dengan Sungai Besamat. Untuk mencapai lokasi PLTMH Gunung Rintih dapat menggunakan kendaraan beroda empat selama kurang lebih 15 menit dari Desa Gunung Rintih. Jalan dari desa Talun Kenas ke desa Gunung Rintih adalah jalan beraspal sejauh 4,6 km. Jalan di Desa Gunung Rintih pada umumnya adalah jalan berbatu. Jarak dari pemukiman penduduk ke lokasi PLTMH yang direncanakan adalah sekitar 300 meter.
3.4 Kondisi Ketenagalistrikan
Desa Gunung Rintih dapat dikatakan sebagai daerah yang mayoritas penduduknya sudah mendapat listrik yang disuplai oleh jaringan listrik PLN. Hal ini dapat dilihat dari jaringan tegangan rendah milik PLN yang tersambung ke rumah-rumah penduduk.
3.5 Potensi tenaga Air
Sumber daya air yang akan digunakan untuk PLTMH adalah Sungai Besamat. Kondisi sungai secara umum adalah memiliki kedalaman yang kecil dan arusnya tidak terlalu deras.
Sejauh ini, fungsi Sungai Besamat banyak digunakan untuk keperluan mandi dan juga memancing. Selain itu, pada Sungai Besamat terdapat air terjun yang terkadang dimanfaatkan penduduk sekitar sebagai tempat rekreasi di akhir pekan.
3.6 Pengukuran Debit dan Tinggi Jatuhan Air (Head) 3.6.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan November 2015 di Dusun Sidomuncul, Desa Gunung Rintih, Kecamatan STM Hilir, Kabupaten Deli Serdang, Propinsi Sumatera Utara.
3.6.3 Alat Penelitian
Peralatan-peralatan yang digunakan untuk melakukan pengukuran meliputi:
3.6.4.1Pengukuran Debit Air dengan Menggunakan Metode Benda Apung. Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Mempersiapkan alat.
2. Memilih bagian sungai yang relatif lurus dan penampangnya seragam. 3. Menentukan jarak pelemparan atau pelepasan benda apung.
4. Mengatur jarak pelemparan atau pelepasan benda apung sejauh 5 meter. 5. Mengukur luas penampang bagian sungai.
6. Membagi penampang sungai menjadi 5 segmen dengan panjang masing-masing segmen 0,8 meter.
7. Mengukur kedalaman sungai mulai dari dasar sungai sampai ke permukaan sungai.
8. Menghitung luas dari masing- masing segmen. 9. Menghitung luas penampang secara keseluruhan.
10. Menjatuhkan benda apung atau botol plastik beberapa meter sebelum garis start yang telah ditentukan.
11. Mengukur waktu yang diperlukan benda apung ini untuk melewati jarak yang telah ditentukan mulai dari titik start sampai lokasi pengukuran dengan waktu tempuh sepanjang 5 meter.
12. Mencatat waktu yang didapat.
Gambar 3.3 Pengukuran Luas Penampang Sungai
Gambar 3.4 Pengukuran Kecepatan Aliran Sungai
3.6.4.2Pengukuran Tinggi Jatuh Air (Head)
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mempersiapkan alat.
2. Menentukan posisi kolam penenang.
3. Menentukan jarak dari pipa pesat ke kolam penenang.
5. Mengukur sudut kemiringan pipa pesat.
6. Menghitung tinggi jatuhan air berdasarkan panjang kemiringan pipa pesat dan sudut kemiringan pipa pesat.
BAB IV
ANALISIS PERENCANAAN PLTMH
4.1 Data Hasil Pengukuran
4.1.1 Pengukuran Luas Penampang Sungai
Tabel 4.1 Kedalaman sungai
4.1.2 Pengukuran Kecepatan Aliran Sungai
4.1.3 Pengukuran Tinggi Jatuh Air
Dari hasil pengukuran, didapat panjang kemiringan pipa pesat yang bisa diperoleh sepanjang 7,5 meter dan sudut yang diukur 40.
4.2 Analisa Data
4.2.1 Luas Penampang Sungai
Dari hasil pengukuran pada Tabel 4.1, luas penampang sungai dapat dianalisis sebagai berikut:
� = � × ( − + )
� = � × ( + ) = , × ( , + , ) = , × ( , )
= ,
� = � × ( + ) = , × ( , + , ) = , × ( , )
= ,
� = � × ( + ) = , × ( , + , ) = , × ( , )
= ,
� = � × ( + ) = , × ( , + , ) = , × ( , )
= ,
� = � × ( + ) = , × ( , + , ) = , × ( , )
= ,
� sampai � merupakan luas dari masing-masing segmen. Maka luas penampang (A) secara keseluruhan adalah
� = � + � + � + � + � = , + , + , + , + , =
4.2.2 Kecepatan Aliran Sungai
Dari Tabel 4.2, kecepatan aliran sungai dapat dianalisis sebagai berikut. Waktu yang telah diperoleh digunakan untuk menghitung waktu tempuh rata-rata kecepatan aliran sungai.
Waktu rata-rata = + + + + + + + + + = , sekon
Sehingga kecepatan aliran sungai (V) dapat dihitung sebagai berikut. = jarak
waktu
= , meter sekon
= , ⁄
4.2.3 Debit
Dari nilai luas penampang dan kecepatan aliran sungai yang telah didapat, maka nilai debitnya (Q) adalah sebagai berikut.
= × � = , × , = , ⁄ 4.2.4 Tinggi Jatuh Air (Head)
Berdasarkan hasil pengukuran, maka nilai tinggi jatuh air (head) dapat dihitung sebagai berikut.
= �
,
� = × ,
= , × ,
Gambar 4.1 Head yang diukur
Dengan demikian, daya yang dapat dihasilkan berdasarkan Persamaan 2.1 dapat dihitung sebagai berikut.
= . .
= , × , × ,
= , kW
4.3 Desain Fasilitas Sipil 4.3.2 Bendungan (Weir)
Bendungan ini akan berfungsi mengarahkan air dari sungai masuk ke dalam saluran pembawa. Bendungan ini juga akan dilengkapi dengan pintu penguras agar dapat tetap mengalirkan air sungai sesuai arah alirannya. Apabila pada musim kemarau terjadi kekurangan air untuk sumber tenaga PLTMH, maka pintu penguras akan ditutup untuk mengatur cadangan air.
Pembuatan bendungan yang dipilih adalah jenis bendungan pemasukan (intake dam). Hal ini mengingat bahwa untuk bendungan pada PLTA jenis aliran sungai langsung ataupun PLTMH umumnya menggunakan bendungan pemasukan. Penentuan lokasi penempatan bendungan ini berdasarkan atas petimbangan jarak yang dekat jalan sehingga nantinya memudahkan di dalam pengangkutan material bahan bendungan. Selain itu dilihat dari penampang sungai yang seragam dan kondisi tanah di sekitar sungai cukup memungkinkan untuk dibangunnya bendungan.
Gambar 4.2 Rencana Letak Bendungan 4.3.3 Saluran Penyadap (Intake)
Untuk desain saluran penyadap yang direncanakan pada PLTMH ini berbentuk persegi panjang (rectangular) dengan panjang 1,5 meter, lebar 1 meter dan kedalaman 2 meter. Saluran penyadap (intake) yang akan direncanakan ditunjukkan pada Gambar 4.3 di bawah ini.
