STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINIHIDRO (PLTM) DI KECAMATAN SIJAMAPOLANG KABUPATEN
HUMBANG HASUNDUTAN
Astika Dwi K1*, Ahmad Perwira Mulia2, Ivan Indrawan2
1Mahasiswa Program Sarjana Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara
2Dosen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara
*Email: astikadwik@gmail.com
ABSTRAK: Berdasarkan kebijakan pemerintah untuk mewujudkan program Pelaksaaan Usaha Penyediaan Tenaga Listrik untuk Skala Kecil dan juga Program Pembangunan Ketenagatistrikan 35.000 MW, maka perlu dilakukan kajian mengenai potensi sumber energi tenaga listrik khususnya melalui sumber daya yang terbaharukan khusunya sumber daya air. Studi yang telah dilakukan di Kecamatan Sijamapolang menjadi dasar bagi penulis dalam meneliti lebih jauh tentang potensi pembangkit listrik di Kecamatan tersebut. Studi ini mengevaluasi besarnya potensi energi di Kecamatan Sijamapolang Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara. Metode yang digunakan dalam analisis hidrologi menggunakan metode Penman modifikasi untuk menentukan besarnya evapotranspirasi. Dalam menentukan ketersediaan debit sungai digunakan metode F. J. Mock. Dari analisis hidrologi potensi debit yang tersedia diperoleh debit andalan Q90 = 2,46 m3/detik, tinggi jatuh head sebesar 47,865 m. Setelah dilakukan penelusuran dengan Google Earth dan dibandingkan data yang ada pada studi sebelumnya didapatkan posisi koordinat bangunan penting yang jauh berbeda dengan posisi peta hasil studi sebelumnya,contohnya elevasi headpond terletak pada posisi yang tinggi dari bangunan intake yang mengindikasikan air tidak dapat mengalir ke tempat yang seharusnya. Disamping itu untuk mendapatkan daya sebesar 2 x 2 MW maka dibutuhkan debit lebih besar dari 10 m3/detik, sedangkan dari analisis penulis debit andalan Q90 yang tersedia hanya 2,46 m3/detik. Kesimpulannya studi inimemberikan rekomendasi agar studi yang pernah dilakukan sebelumnya ditinjau ulang untuk memperoleh data dan informasi yang akurat sebagai bahan pertimbangan dalam tahapan pembangunan PLTM selanjutnya.
Kata Kunci: : Pembangkit Listrik, F.J Mock,Google Earth, Daya Listrik
Abstract: Based on the government's policy to realize the Small-Scale Electricity Supply Business Implementation program as well as the 35,000 MW Electricity Development Program, it is necessary to study the potential of electrical energy sources, especially through renewable resources, especially water resources.
The study that has been carried out in Sijamapolang Sub-district is the basis for the author in further researching the potential for power generation in the District. This study evaluates the amount of energy potential in Sijamapolang District, Humbang Hasundutan Regency, North Sumatra Province. The method used in the hydrological analysis uses a modified Penman method to determine the amount of evapotranspiration.
In determining the availability of river discharge, the F. J. Mock method is used. From the hydrological analysis of the available discharge potential, it is obtained that the mainstay discharge is Q90 = 2.46 m3/second, the head fall height is 47.865 m. After doing a search with Google Earth and comparing the data in the previous study, it was found that the coordinates of important buildings are much different from the map positions of the previous studies, for example the elevation of the headpond is located at a high position from the intake building which indicates that water cannot flow to where it should be. . Besides that, to get a power of 2 x 2 MW, a flowrate greater than 10 m3/second is required, while from the author's analysis, the Q90 mainstay discharge is only 2.46 m3/second. In conclusion, this study provides recommendations that previous studies should be reviewed to obtain accurate data and information for consideration in the next stage of PLTM development.
