STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) WAMENA DI KABUPATEN JAYAWIJAYA PROVINSI PAPUA Nan Ady Wibowo1), Very Dermawan2), dan Donny Harisuseno2) 1) Mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Pengairan, Universitas Brawijaya 2) Dosen Teknik Pengairan, Universitas Brawijaya e-mail :
[email protected] ABSTRAK Air merupakan sumber energi yang penting karena dapat dijadikan sumber energi pembangkit listrik yang murah dan tidak menimbulkan polusi. Indonesia kaya sumber daya air sehingga sangat berpotensi untuk memproduksi energi listrik yang banyak. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan alternatif sumber listrik bagi masyarakat, yang akan memberikan banyak keuntungan terutama bagi masyarakat pedalaman di seluruh Indonesia. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi Sungai Uwe apabila digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga mikro hidro. Potensi tersebut meliputi, besar debit andalan, tinggi jatuh efektif yang dimiliki, potensi daya listrik yang dapat dihasilkan, serta mengetahui jumlah rumah yang akan mendapatkan suplai energi listrik dari PLTMH Wamena. Dari hasil analisa diperoleh debit andalan Sungai Uwe dengan menggunakan metode Tank Model (debit andalan Q90) sebesar 1,06 m3/dt. Penentuan klasifikasi turbin berdasarkan tinggi jatuh, flow dan kecepatan spesifik (Ns), maka PLTMH Wamena menggunakan Turbin Banki/Crossflow. Dengan debit 1,06 m3/dt dan tinggi jatuh efektif setinggi 4,87 m, dihasilkan daya listrik sebesar 39,03 kW dan energi listrik sebesar 31,22 kW. Banyaknya rumah yang mendapat suplai daya listrik baru dengan kebutuhan minimum listrik per rumah sebesar 170 W adalah 183 Rumah. Kata Kunci : PLTMH, Debit Andalan, Model Tank, Turbin, Daya Listrik. ABSTRACT Water is an important energy resource because it can be used as cheap power plant and not cause pollution. Indonesia is rich in water resource, so it has high potential to produce a lot of electrical energy. Micro Hydro Power Plant (PLTMH) is alternative electrical source for the community, which will provide many benefits for rural community all over Indonesia. The aim of this study to determine the potential of Uwe river when used as micro hydro power plant. The potential include dependable water discharge, effective fall height, potential of electrical power that can be generated, and how many houses will get a supply of power from Wamena PLTMH. The result of analysis use Tank Model method (dependable discharge Q90) show dependable discharge of Uwe river is 1,06 m3/dt. Determination of turbine classification base on fall heigth, flow and spesific velocity (Ns), based on result of the study Wamena PLTMH use Banki/Crossflow Turbine. With discharge of 1,06 m3/dt and fall heigth of 4,87 m, electrical power that generated is 39,03 kW and electrical energy of 31,22kW. The number of house that recieve the new supply of electrical power with minimun requiremen per house of 170W is 183 houses. Key Word : PLTMH, Dependable Discharge, Tank Model, Turbine, Electrical Power.
PENDAHULUAN Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) merupakan alternatif sumber energi listrik bagi masyarakat, PLTMH memberikan banyak keuntungan terutama bagi masyarakat pedalaman di
seluruh Indonesia. Disaat sumber energi lain mulai menipis dan memberikan dampak negatif, maka air menjadi sumber energi yang sangat penting karena dapat dijadikan sumber energi pembangkit listrik yang murah dan tidak menimbulkan polusi. Selain itu, Indonesia
kaya akan sumber daya air sehingga sangat potensial untuk mem-produksi energi listrik yang banyak. Kabupaten Jayawijaya telah memiliki pembangkit listrik PLN dengan dengan kapasitas terpasang 3.040 Kw (BPS Kabupaten Jayawijaya, 2008). Kondisi saat ini Perusahaan Listrik Negara (PLN) masih belum dapat melayani kebutuhan listrik kepada masyarakat selama 24 jam, di wilayah ini PLN menerapkan sistem penggunaan listrik bergilir karena ke-kurangan daya listrik. Padahal masyarakat sangat mendambakan pe-nerangan listrik tersebut. Selama ini masyarakat di sana hanya mengguna-kan genset yang dibeli melalui swadaya masyarakat, namun karena keterbatasan sarana dan mahalnya biaya trasportasi menyebabkan mahalnya bahan bakar minyak di wilayah ini. Sumber tenaga air di Distrik Wamena Kabupaten Jayawijaya cukup tersedia untuk dibangun fasilitas pembangkit listrik tenaga mikro hidro. Pada distrik tersebut terdapat beberapa sungai yang cukup potensial, diantaranya Sungai Uwe dan Sungai Wesi, pada sungai tersebut terdapat potensi ketersediaan air yang cukup sepanjang tahun, debit yang dapat diandalkan, dan memiliki kontur yang sesuai dengan teknis perencanaan untuk dibangun PLTMH. Dengan kenyataan dan kondisi yang demikian, terdapat kemungkinan air yang belum termanfaatkan secara optimal dapat digunakan untuk membangkitkan listrik. Listrik yang dihasilkan dapat menambah kebutuhan energi listrik bagi masyarakat Kabupaten Jayawijaya, sehingga masalah kekurangan listrik di daerah-daerah terpencil di Kabupaten Jayawijaya dapat teratasi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi Sungai Uwe apabila digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga mikro hidro. Potensi tersebut meliputi:
1. 2. 3. 4.
