UPAYA PENINGKATAN POTENSI ENERGI SECARA TEKNIK PADA AIR TERJUN JUBLEK TECHNICAL IMPROVEMENT ON THE POTENCY OF ENERGY CONTAINED IN JUBLEK WATERFALL

Transkripsi

1 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 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016

2 MOTTO Remember Me and I ll remember you (Q.S. 2:152) Dont give up, don t ever give up (Jim valvano) iv

3 PERSEMBAHAN Terimakasih kepada Allah S.W.T atas segala nikmat, rahmat dan berkatnya yang melimpah. 1. Ibu dan Bapak yang telah memberi kasih sayang, doa, dukungan dan semangat. 2. Kakak dan adik yang telah memberi semangat serta dukungan. 3. Bapak Dr.Ir. Mamok Suprapto, Meng yang telah memberikan dukungan, bantuan, serta sabar dalam memberikan bimbingan. 4. Seluruh dosen Teknik Sipil UNS atas ilmu dan bimbingannya. 5. 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. 6. Teman - teman skripsi, Hadid, Farida dan Heri yang telah memberikan bantuan dan semangat. 7. Tanty dan Meylisa yang telah menyempatkan waktu untuk berbagi tawa. 8. Terimakasih kepada Yayasan ALPED yang telah memberikan beasiswa. 9. Teman-teman Teknik Sipil UNS angkatan v

4 ABSTRAK Fitria Fauzia M.D, Mamok Suprapto, Suyanto 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 m 3 /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 ,50 kwh/tahun dan penjualan energi Rp ,00/tahun. Skenario 2 dengan pengulangan tinggi jatuh dengan menggunakan pompa menghasilkan daya 2505,01 kw/tahun, energi ,61 kwh /tahun, dan penjualan energi sebesar Rp ,00/tahun. Penurunan daya, dan penjualan energi terjadi karena daya pompa yang besar. Analisis ekonomi skenario 1, NPV= Rp ,67, BCR= 1,69, dan IRR= 19,65 %, sehingga dianggap layak dari segi investasi, sedangkan skenario 2, NPV = - Rp ,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. vi

5 ABSTRACT Fitria Fauzia M.D, Mamok Suprapto, Suyanto 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 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 ,50 kwh/year and Rp ,00 for energy sales/year. Scenario 2 with high repetition fall by using the pump power kw/year, energy ,61 kwh/year, and sales of energy amounting to Rp ,00 RP/year. The decline in sales of energy resources, and occurs because the power pump. Economic analysis of scenario 1, NPV = Rp ,67, 1,69 = BCR, and IRR = 19,65%, so it is considered feasible in terms of investment, while scenario 2, NPV = -Rp ,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. vii

6 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 viii

7 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 Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI Tinjauan Pustaka Energi Hidro Rekayasa Peningkatan Potensi Energi Hidro Analisis Kelayakan Ekonomi Perbandingan dengan Penelitian Terdahulu Dasar Teori Energi Hidro Rekayasa Peningkatan Potensi Energi Hidro Analisis Kelayakan commit Ekonomi to user ix

8 BAB 3 METODE PENELITIAN Metode Penelitian Lokasi Penelitian Parameter dan Variabel Data Data Primer Data Sekunder Alat yang Digunakan Alat Bantu Survey Lokasi Alat Bantu Perhitungan dan Penyusunan Skripsi Analisis Data Debit Tinggi jatuh (Head) Analisis Potensi Energi Analisis Kelayakan Ekonomi Diagram Alir Penelitian BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Energi Hidro Debit Tinggi Jatuh Analisis Potensi Daya Analisis Kelayakan Ekonomi Skenario Skenario BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Hubungan Debit dengan Diameter Pipa Pesat Tabel 2.2. Hubungan Jenis Turbin dengan Head Tabel 2.3. Rekapitulasi Penelitian Terdahulu Tabel 2.4. Nilai Kritik Kepanggahan Tabel 2.5. Perhitungan dan model yang terdapat dalam HEC-HMS Tabel 2.6. Nilai Berdasarkan Suhu Zat Cair Tabel 2.7. Koefisien k sebagai Fungsi Sudut Belokan Tabel 2.8. Skenario Pengulangan Jatuh Air Tabel 3.1. Parameter Penelitian Tabel 3.2. Variabel Penelitian Tabel 4.1. Data Hujan Tahunan Stasiun Kemuning Tabel 4.2. Uji Kepanggahan Data pada Stasiun Kemuning Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Andalan Q Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Tinggi Jatuh Bruto Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Daya Skenario Tabel 4.6. Hasil Perhitungan Daya Turbin (P1) pada Skenario Tabel 4.7. Daya, Energi dan Penjualan Energi pada Skenario Tabel 4.8. Daya, Energi dan Penjualan Energi pada Skenario Tabel 4.9. Rencana Anggaran dan Biaya PLTMH Tabel Rekapitulasi Rencana Anggaran dan Biaya Skenario Tabel Perhitungan Nilai NPV 6,5 % Tabel Perhitungan Nilai NPV 19,65 % Tabel Rencana Anggaran Biaya Skenario Tabel Rekapitulasi Rencana Anggaran dan Biaya Skenario Tabel Perhitungan Nilai NPV 6,5% Tabel Perhitungan Nilai NPV 3,39 % xi

