KAJIAN POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO ( PLTMH ) PADA SUNGAI AEK POHON KECAMATAN PANYABUNGAN TIMUR KABUPATEN MANDAILING NATAL

Transkripsi

1 KAJIAN POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO ( PLTMH ) PADA SUNGAI AEK POHON KECAMATAN PANYABUNGAN TIMUR KABUPATEN MANDAILING NATAL Khairul Saleh 1, Syahrizal 2, Ivan Indrawan 3 1 Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan khairul_rangkuti@yahoo.co.id 2 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan syahrizal@usu.ac.id 3 Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan ivanindrawan76@gmail.com ABSTRAK Kabupaten Mandailing Natal merupakan kabupaten yang sedang berkembang. Pertumbuhan penduduk di Kabupaten Mandailing Natal telah menyebabkan kekurangan energi listrik, dengan jumlah penduduk sebanyak dengan tingkat pertumbuhan penduduk sebesar 1,42% pertahun. Untuk itu perlu adanya pembangunan energi listrik terbarukan khususnya diwilayah pedesaan guna meningkatkan taraf hidup masyarakat pedesaan. Energi terbarukan yang dimaksud dalam hal ini adalah PLTMH. Dimana kapasitas daya yang mampu dihasilkan melebihi 100 kw. Metode yang digunakan dalam perhitungan debit menggunakan metode F.J.Mock. dalam perhitungan F.J.Mock dibutuhkan data curah hujan, penguapan, dan daerah tangkapan air. Data curah hujan yang dipakai adalah data curah hujan 10 tahun terakhir, serta metode Penman modifikasi untuk menghitung penguapan. Berdasarkan perhitungan F.J.Mock, dengan menggunakan probabilitas 80% diperoleh debit rencana sebesar 1.09 m 3 /detik. Saluran pembawa berbentuk trapesium dengan dimensi lebar bawah 1.18 meter, lebar atas 2.37 meter dan tinggi 1 meter. Dari hasil perhitungan didapat pipa penstok dengan panjang 65 meter. Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa sungai Aek Pohon memiliki potensi sebagai pembangkit listrik tenaga mikro hidro. Daya yang dihasilkan sebesar kw dengan tinggi jatuh (head) 15 meter. Kata Kunci: Aek Pohon, F.J.Mock, PLTMH, Tinggi jatuh (head), ABSTRACT Mandailing Natal is a growing district. Population growth in Mandailing Natal has caused a shortage of electrical energy, with a population of with a population growth rate of 1.42% per year. For that we need the development of renewable electrical energy in particular rural areas in order to improve the lives of rural communities. Renewable energy in question in this case is the Micro Hidro Power. Where the power capacity are able to produce in excess of 100 kw. The method used in the calculation F.J.Mock discharge method. in the calculation of the data needed F.J.Mock precipitation, evaporation, and water catchment areas. Rainfall data used is data precipitation last 10 years, as well as a modified Penman method for calculating evaporation. F.J.Mock based calculation, using a 80% probability obtained design discharge of 1.09 m 3 / sec. Trapezoid-shaped carrier channel with a width dimension under 1:18 meters, a width of over 2.37 meters high and 1 meter. From the calculation results obtained penstok pipe with a length of 65 meters. From the analysis it can be concluded that the river Aek Pohon has potential as micro-hydro power plants. The power generated of kw with the head 15 meters.. Keywords: Aek Pohon, F.J.Mock, PLTMH, head 1

