STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR TIPE RUN OFF RIVER DI SUNGAI KLADEN PACITAN MENGGUNAKAN METODE FLOW DURATON CUVRE MAJEMUK
JURNAL ILMIAH Diajaukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T.)
a
Disusun Oleh SAMUEL HARJANTO NIM : 105060401111004
KEMENTRIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK MALANG 2014
LEMBAR PERSETUJUAN STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR TIPE RUN OFF RIVER DI SUNGAI KLADEN PACITAN MENGGUNAKAN METODE FLOW DURATON CUVRE MAJEMUK
JURNAL ILMIAH Diajaukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T.)
a
Disusun Oleh SAMUEL HARJANTO NIM : 105060401111004
Telah diperiksa dan disetujui oleh Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing I
Dr. Ir. Lily Montarcih L, Msc
Dr. Ir. Endang Purwati, MP
NIP. 19620917 198701 2 001
NIP. 19521117 198103 2 001
STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR TIPE RUN OFF RIVER DI SUNGAI KLADEN PACITAN MENGGUNAKAN METODE FLOW DURATON CUVRE MAJEMUK Samuel Harjanto1, Lily Montarcih L2, Endang Purwati2 1
Mahasiswa S-1 Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang 2
Dosen Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang E-mail :
[email protected] ABSTRAK
Pembangkit listrik tenaga air merupakan salah satu bentuk program yang digunakan untuk menghasilkan energi terbarukan bersumber dari air. Energi terbarukan merupakan solusi untuk memenuhi kebutuhan energi yang semakin meningkat setiap harinya. Di Indonesia sendiri, kebutuhan akan energi setiap harinya bertambah seiring dengan pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi, pertumbuhan industri dll. Pemenuhan kebutuhan energi melalui program pembangunan pembangkit listrik tenaga air harus disertai dengan analisis debit dan tinggi jatuh yang baik, dikarenakan kedua hal tersebut akan berpengaruh pada besaran daya dan energi yang dihasilkan. Studi ini ingin menggungkapkan perencanaan debit desain dengan menggunakan metode yang telah dikembangkan oleh John Paulus Pantouw, yaitu Flow Duration Curve Majemuk untuk menghasilkan besaran nilai daya dan energi yang optimal dengan sumber energi air. Flow Duration Curve Majemuk sendiri adalah grafik lengkung durasi aliran yang digambarkan dengan melakukan pemilahan data deret hidrologi (debit) berdasarkan tren bulan basah dan kering pada lokasi studi. Lokasi studi terletak di daerah Kabupaten Pacitan dengan objek studi sungai Kladen. Penggunaan metode ini ingin membuktikan bahwa potensi debit yang tersembunyi pada sungai dapat dimunculkan dan termanfaatkan serta tidak terbuang/bias jika menggunakan metode flow duration curve tunggal. Pada studi ini menggunakan metode flow duration curve tunggal, flow duration curve majemuk 2 (pemilahan bulan basah 1 dan bulan kering 1), dan flow duration curve majemuk 3 (pemilahan bulan basah 1, bulan kering 1, dan bulan basah 2), untuk menghasilkan debit desain optimum yang nantinya akan berpengaruh pada besaran daya dan energi yang dihasilkan pada desain perencanaan pembangkit listrik tenaga air itu sendiri. Kata Kunci: debit desain, flow duration curve tunggal, dan flow duration curve majemuk ABSTRACT Hydroelectricity is one of the ways used to generate renewable energy sourced from water. Renewable energy is a solution to meet the growing energy needs every day. In Indonesia, daily energy requirements increase along with population growth, economic growth, and industrial growth. Energy needs through the development of hydroelectric power plants must be accompanied by an analysis of high discharge and a good head, because both of these will affect the amount of power and energy produced. This study is aimed to explain about discharge planning design using methods that have been developed by John Paul Pantouw, namely Plural Flow Duration Curve to produce the amount of power and energy values are optimal with water energy source. Plural Flow Duration Curve is a curved duration of the flow chart depicted by sorting hydrologic series data (discharge) based on trends in wet and dry at the study site. Study sites located in the area with the object of study in Pacitan’s Kladen river. The use of this