Mengetahui besar debit andalan yang tersedia pada PLTMH Wamena. Mengetahui tinggi jatuh efektif yang terjadi pada PLTMH Wamena. Mengetahui potensi daya listrik yang dapat dihasilkan PLTMH Wamena. Mengetahui jumlah rumah yang akan mendapatkan suplai energi listrik dari PLTMH Wamena
TINJAUAN PUSTAKA Analisa Hidrologi Analisa Banjir Rancangan Hidrograf satuan suatu DAS adalah suatu limpasan langsung yang diakibatkan oleh satu satuan hujan efektif yang terbagi rata dalam waktu dan ruang. Metode penentuan debit banjir rancangan akan dilakukan dengan metode hidrograf satuan sintetik Nakayasu. Debit Andalan dengan Tank Model Guna mendapatkan kapasitas PLTMH, tidak terlepas dari per-hitungan berapa banyak air yang dapat diandalakan untuk membangkitkan PLTMH. Debit andalan adalah debit minimum (terkecil) yang masih dimungkinkan untuk keamanan operasional suatu bangunan air, dalam hal ini adalah PLTMH. Dasar Model Tangki adalah salah satu cara menghitung debit air disuatu tempat dengan cara untuk mengasumsikan daerah aliran sungai dengan sejumlah tampungan yang digambar-kan dengan sederet tangki. Model ini dikembangkan oleh Sugawara. Sebagai contoh kita tinjau model berikut ini: Curah Hujan yang jatuh pada suatu waktu R (t) akan mengisi tangki paling atas V1. Air yang tertampung pada tangki V1 mengalir lewat lubang di dinding kanan atau merembes lewat lubang di dasar tangki dan masuk mengisi tangki V2 dalam tahap kedua.
Hujan
evaporasi
CI up
Outflow
HI hI up
CI lw
hI lw
CI
0
Gambar 2. Grafik Hubungan Debit Tank Model Dengan Debit Observasi
Infiltrasi
Sumber : Diktat Stroge Fungtion Method, 1984 CII up
Outflow
HII hII up
CII lw
hII lw
CII
0
H III
CIII Outflow
hIII
CIII
0
Gambar 1. Model Tangki Sumber : Diktat Stroge Fungtion Method, 1984
Air yang tertampung pada tangki V2 akan mengalir lewat lubang-lubang di dinding ataupun merembes lewat dasar tangki, dan masuk ke tangki ketiga pada tahap ketiga. Proses ini berulang hingga tahap selanjutnya. Air yang mengalir lewat dinding tangki akan menghasilkan limpasan, sedangkan yang merembes melewati dasar tangki merupakan infiltrasi. Untuk mendapatkan koefisien perkalian (c) dan ketinggian lubang aliran (h) yang tepat dapat dilakukan dengan metode trial and error (coba – coba). Harga (c) dan (h) ini di dapatkan dengan membandingkan hasil perhitungan debit dari Tank model (Qtm) dengan debit yang telah diobservasi (Qob) seperti terlihat pada Gambar 2. Nilai (c) dan (h) tepat apabila grafik (Qtm) telah berhimpit dengan grafik (Qob) (Anonim/Diktat Stroge Fungtion Method, 1984:40).
Analisa Hidrolika Bangunan Bendung 1. Lebar Efektif Bendung Lebar efektif bendung di sini adalah jarak antar pangkal-pangkal nya (abutment), menurut kriteria lebar bendung ini diambil sama dengan lebar rata-rata sungai yang stabil atau lebar rata-rata muka air banjir tahunan sungai yang bersangkutan atau diambil lebar maksimum bendung tidak lebih dari 1,2 kali lebar rata-rata sungai pada ruas yang stabil (Anonim/KP-02, 1986:49). Berikut adalah persamaan lebar bendung: Be = B – 2 (n . Kp + Ka) . H1
(1)
Dengan: Be = lebar efektif bendung (m). n = jumlah pilar. Kp = koefisien kontraksi pilar. Ka = koefisien kontraksi pangkal bendung. H1 = tinggi energi di atas mercu (m).
2.
