1 BAB I
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Kebutuhan akan energi listrik sangat penting dalam menunjang kehidupan manusia. Hampir semua alat penunjang kehidupan membutuhkan energi listrik. Alat yang sudah umum untuk melengkapi kehidupan manusia yaitu lampu dan barang elektronik yang tentunya membutuhkan energi listrik dalam pemanfaatannya. Perkembangan teknologi seperti saat ini juga sangat bergantung pada energi listrik.
Kebutuhan akan energi listrik yang tinggi tentunya mebutuhkan sumber pembangkit energi listrik yang besar pula. Sebagian besar pembangkit listrik di Indonesia masih mengandalkan energi fosil (Basuki, 2007). Energi fosil dalam hal ini merupakan energi yang bersumber dari bahan bakar minyak (BBM). Energi fosil ini memiliki kelemahan yaitu dari jumlahnya yang semakin sedikit karena tidak dapat diperbarui serta prosesnya yang tidak ramah lingkungan. Keadaan ini memberikan pemikiran untuk adanya pemanfaatan energi alternatif.
Pemanfaatan energi alternatif tidak harus dilakukan dalam skala besar, namun dapat dilakukan dengan skala kecil. Pemanfaatan energi alternatif dalam skala kecil ini dilakukan dengan melihat potensi energi yang ada di sekitar kehidupan kita. Terdapat beberapa alternatif energi yang ada di sekitar kita dan berpotensi menghasilkan energi listrik, yaitu energi angin, energi matahari (surya), dan energi air. Ketiga sumber energi ini dapat menghasilkan energi listrik dengan bantuan alat pembangkit listrik, yaitu untuk energi angin menggunakan kincir angin, energi surya menggunakan sel surya, dan energi air menggunakan sistem mikrohidro.
Pemanfaatan energi alternatif juga harus memperhatikan besarnya potensi sumber energi, energi yang ramah lingkungan, serta keterjangkauan pengadaan alat. Energi angin, energi matahari (surya), dan energi air telah memenuhi kriteria energi ramah lingkungan, namun dari segi potensi sumber energi sangat tergantung pada karakteristik lingkungan. Pertimbangan lain dari segi keterjangkauan pengadaan alat, energi air dalam pengubahannya menjadi energi
2 listrik membutuhkan sistem PLTMH yang lebih terjangkau harganya daripada kedua sumber energi yang lain.
Energi alternatif dengan memanfaatkan potensi sumberdaya air yang ada di sekitar permukiman menjadi alternatif untuk mengatasi ketergantungan pada energi listrik dari PLN. Potensi sumberdaya air yang melimpah tentunya sayang jika tidak dimanfaatkan secara optimal. Daerah dengan potensi sumberdaya air yang melimpah ini yaitu terdapat di Kecamatan Minggir, Kabupaten Sleman. Potensi sumberdaya air di daerah ini melimpah karena berdasarkan pengamatan di lapangan pada saat musim kemarau debit aliran saluran irigasi mencapai sekitar 900 liter/detik. Aliran irigasi yang dimaksud merupakan Saluran Sekunder Sedayu-Rewulu.
Saluran Sekunder Sedayu-Rewulu merupakan percabangan dari Saluran Induk Van Der Wijck sebagian besar berada di wilayah administrasi Kecamatan Minggir, Kabupaten Sleman. Saluran Irigasi Van Der Wijck ini merupakan percabangan dari Selokan Mataram yang bersumber dari Sungai Progo. Intake Saluran Irigasi Van Der Wijck berada di Desa Bligo, Kecamatan Ngluwar, Kabupaten Magelang. Saluran Van Der Wijck merupakan saluran irigasi untuk pengairan di Wilayah Kecamatan Minggir dan sekitarnya. Berdasarkan informasi petugas lapangan Kantor Pengamatan Pucanganom, debit air yang disalurkan ke Saluran Irigasi Van Der Wijck besarnya 26,41% dari seluruh debit Selokan Mataram.
Ketersediaan air di Selokan Mataram tentu sangat mempengaruhi ketersediaan air di Saluran Irigasi Van Der Wijck. Kegiatan penutupan pintu air di hulu Selokan Mataram juga akan mengeringkan aliran Saluran Irigasi Van Der Wijck. Kegiatan penutupan pintu air di hulu Selokan Mataram dilakukan hanya pada saat akan dilakukan perbaikan infrastruktur pada aliran selokan ini, yaitu pada tahun 2008 dilakukan penutupan selama tiga hari dan pada tahun 2007 selama tiga minggu (Antaranews, 2008)
Pemanfaatan sumberdaya air selokan untuk menghasilkan energi listrik dapat dilakukan dengan sistem Mikrohidro. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) merupakan pembangkit listrik skala kecil yaitu
3 menghasilkan output kurang dari 200 kW (Damastuti, 1997). Pembangkit listrik ini memanfaatkan tenaga air dalam skala kecil sebagai sumber energi. Tenaga air ini dapat diperoleh dari sungai, saluran irigasi, maupun air terjun. PLTMH ini termasuk pembangkit listrik yang bersumber dari energi terbarukan karena ketersediaan air akan tetap ada dengan kondisi ekosistem yang terjaga. Selain itu PLTMH juga dapat disebut teknologi yang ramah lingkungan karena dari sistemnya yang tidak menimbulkan polusi.