2 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Seiring pertumbuhan penduduk di Indonesia maka kebutuhan masyarakat juga semakin meningkat, terutama kebutuhan energi listrik, baik untuk konsumsi rumah tangga atau perorangan maupun untuk kegiatan usaha. Atas dasar itu PLN yang merupakan operator listrik di Indonesia perlu mencari dan mengembangkan alternatif untuk memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut. Salah satu alternatif yang dapat dikembangkan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTMH ) yang memanfaatkan aliran air sebagai sumber energi utama. Kabupaten Mandailing Natal merupakan kabupaten yang sedang berkembang. Pertumbuhan penduduk di Kabupaten Mandailing Natal telah menyebabkan kekurangan energi listrik, dengan jumlah penduduk sebanyak dengan tingkat pertumbuhan penduduk sebesar 1,42% pertahun ( BPS Kabupaten Mandailing Natal ). Aek pohon salah satu Sungai yang terdapat di kecamatan Panyabungan Timur belum termanfaatkan secara maksimal. Apabila dengan sistem pengelolaan yang baik, selain digunakan untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari dan pengairan, aliran air dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif, yaitu sebagai pembangkit energi listrik yang dapat meningkatkan taraf kesejahteraan masyarakat di sekitar sungai aek pohon tersebut Tujuan Tujuan dari penelitian ini antara lain : 1. Menganalisis debit berdasarkan data curah hujan dan pengukuran di lapangan. 2. Menghitung desain dasar komponen sipil untuk PLTMH Aek Pohon. 3. Menganalisis kelayakan ekonomi PLTMH. 4. Menganalisa dampak lingkungan akibat pembangunan PLTMH 1.3. Pembatasan Masalah Batasan masalah yang diambil dalam penelitian ini antara lain : 1. Menentukan debit air di sungai aek pohon menggunakan metode F.J.Mock. 2. Desain dasar komponen sipil. 3. Tidak menghitung volume pekerjaan. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian dan Prinsip PLTA Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) adalah suatu bentuk perubahan tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator. Daya (power) yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan rumus berikut : P = g x H x Q (kw) Dimana : P = Tenaga yang dikeluarkan secara teoritis H = Tinggi air jatuh efektif (m) Q = Debit Pembangkit (m³/det) g = Percepatan grafitasi = 9,81m/s Debit Andalan Dalam penelitian ini metode yang digunakan untuk mencari debit andalan adalah metode F.J.Mock. Dengan metode ini, besarnya aliran dari data curah hujan, karakteristik hidrologi daerah pengaliran dan evapotranspirasi dapat dihitung. Pada dasarnya metode ini adalah hujan yang jatuh pada catchment area sebagian akan hilang sebagai evapotranspirasi. Langkah-langkah Perhitungan debit F.J.Mock sebagai berikut : 1. Mempersiapkan data yang diperlukan, yaitu : 2

3 - Curah hujan rata-rata bulanan, Evapotransvirasi Potensial, Jumlah hari hujan bulanan, Faktor resesi aliran tanah, Angka koefisien Infiltrasi. 2. Menentukan evaporasi terbatas 3. Menentukan keseimbangan air di permukaan tanah 4. Menentukan harga kelembaban tanah 5. Menentukan infiltrasi 6. Menentukan penyimpanan air tanah 7. Menentukan limpasan(runoff) 8. Menentukan aliran dasar dan aliran langsung 9. Menetukan debit yang tersedia di sungai 2.3. Komponen Utama PLTMH 1. Mercu Bendung (Weir) Bangunan yang berada melintang sungai yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran air 2. Bangunan Pengambilan(Intake) Bangunan yang berfungsi mengarahkan air dari sungai masuk ke dalam Saluran Pembawa (Headrace). Bak Penangkap Pasir (Sand Trap) dapat menjadi satu (terintegrasi) dengan bangunan ini. 3. Saluran Pembawa (Headrace) Bangunan yang berfungsi mengalirkan/membawa air dari Intake ke Forebay. Headrace dapat juga terbuat dari pipa. 4. Bak Penampungan (Forebay) Bangunan yang mempunyai potongan melintang (luas penampang basah) lebih besar dari Headrace yang berfungsi untuk memperlampat aliran air. 5. Saringan (Trash Rack) Terbuat dari plat besi yang berfungsi menyaring sampah-sampah atau puing-puing agar tidak masuk ke dalam bangunan selanjutnya. 6. Saluran Pembuangan(Spillway) Bangunan yang memungkinkan agar kelebihan air di dalam Headrace untuk melimpah kembali ke dalam sungai. 7. Pipa Pesat (Penstock) Pipa bertekanan yang membawa air dari Forebay ke dalam Power House. 8. Rumah Pembangkit (Power House) Bangunan yang di dalamnya terdapat turbin, generator dan peralatan control. 9. Tailrace Saluran yang berfungsi mengalirkan/membawa air dari turbin kembali ke sungai. 10. Jaringan Transmisi Terdiri dari tiang, kabel dan aksesoris lainnya (termasuk trafo; jika diperlukan) yang berfungsi mengalirkan energi listrik dari Power House ke konsumen (rumah-rumah dan pabrik). 3

