BAB V STUDI POTENSI
5.1
PERHITUNGAN MANUAL Dari data-data yang diperoleh, dapat dihitung potensi listrik yang dapat
dihasilkan di sepanjang Sungai Citarik. Dengan persamaan berikut [23]: P=ρxQxgxhxη Dimana ; ρ
: massa jenis air 996,95 kg/m3 ( pada suhu 250C )
Q
: debit air di setiap pos ( m3/s )
g
: percepatan gravitasi bumi ( m/s2 )
h
: ketinggian efektif yang diperoleh ( m )
η
: efisiensi turbin = 0,9
maka daya listrik yang dapat dihasilkan ialah : Pos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
ρ ( kg/m³ ) 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95 996,95
Q ( m³/s ) 4,404 4,417 4,577 4,724 4,804 4,831 4,938 5,138 5,178 5,218 5,458 5,472 5,498
g ( m/s² ) 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8
60
h(m) 27,532 17,688 22,648 7,668 10,719 22,586 17,615 17,672 4,682 5,705 7,700 7,684 7,669
Η 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
P ( kW ) 1066,15 687,03 911,58 318,53 452,82 959,45 764,79 798,38 213,16 261,77 369,56 369,68 370,77
14 996,95 6,539 9,8 12,672 0,9 728,63 15 996,95 6,606 9,8 12,653 0,9 734,96 16 996,95 6,753 9,8 7,684 0,9 456,27 17 996,95 6,819 9,8 13,588 0,9 814,81 18 996,95 6,833 9,8 8,694 0,9 522,38 19 996,95 7,113 9,8 21,634 0,9 1353,11 20 996,95 7,273 9,8 12,575 0,9 804,24 21 996,95 7,300 9,8 7,677 0,9 492,75 22 996,95 7,407 9,8 20,630 0,9 1343,60 23 996,95 7,487 9,8 8,670 0,9 570,79 Total daya listrik yang dihasilkan 15365,22 Tabel 5.1: Daya Listrik Setiap Pembangkit dengan Perhitungan Manual Menurut hasil perhitungan di atas, dengan sistem pembangkit kaskade di sepanjang Sungai Citarik dapat menghasilkan daya listrik sebesar 15,365 MW. Hasil potensi daya listrik termasuk besar dan dapat mengaliri listrik sebuah kota.
5.2
SIMULASI TURBINPRO Turbinpro merupakan salah satu software yang dapat digunakan untuk
menghitung daya listrik dan energi tahunan yang dapat dihasilkan oleh suatu pembangkit. Untuk memperoleh daya listrik yang dapat dihasilkan ada beberapa data yang perlu diisi. Sebelum memasukkan data, terlebih dahulu dilakukan pemilihan jenis turbin. Dari grafik pemilihan jenis turbin di bawah, dapat ditentukan turbin yang dapat digunakan sesuai dengan kombinasi ketinggian dan debit air yang ada.Pada studi ini turbin yang digunakan ialah : 1. Turbin Propeler ( ketinggian 3 – 20 m )
: Pembangkit 2, 4, 5, 7, 8, 9,
10, 11, 12,13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 23 2. Turbin Francis ( ketinggian > 20 m )
61
: Pembangkit 1, 3, 6, 19, 22
Gambar 5.1: Grafik Pemilihan Jenis Turbin [23]
5.2.1
Pemasukan Data
5.2.1.1 Pembangkit dengan Turbin Propeller (Pembangkit 2, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12,13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 23 ) Data-data yang dimasukkan ke dalam turbinpro ialah : Data Masukan Pembangkit dengan Turbin Propeller Rate Discharge
Q di setiap pos pembangkit
Net Head
Hef di setiap pos pembangkit
Site Gross Head
H tiap pos sesuai Google Earth
Site Elevation
Elevasi turbin tiap pos
Water Temperatur
25 oC
Desired Settling to tailwater
1 meter
Efficiency priority at Max Output
8
Ratio of Rate Head to Best Eff Head
0,8
Sistem Frequency
50 Hz
Minimum Net Head
(Hef – 1) di setiap pembangkit
62
Tabel 5.2: Data Masukan Turbin Propeller
Efficiency priority menentukan tempat terjadinya debit rata-rata pada daerah kerja turbin. Dengan memilih angka 8, debit rata-rata pada solusi turbin akan terjadi dekat dengan titik efisiensi maksimum head efektif rata-rata.
