60
BAB V STUDI POTENSI
5.1 PERHITUNGAN MANUAL
Dari data-data yang diperoleh, dapat dihitung potensi listrik yang dapat dihasilkan di sepanjang Sungai Citarik. Dengan persamaan berikut [23]:
P = ρ x Q x g x h x η Dimana ;
ρ : massa jenis air 996,95 kg/m3 ( pada suhu 250C ) Q : debit air di setiap pos ( m3/s )
g : percepatan gravitasi bumi ( m/s2 ) h : ketinggian efektif yang diperoleh ( m ) η : efisiensi turbin = 0,9
maka daya listrik yang dapat dihasilkan ialah :
Pos ρ ( kg/m³ ) Q ( m³/s ) g ( m/s² ) h ( m ) Η P ( kW ) 1 996,95 4,404 9,8 27,532 0,9 1066,15
2 996,95 4,417 9,8 17,688 0,9 687,03
3 996,95 4,577 9,8 22,648 0,9 911,58
4 996,95 4,724 9,8 7,668 0,9 318,53
5 996,95 4,804 9,8 10,719 0,9 452,82
6 996,95 4,831 9,8 22,586 0,9 959,45
7 996,95 4,938 9,8 17,615 0,9 764,79
8 996,95 5,138 9,8 17,672 0,9 798,38
9 996,95 5,178 9,8 4,682 0,9 213,16
10 996,95 5,218 9,8 5,705 0,9 261,77
11 996,95 5,458 9,8 7,700 0,9 369,56 12 996,95 5,472 9,8 7,684 0,9 369,68 13 996,95 5,498 9,8 7,669 0,9 370,77
61
14 996,95 6,539 9,8 12,672 0,9 728,63 15 996,95 6,606 9,8 12,653 0,9 734,96 16 996,95 6,753 9,8 7,684 0,9 456,27 17 996,95 6,819 9,8 13,588 0,9 814,81 18 996,95 6,833 9,8 8,694 0,9 522,38 19 996,95 7,113 9,8 21,634 0,9 1353,11 20 996,95 7,273 9,8 12,575 0,9 804,24 21 996,95 7,300 9,8 7,677 0,9 492,75 22 996,95 7,407 9,8 20,630 0,9 1343,60 23 996,95 7,487 9,8 8,670 0,9 570,79 Total daya listrik yang dihasilkan 15365,22 Tabel 5.1: Daya Listrik Setiap Pembangkit dengan Perhitungan Manual
Menurut hasil perhitungan di atas, dengan sistem pembangkit kaskade di sepanjang Sungai Citarik dapat menghasilkan daya listrik sebesar 15,365 MW.
Hasil potensi daya listrik termasuk besar dan dapat mengaliri listrik sebuah kota.
5.2 SIMULASI TURBINPRO
Turbinpro merupakan salah satu software yang dapat digunakan untuk menghitung daya listrik dan energi tahunan yang dapat dihasilkan oleh suatu pembangkit. Untuk memperoleh daya listrik yang dapat dihasilkan ada beberapa data yang perlu diisi.
Sebelum memasukkan data, terlebih dahulu dilakukan pemilihan jenis turbin. Dari grafik pemilihan jenis turbin di bawah, dapat ditentukan turbin yang dapat digunakan sesuai dengan kombinasi ketinggian dan debit air yang ada.Pada studi ini turbin yang digunakan ialah :
1. Turbin Propeler ( ketinggian 3 – 20 m ) : Pembangkit 2, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12,13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 23
2. Turbin Francis ( ketinggian > 20 m ) : Pembangkit 1, 3, 6, 19, 22
62
Gambar 5.1: Grafik Pemilihan Jenis Turbin [23]
5.2.1 Pemasukan Data
5.2.1.1 Pembangkit dengan Turbin Propeller (Pembangkit 2, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12,13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 23 )
Data-data yang dimasukkan ke dalam turbinpro ialah : Data Masukan Pembangkit dengan Turbin Propeller
Rate Discharge Q di setiap pos pembangkit Net Head Hef di setiap pos pembangkit Site Gross Head H tiap pos sesuai Google Earth
Site Elevation Elevasi turbin tiap pos
Water Temperatur 25 oC
Desired Settling to tailwater 1 meter Efficiency priority at Max Output 8 Ratio of Rate Head to Best Eff Head 0,8
Sistem Frequency 50 Hz
Minimum Net Head (Hef – 1) di setiap pembangkit
63 Tabel 5.2: Data Masukan Turbin Propeller
Efficiency priority menentukan tempat terjadinya debit rata-rata pada daerah kerja turbin. Dengan memilih angka 8, debit rata-rata pada solusi turbin akan terjadi dekat dengan titik efisiensi maksimum head efektif rata-rata.
