STUDI KELAYAKAN PEMASANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO PADA PINTU AIR BENDUNG MLIRIP MOJOKERTO
Dimas Riadi Permadi1, Suwanto Marsudi2, Donny Harisuseno2. 1
Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya
2
Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya e-mail: dimasriadi@outlook.com
ABSTRAK
Pembangkit listrik tenaga mikro hidro merupakan pembangkit listrik yang bersifat clean
energy, mudah diterapkan, dan cepat guna. Tujuan pembangunan PLTMH pada pintu air Mlirip
adalah untuk memanfaatkan energi potensial pada debit dan mengolahnya kembali agar menghasilkan energi namun tidak mengubah fungsi dari pintu air itu sendiri.
Studi ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar energi yang paling efektif bisa dibangkitkan yang didasari oleh asas ekonomi. Analisa debit rencana menggunakan data debit yang tercatat minimal 10 tahun dan menggunakan metode median-modus.
Hasil dari studi ini, perencanaan menggunakan debit desain sebesar 11m3/det dengan tinggi jatuh effektif (net head) sebesar 7,9m, yang mampu menghasilkan energi sebesar 761,07 kW atau 6173,78MWh/tahun dan mampu mereduksi emisi gas karbon sekitar 4189 tCO2/tahun, perencanaan ini didapat biaya pembangunan sebesar 31,34 Milyar rupiah dengan keuntungan pertahun 6,06 Milyar rupiah, dariperhitungan didapat perameter kelayakan BCR: 1,67, NPV: 20,93, IRR: 21,57% sehingga pembangunan PLTMH layak secara ekonomi.
Kata kunci: PLTMH, debit, energi, emisi, kelayakan ekonomi ABSTRACT
Micro Hydro Power is a power plant. It was designed with the clean energy, easy to built, and fast in use. The water gate of micro hydro power in Mlirip aimed to utilizing the potensial energy of discharge and turn it back into a new energy but not substitute for the function of water gate.
In this, the most effective energy able to generate based on economic principle. The discharge plan analysis used of discharge data with minimal recorded about 10 years and utilized median-modus method.
The results of the study, the planning used design of discharge in amount of 11m3/sec and effective net head in amount of 7,9m, which is capable to deliver energy around 761,07 kW or 6172,78 MWh/year and be able to reduced carbon dioxide emission around 4189 tCO2/year. The construction planning required cost of 31.34 billion rupiah with annual benefit around 6.06 billion rupiah. The results of calculation is feasibility value of BCR: 1,67, NPV: 20,93, IRR: 21,57 %. Thus, the development of micro hydro power is feasible economically.
Keywords: Micro Hydro Power, discharge, energy, emission, economic feasibility. 1. PENDAHULUAN
Kebutuhan energi di dunia terus
mengalami peningkatan termasuk di
Indonesia. Rata – rata permintaan energi dunia mengalami peningkatan sebesar 1,6% per tahun (International Energi
Agency-IEA). Sekitar 80% kebutuhan
energi tersebut dipasok dari bahan bakar fosil, utamanya BBM yang merupakan sember energi yang tak terbarukan. Peningkatan GDP dan pertambahan laju
pertumbuhan penduduk menyebabkan
sedangkan cadangan BBM dunia semakin
berkurang. Hal ini menimbulkan
ketidakseimbangan permintaan dan
penawaran, akibatnya harga minyak dunia berfluktuasi. Dunia pun mencari alternatif baru untuk mengatasi ketergantungan pada BBM.
Pada saat ini Indonesia juga mengalami keadaan tersebut. Dalam skala besar Indonesia masih mengandalkan BBM untuk memasok kebutuhan dalam negeri sayangnya sebagian BBM masih harus diimpor. Padahal Indonesia mempunyai potensi yang besar dengan energi yang terbarukan seperti panas bumi, tenaga air, tenaga surya, tenaga angin, dan bio fuel. Pemanfaatan energi terbarukan tersebut yang berasal dari tenaga air, tenaga surya, dan tenaga angin masih terbatas. Seperti tenaga air yang bisa kita ketahui Indonesia mempunyai potensi yang cukup besar dan masih dimanfaatkan hanya 7,54% dari potensi sebesar 75,670MW.
