Diajukan untuk memenuhi tugas akhir demi memperoleh gelasr S1 di program studi teknik elektro
DISUSUN OLEH: Hafiz Al Haidi
20120120059
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA YOGYAKARTA
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata-1 Pada Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh:
HAFIZ AL HAIDI 20120120059
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
YOGYAKARTA
(Al-Fatihah : 06)
“Si Vis Pacem Para Bellum, If you want peace, prepare for war” (Publius Flavius Vegetius Renauts’s– De re Militiari).
“ History is written by the victors” (Winston Churrcil).
“ Not everyone can become a great artist, but great artist can come from anywhere”
(Anton Ego - Ratatouille).
“ You cannot change the past but you might learn something from it.” ( Time – Alice through the looking glass)
“Berusahalah selalu berkata jujur walaupun hal tersebut sangat-lah pahit” (Anonim)
“Janganlah dirimu meremehkan sesuatu, karena hal tersebut hanya akan membawamu kepada sesuatu yang kau benci”
(Hafiz Al Haidi)
Tugas akhir ini penulis persembahkan untuk :
1. Keluargaku dimana telah menjadi tempatku pulang dan berteduh dari hiruk
pikuk-nya kemajuan zaman ini.
2. Saudara-saudaraku, walaupun beberapa dari kalian telah pergi tetapi
kenangan indah tetap masih bisa dirasakan.
3. Keluarga besarku yang selalu menyemangati dan selalu memberi
masukan-masukan yang berguna.
4. Keluarga masa depanku, walaupun aku tidak tahu akan keberadaan kalian
ketika menulis tugas akhir ini tetap kalian menjadi salah satu alasan kuat
tugas akhir ini bisa terselesaikan.
5. Kemajuan science dan ilmu pengetahuan di bumi nusantara ini, sering
dianggap remeh oleh beberapa orang, Tapi ingatlah masih banyak
Assalammu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah, Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rakhmat, hidayat dan bimbingan-nya selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini dengan judul:
“ANALISA POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO DI BENDUNG KATULAMPA KOTA BOGOR”
Tugas akhir ini merupakan bentuk kewajiban sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta untuk mendapatkan gelar sarjana teknik S1. Maka dari itu, berbagai upaya telah dilakukan penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini, akan tetapi karena keterbatasan kemampuan penulis, maka penulis meminta maaf yang sebesar-besar-nya bila masih banyak kekurangan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, baik berupa susunan atau pemiliahan kata, kalimat, maupun sistematika pembahasan-nya.
Penulis berharap tugas akhir ini dapat memberikan kontribusi dan sumbangsih yang baik, bagi penulis sendiri, pembaca pada umum-nya, serta kemajuan science dan ilmu pengetahuan khusus-nya dibidang kelistrikan.
Penulis sendiri mengucapkan banyak-banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penulisan serta penyusunan tugas akhir ini, khususnya kepada :
membimbing, mendo’akan dan selalu memberikan kasih sayang yang tiada
ternilai harganya.
4. Bapak Rahmat Adiprasetya, S.T., M.Eng dan Ir. Slamet Suripto, M.Eng. selaku Dosen Pembimbing yang telah berkenan meluangkan waktu dan pikiran dalam membantu penyelesaian tugas akhir ini.
5. Selaku dosen penguji
6. Segenap Dosen pengajar, terimakasih atas segala bimbingan serta bantuan yang diberikan selama saya belajar di Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
7. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
8. Staf Laboratorium Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
9. Kepala Balai PSDA Wilayah Sungai Ciliwung-Cisadane yang telah bekenan memberikan bantuan berupa data debit air Bendung Katulampa.
10.Bapak Andi, selaku ketua pelaksana posko pengamatan Bendung Katulampa Kota Bogor yang telah memberikan waktu dan bantuan-nya.
menuntut ilmu di Kota Yogyakarta
14.Seluruh rekan-rekan Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang telah memberi masukan ide-ide berharga. 15.Semua pihak yang tidak bisa disebutkan disini yang telah membantu dan
mendukung terselesaikan-nya tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat banyak kesalahan, dimana mengingat kemampuan dan pengalaman dalam pelaksanaan penyusunan tugas akhir ini yang sangat terbatas. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan masukan yang bersifat membangun untuk perbaikan dan pengembangan penelitian selanjut-nya. Tidak ada yang dapat penulis berikan selain ucapan terima kasih atas seluruh bantuan yang telah diberikan.
Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kemajuan science dan ilmu teknologi serta memberi tambahan ilmu juga bagi para pembaca-nya. Semoga Allah SWT selalu meridhoi kita semua.
Wassalammu’alaikum Wr. Wb.
Yogyakarta, 26 November 2016 Yang menyatakan,
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN... iii
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI ... iv
MOTTO... v
INTISARI ... vi
PERSEMBAHAN ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Batasan Masalah ... 4
1.4 Tujuan Penelitian ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 6
1.6 Metode Penelitian ... 7
1.7 Sistematika Penulisan ... 8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI... 9
1 Tinjauan Pustaka ... 9
2.1.3 Tinggi Muka Air ... 14
2.1.4 Debit Aliran ... 15
2.1.5 Bendung atau Bendungan... 16
2.2 Pusat Pembangkit Listrik Bertenaga Air ... 17
2.2.1 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Bertenaga Air ... 18
2.2.2 Jenis-jenis Pusat Pembangkit Listrik Bertanaga Air... 21
2.3 Tinggi Jatuh Efektif ... 23
2.4 Pipa Pesat... 25
2.5 Turbin Air ... 27
2.5.1 Prinsip Kerja Turbin Air ... 27
2.5.2 Jenis-jenis Turbin Air... 28
2.5.3 Pemilihan Turbin Air ... 33
2.5.4 Nilai Efisiensi Turbin Air ... 35
2.6 Sistem Jaringan Distribusi ... 36
2.6.1 Tegangan Pengenal ... 37
2.6.2 Konfigurasi Jaringan Distribusi Primer ... 38
2.7 HOMER Energy... 41
2.7.1 Tutorial HOMER ... 41
2.7.2 Konfigurasi HOMER ... 46
3.3 Waktu dan Lokasi Penelitian ... 49
3.4 Langkah-langkah Penyusunan Karya Tulis... 50
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ... 57
4.1 Data Bendung Katulampa ... 57
4.1.1 Data Teknis Bendung Katulampa ... 58
4.1.2 Data Debit Air Bendung Katulampa ... 59
4.2 Tinggi Terjun (head) ... 61
4.3 Pemilihan Turbin Air ... 61
4.4 Penentuan Nilai Efisiensi Sistem Mikrohidro ... 63
4.5 Perhitungan Potensi Daya Mikrohidro ... 65
4.6 Perkiraan Beban Listrik ... 66
4.7 Perancangan Sistem Pada HOMER ... 72
4.7.1 Sumber Debit Air ... 73
4.7.2 Simulasi Beban Listrik ... 74
4.7.3 Perancangan Sistem Mikrohidro ... 76
4.7.4 Koneksi Grid ... 82
4.8 Optimasi Sistem Pada HOMER ... 85
4.8.1 Hasil Konfigurasi Sistem ... 86
4.8.2 Analisa Kelistrikan ... 88
5.1 Kesimpulan ... 105
5.2 Saran ... 106 DAFTAR PUSTAKA
Gambar 2.3 Turbin Pelton ... 29
Gambar 2.4 Turbin Crossflow ... 30
Gambar 2.5 Turbin Kaplan ... 31
Gambar 2.6 Turbin Francis ... 32
Gambar 2.7 Grafik pemilihan jenis turbin ... 33
Gambar 2.8 Grafik nilai efisiensi turbin... 36
Gambar 2.9 Jaringan distribusi pola radial ... 39
Gambar 2.10 Jaringan distribusi pola loop ... 39
Gambar 2.11 Jaringan distribusi pola grid ... 40
Gambar 2.12 Tampilan utama HOMER ... 42
Gambar 2.13 Pemilihan tipe beban dan komponen pembangkit ... 43
Gambar 2.14 Proses input data beban ... 43
Gambar 2.15 Proses memasukkan data hydro power ... 44
Gambar 2.16 Proses memasukkan data hydro resource... 45
Gambar 2.17 Proses perhitungan optimasi ... 46
Gambar 2.18 Bagian utama arsitektur HOMER ... 46
Gambar 3.1 Lokasi Bendung Katulampa ... 49
Gambar 3.2 Foto Bendung Katulampa ... 49
Gambar 3.3 Flowchart metodologi penelitian ... 50
(atas) dan halaman kedua (bawah) ... 68
Gambar 4.5 Grafik harian pemakaian listrik 110 rumah ... 72
Gambar 4.6 Tampilan masukan nilai debit air pada software HOMER ... 73
Gambar 4.7 Tampilan masukan beban listrik pada software HOMER ... 75
Gambar 4.8 Profil beban listrik per jam setiap bulan dalam satu tahun ... 76
Gambar 4.9 Tampilan masukan sistem hydro ... 78
Gambar 4.10 Skema Layman’s ... 79
Gambar 4.11 Tampilan masukan koneksi grid ... 83
Gambar 4.12 Rancangan sistem PLTMH pada software HOMER ... 86
Gambar 4.13 Hasil perhitungan konfigurasi sistem PLTMH pada software HOMER ... 86
Gambar 4.14 Grafik produksi listrik selama satu tahun ... 88
Gambar 4.15 Grafik pemasukan selama sistem konfigurasi ... 98
Tabel 2.2 Tabel pemilihan jenis turbin ... 34 Tabel 4.1 Data debit air Bendung Katulampa Bogor ... 60 Tabel 4.2 Tabel pemilihan jenis turbin ... 63 Tabel 4.3 Contoh salah satu tabel dari salah satu rumah warga yang dijadikan
sampel beban listrik ... 69 Tabel 4.4 Rata-rata besar nilai daya listrik dari 11 sampel disetiap waktu
-nya ... 70 Tabel 4.5 Besar nilai rata-rata penggunaan listrik rumah RT 03/RW 09
Kelurahan Katulampa ... 71 Tabel 4.6 Perhitungan besar nilai pada variabel ekonomi ... 80 Tabel 4.7 Hasil konfigurasi terbaik menggunakan software HOMER ... 87 Tabel 4.8 Hasil electrical sistem pembangkit menggunakan software
HOMER ... 88 Tabel 4.9 Transaksi energi listrik pada koneksi grid ... 91 Tabel 4.10 Pemasukan biaya pada sistem PLTMH ... 94 Tabel 4.11 Pemasukan sistem PLTMH optimal dan sistem koneksi grid
PLN ... 96 Tabel 4.12 Transaksi energi listrik pada koneksi grid pada sistem PLTMH
Tabel 4.15 Perbandingan kedua sistem pada nilai surplus yang didapatkan ... 103 Tabel 4.16 Perbandingan kedua sistem pada nilai total keuntungan
yang didapatkan ... 104 Tabel 4.17 Perbandingan kedua sistem pada besar polutant emisi yang
ANALISA POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO DI BENDUNG KATULAMPA KOTA BOGOR
Disilsun Oleh: HAFIZ AL HAIDI
20120120059
Telah diperiksa dan disetujui :
Ir.
