UAS
ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH)
DISUSUN OLEH :
Nama : MUHAMMAD SYAMSU ANUGRA
Nim : 132021076 Kelas : A
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PALEMBANG 2025
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan karunia-Nya, makalah yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Berkapasitas 13 kW” ini dapat diselesaikan dengan baik. Makalah ini disusun sebagai bentuk kontribusi ilmiah dalam mendukung pemanfaatan energi terbarukan, khususnya mikrohidro, sebagai solusi alternatif penyediaan energi listrik yang ramah lingkungan dan berkelanjutan.
Penyusunan makalah ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan masukan, referensi, dan dukungan moril maupun teknis selama proses penyusunan makalah ini berlangsung.
Penulis menyadari bahwa makalah ini masih memiliki keterbatasan dan kekurangan. Oleh sebab itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan guna perbaikan di masa mendatang.
Akhir kata, semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca, khususnya dalam bidang perencanaan dan pengembangan sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro di Indonesia.
iii DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR... iv
DAFTAR TABEL...v
BAB 1 ... 1
PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumus Masalah ... 1
1.3 Tujuan... 2
BAB II PEMBAHASAN ... 3
2.1 Prinsip Kerja PLTMH ... 3
2.2 Komponen Utama... 3
2.2.1 Pipa Pesat (Penstock) ... 3
2.2.2 Turbin ... 4
2.2.3 Generator ... 4
2.2.4 Beban ... 4
2.3 Daya Tersedia (Available Power) ... 4
2.4 Daya Terbangkitkan (Generated Power) ... 5
2.5 Daya Beban ... 6
2.6 Skema Rangkaian Sistem PLTMH ... 6
BAB 3 ... 9
PENUTUP ... 9
3.1 Kesimpulan ... 9
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2 . 1 Skema Rangkaian Sistem PLTMH ... 6
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1 . 1 Beban Harian ... 4
1 BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi listrik di Indonesia semakin meningkat seiring dengan pertumbuhan penduduk dan kegiatan ekonomi. Di sisi lain, belum seluruh wilayah Indonesia, khususnya daerah pedesaan dan terpencil, terjangkau oleh jaringan listrik nasional. Oleh karena itu, pemanfaatan energi terbarukan menjadi solusi yang tepat untuk mengatasi permasalahan ini. Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat potensial dan ramah lingkungan adalah energi mikrohidro.
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) merupakan sistem pembangkit yang memanfaatkan energi potensial air untuk menghasilkan listrik.
PLTMH sangat sesuai diterapkan di daerah yang memiliki aliran sungai dengan debit dan ketinggian tertentu. Selain ramah lingkungan, sistem ini juga memiliki biaya operasional yang rendah serta mudah dalam perawatan.
Makalah ini membahas tentang rancang bangun sistem PLTMH berkapasitas 13 kW, mulai dari penentuan komponen utama, perhitungan teknis daya, hingga penyusunan skema sistem.
1.2 Rumus Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka rumusan masalah dalam rancang bangun Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang sistem PLTMH berkapasitas 13 kW yang efisien dan sesuai kebutuhan?
2. Apa saja komponen utama yang diperlukan dalam sistem PLTMH?
3. Bagaimana perhitungan daya tersedia, daya terbangkitkan, dan daya beban?
2 1.3 Tujuan
Tujuan dari pelaksanaan proyek rancang bangun sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) off-grid ini adalah sebagai berikut:
1. Merancang sistem PLTMH dengan kapasitas 13 kW secara teknis dan sistematis.
2. Menentukan spesifikasi teknis komponen utama seperti pipa pesat, turbin, generator, dan sistem distribusi beban.
3. Melakukan perhitungan daya tersedia, daya keluaran, dan menyesuaikannya dengan kebutuhan beban.
3 BAB II PEMBAHASAN
2.1 Prinsip Kerja PLTMH
PLTMH bekerja dengan memanfaatkan energi potensial air yang berasal dari perbedaan ketinggian (head) dan debit aliran air. Energi ini diubah menjadi energi mekanik melalui turbin, kemudian dikonversi menjadi energi listrik oleh generator. Sistem ini umumnya terdiri dari saluran pembawa, bak penenang, pipa pesat, turbin, generator, dan sistem distribusi listrik.
Energi potensial dihitung berdasarkan ketinggian jatuh air dan debitnya.
Makin tinggi head dan besar debit, makin besar pula daya yang dapat dibangkitkan.
Efisiensi sistem sangat dipengaruhi oleh jenis dan kualitas turbin serta generator yang digunakan.
