perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
UPAYA PENINGKATAN POTENSI ENERGI SECARA TEKNIK PADA AIR TERJUN JUBLEK TECHNICAL IMPROVEMENT ON THE POTENCY OF ENERGY CONTAINED IN JUBLEK WATERFALL SKRIPSI Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh : FITRIA FAUZIA M.D NIM I 0112058
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user
2016
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
“Remember Me and I’ll remember you”
(Q.S. 2:152) “Dont give up, don’t ever give up” (Jim valvano)
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN Terimakasih kepada Allah S.W.T atas segala nikmat, rahmat dan berkatnya yang melimpah. 1. 2. 3. 4. 5.
6. 7. 8. 9.
Ibu dan Bapak yang telah memberi kasih sayang, doa, dukungan dan semangat. Kakak dan adik yang telah memberi semangat serta dukungan. Bapak Dr.Ir. Mamok Suprapto, Meng yang telah memberikan dukungan , bantuan, serta sabar dalam memberikan bimbingan. Seluruh dosen Teknik Sipil UNS atas ilmu dan bimbingannya. Mas Slamet, Mbak Yoyo, Mas Andy, Mas Edwin, serta seluruh orang yang ada di Pama Studio yang telah memberikan dorongan, bantuan dalam survey dan pengerjaan skripsi. Teman - teman skripsi, Hadid, Farida dan Heri yang telah memberikan bantuan dan semangat. Tanty dan Meylisa yang telah menyempatkan waktu untuk berbagi tawa. Terimakasih kepada Yayasan ALPED yang telah memberikan beasiswa. Teman-teman Teknik Sipil UNS angkatan 2012.
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK Fitria Fauzia M.D, Mamok Suprapto, Suyanto. 2016. Upaya Peningkatan Potensi Energi secara Teknik pada Air Terjun Jublek. Skripsi. Program Studi Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta. Air merupakan salah satu energi yang terbarukan dan dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Air Terjun Jublek yang bersumber dari Sungai Kumpul yang terletak di Desa Berjo, Kecamatan Ngargoyoso, Kabupaten Karanganyar, berdasarkan hasil survei secara langsung memiliki tinggi jatuh sebesar 14,5 m dan debit sesaat sebesar 0,038 m3/dt. Dari hasil survei tersebut, Air Terjun Jublek berpotensi untuk dijadikan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH). Pada penelitian ini dilakukan 2 skenario pada PLTMH, pada skenario 1 tanpa dilakukan pengulangan tinggi jatuh dan skenario 2 dilakukan pengulangan tinggi jatuh dengan pompa untuk mendapatkan tinggi jatuh kembali. Parameter yang penting pada penelitian PLTMH ini adalah tinggi jatuh dan debit andalan. Debit didapatkan dengan transformasi hujan menjadi aliran dengan bantuan HEC-HMS 3.5, kemudian debit andalan 80% dicari dengan menggunakan Rumus Weibull. Tinggi jatuh dan debit andalan digunakan untuk menghitung daya, energi dan penjualan energi pada skenario 1 dan skenario 2, kemudian dilakukan analisis ekonomi untuk mengetahui kelayakan investasi pada masing-masing skenario. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa skenario 1 yang dilakukan tanpa pengulangan tinggi jatuh menghasilkan daya 2.672,06 kW/tahun, energi 64.129,50 kWh/tahun dan penjualan energi Rp 101.201.553,00/tahun. Skenario 2 dengan pengulangan tinggi jatuh dengan menggunakan pompa menghasilkan daya 2505,01 kW/tahun, energi 61.456,61 kWh /tahun, dan penjualan energi sebesar Rp 96.983.515,00/tahun. Penurunan daya, dan penjualan energi terjadi karena daya pompa yang besar. Analisis ekonomi skenario 1, NPV= Rp 250.377.359,67, BCR= 1,69, dan IRR= 19,65 %, sehingga dianggap layak dari segi investasi, sedangkan skenario 2, NPV = - Rp 94.978.419,00 , BCR= 0,85, dan IRR = 3,39% sehingga skenario 2 tidak layak dari segi investasi ekonomi. Kata Kunci : mikro hidro, pengulangan tinggi jatuh, upaya peningkatan, pompa.
