Pengoperasian waduk kaskade berpola listrik - listrik - multiguna

Transkripsi

1 Konstruksi dan Bangunan Pengoperasian waduk kaskade berpola listrik - listrik - multiguna Keputusan Menteri Permukiman dan Prasarana Wilayah Nomor : 360/KPTS/M/2004 Tanggal : 1 Oktober 2004 DEPARTEMEN PERMUKIMAN DAN PRASARANA WILAYAH

2 Prakata Pedoman ini masuk dalam Gugus Kerja Hidrologi, Hidraulika, Lingkungan, Airtanah dan Air baku pada Sub Panitia Teknik Sumber Daya Air yang berada di bawah Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah. Penulisan pedoman ini mengacu pada Pedoman BSN No.8 Tahun 2000 dan telah mendapat masukan dan koreksi dari ahli bahasa. Perumusan pedoman ini dilakukan melalui proses pembahasan pada Gugus Kerja, Prakonsensus dan Konsensus pada tanggal 10 September 2003 di Pusat Litbang Sumber Daya Air Bandung serta proses penetapan pada Panitia Teknik yang melibatkan para narasumber dan pakar dari berbagai instansi terkait. Pedoman ini berisi tentang pengumpulan data debit aliran yang masuk ke masing-masing waduk, data Tinggi Muka Air (TMA) tiap waduk, data kebutuhan air irigasi, data hubungan antara TMA dengan volume tampungan waduk, rencana pemeliharaan turbin dan pintu-pintu air setiap waduk, melakukan prediksi debit air masuk ke masing-masing waduk untuk tahun yang akan datang, membuat Pola Operasi Waduk Kaskade dengan prinsip pembagian berimbang (equal sharing), dan melakukan evaluasi terhadap pelaksanaan operasional tiap-tiap waduk yang telah dilakukan pada bulan sebelumnya. Evaluasi melibatkan para pengelola waduk dan semua pihak yang terkait dengan operasional waduk kaskade. i

3 Daftar isi Halaman Prakata... i Daftar isi... ii Pendahuluan... iii 1 Ruang lingkup Acuan normatif Istilah dan definisi Persyaratan Data yang diperlukan Prediksi debit air masuk Pembagian berimbang (Equal sharing) Perencanaan pengoperasian waduk kaskade Optimasi pola operasi waduk kaskade Evaluasi operasional waduk kaskade... 7 Lampiran A Gambar... 8 Gambar A.1 Sistem waduk kaskade... 8 Gambar A.2 Grafik hubungan antara TMA dengan volume waduk dan grafik hubungan antara TMA dengan luas permukaan waduk... 8 Gambar A.3 Bagan alir pembuatan pola operasi waduk kaskade... 9 Gambar A.4 Contoh pola operasi waduk kaskade Citarum, tahun Lampiran B Contoh pembuatan pola operasi waduk kaskade Citarum Lampiran C Contoh tampilan model RESOP (reservoir operation) Lampiran D Contoh prediksi debit air masuk ke waduk Saguling dengan menggunakan model stokastik ARIMA Lampiran E Daftar nama dan lembaga Bibliografi ii

4 Pendahuluan Sebuah waduk atau beberapa waduk yang terletak pada sungai yang sama tidaklah menjadi masalah dalam operasionalnya apabila fungsi waduknya sama dan pengelolanya sama. Masalah akan timbul ketika waduk kaskade mempunyai fungsi yang berbeda dan pengelolanya berbeda pula. Dengan perkataan lain, operasional waduk kaskade tersebut dapat menimbulkan konflik kepentingan. Untuk mengatasi hal tersebut, perlu dibuat sebuah pedoman pengoperasian waduk kaskade yang dapat memenuhi kepentingan para pengelola waduk. Pembuatan pola operasi waduk kaskade dan operasionalnya harus dilaksanakan oleh sebuah badan atau instansi independen dan semua pengelola waduk wajib melaksanakan hal-hal yang telah disepakati bersama. Pedoman ini membahas tentang waduk kaskade dengan pola listrik-listrik-multiguna. Artinya, waduk yang terletak di hulu dan di tengah berfungsi hanya sebagai pembangkit listrik, sedangkan waduk yang terletak di bagian hilir mempunyai fungsi multiguna. Dengan batasanbatasan tersebut, diharapkan pedoman ini dapat dimanfaatkan secara optimal oleh para pengelola waduk kaskade yang mempunyai pola listrik-listrik-multiguna. Di bagian akhir pedoman ini terlampir sebuah contoh pola operasi waduk kaskade dan contoh prediksi debit air yang masuk ke waduk. iii

