i STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINIHIDRO PADA
SUNGAI LAE ORDI KABUPATEN PAKPAK BHARAT
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian pendidikan sarjana teknik sipil
Disusun Oleh :
ANGELINA SALANGSAI
13 0404 035
Dosen Pembimbing :
IR. MAKMUR GINTING, M.SC.
NIP. 19551201 198103 1 005
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Minihidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Energi air adalah salah satu contoh sustainable energy yang syarat akan produksi dan konsumsi energi yang bertanggung jawab guna memenuhi kebutuhan energi saat ini tanpa mengorbankan ketersediaan energi yang akan datang atau membahayakan lingkungan. Kabupaten Pakpak Bharat Provinsi Sumatera Utara yang saat ini juga masih mengalami kekurangan listrik memiliki potensi sumber daya air yang besar karena ada banyak sungai yang cukup besar dengan tinggi jatuh air yang mencukupi.Salah satu sungai yang berpotensi adalah sungai Lae Ordi karena memiliki debit air yang cukup besar serta tinggi jatuh air yang juga cukup tinggi.
Dilakukan perhitungan curah hujan wilayah dengan metode poligon Thiessen dan dilakukan. perhitungan debit andalan dengan metode FJ Mock. Setelah itu dilakukan analisa Flow Duration Curve sehingga diperoleh denbit dengan keandalan / probabilitas 90% sebesar 8,14 m3/detik dengan tinggi jatuh bersih (Hnet) sebesar 124.128 m.
Dari hasil perhitungan diperoleh saluran berbentuk trapezium dengan dimensi lebar bawah 2,202 m, lebar atas 4,423 m m, tinggi 1,915 m dan panjang total saluran 2378,5 m. Pipa direncanakan menggunakan pipa baja ringan galvanis dengan panjang pipa 708,7 m.
Setelah dilakukan analisis potensi diketahui bahwa sungai Lae Ordi memiliki potensi daya sebesar 4,3 MW dengan tinggi jatuh netto (Hnet) sebesar 124,128 m dan dapat mengaliri listrik untuk 9611 rumah (jika satu rumah diasumsikan membutuhkan daya 450 watt).
iii KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan yang Maha Esa segala
Kasih, Pertolongan dan rahmat-Nya yang telah memberikan kesehatan dan hikmat
kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan
waktu yang direncanakan.
Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “Studi Potensi Pembangkit
Listrik Tenaga Mini hidro pada Sungai Lae Ordi Kabupaten Pakpak Bharat”.
Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat menempuh jenjang pendidikan
strata satu (S-1) pada Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
Penulis menyadari dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari
dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Medis Surbakti, ST. MT selaku Ketua Departemen Teknik
Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Makmur Ginting, M.Sc. selaku dosen pembimbing yang
telah memberikan begitu banyak ilmu yang tak ternilai harganya serta
masukan-masukan, tenaga, pikiran yang dapat membimbing penulis
sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Andy Putra Rambe, MBA selaku sekretaris Departemen
Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc selaku Koordinator
Bidang Studi Teknik Sumber Daya Air Teknik Sipil Universitas
Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu Dosen Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan banyak sekali ilmu
yang bermanfaat selama penulis menempuh pendidikan di Departemen
6. Bapak/Ibu Staf TU Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik,
Universitas, Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dalam
proses administrasi.
7. Papa, Dirja Sebayang dan Mama, Ettianna Ginting, karena tidak
henti-hentinya memberikan doa dan dorongan kepada penulis dalam
menyelesaikan tugas akhir ini. Juga kepada kembaran dan adik
tersayang Alissha Tesanika Sebayang dan Paradigma Sebayang.
8. Abang/kakak 012 kak Novia, kak Elin, dll yang telah banyak
mensupport sehingga penulis tetap semangat.
