pltmh - Jurusan Teknik sipil FT UNS

Keairan
REVITALISASI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH)
(KASUS DAERAH PACITAN)
(279A)
Indra Bagus Kristiarno1, Lutfi Chandra Perdana2,Rr. Rintis Hadiani3dan Solichin4
1
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta
Email: [email protected]
2
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta
Email: [email protected]
3
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta
Email: [email protected]
4
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta
Email: [email protected]
ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro merupakan salah satu contoh penghasil listrik yang dapat di
realisasikan saat ini untuk listrik berskala kecil(<100Kwh).Revitalisasi PLTMH ini diadakan guna
memaksimalkan potensi yang dapat dihasilkan oleh PLTMH yang telah ada saat ini.Di daerah
pacitan yang sebagian warganya belum bisa disalurkan listrik telah dibangun 2 pembangkit listrik
tenaga mikro hidro didaerah tersebut.Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro terletak di desa Tokawi
dan desa nawangan.Survei dilokasi PLTMH pacitan yang telah dilakukan menyimpulkan bahwa
besarnya daya listrik masih memungkinkan untuk ditingkatkan. PLTMH pertama di desa nawangan
dapat diperbesar daya listriknyadengan memperbesar diameter pipa pesat dan mengganti turbin baru,
sedangkan PLTMH di desa Tokawi dengan cara peninggian tinggi jatuh dan mengganti kincir
menjadi turbin baru, tetapi di kedua lokasi penelitian tidak memungkinkan untuk dibuat bendungan
atau waduk. Metode yang digunakan untuk mencari debit andalan menggunakan metode NRECA
untuk lokasi PLTMH Nawangandan MetodeMockuntuk lokasi PLTMH Tokawi yang keduanya
berdasarkan tahun dasar perencanaan untuk menentukan debit andalan 80%. Hasil penelitian
diPLTMH Nawangan yaitu diameter penstockexisting 25 cm menghasilkan daya listrik sebesar
310,92kW terjadi peningkatan menjadi 441,12KW dengan diameter penstocksebesar 31 cm.
PLTMH Tokawi yaitu tinggi jatuh existing sebesar 14,5 m menghasilkan daya listrik sebesar 101,43
kW terjadi peningkatan daya listrik sebesar 118,82 KW setelah tinggi jatuh ditinggikan menjadi 17
m. Besarnya peningkatan daya listrik hanya terjadi saat bulan-bulan basah (musim hujan) saat bulanbulan kering (musim kemarau) tidak terjadi peningkatan daya dikarenakan debit yang tersedia
sangat kecil.
Kata kunci: PLTMH, listrik, revitalisasi, tinggi jatuh, penstock
1. PENDAHULUAN
Listrik merupakan bentuk energi yang dapat bermanfaat bagi kehidupan saat ini,maka dari itu kebutuhan listrik
sebagai energi kehidupan perlu untuk diadakan. Di daerah Nawangan pacitan yang sebagian warganya belum bisa
disalurkan listrik telah dibangun pembangkit listrik tenaga mikro hidro didaerah tersebut. Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro merupakan salah satu contoh penghasil listrik yang dapat di realisasikan saat ini untuk listrik
berskala kecil(<100Kwh).
PLTMH di daerah Pacitan ini telah dibangun 2 PLTMH dan telah beroperasi namun pembangunan PLTMH ini
kurang terberdaya sehingga perlu adanya analisis dan perencanaan ulang dengan merevitalisasi bangunan sipil
PLTMH ini agar dapat menghasilkan daya yang sangat bermanfaat bagi masyarakat Nawangan pemakai PLTMH
ini.
Revitalisasi sendiri merupakan proses, cara, dan perbuatan menghidupkan kembali suatu hal yang sebelumnya
kurang terberdaya dengan kata lain berarti menjadikan sesuatu atau perbuatan menjadi vital. (Kamus Besar Bahasa
Indonesia)
Dari hasil survei awal yang dilakukan pada tanggal 1 maret 2013 di PLTMH Pacitan, PLTMH ini digunakan oleh
58-60 kepala keluarga lokasi 1 dan 42 kepla keluarga lokasi 2. Daya yang dihasilkan saat musim kemarau yaitu
sekitar 100watt/kk dan dimusim kemarau terutama bulan oktober dan September, daya yang dihasilkan oleh
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
A - 211
Keairan
PLTMH ini menurun menjadi sekitar 75 watt/kk mengakibatkan kebutuhan listrik warga tidak terpenuhi seperti
musim penghujan sehingga perencanaan ulang PLTMH ini sangat perlu dilakukan agar dapat memenuhi kebutuhan
listrik warga Pacitan baik musim penghujan maupun musim kemarau. Solusi yang dapat dilakukan merupakan studi
tentang bangunan sipil saja.
