STUDI PENGARUH PENAMBAHAN UNIT PLTA IV & V TERHADAP POLA OPERASI WADUK KARANGKATES KABUPATEN MALANG

STUDI PENGARUH PENAMBAHAN UNIT PLTA IV & V TERHADAP POLA OPERASI WADUK KARANGKATES KABUPATEN MALANG

Dwi Mahdiani Pratiwi1, Suwanto Marsudi², Rahmah Dara Lufira² 1

Mahasiswa Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Tenik Universitas Brawijaya 2 Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Tenik Universitas Brawijaya Email: [email protected]

ABSTRAK : Kebutuhan listrik yang semakin meningkat harus diimbangi dengan ketersediaan pasokan tenaga listrik yang mencukupi di Pulau Jawa. Upaya untuk meningkatkan energi listrik dapat dilakukan dengan penambahan unit pembangkit listrik tenaga air. Studi ini dilakukan untuk mengetahui besarnya energi yang dapat dibangkitkan dari debit yang tersedia. Studi berlokasi pada Bendungan Karangkates di Kabupaten Malang dengan memanfaatkan aliran air dari Sungai Brantas. PLTA Karangkates unit IV & V dapat menambah energi listrik untuk Pulau Jawa. PLTA direncanakan untuk menambah kapasitas terpasang dengan memanfaatkan tinggi jatuh dan debit pada Bendungan Karangkates. Hasil kajian menunjukan debit pembangkit (time series) sebesar 159,90 m3/det dengan hasil total energi sebesar 384691 MWh. Debit rerata tahunan sebesar 159,90 m3/det dengan hasil total energi sebesar 401799 MWh. Debit andalan Q 97,3% = 28,54 m3/det dengan total energi yang dihasilkan sebesar 249541 MWh, Q 75,5% = 56,39 m3/det dengan total energi yang dihasilkan sebesar 317096 MWh, Q50,7% = 69,15 m3/det dengan total energi yang dihasilkan sebesar 357132 MWh, Q26,0% = 94,80 m3/det dengan total energi yang dihasilkan sebesar 402917 MWh. Sehingga penambahan PLTA Karangkates IV V menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan dengan PLTA Karangkates I II III. Kata kunci: debit, energi, PLTA, Karangkates

ABSTRACT : The growing electricity needs to be balanced with the availability of sufficient electricity supply in Java. Efforts to increase the electrical energy can be done with the addition of hydropower generation units. This study was conducted to determine the amount of energy that can be generated from the debit available. Study on Dam Karangkates located in Malang by utilizing the flow of water from the Brantas River. Hydropower Karangkates unit IV & V can add electricity to the island of Java. Hydropower is planned to increase the installed capacity by utilizing high fall and discharge at Karangkates Dam. The study results show the plant discharge (time series) amounted to 159.90 m3/sec with a total result of 384691 MWh of energy. Debit annual average of 159.90 m3 / sec with a total result of 401799 MWh of energy. Debit mainstay Q97,3% = 28.54 m3/sec with a total energy generated by 249541 MWh, Q75,5% = 56.39 m3 / s with a total energy generated by 317096 MWh, Q50,7% = 69.15 m3/sec with a total energy generated by 357132 MWh, Q26,0% = 94.80 m3/sec with a total energy generated by 402917 MWh. So the addition of hydropower Karangkates IV V produces more energy than the hydropower Karangkates I II III. Keywords: discharge, energy, hydropower, Karangkates

PENDAHULUAN Indonesia merupakan salah satu negara berkembang dengan pertumbuhan penduduk yang selalu meningkat setiap tahunnya, sehingga perlu adanya penambahan pasokan listrik guna memenuhi kebutuhan tersebut.