9. Teman-teman sesama Sipil 013, Farras, Tiwi, Indah, Kumbang,
Mahadi, Astrid, Meri, Al Hafisz, Izam, dan teman-teman lainnya yang
tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
10.Abang /Kakak yang telah banyak mendukung selesainya tugas akhir
ini, baik bang Faisal dosen,bang Irfan, bang Jefrizal, bang Posma, Kak
Monica Grace dan abang/kakak lainnya yang tidak bisa penulis
sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak jauh dari
sempurna, maka dari segala saran, masukan dan kritikan yang sifatnya
membangun akan penulis terima dengan tangan terbuka demi perbaikan tugas
akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan berharap semoga
Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua.
Medan, Agustus 2017
Penulis,
v
1.6. Sistematika Penulisan……….….…5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA……….……..7
2.2.4 Uji Distribusi Probabilitas………..………...29
2.2.5Hubungan antara Curah Hujan dan Limpasan..………..…33
2.3Duration Curve……….………....47
2.4Pembangkit Listrik Tenaga Air……….……...48
2.4.1 Konversi Energi Mekanik menjadi Energi Listrik.……….51
2.4.2 Komponen – komponen PLTM………...52
BAB III METODE PENELITIAN………87
3.1 Metode dan Tahapan Penelitian………87
3.2 Kondisi Wilayah Studi………74
3.2.1Letak Geografis , Topografi dan Luas Catchment Area…..74
3.2.2Data Curah Hujan………77
3.2.4Klimatologi………...………...79
3.2.5Geologi………79
3.2.6Penggunaan Lahan………...84
BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN………90
4.1 Analisis Curah Hujan Wilayah………..90
4.2 Analisa Evapotranspirasi………..110
4.3 Perhitungan Debit dengan Metode F.J. Mock……….xlviii 4.4 Analisis FDC………..liii 4.5Desain Dasar Bangunan Sipil………..liii 4.5.1Saluran Pembawa………..119
4.5.2 Bak penenang dan Penangkap Sedimen………..lix 4.5.3 Pipa pesat………...125
4.6Perhitungan Daya………...…...129
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………...………...131
5.1Kesimpulan………131
5.2 Saran………...132
vii DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Poligon Thiessen pada DAS 11
Gambar 2.2. Isohyet 12
Gambar 2.3. Ilustrasi terbentuknya limpasan permukaan (runoff) 34
Gambar 2.4. Gambaran daya infiltrasi 36
Gambar 2.5. Gambaran perbandingan infiltrasi 37
Gambar 2.6 Pemisahan aliran dasar dan limpasan langsung 38
Gambar 2.7 Bagan alir curah hujan dan limpasan 39
Gambar 2.8 Bagian alir perhitungan debit dalam Mock 40
Gambar 2.9 Komponen Water Surplus 42
Gambar 2.10 Contoh Duration Curve 46
Gambar 2.11 Bagan sebuah PLTM 47
Gambar 2.12 Efisiensi untuk skema perjalanan air
sampai menghasilkan daya 49
Gambar 2.13 Grafik faktor gesekan pipa 64
Gambar 3.1 Batas Wilayah Administrasi Kabupaten Pakpak Bharat 75
Gambar 3.2 Catchment Area Penelitian 76
Gambar 3.3 Catchment Area dan Stasiun Hujan 81
Gambar 3.4 Peta Geologi DAS 80
Gambar 3.5 Peta Tutupan Lahan DAS 81
Gambar 4.1 Poligon Thiessen Catchment Area Penelitian 83
Gambar 4.2 Flow Duration Curve 110
Gambar 4.3 Grafik Debit Rata-rata Bulanan 118
ix DAFTAR NOTASI
A= Luas catchment di lokasi yang ditinjau (Km2)
A = luas penampang saluran (m2)
ܣ݅ = luas sub daerah pengaliran ke – i
B = lebar saluran bawah
BF = base flow
