EVALUASI KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO DI DESA BULUH AWAR KECAMATAN SIBOLANGIT KABUPATEN DELI SERDANG PROPINSI SUMATERA UTARA

Transkripsi

1 EVALUASI KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO DI DESA BULUH AWAR KECAMATAN SIBOLANGIT KABUPATEN DELI SERDANG PROPINSI SUMATERA UTARA TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh Colloqium Doqtum/ Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : SAKIDIANSYAH BIDANG STUDI SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2011

2 Medar, NoYember 2011 Kepada Yth: Ketua Departemen Teknik Sipil di Tempat Dengan hormat, Dengan ini kami beritahukan kepada saudam, bahwa tugas akhir dari mahasiswa tersebut di bawah ini: Nama NIM hdul Tugas Akhir Sakidiansyah Evalu{si Kinerja Pembangkit Listfik Tenaga Mik$ Hidro Di Desa Buluh Awar Kecamatao Sibolangit Kabupaten Deli Serdatrg Propirsi Sumatera Utara Kelompok Studi Teknik Sumber Drya Air telah selesai diperbaiki dar memenuhi syarat untuk Colloqium Dochrm sesuai dengan jadwal. Atas perhatian dan kerjasama dad saudara diucapkan tedma kasih. Dosen Pem Dr, Ir. Ahmad Perwira Mulia. M.Sc NIP I 004

3 ABSTRAK Saat ini, listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Listrik dibutuhkan tidak hanya untuk penerangan, melainkan juga untuk melakukan aktivitas kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan kegiatan sosial dan ekonomi masyarakat. Tak jarang, keberadaan jaringan listrik pada suatu daerah menentukan kemajuan dan perkembangan daerah tersebut. Permasalahan yang ada saat ini adalah terbatasnya suplai tenaga listrik yang mengakibatkan krisis energi listrik, terutama di daerah-daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN. Salah satu solusi untuk pengadaan energi listrik di daerah terpencil tersebut adalah dengan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mini/Mikro Hidro (PLTMH). PLTMH adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi, maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kondisi Desa Buluh Awar, Kecamatan Sibolangit, Kabupaten Deliserdang yang sudah terdapat jaringan pembangkit listrik tenaga mikro hidro, namun dengan bertambahnya jumlah penduduk membuat kebutuhan akan listrik juga semakin meningkat. Apalagi diikuti tuntutan dan perkembangan teknologi informasi yang membutuhkan suplai energi listrik yang besar. Studi ini bertujuan untuk menganalisis kinerja PLTMH yang sudah ada, di mana analisis yang dihasilkan akan menunjukkan potensi energi yang ada di Sungai Peipei, sebagai sumber air untuk memutar turbin, apakah daya yang selama ini dimanfaatkan masih dapat ditingkatkan. Dalam melakukan studi ini dilakukan pengumpulan data primer dan data sekunder. Data primer mencakup pengukuran debit sesaat, inventarisasi komponen PLTMH, mulai dari intake, saluran pembawa, hingga rumah pembangkit (power house), dan pengukuran topografi lokasi PLTMH. Data sekunder meliputi data curah hujan, data klimatologi, daerah tangkapan air (catchment area), data penduduk, dll. Hasil studi menunjukan bahwa perhitungan debit andalan dengan Metode F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 0,7.85 m 3 /detik dan daya yang dihasilkan sebesar kw. Kata Kunci: debit, tinggi jatuh (head), energi listrik iv

4 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji syukur bagi allah SWT yang telah memberi karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam ke atas Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehinggga menjadi panutan dalam menjalankan setiap aktifitas kami sehari-hari, karena sungguh suatu hal yang sangat sulit yang menguji ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah dalam menyelesaikan penulisan ini. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Stara Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah: Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Di Desa Buluh Awar Kecamatan Sibolangit Kabupaten Deli Serdang Propinsi Sumatera Utara Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu : 1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia M.Sc selaku Dosen Pembimbing, yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Muhammad Faisal ST, MT, yang telah banyak memberikan dukukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik. 4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. i