5.2.1.2 Pembangkit dengan Turbin Francis ( Pembangkit 1, 3, 6, 19, 22 ) Data-data yang dimasukkan ke dalam turbinpro ialah : Data Masukan Pembangkit dengan Turbin Francis Rate Discharge
Q di setiap pos pembangkit
Net Head
Hef di setiap pos pembangkit
Site Gross Head
H tiap pos sesuai Google Earth
Site Elevation
Elevasi turbin tiap pos
Water Temperatur
25 oC
Desired Settling to tailwater
1 meter
Efficiency priority at Max Output
8
Sistem Frequency
50 Hz
Minimum Net Head
(Hef – 1) di setiap pembangkit
Maximum Net Head
(Hef + 1) di setiap pembangkit
Tabel 5.3: Data Masukan Turbin Francis
5.2.2
Pemilihan Ukuran dan Kecepatan Turbin Setelah memasukkan data, terdapat beberapa pilihan ukuran dan kecepatan
turbin. Salah satu tampilan pemilihan ukuran dan kecepatan turbin salah satu pembangkit :
63
Gambar 5.2; Pemilihan Ukuran dan Kecepatan Turbin pada Pembangkit 6 Dari gambar pemilihan ukuran dan kecepatan turbin di atas, dapat dipilih turbin yang akan dipakai. Pada studi ini, solusi yang dipilih ialah solusi nomor 1 (satu) yaitu diameter turbin 838 mm dan kecepatan spesifik 312 Ns. Diameter tersebut merupakan diameter terkecil sehingga memerlukan biaya yang lebih kecil dan desain yang lebih mudah, sedangkan kecepatan spesifiknya merupakan kecepatan spesifik yang paling besar sehingga lebih mudah untuk mengubah kecepatan turbin ke kecepatan generator. Begitu juga dengan pos pembangkit lain. Pada studi ini solusi yang dipilih adalah solusi nomor 1 ( satu ) pada semua pos pembangkit dengan solusi ukuran diameter terkecil dan kecepatan spesifik paling tinggi. Pada tampilan di atas juga terdapat daya keluaran yang dihasilkan turbin. Daya listrik tersebut belum memperhitungkan konstruksi turbin baik tipe intake dan draft tube.
5.2.3
Konfigurasi Turbin
5.2.3.1 Pembangkit dengan Turbin Propeller (Pembangkit 2, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12,13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 21, 23 ) Adapun
konfigurasi
turbin
untuk
menggunakan turbin propeller sebagai berikut: 64
pembangkit-pembangkit
yang
Gambar 5.3: Pemilihan Konfigurasi Turbin Propeller Pada studi ini, turbin yang digunakan untuk pembangkit-pembangkit yang menggunakan turbin propeller ialah tipe radial vertical axis dengan tipe intake
spiral case. Tipe ini memiliki efisiensi yang lebih baik, lebih mudah dalam perawatan generator dan turbin. Untuk pengaturan air ke dalam turbin menggunakan tipe adjustable
gate/fixed blade. Tipe ini memiliki pengoperasian dan perawatan yang lebih mudah dan biaya yang lebih murah dibandingkan dengan tipe kaplan.