method is aimed to prove that the discharge potential hidden in this river can be raised and utilized and not wasted / bias when using a single method of flow duration curve. This study uses a single method of flow duration curve, plural flow duration curve 2 (sorting wet months 1 and dry months 1 ), and the plural flow duration curve 3 (sorting wet month 1, month 1 dry and wet months 2), to produce the optimum design discharge which will affect the amount of power and energy generated at the power plant planning design water itself. Keywords: design discharge, flow duration curve single, and the flow duration curve plural Pembangkit Listrik Tenaga 1. PENDAHULUAN Dewasa ini perkembangan energi Minihidro atau kebanyakan dikenal berbanding lurus dengan perkembangan dengan singkatan PLTM, yaitu suatu jaman. Pertumbuhan penduduk, bentuk perubahan tenaga air dengan perkembangan industri, dan kemajuan ketinggian debit tertentu menjadi tenagateknologi menjadi alasan utama serta tenaga listrik dengan menggunakan turbin bukti bahwa energi sangatlah penting air dan generator (QDC, bagi kehidupan ini. Kebutuhan akan Telecomunication and Power Instructure energi ini sayangnya tidak beriringan Build and Invesment : 2014). dengan sumber daya yang dimanfaatkan Cara kerja PLTM dimulai dengan atau digunakan sebagai sumber utama proses perubahan aliran air yang penghasil energi. merupakan energi potensial menjadi Air merupakan salah satu sumber energi mekanis dalam bentuk putaran daya yang sangat melimpah dan mudah turbin, untuk kemudian dikonversi digunakan dalam pemanfaatannya. Salah menjadi energi listrik pada generator. Air satu bentuk program pendayagunaan air yang mengalir pada kapasitas tertentu, adalah pembangkit listrik tenaga air disalurkan pada ketinggian tertentu (PLTM) dimana program ini dapat menuju rumah turbin. Turbin akan menghasilkan besaran energi yang menerima energi air tersebut, dan disesuaikan dengan besaran aliran air mengubahnya menjadi energi mekanik (debit) dan besaran tinggi jatuh dari suatu berupa berputarnya poros turbin. Poros topografi yang ada. Dengan kata lain yang berputar kemudian ditransmisikan pembangkit listrik tenaga air merupakan ke generator dan akan dihasilkan energi pembangkit/penghasil energi paling listrik yang akan masuk ke sistem kontrol ekonomis. arus listrik sebelum dialirkan ke rumahPembangkit listrik tenaga air rumah (QDC, Telecomunication and merupakan bentuk program yang Power Instructure Build and Invesment : digunakan untuk memenuhi kebutuhan 2014). energi listrik. Pembangkit listrik tenaga Studi perencanaan pembangkit air dapat dikategorikan sesuai dengan listrik ini berlokasi di sungai Kladen besaran daya yang dihasilkan yaitu : Kabupaten Pacitan, dengan perencanaan PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga PLTA jenis minihidro. Kondisi sungai ini Mikro Hidro) dengan kisaran daya dapat dikatakan dalam kategori sungai sebesar < 100 kW , PLTM (Pembangkit musiman dikarenakan aliran sungai pada Listrik Tenaga Minihidro) dengan kisaran saat musim basah dan musim kering daya sebesar 100 kW – 5000 kW dan berbeda jauh dan cenderung tidak PLTA sebesar > 5000 kW. Dengan stabil.dengan keadaan sungai seperti ini demikian, dapat ditentukan jenis PLTA maka dalam perencanaan pembangunan berdasarkan dari besaran output daya Secara umum konsep dari layout yang dihasilkan. sistem PLTM merupakan pembangkit jenis run off river yang memanfaatkan
langsung aliran sungai yang ada. Penggunaan aliran langsung pada sungai sering kali tetap mebutuhkan bendung/kolam tampungan sebagai tempat menampung air serta meninggikan muka air untuk memperbesar aliran air yang akan mensuplai PLTA itu sendiri. Studi perencanaan PLTM ini dibatasi sampai perencanaan bangunan pengambilan., dan dalam kaitannya pada perencanaan PLTM ada dua hal yang menjadi pokok penting yaitu aliran sungai (debit) dan berapa tinggi jatuh yang ada. Metode analisa debit yang digunakan adalah metode flow duration curve majemuk dimana dalam penggunaan metode ini dilakukan pemilahan data deret hidrologi (curah hujan, debit, dll) berdasarkan tren bulan basah dan bulan kering pada lokasi studi yang diambil agar terlihat potensi aliran air pada saat musim basah dan kering dan memunculkan potensi debit yang tersembunyi agar tidak bias/hilang dengan penggunaan metode flow duration curve tunggal. Flow duration curve sendiri adalah grafik hubungan antara deret hidrologi (debit, curah hujan, dll) pada sumbu Y terhadap probabilitas/prosentase besaran deret hidrologi tersebut (John P Pantouw, 2014:11). Dalam studi ini diambil beberapa masalah yang dapat dirumuskan seperti berikut : 1) Tipe flow duration curve apakah yang dapat memberikan peningkatan energi optimal dengan kondisi karakteristik DAS Kladen ? 2) Berapakah hasil optimasi debit dengan menggunakan metode flow duration curve majemuk yang sesuai ? 3) Berapakah besaran energi yang diperoleh dari hasil optimasi debit meggunakan metode flow duration curve majemuk yang sesuai ? 4) Berapakah besaran energi yang dihasilkan oleh flow duration curve tunggal dan flow duration curve majemuk ?