Penggunaan energi yang terbarukan lainnya belum besar kecuali tenaga air, karena biaya produksinya masih belum berkompetitif dibadingkan dengan energi konvensional lainnya. Pada umumnya harga listrik yang dihasilkan atau dibangkitkan oleh PLTS, PLTB, dan
Geothermal, energi terbarukan lainnya
masih mempunyai harga yang lebih tinggi daripada listrik yang dibangkitkan dengan BBM (bersubsidi) kecuali PLTA.
Dengan kata lain, pembangkit tenaga air sangat cocok dilakukan
pengembangan, pembangunan ini
memerlukan banyak pertimbangan
sehingga perlu diselidiki kemungkinan lokasi yang paling layak secara teknis maupun ekonomi.
Di Kabupaten Mojokerto propinsi Jawa Timur terdapat potensi energi dari sungai brantas, bersumber pada pintu air Mlirip, sehingga muncul pemikiran untuk
menganalisis kelayakan pembangunan
PLTMH. Berdasarkan kajian-kajian diatas
pemanfaatan sungai akan lebih optimal apabila ketersediaan air dimanfaatkan dalam hal selain air baku.
2. PUSTAKA DAN METODOLOGI Perencanaan pembangkit listrik tenaga air
A. Debit andalan
Debit andalan adalah Debit andalan didefinisikan sebagai debit yang tersedia guna keperluan tertentu misalnya untuk keperluan irigasi, PLTA, air baku dan lain-lain sepanjang tahun, dengan resiko kegagalan yang telah diperhitungkan (C.D.
Soemarto,1987). Setelah itu baru
ditetapkan frekuensi kejadian yang didalamnya terdapat paling sedikit satu kegagalan. Dengan data cukup panjang dapat digunakan analisis statistika untuk
mengetahui gambaran umum secara
kuantitatif besaran jumlah air. Beberapa debit andalan untuk berbagai tujuan, antara lain: (C.D. Soemarto, 1987).
1. Penyediaan air minum 99% 2. Penyediaan air industry 95%-98% 3. Pusat Listrik Tenaga Air 85%-90%
B. Kurva durasi
Duration curve adalah suatu grafik
yang memperlihatkan debit sungai dan selama beberapa waktu tertentu dalam satu tahun, debit ini terdapat pada sungai.
Duration curve digambarkan dari data-data
debit, sekurang-kurangnya selama 10 tahun, agar dapat memberikan informasi yang bisa digunakan.
Berdasarkan duration curve dari suatu aliran sungai dapat diambil beberapa daya teoritis sebagai berikut (Mosonyi, 2009):
1. Energi potensi minimum 2. Energi potensi kecil 3. Energi potensi median 4. Energi potensi mean
C. Median
Median (median) adalah nilai tengah dari suatu distribusi, atau dikatakan variat yang membagi frekuensi menjadi
2 (dua) bagian yang sama, oleh karena itu peluang (probability) dari median selalu 50% (Soewarno-Jilid 1, 1995).Berikut ini adalah data yang belum dikelompokan : 1. Jumlah data ganjil
Untuk data yang jumlahnya ganjil, median adalah data pada urutan yang ke (k1) yang
dapat dihitung dengan rumus : k1= 2 1 n Dimana: k1 = Letak median n = Jumlah data 2. Jumlah data genap
Untuk data yang jumlahnya genap, median adalah data yang letaknya pada titik tengah urutan data ke (k1), yang dapat dihitung
dengan rumus k1= 2 n k1= 2 2 n
Median dari data yang telah dikelompokkan menjadi suatu distribusi frekuensi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : f F k i b Md 1 D. Modus
Dari sekumpulan data atau
distribusi terdiri dari variable deskrit, yang disebut Modus. Modus adalah variat yang terjadi pada frekuensi yang paling banyak. Sedang pada suatu ditribusi yang terdiri dari variable kontinyu, yang disebut
dengan modus adalah variat yang
mempunyai kerapatan peluang maksimum (maximum probability density). Sebelum menghitung nilai modus, terlebih dahulu data yang ada disusun dalam suatu distribusi frekuensi interval kelas lalu nilai modus dihitung dengan rumus sebagai berikut (Soewarno-Jilid 1, 1995) : ) ( ) ( 1 2 1 f f f f f f i B Mo
Perencanaan Komponen Bangunan Hidraulik PLTMH
A. Bendung (Weir)
Bendung (weir) merupakan
bangunan yang dipergunakan untuk
meninggikan muka air pada sungai hal ini bertujuan agar air pada sungai dapat menjangkau wilayah yang harus mendapat suplai air dari sungai untuk keperluan tertentu.
