STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DI SUNGAI ATEI DESA TUMBANG ATEI KECAMATAN SANAMANG MANTIKAI KABUPATEN KATINGAN PROVINSI KALIMANTAN TENGAH 1
Yogi Suryo Setyo Putro1, Pitojo Tri Juwono2, Prima Hadi Wicaksono2 Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2 Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya email:
[email protected] ABSTRAK
Indonesia memiliki potensi sumber energi terbarukan dalam jumlah besar, termasuk tenaga air. Krisis energi yang terjadi di dunia meningkatkan kesadaran untuk mengembangkan pembangkit tambahan berbahan bakar energi terbarukan, termasuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH). Sungai Atei yang terletak di Desa Tumbang Atei Kecamatan Sanamang Mantikai Kabupaten Katingan Provinsi Kalimantan Tengah sampai saat ini tidak dimanfaatkan dan memiliki tinggi jatuh yang mampu untuk dibangunnya pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Sungai Atei mengalirkan debit yang dapat diandalkan sepanjang tahunnya, dan memiliki kontur yang sesuai dengan teknis perencanaan untuk dibangun PLTMH. Dalam perencanaan PLTMH Tumbang Atei ini meliputi Intake, bak bengendap, saluran pembawa, bak penenang, pipa pesat, dan saluran pembuang. Aliran Sungai Atei secara teknis dapat digunakan untuk membangkitkan listrik dengan tinggi jatuh efektif yang terjadi sebesar 7,03 meter dan debit andalan menggunakan debit andalan Q60 sebesar 1,393 m3/dt. Dengan debit dan tinggi jatuh yang tersedia PLTMH Tumbang Atei menggunakan turbin Crossflow dengan diameter pipa pesat sebesar 0,9 meter dan ketebalan 4 mm. Potensi daya total PLTMH Tumbang Atei sebesar 73,03 kW, dan energi per tahun yang dihasilkan sebesar 577.054,99 kWh. Secara ekonomi, PLTMH Tumbang Atei layak untuk direncanakan karena dari hasil perhitungan menunjukkan nilai BCR = 1,15; NPV = Rp 907.851.341; IRR = 9,95% dan modal akan kembali pada tahun ke-8. Kata kunci: debit andalan, diameter pipa, tinggi jatuh efektif, kelayakan ekonomi.
ABSTRACT Indonesia has the potential renewable energy sources in big amount, including hydropower. Energy crisis that happened in the world raise awareness to develop additional generators-fueled renewable energy, including Micro Hydro Power Plants (PLTMH). Atei River which is located in the village of Tumbang Atei, Sanamang Mantikai Sub-district, Katingan Regency, Central of Kalimantan Province is currently not utilized and has high fall which is capable for micro hydro power plant building. Atei river flow the discharge water that reliable throughout the year, and have the appropriate contour with technical planning to built a micro hydro power plants. In the plan of PLTMH Tumbang Atei includes the Intake, Settling Basin, Headrace, Forebay, Penstock and Tailrace. The Atei river flow technically can be used for generating electricity with effective high fall occurring of 7,03 meters and the most potential discharge use main discharge of Q60 for 1,393 m3/sec . With the discharge and available high fall PLTMH Tumbang Atei using Crossflow turbine with diameter penstock of 0,9 meters and the thickness of 4 mm. Potential total power of PLTMH Tumbang Atei is 73,03 kW and energy generated per year of 577.054,99 kWh. Economically, PLTMH Tumbang Atei deserves to be planned because of the calculation result shows the value of BCR = 1,15; NPV = Rp 907.851.341; IRR = 9,95% and the capital will be back in the 8th year. Key words: main discharge, pipe’s diameter, effective high falls, economic feasibility.