5 Pengoperasian waduk kaskade berpola listrik - listrik - multiguna 1 Ruang lingkup Pedoman pengoperasian waduk kaskade dengan berpola listrik - listrik - multiguna meliputi hal-hal berikut. a) Mengumpulkan data yang terdiri atas 1) data debit aliran masuk ke masing-masing waduk, 2) data Tinggi Muka Air (TMA) tiap waduk, 3) data kebutuhan air irigasi, 4) data hubungan antara TMA dengan volume tampungan, dan 5) data rencana pemeliharaan turbin serta pintu-pintu air dari setiap waduk. b) Melakukan prediksi debit air masuk ke masing-masing waduk untuk tahun yang akan datang. c) Membuat Pola Operasi Waduk Kaskade dengan prinsip pembagian berimbang (equal sharing) d) Melakukan evaluasi terhadap pelaksanaan operasional tiap-tiap waduk yang telah dilakukan pada bulan sebelumnya. Evaluasi melibatkan para pengelola waduk dan semua pihak terkait dengan operasional waduk kaskade. 2 Acuan normatif (belum ada) 3 Istilah dan definisi Istilah dan definisi yang digunakan dalam pedoman ini adalah sebagai berikut. 3.1 Daerah aliran sungai (DAS) adalah satu kesatuan wilayah tata air yang terbentuk secara alamiah terutama dibatasi oleh punggung-punggung bukit di mana air meresap dan atau mengalir dalam suatu sistem pengaliran melalui lahan, anak sungai, dan sungai induknya. 3.2 Debit aliran adalah volume air yang mengalir melalui penampang melintang sungai atau saluran dalam satuan waktu tertentu. 3.3 Kapasitas tampungan (storage capacity) adalah kemampuan suatu waduk menampung sejumlah air sampai pada tinggi normal. 3.4 Kurva TMA - luas permukaan waduk adalah garis lengkung yang menggambarkan hubungan antara TMA waduk dengan luas permukaan waduk. 3.5 Kurva TMA - Volume tampungan adalah garis lengkung yang menggambarkan hubungan antara TMA waduk dengan volume waduk. 3.6 Luas genangan adalah luas permukaan air yang tergenang dalam suatu waduk atau danau. 3.7 Pembagian berimbang (equal sharing) adalah pengoperasian waduk kaskade secara proporsional berdasarkan volume efektif tiap waduk terhadap volume efektif total semua waduk. 3.8 Pola operasi waduk adalah patokan operasional bulanan suatu waduk saat debit air yang dikeluarkan oleh waduk harus sesuai dengan ketentuan agar TMAnya terjaga sesuai dengan rancangan. 3.9 Sistem tampungan bersih (net system storage) adalah volume efektif waduk yang bersangkutan terhadap volume efektif seluruh waduk. 1 dari 18