Gambar 4.3 Rencana Letak Saluran Penyadap
4.3.4 Saluran Pembawa (Headrace)
Gambar 4.4 Rencana Letak Saluran Pembawa
Panjang saluran pembawa yang akan direncanakan adalah 50 meter dengan ukuran penampang melintang persegi empat dengan lebar 1 meter dan ketinggian 1,5 meter. Untuk desain saluran pembawa (headrace), strukturnya akan menggunakan semen dan batu.
4.3.5 Saluran Pelimpah (Spillway)
Saluran pelimpah nantinya akan dibangun di bagian samping saluran pembawa. Rencana posisi saluran pelimpah ditunjukkan pada Gambar 4.5 di bawah ini.
4.3.6 Kolam Penenang (Forebay)
Kolam penenang (forebay) berfungsi untuk mengurangi kecepatan aliran air dari saluran pembawa, sebelum aliran air masuk ke pipa pesat. Kolam penenang dilengkapi dengan penghalang sampah (trashrack) untuk menghalangi benda-benda keras yang masuk ke dalam turbin. Struktur desain kolam penenang dibuat dengan menggunakan pasangan batu diplester dan diperkuat dengan beton.
Kolam penenang juga dilengkapi dengan pelimpah untuk membuang air pada saat terjadi kelebihan air yang masuk ke dalam kolam penenang atau pada saat turbin ditutup.
Panjang kolam penenang yang akan direncanakan adalah 3 meter, dengan lebar 1,5 meter dan ketinggiannya 2 meter. Kolam penenang yang akan direncanakan ditunjukkan pada Gambar 4.6 di bawah ini.
Gambar 4.6 Rencana Letak Kolam Penenang 4.3.7 Rumah Pembangkit (Power House)
Gambar 4.7 Rencana Letak Rumah Pembangkit
Letak posisi PLTMH yang akan direncanakan ini dipilih rumah pembangkit tipe di atas tanah berukuran 7 meter x 5 meter, dengan struktur dinding dicor dan dibuat batu bata, dan struktur atap menggunakan seng gelombang dengan rangka atap kayu.
4.3.8 Saluran Pembuang (Tailrace)
Saluran pembuang (tailrace) yang akan direncanakan pada PLTMH ini berfungsi untuk mengalirkan air yang keluar dari rumah turbin menuju hilir sungai yang ada di sekitar pembangkit. Untuk desain saluran pembuang (tailrace), strukturnya akan menggunakan semen dan batu. Panjang saluran pembuang yang akan direncanakan adalah berkisar 2,5 meter dengan lebar 1 meter dan ketinggian 2 meter. Saluran pembuang yang akan direncanakan ditunjukkan pada Gambar 4.8 di bawah ini.
4.4 Desain Peralatan Elektrikal dan Mekanikal 4.4.1 Perhitungan Pipa Pesat
Sebelum menentukan jenis turbin yang akan dirancang terlebih dahulu harus dihitung diameter pipa pesat, kecepatan air dan panjang pipa pesat, kerugian energi sepanjang pipa pesat, tinggi jatuh air efektif dan kecepatan spesifik turbin.
Material pipa pesat menggunakan plat baja (welded rolled steel). Hal ini dipilih sebagai alternatif terbaik untuk mendapatkan biaya terkecil. Material yang digunakan adalah mild steel (st 37).
4.4.1.1Diameter Pipa Pesat
Diameter minimum pipa pesat depat dihitung dengan Persamaan 4.1 di bawah ini:
= ,
� � , (4.1)Dimana:
n = koefisien kekesaran untuk welded steel (0,012) Q = debit desain ( /s)
L = panjang penstock (m) H = tinggi jatuhan air (m)
Tabel 4.3 Properti Teknis Material Pipa Pesat
Maka didapat:
= ,
, , , ,1. Tebal plat
Pendekataan paling sederhana menggunakan rekomendasi ASME untuk tebal penstock minimum (mm) adalah 2,5 kali diameter pipa (m) di tambah 1,2 mm.
t min = 2,5 x D + 1,2 mm………(4.2) Dari rumus di atas didapat tebal plat yang digunakan: 2,1 mm
Gambar 4.9 Diameter dan Tebal Pipa Pesat
4.4.1.2Perhitungan Kehilangan Tinggi Tekanan Akibat Pemasukan
Kehilangan tinggi tekan pada pemasukan disebabkan oleh perubahan arah aliran juga karena adanya kontraksi mendadak dari luar daerah pembelokan. Kehilangan tinggi tekan akibat pemasukan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
H
l= K
e Vxg……….(4.3)Dimana :
�
= koefisien kehilangan tinggi tekan karena pemasukan = 0,04V = Kecepatan aliran pada pemasukan = 0,287 m/s
g = gravitasi bumi = 9,81 m/ Maka:
=
0,00018 m
4.4.1.3 Perhitungan Kehilangan Tinggi Tekanan Akibat Gesekan
Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan (friction loss) dihitung dengan
menggunakan rumus :
=
,, , . −=
0,101 xMaterial head race dipakai beton, dimana kekasaran absolut: 2,0 ∈
�
=
,
=
0,0058
Sehingga dengan menggunakan diagram moddy diperoleh harga koefisien gesek f = 0,026. Dengan demikian diperoleh head loss karena gesekan sebesar:
ℎ =
0,026 x ,, x x ,
=
0,0038 mTotal kerugian yang terjadi pada saluran arus adalah : Σhl = 0,00018 + 0,0038 = 0,00398 m
Maka tinggi tekan efektif (head efektif) adalah : Hef = head - Σhl
= 5,745 – 0,00398 = 5,74 m
4.4.2 Perencanaan Turbin
Pemilihan jenis turbin dilakukan dengan menghitung kecepatan spesifik. Kecepatan spesifik (ns) didefinisikan sebagai kecepatan putaran per menit dari turbin.
Kecepatan spesifik ditentukan dengan rumus pada Persamaan 4.6
� =
� xKecepatan spesifik dari setiap turbin adalah dikhususkan dan dikisarkan menurut kontruksi dari setiap tipe dengan berdasarkan pada percobaan contoh-contoh pembuktian nyata. Dengan didapatnya harga kecepatan spesifik maka jenis turbin yang cocok digunakan adalah turbin Crossflow.
Keterangan singkat tentang karakteristik, penjelasan dan gambar dari setiap jenis tipe turbin ditunjukkan pada Gambar 4.11. Mengacu pada tabel dan gambar tersebut, kita dapat memilih jenis turbin mana yang paling sesuai untuk kondisi tinggi jatuhan air dan debit aliran.
4.4.3 Transmisi Mekanik
Untuk meneruskan daya dari poros turbin ke generator maka diperlukan komponen transmisi tambahan. Komponen transmisi yang digunakan adalah sabuk. Jarak yang cukup jauh yang memisahkan antara dua buah poros mengakibatkan tidak memungkinkannya mengunakan transmisi langsung dengan roda gigi. Sabuk-V merupakan sebuah solusi yang dapat digunakan. Sabuk-V adalah salah satu transmisi penghubung yang terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium.