Keywords: Power Plant, F.J Mock, Google Earth, Electric Power
PENDAHULUAN
Kabupaten Humbang Hasundutan merupakan salah satu daerah yanag memiliki potensi dalam pengembangan pembangkit listrik tenaga minihidro maupun mikrohidro. Kabupaten ini berbatasan langsung dengan Kabupaten Toba Samosir di sebelah Utara,dengan kabupaten Tapanuli Utara di sebelah Timur,dengan Kabupaten Tapanuli Tengah di sebelah Selatan,dan dengan kabupaten Pakpak Baharat disebelah Barat. Memiliki luas wilayah sekitar 251.765,9 Ha dengan jumlah penduduk sekitar 190.186 jiwa,dan keadaan tanah berbukit-bukit dan bergelombang dikelilingi daratan. Berdasarkan topografi daerah ini berada pada ketinggian 330- 2075 meter di atas permukaan laut.
Berdasarkan kebijakan pemerintah untuk mewujudkan program Pelaksaaan Usaha Penyediaan Tenaga Listrik untuk Skala Kecil dan juga program pembangunan ketenagatistrikan 35.000 MW, maka perlu dilakukan kajian mengenai potensi sumber energi tenaga listrik khususnya melalui sumber daya yang terbaharukan yaitu sumber daya air, dan pernah dilakukan nya studi pada desa Sitampongan kecamatan Sijamapolang maka berdasarkan itu penulis ingin meneliti sejauh mana kelayakan dari studi yang pernah dilakukan itu.
PUSTAKA DAN METODOLOGI Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada Kecamatan Sijamapolang kabupaten Humbang Hasundutan yang terletak antara 2°13'–
2°28' Lintang Utara dan 98°10'–98°57' Bujur Timur. Dengan batasan wilayah yaitu:
Utara : Kabupaten Samosir Timur : Kabupaten Tapanuli Utara Selatan : Kabupaten Tapanuli Tengah Barat : Kabupaten Pakpak Bharat
Jenis dan Sumber Data
Data yang diperlukan dalam penelitian ini ialah:
1. Data klimatologi
Diperlukan untuk menganalisis penguapan (evapotranspirasi). Data evapotranspirasi menjadi parameter untuk mensimulasikan hujan menjadi debit dengan metode F.J.Mock.
2. Data curah hujan
Diperlukan untuk menganalisis debit. Dalam analisis debit dibutuhkan data hujan dan jumlah hari hujan. Semakin banyak data yang tersedia sepanjang tahun semakin baik hasil yang didapatkan.
3. Data Daerah Aliran Sungai (DAS)
Diperlukan untuk mencari luas daerah tangkapan hujan.
4. Data Koordinat
Diperlukan untuk mengevaluasi titik-titik penting PLTM pada studi sebelumnya.
Metodologi Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah metode analisa kasus, yakni melalui studi pustaka dan analisis data. Tahapan dalam penelitian ini terbagi atas 4 tahap, yaitu : tahap pendahuluan, pengumpulan data sekunder, analisis data, dan tahap penyusunan laporan.
Adapun rincian kegiatan penelitian yang dilakukan dengan beberapa tahap tersebut yaitu:
1. Tahap pendahuluan
Tahap ini merupakan tahapan studi literatur, yaitu dengan cara mengumpulkan dan mempelajari literatur buku, jurnal, catatan kuliah maupun internet. Hasil dari tahap ini berupa sketsa dan penafsiran sementara keadaan penelitian yang akan digunakan pada tahap pengambilan data.
2. Tahap pengumpulan data sekunder
Tahap ini meliputi pengambilan data klimatologi, data hujan, data Catchment Area, dan data koordinat penelitian sebelumnya.
3. Tahap analisis dan perhitungan data Tahap ini melakukan pengolahan data dari data sekunder yang telah diperoleh, Adapun langkah- langkah sebagai berikut:
a. Menghitung evapotranspirasi dengan menggunakan metode Penmann Modifikasi.
dengan metode F.J.Mock menggunakan data hujan dari rata-rata 3 Stasiun Hujan selama 10 tahun (2011-2020).
c. Observasi titik-titik koordinat penting dengan menggunakan Google Earth d. Menganalisis tinggi jatuh efektif, kehilangan tinggi tekan (head loss) sehingga diperoleh potensi daya yang dapat dihasilkan pada lokasi studi.
e. Merancang konstruksi dasar bangunan PLTM yang meliputi dam, intake, sandtrap, waterway, headpond, pipa pesat (penstock), power house dan saluran pembuang (tail race).
