EVALUASI KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKRO HIDRO DI DESA BULUH AWAR
KECAMATAN SIBOLANGIT KABUPATEN DELI SERDANG
PROPINSI SUMATERA UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Colloqium Doqtum/
Ujian Sarjana Teknik Sipil
Disusun Oleh :
SAKIDIANSYAH
07 0404 005
BIDANG STUDI SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
iv ABSTRAK
Saat ini, listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Listrik dibutuhkan tidak hanya untuk penerangan, melainkan juga untuk melakukan aktivitas kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan kegiatan sosial dan ekonomi masyarakat. Tak jarang, keberadaan jaringan listrik pada suatu daerah menentukan kemajuan dan perkembangan daerah tersebut.
Permasalahan yang ada saat ini adalah terbatasnya suplai tenaga listrik yang mengakibatkan krisis energi listrik, terutama di daerah-daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN. Salah satu solusi untuk pengadaan energi listrik di daerah terpencil tersebut adalah dengan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mini/Mikro Hidro (PLTMH).
PLTMH adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi, maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kondisi Desa Buluh Awar, Kecamatan Sibolangit, Kabupaten Deliserdang yang sudah terdapat jaringan pembangkit listrik tenaga mikro hidro, namun dengan bertambahnya jumlah penduduk membuat kebutuhan akan listrik juga semakin meningkat. Apalagi diikuti tuntutan dan perkembangan teknologi informasi yang membutuhkan suplai energi listrik yang besar.
Studi ini bertujuan untuk menganalisis kinerja PLTMH yang sudah ada, di mana analisis yang dihasilkan akan menunjukkan potensi energi yang ada di Sungai Peipei, sebagai sumber air untuk memutar turbin, apakah daya yang selama ini dimanfaatkan masih dapat ditingkatkan.
Dalam melakukan studi ini dilakukan pengumpulan data primer dan data sekunder. Data primer mencakup pengukuran debit sesaat, inventarisasi komponen PLTMH, mulai dari intake, saluran pembawa, hingga rumah pembangkit (power
house), dan pengukuran topografi lokasi PLTMH. Data sekunder meliputi data curah
hujan, data klimatologi, daerah tangkapan air (catchment area), data penduduk, dll. Hasil studi menunjukan bahwa perhitungan debit andalan dengan Metode F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 0,7.85 m3/detik dan daya yang dihasilkan sebesar 93.86 kW.
i
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji syukur bagi allah SWT yang telah memberi karunia
kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Shalawat dan salam ke atas Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah memberi
keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehinggga menjadi panutan dalam
menjalankan setiap aktifitas kami sehari-hari, karena sungguh suatu hal yang sangat
sulit yang menguji ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah dalam
menyelesaikan penulisan ini.
Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi
pada Program Studi Stara Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah:
“Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Di Desa Buluh Awar Kecamatan Sibolangit Kabupaten Deli Serdang Propinsi Sumatera Utara”
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas
dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia M.Sc selaku Dosen Pembimbing, yang telah
banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta
meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu penulis menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
2. Bapak Muhammad Faisal ST, MT, yang telah banyak memberikan dukukungan,
masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam
membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
ii
5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak Ir. Terunajaya,MSc, Bapak Ir. Makmur Ginting, MSc, Bapak Ir.Sufrizal M
Eng (Alm), Bapak Ivan Indrawan ST, MT, selaku Dosen Pembanding, atas saran
dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
7. Bapak Nadirin, Bapak Trimo, Bapak Tarigan, Bapak Kepin, Yang telah
membantu dan menyelesaikan survey di lokasi study di desa buluh awar.
8. Ibunda Suriani SST tercinta dan Ayahanda Syahrial Effendi yang telah banyak
berkorban, memberikan motivasi hidup, semangat dan nasehat, beserta
saudara-saudari tersayang: Yose Rizal Efeendi, Fifi Ayu Effendi, yang selalu mendoakan
dan mendukung penulis.
9. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
10. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada
penulis.
11. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2007, Alfri (Kancil), Aulia(Akong), Dipa,
Faiz, dikin, Alef, Ghufran, Tomo, Iqbal, Bagus, Jora, Dicky, Juangga, Febri,
Ihsan, Arsyad, Muna, Herry, Ari Manalu, Iwan, Dhani, Vivi, Adean, Putri, Tessa,
Vina, Dina, Dita, Gina, serta teman-teman angkatan 2007 yang tidak dapat
disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
12. Abang/kakak senior: Bang Maijer, Bang Roy, Bang Syawal, Bang Andre, Bang
Hazian, Bang Riski, Bang Leo, Bang Ghafur, Bang Emir, Bang Acah, Bang Atha,
Bang Gabe, Bang Afif, Bang Rivan, Bang Muhajir, Bang Tami, Bang Fahim, kak
Nurhafni, Kak Icha, Kak Dzi, Kak Sheila, Kak Wynda, Kak Citra, Kak Diana.
Adik-adik angkatan 2010: Abdul, Iqbal, Ijeb, Patra, Rissa, Reby, Dilla, Cika,
Sari, Dara, dan lain-lain yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas
semangat dan bantuannya selama ini.
