STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) PADA SUNGAI TAPIAN NAULI
KABUPATEN TAPANULI TENGAH
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
Irfan Saleh Siregar 10 0404 003
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2016
ABSTRAK
Daerah provinsi Sumatera Utara banyak terdapat sungai – sungai yang mengalir melalui terjunan sebagaimana diketahui bahwa aliran sungai ataupun air terjun merupakan slah satu sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik. Salah satunya di daerah Kabupaten Tapanuli Tengah terdapat beberapa sungai yang diantanya yaitu sungai Tapian Nauli.Sungai Tapian Nauli merupakan salah satu potensi yang bisa dimanfaatkan untuk pembangkit listrik karena memiliki debit yang cukup beserta tinggi jatuh air yang cukup tinggi.
Adapun metode yang digunakan untuk menghitung debit andalan yaitu metode F.J Mock serta metode NRECA sebagai nilai pembanding saja. Dalam perhitungan metode F.J Mock ataupun NRECA diperlukan data curah hujan, penguapan,dan daerah tangkapan air. Flow Duration Curve (FDC) juga digunakan menentukan debit yang sesuai direncanakan kemudian dengan probabilitas 80%
dapat dilihat besarnya debit andalan yang diperlukan. Dari metode F.J Mock didapat debit rencana sebesar 1.06 𝑚3/𝑠 sedangkan untuk metode NRECA didapat debit rencana sebesar 2.41𝑚3/𝑠, tetapi yang dipakai hanya debit rencana dari F.J Mock sebesar 1.06 𝑚3/𝑠, karena metode NRECA hanya sebagai pembanding
Dari hasil perhitungan didapat saluran pembawa berbentuk trapesium dengan dimensi lebar bawah 1.169 m, lebar atas 2,348 m dan tinggi 1.016 m, dan juga pipa penstock dengan panjang 74 m.
Maka dari hasil perhitungan disimpulkan bahwa sungai Tapian Nauli memiliki potensi sebagai pembangkit listrik tenaga mikro hidro dengan daya yang dihasilkan sebesar 79 kw dengan tinggi jatuh (head ) sebesar 11 m.
Kata kunci : Tapian Nauli, PLTMH, F.J Mock, NRECA, tinggi jatuh (head);
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah Swt Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada :
1. Kedua orang tua tercinta, ayah saya Imron Siregar dan umak saya Rosdawani Harahap yang selalu memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi doa, nasehat dan motivasi yang tidak ternilai.
2. Bapak Dr.Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc. sebagai dosen pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air.
5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara,
6. Bapak Ir. Alferido dan Bapak Ivan Indrawan ST.MT.selaku dosen pembanding/pe nguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
7. Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis.
8. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Kepada keluargaku tercinta yang paling utama Anggi – anggiku tersayang Rahmad Rinaldi Siregar dan Fadila Indriyani Siregar serta oppungku, tulangku, uak, uda, bou, ujing, nantulang,mangboru, tunggane rap lae sasudena yang telah mengasihi aku dan memotivasi aku tiada lelah.
10. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat seperjuangan stambuk 2010 : uus, umri, irul, dhaka, afiz, sari, akbar Psb, maulana, dara, tria komeng, Iqbal ,Alfaro, bocah naurah, hardi, dwi, Lamhot, resdi, nardis, rizqan dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan, dukungan, dan doa kalian.
11. Kepada abang-abang senior sesepuh, bg ben,bg kandar, bg saddam, bg Faisal dosen, bg arsyad siregar, bg magic, bg arsad hrp, bg uje, bg nasrul, bg ibnu, bg sam, bg dipa, bg inchen, dan abg2 senior yg lainnya, yang telah membantu saya selama ini.
12. Kepada adinda stambuk 2013 , yasir, adi, irfan, rudi, sawal, dan seluruh adik adik 2013. Terima kasih banyak atas dukungan dan motivasi kepada saya.
13. Kepada sahabat, ataupun teman karib Imam dikos, irwan apara, bovi, anggi andri, Sukur, tlg saipul, irham, ramal, darlan, hasim M.Akbar hsb, mas danu, Ganda, Muel, Ade Ging2, aguss semua anak koss lah pokoknya dan satu kampung ku pastinya.
Semoga Allah swt Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya.
Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.
