STUDI KELAYAKAN PEMASANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO PADA PINTU AIR BENDUNG MLIRIP MOJOKERTO 1
Dimas Riadi Permadi1, Suwanto Marsudi2, Donny Harisuseno2. Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2 Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya e-mail:
[email protected]
ABSTRAK Pembangkit listrik tenaga mikro hidro merupakan pembangkit listrik yang bersifat clean energy, mudah diterapkan, dan cepat guna. Tujuan pembangunan PLTMH pada pintu air Mlirip adalah untuk memanfaatkan energi potensial pada debit dan mengolahnya kembali agar menghasilkan energi namun tidak mengubah fungsi dari pintu air itu sendiri. Studi ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar energi yang paling efektif bisa dibangkitkan yang didasari oleh asas ekonomi. Analisa debit rencana menggunakan data debit yang tercatat minimal 10 tahun dan menggunakan metode median-modus. Hasil dari studi ini, perencanaan menggunakan debit desain sebesar 11m3/det dengan tinggi jatuh effektif (net head) sebesar 7,9m, yang mampu menghasilkan energi sebesar 761,07 kW atau 6173,78MWh/tahun dan mampu mereduksi emisi gas karbon sekitar 4189 tCO2/tahun, perencanaan ini didapat biaya pembangunan sebesar 31,34 Milyar rupiah dengan keuntungan pertahun 6,06 Milyar rupiah, dariperhitungan didapat perameter kelayakan BCR: 1,67, NPV: 20,93, IRR: 21,57% sehingga pembangunan PLTMH layak secara ekonomi. Kata kunci: PLTMH, debit, energi, emisi, kelayakan ekonomi ABSTRACT Micro Hydro Power is a power plant. It was designed with the clean energy, easy to built, and fast in use. The water gate of micro hydro power in Mlirip aimed to utilizing the potensial energy of discharge and turn it back into a new energy but not substitute for the function of water gate. In this, the most effective energy able to generate based on economic principle. The discharge plan analysis used of discharge data with minimal recorded about 10 years and utilized median-modus method. The results of the study, the planning used design of discharge in amount of 11m3/sec and effective net head in amount of 7,9m, which is capable to deliver energy around 761,07 kW or 6172,78 MWh/year and be able to reduced carbon dioxide emission around 4189 tCO2/year. The construction planning required cost of 31.34 billion rupiah with annual benefit around 6.06 billion rupiah. The results of calculation is feasibility value of BCR: 1,67, NPV: 20,93, IRR: 21,57 %. Thus, the development of micro hydro power is feasible economically. Keywords: Micro Hydro Power, discharge, energy, emission, economic feasibility. 1. PENDAHULUAN Kebutuhan energi di dunia terus mengalami peningkatan termasuk di Indonesia. Rata – rata permintaan energi dunia mengalami peningkatan sebesar 1,6% per tahun (International Energi Agency-IEA). Sekitar 80% kebutuhan
energi tersebut dipasok dari bahan bakar fosil, utamanya BBM yang merupakan sember energi yang tak terbarukan. Peningkatan GDP dan pertambahan laju pertumbuhan penduduk menyebabkan permintaan energi dunia meningkat,
sedangkan cadangan BBM dunia semakin berkurang. Hal ini menimbulkan ketidakseimbangan permintaan dan penawaran, akibatnya harga minyak dunia berfluktuasi. Dunia pun mencari alternatif baru untuk mengatasi ketergantungan pada BBM. Pada saat ini Indonesia juga mengalami keadaan tersebut. Dalam skala besar Indonesia masih mengandalkan BBM untuk memasok kebutuhan dalam negeri sayangnya sebagian BBM masih harus diimpor. Padahal Indonesia mempunyai potensi yang besar dengan energi yang terbarukan seperti panas bumi, tenaga air, tenaga surya, tenaga angin, dan bio fuel. Pemanfaatan energi terbarukan tersebut yang berasal dari tenaga air, tenaga surya, dan tenaga angin masih terbatas. Seperti tenaga air yang bisa kita ketahui Indonesia mempunyai potensi yang