Gambar 5.4: Tipe Vertical Axis dengan Tipe Intake Spiral Case
5.2.3.2 Pembangkit dengan Turbin Francis ( Pembangkit 1, 3, 6, 19, 22 ) Konfigurasi turbin untuk pembangkit-pembangkit yang menggunakan turbin
francis sebagai berikut:
65
Gambar 5.5: Pemilihan Konfigurasi Turbin Francis Tipe turbin yang digunakan untuk pembangkit-pembangkit yang menggunakan turbin francis ialah tipe horisontal dan tipe draft tube elbow. Tipe ini lebih mudah dalam pengoperasian dan perawatan dan bentuk power house yang sederhana dibandingkan tipe vertikal,
5.2.4
Perhitungan Potensi Daya Lisrtik Setelah memasukkan data ke dalam turbinpro dan melakukan pemilihan
jenis turbin dan konfigurasinya, turbinpro akan menampilkan hasil seperti gambar di bawah ( solusi untuk pos pembangkit 1 ). Dari solusi ini dapat dilihat potensi daya listrik yang dapat dihasilkan oleh pembangkit-pembangkit yang diteliti di sepanjang Sungai Citarik.
66
Gambar 5.6: Solusi Pos Pembangkit 1 Berikut data potensi daya listrik yang diperoleh melalui simulasi: Pos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Q h(m) P (Qrat2) 4,404 27,532 1092 4,417 17,688 705 4,577 22,648 941 4,724 7,668 325 4,804 10,719 461 4,831 22,586 981 4,938 17,615 777 5,138 17,672 814 5,178 4,682 221 5,218 5,705 267 5,458 7,700 381 5,472 7,684 378 5,498 7,669 379 6,539 12,672 742 6,606 12,653 754 6,753 7,684 471 6,819 13,588 834 6,833 8,694 531 7,113 21,634 1390 7,273 12,575 828 7,300 7,677 505 7,407 20,630 1386 7,487 8,670 585 Total 15748 Tabel 5.4: Potensi Daya Listrik Hasil Simulasi
67
Pada tabel dapat dilihat potensi daya listrik yang dihasilkan pada saat debit air rata-rata. Hasil daya yang diperoleh melalui simulasi tidak terlalu jauh berbeda dengan hasil perhitungan manual. Setelah melakukan analisis potensi ini, dapat dilihat dengan melakukan pembangkitan secara kaskade di sepanjang Sungai Citarik, sungai ini dapat menghasilkan daya listrik sebesar 15,748 MW. Selain memperoleh daya yang dapat dihasilkan saat debit rata-rata, turbinpro juga memaparkan beberapa solusi untuk turbin yang didesain, berupa: •
Efisiensi terbaik pada head efektif. Pada pembangkit 1 ( satu ), efisiensi terbaik terjadi pada debit 4,23 m3/s dengan efisiensi 92,6% dan daya keluaran 1056 kW
•
σ (koefisien kavitasi) allowable menggambarkan keadaan yang membatasi
luaran yang berpotensi menyebabkan terjadinya kavitasi. Hal ini berguna untuk memilih solusi turbin agar dapat menghindari solusi desain yang berpotensi kavitasi. Pada pembangkit 1 nilai σ allowable 0,267. •
σ plant merupakan keadaan yang terjadi pada saat beroperasi sesuai dengan data masukan turbin. Pada pembangkit 1 nilai σ plant 0,310. Nilai σ dipengaruhi oleh elevasi lokasi PLTMH, ketinggian turbin dari tailwater dan data head saluran luaran turbin
•
Kecepatan putaran turbin saat beban nol pada saat head efektif maksimum.Nilai ini berguna untuk mengetahui rating overspeed turbin dalam pemilihan generator. Pada pembangkit 1 nilai putaran maksimum saat beban nol ialah 1206 rpm.
•
Jumlah debit air mengalir saat pintu (gate) tebuka penuh pada ketinggian efektif rata-rata. Pada pembangkit 1 nilai debit air maksimum yang keluar saat pintu air dibuka total ialah 4,5 m3.
•
Maksimum performa keluaran turbin pada head terendah dan tertinggi.
•
Kecepatan spesifik saat efisiensi maksimum dan keluaran daya 100% pada
head efektif rata-rata. Pada pembangkit 1 kecepatan spesifik saat efisiensi maksimum ialah 309,7 dan saat keluaran 100% ialah 314,8.
