STUDI PEMANFAATAN GELOMBANG PASANG SURUT SEBAGAI ENERGI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF

STUDI PEMANFAATAN GELOMBANG PASANG SURUT SEBAGAI ENERGI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil

ADLIN FIRMANSYAH BANGUN 10 0404 093

DOSEN PEMBIMBING

Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc. NIP. 19660417 199303 1 004

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK Pembangkit listrik tenaga pasang surut memanfaatkan energi pasang surut air laut menjadi energi listrik melalui turbin dan generator. Energi potensial yang terkandung dalam perbedaan pasang surut air laut dimanfaatkan untuk penggerak turbin air dan bila turbin air ini dihubungkan dengan generator dapat menghasilkan listrik. Potensi energi pasang surut di Bagan Siapi-api menurut hasil perhitungan dalam penelitian ini memiliki tinggi maksimum sebesar 6,40 m yang dapat dimanfaatkan untuk merancang pembangkit listrik tenaga pasang surut. Hasil analisa potensi energi listrik yang dapat dihasilkan di Bagan Siapiapi setiap tahunnya diperkirakan mencapai 34,83 MWh menggunakan sistem daur tunggal (air surut) dan 43,68 MWh menggunakan sistem daur ganda dengan kolam tunggal seluas 1 ha. Energi listrik tersebut cukup untuk digunakan masyarakat di daerah pesisir pantai atau di pulau-pulau terpencil dan pulau-pulau di daerah perbatasan yang belum terjangkau listrik PLN. Kata kunci: pembangkit listrik, pasang surut, energi

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “STUDI PEMANFAATAN GELOMBANG PASANG

SURUT

SEBAGAI

ENERGI

PEMBANGKIT

LISTRIK

ALTERNATIF” ini dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana di bidang Teknik Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala. Tetapi, karena bantuan, dukungan serta bimbingan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada pihak yang berperan yaitu: 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc. sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan, serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Alferido Malik dan Bapak Ivan Indrawan, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc. sebagai koordinator Teknik Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7 Universitas Sumatera Utara

8. Kedua orangtua Ir. H. R. Bangun dan Dra. Hj. Risnawati Nasution yang tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan segalanya selama ini. Abang-abang saya, Arih Mulyawan Bangun, S.P. dan Arif Pramuli Bangun, S.P. serta seluruh keluarga besar saya yang selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Siti Sarah, S.Hum. yang tidak kenal lelah dalam memberikan dukungan, semangat dan doa kepada penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 10. Seluruh keluarga saya sipil 2010 yang telah sangat banyak membantu saya mulai dari awal proses pengerjaan Tugas Akhir : Himawan, Fadlyn, Ari, Dede, Titok, Rendy, Haykal, Bilher, Fahmi, Welman, Boby, Freddy, Bhoris, Ricky, Arby, Grandson, Reza, Nugraha, Abdul, Dhaka, Jihadan, Taslim, Nardis, Iqbal, Luthfi, Khairul, Andre, Andry dan semuanya. 11. Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah membantu penulis selama pengerjaan Tugas Akhir ini: Bang Fadil „08, Bang Azzam ‟09, Adik-adik 2011, Adik-adik 2013: Arif, Jimmy, Yaskhir, Syawali, Firman, Zarfan, Juanda, Benny, Willy, Idris, Rijal, Fadel, Aby dan lain-lain. 12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, 22 November 2014 Penulis

( Adlin Firmansyah Bangun )

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI ABSTRAK................................................................................................................i KATA PENGANTAR.............................................................................................ii DAFTAR ISI...........................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vi DAFTAR TABEL...................................................................................................ix DAFTAR NOTASI................................................................................................xii BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1 1.1. Latar Belakang............................................................................................1 1.2. Perumusan Masalah....................................................................................2 1.3. Pembatasan Masalah...................................................................................2 1.4. Tujuan.........................................................................................................3 1.5. Manfaat.......................................................................................................3 1.6. Sistematika Penulisan.................................................................................4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................5 2.1. Pasang Surut................................................................................................5 2.1.1. Metode Admiralty..........................................................................10 2.1.2. Metode Least Square......................................................................13 2.2. Beberapa Definisi Elevasi Muka Air........................................................14 2.3. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut..........................14 2.4. Sistem Daur Ganda dengan Kolam Tunggal............................................18 2.5. Kabel dan Koneksi Jaringan.....................................................................23 2.6. Jenis-jenis Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...................25 2.6.1. Turbin Bulb....................................................................................25 2.6.2. Turbin Rim.....................................................................................26 2.6.3. Turbin Tubular...............................................................................27 2.7. Analisa Hidro Ekonomi............................................................................28 BAB III METODOLOGI PENELITIAN...............................................................32 3.1. Kondisi Umum Lokasi Studi....................................................................32 3.1.1. Belawan Deli..................................................................................32 3.1.2. Bagan Siapi-api..............................................................................33 3.1.3. Sungai Asahan................................................................................34 9 Universitas Sumatera Utara