Permasalahannya adalah bagaimana merevitalisasi model desain bangunan sipil PLTMH pacitan agar daya listrik
yang dihasilkan dapat ditingkatkan atau distabilkan?
Dengan demikian maka tujuannya adalah untuk mendapatkan model konsep revitalisasi bangunan sipil PLTMH
Nawangan dan atau PLTMH Tokawi agar daya listrik yang dihasilkan dapat ditingkatkan atau distabilkan.
Batasan Masalahnya adalah Lokasi penelitian adalah bangunan PLTMH di Kabupaten Pacitan.
1. Pemodelan bangunan PLTMH sebatas meningkatkan daya listrik yang dapat dilakukan.
2. Perencanaan hanya sebatas bangunan sipil PLTMH saja.
3. Jika ada data yang hilang tidak diisi.
2. DEBIT ANDALAN
Debit andalan didefinisikan sebagai debit minimum sungai yang dapat dipakai sebagai acuan penelitian.Debit
andalan dimaksudkan untuk mendapatkan debit yang tersedia sepanjang tahun, baik saat musim kemarau maupun
musim hujan. Debit andalan yang yang digunakan yaitu debit andalan dengan probabiltas 80% (Q80) yang dapat
dihitung dengan menggunakan metode NRECA dan Metode Mock.
Model NRECA diperkenalkan oleh Norman H. Crawford pada tahun 1985. Model ini merupakan model konsepsi
yang bersifat deterministik yang didasari oleh teori. Metode Mock merupakan metode yang direkomendasikan untuk
mendukung desain perencanaan PLTMH.Debit andalan yang dihitung dari metode ini akan dibandingkan dengan
hasil debit pengamatan(survei) .Data curah hujan yang dipakai adalah data curah hujan harian tahun 2000-2010 yang
akan dihitung menjadi debit andalan 80%.
Komponen Bangunan Mikro Hidro adalah bending, bak penenang, pipa pesat (Penstock). Bendasarkan harapan
untuk dapat meningkatkan hasil listrik, maka dilakukan survey ulang. Hasil survei menunjukkan bahwa tidak
mungkin dibangun bending. Maka yang bias dilakukan adalah mengubah diameter atau tinggi penstock.
Perencanan pipa pesat ini dapat dilakukan dengan cara perhitungan yaitu :
1. Menghitung Hidrolis Pipa
a. Mayor Losses (kehilangan energi primer)
Kehilangan energi primer adalah kehilangan energi yang disebabkan gesekan didalam pipa.
b. Minor Losses (kehilangan energi primer)
1. perhitungantrash rack pada awalan penstockjika ada.
2. Perhitungan kehilangan energi pada awal pipa
c. Tinggi Netto Turbin
2. Diameter penstock
Diameter penstock menururt standar perencanaan mikrohidro sesuai dengan persamaan (1).
D = 0,72x (Qandalan)0,5
(1)
dengan :Qandalan = Debit andalan (m3/s), D = diameter pipa pesat (m)
Analisis turbin merupakan alat yang berfungsi mengubah energi potensial menjadi energi mekanik.Energi mekanik
ini akan disalurkan ke generator untuk menghasilkan daya listrik. PLTMH kedung pasang telah memakai turbin.
Kemampuan tenaga air tergantung pada head (tinggi jatuh). Tinggi jatuh yang digunakan merupakan tinggi jatuh
efektif yang didapat dari tinggi jatuh bruto dikurangi tinggi jatuh dari tekanan air yang hilang
Tinggi jatuh efektif diperoleh dari persamaan (2).
Heff= Hbruto - Hlosses
(2)
dengan Heff= tinggi jatuh efektif, Hbruto= tinggi jatuh bruto, Hlosses= tinggi jatuh dari tekanan air yang hilang.