Aliran Saluran Irigasi Saluran Irigasi Van Der Wijck ini sebenarnya sudah dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) oleh warga sekitar. Pemanfaatan PLTMH di daerah ini ternyata belum optimal karena mengalami beberapa kendala, seperti terdapatnya sampah yang menganggu laju aliran penggerak turbin, saluran air menuju turbin yang tidak terisi debit, dan lokasi pembangkit listrik yang terlalu jauh dari pemakai (permukiman). Selain itu, dapat juga disebabkan oleh sudah terdapatnya jaringan listrik PLN di daerah ini. Pemanfaatan PLTMH agar lebih optimal selain dibutuhkan potensi air yang bagus juga harus diimbangi oleh parameter lingkungan fisik yang mendukung. Melihat keadaan ini maka diperlukan penelitian mengenai potensi sumberdaya air dan potensi lingkungan fisik, serta arahan pemanfaatan PLTMH sebagai sumber energi listrik untuk lampu penerangan jalan di daerah penelitian.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang tersebut maka dapat dirumuskan permasalahan dari penelitian ini yaitu:
1. Bagaimana potensi sumberdaya air Saluran Irigasi Van Der Wijck untuk pemanfaatan PLTMH?
2. Bagaimana potensi lingkungan fisik di daerah kajian baik yang mendukung maupun yang menghambat dalam pemanfaatan PLTMH? 3. Seberapa besarkah energi listrik maksimal yang mampu dihasilkan oleh
sumberdaya air Saluran Irigasi Van Der Wijck melalui sistem PLTMH. 4. Seberapa besar nilai ekonomi yang ditimbulkan dari arahan pemanfaatan
4 1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui potensi sumberdaya air Saluran Irigasi Van Der Wijck untuk pemanfaatan PLTMH.
2. Mengidentifikasi parameter lingkungan fisik sebagai faktor pertimbangan pembangunan sistem PLTMH.
3. Memperkirakan besarnya energi listrik maksimal yang mampu dihasilkan oleh sumberdaya air Saluran Irigasi Van Der Wijck melalui sistem
PLTMH.
4. Memperkirakan nilai ekonomi yang ditimbulkan dari arahan pemanfaatan PLTMH sebagai sumber energi listrik untuk lampu penerangan jalan.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1. Memberikan gambaran tentang potensi pemanfaatan sumberdaya air untuk menghasilkan sumber energi alternatif melalui sistem mikrohidro.
2. Memberikan sumbangan ilmu geografi khususnya hidrologi dalam aplikasinya untuk pemanfaatan energi.
1.5. Tinjauan Pustaka 1.5.1. Sumberdaya Air
Potensi dan pemanfaatannya tenaga air pada umumnya berbeda dengan penggunaan tenaga yang berasal dari bahan bakar fosil (Kadir, 1982). Perbedaan ini dapat ditunjukkan dengan beberapa alasan. Perbedaan pertama tampak pada energi air yang secara teratur dibangkitkan kembali karena pemanasan lautan oleh matahari, sehingga energi air merupakan suatu sumber yang secara sikis diperbarui. Hal ini dapat terlihat di siklus hidrologi seperti pada Gambar 1.1.
5 Sumber: USGS
Gambar 1.1. Siklus Hidrologi
Gambar 1.1 menunjukkan bahwa sumberdaya air merupakan sumberdaya yang terbarui dan menjadi poin positif daripada sumber energi dari bahan bakar fosil. Namun, jika dilihat dari kuantitasnya ternyata potensi tenaga air relatif lebih kecil daripada jumlah bahan bakar fosil.
Dilihat dari pemanfaatannya, tenaga air biasanya dimanfaatkan secara multiguna, yaitu dikaitkan dengan irigasi, pengendalian banjir, perikanan, rekreasi dan navigasi. Bahkan sering terjadi bahwa pembangkitan tenaga listrik hanya merupakan manfaat sampingan dari saluran irigasi dan pengendalian banjir sebagai penggunaan utama.
Perbedaan selanjutnya yaitu pembangkitan listrik dari tenaga air dilakukan tanpa ada perubahan suhu, yaitu karena tidak ada proses pembakaran. Hal ini tentunya berpengaruh positif dalam masa manfaat mesin-mesin hidro yang lebih lama daripada mesin-mesin termis.
Terdapat tiga faktor yang dalam penentuan potensi sumberdaya air (tenaga air) untuk pembangkitan energi listrik (Kadir, 1982), yaitu:
a. Jumlah air yang tersedia yang merupakan fungsi dari jatuh hujan atau salju.
6 b. Tinggi terjun yang mampu dimanfaatkan yang tentunya tergantung dari
topografi suatu daerah.
c. Jarak lokasi yang dapat dimanfaatkan terhadap adanya pusat beban atau jaringan transmisi.
1.5.2. Energi dan Listrik
Energi listrik dihasilkan dengan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik melalui sistem pembangkit listrik. Menurut Wijaya (2001) sistem pembangkit merupakan suatu sistem yang memproses dan menghasilkan energi listrik dan terdiri dari penggerak mula dan generator. Penggerak mula ini merupakan alat untuk memutar kumparan generator, sedangkan generator sendiri merupakan mesin listrik yang dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.
Energi penggerak mula yang merupakan alat untuk memutar generator menurut Marsudi (2005) dapat bersumber dari mesin diesel, turbin uap, turbin air, dan turbin gas. Alat-alat ini merupakan alat yang merubah energi primer menjadi energi mekanik untuk menggerakkan turbin. Proses konversi energi ini biasanya menghasilkan produk sampingan berupa limbah dan kebisingan.
Sumber-sumber energi berdasarkan ketersediaannya dibedakan menjadi sumber energi konvensional dan non-konvensional (Dandekar, 1991). Sumber energi yang masuk pada sumber energi konvensional yaitu energi uap, energi air, dan energi nuklir. Tingkat di bawahnya yang masuk pada sumber energi non-konvensional yaitu energi pasang surut, energi surya, energi panas bumi, energi angin, dan energi medan magnet hidrodinamik.
Dandekar (1991) juga menyebutkan beberapa keuntungan tenaga air, yaitu energi air tidak habis terpakai dan tidak berubah menjadi sesuatu yang lain, biaya pengoperasian dan pemeliharaan PLTA sangat rendah, turbin-turbin pada PLTA bisa dioperasikan dan dihentikan setiap saat, sederhana dan mudah dioperasikan, alatnya tahan lama, serta dapat menimbulkan manfaat lain yaitu pariwisata dan perikanan.