5.2.1.2 Pembangkit dengan Turbin Francis ( Pembangkit 1, 3, 6, 19, 22 ) Data-data yang dimasukkan ke dalam turbinpro ialah :
Data Masukan Pembangkit dengan Turbin Francis Rate Discharge Q di setiap pos pembangkit
Net Head Hef di setiap pos pembangkit Site Gross Head H tiap pos sesuai Google Earth
Site Elevation Elevasi turbin tiap pos
Water Temperatur 25 oC
Desired Settling to tailwater 1 meter Efficiency priority at Max Output 8
Sistem Frequency 50 Hz
Minimum Net Head (Hef – 1) di setiap pembangkit Maximum Net Head (Hef + 1) di setiap pembangkit Tabel 5.3: Data Masukan Turbin Francis
5.2.2 Pemilihan Ukuran dan Kecepatan Turbin
Setelah memasukkan data, terdapat beberapa pilihan ukuran dan kecepatan turbin. Salah satu tampilan pemilihan ukuran dan kecepatan turbin salah satu pembangkit :
64
Gambar 5.2; Pemilihan Ukuran dan Kecepatan Turbin pada Pembangkit 6 Dari gambar pemilihan ukuran dan kecepatan turbin di atas, dapat dipilih turbin yang akan dipakai. Pada studi ini, solusi yang dipilih ialah solusi nomor 1 (satu) yaitu diameter turbin 838 mm dan kecepatan spesifik 312 Ns. Diameter tersebut merupakan diameter terkecil sehingga memerlukan biaya yang lebih kecil dan desain yang lebih mudah, sedangkan kecepatan spesifiknya merupakan kecepatan spesifik yang paling besar sehingga lebih mudah untuk mengubah kecepatan turbin ke kecepatan generator. Begitu juga dengan pos pembangkit lain.
Pada studi ini solusi yang dipilih adalah solusi nomor 1 ( satu ) pada semua pos pembangkit dengan solusi ukuran diameter terkecil dan kecepatan spesifik paling tinggi.
Pada tampilan di atas juga terdapat daya keluaran yang dihasilkan turbin.
Daya listrik tersebut belum memperhitungkan konstruksi turbin baik tipe intake dan draft tube.
5.2.3 Konfigurasi Turbin
5.2.3.1 Pembangkit dengan Turbin Propeller (Pembangkit 2, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12,13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 23 )
Adapun konfigurasi turbin untuk pembangkit-pembangkit yang menggunakan turbin propeller sebagai berikut:
65
Gambar 5.3: Pemilihan Konfigurasi Turbin Propeller
Pada studi ini, turbin yang digunakan untuk pembangkit-pembangkit yang menggunakan turbin propeller ialah tipe radial vertical axis dengan tipe intake spiral case. Tipe ini memiliki efisiensi yang lebih baik, lebih mudah dalam perawatan generator dan turbin.
Untuk pengaturan air ke dalam turbin menggunakan tipe adjustable gate/fixed blade. Tipe ini memiliki pengoperasian dan perawatan yang lebih mudah dan biaya yang lebih murah dibandingkan dengan tipe kaplan.
