PEMANFAATAN KEHILANGAN ENERGI PADA BANGUNAN TERJUN SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO
(studi kasus bangunan terjun (BT2 – BT4) pada saluran primer Padi Pomahan, D.I Padi Pomahan, Desa Padi, Kecamatan Gondang, Kabupaten Mojokerto) GALIH EKO PUTRA 3107 100 104 Dosen Pembimbing Ir. Abdullah Hidayat SA, MT JURUSAN TEKNIK SIPIL Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011
LATAR BELAKANG Kehilangan energi pada bangunan terjun Potensi yang belum termanfaatkan Debit yang terus mengalir dan beda ketinggian dapat dijadikan PLTMH Saluran primer Padi Pomahan memiliki 3 bangunan terjun dengan beda ketinggian ± 6 meter dan debit yang terus mengalir sepanjang tahun Berpotensi untuk dijadikan PLTMH
2
LOKASI STUDI
BT4 BT3 BT2
3
LOKASI D.I. PADI POMAHAN
4
RUMUSAN MASALAH
1. 2. 3. 4.
Berapa besar debit andalan yang dapat direncanakan? Berapa besar ketinggian (head) yang dapat dimanfaatkan? Berapa besar angkutan sedimen yang diperbolehkan? Bagaimana desain bangunan pembangkit yang sesuai untuk PLTMH tersebut ? 5. Berapa besar daya listrik yang dapat dihasilkan dari PLTMH tersebut ? 6. Bagaimana analisa ekonomi dari pembangunan PLTMH tersebut ?
5
TUJUAN 1.Dapat diketahui besar debit andalan yang dapat digunakan 2.Dapat diketahui besar ketinggian (head) yang dapat dimanfaatkan 3.Dapat diketahui besarnya angkutan sedimen yang diperbolehkan 4.Dapat menentukan desain yang sesuai di lokasi tersebut 5.Mengetahui besarnya daya listrik yang dihasilkan dari PLTMH tersebut 6.Dapat diketahui kelayakan dan manfaat yang didapat secara ekonomi
6
BATASAN MASALAH
1. Masalah kerusakan yang akan mempengaruhi debit tidak dibahas 2. Tidak dilakukan perhitungan secara detail pada konstruksi sipil 3. Tidak dilakukan perhitungan secara detail pada perangkat pembangkit 4. Perhitungan bangunan pembangkit hanya menghitung satu bangunan saja 5. Tidak merencanakan pendistribusian listrik
7
MANFAAT
1. Dengan pembangunan PLTMH, maka kehilangan energi pada bangunan terjun (BT 2 – BT 4) pada saluran irigasi primer Padi Pomahan dapat termanfaatkan
2.
Diharapkan hasil dari laporan ini dapat dijadikan sebagai referensi dalam mendesain PLTMH
8
METODOLOGI
NO YES
9
Meliputi : - Bangunan Intake - Saluran Pengarah (Head Race) - Bak Pengendap (Settling Basin) - Bak Penenang (Forebay) - Pipa Pesat (Penstok) - Turbin dan Generator
ANALISA DEBIT UPT PUGERAN KABUPATEN MOJOKERTO DATA DEBIT OPERASIONAL 10 HARIAN SALURAN IRIGASI PRIMER PADI POMAHAN ( liter / detik )
10
ANALISA DEBIT Data – data debit 10 harian selama 10 tahun diolah dengan perumusan California dan didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel 4.1. Rekapitulasi data debit dalam 10 tahun Interval (m3/dt)
11
Nilai Tengah
Frekuensi
Frekuensi Komulatif
Probabilitas (%)
4,332
-
3,882
4,102
6
6
1,667
3,881
-
3,441
3,661
11
17
4,722
3,440
-
3,000
3,220
22
39
10,833
2,999
-
2,559
2,779
39
78
21,667
2,558
-
2,118
2,338
39
117
32,500
2,117
-
1,677
1,897
43
160
44,444
1,676
-
1,236
1,456
52
212
58,889
1,235
-
0,795
1,015
82
294
81,667
0,794
-
0,354
0,574
66
360
100,000
ANALISA DEBIT Selanjutnya dari tabel tersebut dibuat grafik Duration Curve untuk mencari debit andalan yang dapat dihasilkan
Duration Curve 4.5 4