7 1.5.3. Listrik Pedesaan
Tenaga listrik menjadi kebutuhan yang penting bagi kehidupan masyarakat, terutama masyarakat modern. Peranan tenaga listrik dalam menunjang kehidupan masyarakat dapat diukur dari beberapa konteks, salah satunya yaitu berdasarkan besarnya komponen tenaga listrik. Komponen tenaga listrik ini tentunya berkaitan dengan penyediaan energi listrik dalam suatu masyarakat secara keseluruhan (Kadir, 1982). Semakin besar komponen energi listrik yang dibutuhkan, maka dapat menunjukkan tingkat kemajuan masyarakatnya yang semakin maju. Selain itu, pengukuran peranan energi listrik ini juga dapat diketahui dari konstek investasi, yaitu perbandingan antara komponen investasi pada energi listrik di suatu negara dengan komponen investasi lainnya.
Listrik pedesaan merupakan upaya untuk memberikan ataupun menyalurkan energi listrik untuk wilayah pedesaan. Upaya ini memiliki beberapa tujuan yang diantaranya yaitu penggunaan listrik untuk tujuan produksi dan untuk tujuan sosial serta lingkungan. Penggunaan listrik dengan tujuan produktif yaitu adanya energi listrik yang diharapkan dapat menunjang kegiatan-kegiatan produktif di pedesaan. Kegiatan produktif ini selanjutnya dapat meningkatkan taraf perekonomian masyarakat.
Menutut Kadir (1982), kegiatan produktif yang didukung oleh energi listrik dapat meningkatkan nilai produksi dari barang dan jasa. Tanpa adanya energi listrik masyarakat hanya mengandalkan tenaga manusia dan hewan serta lingkungan sekitar dalam kegiatan produksi. Kegiatan dengan cara ini hanya menghasilkan nilai produksi yang rendah. Oleh karena itu, penggunaan energi listrik dalam kegiatan produksi akan meningkatkan nilai produksi, yang selanjutnya dapat meningkatkan taraf perekonomian masyarakat pedesaan.
Penggunaan listrik untuk manfaat sosial lebih merujuk kepada kegunaan listrik yang berpengaruh pada aspek-aspek sosial. Pemanfaatan energi listrik dalam hal ini dapat menunjang peningkatan aspek-aspek sosial seperti peningkatan taraf pendidikan dan kesehatan. Selain itu juga dapat menunjang keberhasilan program keluarga berencana, karena saat malam hari dapat didisi
8 dengan kegiatan-kegiatan sosial. Menurut Reksohadiprojo (1988), sejarah telah menunjukkan bahwa masyarakat yang dapat mencapai kemakmuran yaitu masyarakat yang bisa memanfaatkan sumberdaya dan energi. Hal ini menujukkan betapa pentingnya peran sumberdaya dan energi dalam pembangunan ekonomi.
Daerah pedesaan biasanya memiliki potensi lingkungan fisik yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkitan energi listrik. Potensi lingkungan fisik ini dapat berupa potensi sumberdaya air, angin, biogas, dan biomassa. Potensi sumberdaya air yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkitan energi listrik yaitu misalnya air terjun kecil maupun saluran irigasi. Pembangkitan energi listrik ini dilakukan dengan bantuan sistem pembangkit listrik mikrohidro.
1.5.4. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) merupakan pembangkit listrik skala kecil yaitu menghasilkan output kurang dari 200 kW. Pembangkit listrik ini memanfaatkan tenaga air dalam skala kecil sebagai sumber energi. Tenaga air ini dapat diperoleh dari sungai, saluran irigasi, maupun air terjun. PLTMH ini termasuk pembangkit listrik yang bersumber dari energi terbarukan karena ketersediaan air akan tetap ada dengan kondisi ekosistem yang terjaga. Selain itu PLTMH juga dapat disebut teknologi yang ramah lingkungan karena dari sistemnya yang tidak menimbulkan polusi.
Pembangkit tenaga air terdiri dari beberapa macam, yaitu dapat dibedakan berdasarkan besarnya daya yang dibangkitkan. Klasifikasi pembangkit listrik ini dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1. Klasifikasi Pembangkit yang Memanfaatkan Energi Air berdasarkan Daya yang Dibangkitkan
No Jenis Pembangkit Listrik Tenaga Hidro Kapasitas Daya (kW) 1 Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) >5000
2 Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) 100-5000 3 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) 10-100 4 Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro (PLTPH) <10
9 Perubahan energi air menjadi energi listrik pasti melalui proses konversi energi. Proses konversi energi air menjadi energi listrik melalui beberapa tahapan, yaitu energi kinetik air diubah menjadi energi mekanik oleh turbin, kemudian energi mekanik turbin ini diubah menjadi energi listrik oleh generator. Sistem konversi tenaga (energi) ini pasti menimbulkan tenaga yang sebagian hilang oleh sistem itu sendiri. Tenaga yang hilang ini dapat diketahui dari persamaan konversi energi menurut Harvei (1993).
Sistem PLTMH dibagi mejadi dua kategori dalam menimbun air, yaitu Run-Off River dan Reservoir dan Dam Based (Setyowati, 2012).
1. Run-Off River
Sistem PLTMH ini tidak terdapat bangunan penampung air untuk mengatur air yang masuk ke turbin. Air dari sungai dengan sistem ini langsung masuk saluran untuk menggerakkan turbin. Aliran air sungai sangat mempengaruhi kinerja PLTMH. Mikrohidro jenis ini lebih mengandalkan kecepatan aliran air daripada tinggi jatuh air, sehingga dapat diterapkan pada kondisi aliran yang tidak memiliki terjunan (head). Sistem PLTMH kategori ini seperti terpapar pada Gambar 1.2.
2. Reservoir and Dam Based
Sistem PLTMH ini menggunakan kolam tando (reservoir) sebagai tempat penampungan dan penimbunan air. Kolam tando ini digunakan untuk mengotrol air yang masuk pada sistem PLTMH sebagai penggerak turbin. Sistem mikrohidro kategori Reservoir and Dam Based terdiri dari beberapa komponen, yaitu secara umum terdapat bak penampung, pipa pesat, turbin, dan generator. Mikrohidro jenis ini memanfaatkan energi kinetik air yang jatuh dari ketinggian tertentu, sehingga penerapannya memerlukan aliran yang memiliki terjunan (head). Energi air yang jatuh akan memberi tekanan pada turbin, sehingga turbin akan berputar menggerakkan generatior. Sistem mikrohidro kategori ini seperti terpapar pada Gambar 1.3.