commit to user
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT Fitria Fauzia M.D, Mamok Suprapto, Suyanto. 2016. Technical Improvement On The Potency Of Energy Contained In Jublek Waterfall. Thesis. Department of Civil Engineering. Faculty of Engineering. Sebelas Maret University. Surakarta. Water is one of the energy that is renewable and can be utilized to produce electric energy. Jublek waterfall is sourced from the gatherings in the village Berjo, district Ngargoyoso, Karanganyar Regency, based on survey results directly has high fall of 14.5 m and the instantaneous discharge of 0.038 m3/dt. From the results of the survey, potentially Jublek Waterfall for Micro Hydro power plant (PLTMH). This research was conducted on the two scenarios at PLTMH, in scenario 1 with no repetition of the high falls and done scenario 2 do a repetition of high falls with a pump to get high to fall back. An important parameter on the research PLTMH this is the high fall and discharge the mainstay. Discharge obtained by transformation of rainfall into the flow with the help of HEC-HMS 3.5, then the mainstay of discharge 80% sought by using Weibull's formula. High fall and discharge the mainstay used to calculate power, energy and energy sales in scenario 1 and scenario 2, economic analysis is then conducted to find out the feasibility of investments in each scenario. The results of calculation show that the scenario 1 performed without repetitions high fall yield power 2.672,06 kW/year, energy 64.129,50 kWh/year and Rp 101.201.553,00 for energy sales/year. Scenario 2 with high repetition fall by using the 2505.01 pump power kW/year, energy 61.456,61 kWh/year, and sales of energy amounting to Rp 96.983.515,00 RP/year. The decline in sales of energy resources, and occurs because the power pump. Economic analysis of scenario 1, NPV = Rp 250.377.359,67, 1,69 = BCR, and IRR = 19,65%, so it is considered feasible in terms of investment, while scenario 2, NPV = -Rp 94.978.419,00, BCR = 0,85, and IRR = 3,39% so scenario 2 is not feasible in terms of economic investment. Keywords: micro-hydro power, high repetition fall, efforts increase, pump.
commit to user
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR Puji syukur selalu terpanjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas berkat dan rahmat-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Upaya Peningkatan Potensi Energi secara Teknik pada Air Terjun Jublek”. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan akademik untuk meraih gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Ucapan terimakasih atas bantuan yang telah diberikan dari awal pelaksanaan hingga terselesaikannya skripsi ini, kepada : 1. Dr.Ir. Mamok Suprapto, MEng. selaku dosen pembimbing 1 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi. 2. Bapak Ir. Suyanto, MM. selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan pengarahan selama penyusunan skripsi. 3. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil UNS, 4. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu hingga terwujudnya skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat memberi manfaat bagi segenap civitas akademika dalam menambah pengetahuan dan menunjang pemahaman mengenai penerapan ilmu dibangku kuliah.
Surakarta, Juli 2016
Penyusun
commit to user
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI JUDUL ...........................................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN .........................................................................
iii
MOTTO..........................................................................................................
iv
PERSEMBAHAN ...........................................................................................
v
ABSTRAK .....................................................................................................
vi
ABSTRACK..................................................................................................... vii KATA PENGANTAR .................................................................................... viii DAFTAR ISI ..................................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii DAFTAR NOTASI ......................................................................................... xiii DAFTAR ISTILAH ........................................................................................ xv DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xvii BAB 1 PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1.
Latar Belakang ..................................................................................
1
1.2.
Rumusan Masalah .............................................................................
4
1.3.
Batasan Masalah ...............................................................................
4
1.4.
Tujuan Penelitian ..............................................................................
5
1.5.
Manfaat Penelitian ............................................................................
5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI..............................
6
2.1.
Tinjauan Pustaka ...............................................................................
