ANALISIS HIDROLIKA DAN FINANSIAL PLTM TINGGI TEKAN RENDAH PADA BENDUNG GERAK SUNGAI SERAYU Idham Ahraf NIM : 15009114 Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung
ABSTRAK PLTM tinggi tekan rendah merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang paling potensial untuk daerah Indonesia. Pembangkit listrik tenaga air ini mamanfaatkan aliran sungai dengan beda ketinggian atau “head” yang kecil dari 10m, dan biasanya juga memanfaatkan infrastruktur penunjang seperti bendung yang telah tersedia. Daerah indonesia memiliki banyak lokasi yang potensial untuk PLTM ini, seperti aliran irigasi, banguanan pengontrol banjir atau aliran air minum. Karena memanfaatkan infrastruktur yang telah ada, disain infrastruktur PLTM tinggi tekan rendah tidak terlalu rumit. Karena head yang kecil disain PLTM tidak memerlukan penstock dan biasanya juga tidak memerlukan bak penenang. Disini perencanaan potensi energi yang dibangkitkan menjadi hal penting mengingat biaya pengembangan PLTM menjadi hal yang sangat sensitif dalam perencanaan PLTM. Selain itu perencanaan PLTM tinggi tekan rendah ini juga harus memperhatikan efisiensi energi yang dihasilkan dari kombinasi turbin yang dipilih. Pemilihan kapasitas turbin dan biaya turbin yang paling sesuai adalah hal yang pertama yang ditentukan dari perencanaan PLTM ini setelah itu penentuan energi tahunan yang dihasilkan, penentuan konfigurasi pengoperasionalan turbin dan juga perencaan powerhouse adalah bagian yang harus direncanakan dengan baik. Kata kunci
: PLTM, Biaya Turbin, Tinggi Tekan rendah, Energi tiap tahun.
PENDAHULUAN Pembangkit listrik tenaga air dibangun berdasarkan kenyataan bahwa adanya air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah volume aliran air persatuan waktu (flow capacity) sedangkan beda ketinggian daerah aliran sampai ke instalasi dikenal dengan istilah head. Teknologi sekarang memanfaatkan energi aliran air dan
perbedaan ketinggian di daerah tertentu dimana tempat instalasi direncanakan dapat diubah menjadi energi listrik. Proyek dengan head 1,5-10 m dianggap head yang rendah. Beberapa keuntungan PLTM tinggi tekan rendah sebagai berikut: • tidak membutuhkan tampungan reservoir yang besar sehinga dampak pembangunan PLTM terhadap lingkungan tidak signifikan
• aliran sungai di Indonesia telah ada pembangunan bendung untuk pengendalian banjir ataupun terkait dengan jaringan irigasi dan dapat dimanfaatkan untuk pembangunan PLTM tinggi tekan rendah. Hal ini dapat mengurangi modal investasi yang dibutuhkan. Kelemahan yang terkait dengan perkembangan PLTM tipe tinggi tekan rendah adalah: • memiliki kontrol yang terbatas ketika energi yang tersedia berlebih untuk pembangkit. • pada basis per megawatt, proyekproyek kecil bisa jauh lebih mahal daripada peroyek PLTA yang besar. Dalam perencanaan PLTM terdapat tiga komponen biaya pokok yang dibutuhkan dalam pembangunannya yaitu Biaya pengadaan elektromekanikal, Biaya pekerjaan sipil, Biaya Transmisi dan distribusi Listrik (on-grid sistem), Biaya Perencanaan. DASAR TEORI Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Ada dua tipe cara kerja turbin yaitu: 1. Turbin Impuls Turbin jenis ini meliputi crossflow, pelton dan turgo, menggunakan tekanan yang sama pada setiap sisi sudut geraknya (runner) dimana bagian turbin yang berputar. 2. Turbin Reaksi Turbin ini meliputi jenis francis dan kaplan/propeller, menggunakan energi kinetik dan tekanan dikonversikan di runner. Secara umum, jenis turbin ini tidak menerima tumbukan dan hanya mengikuti aliran air.