10 Sumber: http://www.ndoware.com
Gambar 1.2. Sistem Mikrohidro kategori Run-Off River
Sumber: http://www.pdaukuningan.com
Gambar 1.3. Sistem Mikrohidro kategori Reservoir dan Dam Based 1.5.4.1. Turbin Air
Turbin air berfungsi merubah energi potensial air menjadi energi putaran atau energi kinetik air. Terdapat dua klasifikasi turbin air, yaitu Turbin Implus dan Turbin Reaksi.
11 1. Turbin Implus
Turbin Implus adalah jenis turbin dimana pancaran air yang mengenai sudu turbin akan menimbulkan aksi gaya dorong dan pancaran fluida akan mengalami pembelokan, sehingga seluruh energi air yang tersedia diubah menjadi energi putaran pada turbin. Turbin implus ini terdiri dari dua jenis, yaitu turbin pelton dan turbin cross flow.
a. Turbin Pelton memiliki kontruksi utama yang berupa nosel dan sudu dengan bentuk mangkuk. Tekanan pancaran air yang keuar dari nosel ini sama dengan tekanan atmosfer sekitar. Semua tekanan yang masuk ke sudu turbin akan diubah menjadi energi kecepatan.
Sumber: http://en.wikipedia.org
Gambar 1.4. Turbin Pelton
b. Turbin Cross Flow memiliki prinsip yaitu air yang masuk kedalam turbin secara radial meleati sudu-sudu jalan yang berbentuk silinder, kemudian keluar setelah melewati sudu.
Sumber: http://air.eng.ui.ac.id
12 2. Turbin Reaksi
Turbin Reaksi adalah turbin bertekanan tinggi yang memiliki cara kerja yaitu pada waktu air masuk ke roda jalan, sebagian energi tinggi jatuh telah bekerja di dalam sudu pengarah dan dirubah menjadi kecepatan arus masuk. Turbin reaksi juga dapat disebut turbin yang merubah energi kecepatan menjadi energi tekanan. Terdapat dua jenis turbin reaksi, yaitu turbin francis dan turbin propeller.
a. Turbin Francis yaitu turbin yang bekerja dengan memakai proses tekanan lebih dan memiliki pipa hisap yang berfungsi memanfaatkan sisa energi jatuh pada sudu jalan agar dapat bekerja semaksimal mungkin.
Sumber: http://it.wikipedia.org
Gambar 1.6. Turbin Prancis
b. Turbin Propeller yaitu turbin yang memiliki konsep hampir sama dengan Turbin Francis dengan pembedanya yaitu terdapat pada turbin propeller terdapat dua jenis sudu, yaitu Sudu tetap dan sudu dapat diatur (Luknanto, 2006). Sudu tetap (Fixed blade) adalah sudu turbin yang tidak dapat diatur dan merupakan turbin generasi pertama. Jenis sudu ini memiliki kelemahan, yaitu bila aliran debit berkurang, maka efisiensinya juga berkurang. Kebalikannya, sudu dapat diatur (adjustable blade) merupakan sudu yang dapat diatur, sehingga membuat efisiensi turbin dapat dimaksimalkan sesuai dengan debit yang tersedia. Contoh : Turbin Kaplan dan Open Flume.
13 Sumber: http://www.hanjuang.co.id
Gambar 1.7. Turbin Propeller Open Flume
Turbin air diklasifikasikan menjadi tiga kelas, yaitu high fall, medium fall, dan low fall (Emeri, 1959). Berikut Tabel 1.2 menyajikan pengelompokkan turbin berdasarkan Head.
Tabel 1. 2. Pengelompokkan Turbin Berdasarkan Head
High Head Medium Head Low Head Turbin Implus Pelton
(50 m-1000 m) Turgo
(30 m-300 m)
Cross-Flow (1 m-200 m)
Multi-Jet Pelton Turgo (50 m-20 m)
Cross-Flow (1 m-200 m)
Turbin Reaksi Francis
(10 m-350 m)
Propeller Kaplan (2 m-20 m) Sumber: Setyowati, 2012
1.5.4.2. Generator
Energi utama dari generator adalah energi air. Energi air ini merupakan contoh yang umum atau sudah familiar dalam hal penggerak generator. Energi air dalam hal ini merupakan energi yang jatuh dari ketinggian tertentu ke ketinggian yang lebih rendah dengan dipengaruhi gaya grafitasi. Pripsip kerja energi air ini yaitu energi air menggerakkan roda air atau turbin air yang terhubung dengan generator. Jika generator listrik terhubung dengan turbin, maka akan terjadi gaya mekanik yang menggerakkan generator, dan kemudian generator dapat menghasilkan energi listrik. Turbin yang menggerakkan generator akan mengubah energi potensial air menjadi energi kinetik, dan selanjutnya mengubah energi kinetik menjadi energi listrik (Emeri, 1959). Beberapa macam gererator dengan daya output yang berbeda-beda terpapar pada Tabel 1.3.
