commit to user
UPAYA PENINGKATAN POTENSI ENERGI SECARA TEKNIK
PADA AIR TERJUN JUBLEK
TECHNICAL IMPROVEMENT ON THE POTENCY OF ENERGY
CONTAINED IN JUBLEK WATERFALL
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh : FITRIA FAUZIA M.D
NIM I 0112058
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
commit to user iv
MOTTO
“Remember Me and I’ll remember you”
(Q.S. 2:152)
“Dont give up, don’t ever give up”
(Jim valvano)
commit to user v
PERSEMBAHAN
Terimakasih kepada Allah S.W.T atas segala nikmat, rahmat dan berkatnya yang melimpah.
1. Ibu dan Bapak yang telah memberi kasih sayang, doa, dukungan dan semangat.
2. Kakak dan adik yang telah memberi semangat serta dukungan.
3. Bapak Dr.Ir. Mamok Suprapto, Meng yang telah memberikan dukungan , bantuan, serta sabar dalam memberikan bimbingan.
4. Seluruh dosen Teknik Sipil UNS atas ilmu dan bimbingannya.
5. Mas Slamet, Mbak Yoyo, Mas Andy, Mas Edwin, serta seluruh orang yang ada di Pama Studio yang telah memberikan dorongan, bantuan dalam survey dan pengerjaan skripsi.
6. Teman - teman skripsi, Hadid, Farida dan Heri yang telah memberikan bantuan dan semangat.
7. Tanty dan Meylisa yang telah menyempatkan waktu untuk berbagi tawa. 8. Terimakasih kepada Yayasan ALPED yang telah memberikan beasiswa. 9. Teman-teman Teknik Sipil UNS angkatan 2012.
commit to user vi
ABSTRAK
Fitria Fauzia M.D, Mamok Suprapto, Suyanto. 2016. Upaya Peningkatan Potensi Energi secara Teknik pada Air Terjun Jublek. Skripsi. Program Studi Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Air merupakan salah satu energi yang terbarukan dan dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Air Terjun Jublek yang bersumber dari Sungai Kumpul yang terletak di Desa Berjo, Kecamatan Ngargoyoso, Kabupaten Karanganyar, berdasarkan hasil survei secara langsung memiliki tinggi jatuh sebesar 14,5 m dan debit sesaat sebesar 0,038 m3/dt. Dari hasil survei tersebut, Air
Terjun Jublek berpotensi untuk dijadikan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).
Pada penelitian ini dilakukan 2 skenario pada PLTMH, pada skenario 1 tanpa dilakukan pengulangan tinggi jatuh dan skenario 2 dilakukan pengulangan tinggi jatuh dengan pompa untuk mendapatkan tinggi jatuh kembali. Parameter yang penting pada penelitian PLTMH ini adalah tinggi jatuh dan debit andalan. Debit didapatkan dengan transformasi hujan menjadi aliran dengan bantuan HEC-HMS 3.5, kemudian debit andalan 80% dicari dengan menggunakan Rumus Weibull. Tinggi jatuh dan debit andalan digunakan untuk menghitung daya, energi dan penjualan energi pada skenario 1 dan skenario 2, kemudian dilakukan analisis ekonomi untuk mengetahui kelayakan investasi pada masing-masing skenario. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa skenario 1 yang dilakukan tanpa pengulangan tinggi jatuh menghasilkan daya 2.672,06 kW/tahun, energi 64.129,50 kWh/tahun dan penjualan energi Rp 101.201.553,00/tahun. Skenario 2 dengan pengulangan tinggi jatuh dengan menggunakan pompa menghasilkan daya 2505,01 kW/tahun, energi 61.456,61 kWh /tahun, dan penjualan energi sebesar Rp 96.983.515,00/tahun. Penurunan daya, dan penjualan energi terjadi karena daya pompa yang besar. Analisis ekonomi skenario 1, NPV= Rp 250.377.359,67, BCR= 1,69, dan IRR= 19,65 %, sehingga dianggap layak dari segi investasi, sedangkan skenario 2, NPV = - Rp 94.978.419,00 , BCR= 0,85, dan IRR = 3,39% sehingga skenario 2 tidak layak dari segi investasi ekonomi.
commit to user vii
ABSTRACT
Fitria Fauzia M.D, Mamok Suprapto, Suyanto. 2016. Technical Improvement On The Potency Of Energy Contained In Jublek Waterfall. Thesis. Department of
Civil Engineering. Faculty of Engineering. Sebelas Maret University. Surakarta. Water is one of the energy that is renewable and can be utilized to produce electric energy. Jublek waterfall is sourced from the gatherings in the village Berjo, district Ngargoyoso, Karanganyar Regency, based on survey results directly has high fall of 14.5 m and the instantaneous discharge of 0.038 m3/dt. From the results of the survey, potentially Jublek Waterfall for Micro Hydro power plant (PLTMH).