Medan, 2016 Hormat Saya
IRFAN SALEH SIREGAR
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR NOTASI ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Pembatasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penulisan ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Pengertian PLTMH ... 6
2.2 Analisis Hidrologi ... 8
2.2.1 Metode Penman Modifikasi ... 8
2.2.2 Analisis Debit Andalan ... 11
2.2.3 Debit Andalan Dengan Metode F.J Mock... 11
2.2.4 Debit Andalan Dengan Metode NRECA ... 16
2.2.4.1 Hari Hujan Bulanan... 17
2.2.4.2 Evapotranspirasi ... 17
2.3 Flow Duration Curve... 20
2.4 Pengukuran Debit Sungai ... 20
2.5 Tenaga Listrik dan Air ... 21
2.6 Perencanaan Sipil ... 22
2.6.1 Bendungan (Weir) ... 22
2.6.2 Saluran Pembawa (Head Race) ... 23
2.6.2.1 Menentukan Potongan Melintang dan kemiringan (slope) longitudinal ... 24
2.6.3 Bak Pengendap (Settling Basin) ... 27
2.6.4 Pipa Pesat (Penstock) ... 28
2.6.4.1 Diameter Pipa Penstock ... 30
2.6.4.2 Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Penstock .. 31
2.6.5 Rumah Pembangkit ... 34
2.7. Perencanaan Elektromagnetik ... 36
2.7.1 Pemilihan Turbin ... 36
2.7.2 Generator ... 39
2.8 Energi Listrik ... 39
BAB III METODE PENELITIAN ... 42
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 42
3.2 Rancangan Penelitian ... 44
3.3 Pelaksanaan penelitian ... 45
3.3 Variabel Yang Diamati ... 46
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ... 47
4.1 Umum ... 47
4.2 Analisis Debit Andalan…….. ... 47
4.2.1 Analisis Evapotranspirasi ... 48
4.2.2 Analisis Debit Andalan Dengan Metode F.J Mock ... 49
4.2.3 Analisis Flow Duration Curve (FDC) ... 63
4.2.4 Analisis Debit Andalan Dengan Metode NRECA ... 66
4.2.5 Analisis Flow Duration Curve (FDC) ... 79
4.3 Analisa Debit Sungai... 82
4.4 Desain Dasar Pekerjaan Bangunan Sipil ... 84
4.4.1 Saluran Pembawa ... 84
4.4.2 Pipa Pesat (Penstock) ... 86
4.4.3 Bak Penenang dan Pengendap Sedimen ... 85
4.4.3.1 Bak Penenang ... 89
4.4.3.2 Bangunan Pengendap Sedimen ... 89
4.4.4 Saluran Pembuangan Akhir (Tail Race) ... 91
4.4.5 Rumah Pembangkit ... 91
4.5 Kapasitas Daya Yang Dihasilkan ... 91
4.6 Analisa Hidro Ekonomi ... 92
4.6.1. Perhitungan Metode Payback Period (PBP) ... 93
4.6.2. Metode Benefit Cost Ratio (BCR) ... 94
4.6.3. Metode Interna of Return (IRR) ... 95
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 97
5.1 Kesimpulan ... 97
5.2 Saran ... 97
DAFTAR PUSTAKA ... 99
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan sebuah PLTMH ... 6
Gambar 2.2 Bendung ... 23
Gambar 2.3 Contoh Saluran pembawa (Head race) ... 24
Gambar 2.4 Contoh Pipa Pesat (penstock) ... 29
Gambar 2.5 Grafik faktor gesekan pada pipa... 32
Gambar 2.6 Perbandingan karakteristik turbin ... 38
Gambar 3.1 Tampak Atas Desa tapian Nauli ... 43
Gambar 3.2 Peta Letak Desa Tapian Nauli ... 43
Gambar 3.3 Diagram alur penelitian ... 44
Gambar 4.1 Grafik Flow Duration Curve ... 65
Gambar 4.2 Grafik debit rata-rata bulanan tahun 2006-2015 ... 66
Gambar 4.3 Grafik Flow Duration Curve ... 81
Gambar 4.4 Grafik debit rata-rata bulanan NRECA tahun 2006-2015 ... 82
Gambar 4.5 Rencana Lay Out PLTMH Tapian Nauli ... 84
Gambar 4.6 Dimensi Penampang saluran pembawa ... 86
Gambar 4.7 Dimensi Penstok ... 88
Gambar 4.8 Dimensi Bak Penenang dan Pengendap Sedimen ... 90
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Angka Koreksi (c) Bulanan Untuk Rumus Penman ... 9
Tabel 2.2 Hubungan t dengan ea, w, f(t) ... 10
Tabel 2.3 Harga Ra untuk Indonesia (5˚ LU s/d 10˚ LS) ... 11
Tabel 2.4 Kecepatan maksimum pada saluran ... 26