2.2 Komponen Utama
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan sistem pembangkit listrik yang memanfaatkan energi kinetik dan potensial air untuk menghasilkan listrik secara ramah lingkungan dan berkelanjutan. Agar sistem ini dapat bekerja dengan optimal, diperlukan beberapa komponen utama yang saling terintegrasi dan berfungsi secara sinergis.
Komponen-komponen utama PLTMH mencakup pipa pesat (penstock), turbin, generator, dan sistem beban yang menjadi titik akhir pemanfaatan energi listrik. Masing-masing komponen memiliki peran penting dan spesifikasi teknis yang harus disesuaikan dengan karakteristik sumber daya air dan kebutuhan listrik di lokasi. . Berikut beberapa komponen utama PLTMH yang diperlukan:
2.2.1 Pipa Pesat (Penstock)
Pipa pesat berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang menuju turbin dengan tekanan tinggi. Material yang umum digunakan adalah pipa besi galvanis atau HDPE, tergantung pada tekanan dan anggaran. Dalam rancangan ini, panjang pipa diasumsikan 50 meter dengan diameter 200 mm.
4 2.2.2 Turbin
Jenis turbin yang digunakan disesuaikan dengan karakteristik debit dan head. Untuk head sekitar 35 meter dan debit 0,05 m3/s, turbin yang cocok adalah turbin Pelton atau Crossflow. Turbin ini memiliki efisiensi tinggi dan cocok untuk instalasi kecil. Dalam rancangan ini digunakan turbin Pelton dengan efisiensi sekitar 85%.
2.2.3 Generator
Generator berfungsi mengubah energi mekanik dari turbin menjadi energi listrik. Digunakan generator sinkron 3 fase berkapasitas minimal 15 kVA, dengan efisiensi 90%. Tegangan output disesuaikan dengan kebutuhan distribusi lokal (220V atau 380V).
2.2.4 Beban
Beban dalam sistem ini terdiri dari kebutuhan listrik rumah tangga dan beban produktif seperti pompa air dan mesin penggiling. Beban total dirancang sebesar 13 kW. Rincian beban disajikan dalam tabel berikut:
Tabel 1 . 1 Beban Harian
No Jenis Beban Jumlah Unit Daya per
Unit (Watt)
Total Daya (Watt)
1 Lampu LED 15W 40 buah 15 600
2 Kipas angin 10 unit 70 700
3 Televisi LED 10 unit 100 1
4 Kulkas 10 unit 150 1.5
5 Rice cooker 10 unit 300 3
6 Pompa air pertanian 1 unit 3 3
7 Mesin penggiling padi kecil 1 unit 3.2 3.2
Total Daya Beban 13.000 Watt
2.3 Daya Tersedia (Available Power)
Daya available, atau sering disebut daya potensial hidrolik, merupakan jumlah energi yang tersedia dari aliran air yang bisa dimanfaatkan oleh sistem PLTMH untuk diubah menjadi energi listrik. Nilai ini ditentukan oleh dua parameter utama, yaitu debit aliran air (Q) dan head atau tinggi jatuh air (H).
5
Besarnya daya yang tersedia dari air ini sangat bergantung pada kondisi geografis lokasi dan volume air yang mengalir per satuan waktu.
Berikut rumus yang digunakan:
𝑃𝐴𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 = 𝑝 𝑥 𝑔 𝑥 𝑄 𝑥 𝐻
Dimana:
𝑝𝐴𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 = Daya air yang tersedia (Watt)
𝑝 = Massa jenis air (kg/m³), umumnya 1000 kg/m³ 𝑔 = Percepatan gravitasi (m/s²), yaitu 9.81 m/s² 𝑄 = Debit air (m³/s)
𝐻 = Head efektif atau tinggi jatuh air (m)
Asumsukan perhitung daya tersedia (Available power) dari perkiraan data di atas maka nilai yang didapat adalah:
𝑝𝐴𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 = 1000 𝑥 9.81 𝑥 0.05 𝑥 35 = 17,167.5 𝑊𝑎𝑡𝑡 = 17.17 𝑘𝑤
2.4 Daya Terbangkitkan (Generated Power)
Setelah diketahui besar daya available atau daya potensial hidrolik dari air berdasarkan perhitungan head dan debit, langkah berikutnya adalah menghitung daya terbangkitkan, yaitu jumlah daya listrik nyata yang dihasilkan oleh sistem PLTMH setelah memperhitungkan efisiensi konversi energi dari air menjadi listrik.
Daya terbangkitkan ini adalah daya output akhir yang bisa digunakan untuk mengoperasikan peralatan listrik atau beban masyarakat. Nilainya akan lebih kecil dari daya available karena adanya kehilangan energi dalam proses konversi, terutama di komponen turbin dan generator.
