i
POTENSI ENERGI TAHUNAN PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH)
BERDASARKAN SIMULASI WAKTU
DI SUNGAI KEDUNG PASANG KABUPATEN
PACITAN
YEARLY ENERGY POTENTIAL OF MICROHYDRO POWER
PLANT (PLTMH) WITH TIME-BASED SIMULATION IN
KEDUNG PASANG RIVER, PACITAN REGENCY
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Disusun Oleh :
MUHAMMAD ABI RAFDI
I0113083
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
ii
POTENSI ENERGI TAHUNAN PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH)
BERDASARKAN SIMULASI WAKTU
DI SUNGAI KEDUNG PASANG KABUPATEN
PACITAN
YEARLY ENERGY POTENTIAL OF MICROHYDRO POWER
PLANT (PLTMH) WITH TIME-BASED SIMULATION IN
KEDUNG PASANG RIVER, PACITAN REGENCY
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret
Disusun Oleh :
MUHAMMAD ABI RAFDI
I0113083
Telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Persetujuan :
Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,
Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, M.T. Ir. Solichin, M.T.
iii
PENGESAHAN SKRIPSI
POTENSI ENERGI TAHUNAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) BERDASARKAN SIMULASI WAKTU
DI SUNGAI KEDUNG PASANG, KABUPATEN PACITAN
(YEARLY ENERGY POTENTIAL OF MICROHYDRO POWER PLANT (PLTMH) WITH TIME-BASED SIMULATION IN KEDUNG PASANG
RIVER, PACITAN REGENCY)
Disusun Oleh :
MUHAMMAD ABI RAFDI I0113083
Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta pada :
Hari :
Tanggal :
Tim Penguji
Nama/NIP Tanda Tangan
1. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, M.T.
NIP. 19630120 198803 2 002 ...
2. Ir. Solichin, M.T.
NIP. 19600110 199803 1 002 ...
3. Ir. Adi Yusuf Muttaqien, M.T.
NIP. 19581127 198803 1 001 ………..
4. Ir. Koosdaryani Soeryodarundio, M.T.
NIP. 19541127 198601 2 001 ………..
Disahkan,
Tanggal : ... Kepala Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS
Wibowo, ST, DEA
iv
MOTTO
Lakukan yang terbaik, karena Allah tau apa yang terbaik bagi kita
Memang baik menjadi orang penting, tapi lebih penting menjadi orang baik Berkarya, bukan berkarir, karena karya yang besar pasti menjadi karir yang tinggi,
sedang karir yang tinggi belum tentu menjadi karya yang besar Pendidikan merupakan perlengkapan paling baik untuk hari tua.(Aristoteles) Musuh yang berasal dari diri kita yaitu rasa malas dan rasa tidak percaya diri
Bekerja dengan jujur dan cerdas, you can do anything, but not everything Real leaders is an ordinary man with extraordinary determination
v
PERSEMBAHAN
Alhamdulillahirabbil’alamin. Sujud syukur saya persembahkan kepada Allah SWT atas terselesaikannya Skripsi ini. Sebuah karya kecil ini saya persembahkan kepada:
Allah SWT yang mempunyai 99 nama mulia, yang selalu punya rencana indah untuk kehidupan, kepada-Mu lah aku memohon perlindungan dan pertolongan,
Mama, yang selalu ada disampingku, terima kasih atas perjuangan, dukungan dan doanya, jangan pernah berhenti untuk mendoakanku ya Ma,
Muhammad Irvan Syah Putra, kakakku, dan Muhammad Arif Ilham Fadillah, adikku, yang selalu mendukung, dan tempatku memperoleh rasa apa itu
arti dari persaudaraan dan keluarga
Eyang Kakung, Eyang Putri, yang telah membesarkanku, memberikanku pendidikan moral atas norma dan kehidupan,
Ika Yuliana, terima kasih ya, sudah mendampingiku dan saling mendukung selama kuliah, saat bersamamu, takkan pernah terganti dan terbeli dengan apapun, Teman-teman peminatan KBK Keairan yang senantiasa selalu bersama dan saling
membantu dari awal pengerjaan hingga selesai, Hannah, Esther, Siti, Riswandha, Sunu dan Diana.
