1
KECAMATAN TANAH SIANG KABUPATEN MURUNG RAYA
PROVINSI KALIMANTAN TENGAH
Ari Wibisono1, Pitojo Tri Juwono2, Prima Hadi Wicaksono2
1
Mahasiswa S-1 Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang 2
Dosen Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang E-mail: ariwibisono88@yahoo.com
ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) mempunyai kelebihan dalam hal biaya operasi yang rendah jika dibandingkan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD), karena mikrohidro memanfaatkan energi sumber daya alam yang dapat diperbarui, yaitu sumber daya air. Dalam perencanaan PLTMH di Desa Olung Siron ini, meliputi Bendung, Intake, Bak penenang (Forebay), Pipa pesat (Penstock), dan pemilihan turbin. Debit andalan sungai Soko yang digunakan untuk perencanaan PLTMH Olung Siron sebesar 0,64 m3/dt. Klasifikasi turbin berdasarkan tinggi jatuh, debit, dan kecepatan spesifik (Ns), maka PLTMH Olung Siron menggunakan turbin Fixed Blade Propeller.
Daya yang dihasilkan dari tinggi jatuh efektif sebesar 3,83 m dan debit sebesar 0,64 m3/dt adalah 16,35 kW. Sedangkan kebutuhan listrik yang akan digunakan masyarakat Desa Olung Siron sebesar 11,88 kW.
Kata kunci: Debit, Daya, tinggi jatuh efektif, turbin, PLTMH.
ABSTRACT
Micro Hydro Power Plant (MHP) has advantages in terms of lower operating costs when compared to the Diesel Power Plant (diesel), as micro-hydro energy utilizing natural resources that can be renewable, ie water resources. For design Micro Hydro Power Plant in the Olung Siron Village includes, Weir, Intake, Forebay, Penstock, and the selection of the turbine. Soko low river flows discharge is used for planning Olung Siron Micro Hydro Power Plant of 0.64 m3/sec. Turbine classification based on nettHead, discharge, and specific speed (Ns), the Olung Siron Micro Hydro Power Plant using Fixed Blade Propeller turbines. The power generated from the effective fall height of 3,83 m and a discharge of 0,64 m3/sec is 16,35 kW. While the demand for electricity to be used by the villagers Olung Siron 11,88 kW.
Keyword: Discharge, Power, NettHead, Turbine, MHP.
I. PENDAHULUAN
Sumber Daya Air adalah sumber daya dengan beragam kegunaan yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan manusia sehari-hari. Kegunaan air juga meliputi penggunaan air dalam upaya pengadaan energi listrik yang juga merupakan kebutuhan utama dalam masyarakat. Keterbatasan tenaga listrik merupakan salah satu permasalahan yang
harus segera diatasi sehingga tidak mengakibatkan krisis yang dapat berdampak lebih besar.
kecil dan tingginya biaya bahan bakar. Meskipun demikian, penyediaan listrik tetap harus dilakukan karena merupakan investasi sosial yang tak terhindarkan dalam rangka peningkatan kesejah-teraan masyarakat.
Oleh karena itu, untuk memenuhi kebutuhan akan penerangan listrik pada daerah terpencil perlu diciptakan alat yang dapat menjangkau tempat terpencil yang murah dan ramah lingkungan, yaitu Pembangkit Listri Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Pemasangan pembangkit listrik tenaga air atau Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) khususnya didaerah terpencil masih perlu dikembangkan melihat daerah di Indonesia yang banyak sekali air yang belum dimafaatkan secara optimal, dan masih banyak pula daerah terpencil di Indonesia yang belum terjangkau oleh aliran listrik (PLN). Sebagai alternatif pembangkit listrik dengan menggunakan diesel (PLTD) yang menggunakan bahan bakar minyak khususnya solar yang biaya operationalnya lebih besar dibanding PLTMH, disamping itu PLTMH juga ramah lingkungan.
Pemerintah telah pula membuat peraturan perundangan yang menunjang investasi dalam bidang PLTMH yaitu :
Peraturan Pemerintah No. 03 tahun 2005 tentang Ketenagalistrikan menyatakan bahwa guna menjamin ketersediaan energi primer untuk pembangkit tenaga listrik, diprioritaskan penggunaan sumber energi setempat dengan kewajiban mengutamakan pemanfaatan sumber energi terbarukan. Dalam Pasal 2 Peraturan Pemerintah tersebut disebutkan :
Ayat 1: Penyediaan dan pemanfaatan tenaga listrik dilaksanakan berdasarkan Rencana Umum Ketenagalistrikan Nasional. Ayat 2: Menteri menetapkan Rencana
Umum Ketenagalistrikan
Nasional dengan
mempertimbangkan masukan
dari Pemerintah Daerah dan masyarakat.