13. Buat Sahabat saya Yasin, Tino, Andi, Tagor, Alex, Serta orang-orang yang
penulis yang saya sayangi.
14. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam
mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini
iii
Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka
penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan
untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas
Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, November 2011
Penulis
v
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
BAB I ...1
1.1 Umum ...1
1.2 Latar Belakang...3
1.3 Maksud dan Tujuan ...8
1.4 Ruang Lingkup Kegiatan ...8
1.5 Pembatasan Masalah ... 10
1.6 Lokasi Penelitian ... 10
1.7 Metodologi Penelitian ... 11
1.7.1 Kapasitas Aliran Air (debit) dan Tinggi Jatuh (head) ... 12
1.7.2 Energi Lisrik ... 12
1.7.3 Bangunan Sipil ... 13
1.8 Sistematika Penulisan ... 13
BAB II ... 15
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH ... 15
2.1.1 Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ... 24
2.1.2 Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ... 25
2.2 Tenaga Listrik dan Air ... 25
2.3 Perencanaan Pembangunan PLTMH ... 27
vi
2.3.2 Perencanaan Elektromekanikal ... 34
2.3.3 Standar Nasional Indonesia untuk PLTMH ... 41
2.3.4 Manfaat PLTMH ... 44
2.3.5 Aspek Lingkungan ... 46
2.3.6 Aspek Sosial Ekonomi ... 47
2.3.7 Aspek Lembaga Kemasyarakatan ... 47
2.4 Perhitungan Debit Andalan ... 48
2.4.1 Perhitungan Curah Hujan Regional ... 49
2.4.1.1 Cara rata-rata aritmatik ... 49
2.4.1.2 Cara Poligon (Thiessen polygon) ... 50
2.4.2 Debit Andalan Metode Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock . 50 2.4.3 Flow Duration Curve (FDC) ... 55
2.5 Dam dan intake ... 57
2.6 Tipe dan Struktur Dasar Saluran ... 62
2.7 Pipa Pesat (Penstock) ... 68
2.7.1 Diameter Pipa pesat ... 72
2.7.2 Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat ... 73
2.8 Rumah Pembangkit (Power House)... 76
2.9 Daya Energi Listrik ... 77
2.10 Penerapan Teknologi Mikro Hidro ... 80
2.11 Identifikasi Potensi dan Pengukuran Debit Air ... 81
2.12 Analisis Debit Sesaat ... 81
2.12.1 Peralatan Yang Digunakan ... 82
2.12.2 Mengukur Kecepatan Air Sungai ... 82
2.12.3 Mengukur debit dengan metode Direct Step ... 85
vii
2.14 Pengukuran lebar dan kedalaman sungai ... 88
2.15 Perkiraan jarak jaringan listrik PLN terdekat dengan desa setempat ... 88
BAB III... 89
3.1 Umum ... 89
3.2 Kondisi Hidroklimatologi ... 94
3.2.1 Sungai ... 94
3.2.2 Kualitas Air ... 94
3.2.3 Data Curah Hujan dan Klimatologi ... 94
BAB IV ... 96
4.1 Konsep Berfikir ... 96
4.2 Studi Pustaka ... 99
4.3 Pengambilan Data ... 99
4.4 Pengolahan Data ... 99
4.5 Analisis Data ... 100
BAB V ... 101
5.1 Kondisi Komponen-Komponen PLTMH... 101
5.1.1 Dam/bendung pengalih intake (diversion weir dan intake) ... 101
5.1.2 Saluran Pembawa (Head Race) ... 101
5.1.3 Saluran pembuang (Spillway) ... 103
5.1.4 Bak Penenang (Headtank) ... 104
5.1.5 Pipa Pesat (Penstock) ... 104
5.1.6 Rumah Pembangkit (Power House) ... 105
5.1.7 Jaringan transmisi ... 106
5.2 Evaluasi Data ... 106
5.2.1 Analisis Data Curah Hujan... 107
viii
5.2.3 Analisis Flow Duration Curve (FDC) ... 123
5.2.4 Analisis Debit sesaat ... 126
5.2.5 Daya yang Dapat Dihasilkan ... 127
5.2.6 Perhitungan Ekonomis ... 128
BAB VI ... 130
6.1. Kesimpulan... 130
6.2. Saran ... 131
DAFTARPUSTAKA ... 132
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Peta Lokasi Studi di Desa Buluh Awar Kecamatan Sibolangit. ... 11
Gambar 2. 1 Bagan komponen-komponen PLTMH. ... 17
Gambar 2. 2 Contoh bendung, intake, dan saluran pembawa di PLTMH. ... 19
Gambar 2. 3 Contoh bak pengendap yang sudah beroperasi, kelebihan air dari saluran pembawa akan melimpah ke samping dan terdapat penyaring sampah. ... 19
Gambar 2. 4 Contoh pipa pesat, perhatikan beda ketinggian yang ada. ... 20
Gambar 2. 5 Contoh Rumah pembangkit ... 20
Gambar 2. 6 Contoh turbin, perhatikan generator yang berwarna silver dan sabuk pemutar. ... 21
Gambar 2. 7 Contoh pengontrol beban listrik atau electric load controller. ... 21