14 Tabel 1.3. Beberapa Jenis Generator dengan Tegangan Tertentu
No Nama Generator dan Gambar Deskripsi
1 Water Turbine Generator, XJ14-0.3DCT4-Z
Rentang Head : 12 - 14 m Rentang Debit : 4 – 5 liter/detik Energi output : 300 W Voltase AC : 115 V atau 230 V Diameter Pipa Pesat : 50 mm Ukuran : 30x26x35 cm Berat : 24 kg Sumber: http://sell.lulusoso.com
2 Micro Hydroelectric Generator, XJ25-3.0DCT
Rentang Head : 25 - 35 m Rentang Debit : 15 19 liter/detik Energi output : 3000W
Voltase AC : 115 V atau 230 V Diameter
Pipa Pesat : 125 atau 150 mm Ukuran : 85x56x56 cm Berat : 102 kg
Sumber: http://sell.lulusoso.com
3 5KW Hydro Turbine Generator
Energi output : 5000W
Voltase AC : 110 V atau 220 V
15
No Nama Generator dan Gambar Deskripsi
4 Permanent Magnet Generator ( single )
Energi output : 8000 W
Voltase AC : 120 V atau 220 V
Sumber: http://easy-taobao.com
5 Micro Hydroelectric Generator , XJ30-10DCT4-Z
Rentang Head : 30-38 m
Rentang Debit : 0.040-0.050 m³/detik Energi output : 10000 W
Voltase AC : 115 V atau 230 V Diameter
Pipa Pesat : 200-250 mm
Sumber: http://sell.lulusoso.com
6 Permanent Water Generator Kecepatan Putaran : 250 rpm Energi output : 12000 W Voltase AC : 400 V Frekuensi : 50Hz Torsi : 460 Nm Berat : 210 kg Sumber: http://www.diytrade.com
16 1.5.5. Lampu Penerangan Jalan Umum
Jalan umum merupakan akses yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan manusia. Jalan umum dapat menghubungkan suatu lokasi dengan lokasi lain. Adanya jalan umum dapat menghubungkan kegiatan perekonomian masyarakat. Keberadaan jalan umum juga dapat mempermudah manusia dalam beraktivitas. Melihat kepentingan jalan ini maka selain dibutuhkan kondisi jalan umum yang memadahi juga diperlukan infrastruktur pendukung jalan umum. Infrastrktur pendukung jalan ini salau satunya yaitu lampu penerangan jalan umum. Lampu peneranan jalan umum memiliki istilah PJU yang merupakan kependekan dari Penerangan Jalan Umum. Pengelolaan PJU merupakan wewenang dan tanggung jawab Pemerintah Daerah setempat. PLN dalam hal ini hanya bertanggung jawab menyediakan pasokan aliran listrik.
Sebagian besar lampu PJU masih menggunakan jenis lampu bohlam dan neon. Kedua jenis lampu ini membutuhkan daya yang besar untuk menghasilkan cahaya yang terang. Saat ini sudah mulai dikembangkan lampu PJU menggunakan lampu LED. Lampu LED merupakan lampu penerangan generasi keempat dengan lampu neon sebagai generasi ketiga, lampu bohlam sebagai generasi kedua, dan lilin sebagai generasi pertama. Energi yang dibutuhkan lampu LED dari segi penghematannya sekitar 1/10 dari lampu bohlam dan 1/2 dari lampu neon (Sigit, 2006 dalam Hafid, 2007). Keuntungan lampu LED yaitu mempunyai umur panjang dan diramalkan dapat bertahan menyala sampai 50 tahun, memancar cahaya dingin, serta tidak mebutuhkan arus yang besar dan dapat menyala lebih cepat (Warsito, 2004 dalam Hafid, 2007). Berikut Tabel 1.4 menyajikan lampu PJU LED dengan beberapa tegangan.
Tabel 1.4. Beberapa Macam Daya Lampu PJU LED
No Power Warna Sinar Tegangan Input
1 40 W Pure White / Warm 220 V AC ̴ 50Hz 2 60 W Pure White / Warm 220 V AC ̴ 50Hz 3 80 W Pure White / Warm 220 V AC ̴ 50Hz 4 100 W Pure White / Warm 220 V AC ̴ 50Hz 5 120 W Pure White / Warm 220 V AC ̴ 50Hz Sumber: http://lampupenarangan.blogspot.com
17 1.5.6. Statistik dalam Hidrologi
Kegiatan perencanaan proyek-proyek irigasi dan pembangkit listrik tenaga air perlu adanya pencarian mengenai debit andalan (Soemarto, 1999). Hal ini berguna untuk mengetahui debit perencanaan yang diharapkan dari suatu sungai maupun saluran irigasi dalam mendukung kegiatan irigasi dan pembangkitan listrik tenaga air. Debit andalan yang diambil untuk penyelesaian penggunaan air pada beberapa macam proyek terpapar pada Tabel 1.5.
Tabel. 1.5. Debit Andalan pada Beberapa Macam Proyek
No Jenis Proyek Debit Andalan
1. Penyediaan Air Minum 99%
2. Penyediaan Air Industri 95-88%
3. Penyediaan Air Irigasi bagi
a. Daerah Beriklim Setengah Lembap b. Daerah Beriklim Sedang
70-85% 80-95%
4. Pembangkit Listrik Tenaga Air 85-90%
Sumber: Soemarto, 1999
1.5.7. Valuasi Ekonomi
Munasinghe (1993 dalam Putra, 2011) mengungkapkan bahwa metode valuasi kontingensi atau CVM (Contingent Valuation Method) dapat digunakan untuk mempelajari preferensi masyarakan (individu) terhadap ketidaknyamanan. Ketidaknyamanan ini merujuk pada pemanfaatan barang atau jasa yang berkaitan dengan lingkungan. CVM merupakan pendekatan yang dilakukan dengan menggunakan metode survei dan wawancara. Metode ini digunakan untuk mengetahui nilai yang diberikan oleh masyarakat terhadap peningkatan dan penurunan mutu lingkungan.
Menurut Putra (2011), pendekatan CVM memiliki beberapa tujuan, yaitu mengetahui keinginan membayar atau WTP (Willingness to Pay) dari masyarakat mengenai perbaikan kondisi lingkungan. Tujuan lainnya untuk mengetahui keingginan menerima atau WTA (Willingness to Accep) dari masyarakat terhadap kerusakan lingkungan. Perbedaan WTP dengan WTA didasarkan pada hak
18 kepemilikan, yaitu WTP merupakan kesediaan membayar oleh masyarakat yang tidak memiliki hak milik atas kelestarian lingkungan, sedangkan WTA merupakan kesediaan menerima oleh masyarakat yang memiliki hak milik atas kerusakan lingkungan.