cukup besar dan masih dimanfaatkan hanya 7,54% dari potensi sebesar 75,670MW. Penggunaan energi yang terbarukan lainnya belum besar kecuali tenaga air, karena biaya produksinya masih belum berkompetitif dibadingkan dengan energi konvensional lainnya. Pada umumnya harga listrik yang dihasilkan atau dibangkitkan oleh PLTS, PLTB, dan Geothermal, energi terbarukan lainnya masih mempunyai harga yang lebih tinggi daripada listrik yang dibangkitkan dengan BBM (bersubsidi) kecuali PLTA. Dengan kata lain, pembangkit tenaga air sangat cocok dilakukan pengembangan, pembangunan ini memerlukan banyak pertimbangan sehingga perlu diselidiki kemungkinan lokasi yang paling layak secara teknis maupun ekonomi. Di Kabupaten Mojokerto propinsi Jawa Timur terdapat potensi energi dari sungai brantas, bersumber pada pintu air Mlirip, sehingga muncul pemikiran untuk menganalisis kelayakan pembangunan PLTMH. Berdasarkan kajian-kajian diatas
pemanfaatan sungai akan lebih optimal apabila ketersediaan air dimanfaatkan dalam hal selain air baku. 2. PUSTAKA DAN METODOLOGI Perencanaan pembangkit listrik tenaga air A. Debit andalan Debit andalan adalah Debit andalan didefinisikan sebagai debit yang tersedia guna keperluan tertentu misalnya untuk keperluan irigasi, PLTA, air baku dan lainlain sepanjang tahun, dengan resiko kegagalan yang telah diperhitungkan (C.D. Soemarto,1987). Setelah itu baru ditetapkan frekuensi kejadian yang didalamnya terdapat paling sedikit satu kegagalan. Dengan data cukup panjang dapat digunakan analisis statistika untuk mengetahui gambaran umum secara kuantitatif besaran jumlah air. Beberapa debit andalan untuk berbagai tujuan, antara lain: (C.D. Soemarto, 1987). 1. Penyediaan air minum 99% 2. Penyediaan air industry 95%-98% 3. Pusat Listrik Tenaga Air 85%-90% B. Kurva durasi Duration curve adalah suatu grafik yang memperlihatkan debit sungai dan selama beberapa waktu tertentu dalam satu tahun, debit ini terdapat pada sungai. Duration curve digambarkan dari data-data debit, sekurang-kurangnya selama 10 tahun, agar dapat memberikan informasi yang bisa digunakan. Berdasarkan duration curve dari suatu aliran sungai dapat diambil beberapa daya teoritis sebagai berikut (Mosonyi, 2009): 1. Energi potensi minimum 2. Energi potensi kecil 3. Energi potensi median 4. Energi potensi mean C. Median Median (median) adalah nilai tengah dari suatu distribusi, atau dikatakan variat yang membagi frekuensi menjadi
2 (dua) bagian yang sama, oleh karena itu peluang (probability) dari median selalu 50% (Soewarno-Jilid 1, 1995).Berikut ini adalah data yang belum dikelompokan : 1. Jumlah data ganjil Untuk data yang jumlahnya ganjil, median adalah data pada urutan yang ke (k1) yang dapat dihitung dengan rumus : n 1 k1= 2 Dimana: k1 = Letak median n = Jumlah data 2. Jumlah data genap Untuk data yang jumlahnya genap, median adalah data yang letaknya pada titik tengah urutan data ke (k1), yang dapat dihitung dengan rumus n k1= 2 n2 k1= 2 Median dari data yang telah dikelompokkan menjadi suatu distribusi frekuensi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : k F Md b i 1 f
D. Modus Dari sekumpulan data atau distribusi terdiri dari variable deskrit, yang disebut Modus. Modus adalah variat yang terjadi pada frekuensi yang paling banyak. Sedang pada suatu ditribusi yang terdiri dari variable kontinyu, yang disebut dengan modus adalah variat yang mempunyai kerapatan peluang maksimum (maximum probability density). Sebelum menghitung nilai modus, terlebih dahulu data yang ada disusun dalam suatu distribusi frekuensi interval kelas lalu nilai modus dihitung dengan rumus sebagai berikut (Soewarno-Jilid 1, 1995) :
f f1 Mo B i ( f f1 ) ( f f 2 )