Debit (m3/dt)
3.5
3 2.5 2 1.5 1,05 1 0.5
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Probabilitas (%)
12
Dari grafik Duration Curve di atas debit andalan diambil 80% sehingga debit yang didapat sebesar 1,05 m3 / dt
90
100
ANALISA BEDA KETINGGIAN BT 2 Tinggi jatuh efektif didapat dengan
memperhitungkan kehilangan energi. Dalam perencanaan awal akan diambil kehilangan energi sebesar 10% dari tinggi bruto. H bruto = elevasi upstream BT2 – elevasi downstream BT4 = (+297,52) – (+291,21) = 6,31 m
BT 4
H losses = 10% x H bruto = 10% x 6,31 = 0,631 m H eff = H bruto – H losses = 6,31 – 0,631 = 5,679 m
13
DAYA YANG DIHASILKAN Dari data debit andalan dan tinggi jatuh efektif, akan didapat daya yang dihasilkan P = 9,81 x Q andalan x H eff = 9,81 x 1,05 x 5,679 P = 58,497 kW
14
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan muka air Existing : Lebar dasar saluran (B) Kemiringan dasar saluran (S) Koefisien manning
= 6 meter = 0,000367 = 0,02
Dengan saluran berpenampang persegi empat, maka digunakan rumus : A=bxh v = (1/n) x (R^2/3) x (S^1/2) P = b + 2h Q=vxA R=A/P
Dari data existing, dapat dihitung tinggi muka air saat debit rencana yaitu sebesar debit andalan dengan membuat Rating Curve hubungan antara h dan Q
15
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan muka air
Tabel 4.2 hubungan h dan Q
h (m) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
16
A (m2) 0 0,6 1,2 1,8 2,4 3
P (m)
R (m)
6 6,2 6,4 6,6 6,8 7
0 0,097 0,188 0,273 0,353 0,429
Q v (m/dt) (m3/dt) 0,00 0,000 0,21 0,126 0,33 0,393 0,42 0,757 0,50 1,199 0,57 1,705
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan muka air
Rating Curve 0,7
0,6
0,5
h (m )
0,4
0,37 0,3
0,2
0,1
0
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,05
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
2,20
Q ( m3/dt )
17
Dari Rating Curve didapatkan tinggi muka air saat debit andalan yaitu 0,37 meter
2,40
2,60
2,80
3,00
3,20
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Bangunan pengatur tinggi muka air
Digunakan skot balok untuk mengatur tinggi muka air. Skot balok dipasang melintang pada saluran existing dan berada di depan pintu intake setinggi 0,37 meter.
Ukuran skot balok disesuaikan dengan yang ada di pasaran, maka digunakan balok dari kayu jati dengan ukuran 10cm x 20cm. Penampang melintang skot balok
18
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan saluran pengarah Mengarahkan air dari saluran existing menuju bak pengendap. Saluran pengarah direncanakan saluran terbuka berbentuk persegi empat yang mengalirakan debit sebesar debit andalan yaitu 1,05 m3 / dt Tabel 4.3 Data teknis saluran pengarah
Penampang saluran pengarah
19
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan pintu pengambilan (intake)
Pintu pengambilan berada di hulu saluran pengarah, berfungsi untuk memasukkan debit rencana dari saluran existing.
Pintu intake direncanakan dibuka setinggi muka air pada saat debit andalan yaitu setinggi 0,37 meter.
Karena pintu selalu dibuka setinggi 0,37 meter , maka debit air maksimum yang masuk pada saluran pengarah sebesar debit andalan yaitu 1,05 m3 / dt sehingga debit yang melebihi Q andalan akan kembali ke saluran existing dan melimpah di atas skot balok.