1. PENDAHULUAN Sumber daya air adalah sumber daya berupa air yang berguna atau potensial bagi manusia. Kegunaan air meliputi penggunaan di bidang pertanian, industri, rumah tangga, rekreasi, dan aktivitas lingkungan. Kuantitas total dari air yang tersedia pada suatu waktu adalah hal yang penting. Sebagian manusia membutuhkan air pada saat tertentu saja. Sedangkan penggunaan air lainnya yang membutuhkan air sepanjang waktu salah satunya adalah pembangkit listrik yang membutuhkan air untuk pendinginan, atau pembangkit listrik tenaga air. Energi listrik juga sangat penting peranannya dalam kehidupan manusia. Namun pada kenyataannya belum semua penduduk terutama pedesaan atau daerah terpencil dapat merasakan energi tersebut. Hal ini mungkin dikarenakan harga jual energi listrik yang dirasakan cukup tinggi bagi beberapa kelompok masyarakat, untuk itu perlu adanya peranan dari pemerintah bersama perusahaan listrik dalam memenuhi kebutuhan listrik dengan menciptakan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). PLTMH dipilih sebagai salah satu energi alternatif dikarenakan memiliki beberapa keunggulan dibanding dengan pembangkit listrik lainnya, seperti ramah terhadap lingkungan, lebih awet, biaya operasional lebih kecil, mengurangi penggunaan bahan bakar fosil dan sesuai untuk daerah terpencil. Selain itu perawatan mekanik untuk PLTMH lebih mudah. Dalam hal ini PLTMH air sungai diarahkan ke dalam saluran pembawa kemudian dialirkan melalui pipa pesat menuju turbin. Selepas dari turbin, air dikembalikan lagi ke aliran semula, sehingga hal ini tidak banyak mempengaruhi lingkungan atau mengurangi air untuk keperluan pertanian. Air akan dialirkan ke dalam turbin melalui sudu-sudu runner yang akan memutarkan
poros turbin. Putaran inilah yang akan memutar dan menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik. Pemerintah juga telah membuat peraturan perundangan yang menunjang investasi dalam bidang PLTM yaitu Peraturan Pemerintah No. 3 tahun 2005 tentang Ketenagalistrikan disebutkan, guna menjamin ketersediaan energi primer untuk pembangkit tenaga listrik, diprioritaskan penggunaan sumber energi setempat dengan kewajiban mengutamakan pemanfaatan sumber energi terbarukan. Dengan demikian sudah sepantasnya pemerintah mulai mengembangkan potensi PLTMH lebih banyak lagi. Akan tetapi dalam pembangunan suatu PLTMH harus memperhatikan beberapa aspek diantaranya adalah aspek teknis, aspek lingkungan, dan aspek ketersediaan sumber energi. Rencana proyek PLTMH ini berada di Sungai Atei secara umum dapat direalisasikan pembangunannya baik atas pertimbangan sosial dan perkiraan kebutuhan pemakaian listrik di daerah tersebut. Sungai Atei mengalirkan debit yang dapat diandalkan sepanjang tahunnya, dan memiliki kontur yang sesuai dengan teknis perencanaan untuk dibangun PLTMH. Dengan kondisi demikian, ada kemungkinan air yang belum dimanfaatkan tersebut digunakan untuk membangkitkan listrik. Listrik yang dihasilkan dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan energi listrik masyarakat Desa Tumbang Atei Kecamatan Samanang Mantikai Kabupaten Katingan. Indikasi listrik yang dihasilkan pada Desa Tumbang Atei ini termasuk pada skala kecil. 2. PUSTAKA DAN METODOLOGI A. Debit Andalan Debit andalan didefinisikan sebagai debit yang tersedia guna keperluan tertentu misalnya untuk keperluan irigasi, PLTA, air baku dan lain-lain sepanjang tahun,