Teman-teman S1 Teknik Sipil UNS angkatan 2013 yang selalu setia menemani dan membantu, terima kasih atas semua bantuan dan dukungannya selama
menjalani perkuliahan.
vi
ABSTRAK
Muhammad Abi Rafdi, Rintis Hadiani, Solichin, 2017. Potensi Energi Tahunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Berdasarkan Simulasi Waktu di Sungai Kedung Pasang Kabupaten Pacitan. Skripsi. Program Studi Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) adalah salah satu sumber energi alternatif yang ramah lingkungan serta relatif mudah untuk direalisasikan. Sejak tahun 1994, di Desa Nawangan, Kabupaten Pacitan terdapat PLTMH yang telah beroperasi, namun energi yang dihasilkan tidak mampu memenuhi kebutuhan pada saat musim kering terjadi, dan komponen PLTMH yang mengalami kerusakan telah menyebabkan penurunan tingkat efisiensi dan keandalan. Untuk mengatasi masalah tersebut akan dikaji ulang perhitungan potensi energi berdasarkan simulasi waktu operasional dan musim.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya potensi energi tahunan PLTMH berdasarkan debit andalan Q80, Q70, Q50 dan Q30, perbedaan potensi energi antara sebelum dan sesudah simulasi waktu serta memperoleh waktu operasi efektif PLTMH. Setelah merekapitulasi data hujan dan menguji konsistensi data hujan dengan metode analisis kurva linier massa ganda, evapotranspirasi dihitung menggunakan software Cropwat, debit sepanjang tahun dihitung dengan metode F.J Mock, kemudian debit andalan dihitung dengan metode Basic Year. Perhitungan potensi energi didapatkan dari pengolahan hasil survey kondisi eksisting PLTMH yaitu pengukuran bangunan eksisting serta tinggi jatuh (head) dan kemudian dihitung dengan rumus potensi energi secara fisika.
Berdasarkan perhtiungan, diperoleh nilai potensi energi tahunan PLTMH berdasarkan debit andalan Q80, Q70, Q50, dan Q30 berturut-turut sebesar 116342,516 kWh; 121531,367 kWh; 130339,711kWh dan 128310,412 kWh. Setelah potensi energi dihitung menggunakan simulasi waktu operasional, diperoleh nilai potensi energi berturut-turut 92856,543 kWh; 98054,552 kWh; 115669,809 kWh dan 104217,597 kWh.. Sedangkan potensi energi berdasarkan simulasi musim diperoleh 92128,858 kWh; 97770,770 kWh; 105573.01 kWh dan 103134,641 kWh. Untuk waktu operasional efektif PLTMH ditetapkan berdasarkan perhitungan energi dari debit andalan Q80 dengan simulasi waktu operasional yaitu PLTMH aktif pada 15 hari ke 1-13 (1 Januari – 15 Juli) kemudian dinonaktifkan pada 15 hari ke 14-22 (16 Juli-30 November) untuk keperluan maintenance, dan diaktifkan kembali pada 15 hari ke 23-24 (1-31 Desember).
vii
ABSTRACT
Muhammad Abi Rafdi, Rintis Hadiani, Solichin, 2017. Yearly Energy Potential Of Microhydro Power Plant (PLTMH) With Time-Based Simulation In Kedung Pasang River, Pacitan Regency. Thesis. Civil Engineering Department. Engineering Faculty. Sebelas Maret University. Surakarta.
Microhydro Powerplant (PLTMH) is one of many environment friendly energy source and it is easy to build. Since 1994, in Nawangan Village,, Pacitan regency there is a microhydro powerplant that was operating but the energy output was unable to meet the energy needs during dry season, and the powerplant damaged component has resulted in a decrease both in efficiency and reliability level. To overcome the problem, will be reviewed the calculation of energy potential based on simulation of operational time and season.