4 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Pengumpulan Data Pengambilan data meliputi pengumpulan data primer dan sekunder. Data yang diperlukan untuk keperluan studi ini meliputi: 1. Data Primer Pengambilan data primer meliputi: - Mengukur kecepatan sesaat ( Debit ) 2. Data Sekunder Pengambilan data sekunder meliputi: - Data hidroklimatologi - Data Curah hujan - Topografi Secara umum langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat dala diagram alir berikut : 3.2. Rancangan Penelitian Gambar 1. Diagram Alir penelitian 4

5 4. ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis Debit Andalan Pada kajian potensi ini, analisis curah hujan yang dilakukan menggunakan metode Dr.F.J.Mock. Tujuannya adalah untuk mengetahui besar debit sungai sepanjang tahun sehingga dapat ditentukan debit disain. Tabel berikut merupakan hasil perhitungan debit tiap bulan, dari tahun Hasil perhitungan debit bulanan Tabel 1. Debit bulanan Sungai Aek Pohon NO. TAHUN SATUAN JAN FEB MAR APR MEI JUN JUL AGT SEP OKT NOV DES m 3 /det m 3 /det m 3 /det m 3 /det m 3 /det m 3 /det m 3 /det m 3 /det m 3 /det m 3 /det Selanjutnya ditentukan probablitas debit berdasarkan perhitungan debit tersebut. Untuk mendapatkan probabilitas debit dilakukan penyusunan debit terbesar ke debit terkecil. Berikut tabel penyusunan debit: Tabel 2. Tabel penyusunan debit NO Debit Probabilitas NO Debit Probabilitas NO Debit Probabilitas

6 Gambar 2. Grafik FDC (Flow Duration Curve) Berdasarkan grafik probabilitas 80% didapat debit andalan sebesar 1.09 m 3 /s. Pada gambar 3 dapat dilihat perhitungan metode F.J.MOCK menunjukkan debit rata rata setiap bulan, dimana debit yang paling besar terjadi pada bulan November dan debit terkecil terjadi pada bulan juli. Gambar 3. Grafik debit rata rata bulanan Analisa Distribusi Curah Hujan Perhitungan ini bertujuan untuk mengetahui debit banjir rencana pada daerah bendung rencana Sungai Aek pohon. Debit banjir dianalisa dari curah hujan yang terjadi berdasarkan periode ulang tertentu. Untuk menganalisa data curah hujan tersebut dilakukan analisis distribusi probabilitas dengan metode berikut : Distribusi Normal Distribusi Log Normal Distribusi Log Person III Distribusi Gumbel Berikut tabel hasil perhitungan analisis distribusi curah hujan Sungai Aek Pohon Tabel 3. Analisis curah hujan dengan berbagai jenis distribusi Selanjutnya hasil analisis curah hujan rencana dapat dilihat pada grafik berikut: 6