6
2.1.1. Energi Hidro ............................................................................
6
2.1.2. Rekayasa Peningkatan Potensi Energi Hidro ............................ 11 2.1.3. Analisis Kelayakan Ekonomi ................................................... 16 2.1.4. Perbandingan dengan Penelitian Terdahulu .............................. 17 2.2.
Dasar Teori ..................................................................................... 25 2.2.1. Energi Hidro ............................................................................ 25 2.2.2. Rekayasa Peningkatan Potensi Energi Hidro ............................ 33 to user 2.2.3. Analisis Kelayakancommit Ekonomi ................................................... 33 ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB 3 METODE PENELITIAN ................................................................ 36 3.1.
Metode Penelitian ............................................................................. 36
3.2.
Lokasi Penelitian .............................................................................. 36
3.3.
Parameter dan Variabel .................................................................... 37
3.4.
Data
..................................................................................... 38
3.4.1. Data Primer .............................................................................. 38 3.4.2. Data Sekunder .......................................................................... 38 3.5.
Alat yang Digunakan ......................................................................... 39 3.5.1. Alat Bantu Survey Lokasi ........................................................ 39 3.5.2. Alat Bantu Perhitungan dan Penyusunan Skripsi ...................... 39
3.6.
Analisis Data ..................................................................................... 39 3.6.1. Debit ..................................................................................... 39 3.6.2. Tinggi jatuh (Head) .................................................................. 40 3.6.3. Analisis Potensi Energi ............................................................ 40 3.6.4. Analisis Kelayakan Ekonomi ................................................... 41 3.6.5. Diagram Alir Penelitian ............................................................ 42
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 44 4.1.
Energi Hidro ..................................................................................... 44 4.1.1.Debit
..................................................................................... 44
4.1.2. Tinggi Jatuh ............................................................................. 62 4.1.3. Analisis Potensi Daya............................................................... 64 4.2.
Analisis Kelayakan Ekonomi............................................................. 74 4.2.1. Skenario 1 ................................................................................ 74 4.2.2. Skenario 2 ................................................................................ 80
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 85 5.1.
Kesimpulan ..................................................................................... 85
5.1.
Saran
..................................................................................... 85
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 86 LAMPIRAN
commit to user
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Hubungan Debit dengan Diameter Pipa Pesat ................................ 13 Tabel 2.2. Hubungan Jenis Turbin dengan Head ............................................. 15 Tabel 2.3. Rekapitulasi Penelitian Terdahulu .................................................. 18 Tabel 2.4. Nilai Kritik Kepanggahan .............................................................. 26 Tabel 2.5. Perhitungan dan model yang terdapat dalam HEC-HMS ................ 27 Tabel 2.6. Nilai Berdasarkan Suhu Zat Cair ................................................ 30 Tabel 2.7. Koefisien k sebagai Fungsi Sudut Belokan ..................................... 31 Tabel 2.8. Skenario Pengulangan Jatuh Air ......................................................... 33 Tabel 3.1. Parameter Penelitian ...................................................................... 37 Tabel 3.2. Variabel Penelitian......................................................................... 38 Tabel 4.1. Data Hujan Tahunan Stasiun Kemuning .............................................. 46 Tabel 4.2. Uji Kepanggahan Data pada Stasiun Kemuning ................................... 47 Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Andalan Q80 .............................................. 61 Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Tinggi Jatuh Bruto .....................................................
62
Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Daya Skenario 1 .........................................................
67
Tabel 4.6. Hasil Perhitungan Daya Turbin (P1) pada Skenario 2 ..............................
70
Tabel 4.7. Daya, Energi dan Penjualan Energi pada Skenario 1 ..............................
72
Tabel 4.8. Daya, Energi dan Penjualan Energi pada Skenario 2 ..............................
73
Tabel 4.9. Rencana Anggaran dan Biaya PLTMH ...................................................
74
Tabel 4.10. Rekapitulasi Rencana Anggaran dan Biaya Skenario 1 ........................
76
Tabel 4.11. Perhitungan Nilai NPV 6,5 % ...............................................................