Tinggi Muka Air Banjir di Mercu Bendung Persamaan tinggi energi di mercu (H1) menggunakan rumus bendung dengan mercu bulat, (Anonim/KP-02, 1986:56):
Atas atas debit yaitu
Q = Cd . 2/3 . (2/3g)0,5 . Be . H13/2 (2) Dengan : Q = debit (m3/det) Cd = koefisien debit g = percepatan gravitasi (m/det2) Be = lebar efektif bendung (m) H1 = tinggi energi di atas mercu (m)
Bangunan Hantar Bangunan hantar adalah sebuah saluran pembawa yang menghantarkan debit kebutuhan yang akan dibangkit-kan oleh turbin. Dalam perencanaan PLTMH, bangunan hantar dibagi menjadi: Bangunan Pengambilan (intake), Trashrack, Bak Penenang dan Pipa Pesat (Penstock). Kehilangan Tinggi Tekan Kehilangan tinggi tekan merupakan akumulasi dari beberapa kehilang-an tinggi tekan yaitu: a. Kehilangan tinggi tekan akibat saringan (trashrack) b. Kehilangan tinggi tekan akibat pemasukan dan keluaran c. Kehilangan tinggi tekan akibat belokan d. Kehilangan tinggi akibat gesekan Saluran Pembuang Akhir (Tail Race) Saluran bawah (Tile Water Level) adalah sebuah saluran yang dilalui oleh air yang keluar dari turbin air, terus ke sungai. Tinggi TWL tergantung dari debit air yang keluar dari turbin, jenis penampang serta dimensi penampang saluran pembuang. Turbin Air Turbin Air adalah turbin dengan air sebagai fluida kerja. Air yang mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju tempat yang lebih rendah, hal ini air memiliki energi potensial. Dalam proses aliran didalam pipa, energi potensial tersebut berangsur-angsur berubah menjadi energi mekanis, dimana air memutar roda turbin. Roda turbin dihubungkan dengan generator yang mengubah energi mekanis (gerak) menjadi energi listrik (Arismunandar, 1991:64). Karakteristik Turbin
Perbandingan karakteristik turbin dapat kita lihat pada grafik head (m) dengan flow (m3/s) berikut ini:
Gambar 3. Grafik Hubungan Head dan Flow Sumber : Patty, O. Tenaga Air. 1995
Generator Generator merupakan suatu alat yang dapat merubah energi gerak (mekanis) menjadi energi listrik. Suatu generator dapat diuraikan lebih lanjut mengenai: klasifikasi generator, daya generator, dan berat generator.
Gambar 4. Turbin dan Generator Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Turbin_air
Perhitungan Daya dan Energi Keuntungan suatu proyek Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ditentukan dari besar daya yang dibangkitkan dan jumlah energi yang dibangkitkan tiap tahun. Jika tinggi jatuh efektif maksimum adalah Heff (m), Debit maksimum turbin adalah Q (m3/dtk), efisiensi dari turbin dan generator masing-masing adalah ηt dan ηg maka daya atau tenaga yang dibangkitkan oleh suatu Pembangkit Listrik
Tenaga Mikrohidro dapat dihitung dengan rumus (Arismunandar, 1991:19). Daya Teoritis = 9,81 x P x Q x Heff (w)
(3)
Daya Turbin = 9,81 x ρ x ηt x Q x Heff (w)
(4)
BAHAN DAN METODE Lokasi Studi Lokasi studi adalah wilayah DAS Uwe terletak di Distrik Wamena Kabupaten Jayawijaya Povinsi Papua, dengan luas DAS Uwe adalah 257,56 km2 dan panjang sungai 50 km.
Daya Generator = 9,81 x ρ x ηg x ηt x Q x Heff (w)
(5)
Dengan: P = daya yang dihasilkan (kW) ηt = efisiensi turbin (ppm) ηg = efisiensi generator (rpm) ρ = massa jenis air = 1000 (kg/m3) Q = debit pembangkit (m3/dtk) Heff = tinggi jatuh efektif (m) Kebutuhan Listrik Masyarakat Kebutuhan listrik masyarakat, khususnya pada program pelistrikan desa sangat dibatasi. Hal ini didasarkan ketersediaan potensi sumber daya air, kemampuan memelihara dan mem-biayai penggunaan listrik, serta besaran biaya pembangunan. Tabel 1. Penggunaan Listrik Pedesaan Keterangan
Jumlah
Daya
Jumlah
Penerangan Lampu
5 titik
25 W
125 W
Televisi Warna s/d 17 inci
1 unit
45 W
45 W
Kebutuhan Minimum Catu Daya per Rumah 170 W
Sumber : http://bonkadhafadli.blogspot.com/2013/01/lapor an-hasil-analisa-survey-pltmh-namo.html
Daya yang dapat digunakan untuk setiap sambungan instalasi rumah ratarata sebesar 170 W. Peng-gunaan listrik masyarakat perdesaan dengan PLTM ini, khusus untuk penerangan digunakan pada malam hari dengan pertimbangan pada siang hari sebagian besar masyarakat bekerja.