Sabuk-V banyak digunakan karena sabuk-V sangat mudah dalam penanganannya dan murah harganya. Selain itu, sabuk-V juga memiliki keunggulan lain dimana sabuk-V akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Serta jika dibandingkan dengan transmisi roda gigi dan rantai, sabuk-V bekerja lebih halus dan tak bersuara. Sabuk-V selain juga memiliki keunggulan dibandingkan dengan transmisi-transmisi yang lain, sabuk-V juga memiliki kelemahan dimana sabuk-sabuk-V dapat memungkinkan untuk terjadinya slip. Transmisi sabuk-V dapat dilihat pada Gambar 4.12.
Gambar 4.12 Transmisi Sabuk-V 4.4.4 Generator
Generator yang dipilih untuk perencanaan PLTMH ini adalah generator turbin air golongan poros tegak (vertikal). Penggunaan golongan poros tegak ini sangat baik bagi generator turbin air karena golongan poros tegak memerlukan luas ruangan yang kecil dibandingkan dengan golongan poros datar.
Untuk jumlah putaran generator dihitung berdasarkan rumus
Dimana: n = putaran
Untuk daya generator dihitung berdasarkan perhitungan di bawah ini � = � � � ,
4.4.5 Sistem Kontrol dan Pengaman
Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator pada PLTMH ini adalah tetap yaitu sebesar debit pada bukaan katup turbin. Sementara itu, beban konsumen besarnya berfluktuasi. Untuk itu, diperlukan sistem kontrol yang berfungsi mengatur beban agar sama dengan yang dihasilkan oleh generator. Sistem kontrol juga berguna untuk melindungi turbin dan generator apabila terjadi putus beban secara tiba-tiba.
Sistem kontrol yang akan digunakan pada PLTMH ini adalah jenis Electronic Load Controller yang lebih dikenal sebagai ELC. Cara kerja sistem kontrol ini adalah dengan menyeimbangkan daya pada generator dengan beban konsumen dengan cara mengalihkan kelebihan daya generator ke Ballast Load untuk mempertahankan kestabilan frekuensi. Pada PLTMH ini dipilih Ballast Load jenis Air Cooled menggunakan media udara sebagai pendingin Ballast. Selain itu, pada rumah pembangkit PLTMH ini dipasang sistem proteksi beban lebih, proteksi arus hubung singkat, dan proteksi petir.
4.5 Perhitungan Daya Listrik pada Sistem PLTMH
Dengan memanfaatkan debit air sebesar 0,243 /s dan ketinggian jatuhan air (head) 5,74 m, maka besarnya daya listrik yang dapat dihasilkan PLTMH ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus-rumus di bawah ini :
Daya pada poros turbin
P =g x Q xH x ƞ (4.8)
Daya yang ditransmisikan ke generator
P n =g x Q x H x ƞ x ƞ el (4.9)
Daya yang dibangkitkan generator
P =g x Q x H x ƞ x ƞ el x ƞgen (4.10)
Daya yang dihasilkan pembangkit
P =g x Q x H x ƞ (4.11)
Dimana :
P = daya keluaran (kW)
H = head efektif (m) ƞ = efisiensi turbin (%) ƞ = efisiensi transmisi (%) ƞ = efisiensi generator (%)
Untuk efisiensi turbin, efisiensi transmisi, dan efisiensi generator, nilainya adalah sebagai berikut
4.7 Manajemen Kebutuhan Energi Listrik
Pada bagian ini akan dibahas pengaturan di sisi beban atau konsumen yang akan memanfaatkan PLTMH Desa Gunung Rintih ini. Manajemen beban ini diperlukan agar energi listrik yang dihasilkan dapat disalurkan secara merata dan proporsional kepada penduduk yang menjadi sasaran pemanfaatan PLTMH Desa Gunung Rintih ini. Dimana energi keluaran dari PLTMH adalah:
= Daya terpasang x Faktor daya x 12 = 7,3 x 0,8 x 12
= 70,08 kWh/hari
Dan kapasitas daya terpasang pada PLTMH sebesar: =
= ,
,
= 9,125 KVA
Maka rancangan manajemen beban disisi konsumen adalah: 1. 13 rumah dengan daya terpasang 450 VA
3. Fasilitas lampu penerangan jalan desa
Rancangan manajemen beban pada saat menggunakan PLTMH Desa Gunung Rintih sebagai berikut : Maka energi listrik total 13 pelanggan:
= (720 + 600 + 660) x 13 3. Fasilitas lampu penerangan jalan desa
Diasumsikan menggunakan:
10 buah lampu penerangan (10 x 40 watt) selama 12 jam/hari = 4800 Wh/hari
Maka total energi terpakai berdasarkan rancangan manajemen beban di atas adalah :
= 25700 + 1740 + 4800 = 32240 Wh/hari
= 32,24 kWh/hari
Sedangkan total daya terpasang pada pelanggan sebesar : = (450 x 13) + 900
= 6750 VA = 6,75 KVA
4.6 Skema Layout PLTMH Gunung Rintih
Gambar 4.13 Skema Layout PLTMH Gunung Rintih Keterangan gambar:
1. Bendungan 2. Saluran penyadap 3. Saluran pembawa 4. Saluran pelimpah 5. Kolam penenang 6. Pipa pesat
7. Rumah pembangkit 8. Saluran pembuang 9. Jaringan distribusi 10.Rumah penduduk
4.8 Analisa ekonomi
Ditinjau dari sisi ekonominya, beberapa hal yang dipertimbangkan antara lain:
1. Biaya Bahan bakar (Fuel Cost)
sudah tersedia di Sungai Besamat. Maka untuk biaya bahan bakar (fuel cost) pada PLTMH ini sudah dimasukkan ke dalam biaya operasional dan perbaikan pembangkit.
2. Biaya Operasi dan Pemeliharaan (Operational and Maintenance Cost) Biaya ini harus tetap dikeluarkan meskipun peralatan-peralatan di pusat pembangkit tidak sedang beroperasi. Biaya operasional dan maintenance ini merupakan biaya untuk perawatan pusat pembangkit dan juga biaya tenaga kerja yang mengoperasikan dan merawat pusat pembangkit. Pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini, pengoperasiannya dapat dijalankan oleh tenaga penduduk setempat yang sudah mendapat pelatihan. Sehingga untuk mengoperasikannya tidak lagi memerlukan operator khusus yang terus berada di rumah pembangkit.
Selain itu, saat ini pemerintah telah menyiapkan dana bantuan desa yang dapat dipakai sebagai sumber dana untuk pembangunan PLTMH. Dengan adanya dana tersebut diharapkan dapat menunjang usaha mayarakat sehingga mampu meningkatkan perekonomian masyarakat desa. Rencananya pengelolaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro tersebut akan dilakukan oleh masyarakat setempat yang sebelumnya juga akan mendapatkan pelatihan baik dari PLN maupun institusi swasta yang menginisiasi pembangkit listrik tenaga mikrohidro.
4.9 Analisa Lingkungan
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Dari hasil analisa data yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Untuk merencanakan suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro, parameter yang diukur adalah debit air dan ketinggian jatuh (head). Setelah kedua parameter tersebut diketahui, maka dapat ditentukan seberapa besar daya yang dapat dibangkitkan oleh pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Potensi daya tersebut akan digunakan sebagai dasar untuk menentukan komponen sipil dan mekanikal dalam suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro.
