REVITALISASI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) (KASUS DAERAH PACITAN) (279A)

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