Gambar 5. Peta Kabupaten Jayawijaya Sumber : Jayawijaya Dalam Angka 2011
Data-Data Yang Dibutuhkan Data-data penunjang yang digunakan dalam studi pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini meliputi: 1. Peta Topografi 2. Data luas DAS 3. Data Curah Hujan selama 10 tahun dari tahun 2002 sampai dengan tahun 2011 yang diambil dari Stasiun Hujan Megapura dan Kurulu. 4. Data Klimatologi selama 10 tahun dari tahun 2002 sampai dengan tahun 2011 yang terdiri dari data penguapan dan data suhu udara yang diambil dari Stasiun Meteorologi Wamena. Tahapan Perencanaan Tahapan dalam merencanakan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) di Distrik Wamena Kabupaten Jayawijaya Provinsi Papua adalah sebagai berikut:
1. Analisa Peta Topografi Peta topografi digunakan sebagai dasar untuk perencanaan / desain bangunan PLTMH pada lokasi yang terpilih. 2. Analisa Hidrologi A. Pendugaan Banjir Rancangan Pendugaan banjir rancangan berfungsi untuk menentukan desain bangunan pengambilan. Perhitungan debit banjir rancangan dalam perencanaan PLTMH ini dianalisis dengan pendekatan Model Hidrograf Satuan Sintetis (HSS) Nakayasu. B. Debit Andalan Pada perencanaan PLTMH, debit andalan sangat berpengaruh pada daya yang akan dikeluarkan. Debit andalan untuk tujuan pusat listrik tenaga air sebesar 90%. Untuk menentukan debit dengan peluang keandalan tertentu (debit andalan) dapat dilakukan dengan pendekatan analisis peluang dengan Metode Weilbull. Perencanaan Konstruksi Hidromekanikal A. Pipa Pesat 1. Merencanakan panjang pipa yang ditentukan dari bak penenang ke rumah turbin. 2. Menghitung slope pipa dengan cara membagi beda tinggi dengan panjang pipa. 3. Menghitung diameter pipa pesat (D) B. Tinggi Jatuh Efektif Daya yang mampu dihasilkan dari sebuah pembangkit listrik mikro hidro sangat bergantung dari beberapa variabel salah satunya yaitu tinggi jatuh efektif. Untuk menghitung tinggi jatuh efektif (Heff)
C. Turbin Menentukan jenis turbin yang akan digunakan. D. Generator Menentukan generator yang akan digunakan. 4.
Daya yang dibangkitkan oleh PLTMH Menghitung daya yang dibangkitkan.
HASIL DAN PEMBAHASAN 1.
Uji Konsistensi Data Hujan Data hujan yang diproleh diuji tingkat konsistensinya. pengujian konsistensi data menggunakan lengkung masa dapat dilihat pada Gambar 6 – 8.
perlu Hasil hujan ganda
3.
Gambar 6. Hubungan Kumulatif Hujan Tahunan Stasiun Megapura dan Stasiun Kurulu, Stasiun Wamena Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 7. Hubungan Kumulatif Hujan Tahunan Stasiun Kurulu dan Stasiun Megapura, Stasiun Wamena Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 8. Hubungan Kumulatif Hujan Tahunan Stasiun Wamena dan Stasiun Megapura, Stasiun Kurulu Sumber: Hasil Perhitungan
2.
Analisa Banjir Rancangan Metode penentuan debit banjir rancangan akan dilakukan dengan metode hidrograf satuan sintetik Nakayasu. Persamaan umum hidrograf satuan sintetik adalah sebagai berikut: 1 A Re (2-6) Qp 3,6 0,30Tp T0.30
3. Analisa Debit Andalan Dalam perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ini metode perhitungan debit andalan mengguna-kan metode Tank Model. Perhitungan Debit Metode Tank Model Perhitungan pendugaan debit aliran Sungai Uwe menggunakan metode Tank Model dengan langkah – langkah yang telah dijelaskan, meng-gunakan trial and error secara berulang hingga diperoleh hasil yang mendekati debit pengukuran observasi. Perhitungan debit Sungai Uwe dengan mengunakan metode Tank Model pada tahun 2002 adalah sebagai berikut : Hujan
evaporasi
CI up hI up
CI lw
hI lw
CI
0
Infiltrasi
CII up
Kala Ulang
Q Rencana
(Tahun)
(m /dt)
2
357.78
5
501.98
10
605.83
25
746.31
50
857.70
100
975.20
3
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 9. Hidrograf Banjir Rancangan Sungai Uwe Sumber: Hasil Perhitungan
Outflow
HII hII up
CII lw
hII lw
CII
Tabel 2. Debit Banjir Rancangan Sungai Uwe
Outflow
HI
0
H III
CIII Outflow
hIII
CIII
0
Gambar 10. Model Tangki Metode Tank Model (trial and error) dengan parameter data berikut : Kedalaman Tangki 1 = 100 H1 = 70 H2 = 50 f1 = C1up = 0,4 f2 = C1lw = 0,5 C1 = 0,25
Kedalaman Tangki 2 = 80 H1 = 50 H2 = 16,52 f1 = C2up = 0,8 f2 = C2lw = 0,5 C2 = 0,01
Kedalaman Tangki 3 = 60 H1 = 35 H2 = 35 f1 = C3 outflow = 0,8 C3 = 0,11
Luas DAS = 257,560 km2 = 257.560.000 m2
Hasil Rekapitulasi Debit Bangkitan Sungai Uwe Tahun 2002 – 2011 dengan metode Tank Model, dapat dilihat pada TabelA3 berikut:.……………………....