Kebutuhan energi tenaga listrik yang semakin meningkat dikarenakan pertumbuhan jumlah penduduk dan meningkatnya industrialisasi di Indonesia khususnya Pulau Jawa maka perlu dilakukan peninjauan kembali terhadap sumber energi yang potensial dengan

pertimbangan memanfaatkan energi terbarukan (renewable). Kapasitas terpasang pada unit pembangkit di Bendungan Karangkates yaitu sebesar 35 MW per unit. Melihat kelebihan debit yang ada pada Waduk Karangkates maka dirasa perlu untuk dibangun PLTA IV dan V dengan perencanaan kapasitas awal sebesar 50 MW per unit. PLTA Karangkates ini akan dioperasikan secara paralel bersamaan dengan PLTA Kesamben dan Wlingi pada saat beban puncak, dengan operasi 5 jam/hari mulai dari pukul 18.00 sampai dengan pukul 23.00. Studi ini bertujuan untuk mengetahui pendistribusian air pada Waduk Karangkates dengan menggunakan metode simulasi pola operasi. Selain itu juga untuk mengetahui keandalan dari Waduk Karangkates untuk waktu yang akan datang. METODOLOGI Studi ini berlokasi di Desa Karangkates, Kecamatan Sumber Pucung, Kabupaten Malang, Provinsi Jawa Timur. Waduk Karangkates secara topografi berada pada 08o9’21.01” LS dan 112027’0.01” BT.

Simulasi operasi waduk pada studi ini menggunakan inflow 10 harian. Debit series sebelum adanya penambahan unit PLTA IV V dimulai dari tahun 1990-2016. Setelah adanya penambahan unit PLTA IV V dengan debit series dimulai pada tahun 2016, debit andalan dengan empat karakteristik, dan debit rerata tahunan. Lepasan outflow untuk kebutuhan masing-masing unit PLTA dilakukan dengan cara coba-coba. HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Debit Andalan Table 1. Rekapitulasi Inflow dengan Keandalan Bulan

Des

Jan

Peb

Mar

Apr

Mei

Jun

Jul

Agt

Sep

Gambar 1. Lokasi Studi Sumber: www.Jasatirta1.co.id Data-data yang diperlukan dalam studi ini yaitu data eksisting, data inflow, data outflow, data volume tampungan, data teknis bendungan karangkates Pengolahan data yang dilakukan dalam studi ini yaitu melakukan perhitungan simulasi dengan debit series, debit rerata, dan debit andalan. Kemudian dari data inflow tersebut digunakan untuk menentukan lepasan outflow untuk kebutuhan PLTA.

Okt

Nop

Periode 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Pola 26.0% 75.25 92.08 217.98 113.90 85.28 88.82 109.56 74.81 92.17 133.95 146.11 195.95 146.75 131.07 93.45 102.63 70.30 64.23 53.41 55.39 47.50 41.91 40.27 37.97 35.62 37.38 34.82 33.66 29.87 29.39 38.33 40.28 48.14 73.26 84.55 90.36

50.7% 53.71 53.88 66.58 96.44 76.14 103.08 126.81 139.27 134.54 114.07 114.67 116.95 96.05 42.79 70.31 71.09 56.03 41.53 39.47 21.31 30.08 24.39 31.27 41.47 43.72 56.62 57.87 53.59 75.66 60.14 57.02 63.19 84.21 129.15 91.87 166.36

75.3% 112.68 68.62 133.52 72.66 73.61 59.41 51.46 111.89 94.92 104.68 84.25 98.29 110.33 95.50 61.18 54.27 44.49 39.49 40.57 40.99 66.95 52.79 55.59 40.11 34.45 31.45 31.73 28.28 31.38 39.63 28.84 64.84 47.35 40.81 39.84 61.71

97.3% 35.44 35.83 35.51 34.52 30.87 35.11 83.78 76.23 81.74 113.98 135.24 111.99 99.07 117.75 83.59 90.93 64.30 50.84 31.88 32.55 29.70 29.15 28.89 31.43 27.82 27.82 30.99 24.28 24.34 25.81 29.15 27.62 25.33 24.02 26.59 28.93