C= Koefisien tanaman
Cd= Koefisien debit
CH= Curah hujan (mm)
C = Angka koreksi bulanan Penmann
C = runoff coefficient
Ci = koefisien limpasan sub daerah pengaliran ke – i
CK = koefisien kurtosis
CS = koefisien kemencengan
CV = koefisien variasi
d = diameter pipa
D = diameter karakteristik turbin (m)
dk = kuadrat kebebasan
DRO = direct run off
Eloss = Kehilangan akibat evporasi (mm3/hari)
E = Evaporasi (mm/hari)
Et = Evapotranspirasi (mm/hari)
Etc = Penggunaan konsumtif (mm/hari)
Eto = Evapotranspirasi acuan (mm/hari)
Eo = Evaporasi air terbuka (mm/hari)
ea = Tekanan uap jenuh (mbar)
ed = Tekanan uap nyata (mbar)
E = elevasi dari permukaan laut (m)
E = evapotranspirasi
Ea = evapotranspirasi aktual
ea = tekanan uap air basah (mbar)
ed = tekanan uap air aktual(mbar)
Ei= Jumlah Nilai Teoritis pada Sub Kelompok i
Ep = evapotrasnpirasi potensial
ETo = Evapotranspirasi acuan/potensial (mm/hari)
xi f(T‟) = Fungsi temperatur
F = free board
fc = kapasitas infiltrasi
g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)
G = Jumlah Sub Kelompok
GS= groundwater storage
Gsom = ground storage bulan sebelumnya
∆GS = Perubahan groundwater storage
H = tinggi saluran (m)
Hn= tinggi terjun netto/efektif (m)
i = intensitas curah hujan
I = aliran permukaan yang memasuki daerah pengaliran (surface inflow)
I = aliran masuk (inflow) rata-rata tahunan ke dalam daerah pengaliran
I = infiltrasi
if = koefisien infiltrasi
ISMS = tampungan kelembaban tanah awal(initialsoil moisture storage)
J = indeks panas tahunan
n = jumlah sub daerah pengaliran
n = lamanya penyinaran matahari/ hari
n = jumlah data
N = kemiringan sisi saluran
N = kemungkinan penyinaran matahari maksimum
Ns = Kecepatan Spesifik (rpm)
n= Banyaknya pengamatan
n= Perbandingan lebar saluran terhadap tinggi muka air
ɳ = efisiensi turbin (%)
n/N= Rasio lama penyinaran
N= Lama penyinaran maksimum
O = aliran air yang keluar dari daerah pengaliran
O = aliran keluar (outflow) rata-rata tahunan dari outlet daerah pengaliran
Oi= Jumlah Nilai Pengamatan pada Sub Kelompok I
p = persentase lamanya siang hari rata-rata pertahun
P = presipitasi / curah hujan (mm)
P = Peluang (%)
P = tenaga yang dikeluarkan secara teoritis (kW)
xiii
Q = Debit aliran (m3/detik)
q = Perbandingan debit persatuan luas
Q = debit air (m3/s)
R = jari-jari hidrolik (m)
Ra = Radiasi Ekstra terrestrial (mm/hari)
RH mean = kelembaban udara rata-rata (%)
Rn = Radiasi netto (mm/hari)
Rns = solar radiasi netto (mm/hari)
Rn1 = Radiasi netto gelombang panjang
ܴݏ= solar radiasi gelombang pendek (shortwave)
R = Jari-jari hidraulis (m)
R = Curah Hujan Rancangan (mm/bln)
Rn = Radiasi netto (mm/hari)
Rns = Radiasi gelombang pendek (mm/hari)
Rnl =Radiasi netto gelombang panjnag
Rs = Radiasi gelombang pendek (mm/hari)
Sn = Simpangan baku terhadap n buah sampel
S = deviasi standard
S = jumlah hari dalam bulan tertentu
SMS = tampungan kelembaban tanah (soilmoisture storage)
Sn = reduce variate standard deviation
SRO = storm run off
SS = tampungan tanah (soil storage)
ΔS = perubahan penampungan (change in storage), di atas permukaan maupun di
bawah tanah.