Grafik Pemilihan Turbin Formulasi sederhana untuk analisis daya (P) yang dibangkitkan dari suatu pembangkit PLTM adalah : ! = ! ! ! ! ! dimana : P = daya, kW η = efisiensi turbin ρ = berat jenis air, ton/m3 g = gravitasi bumi, m/det2 Q = debit, m3/det H = tinggi jatuh, meter Secara umum tipe turbin yang sesuai untuk PLTM tinggi tekan rendah adalah turbin tipe kaplan atau propeler, namun berhubungan dengan lokasi pembangunan PLTM mengakibatkan pemilihan konfigurasi pemasangan turbin menjadi hal yang penting untuk menjamin kestabilan head dan aliran yang akan masuk ke pembangkit. Turbin aliran aksial adalah jenis turbin di mana aliran yang masuk ke runner sejajar dengan sumbu rotasi. Beberapa macam turbin arus axial dengan konfigurasi tinggi tekan rendah yang saat ini banyak digunakan adalah pengembangan dari turbin tipe bola dengan aliran langsung horizontal. Formula yang telah dikembangkan oleh lanchester university pada tahun 2008 untuk memperkirakan biaya pemilihan mekanikal elektrikal (CEM) untuk PLTA skala kecil: !!" = 12000 ∗ !"/! !.!
!.!"
£, 2008
Biaya turbin kaplan untuk laju aliran antara 0,5 m3/s hingga 5,0 m3 / s biaya turbin dapat dinyatakan sebagai berikut: !!! = 15000 ∗ ! ∗ ! !.!" £, 2008 Untuk tingkat aliran lebih tinggi, antara 5,0 m3/s hingga 30 m3/s, biaya turbin Kaplan dapat diperkirakan dengan menggunakan rumus berikut: !!! = 46000 ∗ ! ∗ ! !.!" £, 2008 Sebagian besar perkiraan terletak dalam rentang 25% dari nilai yang ada. Perhitungan energi dilakukan dengan menerapkan rumus energi yang menyatakan bahwa energi yang dihasilkan merupakan penjumlahan dari hasil perkalian daya dengan waktu. Energi andalan (firm energy) : Ef = Pf tX f (kWh) Pf = Daya turbin t = waktu, dalam jam/tahun = 8760 jam Xf =Probabilitas aliran terjadi sepanjang tahun.
pengendalian banjir sungai serayu dimana tinggi muka air aliran dapat diatur dengan membuka atau menutup pintu air yang ada di bendung gerak serayu. DISAIN DASAR KOMPONEN PLTM Untuk beberapa variasi debit sungai serayu dari 5m3/s hingga 150m3/s dapat dtentukan head dan daya yang dibangkitkan melalui persamaan yang ada sehinga penentuan biaya pengadaan turbin dapat ditentukan Tabel Variasi Daya 4&1567/3 = C@ I@ 6@ =@ E@ C@@ C=@
Berdasarkan tabel variasi daya dapat ditentukan harga dari masing masing turbin.
