commit to user
i
OPTIMASI POTENSI ENERGI
AIR TERJUN GEULIS CISURU SEBAGAI SUMBER
ENERGI LISTRIK
ENERGY POTENTIAL OPTIMIZATION
OF GEULIS CISURU WATERFALL AS ELECTRICAL ENERGY
RESOURCE
SKRIPSI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
J U D UL
Disusun Oleh : HERIYANTO
I0112068
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
HALAMAN PERSETUJUAN
O
.T
MOTTO
“Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan.” (Q.S.94:6)
“ Dan Dia mendapatimu sebagai seorang yang bingung, lalu Dia memberikan petunjuk.” (Q.S 93:7)
“Tidak ada yang bisa menjamin bahwa dengan tidak menyerah kau akan berhasil. Tetapi jika kau menyerah, tak ada lagi yang tersisa.”
(Aomine Daiki)
“We walk away from our dreams afraid we may fail, or worse yet, afraid we may succeed.” (Finding Forrester)
“Tatkala engkau menjadi palu, beranilah memukul habis-habisan. Tiba giliran menjadi landasan, tahanlah pukulan biar berlalu.”
(Buya HAMKA)
“Ikatlah ilmu dengan menuliskannya.” (Ali bin Abi Thalib)
commit to user
PERSEMBAHAN
Skripsi ini dipersembahkan teruntuk:
Ibu, Bapak, Adik dan keluarga besar Kromokarso tercinta yang
senantiasa setia menjadi tempat untukku pulang.
Seluruh Guru kehidupan dan para sahabat terkasih yang senantiasa
mengilhami.
Almamaterku tercinta yang telah membukakan cakrawala.
Negeriku tercinta, Indonesia, tempat berlindung di hari tua.
“Cita-cita dan masa depan” yang ditakdirkan kelak menggenapkan
separuh agama.
ABSTRAK
Heriyanto, Mamok Suprapto, Adi Yusuf Muttaqien. 2016. Optimasi Potensi
Energi Air Terjun Geulis Cisuru sebagai Sumber Energi Listrik. Skripsi.
Program Studi Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Kebutuhan energi listrik di Indonesia terus tumbuh, sementara cadangan energi fosil semakin menipis. Hal ini menyebabkan diperlukannya inovasi sumberdaya alam terbarukan yang ramah lingkungan untuk menghadapi krisis energi listrik. Air merupakan sumberdaya alam terbarukan untuk alternatif pembangkit energi listrik yang memanfaatkan aliran air dan tinggi jatuh. Air Terjun Geulis Cisuru yang terletak di Desa Cisuru, Kecamatan Cipari, Kabupaten Cilacap dipilih menjadi lokasi penelitian, karena memiliki cukup tinggi jatuh dan tersedianya debit sepanjang tahun.
Parameter dan variabel terpenting dalam penelitian ini adalah tinggi jatuh dan debit andalan. Metode Mock dan Metode Weibull digunakan untuk menghitung debit dan probabilitas keandalan yang dihasilkan. Untuk memaksimalkan potensi energi yang dihasilkan pada lokasi penelitian, maka diperlukan skenario optimasi. Skenario optimasi yang dilakukan adalah perencanaan tata letak komponen PLTMH, penambahan tinggi jatuh, dan pengulangan jatuh air. Pengulangan jatuh air memerlukan komponen tambahan yakni pompa untuk menaikkan air pada ketinggian maksimalnya dan menjatuhkan kembali di turbin ke-2 dan seterusnya. Kapasitas pompa menentukan besarnya potensi energi listrik yang dihasilkan pada pengulangan jatuh air. Energi yang dihasilkan kemudian digunakan untuk menghitung benefit dan dianalisis kelayakannya secara ekonomi teknik.
