STUDI KELAYAKAN PERENCANAAN PLTMH DI SALURAN TURITUNGGORONO PADA BENDUNG GERAK MRICAN KEDIRI

Transkripsi

1 STUDI KELAYAKAN PERENCANAAN PLTMH DI SALURAN TURITUNGGORONO PADA BENDUNG GERAK MRICAN KEDIRI Adi Martha Kurniawan 1 Pitojo Tri Juwono 2 Suwanto Marsudi 2 1 Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2 Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya kadimartha@gmail.com ABSTRAK Pengembangan sumber daya air bisa dilakukan dengan memanfaatkan bangunan air yang dibangun untuk dikembangkan menjadi unit pembangkit listrik kecil (PLTMH). Studi kelayakan diperlukan untuk mengidentifikasi potensi dan keuntungan dari sebuah unit pembangkit. Studi berlokasi di bendung gerak Mrican Kediri dengan memanfaatkan debit aliran sungai Brantas yang tidak terpakai untuk keperluan irigasi. PLTMH direncanakan menggunakan sistem pengalihan aliran dari sungai brantas melalui saluran primer Turitunggorono dan dialirkan kembali menuju sungai brantas. Studi ini menggunakan alternatif debit untuk mendapatkan hasil yang optimum. Hasil kajian menunjukkan debit 44 m 3 /dt (alternatif 4) dapat dibangkitkan energi tahunan MWh dan mereduksi emisi gas karbon sekitar tco 2 /tahun PLTMH dibangun dengan komponen bangunan sipil (pipa pesat saluran tailrace forebay dan rumah pembangkit) dan komponen peralatan mekanik elektrik seperti turbin governor dan generator. biaya pembangunan sebesar milyar rupiah dengan nilai BCR 156 NPV milyar rupiah IRR 1246 % dan paid back period 1249 tahun sehingga pembangunan PLTMH layak secara ekonomi. Kata kunci: PLTMH debit energi emisi kelayakan ekonomi ABSTRACT Development of water resources can be done by utilizing the water building built to be developed into a small electric generating units (MHP). The feasibility study is needed to identify the potential and advantages of a generating unit. Studies located in Mrican barrage Kediri by utilizing unused Brantas river flow for irrigation purposes. MHP is planned to use the system redirects the flow of the river Brantas through Turitunggorono primary channel and flowed back toward the river Brantas. This study uses an alternative discharge to obtain optimum results.. The results of the study showed the discharge of 44 m 3 /sec (Alternative 4) can be produced MWh of annual energy and reduce carbon emissions around tco2/year MHP is constructed including: civil structures component (penstock Tailrace channel forebay and power house) electrical and mechanical equipment such as turbines governors and generator. The construction cost of billion rupiah to the value of BCR: 156 NPV: billion IRR: 1246 % and paid back period: 1249 years so the development of MHP is economically viable. Keywords: MHP discharge energy emissions economic feasibility 1. Pendahuluan Permintaan energi dunia berkembang sangat pesat mengakibatkan populasi manusia yang berkembang menjadi sangat pesat dan juga perkembangan sektor industri yang sangat besar. Kebutuhan energi global meningkat sebesar 70% mulai tahun 1971 dan diperkirakan terus meningkat sebesar 40% sampai tahun 2030 sementara akses energi masih sangat kurang dan dapat dirasakan.