Sumber: Hasil Perhitungan Pada perhitungan debit andalan dengan metode basic year dengan persamaan Weibull menggunakan data debit inflow selama 34 tahun dan memiliki empat keandalan yaitu kondisi cukup (Pr 26,0%), kondisi normal (Pr

50,7%), kondisi rendah (Pr 75,3%), kondisi kering (Pr 97,3%) (Sosrodarsono; 1990). Prosedur perhitungan debit andalan sebagai berikut (Subarkah; 1980): 1. Menghitung total debit andalan dalam satu tahap untuk tiap tahun data yang diketahui. Merangkum data mulai dari besar hingga kecil. 2. Menghitung probabilitas untuk masingmasing data dengan menggunakan persamaan Weilbull. Dari perhitungan yang telah dilakukan maka didapatkan hasil untuk masing-masing keandalan pada Tabel 1. dan Gambar 2. berikut:

Debit (m3/det)

250

Debit Andalan Pola Cukup, Normal, Rendah dan Sedang

200 150 100 50

Sumber: Hasil Perhitungan Simulasi Operasi Waduk Simulasi yang dilakukan pada studi ini perlu memperhatikan beberapa hal sebagai berikut: 1. Periode dalam 10 harian. 2. Debit pembangkit yang digunakan sesuai dengan kapasitas yang terpasang di PLTA Karangkates. 3. Simulasi waduk dilakukan dalam 2 tahap yaitu simulasi sebelum adanya penambahan dengan debit series (1990/1991-2015/2016). Tahap kedua dilakukan dengan menggunakan beberapa debit yaitu debit series (2016/2017-2023/2024), debit andalan, dan debit rerata. 4. Waktu operasi untuk unit PLTA I II III dibagi menjadi 2 yaitu untuk beban puncak selama 5 jam (18.00-23.00), beban dasar selama 19 jam (23.0018.00). Sedangkan waktu operasi unit PLTA IV V hanya untuk melayani beban puncak saja.

0

Cukup

Normal

Rendah

Kering

Gambar 2. Grafik Debit Andalan Waduk Karangkates Sumber: Hasil Perhitungan Kehilangan Air Akibat Evaporasi Data evaporasi yang digunakan merupakan data pengamatan klimatologi pada tahun 2011 yang didapatkan dari Perum Jasa Tirta I, dapat dilihat pada Tabel 2. berikut:

Pada unit PLTA I II III setelah dilakukan simulasi pola operasi waduk dengan debit outflow rerata sebesar 48,04 juta m3 dengan kondisi elevasi awal 246,00 m dan elevasi akhir 257,89 m maka didapatkan hasil daya pada peak load sebesar 3256,28 MW dan daya pada base load sebesar 728,42 MW. Energi tahunan pada base load yaitu sebesar 140,42 GWh dan juga pada peak load yaitu sebesar 165,50 GWh. Sehingga total energi tahunan yang dihasilkan yaitu sebesar 305,92 GWh. Lepasan pada simulasi ini dapat dilihat pada Gambar 3. berikut:

Tabel 2. Evaporasi Waduk Karangkates

Desember

Januari

Februari

Maret

April

Mei

Periode 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Evaporasi mm/hari 3.99 4.24 4.24 4.05 4.06 4.07 3.91 3.86 3.85 3.99 3.93 3.83 3.87 3.76 3.64 3.52 3.41 3.32

Bulan

Juni

Juli

Agustus

September

Oktober

Nopember

Periode 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Evaporasi mm/hari 3.32 3.37 3.32 3.44 3.23 3.29 3.37 3.79 3.91 4.05 4.00 4.09 4.19 4.23 4.29 4.32 3.86 3.86

Draft Pola Lepasan 1.0 0.8

Draft

Bulan

0.6 0.4 0.2 0.0 Base I II III

Peaker I II III

Gambar 3. Draft Pola Lepasan (1990/1991) Sumber: Hasil Perhitungan Setelah dilakukan simulasi pola operasi waduk pada penambahan PLTA IV V dengan debit outflow rerata sebesar 63,02 juta m3 dengan kondisi elevasi awal 266,24 m dan