Pintu sorong
Pintu sorong sebagai pengatur debit yang mengalir diatas Bendung, jumlah debit air yang mengalir dapat dihitung dengan persamaan :
Q = Kab 2gh
B. Pipa pesat (Penstock)
Untuk menentukan diameter pipa pesat yang ekonomis dapat ditentukan dengan persamaan empiris (Dandenkar dan Sharma, 1991). 1.Rumus USBR V = 0,125 2gH 2. Sarkaria’s formula 65 , 0 35 , 0 62 , 0 H P D 3. Doland’s formula 466 , 0 ) / ( 176 , 0 p H 4. Warnick’s formula D = CQ0.5 5. Moffat’s formula D= 0,06 43 , 0 H CP C. Saluran Inlet
Penggunaan saluran inlet untuk menggantikan peran pipa pesat ketika kondisi lapangan memungkinkan untuk hanya memakai saluran inlet, saluran ini berbahan dasar beton sehingga lebih ekonomis, dimensi saluran inlet dapat dihitung dengan persamaan pada gambar berikut:
Gambar 1. Dimensi Saluran Inlet Menurut Celso (2004), intake pipa pesat harus direncanakan sedemikian rupa sehingga tidak mengalami vorticity. Vorticity adalah fenomena kekurangan
tekanan dalam pipa pesat sehingga dapat mengganggu kinerja turbin. Menurut Gordon dalam Celso (2004), kedalaman tenggelam harus lebih besar dari nilai “s” dimana nilai s dihitung dengan persamaan: Ht > s
S = c V D
Dimana:
C = 0,7245 untuk inlet asimetris dan 0,5434 untuk inlet simetris.
Gambar 2. Skema Inlet Pipa Pesat
Kelompok Bangunan Pelengkap A. Bak Penampang (Forebay)
Bak penampung (forebay) dapat berfungsi sebgai kolam pengatur aliran untuk mengurangi perubahan muka air pada saluran pengalih dan juga berfungsi sebgai pelindung turbin dari endapan lumpur dan sampah.
Gambar 3. Tipe tipe Bentuk dari Bak Penampung (Forebay)
B. Penyaring (Trashrack)
Penyaring (trashrack) dipergunakan untuk menyaring aliran air yang masuk kedalam turbin agar tidak terjadi
penumpukan sampah dan tidak
mengganggu kinerja turbin. Kecepatan melalui penyaring dapat dihitung dengan persamaan (Mosonyi,1987): v = b b t v 2 0 5 , 1 Varshney (1977:285) menyarankan penyaring yang lebih rapat (screen) untuk inlet pipa pesat atau inlet turbin. kecepatan yang diijinkan untuk melewati penyaring berkisar antara:
a. 0,6 – 2,5 m/dt untuk tinggi jatuh rendah
b. 1,25 – 2,0 m/dt untuk tinggi jatuh sedang
c. 2,0 – 6,0 m/dt untuk tinggi jatuh besar
C. Tail Water Level (TWL)
Tail Water Level (TWL) adalah
elevasi muka air bawah. Tinggi TWL tergantung dari debit air yang keluar dari turbin, jenis penampang serta dimensi penampang saluran buritan atau saluran bawah. Untuk saluran terbuka, menurut Patty (1995), penampang saluran yang paling baik adalah penampang trapesium dengan jari-jari hidrolik, R = ½ h dan kemiringan dinding saluran (m) dapat diambil sebesar:
1. saluran tanah; 1:1,5 hingga 1:2
2. saluran pasangan batu/beton; 1:1 hingga 1:2
Rumah Pembangkit A. Klasifikasi 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, Perbedaan pokok kedua golongan turbin tersebut adalah:
1. Runner turbin impuls berputar di udara
karena mendapat pancaran air.
Dengan demikian maka seluruhnya (atau hampir seluruhnya) diubah
menjadi energi kinetik untuk
memutarkan runner.
2. Runner turbin reaksi berputar didalam air oleh energi dalam bentuk tekanan dan kinetik.
B. Karakteristik Turbin
ESHA menggunakan standar
internasional IEC 60193 dan 60041 untuk menentukan besarnya nilai kecepatan spesifik turbin, Formula untuk menghitung besarnya kecepatan spesifik adalah (Celso, 2004): NQE = 4 3 E Q n C. Kavitasi
Kavitasi adalah suatu kejadian yang timbul dalam aliran dengan kecepatan yang besar, sehingga tekanan air menjadi lebih kecil daripada tekanan uap air maksimum di temperatur tersebut.
