View
290
Download
31
Category
Preview:
Citation preview
STUDI KELAYAKAN PEMASANGAN PLTMH DI SALURAN
IRIGASI LODAGUNG PADA BENDUNGAN WLINGI BLITAR
Ridho Hashiddiqi1, Suwanto Marsudi
2, Ery Suhartanto
2
1Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya
2Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
e-mail: hashiddiqiisme@yahoo.com
ABSTRAK Indonesia merupakan negara yang memiliki potensi sumber daya air yang
berlimpah dan bisa dimanfaatkan dalam berbagai hal, salah satunya adalah pengembangan
sumber daya air menjadi sumber energi. Dengan memanfaatkan bangunan air yang sudah
ada bisa dikembangkan menjadi unit pembangkit listrik dengan skala kecil (PLTMH).
Studi kelayakan diperlukan untuk mengidentifikasi potensi yang dapat dikembangkan.
Studi berlokasi pada bendungan Wlingi, Kabupaten Blitar. PLTMH direncanakan
dengan memanfaatkan debit irigasi yang melewati saluran irigasi Lodagung kemudian
akan dialirkan kembali menuju saluran irigasi. Dalam studi ini akan digunakan alternatif
debit untuk mendapatkan hasil yang optimum.
Dari hasil kajian menunjukkan dengan debit desain sebesar 14,370 m3/dt (alternatif
1) pada debit irigasi tahun 2012 dapat dibangkitkan energi tahunan sebesar 8804 MW dan
dapat mereduksi emisi gas karbon sebesar 5974 tCO2/tahun. PLTMH dibangun dengan
komponen bangunan sipil (pipa pesat, saluran tailrace, dan rumah pembangkit) dan
komponen peralatan mekanik elektrik seperti turbin dan generator. Dari perencanaan
tersebut didapatkan biaya pembangunan sebesar 64,41 milyar rupiah dengan nilai BCR:
1,55, NPV: 38,60 milyar rupiah, IRR: 17,90% dan paid back period: 11,21 tahun, sehingga
pembangunan PLTMH layak secara ekonomi.
Kata kunci: PLTMH, debit, energi, emisi, kelayakan ekonomi
ABSTRACT Indonesia is a country that has the potential water resources are plentiful and can
be used in various ways, one of which is the development of water resources becomes a
source of energy. By using the water constructions could be developed into a mini/micro
hydroelectric power plant (MHP). The feasibility study is needed to identify the potential
that can be developed.
Studies are located at dam Wlingi, Blitar. MHP is planned to utilize the irrigation
flow passing through Lodagung irrigation channels then be channeled back to the
irrigation channel. In this study will be used to discharge alternate obtain optimum results.
The results of the study showed the design discharge of 14.370 m3/sec (alternative
1) the discharge of irrigation generated in 2012 can produced 8804 MW of annual energy
and can reduce carbon emissions by 5974 tCO2/tahun. MHP is built with components of
civil structures (penstock, tailrace channel, and power house) and electrical components of
mechanical equipment such as turbines and generator. From the planning it obtained
construction cost of 64.41 billion dollars to the value of BCR: 1.55, NPV: 38,60 billion
dollars, IRR: 17.90% and paid back period: 11.21 years, so the development of MHP
economically viable .
Keywords: MHP, discharge, energy, emissions, economic feasibility
1. Pendahuluan Permintaan energi dunia berkembang
sangat pesat diakibatkan oleh
perkembangan populasi manusia yang
sangat pesat dan juga perkembangan
sektor industri yang sangat besar.
Kebutuhan energi global meningkat
sebesar 70% mulai tahun 1971 dan
diperkirakan terus meningkat sebesar 40%
sampai tahun 2030, sementara akses energi
masih sangat kurang.
Kebutuhan listrik di Indonesia saat ini
sebagian besar di supply dari sumber
energi fosil. Dalam beberapa waktu
terakhir ini, harga bahan bakar minyak
mengalami kenaikan yang sangat berarti.
Cadangan minyak bumi pun semakin
menipis. Cadangan batubara dan gas pun
jumlahnya terbatas (unrenewable energy).
Disamping itu, saat ini terjadi pemanasan
global akibat polusi yang ditimbulkan dari
pembakaran sumber energi fosil. Hal ini
menuntut kita mencari sumber energi
alternatif yang bersih dan tidak terbatas
untuk menghasilkan listrik.
Sampai saat ini, pembangkit listrik dengan
tenaga air merupakan pembangkit yang
paling ekonomis. Karena dengan
dioptimalkannya penggunaan tenaga air
untuk membangkitkan tenaga listrik maka
dapat menekan penggunaan bahan bakar
minyak yang harganya cenderung
meningkat dan juga cadangannya semakin
kecil.
Sungai Brantas merupakan salah satu
sungai besar di pulau Jawa yang memiliki
potensi yang masih belum dimaksimalkan
karena sebagian besar air dari sungai
Brantas dipergunakan untuk kebutuhan
irigasi, air baku, dan PLTA. Dengan
peningkatan kebutuhan energi listrik maka
sungai Brantas harus lebih dimaksimalkan
lagi potensinya mengingat masih banyak
potensi yang tersimpan. pemanfaatan kanal
irigasi dan tinggi jatuh yang terdapat pada
bangunan melintang sungai untuk instalasi
pembangkit listrik tenaga mikrohidro dan
pembangkit listrik tenaga mikrohidro
dirasa dapat membantu kebutuhan energi
yang sedang meningkat.
Studi ini bertujuan untuk menganalisa
kelayakan dari perencanaan PLTMH
dengan memanfaatkan debit air sungai dan
bangunan irigasi yang dirasa dapat
meningkatkan produksi energi listrik untuk
memenuhi kebutuhan energi listrik yang
meningkat.