Studi perencanaan pembangkit listrik tenaga hidro ini bertujuan untuk melakukan optimasi debit air yang terbatas pada sungai Kladen Kabupaten Pacitan dengan maksud untuk dapat menghasilkan energi yang maksimum pada perencanaan pembangkit listrik tipe run off river. 2. METODOLOGI PERENCANAAN Pada studi perencanaan pembangkit listrik tenaga air ini menggunakan data curah hujan yang diambil dari 2 stasiun hujan yang berbeda yaitu Stasiun Hujan Pringkuku dan Stasiun Hujan Donorejo serta Stasiun Klimatologi Pacitan. Data yang telah diperoleh kemudian diolah dengan tahapan pengerjaan sehingga dapat menghasilkan output/keluaran yang diinginkan sebagai berikut : 1) Melakukan uji homogenitas data untuk melihat keseragaman data dengan uji F dan uji T dan uji konsistensi data untuk melihat apakah data berasal dari populasi yang sama dengan uji lengkung massa ganda sebagai berikut (Soewarno, 1995:95) : o Uji F Merupakan uji yang dilakukan untuk meilhat apakah varian/standar deviasi data yang dimiliki seragam dengan membandingkan hasil Fhitung dan Ftabel (Soewarno, 1995:96). a) Mencari standar deviasi dengan variable X dan Y : S12 S22 S22 F hitung = 2 S1 F hitung =
,
S12 > S22
,
S12 < S22
dengan : S1 = varians sampel 1 S2 = varians sampel 2 b) Mencari Fhitung dari standar deviasi X dan Y :
n 1 n xi x k
F1 =
2
i 1
x k
n
ij
i 1 j 1
xi x j x
2
k 1 k x j x
F2 =
n
2.
2
j 1
x k
n
ij
xi x j x
i 1 j 1
2
dengan : X1 = harga rata-rata bulan i Xj = harga rata-rata bulan j X = harga rata-rata keseluruhan X1j = pengamatan untuk bulan I pada tahun j n = banyak pengamatan perbulan k = banyak bulan c) Membandingkan Fhitung dengan Ftabel, dengan hipotesis : Jika Fhitung < Ftabel, berarti homogen. Jika Fhitung > Ftabel, berarti tidak homogen o Uji T Merupakan uji yang dilakukan untuk melihat atau menunjukkan kestabilan nilai rata-ratanya, dengan membandingkan Ttabel dan Thitung yang diperoleh (Soewarno, 1995:96).
3.
[ x1 x 2 ]
t
.
1 1 N1 N 2
dengan : x1 = rerata dari sampel x
1
x 2 = rerata dari sampel x 2 s1 = standar deviasi sampel x1 s2 = standar deviasi sampel x2 N1 = ukuran sampel x1 N2 = ukuran sampel x2 Hipotesa : Jika Thitung < Ttabel, berarti berasal dari populasi yang sama. Jika Thitung > Ttabel, berarti tidak berasal dari populasi yang sama.
4.
5.
Melakukan uji konsistensi data dengan uji lengkung massa ganda. Data yang digunakan adalah data komulatif dari Stasiun Hujan Pringkuku dan Stasiun Hujan Donorejo. Gambar lengkung massa ganda disajikan pada Gambar 1 di bawah.
Gambar 1. Lengkung Massa Ganda Sta Hujan Pringkuku terhadap Sta. Hujan Donorejo. Melakukan perhitungan evaporasi potensial dengan membandingkan 3 metode yaitu Metode BlanneyCriddle, Metode Radiasi, dan Metode Penman untuk mendapatkan nilai evaporasi potensial terbesar yang berhungan dengan nilai ketersediaan debit nantnya pada metode F.J. Mock. Beberapa metode diatas memeliki prinsip umum yang sama yaitu (Lily Montarcih, 2010:21) : Eto = c . Eto* dengan : Eto = evapotranspirasi potensial (mm/hari). c = faktor koreksi Eto* = evaporasi (mm/hari) Melakukan pembangkitan data debit dengan Metode F.J. Mock. Data curah hujan yang dipilih berasal dari Stasiun Pringkuku dikarenakan memberikan pengaruh terbesar pada DAS yang direncanakan (Lily Montarcih, 2010:206). Melakukan analisa debit andalan dengan metode flow duration curve yang dibagi menjadi 3 yaitu flow
6.