dengan resiko kegagalan yang telah diperhitungkan (Soemarto,1987). Setelah itu baru ditetapkan frekuensi kejadian yang didalamnya terdapat paling sedikit satu kegagalan. Dengan data cukup panjang dapat digunakan analisis statistika untuk mengetahui gambaran umum secara kuantitatif besaran jumlah air. Beberapa debit andalan untuk berbagai tujuan, antara lain: (Soemarto, 1987). 1. Penyediaan air minum 99% 2. Penyediaan air industri 95%-98% 3. Penyediaan Air Irigasi 70%-95% 4. Pusat Listrik Tenaga Air 85%-90% B. Kurva Durasi Aliran (Flow Duration Curve) Flow Duration Curve adalah suatu grafik yang memperlihatkan debit sungai selama beberapa waktu tertentu dalam satu tahun. Duration curve digambarkan dari data-data debit sekurang-kurangnya selama 10 tahun agar dapat memberikan informasi yang bisa digunakan. Tabel 1. Hidrologic Condition Classes Flow Duration Interval 0 - 10% 10 - 40% 40 - 60% 60 - 90% 90 - 100%
Hydrologic Condition Class High flows Moist Conditions Mid-Range Conditions Dry Conditions Low Flows
Sumber: Anonim, 2007:23 C. Perencanaan Bangunan Hantar Bangunan hantar adalah sebuah saluran pembawa yang menghantarkan debit kebutuhan yang akan dibangkitkan oleh turbin. Dalam perencanaan PLTMH Tumbang Atei bangunan hantar dibagi menjadi: a. Bangunan Pengambilan (Intake) Bangunan pengambilan berfungsi untuk mengalirkan air dalam jumlah tertentu ke dalam bak pengendap dan saluran pembawa serta menjaga saluran pembawa bersih dari sedimen dan sampah. Kelebihan air harus dialirkan kembali ke sungai. Lokasi intake sebaiknya di sisi luar belokan sungai untuk meminimalisasi
pengendapan di saluran pembawa dan dibuat sedekat mungkin dengan pembilas dan as bendung. b. Pintu Sorong (Sluice Gate) Pintu sorong digunakan untuk membuka, mengatur, dan menutup aliran air di saluran baik yang terbuka maupun tertutup. Jumlah debit air yang mengalir dapat dihitung dengan persamaan: Q=K.µ .a.B 2 ℎ c. Bak Pengendap Bak penangkap sedimen dipergunakan untuk mengendapkan sedimen yang terdapat pada aliran yang menuju pipa pesat. d. Saluran Pembawa (Waterway) Waterway adalah saluran penghubung antara saluran pengambilan (intake) menuju bak penenang (forebay). Dalam perencanaan waterway biasanya mengikuti suatu kontur dalam perencanaannya. e. Bak Penenang (Forebay) Bak penenang berfungsi untuk mengontrol perbedaan debit dalam pipa pesat (penstock) dan saluran pembawa karena fluktuasi beban, disamping itu juga sebagai pemindah sampah terakhir (tanah, pasir, kayu yang mengapung) dalam air yang mengalir. f. Pipa Pesat (Penstock) Pipa pesat (penstock) merupakan pipa yang direncanakan untuk dapat menahan tekanan tinggi yang berfungsi untuk mengalirkan air dari kolam penampungan menuju turbin. Untuk mendapatkan diameter pipa pesat dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut: ,
d = 2,69 x dengan: d = diameter pipa pesat (mm) n = nilai kekasaran Manning Q = debit pembangkit (m3/dt) L = panjang pipa pesat (m) H = tinggi jatuh total/kotor (m)
Sedangkan untuk menentukan tebal pipa pesat digunakan persamaan Cylinder formulae (Varshney, 1977:411): P=ρxgxh t = dengan: t = tebal pipa pesat (m) P = gaya (ton/m2) r = jari-jari pipa pesat (m) q = tegangan material pipa pesat yang digunakan (ton/m2) ρ = massa jenis air (ton/m3) Untuk fenomena vortex dianalisa berdasarkan perencanaan inlet pipa pesat terkait dengan kedalaman minimum operasi (LWL). Kedalaman tenggelam harus lebih besar dari nilai “s” (Ht > s) dimana s dihitung dengan persamaan: Ht = LWL – elv. dasar pipa – diameter v
= (1,5 – 2,0) v