Draft Pola Lepasan

load unit PLTA IV V yaitu sebesar 127,18 GWh. Sehingga total energi tahunan yang didapat sebesar 402,92 GWh. Lepasan pada simulasi ini dapat dilihat pada Gambar 5. diatas dan untuk rule curve pada Gambar 6. berikut:

195

280

170

275

145

270

120

265

95

260

70

255

45

250

20

Desember Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember

1.0

285

Volume (juta m3)

Rule curve Tahun Cukup (Pr 26,0 %)

Elevasi Muka Air (m)

elevasi akhir 271,56 m dengan menghasilkan daya pada peak load unit PLTA I II III sebesar 3209,32 MW, daya pada base load sebesar 324,71 MW, dan peak load unit PLTA IV V sebesar 2792,56 MW. Energi tahunan yang dihasilkan pada base load unit PLTA I II III yaitu sebesar 61,18 GWh dan pada peak load unit PLTA I II III yaitu sebesar 162,59 GWh, sedangkan pada peak load unit PLTA IV V yaitu sebesar 141,19 GWh. Sehingga total energi yang dihasilkan pada PLTA I II III IV V yaitu sebesar 364,96 GWh. Lepasan pada simulasi ini dapat dilihat pada Gambar 4. berikut:

0.8

Draft

0.6

Elevasi Muka Air (m)

0.4

Volume (juta m3)

Gambar 6. Rule curve (Pr 26,0%) Sumber: Hasil Perhitungan

0.2 0.0

Gambar 4. Draft Pola Lepasan (2016/2017) Sumber: Hasil Perhitungan

Draft Pola Lepasan 1.0 0.8 0.6

Draft

Des Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sep Okt Nop Peaker I II III Base I II III Peaker IV V

0.4

Draft Pola Lepasan 1.0

0.2

0.8

0.0

Draft

0.6 Peak Load I II III

Base Load I II III

Peak Load IV V

0.4

Gambar 7. Draft Pola Lepasan (Pr 50,7%)

0.2

Sumber: Hasil Perhitungan

0.0 Des Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sep Okt Nop Peak Load I II III

Base Load I II III

Peak Load IV V

Gambar 5. Draft Pola Lepasan (Pr 26,0%) Sumber: Hasil Perhitungan Dengan mengunakan debit andalan pada kondisi basah yaitu probabilitas 26,0% dengan debit outflow rerata sebesar 63,61 juta m3 kondisi elevasi awal 270,02 m dan elevasi akhir 255,05 m dan menghasilkan daya pada peak load unit PLTA I II III sebesar 3353,87 MW, daya pada base load sebesar 552,00 MW, dan peak load unit PLTA IV V sebesar 2512,89 MW. Energi tahunan pada base load unit PLTA I II III yang didapat yaitu sebesar 105,69 GWh, pada peak load unit PLTA I II III yaitu sebesar 170,05 GWh, sedangkan pada peak

Dengan mengunakan debit andalan pada kondisi normal yaitu probabilitas 50,7% dengan debit outflow rerata sebesar 59,40 juta m3 kondisi elevasi awal 268,12 m dan elevasi akhir 264,18 m dan menghasilkan daya pada peak load unit PLTA I II III sebesar 3275,05 MW, daya pada base load sebesar 364,11 MW, dan peak load unit PLTA IV V sebesar 2377,02 MW. Energi tahunan pada base load unit PLTA I II III yang didapat yaitu sebesar 70,09 GWh, pada peak load unit PLTA I II III yaitu sebesar 166,42 GWh, sedangkan pada peak load unit PLTA IV V yaitu sebesar 120,63 GWh. Sehingga total energi tahunan yang didapat sebesar 357,13 GWh. Lepasan pada simulasi ini dapat dilihat pada Gambar 7. dan untuk rule curve pada Gambar 8. berikut:

195

280

170

275

145

270

120

265

95

260

70

255

45

250

20

Volume (juta m3)

285

Desember Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember

Elevasi Muka Air (m)