Tabel 3. Rekapitulasi Debit Bangkitan Sungai Uwe Tahun 2002 – 2011 dengan metode Tank Model No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Bulan Januari
Februari
Maret
April
Mei
Juni
Juli
Agustus
September
Oktober
November
Desember
I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III I II III
2002 12.751 8.588 5.689 10.586 11.477 9.872 12.452 13.327 12.128 11.752 10.953 6.371 5.929 6.669 7.117 3.653 3.660 3.802 9.865 13.196 14.579 5.527 7.488 4.107 8.571 5.629 6.848 9.657 4.827 9.807 12.811 11.384 5.652 5.845 4.873 5.183
2003 5.133 6.948 4.961 4.566 9.098 6.413 6.389 12.103 8.614 10.337 11.255 13.172 5.473 2.109 2.526 2.096 5.352 8.202 5.434 5.881 7.125 4.563 5.098 6.170 1.276 1.512 1.913 3.044 4.716 4.449 4.121 3.831 4.109 5.018 5.418 6.698
2004 9.329 8.421 6.425 10.605 11.475 9.756 11.699 13.314 12.659 12.571 11.548 6.580 7.012 6.920 7.132 5.061 4.854 4.169 9.584 10.399 4.955 5.583 4.542 9.022 3.864 4.283 5.265 5.883 3.842 3.325 5.730 3.901 4.459 5.491 6.909 10.243
2005 10.019 8.476 6.434 10.608 11.476 9.871 12.452 13.327 12.662 12.572 11.548 6.580 5.979 6.790 7.126 3.926 3.963 3.971 9.876 13.199 14.580 8.014 4.120 5.128 8.577 5.660 6.850 9.824 4.873 9.808 12.811 11.855 5.736 6.245 6.917 5.938
Debit 2006 2007 5.151 11.625 6.954 14.610 4.963 10.783 4.567 11.064 9.098 13.012 6.638 11.879 6.825 14.096 12.133 10.420 8.617 13.298 10.337 11.731 11.256 8.582 13.172 9.993 8.536 6.337 5.728 5.277 6.267 4.727 5.020 3.702 5.562 3.363 8.248 3.071 5.448 2.807 5.886 2.540 7.127 3.579 4.563 5.700 5.098 11.820 6.170 8.580 5.445 6.009 4.347 9.891 8.845 13.783 4.023 13.849 4.251 12.428 6.718 10.284 4.138 12.610 4.253 10.553 5.428 4.423 4.317 3.541 4.560 3.178 5.601 2.852
2008 8.703 5.444 13.355 14.072 14.475 13.249 8.747 3.956 11.110 12.033 11.185 12.269 11.570 8.731 8.493 5.836 12.010 15.347 7.828 4.842 5.484 12.479 7.065 4.344 9.185 9.980 8.080 7.164 8.350 11.317 8.586 9.267 14.537 8.942 11.146 9.587
2009 6.807 6.836 4.708 8.085 11.404 10.578 8.498 8.423 4.783 4.128 4.872 5.412 4.488 4.694 5.592 6.106 5.296 8.106 4.964 4.756 13.101 7.703 3.910 3.410 3.587 4.887 11.566 15.839 15.539 13.714 4.123 3.423 3.055 2.750 2.483 2.233
2010 10.740 5.778 7.431 3.988 11.281 8.111 6.870 6.964 13.175 12.849 15.538 8.991 8.914 4.158 3.675 3.766 4.090 3.630 6.158 4.196 3.375 3.032 2.826 2.585 3.380 3.890 5.896 6.718 12.253 6.775 9.070 4.115 3.918 3.403 3.074 2.766
2011 7.801 8.317 6.408 10.600 11.474 9.870 12.452 13.326 12.662 12.572 11.548 6.580 5.979 6.790 7.126 3.926 3.963 3.971 9.541 9.348 3.708 4.756 4.057 8.992 3.859 4.281 5.228 5.039 3.729 3.301 5.726 3.901 4.459 5.491 6.909 10.243
Sumber : Hasil Perhitungan
Perhitungan Debit Observasi Sungai Uwe Perhitungan Debit Observasi merupakan pengukuran debit secara langsung pada sungai disekitar lokasi tempat perencanaan PLTMH. Perhitungan Debit Observasi sangat diperlukan untuk memberikan pertimbangan atau sebagai data pembanding terhadap hasil perhitungan pendugaan debit aliran Sungai Uwe menggunakan metode Tank Model. Selain itu, perhitungan debit observasi merupakan kontrol terhadap penentuan nilai C pada tangki yang diasusmsikan pada pendugaan debit metode Tank Model, semakin mendekati nilai debit observasi dengan nilai debit pendugaan metode Tank Model maka menunjukan nilai C yang diasumsikan