3.1.4. Gunung Sitoli.................................................................................34 3.1.5. Meulaboh........................................................................................35 3.1.6. Sibolga............................................................................................36 3.2. Rancangan Penelitian................................................................................36 3.3. Pelaksanaan Penelitian..............................................................................37 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN..........................................................40 4.1. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance.................................40 4.1.1. Deskripsi Umum............................................................................41 4.1.2. Perawatan dan Pemeliharaan..........................................................48 4.1.3. Analisa Dampak Lingkungan.........................................................49 4.2. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Jiangxia...................................49 4.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Kislaya....................................51 4.4. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Annapolis Royal.....................52 4.5. Analisa Pasang Surut dengan Metode Least Square.................................53 4.6. Penggunaan Metode Least Square di Beberapa Pantai Pulau Sumatera..........................................................57 4.7. Analisa Pasang Surut dengan Metode Admiralty.....................................72 4.8. Metode Perhitungan Potensi Energi Listrik..............................................91 4.9. Simulasi Tenaga Pasang Surut Bagan Siapi-api.......................................94 4.10.

Perkiraan Biaya Investasi Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut....................................101

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...............................................................109 5.1. Kesimpulan.............................................................................................109 5.2. Saran.......................................................................................................110 DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................111

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI ABSTRAK................................................................................................................i KATA PENGANTAR.............................................................................................ii DAFTAR ISI...........................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vi DAFTAR TABEL...................................................................................................ix DAFTAR NOTASI................................................................................................xii BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1 1.7. Latar Belakang............................................................................................1 1.8. Perumusan Masalah....................................................................................2 1.9. Pembatasan Masalah...................................................................................2 1.10.

Tujuan..............................................................................................3

1.11.

Manfaat............................................................................................3

1.12.

Sistematika Penulisan.......................................................................4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................5 4.1. Pasang Surut................................................................................................5 4.1.1. Metode Admiralty..........................................................................10 4.1.2. Metode Least Square......................................................................13 4.2. Beberapa Definisi Elevasi Muka Air........................................................14 4.3. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut..........................14 4.4. Sistem Daur Ganda dengan Kolam Tunggal............................................18 4.5. Kabel dan Koneksi Jaringan.....................................................................23 4.6. Jenis-jenis Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...................25 4.6.1. Turbin Bulb....................................................................................25 4.6.2. Turbin Rim.....................................................................................26 4.6.3. Turbin Tubular...............................................................................27 4.7. Analisa Hidro Ekonomi............................................................................28 BAB III METODOLOGI PENELITIAN...............................................................32 6.1. Kondisi Umum Lokasi Studi....................................................................32 6.1.1. Belawan Deli..................................................................................32 6.1.2. Bagan Siapi-api..............................................................................33 6.1.3. Sungai Asahan................................................................................34 11 Universitas Sumatera Utara

6.1.4. Gunung Sitoli.................................................................................34 6.1.5. Meulaboh........................................................................................35 6.1.6. Sibolga............................................................................................36 6.2. Rancangan Penelitian................................................................................36 6.3. Pelaksanaan Penelitian..............................................................................37 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN..........................................................40 8.1. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance.................................40 8.1.1. Deskripsi Umum............................................................................41 8.1.2. Perawatan dan Pemeliharaan..........................................................48 8.1.3. Analisa Dampak Lingkungan.........................................................49 8.2. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Jiangxia...................................49 8.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Kislaya....................................51 8.4. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Annapolis Royal.....................52 8.5. Analisa Pasang Surut dengan Metode Least Square.................................53 8.6. Penggunaan Metode Least Square di Beberapa Pantai Pulau Sumatera..........................................................57 9.7. Analisa Pasang Surut dengan Metode Admiralty.....................................72 9.8. Metode Perhitungan Potensi Energi Listrik..............................................91 9.9. Simulasi Tenaga Pasang Surut Bagan Siapi-api.......................................94 9.10.

Perkiraan Biaya Investasi Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut....................................101

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...............................................................109 10.1.

Kesimpulan..................................................................................109

10.2.