Perencanaan Komponen Bangunan Hidraulik PLTMH A. Bendung (Weir) Bendung (weir) merupakan bangunan yang dipergunakan untuk meninggikan muka air pada sungai hal ini bertujuan agar air pada sungai dapat menjangkau wilayah yang harus mendapat suplai air dari sungai untuk keperluan tertentu. Pintu sorong Pintu sorong sebagai pengatur debit yang mengalir diatas Bendung, jumlah debit air yang mengalir dapat dihitung dengan persamaan : K a b 2g h Q= B. Pipa pesat (Penstock) Untuk menentukan diameter pipa pesat yang ekonomis dapat ditentukan dengan persamaan empiris (Dandenkar dan Sharma, 1991). 1.Rumus USBR 2 gH V = 0,125 2. Sarkaria’s formula P 0,35 D 0,62 0, 65 H 3. Doland’s formula 0,176 ( p / H ) 0, 466 4. Warnick’s formula D = CQ0.5 5. Moffat’s formula CP 0 , 43 D= 0 , 06 H C. Saluran Inlet Penggunaan saluran inlet untuk menggantikan peran pipa pesat ketika kondisi lapangan memungkinkan untuk hanya memakai saluran inlet, saluran ini berbahan dasar beton sehingga lebih ekonomis, dimensi saluran inlet dapat dihitung dengan persamaan pada gambar berikut:
Gambar 1. Dimensi Saluran Inlet Menurut Celso (2004), intake pipa pesat harus direncanakan sedemikian rupa sehingga tidak mengalami vorticity. Vorticity adalah fenomena kekurangan tekanan dalam pipa pesat sehingga dapat mengganggu kinerja turbin. Menurut Gordon dalam Celso (2004), kedalaman tenggelam harus lebih besar dari nilai “s” dimana nilai s dihitung dengan persamaan: Ht > s S=cV D Dimana: C = 0,7245 untuk inlet asimetris dan 0,5434 untuk inlet simetris.
Gambar 2. Skema Inlet Pipa Pesat Kelompok Bangunan Pelengkap A. Bak Penampang (Forebay) Bak penampung (forebay) dapat berfungsi sebgai kolam pengatur aliran untuk mengurangi perubahan muka air pada saluran pengalih dan juga berfungsi sebgai pelindung turbin dari endapan lumpur dan sampah.
Gambar 3. Tipe tipe Bentuk dari Bak Penampung (Forebay) B. Penyaring (Trashrack) Penyaring (trashrack) dipergunakan untuk menyaring aliran air yang masuk kedalam turbin agar tidak terjadi penumpukan sampah dan tidak mengganggu kinerja turbin. Kecepatan melalui penyaring dapat dihitung dengan persamaan (Mosonyi,1987): t b v = 1,5 2v 0 b Varshney (1977:285) menyarankan penyaring yang lebih rapat (screen) untuk inlet pipa pesat atau inlet turbin. kecepatan yang diijinkan untuk melewati penyaring berkisar antara: a. 0,6 – 2,5 m/dt untuk tinggi jatuh rendah b. 1,25 – 2,0 m/dt untuk tinggi jatuh sedang c. 2,0 – 6,0 m/dt untuk tinggi jatuh besar C. Tail Water Level (TWL) Tail Water Level (TWL) adalah elevasi muka air bawah. Tinggi TWL tergantung dari debit air yang keluar dari turbin, jenis penampang serta dimensi penampang saluran buritan atau saluran bawah. Untuk saluran terbuka, menurut Patty (1995), penampang saluran yang paling baik adalah penampang trapesium dengan jari-jari hidrolik, R = ½ h dan kemiringan dinding saluran (m) dapat diambil sebesar: 1. saluran tanah; 1:1,5 hingga 1:2 2. saluran pasangan batu/beton; 1:1 hingga 1:2 Rumah Pembangkit A. Klasifikasi Turbin Berdasarkan prinsip kerja turbin dalam mengubah energi potensial air
menjadi energi mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu turbin impuls dan turbin reaksi, Perbedaan pokok kedua golongan turbin tersebut adalah: 1. Runner turbin impuls berputar di udara karena mendapat pancaran air. Dengan demikian maka seluruhnya (atau hampir seluruhnya) diubah menjadi energi kinetik untuk memutarkan runner. 2. Runner turbin reaksi berputar didalam air oleh energi dalam bentuk tekanan dan kinetik. B. Karakteristik Turbin ESHA menggunakan standar internasional IEC 60193 dan 60041 untuk menentukan besarnya nilai kecepatan spesifik turbin, Formula untuk menghitung besarnya kecepatan spesifik adalah (Celso, 2004): NQE =
n Q E
3
4
C. Kavitasi Kavitasi adalah suatu kejadian yang timbul dalam aliran dengan kecepatan yang besar, sehingga tekanan air menjadi lebih kecil daripada tekanan uap air maksimum di temperatur tersebut.
