1
ANALISA ENERGI PLTA DARI BENDUNG WAWOTOBI KABUPATEN KONAWE PROPINSI SULAWESI TENGGARA Wa Ode Zulkaida Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Haluoleo Kendari
ABSTRAK Dalam usaha mengatasi krisis energi terutama energi listrik khususnya kabupaten Konawe Propinsi Sulawesi Tenggara dengan cara menganalisa kemampuan potensi air dari bendung Wawotobi yang berada pada sungai Konaweha kabupaten Konawe Propinsi Sulawesi Tenggara. Potensi air ini dapat digunakan untuk membangkitkan energi listrik, yaitu dengan cara konversi energi potensial air menjadi energi kinetik, dari energi kinetik di konversi menjadi energi mekanik dengan menggunakan mesin turbin dan kemudian dari energi mekanik di konversi menjadi energi listrik dengan menggunakan generator. Berdasarkan perhitungan potensi persediaan airnya dengan menggunakan analisa frekwensi Log Pearson tipe III pada keandalan 90%, didapatkan potensi air sebesar 14,74 m3/dt dan berdasarkan ketinggian efektif daya listrik bisa dibangkitkan sebesar 422,29 KW. Berdasarkan data , potensi daya listrik dibutuhkan masyarakat kabupaten Konawe sebesar 8904 KW. Dalam arti potensi air yang tersedia lebih kecil dari potensi air yang dibutuhkan masyarakatnya. Dari hasil analisa daya, tinggi efektif bendung dan debit, didapatkan bahwa daya yang bisa dihasilkan termaksud jenis PLTA kapasitas rendah, dan jenis PLTA tekanan rendah, sehingga kemampuan air bendung Wawotobi sesuai untuk PLTMH. Kata kunci : debit, log Pearson , tinggi efektif , energi.
ABSTRACT In the effort of overcoming energy crisis especially electrical energy, at Konawe SubProvince, South-East Sulawesi Province by analyzing the water potential ability of Wawotobi Dam located at Konaweha River in Konawe sub-province-South-East Sulawesi province. The water potential can be used to generate elctrical energy, which is by converting water potential energy into kinetic energy, then kinetic energy is converted to mechanical energy by using a turbine engine and after that mechanical energy is converted to electrical energy by using a generator. Based on the calculation of water availability potential by using Pearson Logarithm frequency analysis type III at reliability 90%, it results the recharge is 14,74 m3/s and based on the effective height of is equal to 422,29 KW. Based on the data, electricity potential that is requered by the society of Konawe Sub-Province equal to 8904 KW. It means that available water potential is smaller than the required water potential of its society. From the power analysis result of energy, the effective high of the weir and recharge, it is concluded that energy which can be resulted is in the type of PLTA low capacities, and PLTA low pressure, so that the ability of Wawotobi water weir is appropriate to PLTMH.
Keywords : recharge,log Pearson ,efectif high, energy
2
PENDAHULUAN
bendung Wawotobi bila dijadikan
1.1. Latar Belakang
PLTA?
Mengingat air merupakan salah satu
sumber
daya
yang
1.3. Tujuan dan Manfaat Tujuan
dapat
dan
manfaat
menghasilkan energi terutama energi
penyusunan studi ini adalah :
listik yaitu dengan cara merubah energi
1. Untuk
mengetahui
dari
potensi
potensial menjadi energi kinetik dan dari
ketersediaan air bendung Wawotobi
energi kinetik dirubah menjadi energi
dalam melayani kebutuhan air irigasi
listrik.
dan kebutuhan air untuk PLTA .
Bendung Wawotobi yang terletak
2. Untuk mengetahui energi listrik yang
di kabupaten Konawe yang sekarang ini
dapat dibangkitkan dari bendung
hanya difungsikan untuk irigasi, sedang
Wawotobi.
masyarakatnya
kekurangan
energi
3. Dapat dijadikan bahan referensi
listrik. Tenaga listrik yang diproduksi oleh
pembangkit
yang
berada
untuk para peneliti lain.
di
Kabupaten Konawe sebesar 18.969.129
TINJAUAN PUSTAKA
KWH
2.1.