This study aims to determine the amount of yearly energy potential of microhydro powerplant based on the dependable discharge of Q80, Q70, Q50, and Q30 and the energy potential difference between before and after the time-based simulation to obtain effective operating time of the microhydro powerplant. After the calculation of the rainfall data and testing the data consistency with double mass liner curve method, the ervapotranspiration calculated using Cropwat software, then the yearly discharge were calculated using F.J Mock method. Calculation of energy potential obtained from the processing of survey results of the microhydro powerplant existing conditions, such as the existing building measurement and the falling height (head) and then calculated using physical energy potential formula.
Based from the calculation, obtained the value of the microhydro powerplant energy potential based on the dependable discharge of Q80, Q70, Q50, and Q30 are 116342.516 kWh; 121531.367 kWh; 130339.711kWh and 128310.412 kWh. After the energy potential is calculated using a simulated operational time, obtained value of energy potential is 92856.543 kWh; 98054.552 kWh; 115669.809 kWh and 104217.597 kWh.. While the seasonal time-based simulation energy potential, obtained value of energy potential are 92128.858 kWh; 97770.770 kWh; 105573.01 kWh and 10313.,641 kWh For the effective microhydro powerplant operational time is set based on the calculation of Q80 dependable discharge, where the microhydro powerplant is active from 1st of January to 15th of July, then went deactivated from 16th of July to 30th of November for maintenance and repair,
and activated again on 1st to 31st December
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penelitian
dengan judul “Potensi Energi Tahunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Berdasarkan Simulasi Waktu di Sungai Kedung Pasang Kabupaten Pacitan”. Penelitian ini merupakan salah satu persyaratan akademik untuk meraih gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam penyusunan laporan ini, peneliti banyak menerima bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu kami ucapkan terima kasih kepada :
1. Dr. Ir. Rr. Rintis Hadiani, M.T. selaku dosen pembimbing 1 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi
2. Ir. Solichin, M.T. selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi
3. Ir. Sunarmasto, M.T. selaku pembimbing akademik yang telah memberikan saran dan masukan selama proses perkuliahan dan penyusunan skripsi
4. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil UNS
5. Seluruh pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu yang telah membantu kelancaran tugas kerja hingga terwujudnya laporan ini.
Penyusun menyadari keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penyusun miliki sehingga masih ada kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, untuk itu penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun khususnya dan pembaca umumnya.
Surakarta, September 2017
ix
DAFTAR ISI
JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
MOTTO ... iv
PERSEMBAHAN ... v
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR NOTASI ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Tujuan Penelitian ... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ... 5
2.1. Tinjauan Pustaka ... 5
2.2. Landasan Teori ... 11
2.2.1. Analisis dan Pengolahan Data ... 11
2.2.1.1 Data Survey Lapangan ... 11
2.2.1.2 Evapotranspirasi ... 13