Metode Gordon Ht ≥ c V √ Metode Knauss
hp = K x dengan: K = koef. kecepatan (0,95-1,00) Kehilangan tinggi tekan akibat belokan Kehilangan tinggi tekan akibat belokan terdiri dari 2 macam yaitu belokan lengkung dan belokan patah, akan tetapi belokan lengkunglah yang banyak digunakan. Untuk belokan lengkung dihitung dengan rumus sebagai berikut: hb = Kb x dengan: Kb = koefisien belokan Tabel 2. Nilai K Pada Belokan Pipa o o o o o o o 10 20 30 40 50 60 70 α
Ht ≥ D 1 + 2,3
Metode Rohan Ht ≥ 1,474 V0,48 D0,76 dengan: C = 0,7245 (inlet asimetris) dan 0,5434 (inlet simetris) V = kec. air dalam bak (m/dt) D = diameter pipa pesat (m) g. Saluran Pembuang (Tailrace) Saluran pembuang (tailrace) adalah sebuah saluran yang dilalui oleh air yang keluar dari turbin air, kemudian kembali ke sungai. Bangunan pembuang sendiri bisa direncanakan sesuai dengan kondisi lapangan, umunya bangunan pembuang direncanakan dengan tipe saluran terbuka. h. Kehilangan Tinggi Aliran Kehilangan tinggi tekan akibat saringan (trashrack) (Sosrodarsono, 1989:244) hs = ϕ x sin α x
dengan: ϕ = faktor bentuk profil kisi saringan α = sudut kemiringan dari horizontal dalam derajat t = tebal jeruji (m) b = jarak bersih antar jeruji b (b > 50 mm) Kehilangan tinggi tekan akibat pemasukan (Dake, 1985:77)
x
K 0,08 0,31 0,49 0,60 0,67 0,72 0,72 Sumber: Triatmojo, 2003:199 Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan Kehilangan tinggi tekan akibat gesekan meliputi gesekan sepanjang pipa pesat. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan rumus berikut: hg = f x f =
,
dengan: f = koef. pada diameter pipa pesat Lp = panjang pipa pesat (m) D. Tinggi Jatuh Efektif Tinggi jatuh efektif adalah selisih antara elevasi muka air kolam (forebay) dengan tail water level (TWL) dikurangi dengan total kehilangan tinggi tekan
(Varshney, 1977:562). Persamaan tinggi jatuh efektif adalah: Heff = EFB – TWL – hl dengan: Heff = tinggi jatuh efektif (m) EFB = elevasi muka air forebay (m) TWL = tail water level (m) hl = total kehilangan tingi tekan E. Pemilihan Turbin 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 berangsurberangsur berubah menjadi energi mekanis, dimana air memutar roda turbin. Roda turbin dihubungkan dengan generator yang mengubah energi mekanis (gerak) menjadi energi listrik.
Gambar 1. Grafik pemilihan turbin. Sumber: Anonim, 2009c:11 Adapun tipe penggunaan head yang berlaku pada beberapa macam turbin diantaranya: Kaplan : 2 < H < 40 Francis : 10 < H < 350 Pelton : 50 < H <1300 Crossflow : 6 < H < 100 Turgo : 50 < H < 250 Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran, antara lain sebagai berikut: - Turbin pelton 12 < Ns < 25 - Turbin francis 60 < Ns < 300 - Turbin crossflow 40 < Ns < 200 - Turbin propeller 250 < Ns < 1000 Dengan mengetahui Ns turbin maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan
lebih mudah. Untuk estimasi perhitungan dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut:
N
=
Ns H P
1
5
4
2
dengan: N = kecepatan pada turbin (rpm) Ns = kecepatan spesifik (rpm) h = tinggi jatuh efektif (m) P = daya yang dihasilkan (kW) F. Perhitungan Daya dan Energi Daya Teoritis = 9,81 x Q x Heff Daya Turbin = 9,81 x ηt x Q x Heff Daya Generator = 9,81 x ηg x ηt x Q x Heff dengan: ηt = efisiensi turbin ηg = efisiensi generator Q = debit pembangkit (m3/dt) Heff = tinggi jatuh efektif (m) Perhitungan banyaknya energi yang dihasilkan pembangkit dalam satu tahun menggunakan persamaan berikut: E = P x 24 x n dengan: P = daya (kW) n = jumlah hari G. Analisa Kelayakan Ekonomi Analisa ekonomi dilakukan untuk mengetahui kelayakan suatu proyek dari segi ekonomi. Dalam melakukan analisa ekonomi dibutuhkan dua komponen utama yaitu: Cost (komponen biaya) meliputi biaya langsung (biaya konstruksi) dan biaya tak langsung (O&P, contingencies dan engineering) dan benefit (komponen manfaat). Manfaat didapatkan dari hasil penjualan listrik berdasarkan harga tarif yang berlaku. Parameter kelayakan ekonomi meliputi: 1. Benefit Cost Ratio