6 3.10 Tahun kering adalah distribusi debit air masuk rata-rata yang besarnya berkisar antara nilai -0,2533 kali standar deviasi (σ) sampai dengan -1,2816 kali standar deviasi (σ) dari nilai rata-ratanya Tahun normal adalah distribusi debit air masuk rata-rata yang besarnya berkisar antara nilai + 0,2533 kali standar deviasi (σ) sampai dengan - 0,2533 kali standar deviasi (σ), atau dengan kata lain terdapat 20 % kejadian yang diterima terletak antara + 0,2533 kali standar deviasi dan - 0,2533 kali standar deviasi dari nilai rata-ratanya Tampungan efektif adalah suatu wadah yang terletak antara tinggi normal dengan tinggi minimum Tampungan mati (dead storage) adalah suatu wadah atau tempat yang terletak di bawah tinggi minimum. Wadah tersebut direncanakan untuk kantong lumpur Tampungan waduk bersih (Net reservoir storage) adalah persentase volume efektif waduk saat ini terhadap volume efektif waduk maksimum Tenaga listrik andalan (Firm power) adalah tenaga listrik yang mempunyai kesiapan dan andalan operasional yang optimal Tenaga listrik cadangan (Auxiliary power) adalah tenaga listrik yang dioperasikan pada beban dasar (base load) dalam sistem interkoneksi Tinggi minimum adalah elevasi muka air terendah suatu waduk. Pada tinggi muka air tersebut waduk sudah tidak dapat dioperasikan lagi. Satuan yang umum dipakai adalah meter (m) Tinggi muka air (TMA) waduk adalah elevasi permukaan air di waduk atau danau yang diukur dengan alat ukur yang dipasang di tepinya. TMA waduk biasanya dihubungkan dengan volume atau luas permukaan waduk atau danau Tinggi normal adalah elevasi muka air maksimum di dalam waduk. Satuan yang umum dipakai adalah meter (m) Volume waduk adalah sejumlah massa air yang tertampung dalam suatu waduk pada TMA tertentu Volume efektif adalah sejumlah air waduk yang terletak antara tinggi normal dengan tinggi minimum yang dapat dipergunakan untuk operasional Volume efektif total adalah volume total dari beberapa waduk dikurangi dengan tampungan mati total beberapa waduk Waduk kaskade adalah beberapa waduk yang dibangun pada satu sungai yang sama dan biasanya beroperasi dalam satu sistem integrasi. 4 Persyaratan Untuk dapat melaksanakan pengoperasian waduk kaskade berpola listrik-listrik-multiguna diperlukan persyaratan sebagai berikut. a) Harus tersedia data TMA awal (initial condition) tanggal 1 Januari dari setiap waduk. b) Harus tersedia data debit air masuk ke waduk sekurang-kurangnya 10 tahun pencatatan. c) Harus tersedia data tinggi maksimum dan minimum operasional masing-masing waduk. d) Harus tersedia data tabel hubungan antara TMA dengan volume waduk, data debit air keluar, data kebutuhan pengairan, dan data pemeliharaan turbin dan pintu-pintu air. e) Harus tersedia seorang operator model yang menguasai bidang hidrologi dan listrik sekurang-kurangnya berpengalaman kerja di bidangnya selama 5 tahun. 2 dari 18