2. Pustaka dan Metodologi
Klasifikasi embangkit listrik tenaga air
Klasifikasi dari pembangkit listrik tenaga
air perlu ditentukan terlebih dulu untuk
mengetahui karakteristik tipe pembangkit
listrik, mengklasifikasikan sistem
pembangkit listrik perlu dilakukan terkait
dengan sistem distribusi energi listrik,
apakah listrik dapat disalurkan melalui
grid terpusat ataukah grid terisolasi.
Klasifikasi pembangkit listrik dapat
ditentukan dari beberapa faktor
(Penche,2004:3) yakni:
1. Berdasarkan tinggi jatuh (head)
•Rendah (< 50 m)
•Menegah (antara 50 m dan 250 m)
•Tinggi (> 250 m)
2. Berdasarkan tipe eksploitasi dan
tampungan air
•Dengan regulasi aliran air (tipe waduk)
•Tanpa regulasi aliran air (tipe run off
river)
3. Berdasarkan sistem pembawa air
•Sistem bertekanan (pipa tekan)
•Sirkuit campuran (pipa tekan dan saluran)
4. Berdasarkan penempatan rumah
pembangkit
•Rumah pembangkit pada bendungan
•Rumah pembangkit pada skema
pengalihan
5. Berdasarkan metode konversi energi
• Pemakaian turbin
•Pemompaan dan pemakaian turbin
terbalik
6. Berdasarkan tipe turbin
•Impulse
•Reaksi
•Reversible
7. Berdasarkan kapasitas terpasang
•Mikro (< 100 kW)
•Mini (antara 100 kW dan 500 Kw)
•Kecil (antara 500 kW dan 10 MW)
8. Berdasarkan debit desain tiap turbin
•Mikro (Q < 0,4 m3/dt)
•Mini ( 0,4 m3/dt < Q < 12,8 m3/dt)
•Kecil (Q > 12,8 m3/dt)
Debit desain
Debit desain merupakan besarnya debit
yang akan digunakan untuk mendesain
atau menghitung komponen dan bangunan
dalam PLTMH.
Dalam studi ini digunakan debit operasi
saluran irigasi yang kemudian dapat di
analisa untuk mengetahui debit desain
yang akan digunakan untuk menghitung
bangunan PLTMH.
Sedangkan operasi PLTMH menggunakan
debit yang tersedia, jadi debit operasi
PLTMH dapat berubah-ubah sesuai
dengan permintaan debit operasi irigasi.
Begitupula dengan energi yang dihasilkan
akan bervariatif.
Perencanaan bangunan PLTMH
Perencanaan bangunan PLTMH dengan
sistem tandon (reservoir) meliputi:
A. Bangunan Pengambilan
Bangunan pengambilan bisa terdiri dari:
1. Pintu pengambilan
Pintu pengambilan direncanakan untuk
mengambil air dari bendungan.
2. penyaring (trashrack)
Trashrack digunakan untuk menyaring
muatan sampah dan sedimen yang masuk,
umunya pernyaring direncanakan dengan
menggunakan jeruji besi..
B. Bangunan Pembawa
Bangunan pembawa bisa berupa bangunan
pembawa bertekanan (pipa pesat).
Parameter desain yang direncanakan pada
pipa pesat adalah:
1. Diameter pipa pesat
Diameter ekonomis pipa pesat dapat
dihitung dengan persamaan:
Sarkaria formula:
(
)
ESHA formula:
D = (
)
Doland formula:
D = 0,176 (P/H)0,466
Fahlbuch formula:
D = 0,52 H-1/7
(P/H) 3/7
Gisalssous formula:
D = Q0,4
dengan:
D : diameter pipa (m)
n : koef kekasaran pipa
Q : debit pada pipa (m3/dt)
Hf : kehilangan tinggi tekan total pada pipa
(m)
H : tinggi jatuh (m)
P : Daya (kW)
Namun dalam penentuan diameter pipa
pesat perlu diperhitungkan besarnya
kehilangan tinggi dikarenakan hal ini akan
memperngaruhi besarnya daya yang akan
dihasilkan dan juga perlu diperhatikan
keaman terhadap gejala vortex.
2. Tebal pipa pesat
Tebal pipa pesat dapat dihitung dengan
persamaan:
Technical standart for penstock and gate:
t = (D+800)/400
USBR:
t = (d+500)/400
ESHA:
e = PD/2σkf+es
dengan:
H : tinggi tekan maksimum ( m )
: tekanan statis + tinggi tekan akibat
pukulan air
σ : tegangan baja yang digunakan
(ton/m2 )
D : diameter pipa pesat ( m )
t : tebal pipa pesat ( m )
P : tekan hidrostatis pipa (kN/mm2)
kf : efisiensi ketahanan
es : tebal jagaan untuk sifat korosif (mm)
3. Kedalaman minimum pipa pesat
Kedalaman minimum akan berpengaruh
terhadap gejala vortex, kedalaman
minimum dapat dihitung dengan
persamaan (Penche,2004 :120):
Ht > s
s = c V √
dengan:
c : 0,7245 untuk inlet asimetris
0,5434 untuk inlet simetris
V : kecepatan masuk aliran (m/dt)
D : diameter inlet pipa pesat (m)
Gambar 1. Skema inlet pipa pesat
4. Sistem Pengambilan Melalui Pipa Pesat
(Inlet)
Sistem pengambilan pada mulut pipa pesat
perlu diperhitungkan dengan tujuan untuk
mengatur sistem regulasi debit air yang
masuk ke dalam turbin baik saat kondisi
operasional maupun kondisi perawatan
,intake pipa pesat biasanya didesain
dengan menggunakan sistem katup
(valve). Tipe katup yang sering
diaplikasikan adalah :
a. Gate valve
b. Butterfly valve
c. Needle valve
C. Bangunan Pembuang
Bangunan pembuang digunakan untuk
mengalirkan debit setelah melalui turbin
menuju ke sungai. Bangunan pembauang
sendiri bisa direncanakan sesuai dengan
kondisi lapangan. Umunya bangunan
pembuang direncanakan dengan tipe
saluran terbuka (saluran tailrace).