Gambar 4. Skema Pemasangan Turbin Untuk Analisa Kavitasi D. Dimensi Turbin Dalam perencanaan dimensi turbin maka harus ditentukan terlebih dulu jenis turbin yang akan digunakan apakah turbin impuls atau turbin reaksi, dalam perencanaan pembangkit listrik tenaga air dengan tinggi jatuh maka jenis turbin yang digunakan adalah turbin reaksi. Menurut
Ramos (2000), turbin reaksi terdiri atas beberapa bagian sebagai berikut: a. Rumah Siput (Spiral Case) b. Wicket Gate atau Guide Vane c. Pemutar (Runner) d. Pipa pembuang (Draft tube) E. Generator Menurut Penche, generator yang digunakan untuk PLTMH adalah generator dengan 3 fasa dan jenis generator dibedakan menjadi dua yakni: 1. Generator Sinkron 2. Generator tak Sinkron Selain itu, generator juga memiliki efisiensi sama seperti turbin, efisiensi generator dapat dibedakan berdasarkan keluaran energi yang dihasilkan (Celso, 2004). Tabel 1. Hubungan Antara Daya Generator dengan Efisiensi Rated Power
Best
(kW)
efficiency
10
0,91
50
0.94
100
0,95
250
0,955
500
0,96
1000
0,97
F. Tinggi Jatuh Efektif (Heff) Untuk mendapatkan head efektif diperlukan peta topografi dan detail disain bendung sehingga didapat head losses dan net head. Persamaan tinggi jatuh efektif adalah (Varshney, 1977): Heff = EMAW – TWL – hl
Gambar 5. Tinggi Jatuh
G. Potensi Tenaga Air Dikarakteristikan perbedaan level tinggi jatuh (H), membawa masuk air berupa debit (Qm3/s), teori energi potensial dimaksutkan dalam mkg/sec. (Mosonyi, 1987). NP = QH = 1000 QH [mkg/sec] Atau dalam kilowatts NP = 13,3 x 0,736 QH = 9,8 QH H. Daya Perhitungan daya yang tersedia dan output energi untuk debit pembangkit yang diperhitungkan pada prinsipnya tidak ada kesulitan jika ungkapan berikut diinterpretasi dengan benar (Mosonyi,1987), sebagai berikut: P = 9,8 x Heff x Q x η I. Energi Tenaga andalan dihitung berdasarkan debit andalan yang tersedia untuk PLTMH yang berupa debit outflow dengan periode n harian (Mosonyi, 1987). E = 9,8 x H x Q x η x 24 x n = P x 24 x n J. Analisa Emisi Gas Karbon (Green House Gas Emission) Tabel 2. Nilai Faktor Emisi Gas Karbon untuk Tiap Jenis Bahan Bakar No. 1 2 3 4 5 6
Jenis Bahan Bakar (Sumber Energi) Minyak Diesel Tenaga Air (Hydro) Panas Bumi (Geothermal) Batu Bara (Coal) Gas Alam (Natural Gas)
Kg CO2/kWh 0,754* 0,764 0 0 0,94 0,581
K. Analisa Ekonomi Analisa ekonomi dilakukan untuk mengetahui kelayakan suatu proyek dari segi ekonomi. Dalam melakukan analisa ekonomi dibutuhkan dua komponen utama yaitu: cost (komponen biaya) dan benefit (komponen manfaat). Dalam komponen biaya (cost) terdapat beberapa hal yang menyangkut pada pelaksanaan pembangunan, mulai dari ide, studi
kelayakan, perencanaan, pelaksanaan, sampai pada operasi dan pemeliharaan membutuhkan bermacam-macam biaya. Pada analisis kelayakan ekonomi biayabiaya tersebut dikelompokkan menjadi dua yaitu biaya modal dan biaya tahunan. Sedangkan, pada komponen manfaat (benefit) merupakan manfaat Pusat Listrik Tenaga Mikro Hidro didasarkan pada tenaga listrik yang dihasilkan tiap tahun dan tarif dasar listrik yang berlaku. L. TURBN PRO TURBN PRO merupakan program untuk mengolah data teknis dan melakukan pengukuran dan