Saran.............................................................................................110

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................111

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Skema pasang surut purnama (spring tides) dan pasang surut perbani (neap tides)......................................................................5

Gambar 2.2. Tipe pasang surut................................................................................7

Gambar 2.3. Sebaran pasang surut di perairan Indonesia dan sekitarnya................8

Gambar 2.4. Proses pasang....................................................................................15

Gambar 2.5. Proses surut.......................................................................................15

Gambar 2.6 Turbin helix ganda dengan generator listrik untuk instalasi di bawah permukaan laut...............................................................17

Gambar 2.7. Susunan kolam tunggal.....................................................................19

Gambar 2.8. Susunan kolam ganda........................................................................19

Gambar 2.9. Sistem daur ganda.............................................................................20

Gambar 2.10. Power generation from tides...........................................................22

Gambar 2.11. Opsi 1-single system........................................................................24

Gambar 2.12. Opsi 2-multiple turbines single system............................................24

Gambar 2.13. Opsi 3-multiple induction generators.............................................24

Gambar 2.14. Opsi 4-active DC link......................................................................24

Gambar 2.15. Turbin bulb dan bagian-bagiannya..................................................26 13 Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.16. Turbin rim dan bagian-bagiannya...................................................26

Gambar 2.17. Turbin tubular dan bagian-bagiannya.............................................27

Gambar 3.1. Belawan Deli hasil pencitraan Google Earth....................................33

Gambar 3.2. Bagan Siapi-api hasil pencitraan Google Earth................................33

Gambar 3.3. Sungai Asahan hasil pencitraan Google Earth..................................34

Gambar 3.4. Gunung Sitoli hasil pencitraan Google Earth...................................35

Gambar 3.5. Meulaboh hasil pencitraan Google Earth..........................................35

Gambar 3.6. Sibolga hasil pencitraan Google Earth..............................................36

Gambar 3.7. Bagan alir tahap pengerjaan tugas akhir...........................................39

Gambar 4.1. La Rance hasil pencitraan Google Earth...........................................40

Gambar 4.2. Gambaran struktur pembangkit listrik La Rance..............................41

Gambar 4.3. Potongan melintang bagian turbin bulb............................................42

Gambar 4.4. Potongan melintang tanggul berisi batu.................................... ........43

Gambar 4.5. Potongan melintang pintu hidraulik..................................................43

Gambar 4.6. Ebb generation..................................................................................45

Gambar 4.7. Ebb and flood generation..................................................................46

Gambar 4.8. Tahapan tenaga pasang pada instalasi La Rance...............................47

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.9. Tahapan konstruksi (lock, barrage and power plant).......................48

Gambar 4.10. Tampak samping instalasi listrik Jiangxia......................................49

Gambar 4.11. Jiangxia hasil pencitraan Google Earth..........................................50

Gambar 4.12. Tampak depan instalasi listrik Kislaya............................................51 Gambar 4.13. Kislaya hasil pencitraan Google Earth............................................51

Gambar 4.14. Annapolis Royal hasil pencitraan Google Earth.............................52

Gambar 4.15. Tampak depan instalasi listrik Annapolis Royal.............................52

Gambar 4.16. Kurva pasang surut Belawan Deli bulan Mei tahun 2013...............61

Gambar 4.17. Kurva pasang surut Sungai Asahan bulan April tahun 2013...........................................................................................63

Gambar 4.18. Kurva pasang surut Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013.........................................................................................65

Gambar 4.19. Kurva pasang surut Meulaboh bulan Agustus tahun 2013..............67

Gambar 4.20. Kurva pasang surut Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013..............69

Gambar 4.21. Kurva pasang surut Sibolga bulan Desember tahun 2013...............71

Gambar 4.22. Kurva perencanaan tahapan pembangkit listrik tenaga pasang surut Bagan Siapi-siapi sistem daur tunggal (air surut) dengan kolam tunggal..............95

Gambar 4.23. Kurva perencanaan tahapan pembangkit listrik tenaga pasang surut Bagan Siapi-siapi sistem daur ganda dengan kolam tunggal.................................96 15 Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Pengelompokkan tipe pasang surut.........................................................9

Tabel 2.2. Unsur utama pembangkit pasang surut.................................................11

Tabel 4.1. Data pasang surut Belawan Deli bulan Mei tahun 2013.......................58

Tabel 4.2. Nilai

komponen bilangan formzhal...................................................60

Tabel 4.3. Belawan Deli bulan Mei tahun 2013.....................................................61

Tabel 4.4. Data pasang surut Sungai Asahan bulan April tahun 2013...................62

Tabel 4.5. Sungai Asahan bulan April tahun 2013................................................63

Tabel 4.6. Data pasang surut Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013................64

Tabel 4.7. Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013..............................................65

Tabel 4.8. Data pasang surut Meulaboh bulan Agustus tahun 2013......................66

Tabel 4.9. Meulaboh bulan Agustus tahun 2013....................................................67

Tabel 4.10. Data pasang surut Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013............ ........68

Tabel 4.11. Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013..................................................69

Tabel 4.12. Data pasang surut Sibolga bulan Desember tahun 2013.....................70

Tabel 4.13. Sibolga bulan Desember tahun 2013..................................................71

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.14. Data pasang surut di suatu pelabuhan pada bulan Mei s/d Juni 2012.................................................................................73