Gambar 4. Skema Pemasangan Turbin Untuk Analisa Kavitasi
D. Dimensi Turbin
Dalam perencanaan dimensi turbin maka harus ditentukan terlebih dulu jenis turbin yang akan digunakan apakah turbin
impuls atau turbin reaksi, dalam
perencanaan pembangkit listrik tenaga air dengan tinggi jatuh maka jenis turbin yang digunakan adalah turbin reaksi. Menurut
Ramos (2000), turbin reaksi terdiri atas beberapa bagian sebagai berikut:
a. Rumah Siput (Spiral Case) b. Wicket Gate atau Guide Vane c. Pemutar (Runner)
d. Pipa pembuang (Draft tube)
E. Generator
Menurut Penche, generator yang digunakan untuk PLTMH adalah generator dengan 3 fasa dan jenis generator dibedakan menjadi dua yakni:
1. Generator Sinkron 2. Generator tak Sinkron
Selain itu, generator juga memiliki efisiensi sama seperti turbin, efisiensi generator dapat dibedakan berdasarkan keluaran energi yang dihasilkan (Celso, 2004).
Tabel 1. Hubungan Antara Daya Generator dengan Efisiensi Rated Power (kW) Best efficiency 10 0,91 50 0.94 100 0,95 250 0,955 500 0,96 1000 0,97
F. Tinggi Jatuh Efektif (Heff)
Untuk mendapatkan head efektif diperlukan peta topografi dan detail disain bendung sehingga didapat head losses dan
net head.
Persamaan tinggi jatuh efektif adalah (Varshney, 1977):
Heff = EMAW – TWL – hl
G. Potensi Tenaga Air
Dikarakteristikan perbedaan level tinggi jatuh (H), membawa masuk air berupa debit (Qm3/s), teori energi potensial dimaksutkan dalam mkg/sec. (Mosonyi, 1987).
NP =
QH = 1000 QH [mkg/sec] Atau dalam kilowattsNP = 13,3 x 0,736 QH = 9,8 QH
H. Daya
Perhitungan daya yang tersedia dan
output energi untuk debit pembangkit yang
diperhitungkan pada prinsipnya tidak ada
kesulitan jika ungkapan berikut
diinterpretasi dengan benar
(Mosonyi,1987), sebagai berikut: P = 9,8 x Heff x Q x η
I. Energi
Tenaga andalan dihitung
berdasarkan debit andalan yang tersedia untuk PLTMH yang berupa debit outflow dengan periode n harian (Mosonyi, 1987).
E = 9,8 x H x Q x η x 24 x n = P x 24 x n
J. Analisa Emisi Gas Karbon (Green House Gas Emission)
Tabel 2. Nilai Faktor Emisi Gas Karbon untuk Tiap Jenis Bahan Bakar
No. Jenis Bahan Bakar
(Sumber Energi) Kg CO2/kWh
1 Minyak 0,754*
2 Diesel 0,764
3 Tenaga Air (Hydro) 0
4 Panas Bumi (Geothermal) 0
5 Batu Bara (Coal) 0,94
6 Gas Alam (Natural Gas) 0,581
K. Analisa Ekonomi
Analisa ekonomi dilakukan untuk mengetahui kelayakan suatu proyek dari segi ekonomi. Dalam melakukan analisa ekonomi dibutuhkan dua komponen utama yaitu: cost (komponen biaya) dan benefit (komponen manfaat). Dalam komponen biaya (cost) terdapat beberapa hal yang
menyangkut pada pelaksanaan
pembangunan, mulai dari ide, studi
kelayakan, perencanaan, pelaksanaan, sampai pada operasi dan pemeliharaan membutuhkan bermacam-macam biaya. Pada analisis kelayakan ekonomi biaya-biaya tersebut dikelompokkan menjadi dua yaitu biaya modal dan biaya tahunan.
Sedangkan, pada komponen
manfaat (benefit) merupakan manfaat Pusat Listrik Tenaga Mikro Hidro didasarkan pada tenaga listrik yang dihasilkan tiap tahun dan tarif dasar listrik yang berlaku.
L. TURBN PRO
TURBN PRO merupakan program untuk mengolah data teknis dan melakukan pengukuran dan penggambaran turbin air. Beberapa data yang berhubungan dengan keadaan lokasi turbin tersebut bekerja dimasukkan, juga parameter-parameter operasi dan susunan peralatan yang di inginkan.
