STUDI PEMANFAATAN GELOMBANG PASANG SURUT
SEBAGAI ENERGI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
ADLIN FIRMANSYAH BANGUN 10 0404 093
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc. NIP. 19660417 199303 1 004
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Pembangkit listrik tenaga pasang surut memanfaatkan energi pasang surut air laut menjadi energi listrik melalui turbin dan generator. Energi potensial yang terkandung dalam perbedaan pasang surut air laut dimanfaatkan untuk penggerak turbin air dan bila turbin air ini dihubungkan dengan generator dapat menghasilkan listrik. Potensi energi pasang surut di Bagan Siapi-api menurut hasil perhitungan dalam penelitian ini memiliki tinggi maksimum sebesar 6,40 m yang dapat dimanfaatkan untuk merancang pembangkit listrik tenaga pasang surut.
Hasil analisa potensi energi listrik yang dapat dihasilkan di Bagan Siapi-api setiap tahunnya diperkirakan mencapai 34,83 MWh menggunakan sistem daur tunggal (air surut) dan 43,68 MWh menggunakan sistem daur ganda dengan kolam tunggal seluas 1 ha. Energi listrik tersebut cukup untuk digunakan masyarakat di daerah pesisir pantai atau di pulau-pulau terpencil dan pulau-pulau di daerah perbatasan yang belum terjangkau listrik PLN.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan
Tugas Akhir yang berjudul “STUDI PEMANFAATAN GELOMBANG
PASANG SURUT SEBAGAI ENERGI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF” ini dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana di bidang Teknik Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala. Tetapi, karena bantuan, dukungan serta bimbingan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak yang berperan yaitu:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc. sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan, serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Alferido Malik dan Bapak Ivan Indrawan, S.T., M.T. sebagai
Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc. sebagai koordinator Teknik Sumber Daya Air
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
8. Kedua orangtua Ir. H. R. Bangun dan Dra. Hj. Risnawati Nasution yang tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan segalanya selama ini. Abang-abang saya, Arih Mulyawan Bangun, S.P. dan Arif Pramuli Bangun, S.P. serta seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Siti Sarah, S.Hum. yang tidak kenal lelah dalam memberikan dukungan,
semangat dan doa kepada penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 10.Seluruh keluarga saya sipil 2010 yang telah sangat banyak membantu saya
mulai dari awal proses pengerjaan Tugas Akhir : Himawan, Fadlyn, Ari, Dede, Titok, Rendy, Haykal, Bilher, Fahmi, Welman, Boby, Freddy, Bhoris, Ricky, Arby, Grandson, Reza, Nugraha, Abdul, Dhaka, Jihadan, Taslim, Nardis, Iqbal, Luthfi, Khairul, Andre, Andry dan semuanya.
11.Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah membantu penulis
selama pengerjaan Tugas Akhir ini: Bang Fadil „08, Bang Azzam ‟09, Adik-adik 2011, Adik-adik 2013: Arif, Jimmy, Yaskhir, Syawali, Firman, Zarfan, Juanda, Benny, Willy, Idris, Rijal, Fadel, Aby dan lain-lain.