2 Indonesia merupakan Negara yang sedang mengalami perkembangan yang pesat dimana pembangunan dalam sektor industri digencarkan dan perkembangan penduduk menyebabkan kebutuhan akan energi listrik merupakan hal yang sangat penting untuk diperhatikan. Sedangkan sumber utama energi listrik di Indonesia merupakan energi fossil yakni minyak bumi dan batu bara yang dimana kedua benda tersebut merupakan sebuah benda yang tidak dapat terbarukan lagi. Saat ini telah banyak digunakan alternatif dalam mengganti sumber energi listrik dari bahan bakar fossil menjadi sumber energi yang terbarukan dengan menggunakan air ombak angin sinar matahari panas bumi dan biomassa. Sungai Brantas merupakan salah satu sungai besar di Jawa yang memiliki potensi yang belum dimaksimalkan pasalnya sebagian besar air sungai Brantas dipergunakan untuk kebutuhan irigasi air baku dan PLTA. Dengan peningkatan kebutuhan energi maka sungai Brantas harus dimaksimalkan lagi potensinya mengingat masih banyak potensi yang tersimpan. pemanfaatan kanal irigasi dan tinggi jatuh yang terdapat pada bangunan melintang sungai untuk instalasi pembangkit listrik tenaga mikrohidro dan pembangkit listrik tenaga mikrohidro dapat membantu kebutuhan energi yang sedang meningkat. Dengan adanya berbagai permasalahan dan kebutuhan di masa yang akan datang diperlukan sebuah tindakan nyata untuk mendukung terpenuhnya kebutuhan tersebut. Pengembangan sumber daya air yang tersimpan sebagai sumber pembangkit energi listrik dapat dilaksanakan dengan desain yang sederhana dan juga dapat memberikan manfaat yang sangat besar dalam memenuhi kebutuhan energi listrik dimasa yang akan datang. Studi ini bertujuan untuk menganalisa kelayakan dari perencanaan PLTMH dengan memanfaatkan debit air sungai dan bangunan irigasi yang dirasa dapat meningkatkan produksi energi listrik untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang meningkat. 2. Pustaka dan Metodologi Klasifikasi pembangkit listrik tenaga air Klasifikasi dari pembangkit listrik tenaga air perlu ditentukan terlebih dulu untuk mengetahui karakteristik tipe pembangkit listrik mengklasifikasikan sistem pembangkit listrik perlu dilakukan terkait dengan sistem distribusi energi listrik apakah listrik dapat disalurkan melalui grid terpusat ataukah grid terisolasi. Klasifikasi pembangkit listrik dapat ditentukan dari beberapa faktor (Penche 2004) yakni: 1. Berdasarkan tinggi jatuh (head) Rendah (< 50 m) Menegah (antara 50 m dan 250 m) Tinggi (> 250 m) 2. Berdasarkan tipe eksploitasi Tengan regulasi aliran air (tipe waduk) Tanpa regulasi aliran air (tipe run off river) 3. Berdasarkan sistem pembawa air Sistem bertekanan (pipa tekan) Sirkuit campuran (pipa tekan dan saluran) 4. Berdasarkan penempatan rumah pembangkit Rumah pembangkit pada bendungan Rumah pembangkit pada skema pengalihan 5. Berdasarkan metode konversi energi Pemakaian turbin Pemompaan dan pemakaian turbin terbalik 6. Berdasarkan tipe turbin Impulse Reaksi Reversible 7. Berdasarkan kapasitas terpasang Mikro (< 100 kw) Mini (antara 100 kw dan 500 Kw) Kecil (antara 500 kw dan 10 MW) 8. Berdasarkan debit desain tiap turbin Mikro (Q < 04 m3/dt) Mini ( 04 m3/dt < Q < 128 m3/dt)

3 Kecil (Q > 128 m3/dt) Debit andalan Debit andalan adalah 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 (C.D. Soemarto1986). 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: (C.D. Soemarto 1987). 1. Penyediaan air minum 99% 2. Penyediaan air industri95%-98% 3. Pusat Listrik Tenaga Air85%-90% Perencanaan Bangunan PLTMH Perencanaan bangunan PLTMH dengan sistem pengalihan (diversion) meliputi: A. Bangunan Pengambilan Bangunan pengambilan bisa terdiri dari: 1. Pintu pengambilan. Pintu pengambilan direncanakan untuk mengambil air dari saluran atau sungai asli. 2. Bendung. Bendung digunakan untuk membendung aliran aliran air sehingga akan mempermudah untuk pengambilan air. 3. penyaring (trashrack) Trashrack digunakan untuk menyaring muatan sampah dan sedimen yang masuk umunya pernyaring direncanakan dengan menggunakan jeruji besi. B. Bangunan Tengah Bangunan tengah meliputi perencanaan: 1. bak penangkap sedimen Bak penangkap sedimen dipergunakan untuk mengendapkan sedimen yang terdapat pada aliran yang menuju pipa pesat. 2. bak penenang (forebay) Bak penenang digunakan untuk menjaga kestabilan debit yang akan masuk ke turbin aliran yang tidak stabil akan menyebabkan kerusakan pada governor. 3. bangunan penguras Bangunan penguras direncanakan berdasarkan kondisi daerah studi jenis bangunan penguras yang dipergunakan dalam studi ini adalah: A. Saluran Penguras Saluran penguras digunakan untuk mengalirkan muatan sedimen dari bak penangkap sedimen dan kelebihan air dari pelimpah samping menuju sungai. B. Pintu Penguras Pintu penguras direncanakan untuk mengalirkan debit penggelontoran dari bak penenang atau bak pengendap menuju saluran penguras umumnya pintu penguras didesain lebih kecil dari pintu pengambilan dikarenakan pitnu penguras tidak terlalu sering dipergunakan. C. Pelimpah Samping Pelimpah samping dipergunakan untuk menjaga elevasi muka air pada bak penenang (forebay) pada elevasi muka air yang direncanakan sehingga jika terjadi peninggian muka air pada bak penenang maka secara otomatis debit air yang berlebihan akan dilimpahkan menuju saluran pembuang. D. Gorong Gorong (culvert) Gorong gorong dipergunakan untuk penggelontoran sedimen pada bak pendendap sedimen jika tidak memungkinkan untuk menggunakan pintu penguras. E. Terjunan Terjunan dipergunakan apabila terdapat perbedaan elevasi yang cukup besar pada tubuh saluran penguras terjunan didesain dengan pendekatan loncatan hidrolika pada hilir terjunan. C. Bangunan Pembawa Bangunan pembawa bisa berupa bangunan pembawa bertekanan (pipa pesat) dan juga saluran terbuka. Parameter desain yang direncanakan pada pipa pesat adalah: 1. Diameter pipa pesat Diameter ekonomis pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan: Sarkaria formula:

4 D = ESHA formula: D = Dimana: D : diameter pipa (m) n : koef kekasaran pipa Q : debit pada pipa (m 3 /dt) Hf : kehilangan tinggi tekan total pada pipa (m) H : tinggi jatuh (m) Namun dalam penentuan diameter pipa pesat perlu diperhitungkan besarnya kehilangan tinggi dikarenakan hal ini akan memperngaruhi besarnya daya yang akan dihasilkan dan juga perlu diperhatikan keaman terhadap gejala vortex 2. Tebal pipa pesat Tebal pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan: ASME (Mosonyi1963): t = 25 D +12 USBR (Varshney1971): t = (d+500)/400 ESHA (Penche20004) : e = PD/2σkf+es Barlow s Formulae (Varshney1971): H = (0002+σ x t)/(d+0002 t) Dimana: H : Tinggi tekan maksimum ( m ) : tekanan statis + tinggi tekan akibat pukulan air σ : tegangan baja yang digunakan (ton/m 2 ) D : diameter pipa pesat ( m ) t : tebal pipa pesat ( m ) P : tekan hidrostatis pipa (kn/mm 2 ) kf : efisiensi ketahanan es : tebal jagaan untuk sifat korosif (mm) 3. Kebutuhan terhadap tangki gelombang Pipa pesat membutuhkan tangki gelombang jika L > 4H 4. Kedalaman minimum pipa pesat Kedalaman minimum akan berpengaruh terhadap gejala vortex kedalaman minimum dapat dihitung dengan persamaan (Penche2004): Ht > s s = c V D Dimana: c : untuk inlet asimetris untuk inlet simetris V : kecepatan masuk aliran (m/dt) D : diameter inlet pipa pesat (m) Gambar 1. Skema Inlet Pipa Pesat 5. Sistem Pengambilan Melalui Pipa Pesat (Inlet) Sistem pengambilan pada mulut pipa pesat perlu diperhitungkan dengan tujuan untuk mengatur sistem regulasi debit air yang masuk ke dalam turbin baik saat kondisi operasional maupun kondisi perawatan intake pipa pesat biasanya didesain dengan menggunakan sistem katup (valve) Tipe katup yang sering diaplikasikan adalah : a. Gate valve b. Butterfly valve c. Needle valve D. Bangunan Pembuang Bangunan pembuang digunakan untuk mengalirkan debit setelah melalui turbin meuju ke sungai bangunan pembauang sendiri bisa direncanakan sesuai dengan kondisi lapangan umunya bangunan pembuang direncanakan dengan tipe saluran terbuka (saluran tailrace). Tinggi Jatuh Efektif Tinggi jatuh efektif adalah selisih antara elevasi muka air pada bangunan pengambilan atau waduk (EMAW) dengan tail water level (TWL) dikurangi dengan total kehilangan tinggi tekan (Ramos 2000). Persamaan tinggi jatuh efektif adalah: H eff = EMAW TWL hl dimana: H eff : tinggi jatuh efektif (m) EMAW: elevasi muka air waduk atau hulu bangunan pengambilan (m)

5 TWL : tail water level (m) hl : total kehilangan tingi tekan (m) Tabel 1. Klasifikasi Jenis Turbin Gambar 2. Sketsa Tinggi Jatuh Effektif Kehilangan tinggi tekan digolongkan menjadi 2 jenis yaitu kehilangan pada saluran terbuka dan kehilangan pada saluran tertutup. Kehilangan tinggi tekan pada saluran terbuka biasanya terjadi pada intake pengambilan saluran transisi dan penyaring. Kehilangan tinggi pada saluran tertutup dikelompokkan menjadi 2 jenis yaitu kehilangan tinggi mayor (gesekan) dan kehilangan tinggi minor. Kehilangan tinggi mayor dihitung dengan persamaan darcy wisbach (Penche2004): hf = f sedangkan kehilangan minor dihitung dengan persamaan (Ramos 2000): hf = ξ dimana: hf : kehilangan tinggi tekan V : kecepatan masuk (m/dt) g : percepatan gravitasi (m/dt 2 ) L : panjang saluran tertutup / pipa (m) D : diameter pipa (m) f : koefisien kekasaran(moody diagram) ξ : keofisien berdasarkan jenis kontraksi Perencanaan Peralatan Mekanik Dan Elektrik Perencanaan peralatan mekanik dan elektrik meliputi: A. Turbin Hidraulik Turbin dapat diklasifikasikan berdasarkan tabel berikut (Ramos2000): Dalam perencanan turbin parameter yang mendasari adalah kecepatan spesifik turbin (Ns) dan kecepatan putar/sinkron (n) dimana kedua parameter tersebut dihitung dengan persamaan (USBR 1976:): N s = n / n = 120 f dimana: Ns : Kecepatan spesifik turbin (mkw) n : kecepatan putar/sinkron (rpm) P : daya (kw) H : tinggi jatuh effektif (m) f : frekuensi generator (Hz) p : jumlah kutub generator nilai n bisa didapatkan dengan melakukan nilai coba-coba dengan persamaan: Untuk turbin francis: n = atau n = Untuk turbin propeller: n = atau n = setelah didapatkan nilai parameter tersebut maka dapat ditentukan parameter lain seperti: 1. Titik Pusat Dan Kavitasi Pada Turbin Titik pusat perlu diletakkan pada titik yang aman sehingga terhindar dari bahaya kavitasi kavitasi akan terjadi bila nilai σaktual < σkritis dimana σdapat dihitung dengan persamaan (USBR 1976):. σc = Hs = Ha Hv H.σ Sedangkan titik pusat turbin dapat dihitung dengan persamaan: Z = twl + Hs + b dimana: Ns : Kecepatan spesifik turbin (mkw) σc : koefisien thoma kritis σ : koefisien thoma