Komponen-komponen utama yang harus diperhatikan dalam pengembangan TURBN PRO, antara lain:
a. data
b. perangkat keras (hardware) c. perangkat lunak (software) d. manusia/pelaksana
e. tata cara/prosedur
Langkah-Langkah Studi (Metodologi)
Dalam perencanaan ini, di susun suatu metode teknis secara menyeluruh untuk menganalisa berbagai data untuk keperluan perencanaan PLTMH. Berikut langkah-langkah studi yang dilakukan : 1. Analisa kondisi lokasi eksisting pintu Mlirip
2. Analisa hidrologi untuk mendapatkan nilai debit andalan sungai
3. Perencanaan desain bangunan PLTMH 4. Analisa energi listrik mengguakan metodeyang biasa dilakukan di lapangan 5. Analisa reduksi emisi gas rumah kaca (GHG) dan perhitungan manfaat dari reduksi emisi gas rumah kaca melalui sistem CDM dan CER
6. Dari data ekonomi seperti data biaya proyek, suku bunga bank, kondisi ekonomi
sosial dipergunakan untuk analisa kelayakan ekonomi dengan parameter nilai NPV, BCR, IRR, dan cash back period.
3. PEMBAHASAN DAN HASIL A. Kondisi Eksisting Pintu Air Mlirip
Direncanakan pembangunan PLTMH ini menggunakan jenis pembendungan run
of river yaitu air sungai di hulu dibelokkan
dengan menggunakan dam yang dibangun memotong air sungai, air sungai kemudian diarahkan ke bangunan PLTMH kemudian dikembalikan ke aliran semula di hilir, maka air yang terpakai tidak akan menggangu pendistribusian air untuk kota Surabaya.
Menurut jenisnya PLTMH ini
dikategorikan sebagai berikut: Tabel 3. Kategori PLTMH Mlirip
No. Kategori Jenis
1 Teknis run of river
2
Kapasitas
terpasang 1 x 760 kw
3 Tinggi Jatuh 7-7,9 m (rendah)
4 Debit disain 11 m3/det
5 Ekonomi
Beban dasar (central grid) Berdasarkan data detail enginer
design yang dikeluarkan oleh Perum Jasa
Tirta I bahwa pintu air pada bendung Mlirip mempunyai 2 pintu dengan masing-masing lebar 5 meter dan 8.5 meter dengan ketinggian elevasi dasar sebesar +13,00, tinggi ambang +15,35 dengan elevasi muka air normal +17,65 dengan kondisi aliran bebas (free flow), berikut data teknis bendung Mlirip :
a. Bendung/Dam tipe
: Pelimpah berpintu (gated weir) Panjang
: 22,35 m
Tinggi pilar diatas weir : 5,5 m
El. puncak menara pintu air : El. 27,15 m
El. mercu weir : El. 15,35 m
Muka Air Rendah (MAR) : El. 17,00 m
Muka Air Tinggi (MAT) : El. 18,30 m
Muka Air Tinggi Batas Atas : El. 19,95 m
b. Pintu Air No.1 & No.2 Tipe
: Pintu roda tetap dari baja Lebar
: 5,00 m – No.1 8,85 m – No.2 Tinggi
: 4,90 m
Dasar Pintu (sill beam) : 4,90 m
Tinggi tekanan air : 4,60 m
Gambar 6. Kurva kapasitas pintu No. 1
B. Elevasi Muka Air (Upstream)
Elevasi upstream pada bendung Mlirip berdasarkan rata-rata dari muka air rendah MAR dan muka air tinggi MAT yaitu +17,65.
C. Perhitungan Debit Andalan
Data debit yang digunakan untuk menghitung debit andalan adalah data debit
outflow rata-rata harian bendung Mlirip
selama 1999-2012 (14 tahun). Metode yang digunakan untuk perhitungan debit andalan adalah metode Modus dan Median.