penggambaran turbin air. Beberapa data yang berhubungan dengan keadaan lokasi turbin tersebut bekerja dimasukkan, juga parameter-parameter operasi dan susunan peralatan yang di inginkan. Komponen-komponen utama yang harus diperhatikan dalam pengembangan TURBN PRO, antara lain: a. data b. perangkat keras (hardware) c. perangkat lunak (software) d. manusia/pelaksana e. tata cara/prosedur Langkah-Langkah Studi (Metodologi) Dalam perencanaan ini, di susun suatu metode teknis secara menyeluruh untuk menganalisa berbagai data untuk keperluan perencanaan PLTMH. Berikut langkah-langkah studi yang dilakukan : 1. Analisa kondisi lokasi eksisting pintu Mlirip 2. Analisa hidrologi untuk mendapatkan nilai debit andalan sungai 3. Perencanaan desain bangunan PLTMH 4. Analisa energi listrik mengguakan metodeyang biasa dilakukan di lapangan 5. Analisa reduksi emisi gas rumah kaca (GHG) dan perhitungan manfaat dari reduksi emisi gas rumah kaca melalui sistem CDM dan CER 6. Dari data ekonomi seperti data biaya proyek, suku bunga bank, kondisi ekonomi
sosial dipergunakan untuk analisa kelayakan ekonomi dengan parameter nilai NPV, BCR, IRR, dan cash back period. 3. PEMBAHASAN DAN HASIL A. Kondisi Eksisting Pintu Air Mlirip Direncanakan pembangunan PLTMH ini menggunakan jenis pembendungan run of river yaitu air sungai di hulu dibelokkan dengan menggunakan dam yang dibangun memotong air sungai, air sungai kemudian diarahkan ke bangunan PLTMH kemudian dikembalikan ke aliran semula di hilir, maka air yang terpakai tidak akan menggangu pendistribusian air untuk kota Surabaya. Menurut jenisnya PLTMH ini dikategorikan sebagai berikut: Tabel 3. Kategori PLTMH Mlirip No. Kategori Jenis 1 Teknis run of river Kapasitas 2 terpasang 1 x 760 kw 3 Tinggi Jatuh 7-7,9 m (rendah) 4 Debit disain 11 m3/det Beban dasar 5 Ekonomi (central grid) Berdasarkan data detail enginer design yang dikeluarkan oleh Perum Jasa Tirta I bahwa pintu air pada bendung Mlirip mempunyai 2 pintu dengan masingmasing lebar 5 meter dan 8.5 meter dengan ketinggian elevasi dasar sebesar +13,00, tinggi ambang +15,35 dengan elevasi muka air normal +17,65 dengan kondisi aliran bebas (free flow), berikut data teknis bendung Mlirip : a. Bendung/Dam tipe : Pelimpah berpintu (gated weir) Panjang : 22,35 m Tinggi pilar diatas weir : 5,5 m El. puncak menara pintu air : El. 27,15 m
El. mercu weir : El. 15,35 m Muka Air Rendah (MAR) : El. 17,00 m Muka Air Tinggi (MAT) : El. 18,30 m Muka Air Tinggi Batas Atas : El. 19,95 m b. Pintu Air No.1 & No.2 Tipe : Pintu roda tetap dari baja Lebar : 5,00 m – No.1 8,85 m – No.2 Tinggi : 4,90 m Dasar Pintu (sill beam) : 4,90 m Tinggi tekanan air : 4,60 m
Gambar 6. Kurva kapasitas pintu No. 1
Gambar 7. Pintu air Mlirip (eksisting)
B. Elevasi Muka Air (Upstream) Elevasi upstream pada bendung Mlirip berdasarkan rata-rata dari muka air rendah MAR dan muka air tinggi MAT yaitu +17,65. C. Perhitungan Debit Andalan Data debit yang digunakan untuk menghitung debit andalan adalah data debit outflow rata-rata harian bendung Mlirip selama 1999-2012 (14 tahun). Metode yang digunakan untuk perhitungan debit andalan adalah metode Modus dan Median.