7 f) Harus tersedia seorang supervisor, sekurang-kurangnya berpengalaman di bidangnya lebih dari 5 tahun. g) Harus ada satu badan pelaksana atau koordinator independen sebagai pelaksana operasional waduk kaskade. h) Model optimasi yang dipergunakan harus disepakati dan disetujui penggunaannya oleh para manajemen waduk. i) Hasil optimasi yang dicapai harus disetujui dan ditandatangani oleh para manajemen waduk. 5 Data yang diperlukan Pola operasi waduk sangat diperlukan dalam pengoperasian waduk kaskade dengan pola listrik-listrik-multiguna karena masing-masing waduk mempunyai keterikatan satu sama lain. Untuk membuat pola operasi waduk kaskade diperlukan data sebagai berikut. a) Data debit air masuk (main inflow) dan debit air masuk lokal (local inflow) yang masuk ke masing-masing waduk Data tersebut diperlukan untuk menghitung volume aliran yang langsung masuk ke waduk, baik dari sungai utama maupun dari aliran lokal yaitu aliran yang masuk dari anak-anak sungai. Apabila data tersebut tidak tersedia, besarnya volume aliran yang masuk ke waduk dapat dihitung dengan metode keseimbangan air waduk. b) Data TMA awal (initial condition) masing-masing waduk Data TMA awal adalah data TMA aktual pada tanggal 1 Januari. Berdasarkan data hubungan antara TMA dengan volume tampungan waduk, volume tampungan waduk pada TMA awal dapat diketahui. Selanjutnya, data TMA awal tersebut dijadikan sebagai acuan untuk melihat kondisi TMA pada akhir tahun. c) Data evaporasi dari masing-masing waduk Evaporasi atau penguapan di waduk berlangsung setiap hari. Hal itu merupakan proses alami yang terjadi secara kontinyu. Karena penguapan merupakan salah satu parameter dalam keseimbangan air waduk, penguapan tetap harus diperhitungkan meskipun secara kuantitatif penguapan yang terjadi relatif kecil. d) Data kebutuhan air irigasi, industri, dan air minum Besarnya kebutuhan air irigasi, industri, air minum dan lain-lain sangat bervariasi setiap bulannya. Oleh karena itu, pengumpulan data tersebut perlu dilakukan dengan cermat dengan cara menginventarisasi kebutuhan air dari pihak-pihak pengguna air. Hal itu dilakukan agar tidak terjadi kelebihan atau kekurangan pasok air. e) Data hubungan antara TMA waduk dengan volume tampungan dan data TMA waduk dengan luas permukaan waduk yang ditabelkan adalah data mutlak yang harus dimiliki oleh sebuah waduk. f) Data rencana pemeliharaan pintu-pintu air dan turbin dari masing-masing waduk Setiap waduk mempunyai jadwal pemeliharaan pintu-pintu pengambilan air dan turbinturbinnya. Dalam pembentukan pola operasi waduk kaskade waktu pemeliharaan pintupintu pengambilan dan turbin-turbin sangat diperlukan untuk merancang batasanbatasan operasional waduk kaskade. g) Data karakteristik waduk Data karakteristik waduk, seperti tinggi bangunan pelimpah, tinggi normal, dan tinggi minimum operasional sangat diperlukan dalam menetapkan batasan-batasan operasional sebuah waduk. 3 dari 18

8 6 Prediksi debit air masuk Salah satu unsur terpenting dalam pembuatan pola operasi waduk kaskade adalah melakukan prediksi debit air masuk. Prediksi debit air masuk diperlukan untuk mengetahui kondisi imbangan air dari masing-masing waduk setelah dilakukan optimasi. Prediksi dilakukan sepanjang satu tahun ke depan berdasarkan data debit air masuk historik dari masing-masing waduk. Prediksi debit dapat dilakukan dengan menggunakan model-model stokastik seperti ARIMA, ARMA dan Thomas Fiering. Contoh hasil prediksi debit air masuk dengan metode ARIMA dapat dilihat pada Lampiran D. 7 Pembagian berimbang (Equal sharing) Salah satu persyaratan dalam pembuatan pola operasi waduk kaskade berpola listrik-listrikmultiguna adalah adanya ketentuan pembagian berimbang (equal sharing) di antara wadukwaduk sesuai dengan fungsi masing-masing waduk. Para pengelola waduk telah menyadari bahwa dalam sistem pembagian berimbang masing-masing waduk tidak dapat beroperasi secara optimum dan dengan produksi optimum karena yang menjadi prioritas operasional utama dari waduk kaskade berpola listrik-listrik-multiguna adalah mengamankan kebutuhan pengairan di daerah hilir untuk irigasi, air minum, rumah tangga, dan produksi listrik. Dalam operasionalnya waduk kaskade beroperasi secara proporsional berdasarkan volume efektif dari masing-masing waduk terhadap volume efektif totalnya (semua waduk). Dengan perkataan lain, persentase volume efektif tiap bulan masing-masing waduk selalu sama. Dengan cara ini para pengelola waduk terhindar dari konflik kepentingan. Contoh: tiga buah waduk yaitu waduk A, B dan C, dari hulu ke hilir berturut-turut mempunyai volume efektif 500 juta m 3, 650 juta m 3, dan 850 juta m 3. Volume efektif totalnya adalah 2000 juta m 3. Berdasarkan pembagian berimbang dalam operasional bulanannya tiap waduk mempunyai volume efektif sebagai berikut. 500 Volume efektif waduk A = x 100% = 25,0% Volume efektif waduk B = x 100% = 32,5% Volume efektif waduk C = x 100% = 42,5% Total 100% Waduk A, B dan, C dikatakan seimbang apabila persentase volume efektif masing-masing waduk setelah dioperasikan tetap menunjukkan angka berturut-turut sebesar 25%, 32,5%, dan 42,5%. 8 Perencanaan pengoperasian waduk kaskade Pola operasi waduk kaskade berpola listrik-listrik-multiguna adalah suatu bentuk perencanaan penggunaan air dari masing-masing waduk secara optimal dengan cara mengoptimasi produksi listriknya. Optimasi dapat menggunakan model-model hidrologi sederhana yang dibuat berdasarkan prinsip keseimbangan air waduk. Model tersebut dapat mengadopsi semua constraint yang bersifat tak tentu. Untuk membuat pola operasi tersebut harus mengikuti hal-hal sebagai berikut. 4 dari 18