6 Ha : tekanan absolut atmosfer (Pa/gρ) Hv: tekanan uap jenuh air (Pw/gρ) H : tinggi jatuh effektif (m) Hs : tinggi hisap turbin (m) Z : titik pusat tubrin twl: elevasi tail water level b : jarak pusat turbin dengan runner (m) 2. dimensi turbin Dimensi turbin reaksi meliputi: Dimensi runner turbin dimensi wicket gate dimensi spiral case dan dimensi draft tube. 3. effisiensi turbin Effisiensi turbin sangat tergantung pengaruh dari debit aktual dalam turbin dengan debit desain turbin (Q/Qd) effisiensi turbin ditunjukkan pada gambar berikut (Ramos2009): n : jumlah hari dalam satu periode. Analisa Reduksi Emisi Gas Karbon Analisa reduksi emisi gas karbon dihitung dengan persamaan (RETScreen 2005): Δ GHG : (e base e prop ) E prop (1- λ prop ) Dimana: ΔGHG : Besaran reduksi gas karbon ( kgco2e ) ebase : faktor emisi gas karbon dari sumber tidak terbarukan eprop : faktor emisi gas karbon dari sumber terbarukan Eprop : besarnya daya bangkitan (kwh) λprop : kehilangan daya pada grid nilai unit konversi produksi emsisi gas karbon per kwh adalah sebagai berikut: Tabel 2. Nilai Konversi Produksi Emisi Gambar 3. Grafik Effisiensi Turbin B. Peralatan Elektrik Peralatan elektrik PLTMH berfungsi sebagai pengaturan kelistrikan setelah dilakukan proses pembangkitan listrik peralatan elektrik meliputi generator governor speed increaser transformer switchgear dan auxiliary equipment. Analisa Pembangkitan Energi Produksi energi tahunan dihitung berdasarkan tenaga andalan. Tenaga andalan dihitung berdasarkan debit andalan yang tersedia untuk pembangkitan energi listrik yang berupa debit outflow dengan periode n harian.(arismunandar2005) E = 98 x H x Q x ηg x ηt x 24 x n Dimana: E : Energi tiap satu periode (kwh) H : Tinggi jatuh efektif (m) Q : Debit outflow (m3/dtk) ηg : effisiensi generator ηt : efisiensi turbin Sumber: IPCC2006 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) benefit (komponen manfaat). Manfaat didapatakan dari hasil penjualan listrik berdasarkan harga tarif yang berlaku dan pendapatan dari reduksi emisi gas karbon (CER). Parameter kelayakan ekonomi meliputi: 1. Benefit Cost Ratio BCR = PV darim anfaat PV daribiaya capitaldan O& 2. Net Present Value NPV = PV Benefit PV Cost 3. Internal Rate Of Return NPV IRR = I + (I I ) NPV NPV 4. analisa sensitivitas

7 Analisa sensitivitas dilakukan pada 3 kondisi yaitu: Cost naik 20% benefit tetap Cost tetap benefit turun 20% Cost naik 20% benefit turun 20% 3. Hasil dan Pembahasan Konsep perencanaan PLTMH adalah dengan memanfaatkan debit sungai Brantas yang tidak dipergunakan untuk irigasi untuk kemudian dialirkan melalui saluran primer Turitunggorono kemudian dialirkan kembali ke sungai konsep dasar PLTMH ditunjukkan pada gambar berikut: Gambar 4. Konsep Dasar PLTMH Mrican Berdasarkan analisa hidrologi pencatatan debit outflow harian digunakan debit desain rencana untuk desain PLTMH dengan keandalan tertentu seperti pada kurva durasi aliran (FDC) seperti berikut: debit (m 3 /dt) Flow Duration Curve Tabel 3. Alternatif Debit Desain Maka dari perencanaan alternatif tersebut direncanakan komponen bangunan sipil pada studi ini digunakan alternatif 4 sebagai acuan debit desain bangunan sipil bangunan sipil yang direncanakan meliputi: 1. Bangunan Pengambilan Bangunan pengambilan direncanakan berupa pintu pengambilan (intake) dan dilengkapi dengan trashrack pintu pengambilan didesain menggunakan tipe pintu sorong vertikal dengan data teknis sebagai berikut: Debit desain : 44 m 3 /dt Tinggi pintu : 18 meter Lebar pintu : 3 meter Jumlah Pintu : 5 pintu Elv ambang pintu : +562 Elv saluran eksisting : +559 Elv MAN : +578 Sedangkan kapasitas pintu dapat dihitung dengan persamaan: Q = μ b a. 2.g. H Nilai μ daimbil 05 H : Elv MA Elv ambang: : 16 m a : 01 m Q = Q = 084 m 3 /dt untuk 1 pintu Dengan cara yang sama maka akan didapatkan kurva kapasitas pintu pengambilan sebagai berikut: % 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 90.00% % Probabilitas Terlampaui (%) Gambar 5. Kurva Durasi Aliran Outflow Dari kurva tersebut pertimbangan lain adalah dengan memperhatikan kapasitas saluran Primer Turitunggorono sebesar 647 m 3 /dt sehingga digunakan alternatif debit desain sebagai berikut: Gambar 6. Kurva Kapasitas Pintu