LOKASI STUDI Bendung gerak serayu terletak di sebelah selatan kota Purwokerto tepatnya di Kecamatan Rawalo. Bendungan Gerak Serayu adalah bendungan dengan memanfaatkan debit air sungai Serayu untuk pengairan sawah beririgasi. Terdapat dua intake irigasi yaitu intake irigasi sampang dan intake irigasi pompa kebasen. Pembangunan Bendung gerak serayu dimulai pada tahun 1993 dan diresmikan bulan November 1996. Kota terdekat dari bendung gerak serayu adalah Purwokerto dan Purbalingga. Bendung gerak serayu juga dimanfaatkan untuk pengendalian aliran sungai dan
!,5(%LM+%"&0()*+% !"#$"%&'()*+%,&-./0&123 !"#$"%&'()*+%,&-. 8&153 9":"&'()*+%&1;<3 *,0J,,%&=?@567/&B&6@567/ &&&&&&&&&&&&& >?6> @?A B B &&&&&&&&&&&&& E?H@ @?H C6HACD?E=A6 F#IG66DG@ &&&&&&&&&&&&& E?@@ C?6 CH@CIC?H=C F#IGE>IG@ &&&&&&&&&&&&& H?D@ C?E C>I=IC?6ACA F#6GIHIGE &&&&&&&&&&&&& H?@E I?E IIADD6?IDEA F#6GEC>GI &&&&&&&&&&&&& D?DC A?I I=E=A@?6@6I F#AG6>=GC &&&&&&&&&&&&& D?6> =?@ IHDI@@?AC=D F#AGD>=GA &&&&&&&&&&&&& =?>E H?@ 6CC@ED?ED6> F#=GIEEGA
!"#"$)*$&+,"-$./0123$ !"#,&'''&'''&'''!! !"#+&'''&'''&'''!! !"#*&'''&'''&'''!! !"#)&'''&'''&'''!! !"#(&'''&'''&'''!! !"#%&'''&'''&'''!! !"#$!! '-'!
%-'!
(-'!
)-'!
*-'!
+-'!
,-'!
.-'!
/-'!
!"#"$%&'($
Kurva Daya vs Modal PLTM Bendung Gerak Serayu Pentuan harga turbin sangat berpengaruh terhadap pemilihan kombinasi turbin untuk sekma PLTM. Daya yang makin besar berarti biaya turbin yang makin besar pula namun hubungan anatra kedua variabel ini tidak berupa garis linear sehingga diperlukan analisi harga untuk menetapkan suatu titik optimasi.
Pemilihan jumlah turbin dan kapasitasnya ditentukan dari analisi biaya yang dikeluarkan untuk pembelian turbin. Tabel Harga Turbin untuk PLTM Bendung Gerak Serayu !"
?
<
8
D
B
#"$%&'()&*+,-%&'./01 2"+(3*4(5(*./01 2"+(3*67%&+*.$89)1 /"4(3*2,-%&' <=> :;?@A?B8A<88ACBD <=> <=> B=E ?8=D
:;??< <=> C=E ?<=@ :;?BA88@AEFBAF?8 ?=> D=< D=< ??=F <<E D=< :;?8AC>BAFFFA<>D B=E B=E ?D=< <>E D=< :;?8AD>BACCCA8C< D=< B=E ?8=8 <@E
-(+&"*:;*;7-*/0 :;?A<EFAB>EAB
:;?AE
:;?AEEA?D@
:;FC
:;?AE?
Selain penentuan kombinasi turbin yang terbaik dari segi biaya, penentuan konfigurasi pengoprasionalan turbin juga penting terkait dengan energi tahunan yang dapat dihasilkan oleh skema PLTM. !"#$%&'()*%+",()*%"#)-+. /0)1 2'(3%# 103%2 4("3 98: 8;<* = +++++@A@ ++++++++. +++++BCAC B.= +++++FAB ++++++++G +++.CCAC @F= +++++FAD ++++++++; +++.CCAC DF=
1)5) !>
603%2+7'8'-)2%$ 8;<* ++++++++++++++++++++++ BC ++++++++++++++++++++ .BC ++++++++++++++++++++ GBC
2/("'&/+,'2 2"2)?>/<5( ?>/<5( ++++++++++++ GHAFD +++++IGA.H ++++++++++++ GFAHI ++++++++++++ .@A@H
!"#$%&'()*%+",()*%"#)-+G /0)1 2'(3%# 103%2 4("3 98: 8;<* = +++++@AD ++++++++. +++.CCAC BC= +++++FAB ++++++++G +++++BCAC @F= +++++FAD ++++++++; +++.CCAC DF=
1)5) !>