20
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan bangunan ukur Tabel 4.4 Data teknis bangunan ukur drempel
Bangunan ukur diperlukan untuk mengukur banyaknya debit air yang akan digunakan sebagai PLTMH Bangunan ukur yang digunakan yaitu bangunan ukur tipe drempel
Bangunan ukur direncanakan dapat mengukur sampai debit minimum
21
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan bak pengendap Berfungsi untuk mengendapkan sedimen yang terkandung dalam saluran. Digunakan perumusan Welikanov untuk mencari dimensi bak pengendap. Data teknis bak pengendap
Parameter
Notasi
Nilai
Satuan
Debit rencana
Q
1,050
m3 /dt
Kecepatan dalam bak
vn
0,18
m/dt
Kecepatan kritis
vcr
0,197
m/dt
Lebar bak pengendap
B
4
m
Panjang bak pengendap
L
11
m
Tinggi air dalam bak
h
1,46
m
Volume bak pengendap
V
64
m3
Kemiringan dasar
in
0,0000092
-
koefisien manning
n
0,015
-
Konstruksi
22
Saluran persegi dengan pasangan beton
Penampang bak pengendap
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan kantong pasir
Berfungsi untuk menampung sedimen yang mengendap dan yang akan Digelontorkan. Data teknis kantong pasir
Parameter
Notasi
Nilai
Satuan
Lebar kantong pasir
bs
3
m
Panjang kantong pasir
L
11
m
Tinggi kantong pasir
hs
0,175
m
Luas permukaan
As
0,525
m2
Kemiringan dasar
is
0,0027
-
koefisien manning
n
0,015
-
Konstruksi
Saluran persegi dengan pasangan beton
Penampang kantong pasir
23
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan kantong pasir
Hasil analisa suspended Load
Volume kantong pasir = 33,49 m3 Waktu pengurasan = Vol kantong pasir / Vol sedimen = 33, 49 / 5,88 = 5,7 hari = 6 hari Dari grafik Camp diperoleh efisiensi 0,97
24
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan pipa pesat Diameter = 30 inchi = 0,762 m V = 2,302 m/dt Tebal = 8 mm Baja Fe 360 Tegangan leleh = 240 Mpa = 24x106 kg/m2 Tegangan dasar= 160 Mpa = 16x106 kg/m2
dikontrol
Tegangan yang terjadi : Perletakan Perubahan temperatur Pergeseran pipa dan perletakan Berat pipa kosong Berat pipa kosong Expantion joint Gaya tekan pada pipa sambungan
25
= 2x106 kg/m2 = 6,3x106 kg/m2 = 1,7x105 kg/m2 = 414,612 kg/m2 = 414,612 kg/m2 = 40.564,3 kg/m2 = 11.358 kg/m2
OK
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan turbin Dengan : debit andalan = 1050 liter/detik H = 5,679 meter Digunakan turbin Cross Flow T-15 500 yang dapat digunakan dengan tinggi jatuh 5 – 100 meter dan debit 300 – 2000 liter/detik
26
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan posisi pengambilan
Dari perhitungan didapat : h MOL = 1,84 meter Elevasi muka air di bak penenang : z1 (akibat pintu intake) z 2 (akibat kemiringan saluran sebelum drempel) z 3 (akibat drempel) z 4 (akibat kemiringan saluran sesudah drempel) z 5 (akibat kemiringan bak pengendap) z 6 (akibat saringan kasar)
= 0,16 meter = 0,00245 meter = 0,152 meter = 0,0013 meter = 0,0001 meter = 0,0036 meter
MA penenang = MA intake – z1- z2- z3 - z4 - z5 - z6 = +298,00 - 0,16 - 0,00245 - 0,152 - 0,0013 - 0,0001 - 0,0036 = +297,68
27
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan kehilangan energi
Maka H bruto = elevasi upstream – elevasi downstream = (+297,68) – (+291,21) = 6,47 meter
H losses = 10% x H bruto = 0,1 x 6,47 = 0,647 meter H eff = H bruto – H losses = 6,47 – 0,647 = 5,823 meter
28
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perencanaan kehilangan energi pada pipa
Kehilangan energi pada pipa : Akibat bentuk entrance Akibat gesekan sepanjang pipa Akibat belokan pipa
= 0,007 m = 0,532 m = 0,032 m
Total kehilangan energi
= 0,571 m
Nilai ini lebih kecil dari asumsi kehilangan energi sebesar 10% dari tinggi bruto sebesar 0,647 m. Sehingga perencanaan ini dapat digunakan.
