TUGAS AKHIR
STUDI PRAKIRAAN POTENSI PLTA PUMPED STORAGE DANAU
SIDIHONI KABUPATEN SAMOSIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Sub Konsentrasi Energi Listrik
OLEH :
RIDHO SANJAYA TAMBA
NIM :120422006
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i ABSTRAK
Pada tugas akhir ini penulis melakukan studi prakiraan potensi PLTA
Pumped Storage di danau sidihoni kabupaten samosir. Danau toba digunakan
sebagai waduk bawah dan danau sidihoni sebagai waduk atas, pada saat volume air danau sidihoni tidak lagi mencukupi untuk disalurkan ke turbin, maka disediakan sebuah pompa dalam keadaan standby untuk dapat memompakan air dari danau toba ke danau sidihoni. Debit air yang diperoleh 177,48 m3/s, tinggi tekanan efektifnya (Hef) 174,947 m, Maka Prakiraan potensi PLTA Pumped Sorage Danau Sidihoni Kabupaten Samosir adalah sebesar 227 MW. Biaya investasi yang dibutuhkan untuk merealisasikan PLTAini sebesar 172 jutaUSD dengan umur pembangkit 25 tahun dengan Total Biaya pembangkitan sebesar 0,0162 USD / kWh (suku bunga 9 %), 0,0192 USD / kWh (suku bunga 12 %) dengan Payback Periode atau Waktu pengembalian modal 7 Tahun (suku bunga 9 %) dan 6 Tahun (suku bunga 12 %).Harga Jual energi listrik dari PLTA Pumped
Storage ini mampu dibayar oleh masyarakat karena rata – rata harga jual energi
listrik dari PLTA ini masih dibawah daya beli untuk listrik rumahtangga dan sisa kapasitas daya dan energi listrik PLTA ini dapat digunakan untuk kebutuhan lain dikemudian hari, sehingga pasokan listrik di Kabupaten Samosir selama 25 tahun kedepan tercukupi dan tidak ada lagi krisis listrik .
Kata Kunci : PLTA Pumped Storage,Debit air, Tinggi tekanan efektif,
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas pertolongan, kasih dan karunia-Nya yang penulis alami dan rasakan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.Penulisan Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada keluarga terkasih, yaitu Ayahanda ( Drs. Januari Tamba ), Ibunda ( Derlan Haro ), Abang ( Riswandro Tamba ) dan Adik ( Ristanto Tamba, Amd , Rhodentia Sri Hastuti Tamba, Reza Darwin Tamba, Samuel Morris Tamba ) yang senantiasamendukung dan mendoakan penulis selama perkuliahan maupun dalam menyelesikan Tugas Akhir ini.
Selama masaperkuliahan sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.selaku Ketua Depatemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Ir. Rahmat Fauzi, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.
iii 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Sidan Bapak Ir. Syamsul
Amien, MS selaku dosen Penguji yang telah banyak memberikan masukan untuk perbaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT. selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan dalam menyelesaikan perkuliahan.
5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara .
6. Bapak Bupati Kab. Samosir Ir Mangindar Simbolon, Sekretaris Inspektorat Kab. Samosir Bapak Drs Januari Tamba, Kepala Bidang Koperindag Kab samosir Bapak Jerry Manurung ST, Kepala Dinas Bappeda Kab. Samosir Bapak Philip Simarmata dan semua masyarakat Desa Sabungan ni Huta Kecamatan Ronggur ni huta yang telah memberikan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini
6. Teman-teman Seangkatan Jurusan Teknik Elektro Ekstensi 2012, senior, junior serta reguler untuk semua dukungannya.
7. Teman-teman Kost Kampung Susuk 2 No 16khususnya Obet Powell Lumban Tobing, Imanda Hutapea, Kristina Debora Lumban Gaol dan Dahlan Saragih yang telah banyak memberikan dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini,
iv Penulis sadar bahwa tugas akhir ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis pengharapkan kritik dan saran yang membangun demi memperbaiki tugas akhir ini, Akhir kata semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca .
Medan, Oktober2015 Penulis,
v DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Tugas Akhir ... 3
1.5 Manfaat Tugas Akhir ... 3
1.6 Metodologi Penelitian ... 4
1.7 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR PUMPED STORAGE 2.1 Pengertian PLTA Pumped Storage ... 6
2.2 Prinsip Pembangkitan Listrik Tenaga Air ... 6
2.3 Prinsip Pembangkitan Listrik Tenaga Air Pumped Storage ... 7
vi
2.4.1 Waduk / Bendungan (Dam) ... 10
2.4.2 Saluran Penyandap (Intake) ... 10
2.4.3 Saluran Pembawa (Head Race Tunnel) ... 10
2.4.4 Kolam Penenang (Forebay Tank ) ... 10
2.4.5 Pintu Pengatur (Valve Chamber) ... 10
2.4.6 Pipa Pesat (Penstock) ... 11
2.4.7 Pipa Penghisap ... 11
2.4.8 Pompa (Pumped) ... 11
2.4.9 Rumah Pembangkit (Power House) ... 11
2.4.10 Saluran Buang (Tail Race) ... 11
2.4.11 Turbin ... 11
2.4.11.1 Pengelompokan Turbin ...12
2.4.11.2 Pemilihan Turbin ...16
2.4.11.3 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin ... 17
2.4.12 Generator ... 19
2.4.13 Jaringan Distribusi ... 19
2.5. Ekonomi Pembangkit ... 20
2.5.1 Harga Energi Listrik... 20
2.5.1.1 Biaya Investasi Modal (Capital Cost ) ...21
2.5.1.2 Biaya Bahan Bakar ( Fuel Cost ) ...22
2.5.1.3 Biaya Operasi dan Pemeliharaan ( Operational and Maintenance Cost ) ... 22
2.5.2 Harga Pokok Produksi (HPP) ... 22
vii
BAB III KONDISI UMUM DAN KONDISI KETENAGALISTRIKAN
DI KABUPATEN SAMOSIR
3.1. Kondisi Umum Kabupaten Samosir ... 24
3.1.1 Kondisi Geografis ... 25
3.1.1.1 Kondisi Geografis Kabupaten Samosir ... 25
3.1.1.2 Kondisi Geografis Danau Sidihoni ... 25
3.1.1.3 Kondisi Geografis Danau Toba ... 26
3.1.2 Kondisi Iklim dan Curah Hujan ... 26
3.1.3 Kondisi Masyarakat ... 27
3.1.4 Kondisi Hidroklimatologi ... 28
3.1.4.1 Danau Sidihoni dan Danau Toba ... 28
3.1.4.2 Kualitas Air ... 30
3.1.5 Aksesibilitas ... 30
3.2 Kondisi Ketenagalistrikan Kabupaten Samosir... 30
BAB IV ANALISIS PRAKIRAAN POTEN PLTA PUMPED STORAGE DANAU SIDIHONI KABUPATEN SAMOSIR 4.1. Analisia Prakiraan Potensi PLTA ... 33
4.1.1 Analisa Debit Pembangkitan dan Pipa Pesat (penstock) ... 33 4.1.2 Perhitungan Kehilangan Tinggi Tekan (head losses) pada
viii
Akibat Pemasukan ... 36
4.1.3 Perhitungan Kehilangan Tinggi Tekan (head losses) pada pipa Akibat Gesekan ... 37
4.1.4 Perencanaan Turbin ... 39
4.1.5 Perencanaan Transmisi Mekanik ... 41
4.1.6 Perencanaan Generator ... 43
4.1.7 Perencanaan Pompa ... 44
4.2. Tinggi Muka Air (TMA) Danau Sidihoni dan Danau Toba... 45
4.3. Perhitungan Besarnya Debit yang akan dipompakan (in flow) ... 45
4.4. Perhitungan Besarnya Debit yang keluar dari turbin (out flow)... 46
4.5. Perhitungan Daya Listrik pada sistem PLTA Pumped Storage ... 47
4.6. Analisa Ekonomi ... 47
4.6.1 Biaya Modal (capital cost) ... 50
4.6.2 Biaya Bahan Bakar (fuel cost) ... 52
4.6.3 Biaya Operasi dan Pemeliharaan (Operational and Maintenance Cost) ... 52
4.6.4 Biaya Pembangkitan Total ... 53
4.6.5 Harga Pokok Produksi ( HPP ) per kWh... 55
4.6.6 Waktu Pengembalian Modal ( Payback Periode ) ... 56