5 5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 6. Bapak Ir. Terunajaya,MSc, Bapak Ir. Makmur Ginting, MSc, Bapak Ir.Sufrizal M Eng (Alm), Bapak Ivan Indrawan ST, MT, selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 7. Bapak Nadirin, Bapak Trimo, Bapak Tarigan, Bapak Kepin, Yang telah membantu dan menyelesaikan survey di lokasi study di desa buluh awar. 8. Ibunda Suriani SST tercinta dan Ayahanda Syahrial Effendi yang telah banyak berkorban, memberikan motivasi hidup, semangat dan nasehat, beserta saudarasaudari tersayang: Yose Rizal Efeendi, Fifi Ayu Effendi, yang selalu mendoakan dan mendukung penulis. 9. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 10. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik yang telah memberikan bantuan selama ini kepada penulis. 11. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2007, Alfri (Kancil), Aulia(Akong), Dipa, Faiz, dikin, Alef, Ghufran, Tomo, Iqbal, Bagus, Jora, Dicky, Juangga, Febri, Ihsan, Arsyad, Muna, Herry, Ari Manalu, Iwan, Dhani, Vivi, Adean, Putri, Tessa, Vina, Dina, Dita, Gina, serta teman-teman angkatan 2007 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 12. Abang/kakak senior: Bang Maijer, Bang Roy, Bang Syawal, Bang Andre, Bang Hazian, Bang Riski, Bang Leo, Bang Ghafur, Bang Emir, Bang Acah, Bang Atha, Bang Gabe, Bang Afif, Bang Rivan, Bang Muhajir, Bang Tami, Bang Fahim, kak Nurhafni, Kak Icha, Kak Dzi, Kak Sheila, Kak Wynda, Kak Citra, Kak Diana. Adik-adik angkatan 2010: Abdul, Iqbal, Ijeb, Patra, Rissa, Reby, Dilla, Cika, Sari, Dara, dan lain-lain yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini. 13. Buat Sahabat saya Yasin, Tino, Andi, Tagor, Alex, Serta orang-orang yang penulis yang saya sayangi. 14. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. ii

6 Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Medan, November 2011 Penulis Sakidiansyah iii

7 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I Umum Latar Belakang Maksud dan Tujuan Ruang Lingkup Kegiatan Pembatasan Masalah Lokasi Penelitian Metodologi Penelitian Kapasitas Aliran Air (debit) dan Tinggi Jatuh (head) Energi Lisrik Bangunan Sipil Sistematika Penulisan BAB II Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Tenaga Listrik dan Air Perencanaan Pembangunan PLTMH Perencanaan Sipil v

8 2.3.2 Perencanaan Elektromekanikal Standar Nasional Indonesia untuk PLTMH Manfaat PLTMH Aspek Lingkungan Aspek Sosial Ekonomi Aspek Lembaga Kemasyarakatan Perhitungan Debit Andalan Perhitungan Curah Hujan Regional Cara rata-rata aritmatik Cara Poligon (Thiessen polygon) Debit Andalan Metode Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock Flow Duration Curve (FDC) Dam dan intake Tipe dan Struktur Dasar Saluran Pipa Pesat (Penstock) Diameter Pipa pesat Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat Rumah Pembangkit (Power House) Daya Energi Listrik Penerapan Teknologi Mikro Hidro Identifikasi Potensi dan Pengukuran Debit Air Analisis Debit Sesaat Peralatan Yang Digunakan Mengukur Kecepatan Air Sungai Mengukur debit dengan metode Direct Step Pengukuran tinggi jatuh vi

9 2.14 Pengukuran lebar dan kedalaman sungai Perkiraan jarak jaringan listrik PLN terdekat dengan desa setempat BAB III Umum Kondisi Hidroklimatologi Sungai Kualitas Air Data Curah Hujan dan Klimatologi BAB IV Konsep Berfikir Studi Pustaka Pengambilan Data Pengolahan Data Analisis Data BAB V Kondisi Komponen-Komponen PLTMH Dam/bendung pengalih intake (diversion weir dan intake) Saluran Pembawa (Head Race) Saluran pembuang (Spillway) Bak Penenang (Headtank) Pipa Pesat (Penstock) Rumah Pembangkit (Power House) Jaringan transmisi Evaluasi Data Analisis Data Curah Hujan Perhitungan Metode Empiris Debit Andalan Sungai vii

10 5.2.3 Analisis Flow Duration Curve (FDC) Analisis Debit sesaat Daya yang Dapat Dihasilkan Perhitungan Ekonomis BAB VI Kesimpulan Saran DAFTARPUSTAKA LAMPIRAN... viii