Rule curve Tahun Normal (Pr 50,7 %)

Elevasi Muka Air (m)

MW, daya pada base load sebesar 166,89 MW, dan peak load unit PLTA IV V sebesar 2305,54 MW. Energi tahunan pada base load unit PLTA I II III yang didapat yaitu sebesar 319,97 GWh, pada peak load unit PLTA I II III yaitu sebesar 168,64 GWh, sedangkan pada peak load unit PLTA IV V yaitu sebesar 116,45 GWh. Sehingga total energi tahunan yang didapat sebesar 317,10 GWh. Lepasan pada simulasi ini dapat dilihat pada Gambar 9. dan untuk rule curve pada Gambar 10. diatas. 1.0

Volume (juta m3)

Draft Pola Lepasan

0.8

Draft

Gambar 8. Rule curve (Pr 50,7%) Sumber: Hasil Perhitungan

0.6 0.4

1.0

0.2

0.8

0.0

0.6

Peak Load I II III

Peak Load IV V

Gambar 11. Draft Pola Lepasan (Pr 97,3%) Sumber: Hasil Perhitungan

0.4 0.2 0.0 Peak Load IV V

Gambar 9. Draft Pola Lepasan (Pr 75,3%) Sumber: Hasil Perhitungan

170

275

145

270

120

265

95

260

70

255

45

250

20

Desember Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember

280

Volume (juta m3)

Rule curve Tahun Rendah (Pr 75,3 %) 285 195

Elevasi Muka Air (m)

Volume (juta m3)

Gambar 10. Rule curve (Pr 75,3%) Sumber: Hasil Perhitungan Dengan mengunakan debit andalan pada kondisi kering yaitu probabilitas 75,3% dengan debit outflow rerata sebesar 51,53 juta m3 kondisi elevasi awal 272,50 m dan elevasi akhir 255,67 m dan menghasilkan daya pada peak load unit PLTA I II III sebesar 3327,79

285

195

280

170

275

145

270

120

265

95

260

70

255

45

250

20

Desember Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember

Base Load I II III

Elevasi Muka Air (m)

Rule curve Tahun Kering (97,3 %) Peak Load I II III

Elevasi Muka Air (m)

Base Load I II III

Volume (juta m3)

Draft

Draft Pola Lepasan

Elevasi Muka Air (m)

Gambar 12. Rule curve (Pr 97,3%) Sumber: Hasil Perhitungan Dengan mengunakan debit andalan pada kondisi kering yaitu probabilitas 97,3% dengan debit outflow rerata sebesar 41,81 juta m3 kondisi elevasi awal 270,10 m dan elevasi akhir 256,58 m dan menghasilkan daya pada peak load unit PLTA I II III sebesar 2934,23 MW, daya pada base load sebesar 0,00 MW, dan peak load unit PLTA IV V sebesar 199,73 MW. Energi tahunan pada base load unit PLTA I II III yang didapat yaitu sebesar 0,00 GWh, pada peak load unit PLTA I II III yaitu sebesar 148,84 GWh, sedangkan pada peak load unit PLTA IV V yaitu sebesar 100,71 GWh.

