STUDI POTENSI SUNGAI PADANG UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDRO DI KECAMATAN SIPISPIS KABUPATEN
SERDANG BEDAGAI PROVINSI SUMATERA UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat
Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
MUHAMMAD FAHMI
10 0404 024
Pembimbing :
Pembimbing I Pembimbing II
Ir. Syahrizal, M.T. Ivan Indrawan,S.T.,M.T.
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI POTENSI SUNGAI PADANG UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDRO DI KECAMATAN SIPISPIS KABUPATEN
SERDANG BEDAGAI PROVINSI SUMATERA UTARA TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
dalam menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan oleh:
Ketua Departemen Teknik Sipil
Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan NIP. 19561224 198103 1 002
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah Swt Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada :
1. Kedua orang tua tercinta, Syamsuri ahmad dan sakdiah yakub yang selalu memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi yang tidak ternilai.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT sebagai dosen pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air.
6. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M. Sc. dan Bapak Ir. Alferido Malik selaku dosen pembanding/penguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
7. Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis.
8. Kepada yang terkhusus bapak Muhammad Faisal ST.MT, yang telah banyak mengajari, membantu, dan memberikan dukungan, doa, serta motivasi kepada saya.
9. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10.Kepada keluarga/sepupu ku tersayang Fazli, faris, farhan ,kak dewi serta yang lainnya, terima kasih atas semua dukungan, doa, motivasi, semangat, bimbingan, dan rasa sayangnya untuk penulis.
11.Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat seperjuangan stambuk 2010 :Iqbal, ijep, akbar, iwan, uus, bocah naurah, dwi, adlin, himawan, titok, komeng tria. Lamhot, sari, Dhaka, khairul, nardis, rizqan dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan, dukungan, dan doa kalian.
Semoga Allah swt Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya.
Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.
Medan, 2015 Hormat Saya
ABSTRAK
Pada Saat ini, listrik memegang peranan sangat penting bagi cepat atau lambatnya pertumbuhan ekonomi di suatu wilayah. Karena peranan energy listrik saat ini bukan hanya dipergunakan sebagai sumber penerangan tetapi juga untuk industry kecil maupun besar.
Keterbatasan PLN sebagai pensuplai energy listrik saat ini khususnya di wilayah pedesaan, membuat peningkatan taraf ekonomi di wilayah pedesaan menjadi sangat terlambat. Situasi ini membuat taraf hidup masyarakat pedesaan menjadi tidak berkembang.
Untuk itu perlu adanya pembangunan energy listrik terbarukan khususnya diwilayah pedesaan guna meningkatkan taraf hidup masyarakat pedesaan. Energy terbarukan yang dimaksud dalam hal ini adalah PLTM. Dimana kapasitas daya yang mampu dihasilkan melebihi 100 kw.
Dalam Studi potensi ini bertujuan untuk menganalisis berapa besarnya potensi energi listrik yang berada di sungai padang kecamatan sipispis. Dimana sumber air yang akan digunakan untuk mendesain dasar bangunan PLTM serta dipergunakan untuk memutar turbin diambil dari DAS padang.
Dalam melaksanakan studi potensi ini dilakukan pengumpulan data baik primer maupun data sekunder. Data primer meliputi pengukuran debit sesaat dilokasi potensi, sedangkan data sekunder meliputi data curah hujan, data klimatologi, daerah tangkapan air (catchment area) dan data topografi, dll.
Hasil studi potensi yang dilakukan menunjukan bahwa dalam perhitungan debit andalan dengan Metode F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 7.43 m3/detik dan daya yang dihasilkan sebesar 1115.1 kw.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iv
DAFTAR ISI ... . v
DAFTAR GAMBAR ... .vi
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR NOTASI ... .ix
BAB I ... ..1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 5
1.3 Maksud dan Tujuan ... 5
1.4 Pembatasan Masalah ... 6
1.5 Ruang Lingkup Penelitian ... 6
1.6 Manfaat Penelitian ... 7
1.7 Metodologi Penelitian ... 7
1.8 Sistematika Penulisan ... 8
BAB II ... 10
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH ... 10
2.1.1 Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ... 13
2.1.2 Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ... 14
2.3 Perencanaan Pembangunan PLTMH ... 17
2.3.1 Dam/bendung pengalih intake ... 17
2.3.2 Penentuan bentuk aliran sungai ... 19
2.3.3 penentuan lokasi rumah pembangkit ... 20
2.4 Perencanaan sipil ... 20
2.4.1 Pengerjaan saluran penghantar (headrace) ... 20
2.4.1.1 Menentukan potongan melintang dan kemiringan(slope) ... 22
2.4.2 Perencanaan Pipa Pesat ... 24
2.4.2.1 Diameter pipa pesat ... 26
2.4.5.2 Kehilangan akibat gesekan pada pipa pesat ... 28