Rumus Umum Daya Terbangkitkan:
𝑃𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 = 𝑃𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑥 𝑛𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑥 𝑛𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 Dimana :
6 𝑃𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 = Daya terbangkitkan (Watt) 𝑃𝑎𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒 = Daya potensial air (Watt) 𝑛𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛 = Efisiensi turbin (%)
𝑛𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 = Efisiensi generator (%)
Efisiensi dari sistem konversi tergantung pada kualitas dan desain masing- masing komponen. Dalam sistem PLTMH skala kecil (mikrohidro), nilai efisiensi yang umum digunakan adalah:
Turbin = 85% atau 0.85 Generator = 90% atau 0.90
Total efisiensi = 0.85×0.90=0.765 atau 76.5%
Maka daya yang terbangkitkan adalah:
𝑝𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 = 17.17 𝑥 0.85 𝑥 0.90 = 13.12 𝑘𝑤
2.5 Daya Beban
Berdasarkan total daya beban dari rumah tangga dan beban produktif:
Pload = 13.000 Watt = 13.00 kW
Hasil ini menunjukkan bahwa daya terbangkitkan sebesar 13.12 kW dapat memenuhi daya beban sebesar 13.00 kW secara efisien.
2.6 Skema Rangkaian Sistem PLTMH
Gambar 2 . 1 Skema Rangkaian Sistem PLTMH Berikut ini penjelasn skema rangkaian PLTMH
7 1. Bendungan (Weir)
Bendungan (weir) atau waduk dapat adalah bangunan yang berada melintang sungai yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran air.
Konstruksi bendungan (weir) bertujuan untuk menaikkan dan mengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga elevasi muka air cukup untuk dialihkan ke dalam intake pembangkit listrik tenaga mikrohidro.
2. Saluran Penyadap (Intake)
Saluran penyadap adalah bagian dari konstruksi sipil yang digunakan untuk masuknya air dari sungai menuju saluran pembawa dengan dilengkapi penghalang sampah.
3. Saluran Pembawa (Headrace)
Saluran pembawa berfungsi untuk mengalirkan air dari intake sampai ke kolam penenang. Selain itu, saluran ini juga berfungsi untuk mempertahankan kestabilan debit air. Saluran air untuk sebuah pembangkit skala kecil cenderung untuk memiliki bangunan yang terbuka.
4. Saluran Pelimpah (Spillway)
Saluran pelimpah berfungsi untuk mengurangi kelebihan air pada saluran pembawa.
5. Bak Penenang (Forebay)
Bak penenang berfungsi untuk mengendapkan dan menyaring kembali air agar kotoran tidak masuk dan merusak turbin. Selain itu, kolam penenang ini juga berfungsi untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke dalam pipa pesat.
6. Pipa Pesat (Penstock)
Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yang berfungsi untuk mengalirkan air dari kolam penenang (forebay) menuju turbin air.
7. Rumah Pembangkit (Power House)
Pada rumah pembangkit ini terdapat turbin, generator dan peralatan lainnya. Bangunan ini menyerupai rumah dan diberi atap untuk melindungi peralatan dari hujan dan gangguan-gangguan lainnya.
8. Saluran Pembuang (Tailrace)
8
Saluran pembuang berfungsi untuk mengalirkan air keluar setelah memutar turbin.
9. Turbin
Turbin berfungsi untuk mengubah energi potensial menjadi energi mekanik. Air akan memukul sudu-sudu dari turbin sehingga turbin berputar.
Perputaran turbin ini dihubungkan ke generator. Turbin terdiri dari berbagai jenis seperti turbin Francis, Kaplan, Pelton, dan lain-lain.
10. Generator
Generator dihubungkan ke turbin dengan bantuan poros dan gearbox, memanfaatkan perputaran turbin untuk memutar kumparan magnet di dalam generator sehingga terjadi pergerakan elektron yang membangkitkan arus AC. Hampir semua energi listrik dibangkitkan dengan menggunakan mesin sinkron. Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah daya mekanik menjadi daya listrik. Generator sinkron dapat berupa generator sinkron tiga fasa atau generator sinkron AC satu fasa tergantung dari kebutuhan.
9 BAB 3 PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Rancang bangun sistem PLTMH berkapasitas 13 kW dapat direalisasikan dengan memanfaatkan aliran air berdebit 0,05 m3/s dan head bersih 35 meter.
Sistem ini terdiri dari komponen utama seperti pipa pesat, turbin Pelton, generator sinkron, serta beban rumah tangga dan produktif.
Hasil perhitungan menunjukkan daya tersedia sebesar 17,17 kW dan daya terbangkitkan sebesar 13,12 kW. Beban total sistem sebesar 13 kW dapat terpenuhi secara optimal.