Umum
2.1.1
Analisa Hidrologi
sedangkan tenaga listrik yang
terjual sebesar 27.110.248 KWH.
Analisa
1.2. Rumusan Masalah Rumusan
masalah
dalam
studi
hidrologi
untuk mengetahui potensi air sepanjang
analisa ini adalah :
tahun
1.
Bagaimana potensi ketersediaan air
dengan kebutuhan.
bendung
2.1.2
Wawotobi
untuk
melayani kebutuhan irigasi? 2.
3.
diperlukan
sehingga
dapat
disesuaikan
Definisi Umum Bendung Bendung
secara
umum
Bagaimana potensi ketersediaan air
didefinisikan sebagai bangunan air yang
bendung Wawotobi bila hanya
dibangun agar airnya lebih tinggi dan
digunakan untuk PLTA
diklasifikasikan berdasarkan fungsinya,
dalam
melayani kebutuhan energi listrik di
konstruksinya dan sifatnya.
kabupaten Konawe?
2.2
Bagaimana
kemampuan
Konsep Dasar Sisa Air
energi
Konsep penentuan sisa air pada
listrik yang dapat dibangkitkan dari
dasarnya menunjukkan selisih antara jumlah air yang masuk ke sistem atau
3
Metode yang digunakan untuk
yang tersedia, dan yang keluar dari
menghitung
sistem tertentu:
kebutuhan
air
selama
penyiapan lahan menggunakan metode Qin
Qout
Van
de
goor
dan
Zijstra
dengan
persamaan :
SISTEM
LP = M
Gambar . Skema Penentuan Sisa Air Secara umum untuk menentukan sisa
....... (5)
M = Eo + P
.......(6)
M .T S
.......(7)
air dengan persamaan : ∆S = I - O
ek ek −1
K=
.............(1)
2.2.1 Kebutuhan Air Irigasi Kebutuhan meliputi
air
pemenuhan
irigasi
ini
kebutuhan
air
untuk keperluan pertanian secara umum. Dengan demikian kebutuhan air irigasi
2.2.4
Besarnya Perkolasi ditentukan sebesar 2mm/hr (sesuai KP) 2.2.5
bisa dinyatakan dengan rumus :
dapat dinyatakan dengan pesamaan :
Curah Hujan Efektif
ET = EToxkc
Biasanya irigasi tanaman padi
2.2.6
curah hujan efektif diambil 70% dari curah hujan probabilitas 80%
70% xR80 = 15
Reff
data
......(3)
curah
dengan
1.
hujan
R80%
2.2.3.
Kebutuhan (LP)
tanam
,
Kebutuhan
air
selama
2. Kebutuhan bersih air disawah untuk padi
probabilitas
NFR = IR+ Etc + P- Re + WLR..( 9) 3. Kebutuhan air pengambilan
80% yang dirumuskan : N = +1 5
pola
penyiapan lahan
2. Menentukan tahun dasar perencanaan year)
Pola Tanam Dan Jadwal Tanam Berdasarkan
tahunan dari kecil ke besar
(basic
.......(8)
perkiraan kebutuhan air irigasi dihitung :
Cara perhitungannya : 1. Mengurutkan
Kebutuhan Air Tanaman Besar kebutuhan air tanaman
IR = (ET + Pd + P & I ) - R ....(2) 2.2.2
Perkolasi (P)
DR = .....(4)
Penyiapan
Lahan
2.3
......(10)
Debit Andalan Daerah Aliran Sungai
4
Harga-harga G dapat diambil dari
Debit andalan adalah debit yang tersedia
sepanjang
tahun
Tabel
dengan
besarnya resiko kegagalan tertentu .
tabel
koofisien
frekwensi log person type III .
Dalam studi ini perhitungan
6. Cari
antilog
dari
debit andalan menggunakan Metode
mendapatkan
distribusi
peluang yang sesuai.