7.
duration curve tunggal, flow duration curve majemuk 2, dan flow duration curve 3. Melakukan analisa perhitungan perencanaan bangunan pengambilan dengan debit andalan desain yang sudah didapatkan dari analisa flow duration curve. Standar perencanaan bangunan pengambilan berdasarkan KP-02 (Bangunan Utama) seperti pada Gambar 2 di bawah.
Gambar 2. Konfigurasi Bangunan Pengambilan Melakukan analisa perhitungan daya dan energi dengan debit yang didapat dan tinggi jatuh yang sudah ditentukan (Arismunandar, 2004:19). Daya Teoritis = 9,81 x Q x Heff(kW) Daya Turbin = 9,81 x ηt x Q x Heff(kW) Daya Generator = 9,81 x ηg x ηt x Q x Heff (kW) dengan : P = daya yang dihasilkan (kW) ηt = efisiensi turbin ηg = efisiensi generator ρ
= massa jenis air = 1000 (kg/m3)
Q = debit pembangkit (m3/dt) Heff = tinggi jatuh efektif (m) dngan rumus energi adalah :
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada pengerjaan analisa perhitungan terbagi menjadi beberapa tahapan pengerjaan yaitu : o Pengujian homogenistas data dengan hasil uji F dan Uji T sebagai berikut : Stasiun Hujan Donorejo Fhitung = 0,496 dan Ftabel = 3,48 Thitung = 0,496 dan Ttabel = 1,746 - dari hasil perhitungan diatas didapat hipotesa bahwa data yang tersedia seragan/homogenitas dan berasal dari populasi yang sama. Stasiun Hujan Donorejo Fhitung = 0,297 dan Ftabel = 3,48 Thitung = 0,593 dan Ttabel = 1,746 - dari hasil perhitungan diatas didapat hipotesa bahwa data yang tersedia seragan/homogenitas dan berasal dari populasi yang sama. o Perhitungan evaporasi potensial yang nantinya akan berpengaruh pada pembangkitan data debit metode F.J. Mock dengan metode BlanneyCriddle, metode Radiasi, dan metode Penman. Metode yang dipilih adalah yang dapat memberikan nilai evaporasi terbesar yang disajikan pada Tabel 1. Di bawah. Tabel 1. Perhitungan Nilai Evaporasi dengan 3 Metode Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober November Desember
. dengan : t = waktu yang dipengaruhi oleh kemungkinan kejadiannya.
o
BC 4,8 4,8 4,6 4,2 4,1 4,2 4,1 4,5 4,9 5,0 5,0 5,0
Radiasi 4,4 4,4 4,3 4,3 3,8 3,8 4,1 4,8 4,9 52 3,6 4,3
Penman 5,4 7,3 6,6 5,7 7,3 6,8 6,9 10,3 15,8 12,7 13,0 10,8
dari hasil perhitungan diatas didapatkan hasil evaporasi terbesar menggunakan metode Penman. Melakukan pembangkitan data debit dengan data curah hujan Stasiun Hujan Pringkuku, hari hujan, dan hasil evaporasi dari metode Penman.
o
Data debit yang dibangkitkan adalah debit bulanan pada tahun 2003 2012 Melakukan analisa debit andalan dengan metode flow duration curve tunggal, flow duration curve majemuk 2, dan flow duration curve majemuk 3. - Analisa flow duration curve tunggal yaitu pengambaran lengkung durasi aliran tanpa diadakan pemilahan musim basah dan kering. Gambar flow duration curve tunggal digambarkan pada Gambar 3. di bawah.
lengkung durasi aliran dengan dilakukan pemilahan bulan basah 1 (Januari-Maret), kering 1 (April-September), dan basah 2 (Oktober-Desember). Gambar flow duration curve majemuk 3 digambarkan pada Gambar 5. di bawah. -
Gambar
Gambar -
Gambar -
3.
Flow Duration Curve Tunggal Analisa flow duration curve majemuk 2 yaitu pengambaran lengkung durasi aliran dengan dilakukan pemilahan bulan basah 1 (Oktober-Maret), dan kering 1 (April-September). Gambar flow duration curve majemuk 2 digambarkan pada Gambar 4. di bawah.