Penelitian dengan pendekatan CVM menggunakan metode survei dan wawancara yang dapat dilakukan melalui beberapa model pertanyaan, yaitu meliputi pertanyaan lelang, pertanyaan terbuka, payment cards, dan model referendum. Pertanyaan lelang dicirikan dengan nilai yang diturunkan dan dinaikkan secara bertahap hingga dihentikan pada nilai yang tetap. Pertanyaan terbuka berarti responden diberi kebebasan mengungkapkan nilai rupiah yang ingin dibayarkan. Model payment cards yaitu responden diberi pilihan rentang nilai yang ditunjukkan melalui kartu. Model referendum ditunjukkan dengan responden yang diberi suatu nilai rupiah, kemudian diberi pertanyaan setuju atau tidak.
Kesediaan membayar atau willingness to pay (WTP) merupakan jumlah yang bersedia dibayarkan oleh masyarakat atau individu untuk mengembalikan kondisi kesejahteraan atau kemampuan yang semula mereka dapatkan, (Pearce dan Turner, 1990 dalam Putra, 2011). Pengukuran WTP ini tidak tepat bila dilakukan berdasarkan harga pasar. Hal ini karena kesediaan membayar masing-masing individu berbeda bahkan seseorang dapat memberikan nilai lebih tinggi dari harga pasar. Keterangan tersebut menunjukkan bahwa penilaian individu dapat diperoleh dari WTP yang bersangkutan.
1.6. Penelitian Sebelumnya
Setyowati (2012) melakukan penelitian tentang Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Di Kabupaten Purbalingga Jawa Tengah. Penelitian ini menggunakan data primer dan sekunder yang merupakan data debit. Data debit primer diperoleh dengan metode pelampung. Data debit sekunder dianalisis dengan mencari debit minimum dan debit andalan. Hasil dari penelitian ini yaitu besarnya kebutuhan listrik pedesaan dan besarnya daya yang mampu dihasilkan PLTMH, serta peran PLTMH sebagai sumber energi listrik pedesaan.
19 Tabel 1.6. Penelitian Sebelumnya
No Nama Peneliti Topik Penelitian Daerah Penelitian Tujuan Penelitian Metode Penelitian Hasil Penelitian 1 Novika Dhany Setyowati (2012) Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Di Kabupaten Purbalingga Jawa Tengah Kabupaten Purbalingga Jawa Tengah Mengetahui besarnya tenaga listrik yang dapat dibangkitkan oleh energi air yang ada, khususnya di wilayah pedesaan yang belum berlistrik di Kecamatan Karangjambu
Kabupaten Purbalingga
1. Data debit primer dengan metode pelampung
2. Data debit sekunder diolah dengan mencari debit minimum dan debit andalan 3. Daya dihitung dengan persamaan: P= Q x ρ x g x H 1. Kebutuhan dan ketersediaan daya PLTMH 2. Kontribusi PLTMH
2 Muliadi (2011) Rancang Bangun Turbin Openflume untuk Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTMH) pada Saluran Irigasi Nyangget Desa Murbaya Kecamatan Pringgarata Kabupaten Lombok Tengah Provinsi NTB Desa Murbaya Kecamatan Pringgarata Kabupaten Lombok Tengah Provinsi NTB 1. Mendapatkan karakteristik turbin openflume hasil rancangan dan model berdasarkan potensi yang tersedia 2. Mendapatkan daya nyata potensi terbangkitkan pertahun pada lokasi tersebut dengan turbin openflume hasil rancangan pada efisiensi maksimum.
Teknik analisis korelasi yaitu teknis analisis data untuk menentukan hubungan antara satu variabel data penelitian terhadap variabel data penelitian lainnya. 1. Potensi debit 2. Potensi head 3. Perancangan bangunan sipil 4. Perancangan instalasi elektrikal
20 3 Weldan Kusuf
(2011)
Studi Potensi PLTMH Jalur Distribusi Air PDAM Kota Malang dan Rancang Bangun Electric Load Control (ELC) berbasis Fuzzy Logic Controller
Kota Malang 1. Mempelajari lebih lanjut tentang berbagai energi terbarukan salah satunya adalah Mikrohidro 2. Memanfaatkan BPT PDAM Kota Malang sebagai site untuk PLTMH
3. Mendisain ELC berbasis Fuzzy Logic Controller untuk PLTMH 1. Disain Rangkaian Elektronika 2. Disain Software 1. Sistem operasi PDAM Kota Malang 2. Pengujian-pengujian 3. Pola pemanfaatan PLTMH
21 1.7. Kerangka Pemikiran
Air mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah dengan pengaruh gaya grafitasi. Pergerakan air memiliki tenaga kinetik, yaitu tenaga gerak air. Tenaga kinetik air berpotensi diubah menjadi energi listrik melalui sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).
Potensi tenaga kinetik air dapat diketahui melalui potensi sumberdaya airnya, yaitu yang direpresentasikan oleh debit air. Debit air ini yang digunakan untuk memutar turbin pada sistem PLTMH. Turbin PLTMH dapat bergerak dan menghasilkan energi listrik dengan kebutuhan debit tertentu. Selain debit, pergerakan turbin pada sistem PLTMH juga dipengaruhi kecepatan aliran. Semakin tinggi kecepatan aliran maka akan menghasilkan tenaga kinetik yang semakin besar untuk menggerakkan turbin.
Sistem mikrohidro terdiri dari dua macam, yaitu Run Off River dan Reservoir and Dam Based. Peneliti dalam penelitian ini akan mengunakan sistem mikrohidro jenis Reservoir and Dam Based dengan mempertimbangkan tinggi jatuh air sebagai sumber dari energi kinetik air. Energi kinetik air ini akan jatuh mengenai turbin air dan membuat turbin air berputar. Turbin air ini dihubungkan dengan generator listrik, sehingga jika turbin air berputar maka generator juga akan berputar.
Generator merupakan sumber dari energi listrik dalam sistem mikrohidro. Terdapat beberapa macam generator yang dapat dibedakan berdasarkan daya yang dibangkitkannya. Generator yang digunakan dalam sistem mikrohidro biasanya memiliki tegangan 300 W, 1500 W, 3000 W , 6000 W, 10000 W, dan 12000 W. Beberapa macam generator tersebut dipasang sesuai dengan kondisi debit dan head yang tersedia di lapangan.