4. Tahap penyusunan laporan
Merupakan tahap akhir dari tahap penelitian di mana tahap ini menarik kesimpulan dan menyusun data-data dari tahap awal hingga akhir yang selanjutnya dirangkum menjadi sebuah laporan penelitian.
HASIL PENELITIAN
Luas catchment area adalah 112.334 km2 dianalisis dengan menggunakan QGIS.
Terdapat 3 stasiun hujan yang lokasi masuk pada sistem neraca air di Catchment Area yaitu stasiun hujan Sijamapolang, stasiun hujan Onan Ganjang, dan stasiun hujan Dolok Sanggul. Data hujan untuk studi detail desain PLTM pada PLTM digunakan curah hujan rata-rata dengan pencatatan data selama 10 tahun (2011-2020).
Tabel 1. Data Curah Hujan Rata-rata 3 Stasiun
Tabel 2. Lama Hari Hujan Rata-rata 3 stasiun
Analisis evapotranspirasi dilakukan dengan metode Penmann Modifikasi dimana data yang diperlukan adalah data klimatologi bulanan (temperatur maksimum-minimum atau rata-rata, penyinaran matahari, kelembaban udara, dan kecepatan angin). Tujuan perhitungan evapotranspirasi ini adalah untuk mencari ketersediaan air setelah hujan akibat penguapan yang terjadi.
Analisis Debit Metode F.J Mock
Dalam menentukan ketersediaan air atau debit andalan pada Catchment Area dengan luas 112.334 km2 digunakan Metode F.J.Mock untuk tiap bulannya selama 10 tahun. Data yang dibutuhkan dalam menentukan debit andalan tersebut antara lain:
1. Data curah hujan bulanan rata-rata.
2. Data evapotranspirasi potensial.
3. Data jumlah harian hujan.
Metode ini menganggap bahwa hujan yang jatuh pada daerah aliran sungai (cacthment area) sebagian akan hilang sebagai evapotranspirasi, sebagian lagi akan langsung menjadi limpasan permukaan (direct run off) dan sebagian lagi akan masuk ke dalam tanah (infiltrasi). Perhitungan ini dimulai dengan perhitungan dari Data Meteorologi, Evapotranspirasi, Keseimbangan air, Limpasan dan Penyimpanan Air Tanah, dan Debit aliran sungai.
Tabel 3. Rekapitulasi perhitungan debit ketersediaan dengan metode F.J.Mock
Grafik Probabilitas (FDC)
Setelah diketahui hasil perhitungan debit dengan metode F.J.Mock maka dilakukan penyusunan data debit, hal ini dilakukan untuk mengetahui besarnya debit keandalan dengan probabilitas tertentu. Dari Tabel 4.20 maka dibuat grafik FDC (flow duration curve) yang merupakan grafik probabilitas debit sepanjang 10 tahun dari tahun 2011 – 2020.