This research was conducted on the two scenarios at PLTMH, in scenario 1 with no repetition of the high falls and done scenario 2 do a repetition of high falls with a pump to get high to fall back. An important parameter on the research PLTMH this is the high fall and discharge the mainstay. Discharge obtained by transformation of rainfall into the flow with the help of HEC-HMS 3.5, then the mainstay of discharge 80% sought by using Weibull's formula. High fall and discharge the mainstay used to calculate power, energy and energy sales in scenario 1 and scenario 2, economic analysis is then conducted to find out the feasibility of investments in each scenario.
The results of calculation show that the scenario 1 performed without repetitions high fall yield power 2.672,06 kW/year, energy 64.129,50 kWh/year and Rp 101.201.553,00 for energy sales/year. Scenario 2 with high repetition fall by using the 2505.01 pump power kW/year, energy 61.456,61 kWh/year, and sales of energy amounting to Rp 96.983.515,00 RP/year. The decline in sales of energy resources, and occurs because the power pump. Economic analysis of scenario 1, NPV = Rp 250.377.359,67, 1,69 = BCR, and IRR = 19,65%, so it is considered feasible in terms of investment, while scenario 2, NPV = -Rp 94.978.419,00, BCR = 0,85, and IRR = 3,39% so scenario 2 is not feasible in terms of economic investment.
commit to user viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur selalu terpanjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas berkat dan rahmat-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Upaya Peningkatan Potensi Energi secara Teknik pada Air Terjun Jublek”. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan akademik untuk meraih gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Ucapan terimakasih atas bantuan yang telah diberikan dari awal pelaksanaan hingga terselesaikannya skripsi ini, kepada :
1. Dr.Ir. Mamok Suprapto, MEng. selaku dosen pembimbing 1 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi.
2. Bapak Ir. Suyanto, MM. selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi.
3. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil UNS,
4. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu hingga terwujudnya skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat memberi manfaat bagi segenap civitas akademika dalam menambah pengetahuan dan menunjang pemahaman mengenai penerapan ilmu dibangku kuliah.
Surakarta, Juli 2016
commit to user ix
DAFTAR ISI
JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
MOTTO... iv
PERSEMBAHAN ... v
ABSTRAK ... vi
ABSTRACK ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR NOTASI ... xiii
DAFTAR ISTILAH ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB 1 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 ... 5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI... 6
2.1. Tinjauan Pustaka ... 6
2.1.1. Energi Hidro ... 6
2.1.2. Rekayasa Peningkatan Potensi Energi Hidro ... 11
2.1.3. Analisis Kelayakan Ekonomi ... 16
2.1.4. Perbandingan dengan Penelitian Terdahulu ... 17
2.2. Dasar Teori ... 25
2.2.1. Energi Hidro ... 25
2.2.2. Rekayasa Peningkatan Potensi Energi Hidro ... 33
commit to user x
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 36
3.1. Metode Penelitian ... 36
3.2. Lokasi Penelitian ... 36
3.3. Parameter dan Variabel ... 37
3.4. Data ... 38
3.4.1. Data Primer ... 38
3.4.2. Data Sekunder ... 38
3.5. Alat yang Digunakan ... 39
3.5.1. Alat Bantu Survey Lokasi ... 39
3.5.2. Alat Bantu Perhitungan dan Penyusunan Skripsi ... 39
3.6. Analisis Data ... 39
3.6.1. Debit ... 39
3.6.2. Tinggi jatuh (Head) ... 40