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa skenario penambahan tinggi jatuh tanpa pengulangan jatuh air menghasilkan potensi energi paling optimal. Skenario ini menghasilkan daya 2.827,3 kW dan energi listrik 67.856 kWh/tahun. Sedangkan skenario pengulangan jatuh air justru menurunkan daya dan energi menjadi 2.522,91 kW dan 53.470,53 kWh/tahun. Hal ini disebabkan kapasitas pompa menghasilkan output daya yang lebih kecil daripada input daya untuk menjalankan pompa. Berdasarkan analisis kelayakan teknis perencanaan tata letak komponen, PLTMH ini layak untuk direalisasikan. Akan tetapi berdasarkan analisis ekonomi teknik menghasilkan nilai NPV sebesar Rp -165.523.456,00 lebih kecil dari 0, BCR sebesar 0,74 lebih kecil dari 1, dan IRR sebesar 0,46% lebih kecil dari bunga awal 6,5%. Ketiga analisis ekonomi teknik tersebut menunjukkan bahwa realisasi PLTMH ini tidak layak.
commit to user
ABSTRACT
Heriyanto, Mamok Suprapto, Adi Yusuf Muttaqien. 2016. Energy Potential
Optimization of Geulis Cisuru Waterfall as Electrical Energy Resource. Thesis. Department of Civil Engineering. Faculty of Engineering. Sebelas Maret University. Surakarta.
The need of electrical energy in Indonesia grows up continuously, while the reserve of fossil energy decreases. Thus, it is needed an innovation of renewable resource that is environmentally harmless to overcome the crisis of electrical energy. Water is a renewable natural resource that can be used as alternative in generating electrical energy by utilized the waterflow and head. This research was conducted at Geulis Cisuru Waterfall which is located in Cisuru Village, Cipari District, Cilacap Regency. It is because, the waterfall has a prosperous head and the water discharge exists throughout the year.
The most important parameters and variables in this research are head and dependable flow. Mock methode and Weibull methode are used to calculate the discharge and the probability of dependable flow resulted. In maximizing the potential energy in the research’s location, it is needed a scenario of optimization. The scenario of optimization set up are the planning of microhydro components design, the increasing of head, and the falling water repetition. The repetition of falling water needs an additional component, that is pump to send the water up to the maximum elevation and to fall it to the second turbine and so on. The pump’s capacity determines the electrical energy flowed in the falling water repetition. The energy produced is used to count the benefit and then the feasibility is analyzed by using economic engineering.
The results show that, scenario of the increase of falling water without falling water repetition produces the most optimum potential energy. This scenario produces power about 2.827,3 kW and about 67.856 kWh/year of electrical energy. Whereas, the scenario using falling water repetition exactly decreases the power and energy into 2.522,91 kW and 53.470,53 kWh/year. This case happens because, the pump’s capacity produces output power which is lower than input power to operate the pump. Based on the feasibility analysis of technical planning, the microhydro components design is proper to be applied. But then, based on the economic engineering analysis shows that, the result of NPV is about Rp -165.523.456,00 fewer than 0, the BCR result is about 0,74 fewer than 1, and the IRR precentage is about 0,46% fewer than 6,5% of first interest. Those three economic engineering analysis’ show that the Microhydro Power Plant (MHPP) is unreasonably applied.
Keywords: Energy, Optimization, Pump’s Capacity, Falling Water Repetition,
KATA PENGANTAR
Puji syukur selalu terpanjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“Optimasi Potensi Energi Air Terjun Geulis Cisuru sebagai Sumber Energi Listrik”guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
di Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penyusunan tugas akhir ini dapat berjalan lancar tidak lepas dari bimbingan, dukungan, dan motivasi dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1. Segenap Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Segenap Pimpinan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
3. Dr.Ir. Mamok Suprapto, M.Eng selaku dosen pembimbing Iskripsi. 4. Ir. Adi Yusuf Muttaqien, M.T. selaku dosen pembimbing II skripsi. 5. Ir. Purwanto, M.T. selaku dosen pembimbing akademik.
6. Dosen Penguji skripsi.
7. Segenap bapak dan ibu dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
8. Dinas Bina Marga, SDA dan ESDM Kabupaten Cilacap yang telah memberikan data sekunder sehingga terlaksananya penulisan ini.