Log
Pearson
Langkah-langkah
Type
perhitungan
III. debit
kecil
ke
besar
kemudian
debit
X
untuk
andalan
dari
7. Kemudian dilakukan uji apa sesuai dengan distribusi.
andalan yaitu merangking data mulai dari
skewnes
2.4
Kebutuhan Air PLTA Dilakukan dengan tiga cara yaitu
menggunakan metode frekwensi Log Pearson Tipe III adalah sebagai berikut :
1.Menentukan
1.
digunakan untuk seluruh daerah irigasi
Ubah data debit sebanyak n buah X1 , X2 , X3 ............, Xn
dengan ketersediaan air
menjadi loq
2.Menentukan
X1, loq X2 , loq X3
digunakan
..............., loq Xn . 2.
Hitung rata-ratanya dengan n
LogX
∑
=
Log . X
i =1
..(11)
i
harga
i =1
yang
hanya pada daerah irigasi
debit
ketersediaan
Energi PLTA Pembangkit tenaga air adalah
suatu bentuk perubahan tenaga air
n
∑ ( LogX
air
yang
artinya kebutuhan irigasi dianggap nol.
simpangan
bakunya an :
air
Unaasi dengan ketersediaan air
2.5
n
3. Menghitung
S=
selisih
3.Menggunakan
rumus :
4.
selisih
i
− LogX ) 2
... .(12)
n −1
karena ketinggian dan debit tertentu dirubah menjadi tenaga listrik dengan
Menghitung koefisien kemiringan
menggunakan turbin dan generator. P = 9,8. Hef. Q Ƞ
Skewness dengan persamaan :
.......(15)
n
Cs =
n ∑ ( LogX i − LogX ) 3 i =1
( n − 1)( n − 2 ). S 3
5. Menghitung
logaritma
..(13) debit
keandalan menggunakan persamaan LogX = LogX + G .S
.... (14)
Hef = H - Hf
........(16)
Hf = kehilangan total head Hef = tinggi efektif H = tinggi air dari posisi turbin
2.6
Analisa Energi Listrik
5
Sistem
terjadinya
energi
disajikan pada gambar 2.7 dibawa ini :
data yang menunjang sesuai judul adalah sebagai berikut : hidrologi, bendung,klimatologi,irigasi, dan keb. E.L 3.2
Analisa Data Analisa data dalam menganalisa
Energi PLTA dari Bendung Wawotobi Ga mbar 2.7 2.6.1
1. Analisa Debit sungai
Proses Terjadinya E.L
Konaweha
untuk mengetahui debit andalan.
Klasifikasi Turbin Air
2. Data ukuran Bendung , hal ini
Turbin air dapat dibedakan
dilakukan
diantaranya : T.Francis, T.Pelton,
untuk
seberapa besar
T.Kaplan dan T. Deriaz . 2.6.2
adalah berupa
mengetahui
energi yang akan
dihasilkan .
Karakteristik Dari Turbin Karakteristik utama dari turbin
3. Inflou dan outflou untuk mengetahui sisa ketersediaan airnya.
dapat dilihat pada gambar 2.8.
PEMBAHASAN 4.1.. Perhitungan Debit Andalan Untuk perhitungan diambil salah satu contoh bulan Januarii. • Jumlah data n = 9 • Kemudian dirangkin dari kecil ke besar dapat dilihat pada tabel 4.1.
METODOLOGI PENELITIAN 3.1.
Metode Penelitian Metode
digunakan dengan
penelitian
dalam
cara
tesis
survey,
yang
ini
adalah
yaitu
dengan
mengumpulkan data-data yang sesuai untuk kemudian dianalisis. Beberapa
6
Menentukan G : Log X =
+ G. S
G = -0,929 Berdasarkan tabel Log Pearson tipe III didapat Pr = 85 % = 0,85 berarti
Pt
untuk tahun
1993 sebesar 1- 0,85 = 0,15 Dengan cara yang sama bisa dicari harga Pt untuk tahun-tahun yang
[LogQ ] = 4,602
Harga rata-rata :
lain hasilnya seperti pada tabel 4.2.