12.Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 22 November 2014 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK...i KATA PENGANTAR...ii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vi DAFTAR TABEL...ix DAFTAR NOTASI...xii BAB I PENDAHULUAN...1 1.1. Latar Belakang...1 1.2. Perumusan Masalah...2 1.3. Pembatasan Masalah...2 1.4. Tujuan...3 1.5. Manfaat...3 1.6. Sistematika Penulisan...4BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5
2.1. Pasang Surut...5
2.1.1. Metode Admiralty...10
2.1.2. Metode Least Square...13
2.2. Beberapa Definisi Elevasi Muka Air...14
2.3. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...14
2.4. Sistem Daur Ganda dengan Kolam Tunggal...18
2.5. Kabel dan Koneksi Jaringan...23
2.6. Jenis-jenis Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...25
2.6.1. Turbin Bulb...25
2.6.2. Turbin Rim...26
2.6.3. Turbin Tubular...27
2.7. Analisa Hidro Ekonomi...28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...32
3.1. Kondisi Umum Lokasi Studi...32
3.1.1. Belawan Deli...32
3.1.2. Bagan Siapi-api...33
3.1.4. Gunung Sitoli...34
3.1.5. Meulaboh...35
3.1.6. Sibolga...36
3.2. Rancangan Penelitian...36
3.3. Pelaksanaan Penelitian...37
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN...40
4.1. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance...40
4.1.1. Deskripsi Umum...41
4.1.2. Perawatan dan Pemeliharaan...48
4.1.3. Analisa Dampak Lingkungan...49
4.2. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Jiangxia...49
4.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Kislaya...51
4.4. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Annapolis Royal...52
4.5. Analisa Pasang Surut dengan Metode Least Square...53
4.6. Penggunaan Metode Least Square di Beberapa Pantai Pulau Sumatera...57
4.7. Analisa Pasang Surut dengan Metode Admiralty...72
4.8. Metode Perhitungan Potensi Energi Listrik...91
4.9. Simulasi Tenaga Pasang Surut Bagan Siapi-api...94
4.10. Perkiraan Biaya Investasi Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...101
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...109
5.1. Kesimpulan...109
5.2. Saran...110
DAFTAR ISI
ABSTRAK...i KATA PENGANTAR...ii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vi DAFTAR TABEL...ix DAFTAR NOTASI...xii BAB I PENDAHULUAN...1 1.7. Latar Belakang...1 1.8. Perumusan Masalah...2 1.9. Pembatasan Masalah...2 1.10. Tujuan...3 1.11. Manfaat...3 1.12. Sistematika Penulisan...4BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5
4.1. Pasang Surut...5
4.1.1. Metode Admiralty...10
4.1.2. Metode Least Square...13
4.2. Beberapa Definisi Elevasi Muka Air...14
4.3. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...14
4.4. Sistem Daur Ganda dengan Kolam Tunggal...18
4.5. Kabel dan Koneksi Jaringan...23
4.6. Jenis-jenis Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...25
4.6.1. Turbin Bulb...25
4.6.2. Turbin Rim...26
4.6.3. Turbin Tubular...27
4.7. Analisa Hidro Ekonomi...28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...32
6.1. Kondisi Umum Lokasi Studi...32
6.1.1. Belawan Deli...32
6.1.2. Bagan Siapi-api...33
6.1.4. Gunung Sitoli...34
6.1.5. Meulaboh...35
6.1.6. Sibolga...36
6.2. Rancangan Penelitian...36
6.3. Pelaksanaan Penelitian...37
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN...40
8.1. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance...40
8.1.1. Deskripsi Umum...41
8.1.2. Perawatan dan Pemeliharaan...48
8.1.3. Analisa Dampak Lingkungan...49
8.2. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Jiangxia...49
8.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Kislaya...51
8.4. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Annapolis Royal...52
8.5. Analisa Pasang Surut dengan Metode Least Square...53