PV dari manfaat PV dari biaya 2. Net Present Value NPV = PV benefit – PV cost BCR
3. Internal Rate Of Return IRR = I’ + (I”-I’) " 4. Payback Periode
Payback Pe riode
I Ab
3. Hasil dan Pembahasan Pembangunan PLTMH Tumbang Atei direncanakan di Desa Tumbang Atei, Kecamatan Sanamang Mantikai, Kabupaten Katingan Provinsi Kalimantan Tengah dengan memanfaatkan aliran sungai Atei. Desa Tumbang Atei terletak pada 113° 03’ – 113° 04’ BT dan 01° 12’ – 01° 13’ LS. Jumlah penduduk sebanyak 964 jiwa dan terbagi dalam 175 KK. A. Debit Andalan Guna mendapatkan kapasitas PLTMH, tidak terlepas dari perhitungan berapa banyak air yang dapat diandalkan untuk membangkitkan PLTMH. Debit andalan adalah debit yang masih dimungkinkan untuk keamanan operasional suatu bangunan air, dalam hal ini adalah PLTMH. hasil rekapitulasi disajikan dalam tabel dan grafik berikut: Tabel 3. Debit Andalan Terurut No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Probabilitas (%) 10,00% 20,00% 26,00% 30,00% 40,00% 51,00% 60,00% 70,00% 75,30% 80,00% 90,00% 97,00%
Debit Sungai 3 (m /dt) 5,381 4,260 3,760 3,426 2,415 1,808 1,393 1,057 0,818 0,731 0,385 0,211
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 2. Kurva durasi aliran S. Atei. Sumber: Hasil Perhitungan Debit yang digunakan untuk perhitungan desain PLTMH adalah debit andalan Q60 sebesar 1,393 m3/dt. B. Bangunan Hantar a. Bangunan Pengambilan (Intake) Bangunan pengambilan terletak di sisi kiri sungai Atei, 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 (Q60) : 1,393 m3/dt lebar intake : 1,50 m (desain) tinggi ambang : 0,50 m koef. manning (n) : 0,017 (pas. batu) slope (S) : 0,0017 (desain) sedangkan kapasitas pintu dihitung dengan persamaan: Q=K.µ .a.B 2 ℎ Nilai K diambil sebesar 0,88 sehingga diperoleh nilai µ sebesar 0,536. Q = K ..a.b 2.g.h1 = 0,88.0,536.0,25.1,5√2.9,81.0,40 = 0,495 m3/detik
Gambar 3. Grafik pola operasi pintu. Sumber: Hasil Perhitungan b. Bak Pengendap Bak pengendap sedimen direncanakan dengan menggunakan analisa kecepatan kritis jatuh butiran dan panjang lintasan pengendapan perhitungannya adalah sebagai berikut: Q = 1,393 m3/dt h = 1,5 m t = 20o C d = 0,5 mm ω = 7 cm/dt (grafik) Kecepatan kritis: vc = a d dengan : a = 44 ( untuk 0,1 mm < d < 1 mm) vc = 44 0,5 = 31,11 cm/dt = 0,31 m/dt Perhitunghan lama waktu turun butiran h t = = = 21,43 detik Panjang bak pengendap L =v.t = 30 cm/dt x 21,43 detik = 642,86 cm ≈ 6,5 m Lebar bak pengendap Q =B.h.v Q B = h.v 1,393.10 6 B = 150 . 30 = 309,56 cm ≈ 3,1 m
Gambar 4. Desain bak pengendap. Sumber: Hasil Perhitungan c. Saluran Pembawa (Waterway) Saluran pembawa berfungsi sebagai saluran pembawa debit dari bangunan pengambilan menuju ke pipa pesat (penstock). Saluran ini direncanakan dengan membawa debit sebesar 1,393 m3/dt dan dipilih penampang persegi dengan menggunakan pasangan batu. Dimensi yang direncanakan antara lain: Lebar = 2,0 m Panjang = 280,30 m n = 0,017 (pasangan batu) slope = 0,0004 Tinggi muka air Q =VxA V ,
= .