Gambar 8. Flow Duration Curve
Pemilihan debit dilakukan
berdasarkan probabilitas kejadian selama kurun waktu 365 hari, berikur tabel
pemilihan debit disain yang akan
digunakan
Tabel 4. Alternatif Debit
Altern atif Debi t Jumla h Turbi n Debit Turbi n No.1 Debit Turbi n No.2 P Terla mpau i Kega galan m3/dt m3/dt m3/dt % hari hari 1 11.0 1 11 - 94 343 22 2 21.0 2 10,5 10,5 53 194 171 3 31.0 2 10,5 20,5 27 98 267 D. Bak Pengendap
Dalam perencenaan PLTA mlirip merupakan PLTA dengan tekanan rendah, maka diameter maksimum yang diizinkan
sebesar 0,5 mm. Data-data yang
dibutuhkan untuk perencanaan sebagai berikut :
Debit rencana Qp = 21m3/det x 1,2 = 25,2m3/det
Tinggi air dalam bak = 4,65 m
Suhu air = 20oc D50 = 0,5 mm Kecepatan rata-rata = 18 65 , 4 2 , 25 =0,3 m/det Metode Mosonyi
Menghitung kecepatan kritis butir dengan persamaan :
va d Dengan :
v = kecepatan kritis butiran (cm/det) a = 44 bila 1 mm > d > 0,1 mm d = diameter butiran (mm) maka, 5 , 0 44 v v = 31,117 cm/det
Menghitung panjang bak pengendap
dengan persamaan : ) ' ( hv L
Gambar 9. Grafik Kecepatan Jatuh Butir Maka, a = h 132 , 0 = 65 , 4 132 , 0 = 0,061 ' = av = 0,061 + 0,301 = 0,0184
) ' ( hv L = ) 0184 , 0 07 , 0 ( 301 , 0 65 , 4 = 27,148 ~ 27 m
Menghitung lebar bak pengendap dengan persamaan : v h Q B . = 3 , 0 65 , 4 2 , 25 = 18 m
Perhitungan lama waktu turun butiran dengan persamaan : t = h = 4,65 / 0,07 = 66,428 detik E. Trashrack
Pada pintu air Mlirip sudah terdapat
Trash boom yang memiliki fungsi hampir
sama seperti Rack namun Trash boom hanya menyaring benda – benda yang mengapung seperti tumbuhan Enceng gondok dan sampah-sampah yang ada
dipermukaan, maka diperlukan
penambahan penyaring tambahan untuk melindungi turbin.
Direncanakan pembangunan trash
rack menggunakan spesifikasi sebagai
berikut :
Sudut kemiringan = 60o
Lebar Profil = 0,01 m
Jarak antar profil = 1 m
Koefisien profil = 0,8
Kecepatan rata-rata aliran = 1,08 m/det Kecepatan aliran setelah melewati rack adalah : b b s v vr (1,52.0) 1 1 01 , 0 08 , 1 ) 5 , 1 ( r v 64 , 1 r v m/det
F. Saluran Tail Race
Saluran tail race berada setelah
draft tube, berfungsi sebagai saluran
pembuangan dari PLTMH menuju sungai,
pada perencanaan saluran diperhitungkan lebar saluran terhadap lahan yang tersedia, berikut data perencanaan :
debit disain : 25,2 m3/det
el. dasar : +12,300
lebar saluran : 21m
n manning (beton) : 0,013
slope : 0,0025
Perhitungan saluran menggunakan rumus Luas penampang aliran (A) = By =
21y
keliling basah (P) = B +2Y = 21 + 2y Jari-jari hidroulis (R) = A/P =
21y/(10+2y)
kedalaman air dihitung dengan rumus
manning 2 1 3 2 1 S R n A Q 2 1 3 2 0025 , 0 2 21 21 013 , 0 1 21 2 , 25 y y y
Persamaan diatas diselesaikan dengan menggunakan metode iterasi, dan hasilnya adalah y = 0,51m. Jadi kedalaman normal di tailrace sebesar 0,51m dengan debit sebesar 25,2m3/det , dengan elevasi muka air 9,3 + 0,51 = +9,81. Tinggi jatuh kotor (gross head) sebesar 17,65 – 9,81 = 7,84 m.