Daya yang dihasilkan dapat menjadi estimasi awal yang dihitung dari tinggi jatuh efektif , debit andalan
dan massa jenis air dan beberapa efisiensi alat. Untuk efisiensi alat tergantung dari jenis turbin yang
digunakan, sehingga untuk turbin yang berbeda akan memberikan hasil daya yang berbeda pula.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
A - 212
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Keairan
Daya listrik dapat diperoleh dari persamaan ;
P
= 9,8 x Qandalan x Heff
(3)
dengan P= daya yang dihasilkan (kW), Qandalan = debit andalan (m3/dt), Heff = tinggi jatuh efektif (m)
(sumber :Patty O.F.,1995.“Tenaga Air”, Erlangga, Jakarta, 1995)
3. PEMBAHASAN
a. Analisis pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Nawangan
Hasil analisis survey di lapangan didapat bahwa:
" PLTMH Nawangan dibangun tahun 1994.
" Menurut pengamatan survey sementara tidak memungkinkan untuk di bangun waduk atau bendungan dan
meninggikan bendung, sehingga dalam pembahasan tidakakan dibahas.
" Debit sesaat
B
= 4m
Cd
= 0,9 (asumsi bendung dari batu kali)
(Yo-p)
=
Q
=
=
= 0,08667
= 0,2712 m3/dt.
" Volume bak penenang
= (p x l x kedalaman air)
= 13,7 m x 2,8 m x 7,5 m
= 287,7 m3 .
" Panjang pipa penstock
= 48 m .
" Diameter penstock
= 25 cm.
" Jumlah kepala keluarga pemakai listrik = 60 kk.
" Perhitungan Beda Tinggi (∆H)
Perhitungan beda tinggi (∆H) menggunakan metode tachymetri,data yang didapat diperoleh dari pengamatan
menggunakan theodolite dan GPS. Beda tinggi (∆H) sebesar 18,36 m.
Perhitungan evapotranspirasi menggunakan data evapotranspirasi di waduk wonogiri (konversi data dari pengukuran
di Waduk Wonogiri).
Analisis curah hujan dasarian dihitung dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Membuat rata-rata curah hujan setiap 10 hari.
2. Merekap data curah hujandasarian selama tahun 2000-2010 masing-masing stasiun hujan.
3. Menghitung curahhujanrata-rata dasarian dari stasiun Nawangan dan stasiun hujan Watu gede.
Debit andalan merupakan besarnya debit yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan air dengan resiko kegagalan
yang telah diperhitungkan, sehingga kemungkinan terpenuhi dan tersedia sepanjang tahun, baik saat musim kemarau
maupun musim hujan. Debit andalan yang digunakan yaitu debit andalan dengan probabiltas 80% (Q80).
Debit andalan dihitung dengan metode NRECA berdasarkan tahun dasar perencanaan (basic year) yang
menyimpulkan debit andalan yang dipakai adalah berdasarkan debit tahun 2004.
Analisis potensi daya listrikberdasarkan perhitungan tanpa berubahan pada bangunan PLTMH Nawangan,
perhitungan didasarkan sesuai curah hujan dasarian yang di tunjukkan pada Gambar 1.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
A - 213
Keairan
18.00
16.00
14.00
12.00
10.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
i
ii
iii
i
Jan
ii
iii
i
Peb
ii
iii
i
ii
Mar
iii
i
ii
Apr
iii
i
ii
Mei
iii
i
ii
Jun
iii
i
ii
Jul
iii
i
Agus
ii
iii
i
Sep
ii
iii
i
Okt
ii
iii
i
Nov
ii
iii
Des
Gambar 1. Daya listrik existing PLTMH Nawangan
Daya listrik rata-rata yang dihasilkan pada bulan-bulan basah dapat mencapai daya sebesar 17,04 KW per bulan
sedangkan saat bulan-bulan kering tidak dapat menghasilkan daya yang besar bahkan 0 KW terutama bulan agustus
, september dan oktober. pada bulan-bulan kering ini lah terjadi penurunan sehingga perencanaan perlu diadakan.
Besarnya daya existing per tahun yang dapat dihasilkan yaitu sebesar 310,92 KW.
Besarnya daya listrik rencana didapat berdasarkan perhitungan dengan merubah diameter penstock yang semula 25
cm menjadi 31,8 cm, hasil perhitungan ditunjukan pada Gambar 2.