= , 0,0004 Dengan cara coba-coba diperoleh kedalaman air, h = 0,954 m. Tinggi jagaan direncanakan dengan tinggi 0,30 m. Jadi tinggi total saluran pembawa 1,254 m.
Gambar 5. Desain saluran pembawa. Sumber: Hasil Perhitungan d. Bak Penenang (Forebay) Forebay merupakan tempat permulaan pipa pesat (penstock) yang mengendalikan aliran minimum, sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin, tanpa menurunkan elevasi yang berlebihan dan menyebabkan arus balik pada saluran. Bak penenang dilengkapi saringan (trashrack) dan pelimpas (spillway). Dimensi yang direncanakan adalah:
Fenomena vortex dianalisa berdasarkan perencanaan inlet pipa pesat terkait dengan kedalaman tenggelam minimum operasi (LWL). Kedalaman tenggelam harus lebih besar dari nilai “s” (Ht > s) dimana nilai s dihitung dengan persamaan: Ht = LWL – elv. dasar pipa pesat – diameter pipa pesat = 59,58 – 57,00 – 0,9 = 1,68 m v = (1,5 – 2,0) v
B = 4,0 m bs = 1,5 m L =6m V = 10 x Q60 =13,93 m3 Vsc = B . L . dsc dsc = 0,580 m Q v = B d sc = 0,60 m/dt
= 1,5 x 0,6 = 0,99 m/dt Gambar 6. Desain bak penenang. Sumber: Hasil Perhitungan e. Pipa Pesat (Penstock) Pipa pesat merupakan pipa yang direncanakan untuk dapat menahan tekanan tinggi dan berfungsi untuk mengalirkan air dari kolam penampungan menuju turbin. Pipa pesat direncanakan dengan menggunakan pipa Galvanized Iron (GI). Diameter pipa d =
0,009 2 1,393 2 96 2,69 7,63
0,1875
= 0,8371 m ≈ 0,90 m Tebal pipa pesat P =ρxgxH = 1 x 9,81 x 7,63 = 74,84 ton/m2 Pxr t = q 74,84 x 0,45 = 16000 = 0,0021 m = 2,1050 mm + 1,5 mm (extra thickness) = 3,6050 mm ≈ (diambil tebal 4 mm) Faktor keamanan terhadap vortex
,
,
,
Gambar 7. Skema inlet pipa pesat. Sumber: Hasil Perhitungan - Metode Gordon s=cV√ Dimana: C = 0,7245 (inlet asimetris) dan 0,5434 (inlet simetris) Dengan data teknis yang ada maka s = c V √ (direncanakan inlet masuk simetris) = 0,534 x 0,99 √0,9 = 0,51 m Maka = Ht > s = 1,68 > 0,51 (aman) - Metode Knauss s
= D 1 + 2,3
= 0,9 1 + 2,3
√ ,
,
= 1,59 m Maka = Ht > s = 1,68 > 1,59 (aman) - Metode Rohan s = 1,474 V0,48 D0,76 = 1,474 0,990,48 0,90,76
,
= 1,3 m Maka = Ht > s = 1,68 > 1,3 (aman) f. Saluran Pembuang (Tailrace) Saluran pembuang akhir (tail race) berfungsi untuk mengalirkan debit kembali ke sungai. Saluran ini direncanakan berbentuk segi empat dan menggunakan pasangan batu. Pada perencanaan saluran pembuang tinggi muka air ketika banjir harus dihitung untuk keamanan rumah pembangkit dan turbin. Dari potongan melintang sungai diperoleh: Q100 = 235,187 m3/dt Elv. dasar sungai = +48,70 m b = 12,86 m H = 1,3 m Keliling Basah = 13,67 m Kedalaman air saat banjir Q100 adalah 1,458 m, sehingga elevasi banjir sebesar +50,158 m. - Tinggi air pada saluran Saluran pembuang direncanakan dengan b = 1 m hc = =
, ,
,
,
,
= 0,601 Maka tail water level berada pada elevasi +51,35 + 0,601 = +51,951 Karena elevasi TWL = +51,951 > elevasi banjir Q100 = +50,158 maka saluran pembuang aman terhadap banjir.