2. Dari hasil perhitungan yang dilakukan, maka didapat hasil data-data debit air yang diperoleh ialah 0,243 m3/s dan tinggi efektifnya (H
ef) 5,74 m, potensi daya listrik yang bisa dibangkitkan adalah sebesar 7,3 kW. Untuk jenis turbin yang digunakan adalah turbin Crossflow, diameter pipa pesat yang digunakan ialah 0,346 m dengan menggunakan material berupa plat baja (welded rolled steel), generator yang digunakan adalah generator sinkron tiga fasa 4 kutub dan transmisi mekanik yang digunakan yaitu transmisi sabuk V-Belt. Untuk sistem kontrol yang digunakan ialah jenis Electronic Load Controller.
mempengaruhi kondisi lahan penduduk yang sebagian besar masih dipakai sebagian penduduk untuk berkebun.
5.2 SARAN
Saran yang dapat disampaikan penulis untuk pembaca adalah sebagai berikut :
1. Jika pembangunan PLTMH di Desa Gunung Rintih direalisasikan sebaiknya penggunaan PLTMH Gunung Rintih dapat digunakan untuk memajukan pertumbuhan desa.
2. Untuk pembiayaan pembangunan PLTMH dapat diambil dari dana bantuan desa yang disediakan dari pemerintah pusat.
3. Karena masih banyak potensi tenaga air yang belum dibangkitkan di Indonesia khususnya di Propinsi Sumatera Utara terutama di Kabupaten Deli Serdang, maka diharapkan adanya kajian kembali mengenai pemanfaatan potensi tersebut untuk pembangkit listrik dengan kapasitas yang lebih besar.
4. PLTMH merupakan jenis energi terbarukan sehingga diharapkan pengembangan dan pembangunan PLTMH dapat dioptimalkan oleh siapa pun baik pihak swasta maupun pemerintah.
BAB II
DASAR TEORI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Air
Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) adalah pembangkit yang menggunakan energi potensial dan kinetik dari air untuk menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dibangkitkan ini biasa disebut sebagai hidroelektrik.
Cara kerja pembangkit listrik tenaga air adalah dengan mengkonversikan tenaga air menjadi tenaga mekanik dalam turbin air. Kemudian turbin air memutar generator yang membangkitkan tenaga listrik. Sementara air yang tadi digunakan untuk memutar turbin air dikembalikan ke alirannya. Besarnya energi yang dapat dikonversikan menjadi energi listrik bergantung pada ketinggian jatuh air (head) dan begitu pula pemilihan turbin untuk PLTA.
Secara luas, pembangkit listrik tenaga air tidak hanya terbatas pada air dari sebuah waduk atau air terjun, melainkan juga meliputi pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air dalam bentuk lain seperti tenaga ombak. Hidroelektrisitas adalah sumber energi terbarukan.
2.2 Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Hidro
Pada dasarnya, suatu pembangkit listrik tenaga hidro berfungsi untuk mengubah potensi tenaga air yang berupa aliran air (sungai) yang mempunyai debit dan tinggi jatuh (head) untuk menghasilkan energi listrik.
Secara umum, pusat listrik tenaga air terdiri dari: 1. Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
2. Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro (PLTM) 3. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)
Tabel 2.1 Jenis Pembangkit Tenaga Air dan Kapasitasnya Daya setelah keluar dari generator dapat dituliskan pada Persamaan 2.2.
Dimana :
effT : Efisiensi Turbin effG : Efisiensi Generator
2.3.1 Debit
curah hujan, keadaan geologi, flora, temperatur, dan lain-lain. Debit selalu berubah dari musim ke musim dan dari hari ke hari. Pengukuran debit sungai sangat penting untuk menentukan tenaga yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air.
Debit sungai merupakan data pokok untuk perencanaan pembangkit listrik tenaga air sehingga harus diukur secara teliti dalam jangka waktu yang selama mungkin.
Adapun beberapa cara untuk mengukur debit sungai :
a. Kecepatan rata-rata aliran sungai pada suatu bagian dari penampangnya diukur, kemudian dikalikan dengan luas penampang pada bagian itu. Hasil perkalian luas penampang dengan kecepatan tersebut adalah debit sungai.
= �. (2.3) Dimana: Q = Debit aliran (m3/s)
A = Luas penampang vertikal (m2) V = Kecepatan aliran sungai (m/s)
b. Debit sungai diperoleh dari pengamatan tinggi permukaan air dengan mempergunakan lengkung debit tinggi air yang pada umumnya dilakukan dengan gardu-gardu pengamatan.
Luas penampang diukur dengan menggunakan meteran dan piskal (tongkat bambu atau kayu). Dalam mengukur luas penampang perlu diukur kedalaman sungai di beberapa titik. Kemudian kedalaman titik yang telah didapat dihitung dengan menggunakan Persamaaan 2.4.
� = �
×
�− + � (2.4)Dimana : A = luas penampang
Untuk kecepatan aliran diukur dengan menggunakan currentmeter atau juga dengan metode apung. Pengukuran kecepatan aliran dengan metode apung dilakukan dengan jalan mengapungkan suatu benda, misalnya bola pingpong atau botol berisi air setengah penuh. Kecepatan aliran merupakan hasil bagi antara jarak lintasan dengan waktu tempuh atau dapat dituliskan dengan persamaan
(2.5) rendah akan mengembun dan berkumpul. Kumpulan embun tersebut membentuk awan dan bergabung menjadi titik-titik air dan kemudian jatuh ke tanah. Titik-titik air inilah yang disebut dengan hujan dan jumlah hujan yang jatuh disebut curah hujan. Sebagian dari curah hujan tersebut menghilang karena menguap dan meresap kedalam tanah dan sebagian mengalir diatas permukaan tanah dan mengalir menuju sungai-sungai. Perbandingan antara curah hujan dengan aliran sungai disebut faktor kedap (run-off coefficient).
Curah hujan dinyatakan dengan tingginya air dalam satu tabung, biasanya dalam mm. Untuk mengukur curah hujan, digunakan alat ukur curah hujan (rain gauge) yang digunakan untuk mengukur curah hujan tersebut yang akan dibuat dalam data tahunan.
2.3.2.2 Aliran sungai
debit sungai sangat penting untuk menentukan tenaga yang dihasilkan oleh pusat listrik tenaga air.
2.3.2.3 Hubungan antara Curah Hujan dan Aliran Sungai
Sebagian dari air hujan mengalir dari permukaan tanah menuju ke sungai. Yang meresap ke tanah dan diserap oleh akar tanaman akan menjadi air tanah. Hubungan antara curah hujan dan aliran sungai tergantung dari berbagai faktor, antara lain sifat menahan air dari tanah (misalnya pepohonan, dan geologi tanah), curah hujan, waktu datangnya hujan, keadaan geologi dan lain-lain. Dan karena banyak faktor tersebut, sulit menjelaskan hubungannya dengan cara yang sederhana. Kondisi tanah maupun hutan di sekitar sungai juga perlu dipelihara. Hal ini mengingat perubahan musim yang dapat mempengaruhi debit sungai. Pada musim hujan, debit sungai cenderung besar sedangkan pada musim kemarau debitnya kecil. Apabila kondisi tanah di sekitar sungai tidak dipelihara dapat menimbulkan banjir pada musim hujan sedangkan di musim kemarau timbul kekeringan.