NO TAHUN JAN FEB MAR APR MEI JUN JUL AGU SEP OKT NOV DES TOTAL 1 2011 156 117 252 185 96 122 28 169 270 276 299 293 2262
2 2012 87 189 123 265 160 73 77 165 216 320 455 273 2402
3 2013 258 273 199 246 130 214 86 126 158 297 343 291 2623 4 2014 352 251 224 238 194 93 243 173 198 160 289 199 2612 5 2015 368 120 305 392 287 172 159 189 253 296 374 312 3227 6 2016 179 143 268 386 344 113 123 206 113 220 339 381 2813 7 2017 271 132 237 316 144 120 81 170 223 157 308 400 2559 8 2018 170 277 344 384 274 135 255 170 223 157 308 400 3098 9 2019 367 313 348 240 331 183 414 291 278 539 319 540 4162 10 2020 283 133 347 443 91 161 302 378 305 199 282 344 3267 MAX 368 313 348 443 344 214 414 378 305 539 455 540 4162 MIN 87 117 123 185 91 73 28 126 113 157 282 199 2262 AVR 249 195 265 309 205 138 177 204 224 262 332 343 2903
NO TAHUN JAN FEB MAR APR MEI JUN JUL AGT SEP OKT NOV DES TOTAL
1 2011 20 14 22 21 13 13 11 21 24 24 23 20 226
2 2012 15 20 16 23 18 14 16 21 20 20 27 26 235
3 2013 20 21 20 21 17 19 12 16 15 26 25 21 233
4 2014 15 9 18 9 5 6 4 12 11 11 16 15 132
5 2015 23 14 22 24 17 13 14 24 19 21 24 23 238
6 2016 20 18 18 21 24 16 17 20 20 21 28 28 251
7 2017 20 18 26 27 20 18 16 25 23 19 24 28 264
8 2018 20 24 24 24 25 17 20 25 23 19 24 28 274
9 2019 22 19 23 19 23 16 19 18 20 28 23 30 261
10 2020 20 15 16 25 14 13 22 18 21 21 19 21 227
Gambar 1. Flow Duration Curve
Diperoleh debit keandalan Q90 sebesar 2,46 m3/d
Evaluasi Lokasi Studi dan Desain Dasar Konstruksi PLTM
Evaluasi ini dilakukan untuk mengetahui apakah lokasi studi sebelumnya sudah tepat sedangkan desain ini bertujuan untuk menghitung dan memperkirakan dimensi yang akan dipakai pada bangunan- bangunan utama PLTM.
Perancangan yang dilakukan penelitian ini melalui studi pustaka dari sumber beberapa buku dan jurnal penelitian,perlu diperiksa melalui perbandingan dengan lokasi sesungguhnya.Hal demikian berlandaskan pada adanya penyesuain dalam implementasi teori mengingat teori berpijak pada kondisi ideal,sementara realita tidak selamanya ideal.
Desain dasar yang direncanakan meliputi:
1.Dam,
Dari hasil penelusuran melalui aplikasi Google Earth dengan data koordinat Dam/
Weir dari desain studi yang pernah dilakukan diperoleh bahwa titik koordinat Dam tidak tepat berada disungai. Jarak antara sungai dan recana bendung setelah hasil pengukuran dengan Google Earth adalah 407 m.
Tabel 4. Perbandingan Elevasi Bendung
2.Intake,
Tabel 5. Perbandingan Elevasi Intake Elevasi intake observasi 785 m
Elevasi intake studi
sebelumnya 781,775 m
Jarak antara sungai dan intake hasil pengukuran dengan Google Earth adalah 241 m sedangkan jarak dari intake ke rencana bendung adalah 648 m
3.Sandtrap,
Tabel 6. Perbandingan Elevasi Sandtrap Elevasi sandtrap observasi 784 m Elevasi sandtrap sebelumnya 785,63 m 4.Waterway,
Dari hasil penelusuran melalui aplikasi Google Earth dengan data koordinat Headpond dari desain studi yang pernah dilakukan diperoleh bahwa jika diikuti punggung bukit yang ada maka tidak ditemukan koordinat dan elevasi intake yang tepat untuk mengalirkan air dari posisi intake menuju headpond
5.Headpond,
Tabel 7. Perbandingan Elevasi Headpond
6.Pipa pesat (penstock), Tabel 8. Dimensi pipa pesat
7.Turbin,
Gambar 2. Grafik pemilihan turbin menurut ESHA
Elevasi rencana
bendung observasi 843 m Elevasi rencana
bendung studi sebelumnya
781,775 m
Elevasi headpond observasi 801 m Elevasi headpond studi sebelumnya 785,376 m Elevasi intake obvervasi 785 m Elevasi intake studi sebelumnya 781,775 m
Q 90 D A V L n R
2,95 m3/d
1,3 m
1,02 m2
2,89 m/d
106,9 m
0,0 14
0,33 m
turbin yang digunakan adalah tipe turbin francis. Dengan memperhatikan variasi regulasi debit dan tinggi jatuh pada studi perencanaan, hasil studi perencanaan sesuai dengan kepekaan variasi tinggi jatuh dan variasi debit jenis turbin francis menurut ESHA.