68
Berikut beberapa solusi turbinpro pada pembangkit-pembangkit yang diteliti :
Pos
Ef maks
P Efmaks
Koefisien Kavitasi ( σ)
v no load
Q full open
( kW ) (m) ( m3/s ) Allowable Plant 1 92,6 1056 0,267 0,31 1206 4,5 2 92,5 682 0,292 0,483 1261 10,6 3 92,6 910 0,262 0,379 1013 4,6 4 92,2 315 0,848 1,116 1200 11,3 5 92,2 447 0,502 0,805 1137 11,5 6 92,7 948 0,215 0,382 842 4,1 7 92,6 752 0,327 0,492 1271 11,7 8 92,6 787 0,337 0,491 1269 12,2 9 93,1 214 1,478 2,299 1141 12,5 10 92,5 258 1,128 1,529 1101 12,5 11 92,3 368 0,757 1,133 1041 13,2 12 92,3 366 0,756 1,138 1042 13,1 13 92,3 367 0,761 1,14 1044 13,2 14 92,3 718 0,527 0,692 1131 15,6 15 92,3 729 0,537 0,694 1132 15,8 16 92,4 456 0,943 1,147 1058 16,3 17 92,6 807 0,496 0,651 1127 16,3 18 92,4 515 0,78 1,02 1035 16,3 19 92,8 1345 0,248 0,413 754 6,9 20 92,7 802 0,457 0,713 986 17,5 21 92,4 488 0,797 1,17 930 17,5 22 92,9 1339 0,226 0,437 656 6,7 23 92,4 566 0,676 1,042 912 17,9 Tabel 5.5: Beberapa Solusi Turbinpro Pembangkit-pembangkit
5.3
Kecepatan spesifik ( rpm ) Ef daya maks 100% 309,7 314,8 359,9 365,9 305,3 310,4 592,6 602,4 468 475,7 267,8 272,5 380,4 386,7 386,5 392,8 793,4 806,5 684,5 695,7 561,2 570,5 560,8 570 562,9 572,2 479,1 487 482,8 490,7 624,2 634,5 466,3 473,9 569,6 579 294,8 299,8 448,6 456 576,2 586,7 277,5 282,2 532,9 541,7
PERHITUNGAN ENERGI TAHUNAN Dengan memperoleh hasil daya listrik setiap pembangkit, dapat dihitung
energi tahunan yang dapat dihasilkan.Dengan memasukkan data distribusi debit air tiap pembangkit (lampiran 3), data ketinggian headwater dan tailwater dan koefisien head loss pada simulator Turbinpro, maka energi tahunan setiap pembangkit dapat diketahui (lampiran 6).
69
Berikut data energi tahunan yang dihasilkan setiap pembangkit berdasarkan hasil simulasi : Pos P (Qrat2) W/tahun(GWH) 1 1092 9,021 2 705 5,568 3 941 8,075 4 325 3,162 5 461 3,831 6 981 8,456 7 777 6,062 8 814 6,424 9 221 2,53 10 267 2,273 11 381 2,084 12 378 1,984 13 379 1,95 14 742 5,954 15 754 5,997 16 471 2,619 17 834 6,521 18 531 4,41 19 1390 11,948 20 828 6,536 21 505 2,709 22 1386 11,987 23 585 4,672 Total 15748 124,773 Tabel 5.6 Energi Tahunan Setiap Pembangkit Dari tabel di atas dapat dilihat energi tahunan setiap pos pembangkit. Total energi tahunan yang dihasilkan seluruh potensi pembangkit di sepanjang Sungai Citarik ialah 124,773 GWH. Nilai energi ini dapat lebih ditingkatkan dengan meningkatkan tingkat keandalan pembangkit seperti kombinasi turbin dalam satu pembangkit sehingga dapat lebih memanfaatkan debit air yang fluktuatif.
70