78
Tabel 4.12. Perhitungan Nilai NPV 19,65 % ...........................................................
79
Tabel 4.13. Rencana Anggaran Biaya Skenario 2 ....................................................
80
Tabel 4.14. Rekapitulasi Rencana Anggaran dan Biaya Skenario 2 ..........................
82
Tabel 4.15. Perhitungan Nilai NPV 6,5% ................................................................
82
Tabel 4.16. Perhitungan Nilai NPV 3,39 % .............................................................
84
commit to user
xi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Pengukuran Beda Tinggi Metode Tachymetri ...............................29 Gambar 3.1. Lokasi Penelitian ..........................................................................37 Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian ................................................................43 Gambar 4.1. Penampilan Proyek Baru Global Mapper 17 ......................................48 Gambar 4.2. Memasukkan Data pada Global Mapper 17 .......................................49 Gambar 4.3. Hasil Input Data Global Mapper 17 ..................................................49 Gambar 4.4. Pengaturan Contour Geration Options...............................................50 Gambar 4.5. Hasil Generate Contours dengan Global Mapper 17 ...........................51 Gambar 4.6. Input Watershed Geration Options....................................................51 Gambar 4.7. Hasil Generate Contours dengan Global Mapper 17 ...........................52 Gambar 4.8. Ikon Create Area Feature ................................................................52 Gambar 4.9. Proses Menandai DAS dengan Create Area Feature ...........................53 Gambar 4.10. Luas DAS ....................................................................................53 Gambar 4.11. Pembuatan Basin Models ...............................................................54 Gambar 4.12. Komponen Sub Basin ....................................................................55 Gambar 4.13. Komponen Reach .........................................................................55 Gambar 4.14. Komponen Meteorogic Models .......................................................57 Gambar 4.15. Komponen Control Spesification ....................................................58 Gambar 4.16. Create Simulation Run ..................................................................59 Gambar 4.17. Contoh Hasil Running Data ............................................................59 Gambar 4.18. Tata Letak Komponen PLTMH Skenario 1 ......................................65 Gambar 4.19. Tata Letak Komponen PLTMH Skenario 2 ......................................68
commit to user
xii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL Simbol
Keterangan
Satuan 2
A
Luas wilayah
m
BA
Bacaan benang atas
m
BB
Bacaan benang bawah
m
BCR
Benefit cost ratio
BT
Bacaan benang tengah
m
Bt
Keuntungan pada tiap tahun
Rp
Ct
Biaya pada tiap tahun
Rp
D
Diameter pipa pesat
m, inch
D
Jarak miring
m
ΔH
Beda tinggi
m
ΔHAB
Beda tinggi antara titik A dan B
m
E
Energi yang dihasilkan
E1
Energi yang dihasilkan pengulangan ke-1
Wh Wh
E2
Energi yang dihasilkan pengulangan ke-2
Wh
Etotal
Jumlah energi pengulangan 1 dan 2
Wh
ɳg
Efisiensi generator (0,8 - 0,95)
ɳt
Efisiensi turbin (0,7 - 0,95)
f
Koefisien gesek pipa
g
Percepatan gravitasi
m/dt2
Hbruto
Tinggi jatuh bruto
m
he
Kehilangan energi pada belokan pipa
m
Heff hf
Tnggi jatuh efektif Kehilangan energi pada pipa
m m
I
Hujan tahunan
mm
i
Tinggi alat Tingkat bunga
m % %
I2
Suku bunga rendah Suku bunga tinggi
IRR
Internal rate of return
l
Kedalaman rerata saluran
i I1
commit to user
xiii
m
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Simbol
Keterangan
L
Panjang ruas pipa
m
Nomor urut data
m