Tinggi Jatuh Efektif
Tinggi jatuh efektif adalah selisih antara
elevasi muka air pada bangunan
pengambilan atau waduk (EMAW) dengan
tail water level (TWL) dikurangi dengan
total kehilangan tinggi tekan (Ramos,
2000:57).
Persamaan tinggi jatuh efektif adalah:
Heff = EMAW – TWL – hl
dengan:
Heff : tinggi jatuh efektif (m)
EMAW: elevasi muka air waduk atau hulu
bangunan pengambilan (m)
TWL : tail water level (m)
hl : total kehilangan tingi tekan (m)
Gambar 2. Sketsa Tinggi Jatuh Effektif
Kehilangan tinggi tekan digolongkan
menjadi 2 jenis yaitu kehilangan pada
saluran terbuka dan kehilangan pada
saluran tertutup.
Kehilangan tinggi tekan pada saluran
terbuka biasanya terjadi pada intake
pengambilan, saluran transisi dan
penyaring.
Kehilangan tinggi pada saluran tertutup
dikelompokkan menjadi 2 jenis yaitu
kehilangan tinggi mayor (gesekan) dan
kehilangan tinggi minor. Kehilangan tinggi
mayor dihitung dengan persamaan Darcy
Wisbach (Penche,2004:38):
hf = f
sedangkan kehilangan minor dihitung
dengan persamaan (Ramos, 2000:64):
hf = ξ
dengan:
hf : kehilangan tinggi tekan
V : kecepatan masuk (m/dt)
g : percepatan gravitasi (m/dt2)
L : panjang saluran tertutup / pipa (m)
D : diameter pipa (m)
f : koefisien kekasaran(moody diagram)
ξ : keofisien berdasarkan jenis kontraksi
Perencanaan Peralatan Mekanik dan
Elektrik Perencanaan peralatan mekanik dan
elektrik meliputi:
A. Turbin Hidraulik
Turbin dapat diklasifikasikan berdasarkan
tabel berikut (Ramos,2000:88):
Tabel 1. Klasifikasi jenis turbin
Sumber: Ramos, 2000:82
Dalam perencanan turbin parameter yang
mendasari adalah kecepatan spesifik turbin
(Ns) dan kecepatan putar/sinkron (n)
dimana kedua parameter tersebut dihitung
dengan persamaan (USBR,1976: 14):
Ns = √
n =
dengan:
Ns : Kecepatan spesifik turbin (mkW)
n : kecepatan putar/sinkron (rpm)
P : daya (kW)
H : tinggi jatuh effektif (m)
f : frekuensi generator (Hz)
p : jumlah kutub generator
nilai n bisa didapatkan dengan melakukan
nilai coba-coba dengan persamaan:
Untuk turbin francis:
n’ =
√ atau n’ =
√
Untuk turbin propeller:
n’ =
√ atau n’ =
√
setelah didapatkan nilai parameter tersebut
maka dapat ditentukan parameter lain
seperti:
1. Titik pusat dan kavitasi pada turbin
Titik pusat perlu diletakkan pada titik yang
aman sehingga terhindar dari bahaya
kavitasi. Kavitasi akan terjadi bila nilai
σaktual < σkritis, dimana nilai σkritis
dapat dihitung dengan persamaan
(USBR,1976: 22):
σc =
Hs = Ha – Hv – H.σ
Sedangkan titik pusat turbin dapat dihitung
dengan persamaan:
Z = twl + Hs + b
dengan:
Ns : kecepatan spesifik turbin (mkW)
σc : koefisien thoma kritis
σ : koefisien thoma
Ha : tekanan absolut atmosfer (Pa/gρ)
Hv: tekanan uap jenuh air (Pw/gρ)
H : tinggi jatuh effektif (m)
Hs : tinggi hisap turbin (m)
Z : titik pusat tubrin
twl: elevasi tail water level
b : jarak pusat turbin dengan runner (m)
2. Dimensi turbin
Dimensi turbin reaksi meliputi:
Dimensi runner turbin, dimensi wicket
gate, dimensi spiral case dan dimensi draft
tube.
3. Effisiensi turbin
Effisiensi turbin sangat tergantung
pengaruh dari debit aktual dalam turbin
dengan debit desain turbin (Q/Qd).
Effisiensi turbin ditunjukkan pada gambar
berikut (Ramos,2000:99):
Gambar 3. Grafik effisiensi turbin
B. Peralatan Elektrik
Peralatan elektrik PLTMH meliputi
perencanaan generator, governor, speed
increaser (jika perlu), transformer,
switchgear dan auxiliary equipment.
Analisa Pembangkitan Energi
Produksi energi tahunan dihitung
berdasarkan tenaga andalan. Tenaga
andalan dihitung berdasarkan debit
andalan yang tersedia untuk pembangkitan
energi listrik yang berupa debit outflow
dengan periode n harian. (arismunandar,
2005:19)
E = 9,8 x H x Q x ηg x ηt x 24 x n
dengan:
E : energi tiap satu periode (kWh)
H : einggi jatuh efektif (m)
Q : debit outflow (m3/dtk)
ηg : effisiensi generator
ηt : efisiensi turbin
n : jumlah hari dalam satu periode.
Analisa Reduksi Emisi Gas Karbon
Analisa reduksi emisi gas karbon dihitung
dengan persamaan (RETScreen, 2005:53):
ΔGHG : (ebase – eprop) Eprop (1- λprop)
dengan:
ΔGHG : Besaran reduksi gas karbon
(kgCO2e)
ebase : Faktor emisi gas karbon dari
sumber tidak terbarukan
eprop : Faktor emisi gas karbon dari
sumber terbarukan
Eprop : besarnya daya bangkitan (kWh)
λprop : kehilangan daya pada grid
nilai unit konversi produksi emsisi gas
karbon per kWh adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Nilai konversi produksi emisi
Sumber: IPCC,2006
Analisa Kelayakan Ekonomi
Analisa ekonomi dilakukan untuk
mengetahui kelayakan suatu proyek dari
segi ekonomi. Dalam melakukan analisa
ekonomi dibutuhkan dua komponen utama
yaitu:
cost (komponen biaya)
meliputi biaya langsung (biaya konstruksi)
dan biaya tak langsung (O&P,
contingencies dan engineering)
benefit (komponen manfaat).