8.Power house
Tabel 9. Perbandingan Elevasi Power House
Elevasi power house observasi 734 m Elevasi power house
sebelumnya
737,076 m Area power house berukuran 55 m x 30 m, sedangkan ukuran bangunannya ialah 31,2 m x 20,2 m x 7.63 m.
9.Saluran pembuang (tail race).
Dalam perhitungan saluran pembuang atau Tail Race akan memperhitungkan dan merencanakan dimensi hingga hidrolika dari saluran pembuang pembangkit listrik.
Parameter yang digunakan pada perhitungan saluran pembawa adalah Debit Pembangkit
(Q) = 2,46 m3/detik dan untuk perhitungan dimensi saluran pembuang disamakan dengan saluran pembawa. Dengan cara coba-coba didapat tinggi muka air (h) 1,5 meter.
Analisis Daya Listrik
Daya listrik yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
P = g × Heff × Q × Etotal
Debit rencana diperoleh dari hasil perhitungan probabilitas dengan debit potensi untuk PLTM sebesar Q = 2,46 m3/d, tinggi jatuh effektif Heff = 47,865 m dan effisiensi penstock 0,85, effisiensi generator dan turbin 0,9 (asumsi). Dengan demikian maka daya listrik yang dapat dihasilkan adalah
P = 9,81 × 47,865 × 2,46 × 0,85 × 0,9 P = 883,082 kW = 0,883 MW
E = 883,082 × 329 × 24 = 6962217,363 kWh = 69,62 GWh
Jadi daya listrik yang dapat dihasilkan sebesar 0,883 MW dan energi yang dihasilkan setiap tahunnya sebesar 9,62 GWh. Berikut perbandingan hasil perhitungan dan studi sebelumnya ;
Tabel 11. Hasi Perhitungan Daya dan Energi
Jika dilihat dari tabel 4.32 untuk mendapatkan daya sebesar 2 x 2 MW maka dibutuhkan debit lebih besar dari 10 m3/detik sedangkan dari analisis penulis debit andalan PLTM Q90 yang tersedia hanya 2,46 m3/detik.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Berdasarkan dengan hasil analisis yang telah dilakukan dengan rumusan masalah maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Dengan analisis menggunakan QGIS Catchment area yang didapatkan adalah 112.334 km2.
2. Dari hasil analisis hidrologi didapatkan debit andalan Q90 = 2,46 m3/detik 3. Tinggi jatuh effektif yang didapatkan
dari peta topografi yang didapatkan adalah 47,8 m
4. Berdasarkan penelusuran dari Google Earth dengan menggunakan data koordinat yang di berikan maka : elevasi yang diberikan berbeda dengan hasil penelusuran, letak koordninat bangunan-bangunan penting pada PLTM tidak berada di lokasi yang tepat.
5. Potensi energi yang di hasilkan di Kecamtan Sijamapolang Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara dihasilkan setiap tahunnya sebesar 69,62 GWh dengan daya listrik yang dapat dihasilkan sebesar 0,883 MW.
6. Berdasarkan analisis dari aspek teknis maka studi ini studi ini perlu ditinjau ulang untuk meperoleh data dan Hasil analisis studi
sebelumnya 2 x 2 MW Hasil perhitungan 1 x 0,883 MW
informasi yang akurat sebagai bahan pertimbangan dalam tahapan pembangunan PLTM selanjutnya.
Saran
Dalam penelitian ini adapun saran berdasarkan penelitian yang telah dilakukan,diantaranya sebagai berikut:
1. Perlu dilakukanya pengamatan secara menyeluruh pada wilayah yang ingin dibangun PLTM untuk penentuan peletakan masing - masing komponen yang tepat.