Sudut miring
n
Jumlah data
n
Jumlah putaran
n
Jumlah tahun
NPV
Net present value
NPV1
NPV suku bunga rendah
NPV2
NPV suku bunga tinggi
P
Daya yang dibangkitkan (Watt)
P
Daya yang dihasilkan (Watt)
P1akhir
Daya sisa pada pengulangan ke-1 Daya awal pada pengulangan ke-1
P1awal
Satuan m °
Watt Watt Watt Watt
Q
Watt Daya yang dihasilkan pada pengulangan ke-2 Daya yang dibutuhkan untuk menjalankan Watt pompa Watt Daya yang dihasilkan pompa 3 m /dt Debit sesaat
Qandalan
Debit andalan
Qmax pipa ρ
Debit maksimum pada pipa Rapat massa air
m /dt, liter/detik 3 m /dt kg/m3
S
Jarak datar
m
Sk*
Kumulatif i-rerata
Sk**
Sk*/standar deviasi
t
Tahun (1,2,3,…..t)
t1
Lama waktu pengoperasian pompa
jam
t2
Lama waktu pemberhentian pompa
jam
v z Propeller 6-123296
kekentalan kinematik fluida
m2/dt
Kecepatan aliran
m/dt
Sudut zenith
°
P2 Pinputpompa Poutputpompa
3
Nomor baling current meter commit to user
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISTILAH Base flow
:
Benefit Cost Ratio (BCR)
:
Cash flow
:
Channel flow
:
Daerah Aliran Sungai (DAS)
:
Aliran dasar untuk menggambarkan aliran dasar yang terjadi pada saat limpasan sehingga dapat dihitung tinggi puncak hidrograf yang terjadi Perbandingan antara nilai benefit dan cost dalam suatu investasi. Aliiran kas yang terdiri dari aliran masuk dalam perusahaan dan aliran kas keluar perusahaan serta berapa saldonya setiap periode. Aliran pada saluran
Direct runoff Global Positioning System
: :
Head
:
Kawasan yang dibatasi titik-titik tinggi dimana air hujan akan jatuh dan mengalir pada system tersebut Data digital yang menggambarkan geometri dari bentuk permukaan bumi yang terdiri dari serangkaian titik-titik koordinat hasil sampling Limpasan langsung. Sistem navigasi yang menggunakan satelit untuk menampilkan posisi. Tinggi jatuh.
Head losses
:
Kehilangan tinggi jatuh.
Hydropower
:
Intake
:
Energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Bangunan pengambil air/pintu air.
Interest rate
:
Tingkat suku bunga.
Internal Rate of Return (IRR)
:
Mayor Losses
:
metode menghitung tingkat bunga yang menyamakan nilai pada saat sekarang investasi dengan penerimaan kas bersih di masa yang akan datang. Kehilangan energi pada pipa.
Minor Losses
:
Kehilangan energi pada belokan pipa.
Net Present Value (NPV)
:
Original Investment.
:
Selisih dari present value kas bersih yang dikurangi dengan present value investasi selama umur investasi Investasi awal.
Penstock
:
Pipa pesat.
Power house
:
Digital (DEM)
elevation
Model :
Rumah pembangkit tempat turbin dan generator. commit to user
xv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Propeller devices
:
Reach
:
Rescaled
Adjusted
Partial :
Alat bantu untuk mengukur kecepatan aliran Ruas Sungai Uji konsistensi data hujan.
Sums Run off
:
Aliran air pada permukaan tanah
Tachymetri
:
Total Present Value
:
Water balance
:
Pengukuran dengan menggunakan alat optis. Total nilai uang saat ini untuk nilai tertentu dimasa yang akan datang. Keadaan air dilihat dari segi ketersediaan dan pemakaiannya
Water waste
:
Sisa air buangan dari turbin.
Watershed
:
Suatu kawasan yang mengalirkan air ke satu sungai utama
commit to user
xvi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A ...........................................................................
L. A-1 - L. A-10
Lampiran B ............................................................................
L. B-1 - L. B-60
Lampiran C ............................................................................
L. C-1 - L. C-12
Lampiran D ...........................................................................
L. D-1 - L. D-12
Lampiran E ............................................................................
L. E-1 - L. E-12
Lampiran F ............................................................................
L. F-1 - L. F-4
commit to user
xvii