Gambar 5.4: Tipe Vertical Axis dengan Tipe Intake Spiral Case
5.2.3.2 Pembangkit dengan Turbin Francis ( Pembangkit 1, 3, 6, 19, 22 ) Konfigurasi turbin untuk pembangkit-pembangkit yang menggunakan turbin francis sebagai berikut:
66
Gambar 5.5: Pemilihan Konfigurasi Turbin Francis
Tipe turbin yang digunakan untuk pembangkit-pembangkit yang menggunakan turbin francis ialah tipe horisontal dan tipe draft tube elbow. Tipe ini lebih mudah dalam pengoperasian dan perawatan dan bentuk power house yang sederhana dibandingkan tipe vertikal,
5.2.4 Perhitungan Potensi Daya Lisrtik
Setelah memasukkan data ke dalam turbinpro dan melakukan pemilihan jenis turbin dan konfigurasinya, turbinpro akan menampilkan hasil seperti gambar di bawah ( solusi untuk pos pembangkit 1 ). Dari solusi ini dapat dilihat potensi daya listrik yang dapat dihasilkan oleh pembangkit-pembangkit yang diteliti di sepanjang Sungai Citarik.
67
Gambar 5.6: Solusi Pos Pembangkit 1
Berikut data potensi daya listrik yang diperoleh melalui simulasi:
Pos Q h ( m ) P (Qrat2)
1 4,404 27,532 1092
2 4,417 17,688 705
3 4,577 22,648 941
4 4,724 7,668 325
5 4,804 10,719 461
6 4,831 22,586 981
7 4,938 17,615 777
8 5,138 17,672 814
9 5,178 4,682 221
10 5,218 5,705 267
11 5,458 7,700 381
12 5,472 7,684 378
13 5,498 7,669 379
14 6,539 12,672 742
15 6,606 12,653 754
16 6,753 7,684 471
17 6,819 13,588 834
18 6,833 8,694 531
19 7,113 21,634 1390
20 7,273 12,575 828
21 7,300 7,677 505
22 7,407 20,630 1386
23 7,487 8,670 585
Total 15748
Tabel 5.4: Potensi Daya Listrik Hasil Simulasi
68
Pada tabel dapat dilihat potensi daya listrik yang dihasilkan pada saat debit air rata-rata. Hasil daya yang diperoleh melalui simulasi tidak terlalu jauh berbeda dengan hasil perhitungan manual. Setelah melakukan analisis potensi ini, dapat dilihat dengan melakukan pembangkitan secara kaskade di sepanjang Sungai Citarik, sungai ini dapat menghasilkan daya listrik sebesar 15,748 MW.
Selain memperoleh daya yang dapat dihasilkan saat debit rata-rata, turbinpro juga memaparkan beberapa solusi untuk turbin yang didesain, berupa:
• Efisiensi terbaik pada head efektif. Pada pembangkit 1 ( satu ), efisiensi terbaik terjadi pada debit 4,23 m3/s dengan efisiensi 92,6% dan daya keluaran 1056 kW
• σ (koefisien kavitasi) allowable menggambarkan keadaan yang membatasi luaran yang berpotensi menyebabkan terjadinya kavitasi. Hal ini berguna untuk memilih solusi turbin agar dapat menghindari solusi desain yang berpotensi kavitasi. Pada pembangkit 1 nilai σ allowable 0,267.
• σ plant merupakan keadaan yang terjadi pada saat beroperasi sesuai dengan data masukan turbin. Pada pembangkit 1 nilai σ plant 0,310. Nilai σ dipengaruhi oleh elevasi lokasi PLTMH, ketinggian turbin dari tailwater dan data head saluran luaran turbin
• Kecepatan putaran turbin saat beban nol pada saat head efektif maksimum.Nilai ini berguna untuk mengetahui rating overspeed turbin dalam pemilihan generator. Pada pembangkit 1 nilai putaran maksimum saat beban nol ialah 1206 rpm.
• Jumlah debit air mengalir saat pintu (gate) tebuka penuh pada ketinggian efektif rata-rata. Pada pembangkit 1 nilai debit air maksimum yang keluar saat pintu air dibuka total ialah 4,5 m3.
• Maksimum performa keluaran turbin pada head terendah dan tertinggi.