3.6.3. Analisis Potensi Energi ... 40
3.6.4. Analisis Kelayakan Ekonomi ... 41
3.6.5. Diagram Alir Penelitian ... 42
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 44
4.1. Energi Hidro ... 44
4.1.1.Debit ... 44
4.1.2. Tinggi Jatuh ... 62
4.1.3. Analisis Potensi Daya... 64
4.2. Analisis Kelayakan Ekonomi... 74
4.2.1. Skenario 1 ... 74
4.2.2. Skenario 2 ... 80
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 85
5.1. Kesimpulan ... 85
5.1. Saran ... 85
DAFTAR PUSTAKA ... 86 LAMPIRAN
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Hubungan Debit dengan Diameter Pipa Pesat ... 13
Tabel 2.2. Hubungan Jenis Turbin dengan Head ... 15
Tabel 2.3. Rekapitulasi Penelitian Terdahulu ... 18
Tabel 2.4. Nilai Kritik Kepanggahan ... 26
Tabel 2.5. Perhitungan dan model yang terdapat dalam HEC-HMS ... 27
Tabel 2.6. Nilai Berdasarkan Suhu Zat Cair ... 30
Tabel 2.7. Koefisien k sebagai Fungsi Sudut Belokan ... 31
Tabel 2.8. Skenario Pengulangan Jatuh Air ... 33
Tabel 3.1. Parameter Penelitian ... 37
Tabel 3.2. Variabel Penelitian... 38
Tabel 4.1. Data Hujan Tahunan Stasiun Kemuning ... 46
Tabel 4.2. Uji Kepanggahan Data pada Stasiun Kemuning ... 47
Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Andalan Q80 ... 61
Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Tinggi Jatuh Bruto ... 62
Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Daya Skenario 1 ... 67
Tabel 4.6. Hasil Perhitungan Daya Turbin (P1) pada Skenario 2 ... 70
Tabel 4.7. Daya, Energi dan Penjualan Energi pada Skenario 1 ... 72
Tabel 4.8. Daya, Energi dan Penjualan Energi pada Skenario 2 ... 73
Tabel 4.9. Rencana Anggaran dan Biaya PLTMH ... 74
Tabel 4.10. Rekapitulasi Rencana Anggaran dan Biaya Skenario 1 ... 76
Tabel 4.11. Perhitungan Nilai NPV 6,5 % ... 78
Tabel 4.12. Perhitungan Nilai NPV 19,65 % ... 79
Tabel 4.13. Rencana Anggaran Biaya Skenario 2 ... 80
Tabel 4.14. Rekapitulasi Rencana Anggaran dan Biaya Skenario 2 ... 82
Tabel 4.15. Perhitungan Nilai NPV 6,5% ... 82
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pengukuran Beda Tinggi Metode Tachymetri ...29
Gambar 3.1. Lokasi Penelitian ...37
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian ...43
Gambar 4.1. Penampilan Proyek Baru Global Mapper 17 ...48
Gambar 4.2. Memasukkan Data pada Global Mapper 17 ...49
Gambar 4.3. Hasil Input Data Global Mapper 17 ...49
Gambar 4.4. Pengaturan Contour Geration Options...50
Gambar 4.5. Hasil Generate Contours dengan Global Mapper 17 ...51
Gambar 4.6. Input Watershed Geration Options ...51
Gambar 4.7. Hasil Generate Contours dengan Global Mapper 17 ...52
Gambar 4.8. Ikon Create Area Feature ...52
Gambar 4.9. Proses Menandai DAS dengan Create Area Feature ...53
Gambar 4.10. Luas DAS ...53
Gambar 4.11. Pembuatan Basin Models ...54
Gambar 4.12. Komponen Sub Basin ...55
Gambar 4.13. Komponen Reach ...55
Gambar 4.14. Komponen Meteorogic Models ...57
Gambar 4.15. Komponen Control Spesification ...58
Gambar 4.16. Create Simulation Run ...59
Gambar 4.17. Contoh Hasil Running Data ...59
Gambar 4.18. Tata Letak Komponen PLTMH Skenario 1 ...65
commit to user
xiii
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
A Luas wilayah m2
BA Bacaan benang atas m
BB Bacaan benang bawah m
BCR Benefit cost ratio
BT Bacaan benang tengah m
Bt Keuntungan pada tiap tahun Rp
Ct Biaya pada tiap tahun Rp
D Diameter pipa pesat m, inch
D Jarak miring m
ΔH Beda tinggi m
ΔHAB Beda tinggi antara titik A dan B m
E Energi yang dihasilkan Wh
E1 Energi yang dihasilkan pengulangan ke-1 Wh
E2 Energi yang dihasilkan pengulangan ke-2 Wh
Etotal Jumlah energi pengulangan 1 dan 2 Wh
ɳg Efisiensi generator (0,8 - 0,95)
ɳt Efisiensi turbin (0,7 - 0,95)