4.
Flow Duration Curve Majemuk 2 Analisa flow duration curve majemuk 3 yaitu pengambaran
5.
Flow Duration Curve Majemuk 3 o Melakukan analisa perencanaan bangunan pengambilan dengan Qkeandalan 50% = 2,3726 m3/dt, Bsungai = 10 m, H = 0,6322 m didapat bukaan pintu sebesar 0,5989 m. o Melakukan analisa perhitungan daya dan energi dengan Qkeandalan 3 50% = 2,3726 m /dt, efisiensi turbin = 0,77 , efisiensi generator = 0,85 , tinggi jatuh = 162,5 m dan jumlah hari = 355 didapat daya sebesar 2475,4831 KW dan energi sebesar 21.106 KWH. 4. KESIMPULAN Pada studi perencanaan pembangkit listrik tenaga air tipe run off river di sungai Kladen Pacitan dengan metode flow duration curve majemuk dapat ditarik beberapa kesimpulan yang mencakup rumusan masalah, sebagai berikut : 1) Tipe flow duration curve majemuk 3 adalah tipe yang sesuai dibanding tipe lainnya dikarenakan dapat memberikan besaran energi terbesar. 2) Debit desain yang digunakan adalah debit andalan dengan prosentase 50% (High Water Level)
yang dibagi menjadi 3 kategori yaitu debit andalan 50% pada musim basah 1 sebesar 2,3726 m3/dt, musim kering 1 sebesar 0,1723 m3/dt, dan musim basah 2 sebesar 0,0532 m3/dt. 3) Tipe flow duration curve majemuk 3 dapat memeberikan besaran daya dan energi terbesar dibanding tipe lainnya dengan besaran daya sebesar 2475,5 KW dan besaran energi sebesar 21091115,7 KWH dalam kurun waktu setahun (355 hari). 4) Perolehan daya dan energi yang diahasilkan dengan membending metode flow duration curve tunggal dan flow duration curve majemuk ditabelkan pada Tabel 2 di bawah dengan nilai efisiensi turbin sebesar 0,77 , efisiensi generator sebesar 0,85, tinggi jatuh sebesar 162,5 m dan dengan jumlah hari 355 hari. Tabel 2. Perhitungan Daya dan Energi Menggunakan Debit keandalan 90% Metode
Musim
FDC 1
Basah 1 Kering 1 Basah 1 Kering 1 Basah 2
FDC 2 FDC 3
Q (m3/dt) 0,572 0,014 0,031 1,080 0,031 0,003
Daya (KW) 597 15 33 1127 33 4
Energi (KWH) 51.105 12.104 28.104 96.105 28.104 32.103
5. UCAPAN TERIMA KASIH Dalam kesempatan ini saya sampaikan rasa hormat dan terimakasih kepada : 1) Tuhan Yesus dan almarhum kakek saya (Ngadimen) atas doa dan berkat yang tak berkesudahan. 2) Kedua orang tua saya Harjanto dan Soelistianah yang selalu memberikan doa dan memenuhi semua kebutuhan studi selama ini. 3) Ibu Dr. Ir. Lily Montarcih Limantara, Msc dan Dr. Ir. Ibu Endang Purwati MP atas bimbingannya dan kesabarannya.
4) Saudara saya Lukas Harjanto, Amelia Klavert, dan Bobby Adi Saputra K. 5) Roselina Eka Septarini atas perhatian dan waktunya. 6) Teman-teman pengairan Angakatan 2010. 6. DAFTAR PUSTAKA 1. Anonymous. 2013. Telecomunication And Power Infrastructure Build And Ivestment: Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro.http://www.qdc.co.i d/tag/pembangkit-listrik-enagamini-hydro. (diakses tanggal : 9 April 2014). 2. Arismunandar, A & Kuwahara, S. 1988. Teknik Tenaga Listrik Jilid I. Jakarta: PT. Pradnya Paramita. 3. Montarcih, Lily. 2010. Hidrologi Praktis. Bandung: CV. Lubuk Agung. 4. Pantouw, John P. 2014, Model Flow Duration Curve Majemuk Sesuai Karakteristik Daerah Aliran Sungai Untuk Memperoleh Energi Optimum Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro Tipe Run Off River Disertasi tidak dipublikasikan. Malang: Universitas Brawijaya.. 5. Soewarno, 1995. Aplikasi Metode Stasistic Untuk Analisa Data. Bandung. NOVA 6. Keputusan Direktur Jenderal Pengairan. 1986. Kriteria Perencanaan Bagian Bangunan Utama KP – 02.