8.6. Penggunaan Metode Least Square di Beberapa Pantai Pulau Sumatera...57
9.7. Analisa Pasang Surut dengan Metode Admiralty...72
9.8. Metode Perhitungan Potensi Energi Listrik...91
9.9. Simulasi Tenaga Pasang Surut Bagan Siapi-api...94
9.10. Perkiraan Biaya Investasi Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...101
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...109
10.1. Kesimpulan...109
10.2. Saran...110
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema pasang surut purnama (spring tides)dan pasang surut perbani (neap tides)...5
Gambar 2.2. Tipe pasang surut...7
Gambar 2.3. Sebaran pasang surut di perairan Indonesia dan sekitarnya...8
Gambar 2.4. Proses pasang...15
Gambar 2.5. Proses surut...15
Gambar 2.6 Turbin helix ganda dengan generator listrik untuk instalasi di bawah permukaan laut...17
Gambar 2.7. Susunan kolam tunggal...19
Gambar 2.8. Susunan kolam ganda...19
Gambar 2.9. Sistem daur ganda...20
Gambar 2.10. Power generation from tides...22
Gambar 2.11. Opsi 1-single system...24
Gambar 2.12. Opsi 2-multiple turbines single system...24
Gambar 2.13. Opsi 3-multiple induction generators...24
Gambar 2.14. Opsi 4-active DC link...24
Gambar 2.16. Turbin rim dan bagian-bagiannya...26
Gambar 2.17. Turbin tubular dan bagian-bagiannya...27
Gambar 3.1. Belawan Deli hasil pencitraan Google Earth...33
Gambar 3.2. Bagan Siapi-api hasil pencitraan Google Earth...33
Gambar 3.3. Sungai Asahan hasil pencitraan Google Earth...34
Gambar 3.4. Gunung Sitoli hasil pencitraan Google Earth...35
Gambar 3.5. Meulaboh hasil pencitraan Google Earth...35
Gambar 3.6. Sibolga hasil pencitraan Google Earth...36
Gambar 3.7. Bagan alir tahap pengerjaan tugas akhir...39
Gambar 4.1. La Rance hasil pencitraan Google Earth...40
Gambar 4.2. Gambaran struktur pembangkit listrik La Rance...41
Gambar 4.3. Potongan melintang bagian turbin bulb...42
Gambar 4.4. Potongan melintang tanggul berisi batu... ...43
Gambar 4.5. Potongan melintang pintu hidraulik...43
Gambar 4.6. Ebb generation...45
Gambar 4.7. Ebb and flood generation...46
Gambar4.9. Tahapan konstruksi (lock, barrage and power plant)...48
Gambar 4.10. Tampak samping instalasi listrik Jiangxia...49
Gambar 4.11. Jiangxia hasil pencitraan Google Earth...50
Gambar 4.12. Tampak depan instalasi listrik Kislaya...51
Gambar 4.13. Kislaya hasil pencitraan Google Earth...51
Gambar 4.14. Annapolis Royal hasil pencitraan Google Earth...52
Gambar 4.15. Tampak depan instalasi listrik Annapolis Royal... ...52
Gambar 4.16. Kurva pasang surut Belawan Deli bulan Mei tahun 2013...61
Gambar 4.17. Kurva pasang surut Sungai Asahan bulan April tahun 2013...63
Gambar 4.18. Kurva pasang surut Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013...65
Gambar 4.19. Kurva pasang surut Meulaboh bulan Agustus tahun 2013...67
Gambar 4.20. Kurva pasang surut Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013... ...69
Gambar 4.21. Kurva pasang surut Sibolga bulan Desember tahun 2013...71
Gambar 4.22. Kurva perencanaan tahapan pembangkit listrik tenaga pasang surut Bagan Siapi-siapi sistem daur tunggal (air surut) dengan kolam tunggal...95
Gambar 4.23. Kurva perencanaan tahapan pembangkit listrik tenaga pasang surut Bagan Siapi-siapi sistem daur ganda dengan kolam tunggal...96
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Pengelompokkan tipe pasang surut...9
Tabel 2.2. Unsur utama pembangkit pasang surut...11
Tabel 4.1. Data pasang surut Belawan Deli bulan Mei tahun 2013...58
Tabel 4.2. Nilai komponen bilangan formzhal...60
Tabel 4.3. Belawan Deli bulan Mei tahun 2013...61
Tabel 4.4. Data pasang surut Sungai Asahan bulan April tahun 2013...62
Tabel 4.5. Sungai Asahan bulan April tahun 2013...63