Manfaat didapatakan dari hasil penjualan
listrik berdasarkan harga tarif yang berlaku
dan pendapatan dari reduksi emisi gas
karbon (CER).
Parameter kelayakan ekonomi meliputi:
1. Benefit Cost Ratio
2. Net Present Value
NPV = PV Benefit – PV Cost
3. Internal Rate Of Return
( )
4. Analisa sensitivitas
Analisa sensitivitas dilakukan pada 3
kondisi yaitu:
Cost naik 20%, benefit tetap
Cost tetap, benefit turun 20%
Cost naik 20%, benefit turun 20%
3. Hasil dan Pembahasan
A. Debit Desain
Analisa debit desain direncanakan
menggunakan data debit saluran irigasi
Lodagung pada bendungan Wlingi pada
tahun 2006-2012. Debit desain yang
digunakan adalah debit terbesar, terkecil
dan rerata. Sedangkan debit operasi yang
digunakan untuk pola operasi PLTMH
nantinya adalah debit tiap periode dimana
dalam satu bulan adalah tiga periode.
Berikut adalah hasil analisa debit:
Debit Maksimum : 14,370 m3/dt
Debit Minimum : 7,380 m3/dt
Debit Rerata : 11,231 m3/dt
B. Desain Bangunan Sipil
Bangunan pengambilan
Pintu intake
Data teknis pintu intake irigasi Lodagung
adalah sebagai berikut:
Tipe : roller gate
Elevasi dasar pintu : + 159,000m
Elevasi muka air tertinggi : + 163,500
Elevasi muka air terrendah : + 162,000
Tinggi muka air maks : 4,50 m
Tinggi muka air normal : 3,00 m
Debit maksimum :17,50 m3/det
Saringan / Trashrack : 2 @ 3,20 m
x 8,00 m
Pintu : 2 @ 2,00 m
x 4,50 m
Trashrack
Jenis bahan : besi
Bentuk jeruji : tipe kotak
memanjang
Kemiringan trashrack : 90o
Tebal jeruji : 8,0 mm
Jarak antar jeruji : 850 mm
Lebar jeruji : 800 mm
Bangunan pembawa
Perencanaan Pipa Pesat (Penstock)
Kajian perencanaan pipa pesat dalam studi
ini meliputi: diameter pipa pesat, tebal
pipa dan intake pipa pesat. Data teknis:
Elevasi MA maks : +163,500
Elevasi MA terendah : +162,000
Elevasi dasar pipa pesat : + 159,000
Jumlah pipa pesat : 2 buah
Debit desain :14,370m3/dt
Panjang pipa pesat : 60 meter
Jenis pipa : pipa lingkaran dari
baja (cast iron)
Tegangan ijin pipa :1400 kN/mm2
Koef kekasaran : 0,014
Koef keamanan : 1,1
Sudut kemiringan : 10o
Gross head : 9,82 meter
Dengan data teknis rencana diatas maka
dapat direncanakan diameter pipa pesat.
Debit desain yang digunakan adalah debit
desain yang sudah di kalikan dengan
koefisien keamanan, yaitu 14,370 x 1,1 =
15,807 m3/dt. Sehingga debit tiap pipa
pesat adalah 15,807/2 = 7,903 m3/dt.
Diameter pipa pesat
Pendekatan yang digunakan adalah
pendekatan kecepatan maksimum dan
minimum, kecepatan ideal pada pipa pesat
dengan low head adalah 2,0 – 3,0 m/dt.
Persamaan Sakaria :
(
)
(
)
D = 2,68 m, maka:
A = 0,25 π D2 = 0,25. 3,14. 2,68
2= 5,63m
2
V = Q/A = 7,903/5,63 = 1,40m/dt
Persamaan diameter ekonomis ESHA
(Penche,2004):
Jika tinggi tekan karena gesekan pipa
direncanakan 4% dari gross head maka:
D = 2,69 (
)
D = 2,69 (
)
D = 1,65 m, maka:
A = 2,14 m2
V = 3,70 m/dt
Persamaan Doland:
D = 0,176 (P/H)0,466
P = 9,81 x Q x H x eff
Q = 14,370/2 = 7,185 m3/dt (debit untuk 1
buah penstock)
P = 9,81 x 7,185 x 9,82 x 0,93 x 0,96 =
617,961 kW = 531,45 HP
D = 0,176 (531,45/9,82)0,466
D = 1,13 m
A = 1,00
V = 7,87 m/dt
Persamaan Fahlbuch:
D = 0,52 H-1/7
(P/H) 3/7
D = 0,52 9,82-1/7
(617,961/9,82)3/7
D = 2,21 m
A = 3,84
V = 2,05 m/dt
Persamaan Gisalssous”
D = Q0,4
D = 7,9030,4
D = 2,28 m
A = 4,10
V = 1,90 m/dt
Selanjutnya diameter dihitung dengan
pendekatan kecepatan berdasarkan
Mosonyi, yaitu:
Kecepatan potensial aliran pada pipa pesat
berdasarkan tinggi jatuh dihitung dengan:
V = √
V = √
V = 13,88 m/dt
Kecepatan yang bisa dicapai oleh pipa
pesat berdasarkan tinggi jatuh yaitu 13,88
m/dt sehingga kecepatan maksimum masih
Diameter Luas Kecepatan Hf 1 Hf 2 Hf 3 Hf 4 Hf total % of H Heff
(m) (m2) (m/dt) (m) (m) (m) (m) (m) (%) (m)
1 Sakaria 2.68 5.63 1.40 3.76E+06 0.00009 0.015 0.033 0.007 0.030 0.1 0.170 1.73 9.65
2 Pence celso 1.65 2.15 3.68 6.09E+06 0.00015 0.014 0.343 0.046 0.207 0.1 0.696 7.08 9.13
3 Gisalssous 2.29 4.10 1.93 4.40E+06 0.00011 0.015 0.072 0.013 0.057 0.1 0.241 2.46 9.58
4 Fahlbuch 2.21 3.85 2.05 4.55E+06 0.00011 0.015 0.085 0.014 0.064 0.1 0.264 2.69 9.56
5 Doland 1.13 1.00 7.88 8.91E+06 0.00022 0.014 2.334 0.211 0.949 0.1 3.594 36.59 6.23
6 Coba-coba 1.90 2.83 2.79 5.30E+06 0.00013 0.013 0.167 0.026 0.119 0.1 0.412 4.19 9.41
7 Rata-rata 1.98 3.07 2.58 5.09E+06 0.00013 0.013 0.135 0.023 0.101 0.1 0.359 3.66 9.46
Sumber: perhitungan
MetodeNo. Re e f
bisa dicapai oleh pipa pesat (Vmaks =
3,0m/dt)
Untuk mencari diameter kisaran dihitung
dengan:
V maksimum = 3,0 m/dt
Q = V x A
D = √
(
)
D = √
(
)
D = 1,83 m
V minimum = 2,0 m/dt
Q = V x A
D = √
(
)
D = √
(
)
D = 2,30 m
Kisaran nilai diameter pipa pesat adalah
1,83 – 2,30 m, di ambil 1,90 m dengan
kecepatan 2,79 m2/dt.