Gambar 8. Flow Duration Curve Pemilihan debit dilakukan berdasarkan probabilitas kejadian selama kurun waktu 365 hari, berikur tabel pemilihan debit disain yang akan digunakan
Tinggi air dalam bak = 4,65 m Suhu air = 20oc D50 = 0,5 mm 25,2 Kecepatan rata-rata = =0,3 4,65 18 m/det Metode Mosonyi Menghitung kecepatan kritis butir dengan persamaan : va d Dengan : v = kecepatan kritis butiran (cm/det) a = 44 bila 1 mm > d > 0,1 mm d = diameter butiran (mm) maka, v 44 0,5 v = 31,117 cm/det Menghitung panjang bak pengendap dengan persamaan : hv L ( ' )
Tabel 4. Alternatif Debit Altern atif 1 2 3
Debi t m3/dt 11.0 21.0 31.0
Jumla h Turbi n 1 2 2
Debit Turbi n No.1 m3/dt 11 10,5 10,5
Debit Turbi n No.2 m3/dt 10,5 20,5
P
Terla mpau i
Kega galan
% 94 53 27
hari 343 194 98
hari 22 171 267
D. Bak Pengendap Dalam perencenaan PLTA mlirip merupakan PLTA dengan tekanan rendah, maka diameter maksimum yang diizinkan sebesar 0,5 mm. Data-data yang dibutuhkan untuk perencanaan sebagai berikut : Debit rencana Qp = 21m3/det x 1,2 = 25,2m3/det
Gambar 9. Grafik Kecepatan Jatuh Butir Maka, a= =
0,132 h 0,132
4,65 = 0,061 ' = a v = 0,061 + 0,301 = 0,0184
hv ( ' ) 4,65 0,301 = (0,07 0,0184 ) = 27,148 ~ 27 m Menghitung lebar bak pengendap dengan persamaan : 25,2 Q = B h.v 4,65 0,3 = 18 m Perhitungan lama waktu turun butiran dengan persamaan : h t = = 4,65 / 0,07 = 66,428 detik E. Trashrack Pada pintu air Mlirip sudah terdapat Trash boom yang memiliki fungsi hampir sama seperti Rack namun Trash boom hanya menyaring benda – benda yang mengapung seperti tumbuhan Enceng gondok dan sampah-sampah yang ada dipermukaan, maka diperlukan penambahan penyaring tambahan untuk melindungi turbin. Direncanakan pembangunan trash rack menggunakan spesifikasi sebagai berikut : Sudut kemiringan = 60o Lebar Profil = 0,01 m Jarak antar profil =1m Koefisien profil = 0,8 Kecepatan rata-rata aliran = 1,08 m/det Kecepatan aliran setelah melewati rack adalah : sb v r (1,5 2.0)v b 0,01 1 v r (1,5) 1,08 1 v r 1,64 m/det L
F. Saluran Tail Race Saluran tail race berada setelah draft tube, berfungsi sebagai saluran pembuangan dari PLTMH menuju sungai,
pada perencanaan saluran diperhitungkan lebar saluran terhadap lahan yang tersedia, berikut data perencanaan : debit disain : 25,2 m3/det el. dasar : +12,300 lebar saluran : 21m n manning (beton) : 0,013 slope : 0,0025 Perhitungan saluran menggunakan rumus Luas penampang aliran (A) = By = 21y keliling basah (P) = B +2Y = 21 + 2y Jari-jari hidroulis (R) = A/P = 21y/(10+2y) kedalaman air dihitung dengan rumus manning 2 1 1 3 2 QA R S n 2
1 21 y 3 0,0025 2 25,2 21 y 0,013 21 2 y Persamaan diatas diselesaikan dengan menggunakan metode iterasi, dan hasilnya adalah y = 0,51m. Jadi kedalaman normal di tailrace sebesar 0,51m dengan debit sebesar 25,2m3/det , dengan elevasi muka air 9,3 + 0,51 = +9,81. Tinggi jatuh kotor (gross head) sebesar 17,65 – 9,81 = 7,84 m. G. Saluran Inlet Diameter pada inlet tergantung pada jenis turbin, pada studi ini lebih cocok menggunakan tipe Bulb, Tulbular, dan Semi spiral . perhitungan lebar saluran menggunaan persamaan berikut contoh perhitungannya : D = 1,4 m Bulb = 3d x 2d L = (3 x 1,4) = 4,2 m T = (2 x 1,4) = 2,8 m Semi spiral case D = 3 x d = 4,2 m Tulbular case D = 1,4 x d = 1,96 m 1
Tabel 5. Besar Kecepatan pada Setiap Jenis Saluran Inlet Jenis