Ayat 3: Penyediaan tenaga listrik dilakukan dengan memanfaatkan seoptimal mungkin sumber energi yang terdapat diwilayah Negara Kesatuan Republik Indonesia.
Ayat 4: Guna menjamin ketersediaan energi primer untuk penyediaan tenaga listrik untuk kepentingan umum, diprioritaskan penggunaan sumber energi setempat dengan kewajiban mengutamakan pemanfaatan sumber energi.
Dengan melihat keadaan daerah Tanah Siang dan sekitarnya yang belum terjangkau jaringan listrik, merupakan alasan mendasar untuk memberdayakan potensi air sungai Soko menjadi sumber pembangkit tenaga listrik yang diharapakan dapat membantu masyarakat Tanah Siang, khusunya desa Olung Siron dalam meningkatkan keadaan ekonomi dan memenuhi kebutuhan kelistrikan di daerah tersebut. Untuk itulah akan direncanakan PLTMH yang sistem pengalirannya menggunakan saluran tertutup (pipa). Sungai Soko mempunyai ketersediaan air yang cukup sepanjang tahun (kontinuitas), debit yang dapat diandalkan, dan memiliki kontur yang sesuai dengan teknis perencanaan untuk dibangun PLTMH didaerah ini. Dengan kenyataan dan kondisi yang demikian, ada kemungkinan air yang belum dimanfaatkan itu digunakan untuk membangkitkan listrik. Listrik yang dihasilkan dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat desa Olung Siron Kecamatan Tanah Siang. Dengan demikian indikasi listrik yang dihasilkan adalah listrik dengan daya kecil.
II. METODOLOGI PERENCANAAN
A. Hydropower
sumber energi, terutama di wilayah yang terpencil. Sistem pembangkit tenaga mikrohidro dapat dipasang di sungai kecil dan tidak memerlukan dam yang besar sehingga dampaknya terhadap lingkungan sangat kecil.
Pembangkit tenaga mikrohidro dapat digunakan langsung sebagai penggerak mesin atau digunakan untuk menggerakan generator listrik. Instalasi pembangkit listrik dengan tenaga mikrohidro biasa disebut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro, disingkat PLTMH. Daya yang hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda tinggi antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar pada turbin. Total daya yang terbangkitkan dari suatu turbin air adalah merupakan reaksi antara head dan debit air seperti di tunjukan pada persamaan berikut:
P = Q x g x h x ηturbin x ηgenerator 1. Debit Banjir Rencana
Metode penentuan debit banjir rencana akan dilakukan dengan metode hidrograf satuan sintetik Nakayasu. Persamaan umum hidrograf satuan sintetik adalah sebagai berikut:
)
α : Koefisien karakteristik DAS Ro : Hujan netto satuan
2. Debit Andalan
Lengkung duarasi aliran (flow duration curve) adalah suatu grafik yang memperlihatkan debit sungai dan selama beberapa waktu tertentu dalam satu tahun. Pada gambar berikut jelas bahwa debit minimum terdapat selama setahun penuh, sedangkan debit maksimum hanya terdapat selama beberapa jam. Lengkung durasi aliran digambarkan dari data-data debit, sekurang-kurangnya selama 10 tahun.
Tabel 1. Klasifikasi Kondisi hidrologi Flow Duration 40 - 60% Mid-Range Conditions 60 - 90% Dry Conditions 90 - 100% Low Flows Sumber: Cleland 2003.
3. Bak Penenang (Forebay)
Bak penenang berfungsi untuk mengontrol perbedaan debit dalam pipa pesat (penstock) dan saluran pembawa karena fluktuasi beban, disamping itu juga sebagai pemindah sampah terakhir (tanah, pasir, kayu yang mengapung) dalam air yang mengalir. Bak penenang dilengkapi saringan (trashrack) dan pelimpas (spillway).