8 dari kurva tersebut diketahui kapasitas maksimum sebesar 6603 m 3 /dt sehingga mampu mengalirkan debit desain sebesar 44m 3 /dt. Pintu pengambilan juga dilengkapi trashrack sebagai penahan sampah yang masuk. Gambar 7. Desain Bangunan Pengambilan 2. Bangunan Tengah Bangunan tengah yang dimaksud adalah bangunan air yang terletak pada tengah sistem PLTMH yang berfungsi sebagai pengaturan aliran dan perawatan bangunan tengah yang dipergunakan dalam studi ini adalah bak pengendap sedimen (sand trap) forebay dan bangunan penguras. Bak Pengendap Sedimen (Sand Trap) Bak pengendap sedimen direncanakan dengan menggunakan analisa kecepatan kritis jatuh butrian dan panjang lintasan pengendapan perhitunganya adalah sebagai berikut: Kecepatan kritis : V = a Dimana: a : 44 (untuk 10<d<01 mm) V : V : 3724 cm/dt = 037 m/dt Kecepatan jatuh butiran didapat dari grafik: Gambar 7. Grafik Penentuan Kecepatan Jatuh Butiran Dari grafik terssebut didapatkan kecepatan jatuh butiran sebesar 0085 m/dt Jika direncanakan kedalaman untuk tampungan sedimen adalah 2 meter maka tinggi muka air pada bak penangkap sedimen adalah 16 meter + 2 meter = 36 meter. Maka dengan persamaan: B =. =. = 3963 meter Dengan memperhatikan turbulensi pada aliran maka: α = = 025 w = w. v = = 0021 m/dt t = = = = 5665 detik sehingga panjang lintasan yang dibutuhkan adalah: L = t x w = 5665 x 0021 = 2089 meter Dari hasil perhitungan didapatkan dimensi bak penangkap sedimen yang kurang sesuai dengan kondisi lahan yang tersedia maka modifykasi yang perlu dilakukan adalah dengan mengubah kecepatan pada bak penangkap sedimen sehingga panjang lintasan pengendapan akan bertambah panjang dan lebar bak akan menyempit direncanakan perubahan kecepatan adalah dua kali dari kecepatan awal yakni: V = 037 m/dt V = 2 x v = 074 m/dt Maka dengan cara yang sama akan didapatkan dimensi baru yaitu: Panjang bak (L) : 42 meter Lebar bak (B) : 20 meter Tinggi muka air (H) : 36 meter Volume bak (V) : 3024 m 3 Forebay Forebay direncanakan dengan tampungan 120Q agar dapat menjaga kestabilan governor akibat kestabilan debit operasional. Volume bak penangkap sedimen : 3024 m 3 Volume bak penampung : 120 x Q = 120 x 44 = 5280 m 3 Kekurangan tampungan : = 2256 m 3 Jika menggunakan lebar yang sama dengan bak penangkap sedimen dan elevasi mulut bak penangkap sedimen +542 dengan tinggi muka air 36 meter maka panjang yang dibutuhkan adalah:

9 L = V/(BxH) = 2256/(20x36) = 3133 meter. diambil 32 meter. Jadi dimensi bak penampung adalah : Panjang bak (L) : 32 meter Lebar bak (B) : 20 meter Tinggi muka air (H) : 36 meter Bangunan Penguras Bangunan penguras yang direncanakan dalam studi ini terdiri dari: culvert penguras sedimen pintu penguras pelimpah samping saluran penguras dan terjunan miring. Culvert penguras direncanakan dengan tiga buah pipa baja dengan diameter 1 meter dengan kapasitas pembuangan sebesar 1616 m 3 /dt. Pelimpah samping dipergunakan untuk mempertahankan muka air pada elevasi +578 direncanakan menggunakan bentuk ambang tipe mercu ogee dengan lebar 10 m tinggi jagaan 02 m dan kapasitas pembuangan 438 m 3 /dt. Pintu penguras direncakan menggunakan tipe pintu sorong berjumlah 1 unit dengan lebar 3 m dan tinggi 38 m dengan kapasitas pembuangan maksimal sebesar 4663 m 3 /dt. Saluran pengguras direncanakan menggunakan saluran terbuka dengan penampang persegi dengan dimensi: Lebar : 6 m Tinggi : 38 m Slope : Kecepatan : 314 m/dt Kapasitas : 528 m 3 /dt. Terjunan miring direncanakan dengan kemiringan 1:2 panjang 114 m tinggi 57 m panjang loncatan hidrolis 1223 m dan tinggi loncatan sebesar 25 m. 3. Bangunan pembawa Bangunan pembawa yang dipergunakan adalah tipe tertutup atau pipa pesat bertekanan pipa pesat direncanakan dengan menggunakan 4 pipa baja dengan panjang 20 meter dengan debit desain sebesar 11 Q yaitu: 11 x 11 = 121 m 3 /dt direncanakan besarnya diameter pipa tebal pipa kedalaman minimum MA kebutuhan surge tank dan sistem pengambilan. Diameter pipa pesat Diameter pipa pesat harus direncakan berdasarkan aspek hirdolik dan aspek ekonomis menurut mosonyi kecepatan yang disarankan untuk pipa baja adalah sebesar 25 m/dt 7 m/dt berikut ini adalah persamaan empirik untuk menentukan diameter pipa pesat: Persamaan sarkaria: D = 355. D = D = 349 m maka: A = 956 m 2 V = 127 m/dt (tidak memenuhi syarat kecepatan minimum) Persamaan diameter ekonomis ESHA (Penche2004): Jika tinggi tekan karena gesekan pipa direncanakan 4% dari gross head maka: D = 269 D = 269 D = 167 m maka: A = 212 m 2 V = 572 m/dt (memenuhi syarat kecepatan maksimum) Dari kedua persamaan diketahui bahwa metode ESHA bisa dipergunakan namun perlu dilakukan analisa pengaruh diameter terhadap beberapa faktor seperti kehilangan energi biaya pipa sampai dengan keamanan terhadap vortex. Maka harus dilakukan dengan cara coba coba untuk menentukan diameter pipa pesat sebagai berikut: Tabel 4. Hubungan Diameter Dengan Headloss No. Diameter Kecepatan Hf total % of H Heff (m) (m/dt) (m) (%) (m)

10 No. Diameter Kecepatan Hf total % of H Heff (m) (m/dt) (m) (%) (m) Tabel 5. Hubungan Diameter Dengan Cost - benefit No. Diameter (M) Daya (MW) Cost (Milyar Rupiah) Benefit (Milyar Rupiah) Tabel 6. Hubungan Diameter Dengan Kedalaman Minimum No. Diameter (m) Ht (m) s Keamanan Thp Vortex aman aman aman aman aman aman vortex vortex vortex vortex Maka dari hasil coba coba tersebut dipilih diameter pipa pesat adalah sebesar 18 meter. Tebal pipa pesat Tebal pipa direncanakan dengan tujuan untuk menjaga keamanan pipa akibat tekanan dari dalam dan luar pipa dengan menggunakan beberapa metode diperoleh hasil sebagai berikut: ASME : 8.7 mm USBR : 8.77 mm Penche : 8.16 mm Barlow : 1032 mm Direncanakan tebal pipa pesat adalah 11 mm (tebal pipa terbesar dari analisa diatas) Pipa pesat membutuhkan tangki gelombang bila L > 4H dalam studi ini panjang pipa pesat (L) adalah 20 meter sedangkan tinggi jatuh (H) adalah 803 meter maka: L > 4H = 20 < Sehingga pipa pesat tidak membutuhkan adanya tangki gelombang (surge tank). Pipa pesat memiliki sistem pengambilan dengan menggunakan katup pintu (gate valve). 4. Bangunan pembuang (tailrace chanel) Saluran tailrace direncanakan sistem pengaturan / regulasi pada bagian akhir dari draft tube berupa pintu atau katup kemudian debit air akan dialirkan melalui saluran terbuka dimana diujung saluran akan direncanakan ambang lebar sebagai kontrol elevasi muka air (TWL). Dalam perencanan saluran pembuang digunakan data teknis rencana sebagai berikut: Debit rencana : 44 m 3 /dt Elv dasar saluran rencana : Lebar saluran : 40 meter Bentuk saluran : persegi Jenis pasangan : beton Koefisien manning : 0012 Slope : Aliran air dari saluran pembuang akan dialirkan melaui ambang (weir) pada ujung saluran dengan data perencanaan: Bentuk ambang : ogee tipe I Lebar ambang : 40 meter Tinggi ambang : 05 meter Elevasi ambang : Elevasi dasar :+4853 Dengan menggunakan persamaan Q = C B H 15 dengan nilai koefisien debit untuk pengaliran tenggelam (C = 17) maka akan didapatkan lengkung kapasitas debit (ratingcurve) berdasarkan debit operasional pada ambang tailrace sebagai berikut:

11 Gambar 8. Rating Curve Pada Ambang Tailrace Sehingga elevasi TWL untuk tiap debit operasional akan ditunjukkan pada sketsa berikut: Gambar 9. Sketsa Kondisi Muka Air Pada Saluran Tailrace Perhitungan Tinggi Jatuh Effektif Dengan menggunakan persamaan empirik berdasarkan potensi kehilangan tinggi tekan maka tinggi jatuh effektif ditentukan seperti pada tabel berikut: Tabel 7. Perhitungan Tinggi Jatuh Effektif Paremeter Tinggi Tekan Hf (m) Kehilangan Pada Bangunan Pengambilan Inlet Trashrack Kehilangan Pada Bak Penangkap Sedimen Transisi Kehilangan Pada Pipa Pesat Gesekan Trashrack Belokan Inlet Kehilangan Sebelum Turbin Diasumsikan 01 Total Kehilangan 0547 Elevasi TWL Debit 1 Turbin 493 Debit 2 Turbin 495 Debit 3 Turbin 496 Debit 4 Turbin 498 Debit Banjir 508 Elevasi Muka Air Di Hulu Debit 1 Turbin 571 Debit 2 Turbin 573 Debit 3 Turbin 576 Debit 4 Turbin 578 Tinggi Jatuh (Head) Net Head (1 Turbin) 711 Net Head (2 Turbin) 719 Net Head (3 Turbin) 728 Net Head (4 Turbin) 736 Net Head (Banjir) 567 Gross Head 799 Perencanaan Peralatan Hidromekanikal Dan Elektrikal Peralatan hidromekanikal dan elektrikal yang direncanakan dalam studi ini meliputi: turbin hidrolik peralatan electrik dan rumah pembangkit. Turbin hidrolik Berdasarkan besarnya debit desain dan tinggi jatuh effektif dapat dipilih tipe turbin yang digunakan. Debit desain : 11m 3 /dt Tinggi jatuh effektif : 75 m Daya teoritis : 7945 kw atau 683 HP Gambar 10. Pemilihan Turbin Reaksi

12 Maka direncanakan: Tipe turbin : Kaplan Jumlah turbin : 4 unit Debit : 11 m 3 /dt Frekuensi generator : 50Hz Kutub generator : 14 buah Kecepatan putar : 428 rpm Kecepatan spesifik : 952 mkw Diameter runner : 12 m σkritis : 145 σaktual : 152 elv pusat turbin : +486 tinggi hisap : -116 m dan direncanakan sistem intake turbin tipe spiral case dan draft tube tipe elbow dengan dimensi: lebar total spiral case : 491 m diameter intake spiral case : 185 m tinggi draft tube : 236 m panjang draft tube : 478 m peralatan elektrik yang direncanakan meliputi: generator 3 fasa governor speed increaser transformer switchgear dan auxiliary equipment. rumah pembangkit direncanakan dengan tipe dalam tanah (underground facility) dengan dimensi: Tinggi : 128 meter Lebar : 30 meter Panjang : 53 meter Material rumah : beton Tebal dinding rumah : 0.3 meter Kedalaman pondasi : 1.5 meter Analisa Pembangkitan Energi Energi yang dihasilkan pada PLTMH Mrican tiap satu hari operasi ditabelkan sebagai berikut: Tabel 8. Hasil Pembangkitan Energi harian Tiap Alternatif No Debit Operasi Jumlah Turbin Eff Net Head Energi harian (m 3 /dt) (buah) (%) (m) (kwh) Sedangkan hasil pembangkitan tahunan untuk tiap alternatif adalah: Tabel 9. Hasil Pembangkitan Energi Tahunan Tiap Alternatif No. Unit Turbin Debit Desain Hari Operasional Energi Tahunan (unit) (m 3 /dt) (hari) (MWh) Analisa CER Berdasarkan hasil pembangkitan energi tahunan maka didaptakan nilai reduksi emisi dan pendapatan utnuk tiap alternatif sebagai berikut: Tabel 10. Hasil Reduksi Emisi Dan CER Alt No. 1 Jenis Bahan Bakar Nilai konversi kgco2 Energi Bersih Tahunan MWh Nilai Reduksi tco2/th Nilai CER/Th Milyar Rp Minyak Diesel Batu Bara Gas Alam Minyak Diesel Batu Bara Gas Alam Minyak Diesel Batu Bara Gas Alam Minyak Diesel Batu Bara Gas Alam Analisa Ekonomi Biaya proyek dan OP dihitung dengan menggunakan persamaan empirik sebagai berikut: Tabel 11. Estimasi Biaya PLTMH Item Pekerjaan Biaya Engineering Biaya (Milyar Rupiah) ALT 1 ALT 2 ALT 3 ALT