G. Saluran Inlet
Diameter pada inlet tergantung pada jenis turbin, pada studi ini lebih cocok menggunakan tipe Bulb, Tulbular, dan
Semi spiral . perhitungan lebar saluran
menggunaan persamaan berikut contoh perhitungannya : D = 1,4 m Bulb = 3d x 2d L = (3 x 1,4) = 4,2 m T = (2 x 1,4) = 2,8 m
Semi spiral case D = 3 x d = 4,2 m
Tabel 5. Besar Kecepatan pada Setiap Jenis Saluran Inlet
Jenis Diameter Luas Kecepatan
(m) (m2) (m/dt)
Bulb 3.4 11.76 0.98
Semi 4.2 13.85 0.83
Tulbular 2.0 3.02 3.83
H. Keamanan Terhadap Vortex
Berikut perhitungan pengaruh
diameter terhadap vortex
elevasi normal :+17,65
elevasi terendah :+17
elevasi dasar forebay : +6,98
Tinggi intake : 2,8 m
ht = elv muka air – elv dasar – tinggi pipa =17,65 – 6,98 – 2,8 = 7,87 m s = c. v. (D)^0.5 = 0,7245 x 0,202 x 3,60.5 = 0,246
Jadi, ht > s = 7,87 > 0,246 aman terhadap bahaya vorticity sehingga kedalaman minimum = elv dasar pipa pesat + s + diameter pipa pesat = 6,98 + 0,246 + 2,8 = +10,02.
Tabel 6. Head Efektif
Paremeter Tinggi Tekan
hf (Bulp) hf(Semi Spiral) hf(Tulbular) Kehilangan Pada Bangunan Pengambilan Trashrack 0.00008 0.00008 0.00008
Kehilangan Pada Bak Penangkap Sedimen
Bak pengendap - rack 0.04 0.04 0.04
Rack – forbay 0.04 0.04 0.04
Kehilangan Pada Inlet
Kehilangan Awal (inlet) 0.002 0.001 0.03 Akibat Gesekan 0.00241 0.00062 0.02551
Kehilangan Sebelum Turbin
Sebelum Case (flume) 0.025 0.018 0.374
Total Kehilangan 0.109 0.100 0.509
Elevasi Muka Air Di Hilir
Debit Satu Turbin 9.63 9.63 9.63 Debit Dua Turbin 9.81 9.81 9.81
Tinggi Jatuh (Head)
Net Head (1 Turbin) 7.909 7.918 7.508
Net Head (2 Turbin) 7.734 7.743 7.334
Persentase Kehilangan 1
Turbin (%) 1.36 1.24 6.35
Persentase Kehilangan 2
Turbin (%) 1.39 1.27 6.49
I. Pembangkitan Energi
Produksi energi tahunan dihitung berdasarkan tenaga andalan. Tenaga andalan dihitung berdasarkan debit andalan yang tersedia untuk PLTMH yang berupa debit outflow dengan periode n harian, dihitung dengan data-data sebagai berikut : Debit desain : 21 m3/dt
Jumlah turbin : 2 buah turbin Debit tiap turbin : 10,5 m3/dt
Tinggi jatuh effektif : 7,909 m ( 1 turbin ) : 7,735m ( 2 turbin ) Efisiensi turbin : 0,93
Efisiensi generator : 0,96
h operasi setahun : 350 (10 hari untuk pemeliharan)
Sistem operasi : central grid Tabel 7. Pembangkitan Energi
Uraian Alternatif debit
Alternatif 1 2 3
Debit desain (m3/det) 11 21 31 Jumlah turbin 1 2 2
Tipe turbin Bulp Bulp Bulp
Debit turbin no.1 11 10.5 10.5 Debit turbin no.2 - 10.5 20.5
Net head (satu turbin) (m) 7.900 7.909 7.909
Net head (dua turbin) (m) - 7.735 7.598
Eff turbin 0.93 0.93 0.93 Eff generator 0.96 0.96 0.96
Power (kW) 1turbin 761.07 727.35 1061.65
Power (kW) 2turbin - 711.30 1031.48
Hari operasi turbin satu 343 350 350 Hari operasi turbin dua - 194 98
Energi 1 turbin (kWh) 18265.62 17456.4 25479.67 Energi 2 turbin (kWh) - 17071.25 32741.29 Total energi dalam 1 tahun
(MWh) 6262.499 9345.985 10818.87 Diameter max/turbin (m) 1.4 1.4 2
Berat turbin (kg) 1155 942 2027 J. Analisa Kelayakan Ekonomi
Aliran dana (cash flow) disusun berdasarkan tiap alternatif selama 35 tahun, dalam table analisa kelayakan ekonomi masing masing parameter dihitung dalam bentuk nilai ekuivalensinya (P/V) untuk tiap parameter. Kemudian akan dianalisa kelayakan ekonominya dalam bentuk
benefit cost ratio (BCR), net present value
(NPV), internal rate of return (IRR) dan
paid back period. Dari perameter biaya
(cost) dam manfaat (benefit) dapat didapat total present value
besaran BCR, NPV,IRR serta PBP, dan ditabelkan seperti berikut:
Tabel 8. Kelayakan Ekonomi
Alter natif I Parameter kelayakan BCR NPV IRR Paid back period 1 12% 1.67 20,930,748,462 21.57% 6.54 2 12% 1.10 6,855,266,143 13.43% 18.09 3 12% 0.80 (21,849,508,676) 9.03% > 35 K. Pemilihan Alternatif
Dari kedua parameter kelayakan maka studi ini maka dipilih alternatif 1, dikarnakan memiliki suplai energi bersih dan memiliki nilai NPV, BCR, dan IRR terbesar, maka alternatif ini diinfestasikan , alternatif 1 memiliki parameter desain sebagai berikut :
Debit desain : 11 m3/dt Jumlah turbin : 1 unit turbin
Total biaya : Rp. 31,339,918,876,-
L. Revisi desain
Pada sub-bab pemilihan alternatif dipilih disain berdasarkan jumlah debit
sebesar 11m3/det, namum dalam
perencanaan awal menggunakan debit sebesar 21m3/det maka perlu adanya perubahan perencanaan bangunan sipil yang meliputi, bak penenang, kantong
dufor, dan perletakan rumah pembangkit.