2.3.3 Tinggi Jatuh Efektif (Head)
Penentuan head pada PLTMH mempunyai arti yang sangat penting dalam menghitung potensi tenaga listrik. Tingkat kemiringan diwakili oleh indikator gradien skematik dimana semakin miring areal, semakin besar kemungkinan untuk ditemukannya head yang cukup untuk PLTMH.
Tinggi jatuh efektif dapat diperoleh dengan mengurangi tinggi jatuh total (dari permukaan air pada pengambilan sampai permukaan air saluran bawah) dengan kehilangan tinggi pada saluran air. Tinggi jatuh penuh (full head) adalah tinggi air yang bekerja efektif pada turbin yang sedang berjalan. Untuk jenis saluran air, bila diketahui permukaan air pada bangunan pengambilan dan pada saluran bawah serta debit air, maka tinggi jatuh efektif dapat ditentukan dengan dasar pertimbangan ekonomis yaitu berdasarkan biaya konstruksi paling ekonomis dengan memperhatikan kemiringan, ukuran penampang saluran air, dan luas penampang pipa pesat.
2.3.4 Hubungan Debit dan Head
Dari Persamaan 2.1 tersebut di atas dapat dipahami bahwa daya yang dihasilkan adalah hasil kali dari tinggi jatuh dan debit air. Oleh karena itu, berhasilnya pembangkitan tenaga air tergantung daripada usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh air yang besar secara efektif dan ekonomis. Pada umumya, debit yang besar membutuhkan fasilitas dengan ukuran yang besar untuk misalnya, bangunan ambil air (intake), saluran air dan turbin sehingga tinggi jatuh yang besar dengan sendirinya lebih murah. Di hulu sungai dimana umumnya kemiringan dasar sungai lebih curam akan mudah diperoleh tinggi jatuh yang besar. Sedangkan di sebelah hilir sungai, tinggi jatuh rendah dan debit besar. Oleh karena itu, bagian hulu sungai lebih ekonomis dibandingkan bagian hilirnya mengingat tinggi jatuh yang kecil dan debit yang besar tadi. Selain itu, di bagian hilir tersebut penduduknya padat, sehingga akan timbul masalah pemindahan penduduk dan karenanya tak dapat dihindari tambahnya biaya untuk konstruksi.
2.4 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
2.4.1 Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
teknis, pembangkit listrik tenaga mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sebagai sumber energi), turbin dan generator. Pembangkit listrik tenaga mikrohidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu.
Pada dasarnya, pembangkit listrik tenaga mikrohidro memanfaatkan energi potensial jatuhan air (head). Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis (tata letak sungai), tinggi jatuhan air dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Air dialirkan melalui sebuah pipa pesat kedalam rumah pembangkit yang pada umumnya dibangun di bagian tepi sungai untuk menggerakkan turbin atau kincir air mikrohidro. Energi mekanik yang berasal dari putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator.
Pembangkit listrik tenaga mikrohidro bisa memanfaatkan ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian air 2,5 m dapat dihasilkan listrik 400 W. Relatif kecilnya energi yang dihasilkan pembangkit listrik tenaga mikrohidro dibandingkan dengan PLTA skala besar, berimplikasi pada relatif sederhananya peralatan serta kecilnya areal yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Hal tersebut merupakan salah satu keunggulan pembangkit listrik tenaga mikrohidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan lingkungan.
Perbedaan antara pembangkit listrik tenaga air (PLTA) dengan pembangkit listrik tenaga mikrohidro terutama pada besarnya tenaga listrik yang dihasilkan. PLTA dibawah ukuran 100 kW digolongkan sebagai pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Dengan demikian, sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro cocok untuk menjangkau ketersediaan jaringan energi listrik di daerah-daerah terpencil dan pedesaan. Beberapa keuntungan yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro adalah sebagai berikut:
2. Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dioperasikan di daerah terpencil dengan tenaga terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit latihan.
3. Tidak menimbulkan pencemaran.
4. Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti irigasi dan perikanan. 5. Dapat mendorong masyarakat agar dapat menjaga kelestarian hutan
sehingga ketersediaan air terjamin.
2.4.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
Prinsip dasar pembangkit listrik tenaga mikrohidro adalah memanfaatkan energi potensial yang dimiliki oleh aliran air pada jarak ketinggian tertentu dari tempat instalasi pembangkit listrik. Sebuah skema pembangkit listrik tenaga mikrohidro memerlukan dua hal yaitu, debit air dan ketinggian jatuh (head) untuk menghasilkan tenaga yang dapat dimanfaatkan. Hal ini adalah sebuah sistem konversi energi dari bentuk ketinggian dan aliran (energi potensial) ke dalam bentuk energi mekanik dan energi listrik.
Secara umum, skema suatu sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Skema Suatu PLTMH
2.4.3 Komponen-Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
penenang, pipa pesat, rumah pembangkit, dan saluran pembuang. Pada komponen elektrikal dan mekanikalnya terdapat komponen seperti turbin, generator, transmisi mekanik, panel, dan juga jaringan distribusi.
2.4.3.1 Bendungan (Weir)
Bendungan (weir) dapat didefinisikan sebagai bangunan yang berada melintang sungai yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran air. Konstruksi bendungan (weir) bertujuan untuk menaikkan dan mengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga elevasi muka air cukup untuk dialihkan ke dalam intake pembangkit listrik tenaga mikrohidro.
Bendungan dapat digolongkan menurut strukturnya, bahan-bahan konstruksinya, tujuan kegunaannya, prinsip perencanaannya, tingginya, dan lain sebagainya. Penggolongan bendungan menurut bahan konstruksi dan prinsip perencanaan yang umum dipakai adalah sebagai berikut:
1. Bendungan beton
Bendungan beton dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu - Bendungan gravitas (gravity dam)
- Bendungan busur (arch dam)
- Bendungan rongga (hollow dam atau buttress dam) 2. Bendungan urugan
Bendungan urugan dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu - Bendungan urugan batu (rock fill dam)
- Bendungan tanah (earth dam) 3. Bendungan kerangka baja (steel frame dam) 4. Bendungan kayu (timber dam)
sungai guna memperoleh tinggi terjun buatan (artificial). Di samping itu bendungan-bendungan ini menampung, menyimpan dan memasukkan air ke turbin sesuai dengan kebutuhan. Bendungan penyimpan dipompa adalah bendungan yang dibuat untuk menyimpan air hasil pemompaan dari pusat listrik dipompa (pumped storage power plant). Di samping itu, dilihat dari segi tujuan penggunaan air yang disimpan, bendungan dapat digolongkan dalam berbagai jenis bendungan tanggul (embankment dam) untuk pengendalian banjir dan pengairan, pembangkitan tenaga listrik, penyediaan air untuk pelayanan umum, penyediaan air untuk industri, pelayaran dan sebagainya. Dari sekian banyak tujuan penggunaan bendungan dengan dua kegunaan atau lebih disebut bendungan serba guna (multi-purpose).