Dosen Pembimbing 1
Ra inat Adiprasetya, ST., M.Eng.
Nama : HAFIZ AL HAIDI
NIM
: 20120120059Jurusan : Teknik Elektro
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa naskah tugas akhir yang
berjudul "ANALISA POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA
MIKROHIDRO DI BENDUNG KATULAMPA KOTA BOGOR" ini
merupakan hasil karya tulis saya sendiri dan tidak terdapat karya yang pemah
diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Perguruan Tinggi dan sepanjang
pengetahuan sayajuga tidak terdapat karya atau pendapat yang pemah ditulis atau
dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya
dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 26 November 2016
ｙｍｾｾ＠
MIKROHIDRO DI BENDUNG KATULAMPA KOTA BOGOR
Disusun Oleh: HAFIZ AL HAIDI
20120120059
Telah Dipertahankan Di Depan Tim Penguji Pada Tanggal 26 November 2016
Susunan Tim Penguji:
Dosen Pembimbing 1
Rahmat Adiprasetya, ST., M.Eng.
NIP. 19611118199209123010 NIP. 1975111120OS011002
Penguji
ｾｾ＠
Anna Nur Nazilah Chamim, S.T., M.Eng.
ｾＮＱＹＷＶＰＸＰＶＲＰＰＵＰＱＲＰＰＱ＠
Tugas akhir ini Telah dinyatakan sah sebagai salah satu persyaratan untuk
memperoleh ge1ar SaIjana Teknik
PL TMH, merupakan suatu teknologi yang memanfaatkan energi yang terdapat
pada arus air menjadi energi listrik. PL TMH sendiri bekerja menggunakan turbin
air, dimana turbin tersebut akan merubah energi potensial yang terdapat pada arus
air menjadi energi mekanik yang selanjut-nya energi mekanik tersebut diteruskan
kepada generator untuk dirubah menj adi energi listrik.
Dalam penulisan tugas akhir ini memiliki tujuan utama, yang mana tujuan
utama tersebut adalah mengetahui seberapa besar potensi Bendung Katulampa
yang berada di daerah Kota Bogor bila dimanfaatkan sebagai sebuah Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro (PL TMH). Bendung Katulampa sendiri adalah salah
satu bangunan peninggalan pemerintah Belanda karena pembangunan-nya telah
dimulai sejak tahun 1899 dimana fungsi utarna dari bendung ini adalah sebagai
penyalur irigasi sawah dan kolam serta pengolaan air di kota-kota sekitar Kota
Bogor dan tak lupa Bendung Katulampa memiliki fungsi tambahan yaitu sebagai
pengendali atau peringatan dini akan terjadin-nya banjir di daerah hilir seperti
Jakarta.
Untuk mengetahui seberapa besar potensi Bendung Katulampa bila
dimanfaatkan sebagai PL TMH, selain menggunakan metode perhitungan manual
juga digunakan metode perhitungan dengan alat bantu berupa software HOMER.
Software HOMER sendiri rnerupakan sebuah perangkat lunak yang biasa
digunakan untuk pemodelan suatu sistem tenaga listrik dimana sistem tersebut
Lalu diketahui juga sistem PL TMH dapat melayani beban listrik sebanyak 110
rumah pada RT 03 / RW 09 Kelurahan Katulampa yang terletak di sekitar
Bendung Katulampa dengan nilai beban tertinggi selama satu tahun sebesar 85.8
kW dan pemakaian energi sebesar 790 kWhihari .
Kemudian dari segi ekonomi, sistem PL TMH ini menggunakan biaya
investasi untuk pembangunan awal sistem sebesar US$ 950,642 dengan
keuntungan bersih setiap tahun-nya sebesar US$ 185,457 . Dari besar keuntungan
bersih tersebut diketahui lama dan kembali-nya modal yaitu sekitar 5.125 tahun
dan keutungan yang diperoleh sistem pembangkit selama masa hidup sistem (25
tahun) yaitu sebesar US$ 2,687,602.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu kebutuhan yang paling penting dalam kehidupan masyarakat
pada zaman sekarang dan tidak dapat dipisahkan adalah kebutuhan akan energi
listrik. Banyak masyarakat yang sangat bergantung akan keberadaan energi listrik.
Hal ini dikarenakan berbagai macam aktifitas yang dilakukan sangat berhubungan
erat dengan penggunaan energi listrik. Seperti pengguaan untuk rumah tangga,
komersial, instansi-instansi pemerintah, industri baik dari skala kecil maupun
besar dan pengguanaan untuk aktifitas-aktifitas lainnya. Karena hal-hal itulah
mengapa dibutuhkan suatu pembangkit listrik yang bertugas untuk memenuhi
kebutuhan energi listrik yang diperlukan oleh masyarakat.
Energi listrik yang dihasilkan/dibangkitkan oleh pembangkit listrik berasal
dari sebuah proses yang panjang dan rumit, dimana sumber energi yang berasal
dari alam dirubah menjadi energi mekanik yang nantinya dirubah lagi menjadi
energi listrik di dalam prosesnya. Sumber energi alam yang digunakan sendiri
digolongkan menjadi dua jenis yaitu sumber energi yang tidak dapat diperbaharui
(seperti batu bara, minyak bumi, gas alam, nuklir) dan sumber energi yang dapat
dipebaharui (seperti radiasi matahari, angin, biomassa, air, panas bumi dan masih
banyak lagi).
Sampai saat ini sumber energi yang masih banyak digunakan oleh
Menurut Kepala Pusat Riset dan Pengembangan Kementerian Energi dan Sumber
Daya Mineral Sutijastoto dalam Republika.co.id, Yogyakarta, cadangan energi
fosil berupa minyak dan gas bumi Indonesia yang mensuplai PLN diperkirakan
semakin berkurang dan habis pada 2025. Dengan demikian bila hal ini tidak
segera di tangani maka bisa terjadi krisis energi listrik di kemudian hari.
Maka dari itu pemerintah membuat sebuah program yaitu Program
Pembangunan Jangka Panjang (PJP) dan Pembangunan Jangka Menengah (PJM)
pada tahun 2004-2009 yang nantinya memprioritaskan pengembangan dan
pemanfaatan potensi energi setempat atau lokal terutama energi terbarukan untuk
meningkatkan pasokan dan jaminan ketersediaan listrik.