Tabel 4.15. Konstanta pengali untuk menyusun skema II.....................................73

Tabel 4.16. Penyusunan hasil perhitungan dari skema II.......................................74

Tabel 4.17. Penyusunan hasil perhitungan dari skema III.....................................75

Tabel 4.18. Daftar konstanta pengali skema IV............................................. ........76

Tabel 4.19. Hasil penyusunan untuk skema IV......................................................77

Tabel 4.20. Faktor analisa untuk pengamatan 29 hari...........................................78

Tabel 4.21. Hasil penyusunan skema V dan VI............................................. ........79

Tabel 4.22. Struktur data untuk skema VII.................................................... ........80

Tabel 4.23. Nilai r menurut kuadrannya................................................................85

Tabel 4.24. Hasil perhitungan skema VII..............................................................89

Tabel 4.25. Hasil perhitungan skema VIII......................................... ....................90

Tabel 4.26. Hasil perhitungan akhir.......................................................................90

Tabel 4.27. Beda tinggi pasang surut di lokasi studi menurut pencatatan dinas Hidro-Oseanografi TNI AL 2013.................................91

Tabel 4.28. Peringkat pasang surut tertinggi..........................................................92

Tabel 4.29. Perkiraan energi di kawasan Sumatra untuk kolam 1 ha....................93 17 Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.30. Biaya pra desain................................................................................102

Tabel 4.31. Biaya urusan jasa..............................................................................102

Tabel 4.32. Biaya pemasangan peralatan.............................................................102

Tabel 4.33. Biaya pemasangan transformator......................................................102

Tabel 4.34. Biaya jaringan distribusi...................................................................102

Tabel 4.35. Pekerjaan pembersihan lapangan......................................................104

Tabel 4.36. Pekerjaan papan nama proyek...........................................................104

Tabel 4.37. Pekerjaan kantor kerja dan gudang...................................................105

Tabel 4.38. Pekerjaan galian pondasi...................................................................105

Tabel 4.39. Pekerjaan pemancangan tiang...........................................................106

Tabel 4.40. Pekerjaan pemasangan bekisting......................................................106

Tabel 4.41. Pekerjaan pengecoran.......................................................................107

Tabel 4.42. Pekerjaan pembongkaran bekisting..................................................107

Tabel 4.43. Rekapitulasi biaya pekerjaan sipil.....................................................108

Tabel 4.44. Biaya investasi keseluruhan..............................................................108

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI A

= Luas kolam (m²)

AK₁

= Amplitudo komponen pasang surut tunggal yang disebabkan oleh gaya tarik bulan dan matahari (m)

AM₂

= Amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan (m)

AO₁

= Amplitudo komponen pasang surut tunggal yang disebabkan oleh gaya tarik bulan (m)

AS₂

= Amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik matahari (m)

BCR

= Benefit Cost Ratio = Benefit yang telah didiskon (Rp) = Jumlah benefit yang telah didiskon sebelum PBP (Rp) = Keuntungan (benefit) pada tahun k (Rp) = Jumlah benefit pada PBP (Rp) = Cost yang telah didiskon (Rp) = Biaya (cost) pada tahun k (Rp)

E

= Energi yang dihasilkan (Wh)

Hmin

= Beda tinggi minimal pasang surut untuk memutar turbin (m)

h

= Beda tinggi pasang surut (m) = Jumlah investasi yang telah didiskon (Rp)

k

= Tahun ke-n (tahun)

n

= Periode proyek (tahun)

NB

= Net Benefit = Benefit-Cost (Rp) 19 Universitas Sumatera Utara

Nf

= Bilangan formzhal

NPV

= Net Present Value (Rp)

P

= Daya yang dihasilkan (W)

PBP

= Pay Back Periode (tahun) = Fase tiap komponen pasang surut (ᵒ )

Q

= Debit aliran (m³/detik) = Duduk tengah permukaan laut (mean sea level) (m)

sso

= Perubahan duduk tengah musiman yang disebabkan oleh efek muson atau angin (faktor meteorologi) (m)

T

= Periode pasang surut (detik) = Waktu (detik) = Tahun sebelum terdapat PBP (tahun) = Periode komponen ke- (detik)

V

= Volume aliran masuk kolam (m³)

η

= Efisiensi (%) = Elevasi pasang surut yang ditimbulkan oleh faktor astronomi (m) = Elevasi pasang surut akibat faktor meteorologi, seperti tekanan udara dan angin yang menimbulkan gelombang dan arus (m) = Elevasi pasang surut yang ditimbulkan oleh efek gesekan dasar laut atau dasar perairan (m) = Elevasi pasang surut fungsi dari waktu (m) = Kecepatan sudut

ρ

= Massa jenis air laut (kg/m³)

Universitas Sumatera Utara