Gambar 8. Desain saluran pembuang. Sumber: Hasil Perhitungan g. Kehilangan tinggi tekan aliran Kehilangan tinggi tekan aliran adalah menurunnya besaran energi akibat gesekan maupun kontraksi yang terjadi
selama proses pengaliran. Perhitungan head loss dibutuhkan untuk mengetahui tinggi jatuh efektif pada PLTMH. Kehilangan tinggi tekan akibat saringan (trashrack) hs = 0,0040 m Kehilangan tinggi tekan akibat pemasukan pada pipa - Vpipa = 2,191 m/detik -K = 0,95 (koefisien pemasukan 0,95-1,00) maka: hp = 0,2324 m Kehilangan tinggi akibat belokan pada pipa - α = 23º - Kb = 0,364 maka: hb = 0,0890 m Kehilangan tinggi akibat gesekan pada pipa - L = 96 m maka: f = 0,0104 m hg = 0,2725 m Kehilangan tinggi tekan total hl = Ʃ hs + Ʃ hp + Ʃ hb+ Ʃ h g = 0,0040 + 0,2324 + 0,0890 + 0,2725 = 0,5979 m C. Tinggi Jatuh Efektif EFB = elv. bak penenang + h1 = +59,00 + 0,5804 = +59,580 TWL = elv. tailrace + tinggi air di tailrace = +51,35 + 0,601 = +51,951 Jadi, tinggi jatuh efektif yang tersedia adalah: Heff = EFB – TWL – hl = 59,580 – 51,951 – 0,5979 = 7,03 m
D. Pemilihan Turbin
Gambar 9. Penentuan tipe turbin. Sumber: Hasil Perhitungan Dari gambar di atas diketahui bahwa dengan tinggi jatuh efektif pada debit Q60 adalah 7,03 meter dan debit desain sebesar 1,393 m3/dt, maka dipilih Turbin Banki/Crossflow. E. Perhitungan Daya dan Energi P = 9,81 × ηg × ηt × Q × Heff = 9,81×0,95×0,80×1,393×7,03 = 73,03 kW E =Pxtxn = 73,03 × 24 × 31 = 54.331,68 kWH Perhitungan energi total disajikan pada tabel berikut: Tabel 4. Daya dan Energi PLTMH Tumbang Atei Bulan
Jumlah Hari
Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember Desember
31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
Waktu Operasi
Kapasitas Terpasang
(jam)
Daya (kW)
Energi (kWH)
24 24 24 19 24 19 24 15 24 15 24 24
73,03 73,03 73,03 73,03 73,03 73,03 73,03 73,03 73,03 73,03 73,03 73,03
54.331,68 49.073,77 54.331,68 41.625,08 54.331,68 41.625,08 54.331,68 33.957,30 52.579,04 33.957,30 52.579,04 54.331,68 577.054,99
JUMLAH
Sumber: Hasil Perhitungan
Gambar 10. Kebutuhan energi setiap tahun Desa Tb. Atei dalam 20 tahun ke depan. Sumber: Hasil Perhitungan F. Analisa Kelayakan Ekonomi Aliran dana (cash flow) disusun selama 20 tahun, dengan suku bunga yang berlaku sebesar 7,75% (world bank April 2015) dan harga jual listrik untuk Kalimantan sebesar Rp 1.164. Kemudian akan dianalisa kelayakan ekonominya dalam bentuk benefit cost ratio (BCR), net present value (NPV), internal rate of return (IRR) dan payback period. Total biaya = Rp 5.052.095.287 Biaya O&P = Rp 41.752.854 Benefit = Rp 671.692.010 PV manfaat = Rp 6.769.513.583 PV biaya = Rp 5.443.632.672 PV O&P = Rp 418.029.570 Maka diperoleh nilai kelayakan ekonomi: - BCR = 1,15 - NPV = Rp 907.851.341 - IRR = 9,55% - Payback Periode = 7,58 tahun 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa dan perhitungan yang telah dilakukan dengan memperhatikan rumusan masalah, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Dalam perhitungan debit andalan, perencanaan PLTMH Tumbang Atei menggunakan debit andalan Q60 sebesar 1,393 m3/detik. 2. Pipa pesat (penstock) mengalirkan debit sebesar 1,393 m3/dt dengan
3.