tekanan tinggi dan berfungsi untuk mengalirkan air dari pengambilan (intake) menuju bak penenang. Untuk mendapatkan diameter pipa dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
D =
0.1875 2
2
H L Q n 2.69 V = Q/A Dengan:
D = Diameter pipa pesat (m) Q = Debit pembangkit (m3/dt)
V = Kecepatan aliran pada pipa pesat (m/dt)
H = Tinggi pipa pesat (m) 5. Pemilihan Turbin
Turbin Air adalah turbin dengan air sebagai fluida kerja. Air yang mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju tempat yang lebih rendah, hal ini air memiliki energi potensial. Dalam proses aliran didalam pipa, energi potensial tersebut berangsur-berangsur berubah menjadi energi mekanis, dimana air memutar roda turbin. Roda turbin dihubungkan dengan generator yang mengubah energi mekanis (gerak) menjadi energi listrik
Gambar 1. Grafik Pemilihan Turbin Sumber: Fraenkel 1991
Adapun tipe penggunaan head yang berlaku pada beberapa macam turbin diantaranya:
Kaplan 2 < H < 40 Francis 10 < H < 350 Pelton 50 < H <1300 Turgo 50 < H < 250
Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran, antara lain sebagai berikut:
- Turbin pelton 12 < Ns < 25 - Turbin francis 60 < Ns < 300 - Turbin crossflow 40 < Ns < 200 - Turbin propeller 250 < Ns < 1000
Dengan mengetahui Ns turbin maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan lebih mudah. Untuk estimasi perhitungan dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut:
4 5 s
h P N N Dengan:
N = kecepatan pada turbin (rpm) Ns = kecepatan spesifik (rpm) h = tinggi jatuh efektif (m) P = daya yang dihasilkan (kW)
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Perhitungan
Pembangunan PLTMH Olung Siron direncanakan di Desa Olung Siron, Kecamatan Tanah Siang, Kabupaten Murung Raya dengan memanfaatkan aliran sungai Soko. Desa Olung Siron terletak pada 0˚34’08,3” LS dan
114˚32’36,4” BT. Jumlah penduduk Desa
Olung Siron pada tahun ini adalah 265 jiwa yang terbagi ke dalam 54 KK.
Untuk mendukung perencanaan PLTMH Olung siron maka dilakukan perhitungan sebagai berikut:
1. Debit Banjir Rencana
Tabel 2. Debit Banjir Rancangan Kala Ulang
(Tahun)
Debit Banjir Rancangan (m3/dt)
Q5th 73.70
Q10th 86.37
Q20th 96.68
Q50th 114.10
Q100th 125.83
Sumber: perhitungan
Untuk perencanaan bendung pada PLTMH Olung Siron digunakan dengan kala ulang Q50th sebesar 114.10 m3/dt. 2. Debit Andalan
Guna mendapatkan kapasitas PLTMH, tidak terlepas dari perhitungan berapa banyak air yang dapat diandalkan untuk membangkitkan PLTMH. Debit andalan adalah debit yang masih dimungkinkan untuk keamanan operasional suatu bangunan air, dalam hal ini adalah PLTMH. hasil rekapitulasi disajikan dalam tabel dan grafik berikut: Tabel 3. Rekapitulasi Debit Sungai
Probabilitas (%)
Debit Sungai Soko (m3/dt)
10 2.4
26 1.91
51 1.34
75 0.83
90 0.64
Sumber: perhitungan
Gambar 2. Kurva Durasi Aliran Sumber: perhitungan
3. Desain Bendung
Bangunan bendung direncanakan dengan tinggi mercu 2.0 m dan lebar
sungai rencana 20 m, dengan lebar pintu pembilas 1 m sebanyak satu buah dan tebal pilar 1 m.
Tabel 4. Spesifikasi Bendung
Komponen Spesifikasi
Konstruksi Bendung Tetap
Pelimpah OGEE Type III
Pintu Pembilas Plat Baja
Bahan Bangunan Pasangan Batu
BANGUNAN SIPIL BENDUNG
Sumber: perhitungan
Gambar 3. Desain Bendung 4. Desain Bak Penenang
Tujuan bangunan bak penenang adalah sebagai tempat penenang air dan pengendapan akhir. Forebay merupakan tempat permulaan pipa pesat (penstock) yang mengendalikan aliran minimum, sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin, tanpa menurunkan elevasi yang berlebihan dan menyebabkan arus balik pada saluran. Bak penenang dilengkapi saringan (trashrack) dan pelimpas (spillway).
Tabel 5. Spesifikasi Bak Penenang
Komponen Spesifikasi
Konstruksi Pasangan Batu
Lebar 1,5 m
Panjang 2,84 m
Qdesain 0,64 m
3 /s Dimensi
BANGUNAN SIPIL BAK PENENANG
Gambar 4. Desain Bak Penenang 5. Desain Penstock
Saluran pipa pesat (penstock) berfungsi sebagai saluran pembawa debit dari bak penenang menuju ke turbin.Pipa pesat direncanakan dengan menggunakan pipa PVC.