t = ketebalan pipa
t = Waktu (detik)
T = temperatur
T = lebar atas saluran
TRO =total run off yaitu komponen-komponen pembentuk debit sungai
(stream flow)
Tx = jumlah jam rata-rata sehari antara matahari terbit hingga matahari
terbenam dalam bulan tertentu
U = aliran bawah tanah yang keluar dari daerah pengaliran
U = kecepatan angin berhembus dalam 24 jam (km/hari)
V = Kecepatan aliran (m/detik)
W = Faktor koreksi terhadap radiasi temperatur
W = Harga faktor berat
xv χ h² = Parameter Chi-Kuadrat terhitung
Xi = nilai variat(mm)
Y = nilai logaritmik nilai X, atau ln X (mm)
Y = rata-rata hitung nilai Y (mm)
Yn = reduced variate mean
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Kebutuhan Tambahan Pembangkit 35.000 MW 3
Tabel 2.1. Faktor Koreksi Penman 20
Tabel 2.2. Harga Ra untuk Indonesia 20
Tabel 2.3. Persyaratan Parameter Statistik suatu distribusi 23
Tabel 2.4. Hubungan Reduced Mean Yn
dengan besarnya sampel n 24
Tabel 2.5. Hubungan Reduced Standard Deviation Sn
dengan besarnya sampel n 25
Tabel 2.6. Nilai Variabel Reduksi Gauss 26
Tabel 2.7. Harga K untuk Distribusi Log Pearson III 27
Tabel 2.8. Nilai Kritis Untuk Distribusi Chi-Kuadrat 30
Tabel 2.9. Nilai Kritis Do Untuk Uji Smirnov – Kolmogorov 33
Tabel 2.10. Koefisien Limpasan berbagai karakteristik tanah dan tata guna lahan 36
Tabel 2.11. Exposed surface (m) 42 Tabel 2.12. Nilai SMC berbagai jenis tanah 46
Tabel 2.13. Struktur Dasar Saluran Untuk PLTA Skala Kecil 53
Table 2.14 Kecepatan maksimum dalam saluran 58
Tabel 2.15 Kemiringan sisi saluran 59
Tabel 2.16. Karakteristik tipe saluran 60
Tabel 2.17. Koefisien kekasaran pipa „k‟ dalam mm 64
Tabel 2.18 Koefisien bukaan klep 65
xvii
Tabel 2.24. Curah Hujan Bulanan Stasiun Parlilitan 79
Tabel 2.25. Curah Hujan Bulanan Stasiun Sitio-tio 79
Tabel 2.26. Hari Hujan Bulanan Stasiun Lae Hole 80
Tabel 2.27. Hari Hujan Bulanan Stasiun Parlilitan 80
Tabel 2.28. Hari Hujan Bulanan Stasiun Sitio-tio 80
Tabel 4.1. Catchment Area masing-masing stasiun 85
Tabel 4.2. Resume Perhitungan Curah Hujan Wilayah Thiessen 91
Tabel 4.3. Data Iklim Stasiun Dairi 92
Tabel 4.4. Radiasi Ekstra terrestrial (Ra), mm/hari 92
Tabel 4.5. Pengaruh Suhu Udara pada Panjang Gelombang
Radiasi f(T) 92
Tabel 4.6. Tekanan Uap Jenuh (ea), mbar 92
Tabel 4.7. Harga Koefisien W 97
Tabel 4.8. Hasil Perhitungan Evapotranspirasi (ETo) DAS
PLTM Lae Ordi 97
Tabel 4.9. Resume Perhitungan Debit dengan FJ Mock 9
Tabel 4.10 Probabilitas Debit Andalan Sungai Lae Ordi
Tabel 4.11 Debit Rata-rata Bulanan