Tabel 3. Diameter Pipa Pesat
Dengan hasil diatas diambil diameter pipa
pesat dengan rata-rata dari tiap formula
yaitu sebesar 1,98 m = 2,00 m.
Tebal Pipa Pesat
Tebal pipa menurut technical standart for
penstock and gate:
t = (D+800)/400
t = (1980+800)/400 = 6,95 mm + 3 mm =
9,95 mm
Tebal pipa menurut USBR:
t = (D+508)/400
t = (1980+508)/400 = 6,21 mm + 3 mm =
9,21 mm
Tebal pipa menurut ESHA:
e =
dengan:
e : tebal pipa (mm)
P : tekan hidrostatis dalam pipa
(kN/mm2)
D : diameter pipa (cm)
σ : tegangan ijin pipa baja SS400
(4000 kN/mm2)
k : efisiensi ketahanan (k = 1 untuk
pipa utuh)
es : tebal jagaan untuk sifat korosif
(cm)
σijin = σ/3 = 4000/3 = 1333 kg/cm2
P = 9821 kN/mm2
Maka tebal pipa menurut ESHA:
e =
e =
e = 10,29 mm
Maka dari hasil perhitungan tebal pipa
untuk tiap metode adalah:
USBR : 9,21 mm
ESHA : 10,29 mm
Technical standart for penstock and gate:
9,95 mm
Direncanakan tebal pipa pesat adalah
10mm.
Bangunan pembuang
Saluran Tailrace dan Tail Water Level
Saluran tailrace berfungsi untuk
membuang aliran setelah melewati turbin
menuju sungai, dalam studi ini
dikarenakan aliran air dari turbin akan
dikembalikan ke saluran irigasi maka debit
air akan dialirkan melalui saluran terbuka
dimana diujung saluran akan direncanakan
ambang lebar sebagai kontrol elevasi muka
air (TWL).
Bentuk ambang : ogee tipe I
Lebar ambang : 15 meter
Tinggi ambang : 0,5 meter
Elevasi ambang :+153,000
(direncanakan)
Elevasi dasar : +152,500
Koefisien debit (C) : 1,7 m1/2
/dt
Analisa elevasi muka air pada ambang
dipergunakan sebagai acuan tail water
level (TWL) untuk referensi tinggi efektif,
elevasi muka air pada ambang dihitung
dengan:
Q = C B H1,5
:
dengan:
Q : debit melalui ambang
B : lebar ambang (15 meter)
C : koefisien debit (1,7)
H : tinggi muka air diatas ambang(m)
Dari persamaan tersebut dapat dihitung
lengkung kapasitas ambang untuk tiap
variasi ketinggian air, untuk debit
14,37m2/dt didapat tinggi muka air 0,68 m.
Tabel 4. Perhitungan Tinggi Muka Air Diatas Ambang
Alternatif Debit operasi Jumlah turbin H MA TWL
(m3/dt) (unit) (m) (m)
1 14.37 2 0.68 153.68
2 7.38 2 0.44 153.44
3 11.23 2 0.58 153.58
Sumber: perhitungan
C. Tinggi Jatuh Efektif
Tinggi jatuh efektif dalam studi ini
mencakup berdasarkan elevasi muka air
pada hulu bendungan Wlingi dan elevasi
muka air pada saluran irigasi Lodagung.
Dimana elevasi muka air pada hulu
menggunakan ketetapan aturan operasi
bendungan Wlingi yaitu +163,500 dan
elevasi pada hilir ditentukan berdasarkan
analisa tail water level pada analisa
sebelumnya yakni +153,680 sehingga
tinggi jatuh kotor (gross head) adalah
9,82 meter.
Tabel 5. Tinggi Jatuh Efektif
No. Debit Operasi
(m3/dt)
Elv Ma Hulu
(m)
Elv TWL
(m)
Net Head
(m)
1 14,370 163,500 153,580 9,46
2 7,380 163,500 153,440 9,70
3 11,230 163,500 153,680 9,56
Sumber: perhitungan
D. Perencanaan Peralatan Mekanik dan
Elektrik
Turbin Hidraulik
Dalam studi ini digunakan beberapa
metode dalam merencanakan turbin
hidraulik, metode yang digunakan adalah
metode Amerika (USBR), metode yang
dikembangkan oleh European small
hydropower association (ESHA) dan
simulasi program TURBNPRO V3.