Potensi sumberdaya air dalam hal pemanfaatan mikrohidro ini dianalisis dengan menggunakan data debit sekunder. Menurut informasi petugas lapangan Kantor Pengamatan Pucanganom data debit Saluran Irigasi Van Der Wijck yang tersedia hanya sekitar lima tahun yaitu dari tahun 2008 sampai 2012. Hal ini karena pencatatan debit harian selokan Van Der Wijck ini baru dimulai sekitar
22 awal tahun 2008. Data debit selama lima tahun ini menurut peneliti sudah dapat mempresentasikan potensi sumberdaya air Saluran Irigasi Van Der Wijck.
Analisis data debit dilakukan dengan mencari debit andalan. Menurut Setyowati (2012) debit andalan merupakan debit minimum yang sudah ditentukan untuk terpenuhinya berbagai keperluan dan dinyatakan dalam persen. Debit andalan memang dinyatakan dalam persen (%), yaitu debit yang selalu disamai dan dilampaui nilainya dalam persentase waktu. Persentase debit andalan biasanya ditentukan oleh peneliti.
Debit andalan yang dipilih dalam penelitian ini yaitu debit andalan 90% (Q90). Debit andalan 90% ini berarti debit yang selalu disamai dan dilampaui sepanjang 90% waktu. Waktu yang digunakan dalam analisis ini yaitu tahun, sehingga debit andalan 90% merupakan debit yang selalu ada (disamai dan dilampaui) sepanjang 90% dari satu tahun. Debit andalan Q90 ditentukan berdasarkan studi literatur peneliti, yaitu dari buku Hidrologi Teknik oleh Soemarto (1999). Literatur tersebut menjelaskan bahwa untuk kegiatan pembangkit listrik tenaga air biasanya digunakan debit andalan 85-90%.
Analisis data debit dilakukan untuk setiap titik terjunan yang terdapat pada dua penggal saluran sekunder, yaitu Saluran Sekunder Sedayu-Rewulu dan Saluran Sekunder Sedayu. Analisis data debit dilakukan untuk setiap titik terjunan karena terdapat beberapa pintu sadap di sepanjang aliran yang memungkinkan terjadinya penurunan debit. Analisis dari segi topografi atau kemiringan lereng juga dilakukan untuk penentuan lokasi pembangunan sistem PLTMH. Hal ini karena sistem PLTMH memerlukan tinggi jatuh air (head) untuk menggerakkan turbin. Analisis kemiringan lereng ini dilakukan dengan survei dan pengukuran lapangan karena dibutuhkan data kemiringan lereng dan beda tinggi yang detail.
Salah satu hasil dari survei dan pengukuran lapangan ini merupakan titik-titik lokasi terdapatnya head. Tidak semua titik-titik terjunan dapat dimanfaatkan untuk pembangunan sistem PLTMH. Niai tinggi terjunan dan karakteristik fisik sekitar lokasi terjunan menjadi pertimbangan dalam pemilihan titik terjunan yang bisa dimanfaatkan. Setiap titik yang terpilih ini kemudian dianalisis potensi daya air
23 hidrolisnya dengan memperhitungkan debit aliran, massa jenis air, percepatan grafitasi, dan tinggi jatuh air.
Analisis debit sesaat juga dilakukan untuk mengetahui daya hidraulis sesaat yang mampu dihasilkan dari aliran Saluran Irigasi Van Der Wijck. Analisis debit sesaat dilakukan dengan pengukuran lapangan pada titik-titik terdapatnya head. Pengukuran debit ini dilakukan dengan velocity area method.
Metode velocity area method menggunakan variabel kecepatan aliran dan luas penampang basah dalam penentuan debitnya. Varibel kecepatan aliran ini diperoleh dari pengukuran lapangan menggunakan alat current meter, sedangkan luas penampang basah diukur menggunakan alat meteran. Pemilihan velocity area method dalam pengukuran debit ini karena kecepatan aliran yang terdapat di saluran ini tidak hanya terpengaruh oleh kemiringan lereng. Aspek lain yang mempengaruhi kecepatan aliran disini yaitu adanya tenaga dorongan dari terdapatnya beberapa terjunan, sehingga pengukuran kecepatan aliran harus langsung dari pergerakan airnya.
Hasil analisis daya air hidraulis selanjutnya dapat digunakan untuk mengetahui potensi daya listrik yang mampu dihasilkan oleh aliran Saluran Irigasi Van Der Wijck pada setiap titik terdapatnya head. Daya air hidraulis ini menjadi daya input dalam sistem PLTMH yang menghasilkan daya output berupa energi listrik. Daya output PLTMH ini dapat diketahui dengan memperhitungkan daya input dan efisiensi energi melalui persamaan konversi tenaga menurut Harvey (1993).
Kegiatan analisis data debit sekunder maupun primer seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bertujuan untuk menjawab tujuan penelitian yang pertama, yaitu mengetahui potensi sumberdaya air Saluran Irigasi Van Der Wijck untuk pemanfaatan PLTMH. Potensi sumberdaya air ini direpresentasikan dalam bentuk debit aliran. Selain debit, analisis juga ditekankan pada kecepatan aliran yang dipengaruhi oleh kemiringan aliran. Kecepatan aliran dalam hal ini dapat mempengaruhi kecepatan pergerakan turbin.
Analisis kemiringan lereng detail dalam penelitian ini digunakan untuk menjawab tujuan penelitian yang kedua, yaitu mengidentifikasi parameter
24 lingkungan fisik sebagai faktor pertimbangan pembangunan PLTMH. Parameter lingkungan fisik yang digunakan dalam analisis ini yaitu parameter kemiringan lereng detail yang berpotensi terdapatnya head. Tinggi jatuh air (head) dalam hal ini merupakan faktor pertimbangan pembangunan sistem PLTMH karena berhubungan dengan pergerakan turbin.