2.4.3.2 Saluran Penyadap (Intake)
Saluran penyadap adalah bagian dari konstruksi sipil yang digunakan untuk masuknya air dari sungai menuju saluran pembawa dengan dilengkapi penghalang sampah.
2.4.3.3 Saluran Pembawa (Headrace)
Saluran pembawa berfungsi untuk mengalirkan air dari intake sampai ke kolam penenang. Selain itu, saluran ini juga berfungsi untuk mempertahankan kestabilan debit air. Saluran air untuk sebuah pembangkit skala kecil cenderung untuk memiliki bangunan yang terbuka.
2.4.3.4 Saluran Pelimpah (Spillway)
Saluran pelimpah berfungsi untuk mengurangi kelebihan air pada saluran pembawa.
2.4.3.5 Kolam Penenang (Forebay)
2.4.3.6 Pipa Pesat (Penstock )
Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari kolam penenang (forebay) menuju turbin air.
2.4.3.7 Rumah Pembangkit (Power House )
Pada rumah pembangkit ini terdapat turbin, generator dan peralatan lainnya. Bangunan ini menyerupai rumah dan diberi atap untuk melindungi peralatan dari hujan dan gangguan- gangguan lainnya.
2.4.3.8 Saluran Pembuang (Tailrace )
Saluran pembuang berfungsi untuk mengalirkan air keluar setelah memutar turbin.
2.4.3.9 Turbin
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan memukul sudu-sudu dari turbin sehingga turbin berputar. Perputaran turbin ini dihubungkan ke generator. Turbin terdiri dari berbagai jenis seperti turbin Francis, Kaplan, Pelton, dan lain-lain.
2.4.3.9.1 Pengelompokkan Turbin
Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.
1. Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin tekanan sama karena aliran air yang keluar dari nosel tekanannya adalah sama dengan tekanan atmosfir sekitarnya. Semua energi tinggi tempat dan tekanan ketika masuk ke sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan. Adapun jenis-jenis turbin impuls adalah sebagai berikut:
a. Turbin Pelton
energi mekanik pada roda air turbin dilakukan melalui proses impuls, sehingga turbin Pelton disebut juga sebagai turbin impuls.
Gambar 2.3 Turbin Pelton
b. Turbin Turgo
Turbin Turgo dapat beroperasi pada head 30 s/d 300 m. Seperti turbin pelton, turbin Turgo merupakan turbin impuls, tetapi sudunya berbeda. Dan kecepatan putar turbin Turgo lebih besar dari turbin Pelton, akibatnya dimungkinkan transmisi langsung dari turbin ke generator sehingga menaikkan efisiensi total sekaligus menurunkan biaya perawatan.
Gambar 2.4 Turbin Turgo
c. Turbin Crossflow
Gambar 2.5 Prinsip Kerja Turbin Crossflow
Gambar 2.6 Turbin crossflow 2. Turbin Reaksi
Sudu pada turbin reaksi mempunyai profil khusus yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan air selama melalui sudu. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya pada sudu sehingga runner (bagian turbin yang berputar) dapat berputar. Turbin yang bekerja berdasarkan prinsip ini dikelompokkan sebagai turbin reaksi. Runner turbin reaksi sepenuhnya tercelup dalam air dan berada dalam rumah turbin.
a. Turbin Francis
Turbin 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.
Sudu pengarah pada turbin Francis dapat merupakan suatu sudu pengarah yang tetap ataupun sudu pengarah yang dapat diatur sudutnya. Untuk penggunaan pada berbagai kondisi aliran air, penggunaan sudu pengarah yang dapat diatur merupakan pilihan yang tepat.
b. Turbin Kaplan & Propeller
Turbin Kaplan dan Propeller merupakan turbin rekasi aliran aksial. Turbin ini tersusun dari Propeller seperti pada perahu. Propeller tersebut biasanya mempunyai tiga hingga enam sudu.
Gambar 2.8 Turbin Kaplan
Diagram klasifikasi turbin air dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.9 Diagram klasifikasi turbin air 2.4.3.9.2 Pemilihan Turbin
turbin pada daerah operasi yang overlaping ini memerlukan perhitungan yang lebih mendalam.
Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi head yang didapatkan adalah sebagai berikut ini :
1) Turbin Kaplan & Propeller : 2 < H < 20 meter 2) Turbin Francis : 10 < H < 350 meter 3) Turbin Pelton : 50 < H < 1000 meter 4). Turbin Turgo : 50 < H < 250 meter 5). Turbin Crossflow : 6 < H < 100 meter
Gambar 2.10 Grafik Klasifikasi Turbin
2.4.3.9.3 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin
mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. Sebagai contoh untuk sistem transmisi direct couple antara generator dengan turbin pada head rendah, sebuah turbin reaksi (propeller) dapat mencapai putaran yang diinginkan, sementara turbin pelton dan crossflow berputar sangat lambat (low speed) yang akan menyebabkan sistem tidak beroperasi.
Ketiga faktor di atas seringkali diekspresikan sebagai "kecepatan spesifik, Ns", yang didefinisikan dengan formula :
�
�=
� √� / (2.6)Dimana : �� = kecepatan spesifik
N = kecepatan putaran turbin (rpm) P = maksimum turbin output (kW) H = head efektif (m)
Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin
Turbin Pelton 12 ≤ Ns ≤ 25
Turbin Francis 60 ≤ Ns ≤ 300
Turbin Crossflow 40 ≤ Ns ≤ 200
Turbin Propeller 250 ≤ Ns ≤ 1000
2.4.3.10 Generator
Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox, memanfaatkan perputaran turbin untuk memutar kumparan magnet didalam generator sehingga terjadi pergerakan elektron yang membangkitkan arus AC. Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkron dapat berupa generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasa tergantung dari kebutuhan.
Gambar 2.11 Komponen Generator dalam PLTA
Berdasarkan arah porosnya, generator turbin air dibagi dalam golongan poros datar (horisontal) dan golongan poros tegak (vertikal). Golongan poros datar sesuai untuk mesin-mesin berdaya kecil atau mesin-mesin berputaran tinggi, sedangkan golongan poros tegak sesuai untuk mesin-mesin berdaya besar atau mesin berputaran rendah. Penggunaan golongan poros tegak sangat baik bagi generator-turbin air antara lain, karena golongan poros tegak memerlukan luas ruangan yang kecil dibandingkan dengan golongan poros datar.
Volt Ampere. Sebuah generator harus memiliki kapasitas yang cukup untuk memenuhi kebutuhan pada saat beban maksimum. Dengan memperhatikan rugi rugi (losses) generator serta untuk menjamin kinerja generator maka perlu adanya faktor keamanan biasanya ditentukan 25%.