1. Bak Penenang
Menghitung panjang bak
pengendap dengan persamaan : ) ' ( hv L = ) 00965 , 0 07 , 0 ( 157 , 0 65 , 4 = 12,152 ~ 12 m
Menghitung lebar bak pengendap dengan persamaan : v h Q B . = 157 , 0 65 , 4 2 , 13 = 18 m
Menghitung lebar bak pengendap dengan persamaan : v h Q B . = 157 , 0 65 , 4 2 , 13 = 18 m 2. Kantong Dufor
direncanakan kantong dufor dengan
spesifikasi mengikuti dimensi bak
pengendap seperti berikut:
- Lebar : 18 meter
- Panjang : 12 meter
- Kadalaman : 4 meter
- Bentuk : Limas segi tiga
- Jumlah : l
- Penguras : Culvert dengan
valve
- volume total : 972 m3
4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisa dan perhitungan yang telah dilakukan dengan memperhatikan rumusan masalah, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Debit andalan 92,65% yang digunakan sebagai dasar untuk perencanaan PLTMH adalah sebesar 11 m3/detik (alternatif 1).
2. Tinggi jatuh efektif yang tejadi sebesar 7,9 m.
3. Desain bangunan seperti pada gambar 10, bangunan PLTMH dengan turbin 4. horizontal (Bulb) berjumlah satu buah
dikarenakan parameter ekonomi paling menguntungkan / layak , dengan annual energi dalam satu tahun sebesar 6262.49 MWh.
5. Kapasitas terpasang sebesar 1 x 761,07 kW
6. Parameter yang digunakan dalam perhitungan analisa kelayakan ekonomi pada studi ini adalah BCR :1,67 , NPV : 20,930,748,462.19, IRR :21,57%,
Payback Periode : tahun ke 6 bulan kedua.
Berdasarkan keterangan di atas dapat disimpulkan bahwa secara ekonomi dan
pembangkit listrik tenaga mikrohidro layak dibangun di daerah studi (Pintu air Mlirip).
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 1986 . Standar Perencanaan Irigasi (Kriteria Perencanaan 02). Bandung: CV. Galang Persada.
Dandekar, M.M. & Sharma, K.N. 1991.
Pembangkit Listrik Tenaga Air.
Jakarta: UI-PRESS.
European Small Hydropower Association – ESHA. 2004. Guide on How to
Develop a Small Hydropower Plant.
Mosonyi, Emil. 1987. Water Power
Development, Vol.1 Low Head Power Plants. Budapest : Akadèmiai Kiadó.
Patty, O. F. 1995. Tenaga Air. Jakarta: Erlangga,
Penche, Celso. 2004. Guidebook on How to
Develop a Small Hydro Site.
Belgia : ESHA (European Small Hydropower Association). Ramos, Helena. 2000. Guidelines For
Design Small Hydropower Plants. Irlandia : WREAN
(Western Regional Energy Agency & Network) and DED
(Department of Economic Development).
Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik
Edisi I. 213-214. Surabaya:
Usaha Nasional.
Soewarno. 1995. Hidrologi, Jilid 1. Bandung: NOVA.
Varshney, R. S. 1977. Hydro-Power
Structure. India: N.C Jain at the
Roorkee Press. Gambar 10. Desain PLTMH Mlirip