30.00
25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00
i
ii
Jan
iii
i
ii
Peb
iii
i
ii
Mar
iii
i
ii
Apr
iii
i
ii
Mei
iii
i
ii
Jun
iii
i
ii
Jul
iii
i
ii
Agus
iii
i
ii
iii
Sep
i
ii
Okt
iii
i
ii
Nov
iii
i
ii
iii
Des
Gambar 2. Daya listrik rencana PLTMH Nawangan
Daya listrik rata-rata berdasarkan perencanaan terjadi peningkatan yang cukup besar pada bulan-bulan basah yaitu
sebesar 27,63 KW per bulan, tetapi pada bulan-bulan kering tidak terjadi peningkatan daya,hal ini dikarenakan tidak
adanya peningkatan pada debit. Besarnya daya listrik rencana per tahun yang dapat dihasilkan sebesar 441,12 KW.
Perbandingan daya listrik rencana dan daya listrik existing ditunjukkan dengan Gambar 3.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
A - 214
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Keairan
30.00
25.00
20.00
15.00
Rencana
10.00
Existing
5.00
0.00
i
ii
iii
i
ii
Jan
iii
i
Peb
ii
iii
i
ii
Mar
iii
i
ii
Apr
iii
i
Mei
ii
iii
i
Jun
ii
Jul
iii
i
ii
Agus
iii
i
ii
Sep
iii
i
ii
iii
Okt
i
ii
Nov
iii
i
ii
iii
Des
Gambar 3. Perbandingan daya listrik rencana dan daya listrik existing PLTMH Nawangan
Peningkatan daya listrik hanya terjadi saat bulan-bulan basah dan tidak terjadi peningkatan saat bulan-bulan kering.
Perubahan diameter penstock yang direncanakan tidak cukup untuk mengatasi masalah penurunan daya listrik saat
musim kemarau.
b. Analisis pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Tokawi
Analisis hasil survey menunjukkan bahwa Debit sesaat terhitung berdasarkan data terukur adalah:
B
Cd
= 7,6 m
= 0,9 (asumsi bendung dari batu kali)
Yo
=
p
=
Q
=
=
= 0,985
= 0,122
3
= 0,73 m /dt.
" Panjang pipa penstock
= 21 m .
" Diameter penstock
= 30 cm.
" Jumlah kepala keluarga pemakai listrik = 60 kk.
" Perhitungan Beda Tinggi (∆H)
Perhitungan beda tinggi (∆H) menggunakan metode tachymetri,data yang didapat diperoleh dari pengamatan
menggunakan theodolite dan GPS. Beda tinggi (∆H) sebesar 14,5 m
Perhitungan evapotranspirasi menggunakan data evapotranspirasi di waduk wonogiri (konversi data dari pengukuran
di Waduk Wonogiri).
Analisis curah hujan dasarian dihitung dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Membuat rata-rata curah hujan setiap 10 hari.
2. Merekap data curah hujandasarian selama tahun 2000-2010 masing-masing stasiun hujan.
3. Menghitung curahhujanrata-rata dasarian dari stasiun Nawangan dan stasiun hujan Watu gede.
Debit andalan merupakan besarnya debit yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan air dengan resiko kegagalan
yang telah diperhitungkan, sehingga kemungkinan terpenuhi dan tersedia sepanjang tahun, baik saat musim kemarau
maupun musim hujan. Debit andalan yang digunakan yaitu debit andalan dengan probabiltas 80% (Q80).
Debit andalan dihitung dengan Metode Mock berdasarkan tahun dasar perencanaan (basic year) yang menyimpulkan
debit andalan yang dipakai adalah berdasarkan debit tahun 2004.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
A - 215
Keairan
Analisis potensi daya listrik dilakukan terhadap kondisi eksisting dan kondisi sesuai perencanaan. Besarnya daya
listrik existing didapat berdasarkan perhitungan tanpa berubahan pada bangunan PLTMH Tokawi, perhitungan
didasarkan sesuai curah hujan dasarian digambarkan pada Gambar 4.
25
20
15
10
5
0
Gambar 4. Daya listrik existing PLTMH Tokawi
Daya listrik rata-rata yang dihasilkan pada bulan-bulan basah cukup besar sedangkan saat bulan-bulan kering tidak
dapat menghasilkan daya yang besar bahkan 0 KW terutama bulan juli, agustus , september dan oktober. pada
bulan-bulan kering ini lah terjadi penurunan sehingga perencanaan perlu diadakan.Besarnya daya listrik per tahun
yang dapat dihasilkansebesar 101,43 kW seperti Gambar 5.