Pada umumnya faktor daya dipilih antara 0,85-0,90. Akan tetapi pada keadaan faktor daya beban yang baik, dapat dipilih faktor daya lebih dari 0,95 untuk sentral-sentral yang dihubungkan saluran transmisi jarak jauh dengan tegangan tinggi. Bagi generator turbin air yang sedikit jumlah kutubnya, peninggian faktor daya secara ekonomis lebih baik daripada pengurangan perbandingan hubung singkat. Kecepatan putar yang lebih tinggi sebaiknya dipilih dari angka yang tercantum dalam daftar-daftar standar seperti Tabel 2.3 berikut ini, dengan catatan bahwa kecepatan yang dipilih harus tetap ada dalam batas-batas kecepatan jenis turbin. Apabila kecepatan yang dipilih tidak terdapat dalam tabel tetapi ternyata lebih menguntungkan, maka sebaiknya diminta penjelasan lebih lanjut dari pabriknya.
Tabel 2.3 Kecepatan Putar Sinkron dari Generator (rpm)
langsung dikopel (biasanya menggunakan gearbox). Sistem transmisi mekanik dibagi menjadi 2 bagian yaitu :
- Sistem Transmisi Daya Langsung
Pada sistem transmisi daya langsung ini (direct drives), daya dari poros turbin rotor langsung ditransmisikan ke poros generator yang bersatu dengan sebuah kopling. Konstruksi sistem transmisi ini menjadi lebih kompak mudah untuk melakukan perawatan efisiensi tinggi dan tidak memerlukan elemen mesin lain, seperti belt dan pulley kecuali sebuah kopling. Sistem transmisi daya langsung (direct drives) menyebabkan generator yang digunakan harus memiliki kecepatan putaran optimum yang hampir sama dengan kecepatan putaran poros turbin (rotor) atau sekitar 15 % perbedaannya.
- Sistem Transmisi Tidak Langsung
Sabuk dipakai untuk memindahkan daya antara dua poros yang sejajar. Pemilihan jenis sabuk bergantung pada besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan. Sabuk merupakan peran penting dalam menyerap beban kejut dan meredam pengaruh getaran. Sabuk yang digunakan umumnya jenis flat belt dan V-belt. Penggunaan sistem transmisi sabuk ini memerlukan komponen pendukung seperti bantalan beserta asesorisnya dan kopling.
2.4.3.12 Sistem Kontrol
Sistem kontrol berfungsi untuk menyeimbangkan energi input dan energi output dengan cara mengatur input (flow) atau mengatur output (listrik) sehingga sistem akan seimbang. Perubahan beban terhadap waktu peran sistem kontrol sangat penting untuk menjaga stabilitas sistem terutama kualitas listrik yang dihasilkan pembangkit (tegangan dan frekuensi). Tujuan pengontrolan pada PLTMH adalah untuk menjaga sistem elektrik dan mesin agar selalu berada pada daerah kerja yang diperbolehkan. Flow control dapat diartikan sebagai pengaturan besarnya daya hidrolik berupa debit air yang masuk ke turbin dengan mengatur katup turbin (guide vane).
Penggolongan sistem kontrol yang dikenal adalah sebagai berikut: a. Sistem kontrol yang otomatis sepenuhnya (fully automatic)
operasi kontinu, serta operasi penghentiannya bila keadaan menghendaki atau bila terjadi gangguan secara otomatis. Sistem ini tepat untuk pusat listrik berkapasitas kecil yang terletak berdekatan dengan pusat listrik pengontrolnya. Jadi, sistem ini dipakai untuk mesin-mesin berkapasitas rendah.
b. Sistem kontrol yang dijalankan oleh satu orang (one man control system) Pada sistem ini, seorang operator dapat melakukan operasi start, operasi jalan dan operasi berhenti dari turbin air dan generator serta berbagai pengontrolan lain dan pengawasan terhadap panel hubung (switch-board). Sistem ini juga dilengkapi dengan alat penghentian otomatis dan pemberitahuan tanda bahaya bila ada gangguan. Sistem ini paling lazim dipakai pada suatu pusat listrik tenaga air.
c. Sistem kontrol pengawasan jarak jauh (remote supervisory control system) Pada sistem ini, sebuah pusat listrik dikontrol oleh pusat listrik yang lain yang terletak jauh dari pusat listrik yang dikontrol. Dalam beberapa hal, banyak pusat-pusat listrik yang dikontrol dengan sistem yang terintegrasikan dan terpusat dari pusat listrik pengontrol. Ini berarti bahwa panel hubung yang harus dipasang dipusat listrik yang dikontrol dipindahkan ke pusat listrik yang mengontrol sehingga dalam sistem ini dikenal sistem hubungan langsung, sistem gabungan, sistem frekuensi, sistem sandi (code) dan sistem sinkron.
d. Sistem kontrol dengan tangan (manual control system)
Dalam sistem ini, operasi mulai jalan (start), putar dan berhenti dari turbin-air generator, dan berbagai operasi pengontrolan lainnya dilakukan dengan tangan dengan perkiraan operator sendiri.
e. Sistem kontrol setengah otomatis (semi automatic control system)
Dalam sistem ini, operasi mulai jalan, putar dan berhenti normal dari generator-turbin air dikerjakan dengan tangan; penghentian secara otomatis dilakukan bila ada gangguan.
2.4.3.13 Panel Hubung dan Lemari Hubung
sistem kontrol, jumlah petugas kerja (operating personel) serta skala dan pentingnya pusat listrik yang bersangkutan.
Panel hubung terdiri dari jenis tegak yang berdiri sendiri, jenis bangku dan gabungan antara jenis bangku, dan jenis tegak berdiri sendiri. Sakelar-sakelar diatur diatas panel untuk mempermudah dalam pelayanannya. Peralatan yang dihubungkan pada ril generator dan rangkaian tegangan tinggi pemakaian sendiri dimasukkan ke dalam lemari hubung (cubicle). Pemasangan dalam lemari ini mempunyai banyak keuntungan, yaitu keandalan peralatan yang lebih tinggi, keamanan yang lebih terjamin, luas lantai yang dipakai berkurang, dan bentuknya lebih baik. Panel hubung suatu pusat listrik dapat diklasifikasikan seperti pada tabel berikut ini.
Tabel 2.4 Jenis–Jenis Panel Hubung untuk PLTA
Nama Uraian
Panel Generator Turbin Air, Generator, Penguat
(Exciter), Transformator (Unit system) Panel Saluran Transmisi Saluran Transmisi
Panel Sinkronisasi Pensinkronisasian, Penyeimbangan Tegangan, Penyesuaian Kecepatan
Panel Distribusi Tegangan Tinggi Transformator Distribusi, Saluran Distribusi
Panel Distribusi Daya Rangkaian Tegangan Rendah, Rangkaian Batere
2.4.3.14 Jaringan Distribusi
Tiang pada saluran distribusi dapat berupa tiang baja, beton atau kayu. Isolator digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang aktif atau bertegangan jika penghantar yang digunakan merupakan konduktor tanpa isolasi.
2.4.4 Manfaat Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
Manfaat pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) adalah sebagai berikut :
1. Meningkatkan taraf hidup masyarakat
Dengan adanya energi listrik untuk penerangan di malam hari, akan meningkatkan taraf hidup masyarakat, karena dengan penerangan tersebut dapat meningkatkan kerja masyarakat desa dalam meningkatkan pendapatan. Disamping itu juga akan menambah waktu belajar anak sekolah di malam hari. Informasi dari media televisi akan menambah pengetahuan bagi masyarakat dan dengan pengetahuan yang beguna dapat mengubah cara hidup yang lebih baik sesuai dengan pemanfaatan masyarakat itu sendiri.