Tujuan ketiga penelitian ini yaitu memperkirakan besarnya energi listrik maksimal yang mampu dihasilkan oleh PLTMH pada aliran Saluran Irigasi Van Der Wijck. Tujuan ini dijawab dengan mengakumulasikan daya listrik yang mampu dihasilkan dari seluruh titik potensi pembangunan PLTMH. Titik-titik potensi pembangunan PLTMH ditentukan berdasarkan terdapatnya head. Setiap titik memiliki nilai debit dan head yang berbeda-beda, sehingga daya listrik yang berpotensi dihasilkan juga bervariasi. Hasil perhitungan daya listrik PLTMH setiap terjunan tentunya harus disesuaikan dengan tegangan generator yang ada. Hal ini karena daya yang bisa dimanfaatkan yaitu daya yang keluar dari generator, bukan daya hasil perhitungan.
Melihat kondisi daerah penelitian yang telah terjangkau oleh jaringan listrik PLN, maka arahan dari hasil penelitian ini yaitu pemanfaatan PLTMH sebagai sumber energi listrik untuk penerangan jalan. Pemilihan sebagai penerangan jalan juga mempertimbangkan bentuk aliran Saluran Irigasi Van Der Wijck yang sebagian besar mengikuti jaringan jalan. Aliran yang sejajar dengan jalan dan memiliki banyak terjunan hanya terdapat pada aliran yang mengarah ke selatan. Aliran ini yaitu pada penggal Saluran Sekunder Sedayu-Rewulu dan Saluran Sekunder Sedayu. Kedua penggal saluran tersebut masuk pada wilayah administrasi Desa Sendangrejo, Kecamatan Minggir. Hal ini menjadi pertimbangan peneliti untuk memfokuskan penalitian pada salah satu desa di Kecamatan Minggir, yaitu dipilih Desa Sendangrejo sebagai daerah kajian.
Hasil perkiraan besarnya energi listrik maksimal yang keluar dari generator kemudian dikorelasikan dengan daya yang dibutuhkan oleh lampu penerangan jalan, sehingga akan menghasilkan data jumlah lampu yang mampu dihidupkan dari energi listrik PLTMH. Lampu penerangan jalan umum (PJU) yang digunakan dalam penelitian ini merupakan lampu LED dengan daya 100 W.
25 Lampu PJU LED 100 W memiliki pancaran cahaya yang lebih terang dari lampu biasa, sehingga cukup untuk penerangan ruas Jalan Minggir-Moyudan.
Kehilangan daya dalam proses penyaluran energi juga harus diperhitungkan. Penentuan jumlah lampu penerangan jalan dilakukan dengan melihat kebutuhan lampu dilapangan dan ketersediaan sarana pendukung. Sarana pendukung ini dapat berupa tiang listrik PLN yang dapat difungsikan sebagai tiang lampu penerangan jalan. Setiap 50 meter terdapat tiang listrik PLN di Jalan Minggir-Moyudan, sehingga lampu penerangan jalan dapat dipasang pada setiap 50 meter. Jumlah lampu penerangan jalan akan diketahui dengan menbagi panjang jalan dengan jarak antar lampu. Pemetaan dalam hal ini diperlukan untuk menentukan persebaran lokasi terjunan.
Arahan pembangunan PLTMH tidak dilakukan pada semua terjunan, yaitu hanya dipilih satu terjunan pada Saluran Sekunder Sedayu Rewulu dan satu terjunan pada Saluran Sekunder Sedayu. Pemilihan dua terjunan ini yaitu terjunan yang mampu menghasilkan daya air hidraulis yang lebih besar dari terjunan lainnya. Pemilihan ini bertujunan untuk efisiensi biaya, karena pembangunan PLTMH membutuhkan dana yang besar dan tidak realistis jika semua terjunan dibangun PLTMH
Pemanfaatan lampu penerangan jalan sangat berkaitan dengan masyarakat pengguna jalan. Masyarakat pengguna jalan ini tentunya warga yang tinggal di sekitar Saluran Sekunder Sedayu-Rewulu dan Saluran Sekunder Sedayu, yaitu masyarakat warga Desa Sedangangrejo. Arahan lampu penerangan jalan terutama akan dinikmati oleh masyarakat yang tinggal desa tersebut.
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) dan jaringan lampu penerangan jalan tentunya membutuhkan biaya perawatan untuk kelestariannya. Perawatan lampu penerangan jalan umum (PJU) sebenarnya sudah menjadi tanggung jawab Pemerintah Daerah, namun tidak ada salahnya jika peneliti mencoba menggali kesediaan masyarakat berperan serta langsung dalam upaya pelestarian sumberdaya. Jika masyarakat dapat berperan langsung maka masyarakat akan merasa memiliki dan membutuhkan sumberdaya yang ada, sehingga diharapkan kelestarian sumberdaya juga akan terus terjaga.
26 Peneliti mencoba menganalisis peran serta masyarakat dalam kelestarian sumberdaya menggunakan analisis valusai ekonomi. Analisis valuasi ekonomi ini dapat dilakukan dengan analisis Willingness to Pay (WTP). Analisis ini dilakukan untuk memgetahui penilaian masyarakat terhadap PLTMH dan jaringan lampu penerangan jalan melalui nilai kesediaan masyarakat untuk membayar demi kelestariaan sumberdaya. Hasil dari analisis valuasi ekonomi ini selanjutnya juga dapat dihubungkan dengan analisis cost-benefit dalam pembangunan sistem PLTMH.
Gambar 1.8. Diagram Pemikiran Potensi Sumberdaya Air
dan Terjunan
Dapat Dimanfaatkan untuk PLTMH
Menghasilkan Daya Listrik
Masalah Jalan Gelap saat Malam Hari
Membutuhkan Lampu Penerangan Jalan
Beban Daya Lampu
Pemanfaatan PLTMH untuk Lampu Penerangan Jalan
Membutuhkan Biaya Perawatan untuk Keberlangsungan Sumberdaya
Nilai Kesediaan Membayar Masyrakat (WTP)