2.5 Perencanaan elektromekanikal ... 31
2.5.1 Pemilihan turbin ... 31
2.5.2 Pemilihan generator ... 36
2.5.3 Rumah pembangkit ... 36
2.6 Perhitungan debit andalan ... 39
2.6.1 Debit andalan metode FJ mock ... 40
2.6.2 Flow duration curve ... 44
2.7 Daya Energi Listrik ... 46
2.8 Analisis Debit Sesaat ... 48
2.8.1 Peralatan Yang Digunakan ... 49
2.8.2.1 Menentukan lokasi pengukuran debit sungai... 50
2.8.2.2 Mengukur kecepatan air dengan current meter... 51
2.9 Pengukuran tinggi jatuh ... 52
2.10 Analisa Hidro Ekonomi ... 52
BAB III ... 56
3.1 Umum ... 56
3.2 Kondisi geologi daerah potensi ... 57
3.2.1 Lokasi bangunan bendung, intake, sandtrap dan headpond ... 57
3.2.2 Lokasi bangunan penstock dan powerhouse ... 58
3.3 Kondisi hidroklimatologi ... 60
3.3.1 Sungai ... 60
3.3.2 Kualitas air ... 61
3.3.3 Data curah hujan dan klimatologi ... 62
BAB IV ... 63
4.1 Konsep Berfikir ... 63
4.2 Pengambilan Data ... 64
4.3 Pengolahan Data ... 67
4.3.1 Data hidrologi dan klimatologi ... 67
4.3.2 Data hasil survei hidrometri ... 67
4.3.3 Data hasil survei topografi ... 68
BAB V ... 69
5.1 Evaluasi Data ... 69
5.1.1 Analisis Data Curah Hujan... 69
5.1.2 Peta daerah aliran sungai ... 71
5.1.3 Evapotranspirasi ... 72
5.1.4 Perhitungan metode empiris debit andalan sungai ... 76
5.1.5 Analisi flow duration curve (FDC) ... 91
5.1.6 Analisis debit sesaat ... 94
5.2 Desain dasar pekerjaan sipil ... 96
5.2.1 Desain saluran pembawa ... 96
5.2.2 Pipa pesat (penstock)... 98
5.3 Kapasitas daya yang dihasilkan ... 100
5.4 Perhitungan ekonomis ... 101
BAB VI ... 106
6.1. Kesimpulan ... 106
6.2. Saran ... 107
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan sebuahPLTMH...10 Gambar 2.2 efisiensi system perencanaan aliran
listrik...16 Gambar 2.3 contoh
bendung/intake...19 Gambar 2.4 contoh saluran
pembawa...21 Gambar 2.5 contoh pipa
pesat...25 Gambar 2.6 grafik faktor gesekan pada
pipa...29 Gambar 2.7 pelton
turbin...32 Gambar 2.8 francis
turbin...33 Gambar 2.9 kaplan
turbin...34 Gambar 2.10 diagram klasifikasi turbin air
...34 Gambar 2.11 perbandingan karakteristik
turbin...35 Gambar 2.12 contoh hidrograf dari data sepanjang 16
tahun………44 Gambar 2.13 contoh flow duration
curve………..………..45 Gambar 2.14 contoh low duration
curve………46 Gambar 2.15 efisiensi pada skema
PLTMH……….………..47 Gambar 2.16 rambu rambu lokasi pengukuran debit
sungai……….…….50 Gambar 2.17 alat pengukut kecepatan
arus………..………51 Gambar 2.18 contoh format hitungan debit dengan current
meter………...51 Gambar 3.1 peta lokasi
penelitian………56 Gambar 3.2 gambaran lokasi
Gambar 3.3 peta tata guna
lahan………..…..60 Gambar 4.1 diagram alur
penelitian……….66 Gambar 5.1 peta stasiun sindar
raya………..…70 Gambar 5.2 daerah aliran
sungai………..72 Gambar 5.3 Grafik
FDC……….93
Gambar 5.4 Grafik debit rerata bulanan tahun
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Daftar Pembangkitan di Sumatera Bagian Utara Tahun
2012………..2 Tabel 2.1 kecepatan maksimum pada
saluran……….23 Tabel 2.2 kemiringan sisi
saluran……….………23 Tabel 2.3 Koefisien kekasaran pipa dalam
mm……….……….….28 Tabel 2 4 koefisien ketajaman sudut
masuk………...………...29 Tabel 2.5 Koefisien bukaan
klep………..…30 Tabel 3.1 Curah Hujan Bulanan Stasiun sindar raya dan
Sekitarnya………...…………61 Tabel 3.2 Curah Hujan harian Stasiun sindar raya dan
Sekitarnya………...………61 Tabel 3.3 Data klimatologi kuala
namo………..……….62 Tabel 5.3 perhitungan evapotranspirasi dengan metode
penman………75 Tabel 5.4 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005…...81 Tabel 5.5 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005………....82 Tabel 5.6 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005……….83 Tabel 5 7 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005…...84 Tabel 5.8 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005………...85 Tabel 5.9 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005………....86 Tabel 5.10 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005………...87 Tabel 5.11 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005……….88 Tabel 5.12 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005………....89 Tabel 5.13 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn. 2005………....90 Tabel 5. 14 Debit S. Padang di kecamatan sipispis (2005 –
2014)………..………91 Tabel 5.15 Probabilitas Kejadian Debit di S. Padang sipispis 2005 –
2014……….……...92 Tabel 5.16 Hasil Perhitungan Debit Andalan “Metode
Tabel 5.1 Pengukuran Perhitungan kecepatan dan Debit Air
Sungai……….……....95 Tabel 5.18 Trial and Error
DAFTAR NOTASI
ts = adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi
Pi = tekanan hidrostatik, kNi P mm
D = diameter dalam pipa
Kf = faktor pengelasan
Sf =desain tegangan pipa yang diizinkan
Pt = maksimum turbin output (kW)
H = head efektif (m)
ηt = efisiensi turbin
Ri = besarnya CH pada stasiun
Ea = Evapotranspirasi aktual (mm) Eto = Evapotranspirasi potensial (mm) N = jumlah hari hujan dalam sebulan
ΔS = Keseimbangan air dipermukaan tanah
R = Hujan Bulanan