Gambar 2. 8 Contoh jaringan kabel listrik pada tiang jaringan. ... 22
Gambar 2. 9 Contoh jaringan listrik tepatnya pada sambungan rumah. ... 22
Gambar 2. 10 Efisiensi sistem yang spesifik untuk sebuah skema yang berjalan pada perencanaan aliran listrik. ... 27
Gambar 2. 11 Contoh Hidrograf dari data sepanjang 16 tahun ... 55
Gambar 2. 12 Contoh Flow Duration Curve (Kurva Durasi Debit Air) ... 56
Gambar 2. 13 Contoh low duration curve dalam satu tahun. ... 56
Gambar 2. 14 grafik faktor gesekan pada pipa. ... 74
Gambar 2. 15 Efiesiensi pada skema PLTMH ... 79
Gambar 2. 16 Rambu-rambu Lokasi Pengukuran Debit Sungai. ... 83
Gambar 2. 17 Alat pengukur kecepatan arus (current meter) ... 83
Gambar 2. 18 Contoh format hitungan debit dengan current meter sederhana. ... 84
Gambar 2. 19 Distribusi kecepatan aliran pada suatu tampang sungai... 85
Gambar 2. 20 Distribusi kecepatan aliran sungai secara horizontal dan vertikal. ... 85
Gambar 3. 1 Peta Lokasi PLTMH Dalam Wilayah Kecamatan Sibolangit ... 90
Gambar 3. 2 Peta Lokasi PLTMH Dalam Wilayah Desa Buluh Awar ... 91
x Gambar 3. 5 Kondisi sungai di lokasi studi (a) kondisi badan sungai (b) lokasi
PLTMH. ... 94
Gambar 4. 1 Digram Alir Konsep Berpikir Pembangunan PLTMH. ... 98
Gambar 5. 1 Dam/bendung pengalih intake (diversion weir dan intake). ... 101
Gambar 5. 2 Situasi/Komponen PLTMH... 103
Gambar 5. 3 saluran pembawa (Head Race) ... 103
Gambar 5. 4 Saluran Pembuang (spillway) ... 103
Gambar 5. 5 (a) bak penenang, (b) saringan, (c) salurang pelimpah ... 104
Gambar 5. 6 pipa pesat (penstock) ... 105
Gambar 5. 7 Power house dan generator ... 105
Gambar 5. 8 jaringan transmisi dari lokasi PH (Power House) ke penduduk ... 106
Gambar 5. 9 Grafik PDC (Flow Duration Curve) ... 125
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Komponen PLTMH dan Fungsinya ... 17
Tabel 2. 2 Material Pipa Pesat ... 33
Tabel 2. 3 Daerah Operasi Turbin ... 35
Tabel 2. 4 Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin ... 36
Tabel 2. 5 Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin ... 37
Tabel 2. 6 Putaran Generator Sinkron (rpm) ... 38
Tabel 2. 7 Run-away speed turbin, N maks/N ... 38
Tabel 2. 8 Standar Nasional Indonesia untuk PLTMH ... 41
Tabel 2. 9 Perhitungan prosentasi luas daerah (ai) pada suatu wilayah A (10.000 ha) ... 50
Tabel 2. 10 Perhitungan Curah Hujan rata -rata cara poligon di suatu Wilayah A ... 50
Tabel 2.11 Jenis dam Intake ... 58
Tabel 2.12 Tipe-Tipe Saluran Pembawa Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil ... 63
Tabel 2.13 Struktur Dasar Saluran Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil. ... 65
Tabel 2. 14 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air Skala kecil ... 70
Tabel 2. 15 Koefisien kekasaran pipa dalam mm ... 74
Tabel 2. 16 koefisien ketajaman sudut masuk ... 75
Tabel 2. 17 Koefisien bukaan klep ... 75
Tabel 3. 1 Curah Hujan Bulanan Stasiun Tuntungan dan Sekitarnya ... 95
Tabel 3. 2 Curah Hujan Bulanan Stasiun Tongkoh (Kabupaten Karo) ... 95
Tabel 3. 3 Curah Hujan Bulanan Stasiun Kuta Gadung (Kabupaten Karo) ... 95
Tabel 5. 1 Curah Hujan Regional DAS Peipei ... 107
Tabel 5. 2 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2001 ... 113
xii Tabel 5. 4 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2003
... 115
Tabel 5. 5 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2004
... 116
Tabel 5. 6 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2005
... 117
Tabel 5. 7 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2006
... 118
Tabel 5. 8 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2007
... 119
Tabel 5. 9 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2008
... 120
Tabel 5. 10 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn.
2009... 121
Tabel 5. 11 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn.
2010... 122
Tabel 5. 12 Debit S. Peipei di Desa Buluh Awar (2001 – 2010) ... 123
Tabel 5. 13 Probabilitas Kejadian Debit di S. Peipei Desa Buluh Awar 2001 – 2010
... 124
Tabel 5. 14 Hasil Perhitungan Debit Andalan “Metode F.J.Mock” ... 125