Tabel 4.6. Data pasang surut Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013...64
Tabel 4.7. Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013...65
Tabel 4.8. Data pasang surut Meulaboh bulan Agustus tahun 2013...66
Tabel 4.9. Meulaboh bulan Agustus tahun 2013...67
Tabel 4.10. Data pasang surut Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013... ...68
Tabel 4.11. Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013...69
Tabel 4.12. Data pasang surut Sibolga bulan Desember tahun 2013...70
Tabel 4.14. Data pasang surut di suatu pelabuhan
pada bulan Mei s/d Juni 2012...73
Tabel 4.15. Konstanta pengali untuk menyusun skema II...73
Tabel 4.16. Penyusunan hasil perhitungan dari skema II...74
Tabel 4.17. Penyusunan hasil perhitungan dari skema III...75
Tabel 4.18. Daftar konstanta pengali skema IV... ...76
Tabel 4.19. Hasil penyusunan untuk skema IV...77
Tabel 4.20. Faktor analisa untuk pengamatan 29 hari...78
Tabel 4.21. Hasil penyusunan skema V dan VI... ...79
Tabel 4.22. Struktur data untuk skema VII... ...80
Tabel 4.23. Nilai r menurut kuadrannya...85
Tabel 4.24. Hasil perhitungan skema VII...89
Tabel 4.25. Hasil perhitungan skema VIII... ...90
Tabel 4.26. Hasil perhitungan akhir...90
Tabel 4.27. Beda tinggi pasang surut di lokasi studi menurut pencatatan dinas Hidro-Oseanografi TNI AL 2013...91
Tabel 4.28. Peringkat pasang surut tertinggi...92
Tabel 4.30. Biaya pra desain...102
Tabel 4.31. Biaya urusan jasa...102
Tabel 4.32. Biaya pemasangan peralatan...102
Tabel 4.33. Biaya pemasangan transformator...102
Tabel 4.34. Biaya jaringan distribusi...102
Tabel 4.35. Pekerjaan pembersihan lapangan...104
Tabel 4.36. Pekerjaan papan nama proyek...104
Tabel 4.37. Pekerjaan kantor kerja dan gudang...105
Tabel 4.38. Pekerjaan galian pondasi...105
Tabel 4.39. Pekerjaan pemancangan tiang...106
Tabel 4.40. Pekerjaan pemasangan bekisting...106
Tabel 4.41. Pekerjaan pengecoran...107
Tabel 4.42. Pekerjaan pembongkaran bekisting...107
Tabel 4.43. Rekapitulasi biaya pekerjaan sipil...108
DAFTAR NOTASI
A = Luas kolam (m²)
AK₁ = Amplitudo komponen pasang surut tunggal yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan dan matahari (m)
AM₂ = Amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan (m)
AO₁ = Amplitudo komponen pasang surut tunggal yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan (m)
AS₂ = Amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh
gaya tarik matahari (m) BCR = Benefit Cost Ratio
= Benefit yang telah didiskon (Rp)
= Jumlah benefit yang telah didiskon sebelum PBP (Rp) = Keuntungan (benefit) pada tahun k (Rp)
= Jumlah benefit pada PBP (Rp) = Cost yang telah didiskon (Rp) = Biaya (cost) pada tahun k (Rp)
E = Energi yang dihasilkan (Wh)
Hmin = Beda tinggi minimal pasang surut untuk memutar turbin (m)
h = Beda tinggi pasang surut (m)
= Jumlah investasi yang telah didiskon (Rp)
k = Tahun ke-n (tahun)
n = Periode proyek (tahun)
Nf = Bilangan formzhal
NPV = Net Present Value (Rp)
P = Daya yang dihasilkan (W)
PBP = Pay Back Periode (tahun)
= Fase tiap komponen pasang surut (ᵒ )
Q = Debit aliran (m³/detik)
= Duduk tengah permukaan laut (mean sea level) (m)
sso = Perubahan duduk tengah musiman yang disebabkan
oleh efek muson atau angin (faktor meteorologi) (m)
T = Periode pasang surut (detik)
= Waktu (detik)
= Tahun sebelum terdapat PBP (tahun)
= Periode komponen ke- (detik)
V = Volume aliran masuk kolam (m³)
η = Efisiensi (%)
= Elevasi pasang surut yang ditimbulkan oleh faktor astronomi (m) = Elevasi pasang surut akibat faktor meteorologi, seperti tekanan udara dan angin yang menimbulkan gelombang dan arus (m) = Elevasi pasang surut yang ditimbulkan oleh efek gesekan dasar
laut atau dasar perairan (m)
= Elevasi pasang surut fungsi dari waktu (m) = Kecepatan sudut