9 a) Lakukan prediksi debit air masuk ke waduk untuk satu tahun yang akan datang dari masing-masing waduk dengan model stokastik (statistik) yang sesuai dengan karakteristik data debit air masuknya, seperti model-model stokastik ARIMA, ARMA dan Thomas Fiering. b) Konversikan debit air masuk hasil prediksi menjadi volume. Selanjutnya volume tersebut dikonversi menjadi TMA dari masing-masing waduk untuk bulan Februari sampai dengan Desember, sedangkan TMA pada bulan Januari adalah TMA aktual yang biasa disebut dengan initial condition. c) Hitung besarnya penguapan (evaporasi) bulanan masing-masing waduk untuk setiap perubahan TMA waduk dengan cara mengalikan tebal evaporasi waduk rata-rata (dalam milimeter) dengan luas permukaan waduk. d) Ketahui luas permukaan waduk untuk setiap perubahan TMA waduk dengan menggunakan kurva hubungan antara TMA dengan luas permukaan waduk. e) Konversikan volume menjadi TMA atau sebaliknya menggunakan kurva hubungan antara TMA dengan volume tampungan dari masing-masing waduk yang terbaru. f) Buat kurva hubungan antara TMA dengan luas permukaan waduk dan kurva hubungan antara TMA dengan volume tampungan berdasarkan hasil pemeruman waduk. Contoh kurva tersebut dapat dilihat pada Lampiran A, Gambar A.2. g) Buat tabel hubungan antara TMA dengan volume waduk dan tabel hubungan antara TMA dengan luas permukaan waduk. h) Tentukan TMA maksimum dan minimum setiap waduk. Setiap waduk pada saat operasional tidak boleh melampaui kedua TMA tersebut. i) Hitung volume efektif setiap waduk pada TMA normal. j) Hitung volume efektif waduk pada setiap TMA dengan menggunakan tabel pada butir g). k) Tentukan batasan-batasan (konstrin) masing-masing waduk dengan mempertimbangkan hal-hal berikut. 1) TMA akhir atau TMA awal pada bulan Januari yang akan datang TMA awal. Jika tidak, terjadi defisit air di waduk. 2) TMA masing-masing waduk tinggi maksimum operasional waduk yang bersangkutan. Jika tidak, ruang tampungan banjir menjadi berkurang dan bila terjadi banjir akan segera melimpas. 3) TMA masing-masing waduk tinggi minimum operasional waduk yang bersangkutan. Jika tidak, pembangkit listrik tenaga air (PLTA) di tiap waduk tidak dapat dioperasikan apabila sistem listrik inter-koneksi dalam keadaan darurat. 4) Debit air keluar dari waduk multiguna kebutuhan pengairan untuk irigasi, air minum, dan industri. Jika tidak, sawah akan mengalami kekeringan, terjadi defisit air minum, dan industri. 5) Volume efektif masing-masing waduk harus proporsional terhadap volume efektif totalnya. Jika tidak, keseimbangan waduk tidak tercapai dan operasional masingmasing waduk terganggu. l) Buat batasan atau koridor dari masing-masing pola operasi waduk untuk mengetahui kondisi debit air masuknya. Koridor tersebut terdiri atas dua macam, yaitu pola tahun normal dan pola tahun kering. m) Hitung besarnya produksi listrik (total power) yang dihasilkan oleh masing-masing waduk berdasarkan besarnya debit air keluar. Rumus umum yang digunakan sebagai berikut. 5 dari 18