Sehingga total energi tahunan yang didapat sebesar 249,54 GWh. Lepasan pada simulasi ini dapat dilihat pada Gambar 11. dan untuk rule curve pada Gambar 12. diatas. KESIMPULAN Dari analisa dan perhitungan yang dilakukan menggunakan data inflow harian Waduk Karangkates selama 24 tahun (1990/1991-2013/2014) dan data inflow pembangkitan dengan Metode Thomas Fiering selama 10 tahun (2014/2015-2023/2024) dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut ini: 1. Pada simulasi pola operasi waduk eksisting PLTA Karangkates I II III menggunakan debit time series selama 27 tahun (1990/1991-2015/2016) dengan kapasitas daya terpasang sebesar 3 x 35 MW dengan debit pembangkitan sebesar 154,14 m3/det untuk tiga turbin atau 51,38 m3/det untuk satu turbin. Energi tahunan yang dihasilkan sebesar 347,02 GWh dengan rincian penggunaan untuk base load sebesar 180,21 GWh dan peak load sebesar 166,82 GWh. 2. Penentuan debit andalan pada PLTA Karangkates IV V menggunakan empat kondisi karakteristik dengan Metode Basic Month, berikut merupakan daya yang dihasilkan:  Peak Load I II III = 2934.23 MW  Base Load I II III = 0.00 MW  Peak Load IV V = 1998.73 MW  Total = 4932.96 MW Kondisi Rendah (Pr 75,5%)  Peak Load I II III = 3327.79 MW  Base Load I II III = 166.89 MW  Peak Load IV V = 2305.54 MW  Total = 5800.21 MW Kondisi Normal (Pr 50,7%)  Peak Load I II III = 3275.05 MW  Base Load I II III = 364.11 MW  Peak Load IV V = 2377.02 MW  Total = 6016.19 MW 3. Energi yang dihasilkan dari simulasi pola operasi waduk pada PLTA Karangkates IV V sebagai berikut: a. Debit Time Series (2016/2017 2023/2024)  Peak Load I II III = 164,26 GWh  Base Load I II III = 64,53 GWh  Peak Load IV V = 155,90 GWh  Total = 384,69 GWh b. Debit Rerata (1990/1991 - 2023/2024)  Peak Load I II III = 163,73 GWh

 Base Load I II III = 99,28 GWh  Peak Load IV V = 138,78 GWh  Total = 401,80 GWh c. Debit andalan dengan empat kondisi sebagai berikut: Kondisi Kering (Pr 97,3%)  Peak Load I II III = 148.84 GWh  Base Load I II III = 0,00 GWh  Peak Load IV V = 100.71 GWh  Total = 249.54 GWh Kondisi Rendah (Pr 75,5%)  Peak Load I II III = 168.65 GWh  Base Load I II III = 32.00 GWh  Peak Load IV V = 116.45 GWh  Total = 317.10 GWh Kondisi Normal (Pr 50,7%)  Peak Load I II III = 166.42 GWh  Base Load I II III = 70.09 GWh  Peak Load IV V = 120.63 GWh  Total = 357.13 GWh Kondisi Cukup (26,0%)  Peak Load I II III = 170.05 GWh  Base Load I II III = 105.69 GWh  Peak Load IV V = 127.18 GWh  Total = 402.92 GWh Berdasarkan hasil rekapitulasi diatas maka didapat hasil energi pada PLTA Karangkates unit I II III yaitu pada beban dasar sebesar 180,21 GWh, beban puncak sebesar 166,82 GWh dengan total energi 347,02 GWh. Simulasi pola operasi dengan adanya penambahan unit PLTA IV V memberikan tambahan energi pada beban puncak yang cukup besar seperti dengan menggunakan debit series (2017-2024) menghasilkan energi pada beban puncak sebesar 155,90 GWh, debit rerata (1990-2024) menghasilkan energi beban puncak sebesar 138,78 GWh, debit andalan untuk kondisi cukup sebesar 127,18 GWh, untuk kondisi normal sebesar 120,63 GWh, untuk kondisi rendah seebesar 116,45 GWh, dan untuk kondisi kering sebesar 100,71 GWh. DAFTAR PUSTAKA McMahon TA. 1986. River and Reservoir Yield. New York: Water Resources Publications. Montarcih, L. dan Soetopo, W. 2013. Statistika Terapan Untuk Teknik Pengairan. Malang: CV. Citra Malang. Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik. Surabaya: Usaha Nasional. Soetopo, Widandi. 2010. Operasi Waduk Tunggal. Malang: CV. Asrori.

Sosrodarsono, S. 2006. Hidrologi Untuk Pengairan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

Subarkah, Imam. 1980. Hidrologi untuk Perencanaan Bangunan Air. Bandung: Idea Dharma. www.jasatirta1.co.id (diakses 26 Oktober 2015