Diameter
Luas
Kecepatan
2
(m)
(m )
(m/dt)
Bulb
3.4
11.76
0.98
Semi
4.2
13.85
0.83
Tulbular
2.0
3.02
3.83
H. Keamanan Terhadap Vortex Berikut perhitungan pengaruh diameter terhadap vortex elevasi normal :+17,65 elevasi terendah :+17 elevasi dasar forebay : +6,98 Tinggi intake : 2,8 m ht = elv muka air – elv dasar – tinggi pipa =17,65 – 6,98 – 2,8 = 7,87 m s = c. v. (D)^0.5 = 0,7245 x 0,202 x 3,60.5 = 0,246 Jadi, ht > s = 7,87 > 0,246 aman terhadap bahaya vorticity sehingga kedalaman minimum = elv dasar pipa pesat + s + diameter pipa pesat = 6,98 + 0,246 + 2,8 = +10,02. Tabel 6. Head Efektif Paremeter Tinggi Tekan Kehilangan Pada Bangunan Pengambilan Trashrack Kehilangan Pada Bak Penangkap Sedimen Bak pengendap - rack Rack – forbay Kehilangan Pada Inlet Kehilangan Awal (inlet) Akibat Gesekan Kehilangan Sebelum Turbin Sebelum Case (flume) Total Kehilangan Elevasi Muka Air Di Hilir Debit Satu Turbin Debit Dua Turbin Tinggi Jatuh (Head) Net Head (1 Turbin) Net Head (2 Turbin) Persentase Kehilangan 1 Turbin (%) Persentase Kehilangan 2 Turbin (%)
hf (Bulp)
hf(Semi Spiral)
hf(Tulbular)
0.00008
0.00008
0.00008
0.04 0.04
0.04 0.04
0.04 0.04
0.002 0.00241
0.001 0.00062
0.03 0.02551
0.025 0.109
0.018 0.100
0.374 0.509
9.63 9.81
9.63 9.81
9.63 9.81
7.909 7.734
7.918 7.743
7.508 7.334
1.36
1.24
6.35
1.39
1.27
6.49
I. Pembangkitan Energi Produksi energi tahunan dihitung berdasarkan tenaga andalan. Tenaga andalan dihitung berdasarkan debit andalan yang tersedia untuk PLTMH yang berupa debit outflow dengan periode n harian, dihitung dengan data-data sebagai berikut : Debit desain : 21 m3/dt Jumlah turbin : 2 buah turbin Debit tiap turbin : 10,5 m3/dt Tinggi jatuh effektif : 7,909 m ( 1 turbin ) : 7,735m ( 2 turbin ) Efisiensi turbin : 0,93 Efisiensi generator : 0,96 h operasi setahun : 350 (10 hari untuk pemeliharan) Sistem operasi : central grid Tabel 7. Pembangkitan Energi Uraian
Alternatif debit
Alternatif
1
2
3
Debit desain (m3/det)
11
21
31
Jumlah turbin
1
2
2
Tipe turbin
Bulp
Bulp
Bulp
Debit turbin no.1
11
10.5
10.5
Debit turbin no.2
-
10.5
20.5
Net head (satu turbin) (m)
7.900
7.909
7.909
Net head (dua turbin) (m)
-
7.735
7.598
Eff turbin
0.93
0.93
0.93
Eff generator
0.96
0.96
0.96
Power (kW) 1turbin
761.07
727.35
1061.65
Power (kW) 2turbin
-
711.30
1031.48
Hari operasi turbin satu
343
350
350
Hari operasi turbin dua
-
194
98
Energi 1 turbin (kWh)
18265.62
17456.4
25479.67
Energi 2 turbin (kWh) Total energi dalam 1 tahun (MWh) Diameter max/turbin (m)
-
17071.25
32741.29
6262.499
9345.985
10818.87
1.4
1.4
2
Berat turbin (kg)
1155
942
2027
J. Analisa Kelayakan Ekonomi Aliran dana (cash flow) disusun berdasarkan tiap alternatif selama 35 tahun, dalam table analisa kelayakan ekonomi masing masing parameter dihitung dalam bentuk nilai ekuivalensinya (P/V) untuk tiap parameter. Kemudian akan dianalisa kelayakan ekonominya dalam bentuk
benefit cost ratio (BCR), net present value (NPV), internal rate of return (IRR) dan paid back period. Dari perameter biaya (cost) dam manfaat (benefit) dapat didapat total present value besaran BCR, NPV,IRR serta PBP, dan ditabelkan seperti berikut: Tabel 8. Kelayakan Ekonomi Parameter kelayakan Alter natif
I
1 2 3
12% 12% 12%
BCR 1.67 1.10 0.80
NPV
IRR
20,930,748,462 6,855,266,143 (21,849,508,676)