f Koefisien gesek pipa
g Percepatan gravitasi m/dt2
Hbruto Tinggi jatuh bruto m
he Kehilangan energi pada belokan pipa m
Heff Tnggi jatuh efektif m
hf Kehilangan energi pada pipa m
I Hujan tahunan mm
i Tinggi alat m
i Tingkat bunga %
I1 Suku bunga rendah %
I2 Suku bunga tinggi
IRR Internal rate of return
commit to user
xiv
Simbol Keterangan Satuan
L Panjang ruas pipa m
m Nomor urut data
m Sudut miring °
n Jumlah data
n Jumlah putaran
n Jumlah tahun
NPV Net present value
NPV1 NPV suku bunga rendah
NPV2 NPV suku bunga tinggi
P Daya yang dibangkitkan (Watt) Watt
P Daya yang dihasilkan (Watt) Watt
P1akhir Daya sisa pada pengulangan ke-1 Watt
P1awal Daya awal pada pengulangan ke-1 Watt
P2 Daya yang dihasilkan pada pengulangan ke-2 Watt
Pinputpompa
Daya yang dibutuhkan untuk menjalankan pompa
Watt
Poutputpompa Daya yang dihasilkan pompa Watt
Q Debit sesaat m3/dt
Qandalan Debit andalan m
3
/dt, liter/detik
Qmax pipa Debit maksimum pada pipa m3/dt
ρ Rapat massa air kg/m3
S Jarak datar m
Sk* Kumulatif i-rerata
Sk** Sk*/standar deviasi
t Tahun (1,2,3,…..t)
t1 Lama waktu pengoperasian pompa jam
t2 Lama waktu pemberhentian pompa jam
kekentalan kinematik fluida m2/dt
v Kecepatan aliran m/dt
z Sudut zenith °
Propeller 6-123296
commit to user
commit to user
xv
DAFTAR ISTILAH
Base flow : Aliran dasar untuk menggambarkan aliran dasar yang terjadi pada saat limpasan sehingga dapat dihitung tinggi puncak hidrograf yang terjadi
Benefit Cost Ratio (BCR) : Perbandingan antara nilai benefit dan cost dalam suatu investasi.
Cash flow : Aliiran kas yang terdiri dari aliran masuk dalam perusahaan dan aliran kas keluar perusahaan serta berapa saldonya setiap periode.
Channel flow : Aliran pada saluran
Daerah Aliran Sungai (DAS) : Kawasan yang dibatasi titik-titik tinggi dimana air hujan akan jatuh dan mengalir pada system tersebut
Digital elevation Model (DEM)
: Data digital yang menggambarkan geometri dari bentuk permukaan bumi yang terdiri dari serangkaian titik-titik koordinat hasil sampling
Direct runoff : Limpasan langsung.
Global Positioning System : Sistem navigasi yang menggunakan satelit untuk menampilkan posisi.
Head : Tinggi jatuh.
Head losses : Kehilangan tinggi jatuh.
Hydropower : Energi yang diperoleh dari air yang mengalir.
Intake : Bangunan pengambil air/pintu air. Interest rate : Tingkat suku bunga.
Internal Rate of Return (IRR) : metode menghitung tingkat bunga yang menyamakan nilai pada saat sekarang investasi dengan penerimaan kas bersih di masa yang akan datang.
Mayor Losses : Kehilangan energi pada pipa.
Minor Losses : Kehilangan energi pada belokan pipa. Net Present Value (NPV) : Selisih dari present value kas bersih yang
dikurangi dengan present value investasi selama umur investasi
Original Investment. : Investasi awal. Penstock : Pipa pesat.
Power house : Rumah pembangkit tempat turbin dan generator.
commit to user
xvi
Propeller devices : Alat bantu untuk mengukur kecepatan aliran
Reach : Ruas Sungai Rescaled Adjusted Partial
Sums
: Uji konsistensi data hujan. Run off : Aliran air pada permukaan tanah Tachymetri : Pengukuran dengan menggunakan alat
optis.
Total Present Value : Total nilai uang saat ini untuk nilai tertentu dimasa yang akan datang.
Water balance : Keadaan air dilihat dari segi ketersediaan dan pemakaiannya
Water waste : Sisa air buangan dari turbin.
Watershed : Suatu kawasan yang mengalirkan air ke satu sungai utama
commit to user xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A ... L. A-1 - L. A-10 Lampiran B ... L. B-1 - L. B-60 Lampiran C ... L. C-1 - L. C-12 Lampiran D ... L. D-1 - L. D-12 Lampiran E ... L. E-1 - L. E-12 Lampiran F ... L. F-1 - L. F-4