Tabel 6. Rangkuman Spesifikasi Turbin Untuk Tiap Metode
No. Uraian
Metode Eropa
(ESHA)
Metode Amerika
(USBR)
Simulasi
TURBNPRO V3
nilai satuan nilai satuan nilai satuan
1 tipe turbin Kaplan Kaplan Kaplan
2 frekuensi generator 50 Hz 50 Hz 50 Hz
3 kutub generator (p) 16 buah 16 buah 16 buah
4 kecepatan sinkron 375.00 rpm 375.00 rpm 375.00 rpm
5 kecepatan putar (n) 375.00 rpm 375.00 rpm 375.00 rpm
6 kecepatan spesifik (Ns) 557.89 mkW 541.23 mkW 563.40 mkW
7 faktor kecepatan 1.18 1.53 1.57
8 diameter maksimum 1.17 m 1.06 m 1.23 m
No. Uraian
Metode Eropa
(ESHA)
Metode Amerika
(USBR)
Simulasi
TURBNPRO V3
nilai satuan nilai satuan nilai satuan
9 koefisien kavitasi kritis (σc) 0.68 0.60 0.77
10 tinggi hisap kritis (Hs) 3.64 m 4.13 m 0.00 m
11 tinggi hisap rencana (Hs') -0.50 m -0.50 m -0.50 m
12 jarak dasar turbin ke pusat
(de) 0.48 m 0.43 m 0.51 m
13 elv pusat turbin (Z) 153.18 m 153.18 m 153.18 m
14 koefisien kavitasi aktual (σa) 1.09 1.09 1.05
15 kontrol kavitasi aman aman aman
16 lebar total spiral case 4.47 m 4.03 m 4.38 m
17 diameter intake spiral case 1.66 m 1.55 m 1.68 m
18 tinggi draft tube 2.34 m 2.20 m 2.58 m
19 panjang draft tube 4.56 m 4.11 m 6.55 m
20 biaya perunit turbin (juta
rupiah)
11957.8
5 juta Rp 10317.01 juta Rp 12822.33 juta Rp
21 biaya pemasangan turbin
(juta rupiah) 1793.68 juta Rp 1547.55 juta Rp 1923.35 juta Rp
22 biaya total turbin (juta
rupiah)
13751.5
3 juta Rp 11864.57 juta Rp 14745.68 juta Rp
23 Install Capacity 666.85 kW 666.85 kW 666.85 kW
24 Rp/kW 20.62 17.79 22.11
25 Output energi 16.00 MWh 16.00 MWh 16.00 MWh
26 Rp/MWh 859.24 741.33 921.35
Sumber: perhitungan dan simulasi
Dari hasil perencanaan turbin hidraulik
dengan menggunakan tiap metode pada
tabel diatas digunakan desain turbin
dengan metode Amerika (USBR)
dikarenakan dari hasil perencanaan
didapatkan nilai rasio daya dengan biaya
yang rendah sehingga desain tersebut
merupakan desain yang ekonomis.
Generator
Generator direncanakan dengan
menggunakan tipe generator yang biasa
digunakan untuk PLTMH di Indonesia,
generator yang digunkaan adalah generator
sinkron 3 fasa dengan frekuensi 50
Hz.Generator sinkron harus memiliki
kecepatan putaran dasar yang sama dengan
turbin, pada analisa sebelumnya kecepatan
dasar turbin yang dipergunakan adalah 375
rpm dengan melihat tabel 2.7 maka jumlah
kutub yang harus digunakan adalah 16
buah. Dan dengan melihat daya teoritis
pada analisa sebelumnya maka efisiensi
generator berdasarkan tabel 2.6 adalah
0,96atau 96%.
Peningkat Kecepatan (Speed Increaser)
Peningkat kecepatan dibutuhkan untuk
PLTMH dengan tinggi jatuh rendah untuk
meningkatkan kecapatan turbin agar daya
yang dibangkitkan menjadi maksimal,
peningkat kecepatan didesain dengan tipe
parallel shaft with helical gear.
Pengatur Kecepatan (Governor)
Pengatur kecepatan dibutuhkan untuk
pengaturan kecepatan pada turbin dengan
mengatur guide vane sehingga didapatkan
kecepatan yang masih diijinkan oleh turbin
untuk beroperasi, pengatur kecepatan
memiliki tiga jenis tipe yakni: hidro –
mekanik, mekanik – elektrik dan hidro –
elektrik. Dalam studi ini direncanakan
pengatur kecepatan menggunakan sistem
hidro – elektrik dengan pertimbangan
bahwa sistem ini telah sering dipergunakan
dalam sistem PLTMH.
Transformer (Travo)
Transformer direncanakan dengan desain
yang biasa diterapkan pada lapangan
sesuai dengan standar nasional atau
standar PLN, dalam studi ini tidak
membahas perencanaan transformer secara
teknis.
Peralatan Pengatur Kelistrikan
(Switchgear Equipment)
Switchgear merupakan kombinasi antara
saklar pemutus, fuse dan pemutus aliran
(circuit breaker). Switchgear difungsikan
untuk melindungi generator dan
transformator utama dari bahaya kelebihan
kapasitas (overcapacity).
Dalam studi ini tidak direncanakan adanya
switchgear dikarenakan sistem distribusi
listrik menggunakan sistem central grid
sehingga langsung akan disambungkan ke
switchgear milik PLN.