2.2.1.3 Pengisian Data Hujan yang Hilang ... 13
x
2.2.1.5 Curah Hujan Wilayah ... 15
2.2.1.6 Metode F.J Mock ... 15
2.2.1.7 Debit Andalan ... 19
2.2.1.8 Metode Basic Year ... 19
2.2.2. Komponen Bangunan PLTMH ... 20
2.2.2.1 Bendung ... 20
2.2.2.2 Bak Penenang ... 20
2.2.2.3 Pipa Pesat (Penstock) ... 20
2.2.3. Perencanaan Kemampuan Tenaga Air... 22
2.2.3.1 Tingg Jatuh (head) ... 22
2.2.3.2 Daya yang Dapat Dihasilkan ... 22
2.2.4. Simulasi Waktu ... 23
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 24
3.1. Metode Penelitian ... 24
3.2. Lokasi Penelitian ... 24
3.3. Data yang Dibutuhkan ... 26
3.4. Alat yang digunakan ... 27
3.5. Tahapan Penelitian ... 27
3.5.1. Pengumpulan Data ... 27
3.5.2. Mengisi Data Hujan yang Hilang ... 27
3.5.3. Uji Konsistensi Data Hujan ... 28
3.5.4. Perhitungan Hujan Wilayah ... 28
3.5.5. Perhitungan Evapotranspirasi ... 28
3.5.6. Transformasi Hujan-Debit Metode Mock ... 28
3.5.7. Perhitungan Debit Andalan Metode Basic Year Berdasarkan Probabilitas yang Ditentukan ... 29
3.5.8. Perhitungan Potensi Energi PLTMH ... 29
3.5.9. Penentuan Interval untuk Simulasi Waktu ... 30
3.5.10.Perhitungan Potensi Energi berdasarkan Simulasi Waktu ... 30
xi
BAB 4 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ... 33
4.1. Analisis Data ... 33
4.1.1. Analisis Data Site PLTMH Nawangan ... 33
4.1.1.1 Data Survey ... 33
4.1.1.2 Data Pengukuran ... 33
4.1.2. Analisis Data Peta Stasiun Hujan dan DAS Grindulu ... 36
4.2. Analisis Data Hidrologi ... 37
4.2.1. Evapotranspirasi ... 37
4.2.2. Data Hujan ... 38
4.2.3. Pengisian Data Hujan yang Hilang ... 40
4.2.4. Uji Konsistensi Data Hujan ... 41
4.2.5. Perhitungan Hujan Wilayah ... 42
4.2.6. Perhitungan Grafik Hubungan Curah Hujan dan Hari Hujan ... 43
4.2.7. Perhitungan Transformasi Hujan – Debit dengan Metode F.J Mock ... 44
4.2.8. Analisis Debit Andalan Metode Basic Year ... 48
4.3. Analisis Potensi Energi Tahunan Berdasarkan Simulasi Waktu .... 52
4.3.1. Analisis Potensi Energi ... 52
4.3.1.1 Perhitungan Komponen Bangunan PLTMH Eksisting ... 52
4.3.3. Penentuan Waktu Operasional PLTMH ... 67
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 68
5.1. Kesimpulan ... 68
5.2. Saran ... 70
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pengukuran beda tinggi dengan metode Tachymetri ... 12
Gambar3.1 Peta Lokasi Kecamatan Nawangan Dilihat dari Google Earth .... 24
Gambar3.2 Peta Lokasi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Nawangan Pacitan ... 25
Gambar 3.3 Peta Stasiun Hujan dan DAS pada Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Nawangan Pacitan ... 25
Gambar 3.4 Lokasi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Nawangan Pacitan dengan Google Earth. ... 26
Gambar 3.5 Diagram Alir Penelitian ... 32
Gambar 4.1 Sketsa Bangunan PLTMH Eksisting ... 34
Gambar 4.2 Peta Stasiun Hujan dari Google Earth ... 37
Gambar 4.3 Pemetaan DAS Grindulu ... 37
Gambar 4.4 Grafik Uji Konsistensi Data Hujan ... 42
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Curah Hujan dan Hari Hujan ... 43
Gambar 4.6 Grafik Debit Andalan Q80 ... 50
Gambar 4.7 Grafik Debit Andalan Q70 ... 50
Gambar 4.8 Grafik Debit Andalan Q50 ... 51
Gambar 4.9 Grafik Debit Andalan Q30 ... 51
Gambar 4.10 Grafik Potensi dan Kebutuhan Energi Debit Q80 ... 57
Gambar 4.11 Grafik Potensi dan Kebutuhan Energi Debit Q80 dengan Simulasi Waktu Operasional...61
Gambar 4.12 Grafik Potensi dan Kebutuhan Energi Debit Q80 dengan Simulasi Waktu Musim...65
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Novelty Penelitian Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