• Kecepatan spesifik saat efisiensi maksimum dan keluaran daya 100% pada head efektif rata-rata. Pada pembangkit 1 kecepatan spesifik saat efisiensi maksimum ialah 309,7 dan saat keluaran 100% ialah 314,8.
69
Berikut beberapa solusi turbinpro pada pembangkit-pembangkit yang diteliti :
Pos Ef
maks P
Efmaks Koefisien Kavitasi
( σ) v no
load Q full
open Kecepatan spesifik ( rpm ) ( kW ) Allowable Plant ( m ) ( m3/s )
Ef maks
daya 100%
1 92,6 1056 0,267 0,31 1206 4,5 309,7 314,8 2 92,5 682 0,292 0,483 1261 10,6 359,9 365,9 3 92,6 910 0,262 0,379 1013 4,6 305,3 310,4 4 92,2 315 0,848 1,116 1200 11,3 592,6 602,4 5 92,2 447 0,502 0,805 1137 11,5 468 475,7 6 92,7 948 0,215 0,382 842 4,1 267,8 272,5 7 92,6 752 0,327 0,492 1271 11,7 380,4 386,7 8 92,6 787 0,337 0,491 1269 12,2 386,5 392,8 9 93,1 214 1,478 2,299 1141 12,5 793,4 806,5 10 92,5 258 1,128 1,529 1101 12,5 684,5 695,7 11 92,3 368 0,757 1,133 1041 13,2 561,2 570,5 12 92,3 366 0,756 1,138 1042 13,1 560,8 570 13 92,3 367 0,761 1,14 1044 13,2 562,9 572,2 14 92,3 718 0,527 0,692 1131 15,6 479,1 487 15 92,3 729 0,537 0,694 1132 15,8 482,8 490,7 16 92,4 456 0,943 1,147 1058 16,3 624,2 634,5 17 92,6 807 0,496 0,651 1127 16,3 466,3 473,9 18 92,4 515 0,78 1,02 1035 16,3 569,6 579 19 92,8 1345 0,248 0,413 754 6,9 294,8 299,8 20 92,7 802 0,457 0,713 986 17,5 448,6 456 21 92,4 488 0,797 1,17 930 17,5 576,2 586,7 22 92,9 1339 0,226 0,437 656 6,7 277,5 282,2 23 92,4 566 0,676 1,042 912 17,9 532,9 541,7 Tabel 5.5: Beberapa Solusi Turbinpro Pembangkit-pembangkit
5.3 PERHITUNGAN ENERGI TAHUNAN
Dengan memperoleh hasil daya listrik setiap pembangkit, dapat dihitung energi tahunan yang dapat dihasilkan.Dengan memasukkan data distribusi debit air tiap pembangkit (lampiran 3), data ketinggian headwater dan tailwater dan koefisien head loss pada simulator Turbinpro, maka energi tahunan setiap pembangkit dapat diketahui (lampiran 6).
70
Berikut data energi tahunan yang dihasilkan setiap pembangkit berdasarkan hasil simulasi :
Pos P (Qrat2) W/tahun(GWH)
1 1092 9,021
2 705 5,568
3 941 8,075
4 325 3,162
5 461 3,831
6 981 8,456
7 777 6,062
8 814 6,424
9 221 2,53
10 267 2,273
11 381 2,084
12 378 1,984
13 379 1,95
14 742 5,954
15 754 5,997
16 471 2,619
17 834 6,521
18 531 4,41
19 1390 11,948
20 828 6,536
21 505 2,709
22 1386 11,987
23 585 4,672
Total 15748 124,773
Tabel 5.6 Energi Tahunan Setiap Pembangkit
Dari tabel di atas dapat dilihat energi tahunan setiap pos pembangkit. Total energi tahunan yang dihasilkan seluruh potensi pembangkit di sepanjang Sungai Citarik ialah 124,773 GWH. Nilai energi ini dapat lebih ditingkatkan dengan meningkatkan tingkat keandalan pembangkit seperti kombinasi turbin dalam satu pembangkit sehingga dapat lebih memanfaatkan debit air yang fluktuatif.