21.57% 13.43% 9.03%
Paid back period 6.54 18.09 > 35
K. Pemilihan Alternatif Dari kedua parameter kelayakan maka studi ini maka dipilih alternatif 1, dikarnakan memiliki suplai energi bersih dan memiliki nilai NPV, BCR, dan IRR terbesar, maka alternatif ini diinfestasikan , alternatif 1 memiliki parameter desain sebagai berikut : Debit desain : 11 m3/dt Jumlah turbin : 1 unit turbin Total biaya : Rp. 31,339,918,876,L. Revisi desain Pada sub-bab pemilihan alternatif dipilih disain berdasarkan jumlah debit sebesar 11m3/det, namum dalam perencanaan awal menggunakan debit sebesar 21m3/det maka perlu adanya perubahan perencanaan bangunan sipil yang meliputi, bak penenang, kantong dufor, dan perletakan rumah pembangkit. 1. Bak Penenang Menghitung panjang bak pengendap dengan persamaan : hv L ( ' ) 4,65 0,157 = (0,07 0,00965 ) = 12,152 ~ 12 m Menghitung lebar bak pengendap dengan persamaan : 13,2 Q B = 4,65 0,157 h.v
= 18 m Menghitung lebar bak pengendap dengan persamaan : 13,2 Q = B 4,65 0,157 h.v = 18 m 2. Kantong Dufor direncanakan kantong dufor dengan spesifikasi mengikuti dimensi bak pengendap seperti berikut: - Lebar : 18 meter - Panjang : 12 meter - Kadalaman : 4 meter - Bentuk : Limas segi tiga - Jumlah :l - Penguras : Culvert dengan valve - volume total : 972 m3 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa dan perhitungan yang telah dilakukan dengan memperhatikan rumusan masalah, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Debit andalan 92,65% yang digunakan sebagai dasar untuk perencanaan PLTMH adalah sebesar 11 m3/detik (alternatif 1). 2. Tinggi jatuh efektif yang tejadi sebesar 7,9 m. 3. Desain bangunan seperti pada gambar 10, bangunan PLTMH dengan turbin 4. horizontal (Bulb) berjumlah satu buah dikarenakan parameter ekonomi paling menguntungkan / layak , dengan annual energi dalam satu tahun sebesar 6262.49 MWh. 5. Kapasitas terpasang sebesar 1 x 761,07 kW 6. Parameter yang digunakan dalam perhitungan analisa kelayakan ekonomi pada studi ini adalah BCR :1,67 , NPV : 20,930,748,462.19, IRR :21,57%, Payback Periode : tahun ke 6 bulan kedua. Berdasarkan keterangan di atas dapat disimpulkan bahwa secara ekonomi dan
Gambar 10. Desain PLTMH Mlirip pembangkit listrik tenaga mikrohidro layak dibangun di daerah studi (Pintu air Mlirip). DAFTAR PUSTAKA Anonim. 1986 . Standar Perencanaan Irigasi (Kriteria Perencanaan 02). Bandung: CV. Galang Persada. Dandekar, M.M. & Sharma, K.N. 1991. Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta: UI-PRESS. European Small Hydropower Association – ESHA. 2004. Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant. Mosonyi, Emil. 1987. Water Power Development, Vol.1 Low Head Power Plants. Budapest : Akadèmiai Kiadó. Patty, O. F. 1995. Tenaga Air. Jakarta: Erlangga, Penche, Celso. 2004. Guidebook on How to Develop a Small Hydro Site. Belgia : ESHA (European Small Hydropower Association). Ramos, Helena. 2000. Guidelines For Design Small Hydropower Plants. Irlandia : WREAN (Western Regional Energy Agency & Network) and DED
(Department of Economic Development). Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik Edisi I. 213-214. Surabaya: Usaha Nasional. Soewarno. 1995. Hidrologi, Jilid 1. Bandung: NOVA. Varshney, R. S. 1977. Hydro-Power Structure. India: N.C Jain at the Roorkee Press.