Pemanfaatan akan sumber energi terbarukan diharapkan bisa memiliki
peran aktif atau penting dikemudian hari untuk menggantikan sumber energi yang
tidak dapat diperbaharui. Karena sumber energi ini memiliki cadangan yang tidak
dapat habis atau selalu melakukan pembaharuan dan bersifat ramah lingkungan
ketimbang sumber energi yang tidak dapat diperbaharui.
Potensi sumber energi terbarukan yang ada di Indonesia ini sangatlah
banyak contoh, sebuah sungai yang mengalir di suatu daerah, seperti pada
Kecamatan Bogor Timur Kota Bogor di Provinsi Jawa Barat terdapat sebuah
sungai yang bernama Ciliwung. Sungai ini mengalir membelah kota Bogor dan
bermuara di Provinsi DKI Jakarta. Ketika memasuki musim penghujan sungai ini
menjadi salah satu penyumbang banjir di Provinsi DKI jakarta tersebut
Pada daerah hulu sungai Ciliwung sendiri telah dibangun sebuah bendung
yang bernama Bendung Katulampa yang terletak di Kelurahan Katulampa
kecamatan Bogor Timur Kota Bogor di Provinsi Jawa Barat. Bendung tersebut
telah beroprasi dari tahun 1911 dan pembangunan sendiri telah dimulai sejak
tahun 1899 dimana fungsi utama dari bendung ini adalah sebagai penyalur irigasi
sawah dan kolam serta untuk pengelolaan air di kota-kota sekitar Kota Bogor.
Akan tetapi semenjak banjir besar yang dialami Kota Jakarta pada tahun 1872
bendung ini juga berfungsi sebagai pengendali atau peringatan dini kemungkinan
terjadi banjir di daerah hilir seperti Jakarta. Bendung Katulampa sendiri berada di
ketinggian ±367 mdpl dengan panjang bendung sekitar 105,9 m, lebar pintu air ±4
m dan tinggi ±9,5 m, rekor debit air yang pernah dilalui Bendung Katulmpa
sendiri sebesar kurang lebih 630.000 liter/detik pada tahun 1996, 2002, 2007, dan
2010 (id.wikipedia.org/wiki/Bendung_Katulampa). Melihat potensi tersebut
penulis bertujuan untuk mengadakan pemanfaatan akan debit air yang dimiliki
bendung Katulampa yang tidak hanya berguna sebagai irigasi, cadangan air, dan
penanda akan banjir tetapi juga ingin mengetahui lebih lanjut tentang potensi dari
bendung yang lain yaitu untuk Pembangkit Listrik Tenaga MikroHidro.
Dengan ada-nya Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) ini
diharapkan bisa membantu ketersedian akan kebutuhan energi listrik dan bisa
menjadi salah satu pilihan pembangkit yang menggunakkan sumber energi alam
yang dapat diperbaharui mengingat masih banyak pembangkit yang
menggunakkan sumber energi alam yang tidak dapat diperbaharui dan juga
menjadi salah satu pemanfaatan bendung selain menjadi penyalur irigasi,
pengelola air, dan pengendali atau peringatan dini akan bahaya banjir di daerah
hilir sungai Ciliwung.
1.2 Rumusan Masalah
Mengacu dari latar belakang tersebut, maka diperlukan peneltian akan
potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) pada bendung
Katulampa yaitu:
1. Seberapa besar potensi tenaga listrik yang dihasilkan dari debit air yang
terdapat pada bendung Katulampa untuk PLTMH?
2. Jenis turbin apakah yang dapat digunakan perancangan PLTMH pada
Bendung Katulampa?
3. Seberapa banyak rumah di sekitar Bendung Katulampa yang kebutuhan
listrik-nya bisa terpenuhi oleh PLTMH?
4. Berapa jumlah nilai modal yang harus dikeluarkan pada perancanaan
pembangkit listrik tersebut?
5. Berapa lama nilai modal tersebut akan kembali?
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian yang dilakukan agar lebih terarah, maka penulis
membatasi masalah yang akan dibahas dalam pembahasan sebagai berikut :
1. Perhitungan jumlah daya yang dihasilkan oleh PLTMH dengan
menggunakkan tinggi dan debit air dari Bendung Katulampa, baik secara
2. Penentuan jenis turbin yang akan digunakan pada PLTMH dengan
menggunakkan grafik atau tabel penentuan jenis turbin yang penentuan
tersebut dipengaruhi nilai tinggi dan debit air Bendung Katulampa serta
hasil dari perhitungan jumlah daya yang dihasilkan PLTMH.
3. Perhitungan jumlah pemakaian energi listrik yang ada di setiap rumah di
sekitar Bendung Katulampa menggunakkan metode sampling.
4. Perkiraan biaya investasi terhitung mulai dari instalasi lalu operasi sistem
selama masa operasinya (life time costs) baik dengan cara manual atau
menggunakkan software HOMER Energy.
5. Perkiraan lama balik modal dari biaya yang dikeluarkan untuk investasi
terhadap Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) tersebut.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui jumlah daya yang dihasilkan dari PLTMH.
2. Mengetahui pemilihan turbin yang dapat digunakan pada PLTMH.
3. Mengetahui pola beban listrik di setiap rumah yang ada di sekitar Bendung
Katulampa.
4. Mengetahui berapa banyak jumlah rumah masyarakat di sekitar Bendung
Katulampa yang dapat dilayani oleh PLTMH.
5. Mengetahui dari segi ekonomi dari mulai besar investasi sampai kembali
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. Bagi Penulis
Penulisan tugas akhir dalam penelitian ini nantinya diharapkan bisa
memberikan wawasan yang lebih bagi penulis akan keberadaan dan
pemanfaatan potensi sumber-sumber energi yang dapat diperbaharui serta
ramah lingkungan seperti pada aliran sungai yang berada pada bendung
Katulampa.
2. Bagi Universitas
Penulisan tugas akhir ini bisa dijadikan menjadi refrensi akademis serta
keinsyinyuran untuk pengembangan jurusan Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Yogyakarta selanjutnya.
3. Bagi Masyarakat
Bisa menjadi masukan atau potensi lain khususnya pemerintah setempat
atau dari pihak invenstor tentang potensi yang ada pada debit aliran
bendung sebagai pembangkit listrik alternatif yang tentunya ramah
lingkungan selain sebagai fungsi utamanya yaitu irigasi, pengelola air dan
1.6 Metode Penelitian
1. Metode Kepustakaan
Metode pengumpulan data yang dilakukan dengan cara mengumpulkan
data baik berupa tulisan atau bacaan dari sumber-sumber pustaka atau
buku-buku yang ada dimana menjadi refrensi yang nanti berhubungan erat
dengan hasil analisis dari penelitian tugas akhir tersebut.
2. Metode Bimbingan
Metode ini dilakukan untuk mendapatkan pengarahan dan petunjuk
pembuatan Skripsi dari Dosen Pembimbing ataupun dari pihak lain,
sehingga pembuatan skripsi dapat berjalan lancar.
3. Metode Survei
Metode secara peninjauan langsung ke lokasi atau tempat yang memiliki
objek yang diteliti serta diskusi dengan pihak-pihak terkait guna
memenuhi keperluan data yang dibutuhkan untuk penulisan penelitian
tugas akhir tersebut.
4. Penyusunan Tugas khir
Setelah didapatkan data-data yang diperlukan, maka data tersebut akan
dimasukkan dalam pengujian lalu menghasilkan sebuah analisa yang
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada tugas akhir ini terdiri dari lima bab yang
masing-masing bab menguraikan hal-hal sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Membahas mengenai latar belakang, tujuan penulisan,
pembatasan masalah, metode penulisan, dan sistematika
penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Membahas mengenai teori-teori yang mendukung dari
masing-masing bagian dan juga menjadi panduan atau dasar dari
pembuatan skripsi ini.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Berisi metodologi penelitian yang akan dilakukan yang meliputi
studi literatur, survey lapangan dan pengambilan data,
perancangan model sistem pembangkit, simulasi sistem dan
analisis terhadap data yang di peroleh.
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Berisi analisi serta pembahsan terhadap masalah yang diajukan
dalam skripsi.
BAB V PENUTUP
Bab ini berisi mengenai kesimpulan dan saran penyusun.
DAFTAR PUSTAKA
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
1. TINJAUAN PUSTAKA
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah salah satu pembangkit yang menggunakkan sumber energi terbarukan berupa aliran sungai yang dibendung menjadi sebuah bendung atau bendungan dan waduk. PLTMH sendiri memanfaatkan energi dari debit dan tinggi terjun aliran sungai yang sudah dibendung yang nanti energi tersebut akan diubah menjadi energi mekanik dengan menggunnakan turbin air. Setelah itu energi mekanik pada turbin akan digunnakan untuk menggerakkan generator yang menghasilkan daya listrik.