10 P = η. g. e. Q. H... (1) dengan pengertian : P adalah Power, dalam kilowatt η adalah kerapatan massa air, dalam kg/m 3 g adalah percepatan gravitasi, dalam m/detik 2 e adalah efisiensi turbin (0,92 0,98) Q adalah debit air keluar turbin, dalam m 3 /detik H adalah tinggi jatuh, dalam meter n) Masukkan data debit air masuk tahun normal dan batasan yang diinginkan ke dalam model yang sesuai sehingga diperoleh Pola Operasi Waduk Kaskade Tahun Normal. o) Masukkan data debit air masuk tahun kering dan batasan yang diinginkan ke dalam model yang sesuai sehingga diperoleh Pola Operasi Waduk Kaskade Tahun Kering. p) Pola operasi yang sudah optimal disetujui dan ditandatangani oleh para pihak pengelola waduk untuk dilaksanakan. q) Untuk menghindari hal-hal yang bersifat subyektif dari masing-masing pengelola waduk kaskade, disarankan agar pelaksanaan operasionalnya dilaksanakan oleh satu badan independen. Untuk memudahkan alur pikir dalam pembuatan pola operasi waduk kaskade prosedur pembuatannya dapat dilihat pada Lampiran A, Gambar A.3. 9 Optimasi pola operasi waduk kaskade Dalam rangka operasional harian waduk kaskade, semua waduk perlu mengoptimalkan penggunaan airnya secara terintegrasi. Untuk maksud tersebut dapat dipergunakan paket model hidrologi yang sesuai, seperti model SSARR, HEC-1 dan HEC-5, RIBASIM, WRMM, dan Himod 02 atau menggunakan model spreadsheet seperti model RESOP dengan memperhatikan hal-hal sebagai berikut. a) Fungsi tujuan (Objective Function) Karena salah satu dari waduk kaskade adalah waduk multiguna, penentuan fungsi tujuan harus memperhatikan kepentingan dan fungsi setiap waduk. Salah satu fungsi tujuan yang dapat dipergunakan adalah memaksimumkan listrik dengan syarat debit air keluar dari waduk yang terletak di hilir harus lebih besar atau sama dengan kebutuhan pengairan sesuai dengan kesepakatan. b) Batasan-batasan (Konstrin) Dalam mengoptimasi sebuah pola operasi waduk kaskade perlu diketahui adanya batasanbatasan yang harus dipenuhi agar hasil optimasi yang diperoleh dapat memenuhi kepentingan semua pihak. Batasan-batasan dari optimasi pola operasi waduk kaskade sangat tergantung pada fungsi dari waduk dan fungsi tujuan optimasinya. Pada Lampiran A, Gambar A.4 dapat dilihat contoh pola operasi waduk kaskade pola: listrik-listrik-multiguna yang dibuat dengan model spreadsheet RESOP sedangkan bentuk keluarannya dapat dilihat pada contoh Lampiran C. Secara umum batasan-batasan yang sering dipergunakan dalam pengoperasian waduk kaskade adalah 1) TMA akhir TMA awal, 2) TMA masing-masing waduk tinggi maksimum operasional, 3) TMA masing-masing waduk tinggi minimum operasional, dan 4) debit air keluar dari waduk multiguna kebutuhan pengairan. 6 dari 18