7 Gambar 4. Grafik analisi curah hujan 4.3. Perhitungan Debit Maksimum Untuk menghitung debit maksimum menggunakan metode Haspers dengan hasil perhitungan sebagai berikut : Tabel 4. Debit maksium Sungai Aek Pohon Maka untuk merencanakan bendung diambil debit banjir rencana dengan kala ulang 100 tahun karena mempunyai debit maksimum yaitu sebesar 267,75 m 3 /detik Desain Dasar Pekerjaan Sipil Desain dasar bangunan utama PLTM dimaksudkan untuk menghitung/memperkirakan bentuk serta dimensi dari bangunan-bangunan utama PLTM Aek pohon. Bendung - Tinggi bendung = 2,5 m - Lebar bendung = 14,3 m Pintu pengambilan (intake) - Tinggi bukaan = 1 m - Lebar bukaan = 1,2 m - Jumlah pintu = 1 buah Saluran pembawa - Panjang saluran pembawa = 713 m - Dimensi atas saluran = 2,374 m - Dimensi bawah saluran = 1,18 m - Tinggi saluran = 1 m Bangunan pengendap sedimen dan bak penenang - Lebar saluran = 3 m - Panjang saluran = 14,5 m - Tinggi kantong lumpur = 0,5 m 7

8 Pipa Pesat - Panjang pipa = 65 m - Diameter pipa = 0,82 m 4.5. Kapasitas Daya yang Dihasilkan Daya listrik yang dapat dibangkitkan dihitung dengan memakai persamaan: P= g.q.h.η Debit rencana diambil pada probabilitas kejadian 80%, sehingga diperoleh Q = 1.09 m 3 /det, H netto diperoleh sebesar 15 m. Pada penelitian ini, efisiensi turbin dan generator dipakai adalah 85%, efisiensi penstock diperoleh 0.9 dan efisiensi saluran 0.9. Dengan demikian, maka daya listrik output adalah: P = 9.81m 2 /s x 1.09m 3 /s x 0.85 x 0.9 x 0.9 x 15 m = kw = watt Diperkirakan dalam 1 KK mendapatkan suplai listrik 450 watt. Sehingga jumlah rumah yang dapat dialiri listrik sebanyak: W : 450 W/rumah 245 rumah Analisa Hidro Ekonomi Berdasarkan salinan Peraturan Menteri ESDM (Energi dan Sumber Daya Mineral) Nomor 31 tahun 2014 yang diperoleh, terdapat beberapa penyesuaian tarif tenaga listrik untuk rumah tangga. Sebagai contoh, pelanggan rumah tangga dengan daya 900 VA (volt ampere) dikenakan tarif listrik sebesar RP 605,00 per kwh, daya VA sampai VA dan konsumen berdaya VA ke atas saat ini dikenakan tarif listrik Rp 1.352,00 per kwh (kilo watt per hour). Maka, tarif listrik yang dijual harus lebih kecil dari Rp 1.352,00 per kwh. Berdasarkan perhitungan kelayakan ekonomi yang dihitung dengan metode Payback period, Internal of return dan benefit cost ratio, PLTMH Aek pohon layak dibangun dengan peridoe pengembalian modal tejadi selama 3.3 tahun, BCR dan IRR % dengan menggunakan suku bunga 15%. 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Setelah dilakukan analisa potensi pada sungai aek pohon, maka penulis mengambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Sungai aek pohon memiliki potensi menjadi lokasi PLTMH karena memiliki debit 1,09m 3 /detik dan tinggi jatuh air 15 meter. 2. Debit yang diambil menggunakan metode F.J.Mock dengan probabilitas 80%. 3. Saluran pembawa berbentuk trapesium dengan dimensi lebar bawah 1.18 meter, lebar atas 2.37 meter dan tinggi 1 meter. 4. Penstock menggunakan jenis pipa galvanis dengan panjang 65 meter dan diameter 0.82 meter. 5. Dari debit dan ketinggian jatuh air tersebut didapat potensi daya listrik terbangkitkan sebesar kw, daya ini dapat mensuplai listrik rumah sebanyak 245 rumah ( 1 rumah terpasang daya sebesar 450 watt) Saran Untuk membangun PLTMH pada sungai aek pohon diperlukan analisa lebih lanjut mengenai : 1. Pengukuran debit sungai secara berkelanjutan 2. Analisa sedimentasi dilokasi bendung 3. Menghitung perencanaan seluruh komponen PLTMH. 4. Melakukan perhitungan rencana anggaran biaya yang mencakup semua tahapan pembangunan PLTM. 8