Sebelum itu telah banyak yang melakukan penelitian mengenai potensi aliran sungai yang dibendung untuk dijadikan sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Seperti pada penelitan yang dilakukan oleh Yogi Suryo Setyo Putro yang berjudul “Studi perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) di Sungai Atei Desa Tumbang Atei Kecamatan Sanamang Mantikai Kabupaten Katingan Provinsi Kalimantan Tengah”. Dimana hasil penelitian tersebut didapatkan hasil berupa debit air sebesar 1,393 m3/dt, tinggi jatuh efektif sebesar 7,03 meter, jenis turbin yang digunakan yaitu turbin crossflow dan nilai daya listrik yanng dihasilkan sebesar 79,03 kW dengan total energi per-tahunnya sebesar 577.054,99 kWh .
Selain itu juga ada penelitian dari Redi Guntara UMY (2016) yang berjudul “Analisa potensi Waduk Malahayu sebagai Pembangkit Listrik Tenaga
waduk dari tahun 2010 sampai 2014 sebesar 4,23 m3/d, tinggi efektif sebesar 20,75 m, jenis turbin yang digunakan yaitu jenis turbin francis, turbin crossflow, turbin kaplan dan daya listrik yang dihasilkan yaitu sebesar kurang lebih 688 kW dimana memiliki keuntungan pertahunnya sebesar US$ 338,032 dengan nilai payback period (kembali modal) yaitu 4,12 tahun.
Hasil dari kedua penelitian tersebut terhadap potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) disuatu daerah menjadi dasar penulis melakukan penelitian mengenai potensi PLTMH pada Bendung Katulampa yang terletak di Kelurahan Katulampa Kecamatan Bogor Timur Kota Bogor Provinsi Jawa Barat.
2. DASAR TEORI
2.1 Kajian Hidrologi
Hidrologi adalah ilmu yang berfokus tentang air yang ada di dalam bumi baik mengenai perputaran, penyebaran, pergerakan, eksploitasi, pengembang-an, manajemen, dan segala hal yang berkaitan dengan air. Banyak pendapat para ahli mengenai ilmu hidrologi ini, akan tetapi inti dari semua pendapat yang dikemukakan oleh para ahli tersebut memiliki inti yang sama. Hidrologi juga termasuk dalam salah satu cabang ilmu geografi fisik yang mulai dikembangkan oleh para filsuf yang berasal dari berbagai bangsa antara lain Yunani, Romawi, Cina, dan Mesir. Novangga (dalam Soewarno, 1991.)
2.1.1 Siklus Hidrologi
air dari bumi ke atmosfer dan kembali lagi ke bumi yang berlangsung secara terus menerus.(ebiologi.com/2016/03/siklus-hidrologi-pengertian-proses)
[image:31.595.153.524.195.433.2](Sumber : ebiologi.com/2016/03/siklus-hidrologi-pengertian-proses) Gambar 2.1 Siklus hidrologi
Siklus hidrologi ini memegang peranan penting bagi kelangsungan hidup organisme di bumi, karena melalui siklus ini ketersedian akan air bisa tejaga dan keseimbangan akan ekosistem di bumi bisa dicapai.
Adapun pada praktiknya, dalam siklus hidrologi ini air melalui beberapa tahapan, tahapan proses terjadinya siklus hidrologi tersebut antara lain (Redi Guntara,2016):
1. Evaporasi / Transpirasi
Pada keadaan jenuh uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju, es.
2. Infiltrasi / Perkolasi ke dalam tanah
Air bergerak ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju muka air tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau air dapat bergerak secara vertikal atau horizontal dibawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan.
3. Air Permukaan
Air bergerak di atas permukaan tanah dekat dengan aliran utama dan danau; makin landai lahan dan makin sedikit pori-pori tanah, maka aliran permukaan semakin besar. Aliran permukaan tanah dapat bisa dilihat pada daerah urban. Sungai-sungai bergabung satu sama lain dan membentuk sungai utama yang membawa seluruh air permukaan di sekitar daerah aliran sungai menuju laut.
Air permukaan, baik yang mengalir maupun yang tergenang (danau, waduk, rawa) dan sebagian air bawah permukaan akan terkumpul dan mengalir membentuk sungai dan berakhir ke laut. Proses perjalanan air di daratan itu terjadi dalam komponen-komponen siklus hidrologi yang membentuk sistem Daerah Aliran Sungai (DAS).
(ipin102.blogspot.co.id/2014/10/siklus-hidrologi). Hal tersebut juga didukung dengan pendapat Fetter C.W. “Applied Hidrology”.(2001)
yaitu seorang ilmuwan hidrologi yang meneliti sumber daya air dibumi yang menyimpulkan bahwa jumlah sumber daya air adalah tetap,namun distribusi dan fasa yang dimiliki berbeda.
2.1.2 Daerah Aliran Sungai (DAS)
Daerah Aliran Sungai (DAS) menurut Manan (1979) adalah kawasan yang dibatasi oleh pemisah topografis yang menampung, menyimpan, dan mengalirkan air hujan yang jatuh di atas-nya ke sungai yang akan bermuara ke danau atau laut. Sedangkan dikutip dari id.Wikipedia.org mengenai DAS, ialah suatu kawasan yang dibatasi oleh titik-titik tinggi di mana air yang berasal dari air hujan yang jatuh, terkumpul dalam kawasan tersebut. Guna dari DAS adalah menerima, menyimpan, dan mengalirkan air hujan yang jatuh di atas-nya melalui sungai. Dari kedua pendapat tersebut dapat disimpulkan bahwa Daerah Aliran Sungai (DAS) adalah suatu tempat atau kawasan yang berguna sebagai penampung, penyimpan, dan pengalir air yang berasal dari hujan yang akan bermuara ke suatu tempat seperti danau atau laut.
(DAS). Setiap DAS besar merupakan gabungan dari DAS sedang (sub DAS) dan DAS sedang sendiri adalah gabungan dari sub DAS yang berukuran lebih kecil. Novangga (dalam Soewarno 2013:13).
2.1.3 Tinggi Muka Air
Tinggi muka air (stage height, gauge height) sungai adalah elevasi permukaan air (water level) pada suatu penampang melintang sungai terhadap suatu titik tetap yang nilai elevasi telah diketahui. Menurut Yandi,dkk.(1996) “Tinggi permukaan air sungai (river stage) adalah elevasi muka air pada suatu stasiun di atas datum nol. Kadang-kadang datum diambil sama dengan elevasi air laut rata-rata, tetapi lebih sering diambil sedikit di bawah titik nol aliran sungai.”. Tinggi muka air biasa
dinyatakan dalam satuan meter (m) atau centimeter (cm). Fluktuasi permukaan air sungai menunjukkan ada suatu perubahan kecepatan aliran dan debit. Pengukuran tinggi muka air merupakan langkah awal dalam pengumpulan data aliran sungai sebagai data dasar hidrologi.
Selain menggunakkan metode alat ukur biasa, banyak cara yang bisa dilakukan untuk mengukur tinggi muka air antara lain mengunakkan alat ukur otomatis (Recording Gages), alat ukur permukaan air puncak, berbagai alat ukur permukaan lain seperti manometer air atau air raksa. (Yandi,dkk.1996:90-94)
2.1.4 Debit Aliran
Debit aliran adalah laju aliran air (dalam bentuk volume air) yang melewati suatu penampang melintang sungai per-satuan waktu. Sistem satuan SI besaran debit dinyatakan dalam satuan meter kubik per-detik (m3/det). Dalam laporan-laporan teknis debit biasa ditunjukkan dalam bentuk hidrograf aliran. Novangga (dalam Chay Asdak,2007:190). Bagi seorang hidrologis, yang mengalir pada suatu penampang basah persatuan waktu (m3/det) atau sering disebut dengan debit. Novangga (dalam Soewarno,1991:7).
Pengukuran suatu debit aliran seperti debit aliran sungai harus diukur dengan teliti dan dalam jangka waktu yang panjang. Untuk melakukan pengukuran tersebut ada beberapa cara antara lain:
Kecepatan rata-rata dari aliran sungai pada suatu bagian dari
Debit aliran seperti sungai diperoleh dari pengamatan tinggi
permukaan air, dengan mempergunakan lengkung debit tinggi air di gardu pengukur.
Pada umum-nya cara kedua dipergunakan di gardu-gardu pengamatan. Cara lain adalah yang disebut metode sekat (weir) yang hanya dipakai pada, sungai sungai yang kecil. Pengukuran cara pertama dan kedua dilakukan ditempat dimana aliran sungai seragam dan tidak menyebabkan kerusakan pada stasiun pengamat tersebut.