dan Metode yang Digunakan ... 7
Tabel 4.1 Dimensi dan Pengukuran Bendung Eksisting ... 33
Tabel 4.2 Dimensi dan Pengukuran Bak Penenang Eksisting ... 34
Tabel 4.3 Dimensi dan Pengukuran Pipa Pesat ... 34
Tabel 4.4 Jarak Antar Stasiun Hujan Berpengaruh ... 36
Tabel 4.5 Data Evapotranspirasi Harian Tahun 2007 ... 38
Tabel 4.6 Data Hujan Harian Stasiun Hujan Nawangan Tahun 2006 ... 39
Tabel 4.7 Data Hujan 15 Harian Stasiun Hujan Nawangan ... 40
Tabel 4.8 Rekapitulasi Rerata Data Hujan ... 41
Tabel 4.9 Hujan Wilayah Stasiun yang Berpengaruh ... 43
Tabel 4.10 Data Parameter DAS Grindulu ... 44
Tabel 4.11 Rekapitulasi Debit Andalan Metode Mock ... 47
Tabel 4.12 Kontrol Perhitungan Metode Mock ... 47
Tabel4.13 Rekapitulasi Debit Andalan Tahunan Metode Mock (m3/dt) ... 48
Tabel 4.14 Debit Andalan Rerata Tahunan yang Telah Diurutkan……….49
Tabel 4.15 Rekapitulasi Perhitungan Potensi Energi Listrik (Q80) ... 55
Tabel 4.16 Rekapitulasi Waktu Operasional PLTMH ... 58
Tabel 4.17 Rekapitulasi Perhitungan Potensi Energi Listrik (Q80) dengan Simulasi Waktu Operasional...59
Tabel 4.18 Perbedaan Potensi Energi Tahunan Sebelum dan Sesudah Simulasi Waktu Operasional PLTMH ... 61
Tabel 4.19 Curah Hujan 15 Harian Tahun 2006 ... 62
Tabel 4.20 Potensi Energi Tahunan berdasarkan Simulasi Waktu Musim ... 64
xiv
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
A Luas km2
V Volume m3
Q Debit m3/dt
B Lebar bendung m
Cd Koefisien debit
Yo Tinggi muka air di hulu m
P Tinggi puncak bendung m
S Jarak datar m
H Beda tinggi m
i Tinggi alat m
BA Bacaan benang atas
BB Bacaan benang bawah
BT Bacaan benang tengah
m Sudut miring o
z Sudut zenith o
Px Data hujan yang hilang di stasiun X
Pi Data hujan di stasiun sekitarnya mm
Li Jarak stasiun X dengan stasiun sekitarnya km
n Jumlah data
i Data ke
CH rerata Curah hujan rerata mm
Ri Besarnya CH pada stasiun I mm
SMC Kelembaban tanah
SMC(n) Kelembaban tanah periode ke n
SMC(n-1) Kelembaban tanah periode n-1
IS Tampungan awal mm
AS Air hujan yang mencapai permukaan tanah
P Curah hujan bulanan mm
Et Evapotranspirasi
Vn Volum air tanah periode ke-n m3
k Faktor resesi aliran tanah
qt Aliran air tanah pada waktu periode ke t qo Aliran air tanah pada waktu periode ke o
Vn-1 Volume air tanah periode ke n-1 m3
Vn Perubahan volume air tanah m3
hf Head loss mayor m
f Koefisien gesekan
L Panjang pipa m
D Diameter dalam pipa m
v Kecepatan aliran dalam pipa m/dt
xv
h Head loss minor m
K Koefisien resistansi valve
Hnetto Tinggi jatuh efektif turbin mm
Hstatis Tinggi jatuh bruto turbin mm
Hftotal Tinggi jatuh dari tekananan air yang hilang mm
Qandalan Debit andalan m3/dt
Heff Tinggi jatuh efektif mm
Hbruto Tinggi jatuh bruto mm
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A. Data
Lampiran A1. Data Hujan………...………...……..…1
Lampiran A2. Data Klimatologi ……….…………...…………31
Lampiran B. Analisis Data Lampiran B1. Peta Stasiun Hujan Dan DAS ………..……….1
Lampiran B2. Rekapitulasi Data Hujan ………..3
Lampiran B3. Pengisian Data Hujan Yang Hilang ………...8
Lampiran B4. Uji Konsistensi Data Hujan ………10
Lampiran B5. Analisis Evapotranspirasi ………...12
Lampiran B6. Transformasi Hujan-Debit Metode F.J Mock ………...18
Lampiran B7. Penentuan Tahun Debit Andalan Metode Basic Year ………...29
Lampiran B8. Pengukuran Dan Perhitungan Bangunan Existing Site PLTMH ………...32
Lampiran B9. Perhitungan Potensi Energi Tahunan PLTMH ………..35
Lampiran B10. Penentuan Interval Simulasi Waktu Operasional Dan Musim ………...42