E. Analisa Pembangkitan Energi
Analisa pembangkitan energi dihitung
berdasarkan alternatif debit desain yang
dipergunakan pada pembahasan
sebelumnya, data teknis yang dibutuhkan
adalah sebagai berikut:
Debit desain : 14,370 m3/dt
Jumlah turbin : 2 buah turbin
Effisiensi turbin : 93%
Effisiensi generator : 96%
Sistem operasi : central grid
Energi yang dihasilkan dalam satu hari,
dihitung dengan:
E = 9,8 x H x Q x ηg x ηt x 24
E = 9,8 x 9,46 x 14,370 x 0,96 x 0,93 x 24
E = 28577,37 kWh
Tabel 7. Hasil Pembangkitan Energi Harian Tiap Alternatif
No
Debit
Operasi
Jumlah
Turbin Eff Elv MA Elv TWL
Net
Head
Lama
Operasi Daya
Energi
Harian
(m3/dt) (buah) (%) (m) (m) (m) (jam) (kW) (kWh)
1 14,370 2 89,28 163,500 153,680 9,46 24 11910,72 28577,37
2 7,380 2 89,28 163,500 153,440 9,70 24 627,24 15053,73
3 11,230 2 89,28 163,500 153,580 9,56 24 940,71 22577,06
Sumber: perhitungan
Pada studi ini digunakan data tahun 2012
sebagai pendekatan perhitungan energi
yang kemudian bisa dijadikan acuan untuk
menghitung energi yang dapat dihasilkan
pada tahun mendatang.
Tabel 8. Energi Total Operasi PLTMH Tahun 2012
No Debit Operasi
Jumlah
Turbin Eff Energi Harian
(m3/dt) (buah) (%) (kWh)
1 14,370 2 89,28 8803,846
2 7,380 2 89,28 4840,045
3 11,230 2 89,28 7472,947
Sumber: perhitungan
F. Analisa Reduksi Gas Karbon (GHG)
dan CER
Reduksi gas karbon dihitung dengan:
ΔGHG : (ebase – eprop) Eprop (1- λprop)
dengan:
Eprop : hasil produksi bangkitan energi
(MW); 8804MW
ebase : faktor emisi gas karbon dari
sumber tidak terbarukan (lihat tabel 2.8)
ebase : 0,754 untuk sumber minyak bumi
eprop : faktor emisi gas karbon dari
sumber terbarukan (eprop = 0 untuk tenaga
air)
λprop : kehilangan energi pada jaringan
grid (direncanakan 10%)
ΔGHG : (0,754 – 0) 8804 (1- 0,1)
ΔGHG : 5974 ton/tahun
PLTMH berhak mendapatkan kompensasi
dana dari badan internasional karena telah
menerapkan energi bersih dalam bentuk
CER. Besarnya dana dari CER dihitung
berdasarkan berapa ton gas karbon yang
bisa tereduksi dengan harga tiap ton adalah
11 euro atau setara dengan Rp.176.457,93
(konversi euro – rupiah per bulan juni
2014).
CER = ΔGHG x Rp 176.457,93
CER = 5974 x 176.457,93
CER = 1054 juta rupiah atau setara 1,05
milyar rupiah pertahun.
G. Analisa Ekonomi
Tabel 9. Hasil Perhitungan Estimasi Biaya Tiap Alternatif
No. Item Pekerjaan Biaya (Milyar Rupiah)
Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3
1 Biaya Engineering 2,52 1,78 2,22
2 Peralatan Hidromekanik 31,44 19,11 25,90
3 Pemasangan Hidromekanik 4,72 2,87 3,88
4 Pipa Pesat 5,16 3,16 4,69
5 Pemasangan Pipa Pesat 0,67 0,41 0,61
6 Saluran 0,46 0,25 0,37
7 Lain Lain 8,27 4,59 6,66
8 Biaya Contingencies 5,32 3,22 4,43
9 Biaya O & P 0,53 0,32 0,44
10 Capital Cost 58,55 35,38 48,77
11 PPN 10% 5,86 3,54 4,88
12 Total Cost 64,41 38,92 53,64
13 Rasio Rp/Kwh 7.316 8.042 7.178
Sumber:perhitungan
Berdasarkan peraturan menteri ESDM
no.12 tahun 2014 harga jual listrik yang
harus dibeli PT. PLN adalah Rp.
1075/kWh. Maka nilai manfaat dari
penjualan listrik adalah: harga jual x hasil
bangkitan energi listrik yaitu, 1075 x 8804
MW = 9,46 milyar pertahun ditambah
dengan pendapatan dari CER sebesar 1,18
milyar pertahun.
Tabel 10. Estimasi Manfaat Untuk Tiap Alternatif
No Alternatif Harga Jual Listrik
(Rp/kWh)
Pembangkitan Tahunan
(MWh)
Pendapatan
(Milyar Rp)
CER
(Milyar Rp)
Total
(Milyar Rp)
1 1 1075 8804 9,46 1,05 10,51
2 2 1075 4840 5,20 0,58 5,78
3 3 1075 7473 8,03 0,89 8,92
Sumber:perhitungan
Aliran dana (cash flow) disusun
berdasarkan tiap alternatif selama 35
tahun, dalam tabel cash flow masing
masing parameter dihitung dalam bentuk
nilai ekuivalensinya (P/V) untuk tiap
parameter. Kemudian akan dianalisa
kelayakan ekonominya dalam bentuk
benefit cost ratio (BCR), net present value
(NPV), internal rate of return (IRR) dan
paid back period.