2.1.5 Bendung atau Bendungan
Bendung atau bendungan dalam ilmu hidrologi berfungsi untuk menaikkan tinggi permukaan air dan bertujuan untuk menambah jumlah debit air. Bendung atau bendungan memiliki ciri khas berupa bangunan yang terbuat dari pasangan batu kali, beronjong atau beton yang teletak melintang pada sebuah sungai. Bangunan ini dapat digunnakan pula untuk kepentingan lain selain irigasi seperti untuk keperluan air minum, pembangkit listrik atau untuk pengendalian banjir. Menurut macam-nya bendungan sendiri dibagi menjadi dua, yaitu (Novangga (dalam Vicky Richard M, dkk.2013:533):
Bendungan Tetap, adalah sebuah bangunan yang sebagian besar
konstruksi terdiri dari pintu air yang dapat digerakkan untuk mengatur ketinggian muka air sungai itu sendiri.
Bendungan sementara atau sering disebut bendung, adalah bangunan
pada ketinggian tertentu agar air dapat dialirkan ke saluran irigasi dan petak tersier.
2.2 Pusat Pembangkit Listrik Bertenaga Air
Tenaga air atau dalam bahasa Inggris: 'hydropower' adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Air sendiri merupakan sumber energi yang murah dan relatif mudah didapat. Pada air terdapat energi potensial yang didapat ketika air jatuh dan energi kinetik yang didapat ketika air mengalir. Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan digunnakan dalam wujud energi mekanis maupun energi listrik.
Pemanfaatan energi yang dimiliki air salah satu-nya adalah pemanfaatan dalam menghasilkan energi listrik dimana hal tersebut sangat besar, tercatat sekitar 19% didunia produksi energi listrik yang menggunakkan air. Seperti negara-negara di Afrika dan Amerika bagian selatan, dimana sebanyak 90% kebutuhan listrik dipasok oleh pembangkit bertenaga air lalu di negara Amerika Serikat 9% dari total pembangkit yang ada adalah pembangkit bertenaga air. (Masters, Gilbert M. 2004:194)
yang di bawah 100kW biasa disebut pembangkit skala kecil atau mikrohidro power plan.(Masters, Gilbert M. 2004:194)
2.2.1 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Bertenaga Air
Prinsip kerja dari pembangkit bertenaga air sendri secara sederhana adalah memanfaatkan beda ketinggian dan jumlah debit air per-detik yang ada untuk memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik yang akan digunnakan untuk menggerakkan generator dan menghasilkan energi listrik. Setelah mengetahui prinsip kerja pembangkit tenaga air secara sederhana, berikut cara kerja pembangkit bertenaga air yang lebih terperinci:
1. Air dari sungai/waduk masuk kedalam saluran penghantar yang berfungsi mengalirkan air dari intake dan mengatur aliran air yang masuk, dimana dilengkapi dengan saluran pelimpah untuk mengeluarkan air yang berlebih yang ujung-nya terdapat kolam pengendap untuk mengendapkan pasir dan menyaring kotoran. 2. Lalu air tersebut diteruskan ke dalam headrace yang berfungsi
untuk memperlambat aliran dari air tersebut lalu diteruskan ke dalam kolam penenang (forebay) yang berfungsi menenangkan air sebelum dilanjutkan oleh pipa penstock menuju ke tempat turbin berada.
4. Energi listrik dari generator tersebut kemudian diatur lalu ditransfer dengan alat yang dinamakan main transformer supaya sesuai dengan kapasitas dari transmission line untuk didistribusikan ke tempat beban berada atau konsumen.
[image:39.595.165.513.222.477.2](Sumber : Presentasi Tamu SMK Mahasiswa PLTA Wonogiri) Gambar 2.2 Siklus kerja pembangkit listrik bertenaga air
Daya (power) yang dihasilkan oleh pembangkit dapat dihitung berdasarkan rumus berikut:
P = HxQxg...(2.1) (Dandekar,1991) Dengan : P = tenaga yang dikeluarkan secara teoritis (kW)
Daya yang keluar dari generator dapat juga diperoleh dari perkalian efisiensi turbin generator dengan daya yang keluar secara teoritis. Sebagaimana dapat dipahami dari rumus tersebut, daya yang dihasilkan adalah hasil kali antara tinggi jatuh, debit air, dan konstanta gravitasi. Oleh karena itu berhasil-nya suatu pembangkitan tenaga air tergantung dari usaha untuk mendapatkan tinggi jatuh dan debit yang besar secara efektif dan ekonomis.
Akan tetapi tidak ada sistem yang sempurna sehingga selalu terjadi kehilangan energi sewaktu energi potensial air diubah menjadi energi listrik. Besarnya energi yang hilang ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu:
Efisiensi pipa pesat/penstock
Efisiensi turbin
Efisiensi generator Efisiensi trafo
Efisiensi transmisi
Efisiensi konstruksi sipil
Sehingga persamaan di atas menjadi:
Pnetto = QxHxgxEt (kW)...(2.2)
Waterpower Schemes didapatkan nilai acuan kasar untuk nilai-nilai efisiensi diatas sebagai berikut:
Tabel 2.1 Nilai-nilai efisiensi pada sistem mikrohidro
No Efisiensi Nilai (%)
1 Efisiensi pipa pesat /penstock 95
2 Efisiensi turbin 90
3 Efisiensi generator 80
4 Efisiensi trafo 85
5 Efisiensi transmisi 96
6 Efisiensi konstruksi sipil 90
(Sumber : Menik Windarti (Adam Harvey 1993)
2.2.2 Jenis-jenis Pusat Pembangkit Listrik Bertenaga Air
Pembangkit listrik bertenaga air sendiri digolongkan menjadi beberapa jenis yang tergantung dari beberapa faktor penentu seperti keadaan alam tempat pembangkit teresebut bekerja sampai besaran keluaran daya yang dihasilkan oleh pembangkit tersebut. Berikut jenis-jenis pusat pembangkit bertenaga air:
A. Penggolongan berdasarkan tinggi terjun
2 PLTA jenis bendungan (dam) adalah jenis pusat listrik dengan bendungan yang melintang pada sungai guna menaikkan permukaan air dibagian hulu bendungan dan membangkitkan tenaga listrik dengan memanfatkan tinggi terjun yang diperoleh antara sebelah hulu dan hilir sungai.
3 PLTA jenis bendungan dan terusan air merupakan jenis gabungan dari kedua jenis pembangkit listrik diatas. Jenis ini membangkitkan tenaga listrik dengan menggunakan tinggi terjun yang didapatkan dari bendungan dan terusan.
B. Penggolongan menurut aliran air
1 PLTA jenis aliran sungai langsung adalah jenis pembangkitan listrik dengan memanfaatkan aliran sungai langsung secara alamiah.
2 PLTA jenis dengan kolam pengatur, yaitu pembangkit dengan pengatur aliran air sungai setiap hari dengan menggunakan kolam pengatur yang dibangun melintang pada sungai.
3 PLTA jenis waduk mempunyai sebuah bendungan besar yang dibangun melintang sungai. Air dikumpulkan dalam musim hujan dan dikeluarkan pada musim kemarau.
C. Penggolongan berdasarkan nilai daya yang dihasilkan 1 PLTA berdasarkan kapasitas pembangkit:
PLTA mikro yaitu dengan daya <100 kW
PLTA kapasitas rendah; daya 100-1000 kW
PLTA kapasitas menengah; daya 1000 kW-10.000 kW
PLTA kapasitas Tinggi; daya >10.000 kW
2 Menurut M.M Dandekar dan K.N Sharma: PLTA Mikro yaitu dengan daya <5 kW PLTA kapasitas rendah; daya 5-100 kW
PLTA kapasitas menengah; daya 101-1000 kW
PLTA kapaitas tinggi; daya>1000 kW
3 Menurut SCAT (Swiss Centre of Appropriate Technology): PLTA mikro yaitu dengan daya <100 kW
PLTA kapasitas rendah; daya 101- 500kW PLTA kapaistas menengah; daya 501-1000kW
PLTA kapasitas tinggi; daya> 1000kW
2.3 Tinggi Jatuh Efektif
Untuk jenis saluran air, bila diketahui permukaan air pada bangunan pengambilan dan pada saluran bawah serta debit air, maka tinggi jatuh efektif kemudian dapat ditentukan dengan dasar pertimbangan ekonomis. Misal-nya bila kehilangan tinggi jatuh air dapat dikurangi dengan memperbesar penampang pada saluran air atau memperkecil kemiringannya, maka tinggi jatuh dapat dimanfaatkan dengan efektif.
Dalam hal ini biaya akan bertambah besar, sedang dalam hal sebaliknya, biaya lebih kecil, tetapi kehilangan tenaga menjadi lebih besar. Oleh karena itu, kemiringan saluran air, luas penampang melintangnya dan luas penampang pipa pesat harus dibandingkan dengan biaya konstruksinya. Dengan demikian tinggi jatuh efektif ditentukan berdasarkan atas biaya konstruksi yang paling ekonomis.