Harga simpangan baku : 0,1086 9 −1
(S) =
= 0,1165
Koefisien Skewness : ( Cs) =
9 X ( 0 , 00127 ) 3 ( 9 − 1 )( 9 − 2 )( 0 ,1165
)3
= 1,387 Untuk peluang
80% dengan cara
interpolasi G = - 0,833 •
Harga
G
Tabel di atas didapat ( maks = 0,2)
tersebut dimasukkan
Dengan jumlah data n = 9 dan
dalam persamaan : Log Q = LogQ
+ G. S
Q = 31985,7 lt/dt = 4.2
31,99 m3/s
Uji kesesuaian distribusi 1. Smirnov Kolmogorof Test Untuk tahun 1993 ; Q = 31176 lt/dt Log Q rerata = 4,602 Simpangan baku S = 0,1165 Skewness
Cs = 1,3877
α = 5 %
dari tabel Smirnof-
Kolmogorof didapat Karen nilai max <
CR Cr
=
0,432.
berarti data
sesuai dengan Distribusi Log Pearson III. 2.
Uji Chi Square Menentukan jumlah kelas : k = 1 + 3,322 Log 9 = 5 kelas Menentukan interval kelas : 100%/5 = 20 % P = 20% G = 0,708 Q= 48359,5
7
P = 40% G = 0,1 Q = 41081,9 P = 60% G = -0,4
Q = 35925,3
P = 80% G = -0,83 Q = 31985,7 Menentukan derajat bebas v = k -1 –h = 5 -1 – 2 = 2 Fteoritis k = 9/5 = 1,8 X2
Perhitungan
ht dapat dilihat
pada tabel 4.3
Gambar 4.1 Grafik Debit Andalan 80 % dan Debit Rata-rata Perhitungan Curah Hujan Efektif Analisa dengan menggunakan Metode Tahun Dasar perencanaan pada keandalan 80 %
Sehingga untuk
menentukan tahun dasar perencanaan Dik :
X2 hitung = 1,56
digunakan persamaan : R80 = n/5 + 1
X2 tabel =11,07 Karena X2 ht < X2
tb
Berarti data diterima.
Dimana n = banyaknya data =13 R80 = 13/5 + 1 = ~ 4
Dengan cara yang sama, seperti
Berarti yang dipakai sebagai
contoh hasil perhitungan debit andalan
dasar perencanaan adalah data hujan
dengan peluang
tahunan urutan ke 4, yaitu tahun 1989. .
80%
untuk bulan-
bulan yang lain dapa dapat dihitung dan
Khusus
model grafiknya dapat dilihat pada
berdasarkan probabilitas
gambar 4.1
curah
hujan
untuk Padi
½
diambil
70 %
bulanan
dari Untuk
perhitungan curah hujan efektif Padi Ref
(PADI)
R80 .70% 15
=
• Contoh Untuk Bulan Juni (pertama) R =
ef
. PADI
2 , 473
=
53
. x 70 15
%
I
8
•
Dengan
cara yang sama hasil
perhitungan bulan-bulan lain dapat
•
Menentukan M = Eo + P = 3,553 + 2
dilihat pada tabel 4.6 •
= 5,553
Menentukan K= =
5,553x30 250
M .T S = 0,67
K 0 , 67 Maka e = e =
•
1,955
Menentukan Lp
= M
Dengan
cara
ek = 11,37 mm/hr ek −1 yang
sama
hasil
perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.7.
4.3
Kebutuhan Air Untuk Penyiapan Lahan Contoh perhitungan penyiapan
lahan untuk bulan juni Dik :
T = 30 hari dan S = 250 mm ETo = 3,23 (untuk bulan juni)
•
Menentukan Evaporasi Eo = 1,1 ETo = 3,533 Perhitungan untuk Masa Tanam I
4.4
Kebutuhan Air
Untuk
adalah sebagai berikut : •
Irigasi Perhitungan kebutuhan air
Masa Tanam I dimulai periode Juni tengah bulan I
Irigasi dengan menentukan masa
•
Evapotranspirasi 3,23 mm/hr
tanam kebutuhan air maksimum
•
Perkolasi
yaitu padi padi padi.dalam setahun. Masa
tanam
pertama
Contoh
dianggap
konstan P = 2 mm/hr
9
• •
besarnya curah hujan efektif Re
•
air
selama
= 2,473 mm/hr
penyiapan lahan
Penggatian lapisan air , belum
yaitu Lp = 11,411 mm
ada
karena
masih
tahap
•
penyiapan lahan •
Kebutuahan
T = 30 hr
Kebutuhan air bersih disawah menggunakan persamaan 2.10
Koefisien tanaman rata-rata C = Lp •
NFR = Lp + P - Re +Wlr =
11,411 + 2 - 2,473 + 0
=
10,938
=
10,938 0,65.8,64
Untuk
Kebutuhan air pengambilan NFR ef .8,64
DR =
mm/hr = 1,9477 lt/dt/ha
Luas total fungsional daerah Irigasi =
bulan-bulan
lain
dapat dihitung dengan cara yang sama.