4.7. Analisis Beban dan Konsumen Tenaga Listrik ... 58
4.7.1 Biaya Pokok Penyediaan ( BPP ) dan Kemampuan Daya Beli Masyarakat ... 58
ix 4.8 Kegunaan PLTA Pumped Storage di Kabupaten Samosir... 73 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
6.1. Kesimpulan... 74 6.2. Saran ... 76
DAFTAR PUSTAKA ... 77
x DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pusat Pembangkitan Listrik Tenaga Air Pumped Storage………7
Gambar 2.2 Prinsip Kerja PLTA Pompa……….8
Gambar 2.3 Turbin Pelton………12
Gambar 2.4 Turbin Turgo………13
Gambar 2.5 Turbin Crossflow………14
Gambar 2.6 Turbin Francis………15
Gambar 2.7 Turbin Kaplan………15
Gambar 2.8 Grafik Klasifikasi Turbin………16
Gambar 2.9 Komponen Generator Dalam PLTA………..20
Gambar 3.1 Peta Letak Geografis Danau Sidihoni Kabupaten Samosir………24
Gambar 3.2 Foto Satelit dari Medan ke Lokasi Penelitian ( Danau Sidihoni ) Kabupaten Samosir………..25
Gambar 3.3 Danau Sidihoni Desa Sabungan ni Huta………28
Gambar 3.4 Danau Toba Kabupaten Samosir………28
xi DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin ...18
Tabel 3.1 Karakteristik Morfometri Danau Sidihoni ...29
Tabel 3.2 Karakteristrik Morfometri Danau Toba ...29
Tabel 3.3 Banyaknya Konsumsi Energi Listrik Listrik (kWh) Pada PT PLN ( Persero ) Ranting Pangururan Menurut Kategori Pelanggan Tahun 2007 - 2013 (kWh) …………...31
Tabel 3.4 Banyaknya Pelanggan Energi Listrik Pada PT PLN ( Persero ) Ranting Pangururan Menurut Kecamatan di Kabupaten Samosir Tahun 2013 (Pelanggan/Customers) ...32
Tabel 4.1 Spesifikasi Pipa Pesat (penstock) PompaPada PLTA Pumped Storage ...34
Tabel 4.2 Properti Teknis Material Pipa Pesat...……....35
Tabel 4.3 Spesifikasi Turbin Pada PLTA Pumped Storage...39
Tabel 4.4 Rencana Transmisi Mekanik Pada PLTA Pumped Storage...42
Tabel 4.5 Desain Generator Pada PLTA Pumped Storage...43
Tabel 4.6 Spesifikasi Pompa Pada PLTA Pumped Storage...44
Tabel 4.7 Biaya Pembangkitan Energi Listrik ...54
Tabel 4.8 Banyaknya Penduduk dan Rumahtangga di Kabupaten Samosir Menurut kecamatan Tahun 2013 ...58
xii Tabel 4.10 Peraturan Menteri Energi Sumber Daya Mineral ( ESDM ) RI
Tentang Tarif Dasar Listrik Untuk Keperluan Rumahtangga Nomor 31 Tahun 2014………...60 Tabel 4.11 Harga Jual Listrik ( Rp ) Rata-rata per Sektor …...63 Tabel 4.12 Banyaknya Pelanggan Energi Listrik Pada PT PLN ( Persero )
Ranting Pangururan Menurut Kategori Pelanggan
Tahun 2013 (Pelanggan/Customers) ...66 Tabel 4.13 Banyaknya Pelanggan Energi Listrik Pada PT PLN ( Persero )
Ranting Pangururan Menurut Kecamatan di Kabupaten Samosir Tahun 2013 (Pelanggan/Customers) ...67
Tabel 4.14 Banyaknya Daya Listrik (VA) Tersambung Pada PT PLN (Persero) Ranting Pangururan Menurut Kategori Pelanggan
Tahun 2007 - 2013 (KVA) …………...68 Tabel 4.15 Banyaknya Penjualan Energi Listrik Listrik (kWh) Pada PT PLN
( Persero ) Ranting Pangururan Menurut Kategori Pelanggan Tahun 2007 - 2013 (kWh) …………...69 Tabel 4.16 Banyaknya Pelanggan, KVA Tersambung dan kWh Terjual
Pada PT PLN ( Persero ) Ranting Pangururan Menurut