Lalu ada beberapa hal yang perlu diperhatikan ketika naik turunnya air sangatlah besar, yaitu sebagai berikut:
Tinggi jatuh normal
Ini adalah tinggi jatuh efektif yang dipakai sebagai dasar untuk menentukan tenaga yang dihasilkan atau efisiensi maksimal pada tinggi jatuh ini. Tinggi jatuh normal dipilih dengan cara coba-coba, sehingga tenaga yang dihasilkan setahun mencapai maksimum atas dasar lengkung operasi dari bendung atau bendungan.
Perubahan Tinggi jatuh
hal ini berlangsung, hal ini disesuaikan dengan hubungan antara penyediaan dan kebutuhan tenaga, rencana penyediaan tenaga pada musim kemarau, pemananfaatan air banjir, dan lain-lain. Jika variasi dari tinggi jatuh menjadi terlalu besar, maka karakteristik turbin akan menjadi tidak menguntungkan. Oleh karena itu harus diperhatikan hal-hal tersebut terdahulu dalam menetukan naik-turunnya permukaan air pada bendung atau bendugan.
2.4 Pipa Pesat
Pipa pesat (penstcok) adalah salah satu bagian pada pembangkit listrik bertenaga air yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bendung atau bendungan atau juga bisa dari bak penenang (forebay tank) menuju tempat pembangkit untuk digunnakan sebagai energi pemutar turbin. Penggunaan pipa pesat harus memeperhatikan beberapa aspek yaitu sebagai berikut:
Material, dimana yang sering digunnakan adalah material baja, besi
ataupun paralon (PVC) yang mampu menahan tekanan tinggi dari air. Diameter dari pipa pesat, dimana nilai tersebut ditentukan dari debit
aliran air yang akan mengalir kedalam pipa pesat agar tingkat rugi-rugi yang disebakan oleh pipa pesat terhadap energi pada debit air bisa ditekan seminimal mungkin. Untuk mencari nilai dari diameter pipa pesat tersebut bisa menggunakkan persamaan berikut ini:
D = 0,72x√Qn... (2.3) Redi Guntara(Asteriyadi,2007)
D = diameter pipa pesat (m) Qn = debit aliran(m3/s)
Untuk mencari nilai debit aliran yang mengalir kedalam pipa dapat dihitung dengan menggunakkan persamaan berikut ini :
Q= F(A.H)= C A √2g H...(2.4) . Redi Guntara(C.C. Warnick,1984) Dimana:
Q= desain debit yang mengalir ke turbin (m3/s) A= luas penampang pipa (m2)
C= koefisien aliran antara head dan luas penampang pipa g = konstanta gravitasi = 9,8 m/s2
H= head (m)
Dari beberapa persamaan di atas bisa diambil sebuah gambaran berupa hubungan antara debit dan ukuran diameter pipa yang dibutuhkan, dimana menurut (Hunggul,2015:18) adalah sebagai berikut:
Debit <10 liter/detik = Ø 3” Debit 10-15 liter/detik = Ø 4” Debit 15-20 liter/detik = Ø 5” Debit 20-30 liter/detik = Ø 6” Debit 30-60 liter/detik = Ø 8” Debit 60-100 liter/detik = Ø 10” Debit 100-150 liter/detik = Ø 12” Debit 150-250 liter/detik = Ø 14”
Lalu apabila ingin mengalirkan air sejumlah 300 liter/detik, menurut Hunggul, bisa menggunakkan dua buah pipa pesat berdiameterkan 12”
2.5 Turbin Air
Turbin air adalah salah satu komponen yang sangat penting pada sistem pembangkit listrik bertenaga air. Turbin air berfungsi mengubah energi fluida (energi potensial dan energi kinetis air) pada aliran air menjadi energi mekanis untuk memutar rotor (kincir), oleh karena itu turbin air termasuk kedalam kelompok mesin-mesin fluida.
2.5.1 Prinsip Kerja Turbin Air
Turbin air pada sistem pembangkit bertenagakan air bekerja dengan ketergantungan akan nilai debit aliran air yang ada, dimana semakin besar nilai debit aliran air maka semakin besar pula putaran pada turbin air dan semakin besar pula daya listrik yang nanti-nya akan dihasilkan, begitu pula sebalik-nya.
Debit aliran air yang digunnakan sendiri berasal dari pipa pesat guna memutar rotor (kincir) pada turbin yang selanjutnya dengan menggunakkan belt, puli (pulley) pada rotor tersebut dihubungkan dengan puli pada generator yang akan mengubah putaran yang dihasilkan menjadi energi listrik. (Hunggul,2015:19)
Adapun daya hidrolis yang dihasilkan oleh turbin air sangat tergantung oleh nilai debit air dan beda ketinggian lokasi. Dari situ bisa dibuat persamaan sebagai berikut:
P = HxQxgxηt ...(2.5) (Redi Guntara,2016)
Dimana:
H= Tinggi jatuh efektif maksimum (m) Q= Debit maksimum turbin (m3/s) g= Percepatan gravitasi = 9,8 m/s2, ηt= Nilai efesiensi dari jenis turbin
2.5.2 Jenis-jenis Turbin Air
Turbin air memiliki berbagai jenis yang dikelompokan berdasarkan cara kerja turbin air tersebut merubah energi fluida (energi potensial dan energi kinetis air) pada air menjadi energi mekanis, dimana sebagai berikut:
1 Tubin Impuls
Turbin Impuls adalah salah satu pengelompokan jenis turbin yang memiliki cara kerja merubah seluruh energi pada air menjadi energi kinetis untuk memutar turbin, sehingga menghasilkan energi mekanis. Pada kelompok turbin ini rotor (runner) akan bekerja dengan pengaruh aliran air dengan memanfaatkan perbedaan tinggi pada aliran air yang akan dirubah menjadi kecepatan. Pada kelompok tubin impuls ini tidak ada perubahan tekanan sepanjang rotor (runner) saat air masuk dan keluar dari turbin. Berikut contoh dari kelompok turbin impuls :
a. Turbin Pelton
tersebut akan memukul ember-ember (buckets) yang terdapat pada sekeliling roda putar (runner), sehingga runner dapat berputar.
[image:49.595.264.446.196.332.2](Sumber : Caesar Febria “Analisa Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Hydro Cikoneng Bogor”)
Gambar 2.3 Turbin Pelton
Turbin Pelton sendiri biasa dipakai untuk tinggi terjun (head) yang tinggi, menjadikan turbin tersebut sangat cocok dan efisiensi untuk digunnakan.
b. Turbin Crossflow
(Sumber : Caesar Febria “Analisa Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Hydro Cikoneng Bogor”)
Gambar 2.4 Turbin Crossflow
Turbin ini biasa dipakai untuk tinggi terjun (head) yang tinggi, lebih tinggi dari turbin kaplan dimana batas tinggi terjun sampai pada batas tinggi terjun mengah dari turbin Francis. 2 Turbin Reaksi
Turbin reaksi adalah jenis pengelompokan turbin selain pengelompokan turbin impuls yang memiliki cara kerja dengan merubah seluruh energi air yang tersedia menjadi energi mekanis. Pada turbin kelompok ini, perubahan energi potensial menjadi energi kinetis berlangsung pada guide dan pada rotor atau roda putar (runner), hal tersebut menyebabkan penurunan tekanan (pressure drop) ketika air melewati runner. Berikut contoh dari kelompok turbin reaksi:
a. Turbin Kaplan
reaksi memiliki aliran aksial. Turbin ini tersusun seperti propeller pada perahu. Propeller tersebut biasa mempunyai tiga hingga enam sudu.
[image:51.595.277.435.193.362.2](Sumber : https://de.wikipedia.org/wiki/Kaplan-Turbine?oldformat=true)
Gambar 2.5 Turbin Kaplan
Turbin Kaplan biasa digunnakan untuk tinggi terjun yang rendah. Kontruksi sudu bilah rotor dari turbin Kaplan sendiri dibagi menjadi dua, yaitu kontruksi sudu bilah rotor tetap dan kontruksi sudu bilah rotor yang dapat digerakkan secara otomatsi dengan bantuan sistem hidrolik. Kegunaan dari kontruksi tersebut adalah aga turbin dapat bekerja dengan daya guna (efficiency) yang tinggi ketika beroprasi.
b. Turbin Francis
bagian masuk dan air bertekanan rendah di bagian keluaran. Turbin Francis sendiri mempunyai sudu pengarah air masuk secara tangensial. Sudu pengarah ini dapat beupa sudu pengarah yang tetap maupun yang dapat diatur sama dengan sudu bilah rotor pada turbin Kaplan.
[image:52.595.265.449.249.401.2](Sumber : http://www.satuenergi.com/2015/04/jenis-jenis-turbin-air-pltapltmh.html)
Gambar 2.6 Turbin Francis
mengubah-ubah bukaannya sesuai dengan perubahan beban, melalui suatu mekanisme pengatur.