9. Rekan-rekan satu tim dan rekan mahasiswa Teknik Sipil.
10. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis dengan tulus ikhlas.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan di masa mendatang dan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, Agustus 2016
commit to user
DAFTAR ISI
JUDUL ... i MOTTO ... iv PERSEMBAHAN ... v ABSTRAK ... vi ABSTRACT ... viiKATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR NOTASI ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB 1 ... 1 1.1. Latar Belakang ...1 1.2. Rumusan Masalah ...3 1.3. Batasan Masalah ...4 1.4. Tujuan Penelitian ...4 1.5. Manfaat Penelitian ...5 BAB 2 ... 6 2.1. Tinjauan Pustaka ...6 2.1.1. Energi Hidro ...6
2.1.2. Skenario Peningkatan Potensi Energi Hidro ...12
2.1.3. Analisis Kelayakan Ekonomi ...16
2.1.4. Perbandingan dengan Penelitian Terdahulu ...17
2.2. Dasar Teori ...21
2.2.1. Energi Hidro ...21
2.2.2. Optimasi Peningkatan Potensi Energi ...37
2.2.3. Analisis Kelayakan Ekonomi ...38
BAB 3 ... 40
3.1. Lokasi Penelitian ...40
3.2. Parameter dan Variabel ...41
3.3. Data ...42
3.3.2. Data Sekunder ...42
3.4. Alat yang Digunakan ...42
3.4.1. Alat Bantu Survey Lokasi ...42
3.4.2. Alat Bantu Perhitungan danPenyusunan Skripsi ...43
3.5. AnalisisData ...43
3.5.1. Tinggi Jatuh (Head) ...43
3.5.2. Debit ...43
3.5.3. Potensi Daya dan Energi Terbangkitkan ...44
3.5.4. Analisis Kelayakan Ekonomi ...44
3.5.5. Diagram Alir Penelitian ...44
BAB 4 ... 47
4.1. Data ...47
4.1.1. Potensi Asli Energi Hidro ...47
4.1.2. Skenario Peningkatan Potensi Energi Hidro ...51
4.1.3. Data Analisis Kelayakan Teknis dan Ekonomi...53
4.2. Hasil dan Pembahasan ...55
4.2.1. Potensi Asli Energi Hidro ...55
4.2.2. Peningkatan Potensi Energi Hidro dengan Alternatif ...73
4.2.3. Analisis Kelayakan Teknis dan Ekonomi ...77
4.3. Rekapitulasi Hasil dan Pembahasan ...86
4.3.1. Skenario 1 (tanpa Pegulangan Jatuh Air) ...86
4.3.2. Skenario 2(dengan Pengulangan Jatuh Air) ...86
4.3.3. Analisis Teknis dan Ekonomi ...87
BAB 5 ... 87
5.1. Kesimpulan ...87
5.2. Saran ...88
commit to user
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Diameter Pipa Pesat Berdasarkan Debit ... 15
Tabel 2.2. Rekapitulasi Penelitian Terdahulu ... 19
Tabel 2.3. Nilai Kritik Kepanggahan ... 29
Tabel 2.4. Nilai Berdasarkan Suhu Zat Cair ... 34
Tabel 2.5. Koefisien k sebagai Fungsi Sudut Belokan ... 36
Tabel 2.6. Skenario Pengulangan Jatuh Air ... 38
Tabel 3.1. Parameter Penelitian ...41
Tabel 3.2. Variabel Penelitian ...41
Tabel 4.1. Data PengukuranBeda Tinggi ...48
Tabel 4.2. Pembacaan Current meter di Penampang Sungai ...49
Tabel 4.3. Perhitungan Tinggi Bruto ...55
Tabel 4.4. Hasil Evapotranspirasi Penman Monteith dengan Software Cropwat 8.0 pada Bulan Januari-Desember ...57
Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Curah Hujan Wilayah Stasiun Hujan Cipari Januari-Juni ...58
Tabel 4.6. Hasil Perhitungan Curah Hujan Wilayah Stasiun Hujan Cipari Agustus-Desember ...59