2. Analisis hidrologi lebih baik menggunakan data primer,yaitu data yang didapatkan langsung dari lapangan. Hal ini karenakan data primer akan lebih akurat dibandingan dengan data sekunder.
3. Perlunya dukungan dan peran penuh pemerintah dalam mendukung pembangunan pembangkit listrik dengan energi terbarukan.
DAFTAR PUSTAKA AHEC,2013.
Standards/Manuals/Guidelines For Small Hydro Development. In: Civil Works–Hydraulic and Structural Design. Uttarakhand, India:
Alternate Hydro Energy Centre Indian Institute of Technology Roorkee, pp. 1-133.
Aliputa, H. S., Marsudi, S. & Taufiq, M., 2012. Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Air Run Of River (PLTA ROR) Baliem Kabupaten Jaya Wijaya, Malang: Jurusan Pengairana Fakultas Teknik Universitas Brawijaya.
Anon., 2018. Rancangan Usaha Penyediaan Tenaga Listrik (RUPTL) PT. Perusahaan Listrik Negara (Persero) Tahun 2018 s/d 2027.
Jakarta, Kementrian Energi Dan Sumber Daya Mineral.
[BPS] Badan Pusat Statistik. Humbang Hasundutan Dalam Angka 2012- 2021, akses online 9 Maret 2021 URL;https://humbanghasundutankab.b ps.go.id/
[ESHA] European Small Hydro Association.
(2004). Guide on How To Develop a Small Hydropower Plant
Chow, V. T. (1959). Open Channel Hydraulics.
Mc Graw Hill.
Dandekar, M. M. & Sharma, K. N., 1991.
Pembangkit Listrik Tenaga air. Jakarta:
Universitas Indonesi (UI-Press).
Departemen ESDM. (2008). Pedoman Teknis Standarisasi Peralatan dan Komponen Pemabngkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH). Jakarta : I MIDAPT
Departemen ESDM. (2009). Buku 2B Buku Pedoman Studi Kelayakan Sipil Pembanguan PLTMH. Jakarta : IMIDAPT Dwiyanto, V., Indriana, D. & Tugiono, S.,
2016. JRSDD. Analisis Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Studi Kasus : Sungai Air Anak (Hulu Sungai Way Besai), IV(3), pp. 407-422.
Juwono, P.T. 1992. Kajian Kemungkinan dibangunya Pusat Listrik Tenaga Mikro Kodatie, R.J. 1995. Analisa Ekonomi Teknik.
Yogyakarta: Andi Offset.
Limantara, L. M. (2010). THidrologi Praktis.
Bandung: Lubuk Agung
Luvita, C. P., Juwono, P. T. & Wicaksono, P.
H., 2017. Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Air Di Kabupaten Rokan Hulu Provinsi Riau, Malang: Teknik Pengairan Konsentrasi Perencanaan Teknik Bangunan Air Universitas Brawijaya.
Patty, O. F., 1995. Tenaga Air. Surabaya:
Erlangga.
Penche, C., 2004. Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant. Belgia: ESHA (European Small Hydropower Association).
Ramos, H., 2000. Guidelines For Design Small Hydropower Plants. Irlandia: WREAN (Western Regional Energy Agency &
Network) and DED (Department of Economic Development).
Soetopo, W., &TLimantara, L. (2011). Statitika Hidrologi (Dasar). Malang: Citra Malang Ulfah, N., Marsudi, S. & Juwono, T. P., 2017.
Studi Perencanaan Pembangkit Listrik tenaga Air (PLTA) Di Sungai Sibundong Upper Kabupaten Tapanuli Utara Provinsi Sumatera Utara, Malang: Teknik Pengairan Konsentrasi Perencanaan Teknik Bangunan Air Universitas Brawijaya
Andawayanti, U., 2012. Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Air Di Bendungan Pandaduri Swangi Lombok Timur Nusa Tenggara Barat, Malang: Teknik Pengairan Konsentrasi Perencanaan Teknik Bangunan Air Universitas Brawijaya.