untuk pendugaan metode Tank Model adalah telah tepat. Pemaparan perhitungan Debit Observasi Sungai Uwe pada Tanggal 17-18 April 2012 dapat dilihat pada Tabel 4. Dari hasil perhitungan debit observasi pada tanggal 17 April 2012, maka diperoleh nilai rerata dari debit observasi sebesar 11,127 m3/dtk. Sedangkan pada Tabel 3. diperoleh nilai rerata dari Debit Bangkitan Sungai Uwe Tahun 2002 – 2011 pada bulan April II (10 hari ke 2), sebesar 10,829 m3/dtk. Dengan membandingkan Debit Observasi dan Debit Bangkitan Sungai Uwe Metode Tank Model, maka pendugaan nilai C pada perhitungan Debit Bangkitan Sungai Uwe Metode Tank Model adalah telah sesuai.
Tabel 4. Debit Observasi Sungai Uwe pada Tanggal 17-18 April 2012 WAKTU
07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00
KECEPATAN RERATA (m/dtk) 0,563 0,630 0,626 0,615 0,658 0,671 0,636 0,591 0,639 0,597 0,636 0,610 0,621 0,589 0,623 0,487 0,543 0,573 0,567 0,550 0,584 0,547 0,578 0,493 0,623 0,599
KETINGGIAN LUAS DEBIT MUKA AIR PENAMPANG OBSERVASI (m) (m2) (m3/dtk) 0,900 18,725 10,534 0,900 18,725 11,794 0,900 18,725 11,713 0,900 18,725 11,510 0,900 18,725 12,323 0,900 18,725 12,567 0,900 18,725 11,916 0,900 18,725 11,063 0,900 18,725 11,957 0,900 18,725 11,184 0,900 18,725 11,916 0,900 18,725 11,428 0,900 18,725 11,632 0,900 18,725 11,022 0,900 18,725 11,672 0,900 18,725 9,111 0,900 18,725 10,168 0,900 18,725 10,737 0,900 18,725 10,615 0,900 18,725 10,290 0,900 18,725 10,941 0,900 18,725 10,250 0,900 18,725 10,819 0,900 18,725 9,233 0,900 18,725 11,672 0,900 18,725 11,225
Rerata Debit Observasi
sebesar 6,51 m3/detik dan minimum sebesar 1,06 m3/det 4.
Bangunan Bendung Bangunan bendung direncanakan dengan tinggi mercu 1.50 m dan lebar sungai rencana 45 m, dengan lebar pintu pembilas 3 m sebanyak satu buah dengan tebal pilar 1 m. Berikut adalah data-data yang diperlukan untuk perhitungan bendung: nilai Ka (pangkal tembok bulat) nilai Kp (pilar berujung bulat) elevasi dasar elevasi puncak bendung ∆z g
Bulan Januari
Februari
Maret
April
Mei
Juni
Q (m3/det) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
3,68 3,92 3,39 2,90 6,51 4,75 4,61 3,05 3,70 3,40 3,75 3,94 3,28 1,66 1,89 1,61 2,43 2,24
Bulan Juli
Agustus
September
Oktober
Nopember
Desember
Q (m3/det) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
2,16 1,94 2,43 2,28 2,10 1,91 1,06 1,25 1,61 2,25 2,68 2,37 2,95 2,48 2,25 2,02 1,82 1,64
= 0,01 = 1879 m = 1880,5 m = 1,0 m = 9,81
Be = B – 2 (n . Kp + Ka) . H1 = (45 – 1 – 3) – 2(2 x 0,01 + 0,1) H1 = 41 – 0,24H1
Sumber : Hasil Perhitungan
Tabel 5. Debit Andalan Q90 Sungai Uwe
= 0,1
Adapun langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut: - Penentuan lebar efektif bendung
11,127
Debit Andalan Perhitungan debit andalan ini dilakukan dengan persamaan Weibull, untuk keperluan air baku debit andalan yang dipergunakan adalah Q90, atau yang peluang terjadinya adalah 90 %.
debit
-
Tinggi muka air di atas mercu bendung Q = Cd . 2/3 . (2/3g)0.5 . Be . H11.5 857,70 = 1,286 x 2/3 x (2/3 x 9,81)0.5 x (41 – 0,24H1) x H11.5
Dengan cara coba-coba (trial and error) didapat nilai H1 = 4,851 m, desain bendung dapat dilihat pada Gambar 11. 5.