603%2+7'8'-)2%$ 8;<* ++++++++++++++++++++ .CC ++++++++++++++++++++ .BC ++++++++++++++++++++ GBC
2/("'&/+,'2 2"2)?>/<5( ?>/<5( ++++++++++++ ;DAHI +++++IGAD; ++++++++++++ GCAII ++++++++++++ .@A@H
!"#$%&'()*%+",()*%"#)-+; /0)1 2'(3%# 103%2 4("3 98: 8;<* = +++++@AD ++++++++. +++.CCAC BC= +++++FAI ++++++++G +++.CCAC @.= +++++FAD ++++++++; +++++BCAC DF=
1)5) !>
603%2+7'8'-)2%$ 8;<* ++++++++++++++++++++ .CC ++++++++++++++++++++ GCC ++++++++++++++++++++ GBC
2/("'&/+,'2 2"2)?>/<5( ?>/<5( ++++++++++++ ;DAHI +++++IGAGH ++++++++++++ G;AHI ++++++++++++ .;A;F
Konfigurasi turbin terbaik adalah yang dapat menghasilkan total energi tahunan paling besar. Disain Saluran Pengalih Melihat dari kondisi tempat pembangunan PLTM maka ditetapkan bahwa Tipe PLTM yang digunakan adalah dengan
mengalihkan aliran sungai dengan pembangunan channel dan tailrace. Jenis perkerasan yang akan digunakan pada saluran adalah perkerasan dengan susunan batu kali. Tebal rencana perkerasan adalah 50cm di setiap sisinya. Disamping itu untuk menghindari tumbuhnya vegatasi di sepanjang saluran maka ditetapkan kecepatan minimum untuk aliran yaitu minimum sebesar 1,0m/s Acuan elevasi saluran mengikuti elevasi dari bendung gerak serayu dengan titik nol adalah dasar sungai serayu. rumus dasar yang digunakan untuk disain adalah rumus manning 1 ! = !!/! ! !/! ! Disain Powerhouse Untuk disain powerhouse sangat tergantung dari konfigurasi pemasangan turbin yang direncanakan. Ada beberapa variabel yang berpengaruh dalam pemilihan jenis turbin yaitu head dan debit rencana. Diketahui elevasi dasar di bagian intake adalah 10m dan elevasi dibagian tailrace adalah 5m dengan head rata rata sebesar 6,0 m. Debit yang mengalir ke powerhouse cendeung besar dan flutuasi perubahan ketinggian air baik dibagian hulu maupun hilir powerhouse tidak terlalu besar, maksimal perubahan tinggi muka air adalah sebesar 1m. Konfigurasi pemasangan turbin yang dianggap paling baik adalah dengan turbin Kaplan tipe Vertikal aksis dengan pemasangan casing spiral untuk menstabilkan aliran yang akan masuk ke runner turbin.
ANALISIS KELAYAKAN FINANSIAL Disini pada perencanaan PLTM ditetapkan suatu biaya tak terduga atau Contingency sebesar 2,5%. Disamping itu biaya untuk disainer teknis juga ditapkan sebesar 2% dan biaya administrasi sebesar 2,5%. Tabel Biaya Pengembangan PLTM Bendung Gerak Serayu No 1 2
Keterangan Pekerjaan Persiapan Pekerjaan Utama
!"#$%&'(%)*%'+)",-%&. ()**********!"#$%"&''"'''
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
Saluran Penghantar / Waterway ()********!%"+$!",'$"!&! Inspection Road & side ditch, 200m ()*************!%-"$-'"''' Gedung Pembangkit / Power House dan Tailrace &()******** Bangunan $."#.."%.$"... Penunjang Generating equipments ()********&,"'-,"$&#"''! Jaringan Transmisi 20 Kv - 10 Km ()*************%!'"'''"'''