2. Pengembangan potensi wilayah
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Peranan energi listrik di dalam kehidupan manusia saat ini sangat penting. Hal ini dapat dilihat dengan meningkatnya kebutuhan energi listrik setiap tahunnya. Namun penyediaan energi listrik oleh pihak penyedia energi listrik masih belum dapat memenuhi semua kebutuhan masyarakat. Sebagian besar masyarakat di negara kita terutama yang tinggal di daerah pedesaan masih kekurangan pasokan energi listrik. Sementara sumber energi untuk menghasilkan energi listrik terutama yang berbahan bakar fosil lama kelamaan semakin berkurang.
Potensi tenaga air menjadi salah satu solusi untuk mendapat sumber energi baru. Seperti kita ketahui cadangan air di negara kita sangat banyak. Dengan pemanfaatan potensi air sebagai sumber energi untuk menghasilkan listrik, hal ini dapat menjadi alternatif bagi penyediaan energi listrik untuk masyarakat terutama masyarakat yang masih belum menikmati listrik secara maksimal. Selain itu, pemakaian energi air dapat menghemat biaya produksi energi listrik dikarenakan energi air tidak sulit mendapatkannya. Pemanfaatan energi air ini akan digunakan untuk merencanakan suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro.
Pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga pengeraknya seperti saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air. Pembangkit listrik ini mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Namun, untuk mencari lokasi yang berpotensi menjadi tempat dibangunnya suatu pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini perlu diketahui terlebih dahulu seberapa besar potensi yang terdapat di daerah itu.
menuju rumah pembangkit (rumah turbin). Di rumah pembangkit, air tersebut akan mengenai turbin dimana turbin akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan ke generator dengan menggunakan kopling. Dari generator akan dihasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban).
Ditinjau dari aspek ekonomi suatu pembangkit, beberapa hal yang perlu diperhatikan terdiri dari:
1. Biaya modal (capital cost)
2. Biaya operasi dan perawatan (O&M cost) 3. Biaya pembangkitan total
4. Pendapatan per tahun 5. Net present value (NPV) 6. Laba investasi
Pembangunan pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini nantinya perlu mempertimbangkan dampak lingkungan yang akan terjadi. Prakiraan dampak penting dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini memerlukan upaya pemantauan lingkungan untuk kegiatan pembangunan PLTMH ini. Prakiraan dampak yang terjadi akan ditinjau dalam empat tahapan:
1. Tahap Prakonstruksi 2. Tahap Konstruksi 3. Tahap Operasional 4. Tahap Pasca Operasi
Dengan permasalahan tersebut, penulis melakukan penelitian dengan judul Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Di Desa Gunung Rintih Kecamatan STM Hilir Kabupaten Deli Serdang sehingga potensi energi yang ada di Desa Gunung Rintih dapat dimaksimalkan dengan baik.
1.2 Rumusan Masalah
2. Berapa besarkah potensi air pada Sungai Besamat dan daya yang dapat dibangkitkan untuk perencanaan PLTMH.
3. Bagaimanakah desain bangunan sipil serta desain elektrikal dan mekanikal perencanaan PLTMH.
1.3 Batasan Masalah
Adapun pada penelitian ini penulis melakukan pembatasan masalah sebagai berikut :
1. Membahas secara umum tentang pembangkitan listrik tenaga mikrohidro. 2. Membahas tentang pengukuran potensi dan perencanaan pembangunan
pembangkit listrik tenaga mikrohidro di Desa Gunung Rintih.
3. Tidak membahas secara detail desain bangunan sipil dan desain elektrikal dan mekanikal.
4. Tidak membahas mengenai transmisi dan distribusi tenaga listrik di desa tersebut.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian Tugas Akhir ini adalah
1. Untuk mengetahui berapa besaran parameter debit air dan ketinggian jatuh pada perencanaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).
2. Untuk mengetahui berapa besarkah potensi yang didapatkan dari pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) itu.
3. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh dari pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) itu terhadap Desa Gunung Rintih.
1.5 Manfaat Penelitian
1.6
Metode PenulisanUntuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini maka penulis menerapkan beberapa
metode penulisan diantaranya :
1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir ini, dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.
2. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik Tugas Akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU.
3. Studi lapangan yaitu suatu teknik pengumpulan data yang dilakukan dengan melakukan pengamatan langsung terhadap objek yang akan diteliti yaitu dengan cara melakukan pengamatan ke lapangan tentang kendala-kendala yang terjadi.
1.7 Sistematika Penulisan
Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisikan latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II. DASAR TEORI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH)
Bab ini membahas tentang pembangkit listrik tenaga air (PLTA),
klasifikasi pembangkit listrik tenaga hidro, energi tenaga air, dan
pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).
BAB III. KONDISI UMUM DESA GUNUNG RINTIH
BAB IV. ANALISIS PERENCANAAN PLTMH
Bab ini membahas tentang data hasil pengukuran, analisa data, desain sipil, desain peralatan elektrikal dan mekanikal, perhitungan daya listrik PLTMH, skema layout PLTMH, dan manajemen kebutuhan energi listrik.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
ABSTRAK
Dalam studi perencanaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro di Desa Gunung Rintih Kecamatan STM Hilir Kabupaten Deli Serdang, dihitung potensi potensi tenaga air yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Potensi energi air tersebut akan digunakan untuk perencanaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Mikrohidro atau yang dimaksud dengan pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga pengeraknya seperti saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air.
Untuk mengembangkan potensi mikrohidro tersebut, maka dilakukan studi di Desa Gunung Rintih Kecamatan STM Hilir Kabupaten Deli Serdang. Di desa ini terdapat suatu sungai yaitu Sungai Besamat yang memiliki potensi yang dapat dikembangkan untuk merencanakan pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Dari penelitian ini, didapatkan potensi daya listrik yang dapat dibangkitkan adalah sebesar 7,3 kW dan debit air yang diperoleh ialah 0,243 m3/s dengan tinggi efektifnya (Hef) 5,74 m. Komponen elektrikal dan mekanikal yang digunakan yaitu jenis turbinnya adalah turbin crossflow, diameter pipa pesat yang digunakan ialah 0,346 m dengan menggunakan material berupa plat baja (welded rolled steel), generator yang digunakan adalah generator sinkron tiga fasa 4 kutub, dan transmisi mekanik yang digunakan yaitu transmisi sabuk V-Belt. Untuk sistem kontrol yang digunakan ialah jenis Electronic Load Controller.
STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO DI DESA GUNUNG RINTIH KECAMATAN STM
HILIR KABUPATEN DELI SERDANG
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh
DAVID P. ARITONANG NIM : 090402098
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO DI DESA GUNUNG RINTIH KECAMATAN STM
HILIR KABUPATEN DELI SERDANG
Oleh:
DAVID P. ARITONANG NIM: 090402098
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS
TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 16 bulan Maret tahun 2016 di depan penguji:
1. Ketua Penguji : Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
2. Anggota Penguji : Ir. Eddy Warman, M.T
Disetujui oleh:
Pembimbing Tugas Akhir
Ir. Syamsul Amien, M.S NIP. 195306221981031002
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