13217 ha
Maka =
kebutuhan
air
disawah
25640,94 lt/dt
Faktor efisiensi 1,11 Kehilangan air disaluran
4.5 Perhitungan Sisa Air 4.5.1.Pelayanan
D.I
10 %
Wawotobi
Maka jumlah kebutuhan air irigasi
(13217 ha)
= 1,11*1,1*25640,94
Perhitungan Ketesediaan (Input)
= 31307,59 lt/dt
Contoh perhitungan pada bulan Juni Q
Andalan untuk daerah irigasi
wawotobi Bulan Juni
= 35156,04
lt/dt Curah hujan efektif Juni bulan I = 0,286 lt/dt
Sehingga selisih antara input dan output pada bulan Juni I yaitu : Input
=
Output
= 31307,59 lt/dt lt/dt
Bendung
digunakan
untuk
melayani D.I Unaasi
Perhitungan Kebutuhan (Output)
= 1,94 lt/dt/ha
3848,74
4.5.2 Untuk Pelayanan D.I Unaasi
= 35156,326 lt/dt
Juni
35156,326 lt/dt
In - Out =
Maka Q And + C. Hujan Efektif
DR
diambil
pada bulan
• I
In Put dianggap tetapLuas areal D.I Unaasi = 556 ha
•
Hitung kebutuhan dengan perbandingan luas.
10
4.6
Perhitungan
Sehingga
Debit
Kebutuhan
yang dibutuhkan yaitu :
Dengan persamaan
1.
QL =
Berdasarkan
QL =
menyelesaikan QL =
persamaan di atas digunakan datadata sebagai berikut 2
Berdasarkan data sumber dari • Daya listrik yang ter pasang • Produksi
=
4.7.
18.969.129 KWh • Tenaga listrik yang terjual
Ws
=
sisa debit yang tersedia QMax =
Berdasarkan data gambar desain struktur bendung Wawotobi : Hm = 3 m = 80 m
3. Menentukan Tinggi Efektif Untuk
menentukan
Hef = H - Hf Hf = Jumlah kehilangan = 0,69 m H = Ketinggian dari muka air ke
Hef = 4,581
seluruh
yaitu :
38800 lt/dt = 38,8 m3/dt
Qmin = -14900 lt/dt = 0 m3/dt 2. Bendung difungsikan D.I Unaasi ,
maka sisa debit yang tersedia
QMax = 38,8 m3/dt QMin = 17,5 m3/dt 3. Bendung untuk PLTA hasil
tinggi
efektif menggunakan persamaan
turbin = 5,2 m
Debit Tersedia
daerah perencanaan irigasi maka
2. Heff (Bendung Wawotobi)
Bef
Analisa
1. Bendung difungsikan
8.141.119 KWh
• Lebar efektif
18.969.129 9,8 x 4,581x0,85 x0,85 x8520
Dan Debit Dibutuhkan
=
27.110.248 KWh Sisa Produksi
Wp 9,8 xH ef xηTxηGxT
= 77,76 m3/dt
=
WP
Berdasarkan produksi energi
Qt =
8.904 KW
Listrik
• Tinggi.mercu
P 9,8 xH ef xηTxηG
8904 9,8x4,581.x0,85x0,85
QL =
PT.PLN
P
yang
= 310,8 m3/dt
1. Daya Listrik Yang Dibutuhkan
(PLN)
daya
debit
terpasang
P 9,8.H ef .ηT .ηG
Untuk
•
perhitungan
perhitungan debit andalan dihitung Menggunakan Q andalan 90%
11
4.7.2
Grafk Debit Andalan dan Debit Dibutuhkan
Dari tabel 4.11 terlihat bahwa: QMax =
35049,5 lt/dt
QMin
14744,5 lt/dt
=
Gambar 4.4 Grafik Debit Andalan Dan Dibutuhkan
4.8 4.7.1
Grafik
Sisa
Air
dan
Dibutuhkan
Perhitungan Energi
4.8.1
Daya Turbin -
Tinggi
terjun
bersih
Hef = 4,581 m -
Debit rencana
Qr
3
= 14,74 m /dt -
ȠT
Ef Turbin
=
0,75 -
Ef Generator ȠG = 0,85
-
Daya yang dihasilkan Pk = 9,81 x Qr x Hef x ȠT x ȠG
Gambar 4.3 Analisa Sisa Air Sisa I
setelah pelayanan seluruh
daerah irigasi Sisa II adalah pelayanan D.I Unaasi 90 % Andalan adalah debit andalan untuk PLTA.