Bangunan Pengambilan Bangunan pengambilan terletak di sisi kiri Sungai Uwe, direncanakan dengan konstruksi bangunan dari pasangan batu dilengkapi dengan 1 (satu) buah pintu baja tipe sluice gate, dan saringan atau trashrack. Berikut adalah data yang diperlukan untuk perhitungan intake:
debit desain : Q90 = 1,06 m3/dt lebar intake : 1,40 m (desain) tinggi ambang rencana : 1,00 m koefisien manning (n) : 0,013 (pasangan beton) slope (S) : 0,002 (desain)
Sumber : Hasil Perhitungan
Dari hasil diatas dapat dilihat debit andalan Q 90 memiliki debit maksimal
Hasil desain bangunan pengambilan dapat dilihat pada Gambar 12.
Saluran Pembawa Bangunan ini (Saluran Pembawa) direncanakan kurang lebih sepanjang 29,5 m dengan membawa debit sebesar 1,06 m3/dt. Saluran pembawa direncanakan dengan memakai saluran terbuka dengan geometri saluran berbentuk persegi empat. Dari data-data dan pendekatan yang digunakan maka didapatkan hasil perhitungan sebagai berikut: lebar saluran pembawa : 1,40 m (desain) koefisien Manning (n) : 0,017 (pasangan batu) slope (S) : 0,0005 (desain)
B = 4,00 m α = 1,1 L =6m Dimensi bak penenang:
Perhitungan dengan menggunakan Q90, A. Mencari tinggi muka air Penampang berbentuk segi empat dengan rumus debit: Q = V x A --------> V = Q / A V = 1/n . (A/P)2/3 . S1/2
8.
6.
1,06 =
1,4 h
1 1,4 h 0,017 2h 1,4 2
0,73
2
3
0,0005
1
= 1,4 h 1,4 h 3
2h 1,4
B. Mencari kecepatan air 1,06 V = Q/A = 1,40 1,03 = 0,735 m/dt Hasil detail desain saluran pembawa dapat dilihat pada Gambar 13. Bak Penenang (Forebay) Untuk perhitungan dimensi bak penenang dibutuhkan data-data sebagai berikut (perhitungan menggunakan debit rencana Q90): Q90 = 1,06 m3/dt
1
3
Volume bak penenang = 10 Q 90 = 10,60 m3 Vsc = A sc d sc 10,60 = B L d sc = 4 6 d sc dsc = 0,44 m Hasil desain bak penenang (forebay) dapat dilihat pada Gambar 14. Pipa Pesat (Penstock) Untuk mendapatkan diameter pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: d
2
Dengan cara coba-coba (trial and error) dapat diketahui kedalaman air, h = 1,03 m. Tinggi jagaan direncana dengan tinggi 0,35 m. Jadi tinggi total saluran intake adalah 1,03 + 0,35 ≈ 1,40 m
7.
1
α Q d 2 3 1,1 1,06 2 = hc = 2 9,81 4 2 g B hc = 0,20 m
n 2 Q2 L = 2,69 H
0,1875
dengan: n = 0,009 Q = 1,06 m3/dt L = 30,50 m H = 5,07 m d = 0,81 m V = Q/A 1,06 = 1 3,14 0,812 4 = 2,06 m/dt Hasil desain pipa pesat (penstock) dapat dilihat pada Gambar 15. 9.
Saluran Pembuang Akhir (Tail Race) Saluran pembuang akhir (tail race) direncanakan berbentuk segi empat dari pasangan batu. Kapasitas saluran direncanakan Q90 = 1,06 m3/dt. b = 1,00 m n = 0,017 (pasangan batu) s = 0,014
Persamaan Manning: V = 1/n . (A/P)2/3 . S1/2 =
1 bh 0,017 b 2h 2
V
2
3
0,014
1
Q 1,06 V 2
3 = 7,03 1 h = 7,03 h 1 2h 1 2h
= = =
VxA V x (b x h) 1,06/(1+h) 2
2
3
h 3 1,06/(1+h) = 7,03 1 2h Dengan cara coba-coba (trial and error) dapat diketahui kedalaman air, h = 0,408 m
Gambar 11. Desain Bendung Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 12. Desain Letak Intake Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 13. Desain Saluran Pembawa Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 14. Desain Bak Penenang Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 15. Desain Pipa Pesat Sumber: Hasil Perhitungan
10.