Tabel 4.7. Perhitungan Kepanggahan di Stasiun Cipari ...60
Tabel 4.8. Nilai Kritik Q berdasarkan Tabel 2.3 ...60
Tabel 4.9. Debit Andalan 80% ...65
Tabel 4.10. Rekapitulasi Daya tiap Hari ...71
Tabel 4.11. Energi dan Penjualan Energi pada Pengulangan Jatuh Air ke-1...73
Tabel 4.12. P1 Akhir Pengulangan Jatuh Air ke-2 ...75
Tabel 4.13. Energi dan Penjualan Energi pada Pengulangan Jatuh Air ke-2...76
Tabel 4.14. Volume Pekerjaan Komponen PLTMH...77
Tabel 4.15. Rencana Anggaran Biaya PLTMH Skenario 1 ...78
Tabel 4.16. Rekapitulasi Rencana Anggaran Biaya ...79
Tabel 4.18. Perhitungan Nilai NPV 0,46% ...82
Tabel 4.19. Rekapitulasi RAB PLTMH Skenario ke 2 ...83
Tabel 4.20. Perhitungan NPV 6,5% ...84
Tabel 4.21. Perhitungan Nilai NPV -4,49% ...85
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pengukuran Beda Tinggi dengan Metode Tachymetri...21Gambar 2.2. Skema Pengulangan Jatuh Air ...38
Gambar 3.1. Lokasi Penelitian ...41
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian ...46
Gambar 4.1. Lokasi Penelitian Tampak dari Atas ...47
Gambar 4.2. Titik-titik Pengukuran Beda Tinggi pada Terjunan dari Letak Theodolit ...48
Gambar 4.3. Kondisi Luas Penampang Bendung pada Lokasi Penelitian ...49
Gambar 4.4. Rencana Penambahan Tinggi Bendung ...51
Gambar 4.5. Pompa Dewatering Water “Grundfos DW.50.8.A.3” ...52
Gambar 4.6. Skema Komponen PLTMH Skenario 1 ...53
Gambar 4.7. Skema Komponen PLTMH Skenario 2 ...53
Gambar 4.8. Rencana Letak Power House ...54
Gambar 4.9. Luas Daerah Aliran Sungai dari Software Global Mapper 17 ...61
commit to user
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
A Luas penampang aliran m2
D Diameter pipa m
E Energi kWh
ea Tekanan uap air aktual kPa
es Tekanan uap air jenuh kPa
Et Evapotranspirasi mm/hari
f Koefisien gesek pipa
G soil heat flux MJ/m2/hari
g Percepatan gravitasi m/dt2
ηg Efisiensi generator
ηt Efisiensi turbin
Hbruto Tinggi jatuh bruto m
he Kehilangan energi pada belokan pipa m
Heff Tinggi jatuh efektif m
hf Kehilangan energi pada pipa m
I Koefisien infiltrasi
i Tingkat suku bunga %
k Faktor belokan pada pipa
k Koefisien resesi
L Panjang ruas pipa M
m Koefisien pelimpah bendung
n Jumlah data
ρ Massa jenis kg/m3
P Curah hujan harian mm/hari
Pi Daya Mm
Pinput pompa Daya masukan Pompa kW
Poutput pompa Daya keluaran Pompa kW
P1, P2, ..., Pn Curah yang tercatat di pos penakar hujan 1, 2, ..,n Mm
P1, P2 Tekanan pada titik 1,2
Q Debit sesaat m3/dt
Q80 Debit andalan m3/dt
Re Angka Reynolds
RH kelembaban relatif %
Rns Radiasi sinar matahari neto MJ/m2/hari
penyimpangan komulatif pada data
T Suhu udara rata-rata oC
u2 kecepatan angin pada z m di atas permukaan tanah m/dt
Viskositas Kinematik
v Kecepatan aliran m/dt
V Volume m3
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 DATA ... L.A.1 – L.A.2 LAMPIRAN 2 ANALISIS DATA ... L.B.1 – L.B.3 LAMPIRAN 3 SURAT KELENGKAPAN SKRIPSI ... L.C