KW
= 422,29 KW 4.9 Perhitungan Sisa Daya Dari data yang diketahui : Wp
=
18.969.129 Kwh
Wj
= 27.110.248 Kwh
Kekurangan tenaga
12
Ws = Wj - Wp
5.2.
= 8.141.119 Kwh
1
Sisa daya = 2.261,42 KW 4.10
menigkatkan
bendung
Berdasarkan keadaan bendung
fungsi
dengan
memanfaatkan
Pembangkit
cara
bendung
Wawotobi bukan hanya untuk irigasi tetapi juga digunakan
dan ketersediaan air yaitu : 3
untuk
= 14,74 m /dt
- Tinggi efektif bersih = 4,581 m - Daya dihasilkan = 422,29 KW Termaksud
Kepada pemerintah diharapkan dapat
Penentuan Kapasitas
- Debit
Saran
jenis
PLTA
Pembangkit
Listrik
Tenaga Mikro Hidro. 2
Kepada pemerintah kabupaten Konawe
diharapkan
kapasitas rendah dan jenis PLTA
mengeluarkan
regulasi yang
tekanan rendah .
berkaitan dengan pengelolaan DAS Konaweha dan bendung
5.1.
Wawotobi agar bisa berdaya
Kesimpulan
1.
Potensi ketersediaan air
guna dan berkelanjutan.
bendung Wawotobi berdasarkan perhitungan
analisa
frekwensi
Log Pearson tipe III dengan 3
DAFTAR PUSTAKA Anonim A; 1987, Direktorat Tata
andalan 80% sebesar 18,15 m /dt
Kota dan Tata Daerah, Direktorat
Potensi ketersediaan air
Cipta Karya, Departemen Pekerjaan
2.
bendung Wawotobi bila hanya
Umum.
difungsikan untuk PLTA maka
Arismunandar, A. dan Kuwahara,A,
perhitungan
menggunakan
1991, Teknik Tenaga Listrik, Jilit I,
keandalan 90% , dengan nilai
Cetakan ke enam , PT. Pradya
potensi air sebesar 14,75 m3/dt .
Paramitha, Jakarta.
3. energi
Berdasarkan perhitungan
Asdack, C, 2002. Hidrologi dan
daya listrik yang bisa
Pengelolaan Daerah Aliran Sungai,
dihasilkan sebesar 422,29 KW.
Gadjah Mada University
Potensi air dan headnya tidak
yogiakarta.
dapat dijadikan PLTA kapasitas besar.
dalam
Press,
13
Chow, Ven Te, 1985,
Hidrolika
Subarkah, Imam, Ir. 1980, Hidrologi
Saluran Terbuka, Penerbit Erlangga,
Untuk
Jakarta.
Air.Bandung Idea Dharma.
Departemen P.U , Dirjen Pengairan,
Trihatmodjo,
bambang,
Standar Perencanaan Irigasi bagian
Hidrolika
Penerbit
Perencanaan Jaringan Irigasi KP-01
Teknik , UGM.
dan KP-04, CV Galang Persada, Bandung 1986. Lily Montarcih L., 2008, Hidrologi Dasar. Malang : Tirta Media. Patty, O.F, 1985,
Tenaga Air,
Cetakan Pertama, Penerbit Erlangga. Jakarta.
Perencanaan
II,
Bangunan
1993, Fakultas