2.5.3 Pemilihan Turbin Air
Memilih suatu tubin air untuk suatu pembangkit tenaga air mengharuskan diadakan suatu peninjauan terhadap beberapa indikator yang berupa nilai di tempat atau lokasi yang ingin dijadikan tempat pembangkit tersebut. Nilai yang dimaksud adalah nilai dari tinggi terjun (head) serta nilai dari debit aliran air tempat atau lokasi tersebut. Hal ini sangat-lah penting dikarenakan setiap jenis turbin memiliki karakteristik kecepatan dan kekuatan yang akan berputar pada kombinasi beda tinggi atau tinggi terjun (head) dan debit aliran air yang meningkatkan efisiensi dari kerja turbin itu sendiri.
Dalam pemilihan turbin air dapat dilakukan dengan menggunakkan grafik antara debit aliran air dan tinggi terjun (head) sebagai berikut.
Selain menggunakkan grafik di atas pemilihan turbin bisa juga menggunakkan tabel berikut ini.
Tabel 2.2 Tabel pemilihan jenis turbin (Sumber : Hunggul,2015:19) Jenis Turbin High head (>30m) Medium head Low head (<10 m) Turbin Impuls Pelton
Turgo
Crossflow Multi Jet Pelton Turgo
Crossflow
Turbin Reaksi Francis Propeller
Kaplan
Setelah menentukan pemilihan dari jenis turbin air yang akan digunakan, maka harus juga memperhatikan beberapa hal sebagai berikut:
ini disebabkan karena kenaikan tekanannya rendah pada penutupan (shutdown) dengan mendadak. Bila air sungai berkwalitas rendah, maka turbin peltonlah yang menguntungkan karena pemeriksaan dan perawatan rotornya rendah
b. Pemilihan jenis kaplan atau jenis prancis untuk daerah tinggi terjun yang rendah. Bila tinggi terjun dan beban sering sekali berubah, maka turbin kaplan yang baik. Untuk turbin kaplan, cepat jenisnya tinggi dan harga generatornya menjadi rendah. Namun, tinggi isapnya (draft head) perlu diturunkan, hingga pipa lepasnya menjadi lebih besar dan biaya pekerjaan sipil bertambah. Turbin francis menguntungkan dilihat dari segi perawatannya karena konstruksinya sederhana. Harga mesinnya rendah dibandingkan dengan turbin kaplan.
2.5.4 Nilai Efisiensi Turbin Air
Masing-masing jenis turbin memiliki kurva efisiensi yang berbeda tergantung dari jumlah debit aliran yang ada. Sebuah turbin biasa-nya didesain untuk beroperasi di dekat titik efisiensi terbaiknya (best operating point) yaitu terletak pada laju aliran air (debit) yang memiliki nilai efisiensi sebesar 80 %.
Dalam mencari nilai efisiensi turbin air dapat dilakukan dengan menggunakkan grafik nilai efisiensi turbin berikut.
(Sumber : Marco Sinagra, 2013) Gambar 2.8 Grafik nilai efisiensi turbin
Dimana:
Q = Debit air yang digunakan (m3/s)
Qmax = Debit air maksimum di daerah tersebut (m3/s)
Kurva efisiensi turbin tersebut menunjukkan hubungan antara nilai efisiensi yang dimiliki oleh sebuah turbin dengan dengan nilai debit aliran yang digunakan berbanding dengan nilai debit aliran maksimum.
2.6 Sistem Jaringan Distribusi
Dalam menyalurkan energi listrik perlu juga diketahui beberapa faktor yang harus diperhatikan seperti beban yang ada pada suatu lokasi yang nanti akan disalurkan energi listrik, perkembangan beban dimasa yang akan datang, keandalan serta nilai ekonomi dari jaringan distribusi tersebut.
2.6.1 Tegangan Pengenal
Tegangan pengenal adalah sebuah nilai tegangan yang ada pada suatu sistem jaringan distribusi yang berguna sebagai pengenal atau pemberi tahu termasuk jenis jaringan distribusi apakah suatu jaringan yang ada pada suatu lokasi tersebut.
Jenis jaringan distribusi sendiri dibedakan menjadi dua macam menurut tegangan pengenal, yaitu (elektro-unimal.blogspot.co.id/klasifi kasi jaringan distribusi):
1 Sistem jaringan distribusi primer atau Jaringan Tegangan Menengah (JTM), yaitu berupa Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) atau Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM). Jaringan ini menghubungkan sisi sekunder trafo daya di Gardu Induk menuju ke Gardu Distribusi, besar tegangan yang disalurkan adalah 6 kV, 12 kV atau 20 kV.
2.6.2 Konfigurasi Jaringan Distribusi Primer
Konfigurasi sistem jaringan distribusi primer pada suatu sistem jaringan distribusi memiliki pengaruh yang penting dimana sistem jaringan distribusi primer dapat menentukan mutu dari pelayanan yang akan diperoleh terlebih mengenai kontinyuitas atau keberlanjutan pelayanan pendistribusian. Adapun jenis dari konfigurasi sistem jaringan distribusi primer tersebut antara lain (elektro-unimal.blogspot.co.id/kla sifikasi jaringan distribusi):
1 Jaringan Distribusi Pola Radial
(Sumber : http://elektro-unimal.blogspot.co.id/2013/06/klasifikasi-jaringan-distribusi_14.html)
Gambar 2.9 Jaringan distribusi pola radial
2 Jaringan Distribusi Pola Loop
Jaringan distribusi pola loop adalah jaringan distribusi yang dimulai dari suatu titik pada rel daya yang berkeliling di daerah beban kemudian kembali ke titik rel daya semula.
(Sumber : http://elektro-unimal.blogspot.co.id/2013/06/klasifikasi-jaringan-distribusi_14.html)
Gambar 2.10 Jaringan distribusi pola loop
baik karena memiliki sumber penyaluran yang lain bila salah satu saluran terganggu dan jenis jaringan distribusi ini lebih baik dibandingkan dengan pola radial.
3 Jaringan Distribusi Pola Grid
Pola jaringan ini mempunyai beberapa rel daya dan antara rel-rel tersebut dihubungkan oleh saluran penghubung yang disebut tie feeder. Dengan demikian setiap gardu distribusi dapat menerima atau mengirim daya dari atau ke rel lain.
(Sumber : http://elektro-unimal.blogspot.co.id/2013/06/klasifikasi-jaringan-distribusi_14.html)
Gambar 2.11 Jaringan distribusi pola grid
kerumitan yang terletak pada sistem proteksi serta nilai investasi yang terbilang cukup tinggi.
2.7 HOMER Energy
HOMER singkatan dari the hybrid optimisation model for electric renewables adalah sebuah aplikasi perangkat lunak (software) yang di kembangkan oleh NREL (National Renewable Energy Laboratory) di Amerika Serikat berhubungan dengan sistem ketenagaan menggunakkan enrgi terbarukan. Aplikasi perangkat lunak ini biasa digunnakan untuk membuat atau men-desain dan memperhitungkan dari sisi teknik maupun finansial untuk pemilihan sistem ketenagaan baik secara off-grid atau on-grid yang nantinya digunnakan untuk aplikasi dengan remote, stand-alone dan distributed generation. HOMER sendiri memberikan suatu pertimbangan akan banyak-nya pilihan teknologi yang digunnakan untuk memperhitungkan ketersediaan dari sumber energi dan faktor-faktor lain-nya. (Areef Kassam,2010)
2.7.1 Tutorial HOMER
(Sumber : Mukhlis Kurnia Aji,2015) Gambar 2.12 Tampilan utama HOMER
(Sumber : Mukhlis Kurnia Aji,2015)
Gambar 2.13 Pemilihan tipe beban dan komponen pembangkit
(Sumber : Mukhlis Kurnia Aji,2015) Gambar 2.14 Proses input data beban
Selanjutnya simulasi dari variasi beban tiap waktu dapat disimulasikan dengan memasukkan presentase pada random variability.
Data beban yang telah dimasukkann secara otomatis akan langsung dihitung oleh Homer dan menghasilkan data rata-rata pemakaian, data beban puncak dan load factor beban.
(Sumber : Mukhlis Kurnia Aji,2015) Gambar 2.15 Proses memasukkan data hydro power
Dalam proses pemasukan data hydro power, Homer melakukan penghitungan pada kehilangan daya aliran yang disebabkan oleh gesekan pada pipa pesat yang menuju turbin (Pipe Head Loss Calculator). Untuk data hydro resources yang harus kita miliki adalah data debit air dalam Liter/s tiap bulannya, selama 1 tahun.