10 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 Gambar 4.2. Memasukkan Data pada Global Mapper Gambar 4.3. Hasil Input Data Global Mapper Gambar 4.4. Pengaturan Contour Geration Options...50 Gambar 4.5. Hasil Generate Contours dengan Global Mapper Gambar 4.6. Input Watershed Geration Options...51 Gambar 4.7. Hasil Generate Contours dengan Global Mapper Gambar 4.8. Ikon Create Area Feature...52 Gambar 4.9. Proses Menandai DAS dengan Create Area Feature...53 Gambar Luas DAS...53 Gambar Pembuatan Basin Models...54 Gambar Komponen Sub Basin...55 Gambar Komponen Reach...55 Gambar Komponen Meteorogic Models...57 Gambar Komponen Control Spesification...58 Gambar Create Simulation Run...59 Gambar Contoh Hasil Running Data...59 Gambar Tata Letak Komponen PLTMH Skenario Gambar Tata Letak Komponen PLTMH Skenario xii

11 DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL Simbol Keterangan Satuan A Luas wilayah m 2 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 Wh E1 Energi yang dihasilkan pengulangan ke-1 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/dt 2 Hbruto Tinggi jatuh bruto m he Kehilangan energi pada belokan pipa m Heff Tnggi jatuh efektif m hf Kehilangan energi pada pipa m I Hujan tahunan mm i Tinggi alat m i Tingkat bunga % I1 Suku bunga rendah % I2 Suku bunga tinggi IRR Internal rate of return l Kedalaman rerata saluran m xiii

12 Simbol Keterangan Satuan L Panjang ruas pipa m m Nomor urut data m Sudut miring n n n NPV NPV1 NPV2 Jumlah data Jumlah putaran Jumlah tahun Net present value NPV suku bunga rendah NPV suku bunga tinggi P Daya yang dibangkitkan (Watt) Watt P Daya yang dihasilkan (Watt) Watt P1akhir Daya sisa pada pengulangan ke-1 Watt P1awal Daya awal pada pengulangan ke-1 Watt P2 Daya yang dihasilkan pada pengulangan ke-2 Watt Daya yang dibutuhkan untuk menjalankan Watt Pinputpompa pompa Poutputpompa Daya yang dihasilkan pompa Watt Q Debit sesaat m 3 /dt Qandalan Debit andalan m 3 /dt, liter/detik Qmax pipa Debit maksimum pada pipa m 3 /dt ρ Rapat massa air kg/m 3 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 kekentalan kinematik fluida m 2 /dt v Kecepatan aliran m/dt z Sudut zenith Propeller Nomor baling current meter xiv

13 xv

14 DAFTAR ISTILAH Base flow : Aliran dasar untuk menggambarkan aliran dasar yang terjadi pada saat limpasan sehingga dapat dihitung tinggi puncak hidrograf yang terjadi Benefit Cost Ratio (BCR) : Perbandingan antara nilai benefit dan cost dalam suatu investasi. Cash flow : Aliiran kas yang terdiri dari aliran masuk dalam perusahaan dan aliran kas keluar perusahaan serta berapa saldonya setiap periode. Channel flow : Aliran pada saluran Daerah Aliran Sungai (DAS) : Kawasan yang dibatasi titik-titik tinggi dimana air hujan akan jatuh dan mengalir pada system tersebut Digital elevation Model (DEM) : Data digital yang menggambarkan geometri dari bentuk permukaan bumi yang terdiri dari serangkaian titik-titik koordinat hasil sampling Direct runoff : Limpasan langsung. Global Positioning System : Sistem navigasi yang menggunakan satelit untuk menampilkan posisi. Head : Tinggi jatuh. Head losses : Kehilangan tinggi jatuh. Hydropower : Energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Intake : Bangunan pengambil air/pintu air. Interest rate : Tingkat suku bunga. Internal Rate of Return (IRR) : metode menghitung tingkat bunga yang menyamakan nilai pada saat sekarang investasi dengan penerimaan kas bersih di masa yang akan datang. Mayor Losses : Kehilangan energi pada pipa. Minor Losses : Kehilangan energi pada belokan pipa. Net Present Value (NPV) : Selisih dari present value kas bersih yang dikurangi dengan present value investasi selama umur investasi Original Investment. : Investasi awal. Penstock : Pipa pesat. Power house : Rumah pembangkit tempat turbin dan commit generator. user xv

15 Propeller devices : Alat bantu untuk mengukur kecepatan aliran Reach : Ruas Sungai Rescaled Adjusted Partial Sums : Uji konsistensi data hujan. Run off : Aliran air pada permukaan tanah Tachymetri : Pengukuran dengan menggunakan alat optis. Total Present Value : Total nilai uang saat ini untuk nilai tertentu dimasa yang akan datang. Water balance : 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 xvi

16 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 xvii