Perhitungan Kehilangan Tinggi Tekan a. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Akibat Trashrack
t h s sinα b
3
4
V3 2g 3
0,733 0,01 4 h s 75 1,31 2 (9,81) 0,05 h s = 0,010 b. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Pemasukan V2 hp K 2g
Dengan elevasi Muka Air Normal (Normal Water Level) pada bak penenang +1880,95 dan rencana elevasi turbin + 1875,85, maka terdapat beda tinggi (Head Gross) = 5,096 m = 5,1 m. Maka beda tinggi efektif adalah beda tinggi (Head Gross) dikurangi dengan total kehilangan tinggi tekan = 5,1 – 0,226 = 4,874 m.
11.
Turbin Air
2,06 2 h p 0,5 0,108 2 (9,81) hp = 0,108 c. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Gesekan pada Pipa L V2 hg f d 2g f
124.5 n 2 D
1
124,5 0,009 2
3
0,81
1
3
= 0,011
h g 0,011
30,5 2,06 2 0,81 2 (9,81)
hg = 0,088 d. Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Belokan pada Pipa V2 hb Kb 2g
h b 0,925
2,06 2 2 (9,81)
Tabel 6. Total Kehilangan Tinggi Tekan Akibat Trashrack
Q90 (hs )
0,010
Akibat Pemasukan (hp)
0,108
Akibat Gesekan
0,088
(hg)
Dari Gambar 16 diketahui bahwa dengan tinggi jatuh efektif pada debit Q90 adalah 4,87 meter dan debit desain sebesar 1,06 m3/dt, maka dipilih Turbin Banki/Crossflow. 12.
hb = 0,020
Pengaruh
Gambar 16. Penentuan Tipe Turbin Berdasarkan Tinggi Jatuh dan Debit Desain Sumber: Hasil Perhitungan
Akibat Belokan (hb) 0,020 Total 0,226 Sumber: Hasil Perhitungan
Kapasitas Daya dan Energi Besarnya daya dan energi yang dibangkitkan oleh debit Q90 sebesar 1,06 m3/dt dan tinggi jatuh efektif 4,87 m. Efisiensi turbin, ηt = 0,77 Efisiensi generator, ηg = 0,85 Daya listrik yang dibangkitkan dihitung dengan memakai persamaan: P Turbin = 9,81 x Q x Heff x ηt = 9,81 x 1,06 x 4.87 x 0,77 = 39,03 kW
P Generator
= P Turbin x ηg = 39,03 x 0,85 = 31,22 kW = 31.220 W
13. Jumlah Rumah yang Dapat Dilayani Berdasarkan ketersediaan daya yang dibangkitkan melalui PLTMH Wamena ini maka dapat dihitung berapa rumah yang akan menerima suplai daya listrik baru, dengan estimasi jumlah kebutuhan minimum listrik per rumah diwilayah pedesaan sebesar 170 watt, maka perhitungan jumlah rumah yang akan menerima suplai daya listrik baru adalah seebagai berikut: Jumlah Rumah = (Daya Hasil Pembangkitan / Kebutuhan Minimum Listrik) Jumlah Rumah
= 31.220 W / 170 W = 183 Rumah
KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis dan perhitungan yang telah dilakukan dengan memperhatikan rumusan masalah dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Dalam perhitungan debit andalan Sungai Uwe menggunakan metode Tank Model, perencanaan PLTMH Wamena menggunakan debit andalan Q90 sebesar 1,06 m3/dt. 2. Klasifikasi turbin berdasarkan tinggi jatuh efektif setinggi 4,87 m dan kecepatan spesifik (Ns), maka PLTMH Wamena menggunakan Turbin Banki/Crossflow. 3. Besarnya daya yang dihasilkan dengan debit 1,06 m3/dt dan tinggi jatuh efektif setinggi 4,87 m adalah 39,03 kW. 4. Besarnya energi listrik yang dihasilkan dengan debit 1,06 m3/dt, sebesar 31,22 kW.
5. Banyaknya rumah yang mendapat suplay daya listrik baru dengan energi listrik yang dihasilkan sebesar 31,22 kW dan kebutuhan minimum listrik per rumah sebesar 170 W adalah 183 Rumah. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 1984. Diktat Stroge Fungtion Method, Tidak Dipublikasikan Anonim. 2011. Jayawijaya Dalam Angka 2011, Tidak Dipublikasikan Arismunandar, Artono. 1991. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik I, PT. Pradnya Paramita. Jakarta Direktorat Jendral Pengairan. 1986. Standar Perencanaan Bagian Bangunan Utama KP-02, Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta Montarcih, Lily. 2010. Hidrologi Praktis. CV. Lubuk Agung. Bandung Patty, O. 1995. Tenaga Air. Erlangga. Jakarta. a