Tabel 6. Spesifikasi Pipa pesat
Komponen Spesifikasi
Konstruksi PVC
Diameter 0,6 m
Panjang 23,8 m
Qdesain 0,64 m
3 /s BANGUNAN SIPIL
Pipa Pesat
Dimensi
Sumber: perhitungan
Gambar 5. Desain Bak Penenang 6. Pemilihan Turbin
Klasifikasi turbin berdasarkan tinggi jatuh efektif, debit dan kecepatan spesifik (Ns), maka PLTMH Olung Siron menggunakan turbin Kaplan (Fixed Blade Propeller).
Tabel 7. Spesifikasi Turbin
Komponen Spesifikasi
Tipe Fixed Blade Propeller
Diameter Runner 0,48 m
Head 3,83 m
Debit Andalan 0,64 m3/s
Daya 16,35 kW
Kecepatan Spesifik 509 rpm
Efisiensi 0,85%
PERALATAN ELEKTRIKAL-MEKANIKAL TURBIN
Sumber: perhitungan
Gambar 6. Fixed Blade Propeller Turbine
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis dan perhitungan yang telah dilakukan dengan memperhatikan rumusan masalah dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Dalam perhitungan debit andalan
menggunakan metode Dr. F.J. Mock, perencanaan PLTMH Olung Siron menggunakan debit andalan Q90 sebesar 0,64 m3/dt.
2. Klasifikasi turbin berdasarkan tinggi jatuh efektif, debit dan kecepatan spesifik (Ns), maka PLTMH Olung Siron menggunakan turbin Kaplan (Fixed Blade Propeller).
3. Besarnya daya yang dihasilkan dengan debit 0,64 m3/dt dan tinggi jatuh efektif setinggi 3,83 m adalah 16,35 kW.
Untuk kemajuan masyarakt desa Olung Siron diharapkan kepada PEMDA dan PLN setempat agar dapat memperhatikan masyarakat untuk membantu pelaksanaan pembanguan Pembangit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).
Kelebihan daya yang dihasikan PLTMH dapat digunakan untuk keperluan rekreasi, pendidikan dan industri kecil seperti; mesin pemotong rotan, mesin penggiling padi. Dalam artian PLTMH tersebut tidak hanya untuk keperluan konsumtif tapi bisa juga untuk keperluan produktif
V. DAFTAR PUSTAKA
1. Anonim (2008). Buku Utama Pedoman Studi Kelayakan PLTMH. Jakarta: Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral.
2. Arismunandar A, dan Kuwahara S (2004). Teknik Tenaga Listrik Jilid I. Jakarta: PT Pradnya Paramita.
3. Cleland, B.R .November 2003. TMDL Development From the “Bottom Up” -- Part III: Duration Curves and Wet-Weather Assessments. National TMDL Science and Policy 2003 -- WEF Specialty Conference. Chicago, IL. 4. Dake, J.M. (1985). Hidrolika Teknik.
Jakarta: Erlangga.
5. Dandekar, M.M., dan Sharma, K.N. (1991). Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta: Universitas Indonesia. 6. Fraenkel, Paish, Bokalders, Harvey,
Brown, Edwards. (1991). Micro-hydro power, A guide for development workers. Intermediate Technology Publications
7. Hadisusanto, Nugroho (2011). Aplikasi Hidrologi. Yogyakarta: Jogja Mediautama.
8. http://en.wikipedia.org/wiki/Propeller _turbine. Propeller Turbine. diakses 2012.
9. Liu, Henry (2003). Pipeline Engineering. United States of America: Lewis Publishers.
10.Patty, O.F. (1995). Tenaga Air. Jakarta: Erlangga.
11.Ray K, Linsley (1991). Teknik Sumber Daya Air. Jakarta: Erlangga. 12.Soemarto, C.D. (1987). Hidrologi
Teknik. Surabaya: Usaha Nasional. 13.Sosrodarsono, Suyono (1989).
Bendungan Type Urugan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
14.Sosrodarsono, Suyono (1993). Hidrologi Untuk Pengairan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
15.Sri Harto Br (1993). Analisis Hidrologi. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama.
16.Triatmodjo, Bambang (2010). Hidrologi Terapan. Yogyakarta: Beta Offset.