A B C D E F G H I
Amount of Cost ( Rp ) Biaya Operasi dan Perawatan (3% x A) Engineering Service Fee ( 2% x A ) Administration Fee ( 2.5% x A ) Biaya Retribusi Air (Rp. 100/kWh) Basic Cost Contingency ( 2.5% x E ) Amount ( E + F ) Amount of Construction Cost
()******$',"#%!"+,."!&+ ()*****+"!#'"$%$"#%%/&, ()**********!"$%+"--%"%,& ()**********!"%$#",'."%+$ ()*****%"!-+"'''"'''/'' ()******$!'",'&"#-#"%#. ()**********+"'!'"$-$"$#. ()******$!+",!&"%,%".+, ()******$!+",!&"%,%".+,
Biaya / Kw (Dolar)
0*********************** .'&/$#
Disini didapat nilai jumlah biaya pengembangan PLTM lebih murah dari perkiraan karena dalam bagian pekerjaan sipil tidak dimasukkan biaya pembuatan bendung, dikarenakan pengembangan PLTM ini memanfaatkan bendung yang telah ada di lokasi. Pada proyek umumnya biaya pembangunan bendung dapat menjadi salah satu faktor utama dalam penentuan biaya total proyek. Selain itu nilai pajak untuk proyek ini juga tidak diperhitungkan dalam analisis ekonomi. Harga Jual Listrik Penting untuk memiliki kerangka peraturan yang mengharuskan pemerintah untuk membeli listrik dari pembangkit listrik tenaga air pada harga yang wajar, atau membeli pembangkit listrik pada nilai yang sesuai dengan perimbangan depresiasi dan inflasi. Hal ini diperlukan
untuk melindungi pemerintah dan pengusaha dari permainan penjualan harga listrik yang dapat terjadi. Pemerintah memiliki kewajiban untuk turut mengembangkan sumber energi bersih terbarukan di Indonesia. Berdasarkan peraturan Permen ESDM no 4 tahun 2012 maka ditetapkan harga jual listrik dari skema PLTM ini adalah sebesar Rp.1.004 /kWh. Retribusi Biaya Air Disamping biaya untuk pengoprasikan dan perawatan PLTM diperkirakan terdapat biaya tambahan lainnya untuk pengembangan PLTM ini. Terdapat biaya retribusi untuk pengalihan debit sungai serayu yang harus dibayarkan ke pemerintah. Disini biaya retribusi tersebut diperkirakan sebesar Rp100/kWh. Analisi Finansial Untuk skema PLTM ini telah ditetapkan bahwa harga jual listrik adalah sebesar Rp 1.004/kWh sedangkan energi yang dapat dibangkitkan dari skema PLTM adalah sebesar 72,43 GWh/tahun. Sehingga tiap tahunnya keuntungan yang bisa didapatkan dari penjualan listrik adalah 72,7 milyar rupiah. Umur guna dari PLTM ditetapkan selama 30 tahun. Dengan masa konstruksi selama tiga tahun, sehingga listrik baru dapat dihasilkan oleh PLTM pada tahun ke tiga. Selain itu setiap tahunnya terdapat biaya perawatan PLTM sebesar 3,2 milyar rupiah dengan peningkatan biaya 10% setiap sepuluh tahun. Dan biaya retribusi air sebesar 7,2 milyar.
Perkiraan total modal yang diperlukan untuk pengembangan PLTM adalah sebesar 123,8 milyar rupiah.
!"#$%&'()*+,$
")#$%$$$%$$$%$$$'' ")$$%$$$%$$$%$$$'' "(#$%$$$%$$$%$$$''
!"#$%#&'()*+*,#&'
"($$%$$$%$$$%$$$'' "#$%$$$%$$$%$$$'' &#$
"$'' $*'
($*'
)$*'
+$*'
!"#$%$$$%$$$%$$$&'
,$*'
#$*'
-$*'
!"#$
-&&$%.,$ !%#$
Berdasarkan hasil perhitungan alur keuangan PLTM selama 30 tahun didapat nilai Internal Rate of Return sebesar 54,6%. 1!2!%+3!