Besarnya daya listrik rencana didapat berdasarkan perhitungan dengan merubah head dari 14,5 menjadi 17 meter.
25
20
15
10
5
0
Gambar 5. Daya listrik PLTMH Tokawi (Rencana)
Kondisi lokasiPLTMH Nawangan yang ada hanya dapat memungkinkan meninggikan head max 2,5 meter. Apabila
melebihi ketinggian tersebut dikhawatirkan rumah turbin akan tergenang air pada saat hujan deras.Besarnya daya
listrik per tahun yang dapat dihasilkan sebesar 118,82 kW seperti gambar 6.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
A - 216
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
Keairan
25
20
15
10
5
0
daya exiting
daya rencana
Gambar 6. Daya listrik existing PLTMH
Dari hasil pengamatan Gambar 6 dapat disimpulkan bahwa terjadi kenaikan daya listrik setelah merubah head yang
ada akan tetapi pada bulan-bulan kering (juni minggu ke-3 – oktober minggu ke-3) tetap masih tidak terjadi
perubahan daya, hal ini disebabkan kecilnya debit yang mengalir sehingga daya yang dihasilkan turbin juga kecil.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis dapat didimpulkan bahwa:
" Perencanaan ulang PLTMH Nawangan dengan memperbesar diameter pipa penstock yang semula berdiameter
25 cm menjadi 31,8 cm menyimpulkan terjadinya peningkatan daya listrik pada musim-musim penghujan yang
cukup besar dari rata-rata per bulan sebesar 17,04 KW menjadi 27,63 KW, akan tetapi tidak terjadi perubahan
saat musim kemarau yang diakibatkan debit musim kemarau yang sangat kecil.
" PLTMH Nawangan menghasilkan daya listrik existing per tahun sebesar 310,92 KW , terjadi peningkatan daya
listrik rencana sebesar 441,12 KW.
" Perencanaan ulang PLTMH Tokawi dengan meninggikan tinggi head yang semula 14,5 m menjadi 17 m
menyimpulkan terjadinya peningkatan daya listrik pada musim-musim penghujan, akan tetapi tidak terjadi
perubahan saat musim kemarau yang diakibatkan debit musim kemarau yang sangat kecil.
" PLTMH Tokawi menghasilkan daya listrik existing per tahun sebesar 101,43 kW , terjadi peningkatan daya
listrik rencana sebesar 118,82 kW.
" Kesimpulan dari ke dua PLTMH Pacitan yaitu besarnya daya listrik saat musim kemarau tidak dapat
ditingkatkan dengan cara memperbesar diameter pipa ataupun meninggikan tinggi head, hal ini dikarenakan
debit musim kemarau yang sangat kecil.
" Solusi peningkatan yang disarankan yaitu dengan membangun waduk atau bendungan(hal ini membutuhkan
penelitian lebih lanjut) dan dengan cara menyimpan sisa daya listrik yang dihasilkan saat musim penghujan
karena menghasilkan daya yang berlebih dan cukup besar.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kami sampaikan kepada Badan Penelitian, Pengembangan, dan Statistik Kabupaten Pacitan, dan Dr.
Suprijadi (FP UNS), Serta semua pihak yang terlibat.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013
A - 217
Keairan
DAFTAR PUSTAKA
Napitupulu, Farel Hasiholan.(2008).”Potensi Air terjun sebagai pembangkit tenaga listrik mini hidro atau mikro
hidro (PLTMH)”.Tugas akhir.
Patty, O.(1995).Tenaga Air.Erlangga.Jakarta.
Putra, Galih Eko. “Pemanfaatan Beda Energi Pada Bangunan Terjun Untuk Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (Studi Kasus Bangunan Terjun (Bpt2-Bpt4) Pada Saluran Irigasi Padi Pomahan, D.I Padi
Pomahan, Desa Padi, Kecamatan Gondang, Kabupaten Mojokerto)”.Tugas akhir.
Soetarno, (1973). Sistem Listrik Mikro Hidro Untuk Kelistrikan Desa. PMPT. Yogyakarta.
Triatmodjo, Bambang. (2009). Hidrologi Terapan. Beta Offset, Yogyakarta.
Triatmodjo, Bambang. (1996). Hidrolika I. Beta Offset, Yogyakarta.
Konferensi Nasional Teknik Sipil 7 (KoNTekS 7)
A - 218
Universitas Sebelas Maret (UNS) - Surakarta, 24-26 Oktober 2013