4.
5.
6.
diameter sebesar 0,9 meter, tebal pipa 4 mm dan panjang pipa 96 meter. Tinggi jatuh efektif yang digunakan untuk membangkitkan daya PLTMH Tumbang Atei sebesar 7,03 meter. Klafisikasi turbin berdasarkan tinggi jatuh disajikan pada Gambar 4.10 diketahui bahwa dengan tinggi jatuh efektif sebesar 7,03 meter dan debit sebesar 1,393 m3/dt, maka PLTMH Tumbang Atei menggunakan turbin Crossflow. Besarnya daya listrik yang dihasilkan PLMTH Tumbang Atei adalah sebesar 73,03 kW dengan energi pertahun sebesar 577.054,99 kWH. Besarnya kebutuhan listrik yang akan digunakan masyarakat Desa Tumbang Atei adalah daya sebesar 64,74 kW dan besarnya energi 567.131,75 kWH maka PLTMH Tumbang Atei mampu memenuhi kebutuhan penduduk selama 20 tahun ke depan. Daya per unit tiap rumah sebesar 340 Watt. Parameter yang digunakan dalam perhitungan analisa kelayakan ekonomi pada studi ini adalah BCR, NPV, IRR, dan Payback Periode. Besarnya parameter tersebut adalah sebagai berikut: Harga jual listrik = Rp 1.164,00; BCR = 1,15; NPV = Rp 907.851.341; IRR = 9,55%; Payback Periode = 7,58 tahun. Berdasarkan keterangan di atas dapat disimpulkan bahwa secara ekonomi pembangkit listrik tenaga mikrohidro layak dibangun di daerah studi (Sungai Atei).
DAFTAR PUSTAKA 1. Anonim. 1986. Standar Perencanaan Irigasi Bagian Bangunan Utama (KP02). Jakarta: Direktorat Jenderal Pengairan Departemen Pekerjaan Umum. 2. Anonim. 2005. RETScreen Engineering & Cases Textbook. Kanada: RETScreen International.
3.
4.
5.
6.
7. 8.
9. 10.
11.
12. 13.
14. 15.
Anonim. 2007. An Approach for Using Duration Curves in the Development of TMDLs. Washington DC: U.S. Environmental Protection Agency. Anonim. 2009c. Buku 2C Pedoman Studi Kelayakan Elektrikal Mekanikal. Jakarta: Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral. Anonim. 2009d. Manual and Guidelines for Mycrohydro Power Development in Rural Electrofication Volume I, Japan: Departement of Energy. Anonim, 2014. Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral No. 12 Tahun 2014. Dake, J.M. 1985. Hidrolika Teknik. Jakarta: Erlangga. European Small Hydropower Association (ESHA). 2004. Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant. Patty, O.F. 1995. Tenaga Air. Jakarta: Erlangga. Penche, Celso. 2004. Guide on How to Develop a Small Hydro Site. Belgia: ESHA (European Small Hydropower Association). Ramos, Helena. 2000. Guidelines for Design of Small Microhydro Plants. Ireland: CEHIDRO. Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik. Surabaya: Usaha Nasional. Sosrodarsono, Suyono. 1993. Hidrologi untuk Pengairan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita. Triatmojo, Bambang. 2003. Hidrolika II. Yogyakarta: Beta Offset. Varshney. 1977. Hydro Power Structures. India: Roorkee Press.