13 No Item Pekerjaan Peralatan Hidromekanik Pemasangan Hidromekanik Pemasangan Jalur Transmisi Travo Dan Substansi Pemasangan Travo Dan Substansi Biaya (Milyar Rupiah) ALT 1 ALT 2 ALT 3 ALT Sipil Pipa Pesat Pemasangan Pipa Pesat Saluran Lain Lain Biaya Contingencies Biaya O & P Capital Cost PPN 10% Total Cost Rasio Rp/Kwh Sedangkan estimasi manfaat tahunan dari penjualan energi listrik adalah: Tabel 12. Estimasi Manfaat PLTMH No. Harga Listrik Rp/Kwh Energi tahunan Mwh income Milyar Rp CER Milyar Rp Total Milyar Rp Dengan rencana usia proyek adalah 35 tahun maka akan didapatkan parameter kelayakan ekonomi sebagai berikut: Tabel 13. Analisa Ekonomi Tiap Alternatif ALT PV Cost PV Benefit BCR Dengan CER NPV IRR (%) Paid Back Period Tanpa CER Dan analisa sensitivitas sebagai berikut: Kondisi 1:benefit turun 20% cost tetap Kondisi 2:benefit tetap cost naik 20%Kondisi 3:benefit turun 20% cost naik 20%. Hasil analisa sensitivitas untuk tiap alternatif ditabelkan sebagai berikut: Tabel 13. Hasil Analisa Sensitivitas Tiap Alternatif Kondisi PV Cost PV Benefit Alternatif 1 NPV BCR Alternatif Alternatif Alternatif Sehingga dari analisa ekonomi dipilih alternatif 4 sebagai alternatif yang paling mengguntungkan 4. Kesimpulan 1. Berdasarkan analisa potensi sumber daya air yang dapat dikembangkan untuk pembangkitan energi listrik adalah sebesar 44 m 3 /dt dengan keandalan debit sebesar 84% dengan debit tersebut dapat dibangkitkan energi sebesar MWh pertahun. 2. Komponen bangunan PLTMH yang dipergunakan dalam studi ini adalah: a Bangunan sipil: Bangunan pengambilan (pintu sorong dan trashrack). Bangunan tengah (bak penangkap sedimen bak penenang culvert penguras saluran penguras pelimpah samping pintu penguras dan terjunan miring). Bangunan pembawa (pipa pesat).

14 Bangunan pembuang (saluran tailrace dan ambang lebar). Sistem regulator (katup pintu dan katup kupu kupu). Rumah pembangkit (power house) b Peralatan mekanik dan elektrik: Turbin kaplan beserta kelengkapanya (spiral case draft tube dan wicket gate) generator 50Hz 3 fasa dengan 14 kutub governor speed increaser travo switchgear dan aksesoris kelistrikan. 3. Berdasarkan analisa reduksi emsisi gas karbon maka besar reduksi dan pendapatan dari CER yang dihasilkan dengan adanya PLTMH untuk tiap jenis konversi bahan bakar adalah: a Minyak Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar tco2/tahun dengan pendapatan dari CER sebesar 236 milyar rupiah b Diesel Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar tco2/tahun dengan pendapatan dari CER sebesar 239 milyar rupiah c Batu Bara Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar tco2/tahun dengan pendapatan dari CER sebesar 294 milyar rupiah d Gas Alam Dapat direduksi emisi gas karbon sebesar tco2/tahun dengan pendapatan dari CER sebesar 182 milyar rupiah 4. Berdasarkan analisa ekonomi terhadap alternatif terpilih (alternatif 4) didapatkan besar biaya total sebesar milyar rupiah dengan nilai BCR 156 NPV milyar rupiah IRR 1246 % dan paid back period 1249 tahun sehingga pembangunan PLTMH layak secara ekonomi. Gambar 11. Desain Plan PLTMH Mrican

15 Daftar Pustaka 1. Anonim Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Switzerland: IPCC (International Panel In Climate Change). 2. Anonim RETScreen Engineering & Cases Textbook. Kanada: RETScreen International. 3. Anonim Engineering Monograph No. 20 Selecting Reaction Turbines. Amerika: United States Bureau Of Reclamation. 4. Anonim Engineering Monograph No. 25 Hydraulic Design Of Stilling Basin And Energy Dissipator. Amerika: United States Bureau Of Reclamation. 5. Arismunandar A. dan Kuwahara S Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik. Jakarta : PT Pradnya Paramita. 6. Chow Ven te Hidraulika saluran terbuka. Jakarta : Erlangga 7. Dandekar MM dan K.N. Sharma Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta : Universitas Indonesia. 8. Mosonyi Emil Water Power Development Volume One Low Head Power Plant. Budapest : Akademiai Kiado 9. Mosonyi Emil Water Power Development Volume Two High Head Power Plant. Budapest : Akademiai Kiado 10. Patty O.F Tenaga Air. Erlangga : Surabaya. 11. Penche Celso Guidebook on How to Develop a Small Hydro Site. Belgia : ESHA (European Small Hydropower Association). 12. Ramos Helena Guidelines For Design Small Hydropower Plants. Irlandia : WREAN (Western Regional Energy Agency & Network) and DED (Department of Economic Development). 13. Soemarto C.D Hidrologi Teknik Edisi 1. Surabaya : Usaha Nasional. 14. VarshneyR.S Hydro-Power Structure. India : N.C Jain at the Roorkee Press.