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. 1 Peta Lokasi Studi di Desa Buluh Awar Kecamatan Sibolangit Gambar 2. 1 Bagan komponen-komponen PLTMH Gambar 2. 2 Contoh bendung, intake, dan saluran pembawa di PLTMH Gambar 2. 3 Contoh bak pengendap yang sudah beroperasi, kelebihan air dari saluran pembawa akan melimpah ke samping dan terdapat penyaring sampah Gambar 2. 4 Contoh pipa pesat, perhatikan beda ketinggian yang ada Gambar 2. 5 Contoh Rumah pembangkit Gambar 2. 6 Contoh turbin, perhatikan generator yang berwarna silver dan sabuk pemutar Gambar 2. 7 Contoh pengontrol beban listrik atau electric load controller Gambar 2. 8 Contoh jaringan kabel listrik pada tiang jaringan Gambar 2. 9 Contoh jaringan listrik tepatnya pada sambungan rumah Gambar Efisiensi sistem yang spesifik untuk sebuah skema yang berjalan pada perencanaan aliran listrik Gambar Contoh Hidrograf dari data sepanjang 16 tahun Gambar Contoh Flow Duration Curve (Kurva Durasi Debit Air) Gambar Contoh low duration curve dalam satu tahun Gambar grafik faktor gesekan pada pipa Gambar Efiesiensi pada skema PLTMH Gambar Rambu-rambu Lokasi Pengukuran Debit Sungai Gambar Alat pengukur kecepatan arus (current meter) Gambar Contoh format hitungan debit dengan current meter sederhana Gambar Distribusi kecepatan aliran pada suatu tampang sungai Gambar Distribusi kecepatan aliran sungai secara horizontal dan vertikal Gambar 3. 1 Peta Lokasi PLTMH Dalam Wilayah Kecamatan Sibolangit Gambar 3. 2 Peta Lokasi PLTMH Dalam Wilayah Desa Buluh Awar Gambar 3. 3 Peta Tata Guna Lahan Kecamatan Sibolangit Kabupaten Deli Serdang. 93 Gambar 3. 4 Akses jalan menuju Desa Buluh Awar ix

12 Gambar 3. 5 Kondisi sungai di lokasi studi (a) kondisi badan sungai (b) lokasi PLTMH Gambar 4. 1 Digram Alir Konsep Berpikir Pembangunan PLTMH Gambar 5. 1 Dam/bendung pengalih intake (diversion weir dan intake) Gambar 5. 2 Situasi/Komponen PLTMH Gambar 5. 3 saluran pembawa (Head Race) Gambar 5. 4 Saluran Pembuang (spillway) Gambar 5. 5 (a) bak penenang, (b) saringan, (c) salurang pelimpah Gambar 5. 6 pipa pesat (penstock) Gambar 5. 7 Power house dan generator Gambar 5. 8 jaringan transmisi dari lokasi PH (Power House) ke penduduk Gambar 5. 9 Grafik PDC (Flow Duration Curve) Gambar Grafik Debit rata-rata bulanan dari Tahun x

13 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Komponen PLTMH dan Fungsinya Tabel 2. 2 Material Pipa Pesat Tabel 2. 3 Daerah Operasi Turbin Tabel 2. 4 Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin Tabel 2. 5 Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin Tabel 2. 6 Putaran Generator Sinkron (rpm) Tabel 2. 7 Run-away speed turbin, N maks/n Tabel 2. 8 Standar Nasional Indonesia untuk PLTMH Tabel 2. 9 Perhitungan prosentasi luas daerah (a i ) pada suatu wilayah A ( ha) Tabel Perhitungan Curah Hujan rata -rata cara poligon di suatu Wilayah A Tabel 2.11 Jenis dam Intake Tabel 2.12 Tipe-Tipe Saluran Pembawa Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil Tabel 2.13 Struktur Dasar Saluran Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil Tabel Bahan-bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air Skala kecil Tabel Koefisien kekasaran pipa dalam mm Tabel koefisien ketajaman sudut masuk Tabel Koefisien bukaan klep Tabel 3. 1 Curah Hujan Bulanan Stasiun Tuntungan dan Sekitarnya Tabel 3. 2 Curah Hujan Bulanan Stasiun Tongkoh (Kabupaten Karo) Tabel 3. 3 Curah Hujan Bulanan Stasiun Kuta Gadung (Kabupaten Karo) Tabel 5. 1 Curah Hujan Regional DAS Peipei Tabel 5. 2 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel 5. 3 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn xi

14 Tabel 5. 4 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel 5. 5 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel 5. 6 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel 5. 7 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel 5. 8 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel 5. 9 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn Tabel Debit S. Peipei di Desa Buluh Awar ( ) Tabel Probabilitas Kejadian Debit di S. Peipei Desa Buluh Awar Tabel Hasil Perhitungan Debit Andalan Metode F.J.Mock Tabel Pengukuran Perhitungan Kecepatan dan Debit Air Sungai xii