Tabel 2.5 Kemiringan sisi saluran ... 26
Tabel 2.6 Koefisien kekasaran pipa dalam mm ... 32
Tabel 2.7 Koefisien bukaan klep ... 33
Tabel 2.8 Daerah operasi turbin ... 39
Tabel 4.1 Curah hujan Kab.Tapanuli Tengah dan sekitarnya ... 47
Tabel 4.2 Hari hujan Kab.Tapanuli Tengah dan sekitarnya... 48
Tabel 4.3 Rekapitulasi penguapan ... 48 Tabel 4.4 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2006 . 53 Tabel 4.5 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2007 . 54 Tabel 4.6 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2008 . 55 Tabel 4.7 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2009 . 56 Tabel 4.8 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2010 . 57 Tabel 4.9 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2011 . 58 Tabel 4.10 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2012 59 Tabel 4.11 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2013 60 Tabel 4.12 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2014 61 Tabel 4.13 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn.2015 62
Tabel 4.14 Resume perhitungan debit andalan metode F.J Mock ... 63
Tabel 4.15 Probabilitas Debit andalan Sungai Tapian nauli 2006 – 2015 .... 64
Tabel 4.16 Debit rata-rata /bulan F.J.Mock ... 65
Tabel 4.17 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2006 . 69 Tabel 4.18 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2007 . 70 Tabel 4.19 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2008 . 71 Tabel 4.20 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2009 . 72 Tabel 4.21 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2010 . 73 Tabel 4.22 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2011 . 74 Tabel 4.23 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2012 . 75 Tabel 4.24 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2013 . 76 Tabel 4.25 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2014 . 77 Tabel 4.26 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn.2015 . 78 Tabel 4.27 Resume perhitungan debit NRECA ... 79
Tabel 4.28 Probabilitas debit NRECA Tapian Nauli ... 80
Tabel 4.29 Debit rata-rata /bulan NRECA ... 81
Tabel 4.30 Pengukuran debit sungai di lokasi ... 83
Tabel 4.31 Perhitungan NPV terhadap nilai i ... 95
DAFTAR NOTASI
𝛼 = koefisien pengaliran 𝛽 = koefisien reduksi
= koefisien debit
A = luas daerah tangkapan (km2)
A = luas penampang (m2)
a = tinggi bukaan (m)
B = lebar bawah saluran (m)
b = lebar bukaan (m)
BF = aliran dasar (m3/detik/km)
C = angka koreksi
d = diameter (mm)
Ea = evapotransvirasi actual (mm) Eto = evapotranspirasi potensial (mm)
g = gravitasi (m/s)
H = tinggi jatuh efektif (m) H = ketinggian saluran (m) H1 = tinggi energi ( m )
i = infiltrasi
I = intensitas curah hujan (m3/dtk/Km2) k = faktor resesi air tanah
KT = faktor frekuensi
M = perbandingan permukaan tanah tergantung jenis areal (%) N = penyinaran matahari maksimum ( jam)
n = jumlah hari dalam satu bulan P = panjang sisi basah (m)
P = tenaga listrik yang dikeluarkan (watt) Q = debit (m3/detik)
R = hujan bulanan (mm)
R = jari-jari hidrolis (m)
S = standard deviasi
t = ketebalan minimum pipa
V = kecepatan air (m2/detik)
Vn = volume simpanan air tanah periode n (m3)
WS = kelebihan air
T = lebar atas saluran (m)
z = kehilangan tinggi energi pada bukaan (m)
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Rekapitulasi Rencana Anggaran Biaya (RAB)
Lampiran 2 Rencana Anggaran Biaya
Lampiran 3 Tipe-tipe saluran pembawa untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil
Lampiran 4 Peta DAS