Tabel 11. Rangkuman Hasil Analisa Kelayakan Ekonomi
Alternatif Suku
Bunga PV Cost
Dengan CER
PV Benefit BCR NPV IRR Paid Back
Period
1 12,00% 70,15 108,76 1,55 38,60 17,90% 11,21
2 12,00% 42,40 62,76 1,48 20,37 17,22% 11,84
3 12,00% 58,43 93,32 1,60 34,89 18,39% 10,76
Tanpa CER
1 12,00% 76,68 102,16 1,46 32,00 16,87% 12,38
2 12,00% 46,36 56,16 1,32 13,77 15,51% 14,40
3 12,00% 63,80 86,71 1,48 28,29 17,16% 12,04
Sumber: perhitungan
Dari hasil analisa diketahui bahwa nilai
BCR dan IRR memiliki nilai lebih baik
jika biaya lebih rendah (PV Cost)
dibandingkan dengan biaya yang lebih
tinggi, namun ketiga alternatif masih
memiliki parameter kelayakan ekonomi
yang baik (layak) dalam studi ini
diputuskan untuk mengambil alternatif 1
dikarenakan nilai NPV yang lebih tinggi
dari alternatif lainnya hal ini menunjukan
tingkat keuntungan yang lebih tinggi
dibandingkan dengan alternatif lainnya
meski nilai BCR dan IRR lebih rendah dari
alternatif lain selain itu energi yang bisa
disalurkan menuju grid lebih besar dari
pada alternatif lain sehingga suplai energi
bersih akan meningkat , alternatif 1
memiliki parameter desain sebagai
bereikut:
Debit desain : 14,370 m3/dt
Jumlah turbin : 2 unit turbin
Jumlah pipa pesat : 2 buah
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisa dan perhitungan
yang telah dilakukan dengan
memperhatikan rumusan masalah, maka
dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Berdasarkan analisa, setiap debit yang
melalui saluran irigasi Lodagung dapat
dikembangkan untuk pembangkitan energi
listrik dengan melihat besarnya debit yang
masuk melalui grafik hill curve turbin pro.
Dengan menggunakan data debit irigasi
pada tahun 2012, dapat dibangkitkan
energi sebesar:
a. Alternatif 1: 8804 MWh pertahun
b. Alternatif 2: 4840 MWh pertahun
c. Alternatif 3: 7473 MWh pertahun
2. Komponen bangunan PLTMH yang
dipergunakan dalam studi ini adalah:
a. Bangunan sipil:
Bangunan pengambilan (roller gate,
trashrack)
Bangunan pembawa (pipa pesat).
Bangunan pembuang (saluran tailrace).
Sistem regulator (katup pintu).
Rumah pembangkit (power house)
b. Peralatan mekanik dan elektrik:
Turbin kaplan beserta kelengkapanya
(spiral case, draft tube dan wicket gate),
generator 50Hz 3 fasa dengan 16 kutub,
governor, speed increaser, dan aksesoris
kelistrikan.
3. Berdasarkan analisa reduksi emsisi gas
karbon maka besar reduksi dan pendapatan
dari CER yang dihasilkan dengan adanya
PLTMH untuk tiap jenis konversi bahan
bakar adalah:
a. Minyak
Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar
5974 tCO2/tahun dengan pendapatan dari
CER sebesar 1,06 milyar rupiah
b. Diesel
Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar
6054 tCO2/tahun dengan pendapatan dari
CER sebesar 1,07 milyar rupiah
c. Batu Bara
Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar
7448 tCO2/tahun dengan pendapatan dari
CER sebesar 1,31 milyar rupiah
d. Gas Alam
Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar
4604 tCO2/tahun dengan pendapatan dari
CER sebesar 0,81 milyar rupiah
4. Berdasarkan analisa ekonomi terhadap
alternatif debit andalan terpilih (alternatif
1) didapatkan besar biaya total sebesar
64,41 milyar rupiah dengan nilai BCR
1,55, NPV 38,60 milyar rupiah, IRR
17,90% dan paid back period 11,21 tahun.
Dengan hasil analisa tersebut diatas dapat
disimpulkan bahwa perencanaan PLTMH
dengan alternatif debit andalan 1 layak
secara ekonomi.
Daftar pustaka
1. Anonim. 2006. Guidelines for National
Greenhouse Gas Inventories. Switzerland: IPCC (International Panel
In Climate Change).
2. Anonim. 1986. Standar Perencanaan
Irigasi (Kriteria Perencanaan 02). Bandung : CV. Galang Persada.
3. Anonim. 1986. Standar Perencanaan
Irigasi (Kriteria Perencanaan 04). Bandung : CV. Galang Persada.
4. Anonim. 2005. RETScreen®
Engineering & Cases Textbook. Kanada: RETScreen International.
5. Anonim, 1976. Engineering
Monograph No. 20 Selecting Reaction
Turbines. Amerika: United States
Bureau of Reclamation.
6. Arismunandar A. & Kuwahara S. 2004.
Buku Pegangan Teknik Tenaga
Listrik. Jakarta : PT Pradnya Paramita.
7. Arndt, R. E. A. 1998. Hydraulic
Turbines. New York: St. Anthony Falls
Laboratory University of Minnesota.
8. Chugoku Electric Power. 2009.
Potential Survey for mini Hydropower
Projects Utilizing Unexploted head on
an irrigation canal network in east
java state. Malang : Perum Jasa Tirta I.
9. Chow, Ven Te. 1997. Hidraulika
saluran terbuka. Jakarta : Erlangga
10. Dandekar, MM & K.N. Sharma. 1991.
Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta : Universitas Indonesia.
11. Department Of Energy, Energy
Utilization Management Bureau.
2009. Manuals and Guidelines for
Micro-hydropower Development in
Rural Electrification Volume I. Filipina: Department of energy
Philippines.
12. Linsley, Ray K & Franzini, Joseph B.
1991. Teknik Sumber Daya Air Jilid
2. Jakarta: Erlangga.
13. Mosonyi, Emil. 1963. Water Power
Development Volume One Low Head
Power Plant. Budapest : Akademiai
Kiado.
14. Mosonyi, Emil. 1963. Water Power
Development Volume Two High
Head Power Plant. Budapest :
Akademiai Kiado.
15. Patty, O.F. 1995. Tenaga Air.
Erlangga : Surabaya.
16. Penche, Celso. 2004. Guidebook on
How to Develop a Small Hydro Site. Belgia : ESHA (European Small
Hydropower Association).
17. Ramos, Helena. 2000. Guidelines For
Design Small Hydropower Plants. Irlandia : WREAN (Western
Regional Energy Agency &
Network) and DED (Department of
Economic Development).
18. Suyanto, Adhi, dkk. 2001. Ekonomi
Teknik Proyek Sumberdaya Air. Jakarta : MHI.
19. Varshney,R.S. 1977. Hydro-Power
Structure. India : N.C Jain at the
Roorkee Press.
Recommended