[image:65.595.143.510.249.457.2](Sumber : Mukhlis Kurnia Aji,2015)
Gambar 2.16 Proses memasukkan data hydro resource
operasinya (life time costs) seperti biaya awal, biaya penggantian komponen-komponen, biaya O&M, biaya bahan bakar, dan lain-lain.(Mukhlis Kurnia Aji,2015)
(Sumber : Mukhlis Kurnia Aji,2015) Gambar 2.17 Proses penghitungan optimasi
2.7.2 Konfigurasi HOMER
Saat melakukan simulasi, HOMER menentukan semua konfigurasi sistem yang mungkin, kemudian ditampilkan berurutan menurut Net Presents Costs - NPC (atau disebut juga life cycle costs). Jika analisa sensitivitas diperlukan, HOMER akan mengulangi proses simulasi untuk setiap variabel sensitivitas yang ditetapkan. Mukhlis Kurnia Aji (Sheriff dan Ross 2003).
2.8 Studi Beban Kelistrikan
Studi beban kelistrikan adalah sebuah studi mengenai jumlah energi listrik yang terpakai oleh sebuah beban listrik dimana pemakaian energi listrik tersebut tergantung oleh lama waktu pemakaian dari beban listrik yang digunnakan.
Pada perencanaan sebuah pembangkit studi ini memiliki fungsi untuk mengetahui seberapa besar jumlah beban listrik yang dihasilkan serta yang akan ditopang oleh pembangkit listrik tersebut.
Pemakaian daya listrik selama satu jam dapat dihitung menggunnakan persamaan berikut:
W = P x t/1000……….(2.8) (Redi Guntara,2015) Dimana:
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat Penelitian
Untuk mendapatkan hasil analisa di dalam penelitian ini maka digunakan
Software HOMER sebagai alat bantu perhitungan otomatis terhadap sistem yang
dibuat dan menggunakkan analisa manual berupa hitungan-hitungan sesuai
dengan rumus yang ada.
3.2 Bahan Penelitian
Bahan yang menjadi objek pada penelitian ini antara lain adalah sebagai
berikut:
1. Data teknis dari bendung Katulampa yang berupa nilai tinggi terjun air
dari Bendung Katulampa dan data-data teknis lain.
2. Data Debit harian atau bulanan sungai Ciliwung yang melalui bendung
Katulampa yang digunakan sebagai potensi untuk perancangan
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH).
3. Data pola beban listrik yang diambil dari masyarakat sekitar bendung guna
untuk menganalisis beban maksimum atau beban minimum pada
3.3 Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini diperkirakan dilakukan kurang lebih dari bulan Juni 2016 s/d
Oktober 2016 dan bertempat di bendung Katulampa Kelurahan Katulampa,
Kecamatan Bogor Timur, Kota Bogor, Provinsi Jawa Barat.
(Sumber : Google Maps)
Gambar 3.1 Lokasi Bendung Katulampa
[image:69.595.153.479.223.440.2](Sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Bendung_Katulampa)
3.4 Langkah-langkah Penyusunan Karya Tulis
Gambar 3.3. Flowchart metodologi penulisan
Mulai
Studi Pendahuluan
Identifikasi dan Perumusan Masalah
Studi Pustaka
Pengumpulan Data
Pengolahan Data
Analisis Data
Penulisan Skripsi
Gambar 3.3. menjelaskan tentang langkah-langkah penulisan yang
dilakukan, untuk memberikan gambaran yang lebih jelas maka di bawah ini
diberikan penjelasan yang lebih menyeluruh dan cukup detail dari setiap
langkah-langkah penulisan karya tulis yaitu sebagai berikut :
1. Studi Pendahuluan
Studi pendahuluan adalah tahap awal dalam metodologi penulisan. Pada
tahap ini dilakukan studi lapangan dengan mengamati langsung keadaan
Bendung Katulampa yang terletak di Kelurahan Katulampa, Kecamatan
Bogor Timur, Kota Bogor, Provinsi Jawa Barat. Pengamatan langsung
dilakukan dengan tujuan mengetahui informasi-informasi awal mengenai
lingkungan dan situasi pada bendung tersebut.
2. Identifikasi dan Perumusan Masalah
Setelah diadakan studi pendahuluan, permasalahan pada area bendung
Katulampa dapat diidentifikasi. Kemudian penyebab dari permasalahan
dapat ditelusuri. Dalam menelusuri akar penyebab permasalahan dilakukan
melalui pengamatan secara langsung di lapangan, pengambilan data atau
sampel, dan wawancara kepada pihak pengelola bendung dan masyarakat
di sekitar bendung.
Dalam tugas akhir ini, permasalah yang diangkat menjadi topik adalah
aliran sungai Ciliwung yang melewati bendung Katulampa dimana penulis
melihat akan adanya potensi sebuah Pembangkit Listrik Tenaga
Penyebab dari permasalahan ini sendiri adalah belum adanya peninjauan
atau perhitungan serta penelitian tentang potensi sumber daya air yang ada
pada bendung Katulampa serta kurang-nya keilmuwan yang berhubungan
dengan PLTMH.
3. Studi Pustaka
Studi pustaka dilakukan untuk mencari informasi-informasi tentang teori,
metode, dan konsep yang relevan dengan permasalahan. Sehingga dengan
informasi-informasi tersebut dapat digunakan sebagai acuan dalam
penyelesaian permasalahan. Studi pustaka yang dilakukan dengan mencari
informasi dan referensi dalam bentuk text book, informasi dari internet
maupun sumber-sumber lain.
4. Pengumpulan Data
Pengumpulan data dilakukan dengan cara sebagai berikut:
Meminta data teknis Bendung Katulampa kepada pengelola bendung
atau instasi terkait. Data teknis yang diminta sendiri yaitu data yang
berhubungan dengan:
Data debit air per-bulan-nya
Data tinggi terjun air pada bendung
Melakukan wawancara kepada kepala desa/RT setempat untuk
meminta jumlah rumah penduduk yang terletak di sekitar Bendung
Katulampa yang dari jumlah rumah penduduk tersebut hanya akan
Melakukan wawancara ke rumah penduduk yang menjadi sampling
untuk mengetahui pola pemakain energi listrik.
5. Pengolahan Data
Setelah data terkumpul maka langkah yang akan dilakukan adalah
pengolahan data yaitu sebagai berikut:
Data debit air pada bendung setiap bulan-nya akan dirata-ratakan lalu
data rata-rata setiap bulan tersebut akan dirata-ratakan kembali menjadi
data selama satu tahun.
Data tinggi terjun bendung dan debit air rata-rata, digunakan untuk
menentukan jenis turbin yang baik digunakan pada PLTMH
menggunakkan grafik atau tabel penentu jenis turbin.
Jenis turbin yang bisa digunakan pada PLTMH dan data debit air
rata-rata dibagi data debit air maksimum akan digunakan untuk mencari
nilai efisiensi dari jenis turbin tersebut menggunakkan grafik nilai
efisiensi turbin.
Data debit air rata-rata, tinggi terjun bendung, gravitasi, nilai efisiensi
turbin dan nilai efisiensi generator akan digunakan untuk mencari
jumlah daya yang dihasilkan oleh PLTMH dengan cara mengalikan
kelima data tersebut .
Data pemakian energi listrik dari sampling akan dirata-ratakan setiap
jam-nya dan akan dikalikan dengan jumlah keseluruhan rumah yang
Pada pengolahan data tahap selanjut-nya, pengolahan dilakukan
dengan dua cara:
Pertama dilakukan secara manual, yaitu sebagai berikut:
Ketika mencari jenis turbin bisa menggunakkan grafik
atau tabel penentuan jenis turbin.
Ketika mencari nilai efisiensi turbin bisa menggunakkan
grafik nilai efisiensi turbin.
Ketika mencari besar nilai daya yang dihasilkan
PLTMH bisa menggunakkan rumus daya yang ada.
Kedua dilakukan secara otomatis atau komputer, yaitu
menggunakkan bantuan dari software HOMER Energy
dengan cara memasukkan data-data yang dibutuhkan dari
data yang sudah diolah sebelum-nya, seperti:
Data debit air yang sudah dirata-ratakan setiap bulan.
Tinggi terjun air pada bendung.
Pola pemakaian energi listrik yang ada.
Hasil perkalian antara nilai efisiensi turbin dan
generator.
kemudian data tersebut dimasukkan kedalam software bantu
dan software akan mengkalkulasikan untuk mengetahui
konfigurasi terbaik untuk Pembangkit Listrik Tenaga
6. Analisa data
Dari pengolahan data akan didapatkan suatu hasil berupa data yang
dihasilkan oleh sistem pembangkit dimana nanti akan dianalisis, menjadi
beberapa analisa, yaitu sebagai berikut:
a) Analisa kelistrikan
Analisa yang dilakukan merupakan hasil dari perhitungan data pada
software HOMER berupa:
Data produksi (production).
Konsumsi (consump