9 Daftar pustaka Abdullah Nasir, Bilal. Suitable Selection of Component for the Micro-Hydro-Electric Power Plant Hawijah Technical Institute, Kirkuk, Irak. Abdussalam, Rafika. Analisis Potensi Sungai Atep Oki Serta Desain Dasar Banguna Sipil Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air. Volume 2. Nomor 5. Juli (ISSN: ). Arief Subekti, Ridwan. Survey Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro di Kuta Malaka Kabupaten Aceh Besar Propinsi Nanggroe Aceh Darussalam. Volume 01. Nomor 1. Oktober (ISSN: ). Arismunandar, A, Kuwahara S. 1991, Teknik Tenaga Listrik Jilid 1, PT. Pradnya Paramitha, Jakarta. Dandekar, M.M, Sharma K. N.1991,. Pembangkit Listrik Tenaga Air.universitas Indonesia Press. Direktorat jenderal pengairan Standar peerencanaan irigasi kriteria perencanaan. Galang Persada, Bandung. Harvey Adam Micro-Hydro Design Manual. Replika Press Pvt, Ltd. Arickhire CV 239QZ, UK, p374 Jowowiyono, FX, Marsudi Ekonomi Teknik.YBPPU, Jakarta Kamiana, I Made Teknik Perhitungan Debit Rencana Bangunan Air. Graha Ilmu, Yogyakarta. Limantara, Lily Montarcih Hidrologi Praktis. Lubuk Agung, Bandung. Mahmud, Khizir. End friends. Feasible Micro Hydro Potentiality Exploration in Hill Tracts of Bangladesh. Volume 12. Issue 9. (ISSN: ). Obaseki, Theopilus Gaius Hydropower Opportunities in the Water Industry. Volume 1. Nomor 3. (ISSN: ). Otun, J.A and friends Assessment of The Hydropower Potential of Kangimi Reservoir in Kaduna State Nigeria. Volume 31. Nomor 3. November 2012: (ISSN: ). Patty, O. F Tenaga Air. Jakarta: Erlangga. Perangin-Angin, Muhammad Asy Ari. 2008, Perencanaan Pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga MikroHidro. Tugas akhir, Departemen Teknik sipil USU. PS, Widodo Pembangkit Listrik dengan Potensi Sumber Energi Setempat Sebagai Wujud Pemerataan Energi Listrik di Desa Tertinggal dan Terpencil. Volume 8. Nomor 3. Oktober 2012: (ISSN: ) Peraturan Menteri ESDM nomor 31 Tahun 2014 Tentang Tarif Tenaga Listrik Yang Disediakan Oleh Perusahaan Perseroan (PERSERO) PT Perusahaan Listrik Negara. Ramli Kadir. 2010, Perencanaan Pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga MikroHidro di sungai marimpa kecamatan pinembani. Tugas akhir, Palu: Universitas Tadulako. Sakidiansyah, Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Desa Buluh Awar Kecamatan Sibolangit Kabupaten Deliserdang Propinsi Sumatera Utara. Tugas Akhir, Departemen Teknik Sipil USU. Suripin, Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan, Andi Offset, Yogyakarta. Uhunmwangho, R, Okedu, E.K Macro-and Micropower: an Option for Socioeconomic Development. Case Study Agbokim Waterfalls, Cross River State, Nigeria. Volume 10. Nomor 2. November Department of Electrical/Electronic Enginering University of Port Harcourt, Nigeria. Wibowo, H. dkk Kajian teknis dan Ekonomi Perncanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) di Sungai Lematanf Kota Pagar Alam. Volume 4, Nomor 1, Oktober 2015:34-31 (ISSN: ). Wijaya, W. dkk Analisa Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro di Sungai Logawa Kecamatan Kedung Banten Kabupaten Banyumas. Transient, Volume 1, Nomor 3, September 2012:24-34 (ISSN: ). 9