29
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan energi listrik Energi listrik total yang didapat dalam satu tahun dibagi dalam tiga perhitungan. Pertama 80% berdasarkan pada Q80 dari satu tahun, sedangkan 10% direncanakan diantara Q80 dan Q90, 10% sisanya diantara Q90 dan Q100
Duration Curve 4.5 4
Debit (m3/dt)
3.5
3 2.5 2 1.5 1 0.5
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Probabilitas (%)
30
Q80 = 1,05 m3/dt
Q90 = 0,56 m3/dt
Q100 = 0,51 m3/dt
90
100
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan energi listrik Efisiensi yang digunakan : efisiensi turbin efisiensi generator efisiensi transformator Efiiensi total (ηtot)
= 0,786 = 0,95 = 0,95 = 0,789 x 0,95 x 0,95 = 0,7094
Dengan H eff = 6,47 – 0,571 = 5,899 m Daya yang dihasilkan : D80 = 9,81 x ηtot x Q80 x H eff = 9,81 x 0,7094 x 1,05 x 5,899 = 43, 105 kW D90 = 9,81 x ηtot x Q90 x H eff = 9,81 x 0,7094 x 0,56 x 5,899 = 22,989 kW D100 = 9,81 x ηtot x Q100 x H eff = 9,81 x 0,7094 x 0,51 x 5,899 = 20,937 kW
31
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan energi listrik
Energi yang diperoleh dalam satu tahun : E1 = D80 x 80% x 366 x 24 = 43,105 x 0,8 x 366 x 24 = 302.907,456 kWh E2
= (D80 + D90)/2x 10% x 366 x 24 = (43,105 + 22,989)/2x 0,1 x 366 x 24 = 29.028,485 kWh
E2
= (D90 + D100)/2x 10% x 366 x 24 = (22,989 + 20,937)/2 x 0,1 x 366 x 24 = 19.292,299 kWh
Jadi energi keseluruhan yang diperoleh : Etotal = E1 + E2 + E3 = 302.907,456 + 29.028,485 + 19.292,299 = 351.228 kwH
32
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan ekonomi
Investasi awal dari pinjaman di bank dengan suku bunga 10% dan masa pengembalian selama 10 tahun. Sehingga Capital Recovery Factor (CRF) = 0,16275 Besarnya biaya pengemabalian tiap tahun = CRF x Rp.661.650.000,00 = Rp.107.683.537,50
33
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan ekonomi
Berdasarkan Peraturan ESDM tahun 2010 Tarif dasar listrik untuk RT dengan batas daya 1300 VA sebesar Rp.790,00/ kWh Besar nominal yang didapat dari PLTMH = Rp.790,00 x 351.228,24 = Rp. 227.470.309,60 /tahun
34
PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT Perhitungan ekonomi Neraca cash flow Ta hun ke
0
Inves ta s i
-661.650.000,00
Pengemba l i a n
1
2
3
4
-107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50
Pengel ua ra n OP
-48.000.000,00
-48.000.000,00
-48.000.000,00
-48.000.000,00
Penda pa ta n
277.470.309,60 277.470.309,60 277.470.309,60 277.470.309,60
Tota l
-661.650.000,00 121.786.772,10 121.786.772,10 121.786.772,10 121.786.772,10
NPV
-661.650.000,00 -539.863.227,90 -418.076.455,80 -296.289.683,70 -174.502.911,60 5
6
7
8
9
10
-107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -48.000.000,00
-48.000.000,00
-48.000.000,00
-48.000.000,00
-48.000.000,00
-48.000.000,00
277.470.309,60
277.470.309,60
277.470.309,60
277.470.309,60
277.470.309,60
277.470.309,60
121.786.772,10
121.786.772,10
121.786.772,10
121.786.772,10
121.786.772,10
121.786.772,10
-52.716.139,50
69.070.632,60
190.857.404,70
312.644.176,80
434.430.948,90
556.217.721,00
Pada tahun ke-11 tidak terjadi pengembalian hutang ke bank, sehingga pengeluaran hanya perawatan dan operasioanal saja. Biaya per kWh = biaya OP / energi yang dihasilkan = Rp.48.000.000,00 / 351.228,24 = Rp. 136,66 / kWh Penghematan = Rp.790,00 – Rp.136,66 = Rp.653,34 = (Rp.653,34 / Rp.790,00) x 100 % = 82,7%
35
DENAH EXISTING
36
DENAH RENCANA
37
TERIMA KASIH