()*)+,--.$/0102$ 32)*456)*-.0*-2$ 7+-.86080$
Kurva NPV vs IRR
1!2!&'3!
&'#$
908-0.$3.:0.))+0.:$;22$
Kurfa Distribusi Biaya PLTM Bendung Gerak Serayu Biaya per KW untuk pengembangan PLTM adalah sebesar $905
1!2!+'3!
!"#%&'(''!!
!"#$%&''(')*$+,-')./$
!"#%''(''!!
!"#&'(''!!
!"#*!!!! '!
%!
+!
,!
-!
&!
.!
/!
0!
!"#$&'('')!
!"#$%''('')!
!"#$%&'('')!
0$%1).,0/$
Kurva NPV vs Tahun
KESIMPULAN Berdasarkan hasil studi pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro pada Bendung Gerak Sungai Serayu dapat dismpulkan bahwa: PLTM didisain untuk umur guna 30 tahun dengan perkiraan masa konstruksi selama 3 tahun. Selanjutnya energi listrik yang dihasilkan selama oprasional PLTM akan dijual ke Perusahaan Listrik Negara (PLN) Secara finansial pengembangan PLTM sangat menguntungkan, hal ini terlihat dari nilai internal rate of return yang sangat tinggi yaitu sebesar 54.6% dan waktu balik modal 4 hingga 8 tahun.
Energi potensial yang dapat dibangkitkan dari pengembangan PLTM adalah sebesar 14 MW dengan menggunakan 3 buah turbin kapasitas 4MW, 5MW, 5MW, dengan konfigurasi pemasangan turbin kaplan tipe vertikal aksis. Selanjutnya diperkirakan energi tahunan yang dapat dihasilkan PLTM sebesar 72,43 GWh/tahun. Rentang debit sungai serayu yang dimanfatkan untuk PLTM ini adalah mulai dari 100m3/s hingga 280m3/s dengan perkiraan probabilitas antara 45% hingga 80% terjadi. Dari aspek lingkungan diperkirakan dengan adanya pembangunan PLTM ini tidak akan terlalu mempengaruhi lingkungan sekitar. Disainer tidak memerlukan perencanaan mitigasi untuk daerah sekitar, melihat dari lahan yang akan digunakan sebagai tempat PLTM adalah tanah kosong. Namun hal yang harus diperhatikan adalah pengaruh pengalihan aliran sungai terhadap binatang binatang yang hidup dialiran sungai.
REFERENSI Aggidis, G.A; dkk. The costs of smallscale hydro power production: Impact on the development of existing potential, Lanchester Univercity, England, 2010 Chow, V.T, Open-Channel Hydraulics, McGraw-Hill Kogakusha, 1959. Davis, Scott, Micro Hydro Clean Power From Water, New Society Publishers, 2003. Hatch Energy, Low head hydro Market Assesment Main report, Natural resource canada. Jorde, Klaus; Hartmann, Ekart, Good and Bad of Micro Hydro Power, The ASEAN Center of Energy ( ACE), Jakarta, 2009. Jiangdong, Tong; dkk. Mini Hydropower, John Wiley dan Sons Ltd, England, 1997. Khennas, Smail; Barnett, Andrew, Best Practices for Sustainable Development of Micro Hydro Power in Developing Countries, The Schumacher Center for Thecnology and Development, United Kingdom, 2000. Mariana, Mery, Analisis Alternatif Skema PLTM dan Desain Rinci PLTM Pekatan-Lombok Nusa Tenggara Barat, Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung, 2008. Razan,
Jahidul Islam; dkk, A Comprehensive Study of Micro Hydro Power Plant and Its Potential in Bangladesh, Research Article, Department of Electrical and Electronic Engineering Islamic University of Technology, Bangladesh, 2011.