11 10 Evaluasi operasional waduk kaskade Di dalam pelaksanaan operasional waduk kaskade akan terjadi ketidakcocokkan antara rencana dengan realisasi, baik untuk pola operasi tahun normal maupun kering. Debit air masuk bulanan hasil prediksi dapat menyimpang dari realisasinya, yaitu lebih besar atau lebih kecil. Adanya penyimpangan itu mengharuskan koordinator waduk kaskade melakukan evaluasi pola operasi yang digunakan pada tahun berjalan dengan tujuan sebagai pengendalian. Hal-hal yang dievaluasi meliputi unsur TMA awal dan TMA akhir, debit air masuk dan debit air keluar, limpasan (jika ada), dan produksi listrik yang diperoleh. 7 dari 18

12 Lampiran A Gambar Gambar A.1 Sistem waduk kaskade Luas (Km 2 ) Spillway crest TMA (m) Tinggi Minimum Operasional Volume (juta m 3 ) Gambar A.2 Salah satu contoh grafik hubungan antara TMA dengan volume waduk dan grafik hubungan antara TMA dengan luas permukaan waduk 8 dari 18

13 PENGUMPULAN DATA: DEBIT AIR MASUK TMA VOLUME TAMPUNGAN EVAPORASI KARAKTERISTIK WADUK PEMBANGKITAN/TURBIN ANALISIS SEMUA DATA SESUAI PERUNTUKAN MASING-MASING WADUK BATAS KORIDOR OPERASI WADUK KASKADE (DGN ANALISA FREKUENSI) UTK MENENTUKAN: TAHUN NORMAL TAHUN KERING Stokastik PREDIKSI DEBIT AIR MASUK Historik STOKASTIK ARIMA ARMA THOMAS FIERING OK INPUT KE MODEL HIDROLOGI YANG SESUAI HISTORIK CARI POLA DEBIT AIR MASUK BERDASARKAN Q RATA 2 TAHUNAN OK Ubah konstrin TENTUKAN CONSTRAINTS YANG SESUAI TENTUKAN FUNGSI TUJUAN YANG SESUAI Ubah constraints Jika belum optimum OPTIMASI PROD. LISTRIK DGN MENGUBAH DEBIT AIR KELUAR Jika optimum Jika belum optimum POLA OPERASI WADUK KASKADE Gambar A.3 Bagan alir pembuatan pola operasi waduk kaskade 9 dari 18

14 POLA OPERASI WADUK SAGULING TAHUN TMA (m) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Bulan Normal Kering Tinggi normal Tinggi minimum Prediksi TMA 2003 POLA OPERASI WADUK CIRATA TAHUN TMA (m) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Bulan Normal Kering Tinggi normal Tinggi minimum Prediksi TMA 2003 POLA OPERASI WADUK DJUANDA TAHUN TMA (m) , 5 80 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Bulan Normal Kering Tinggi normal Tinggi minimum Prediksi TMA 2003 Gambar A.4 Contoh pola operasi waduk kaskade Citarum tahun dari 18

15 Lampiran B Contoh pembuatan pola operasi waduk kaskade Citarum B.1 Pendahuluan Di Sungai Citarum terdapat tiga buah waduk yang beroperasi secara seri, yaitu Waduk Saguling yang terletak pada ketinggian m, Waduk Cirata pada m, dan Waduk Ir. H. Djuanda pada m. Ketiga waduk tersebut dikelola oleh instansi yang berbeda dan dengan tujuan berbeda pula sehingga menimbulkan rawan konflik dalam operasionalnya. Untuk mengatasi terjadinya konflik, pada tahun 1988 melalui Surat Keputusan Dirjen Pengairan No.10/KPTS/A/1988 telah dibentuk satu tim di bawah naungan Direktorat Jenderal Pengairan, Departemen Pekerjaan Umum dengan nama Sekretariat Pelaksana Koordinasi Tata Pengairan Air Sungai Citarum yang disingkat dengan SPK-TPA Citarum. Salah satu tugasnya ialah melakukan koordinasi penanganan/penyelesaian masalahmasalah air dan sumber air yang menyangkut perencanaan, pembangunan, ekploitasi dan pemeliharaan termasuk pengendalian pencemaran air yang mempunyai keterkaitan dengan pihak lain baik di luar, antarinstansi maupun di dalam Direktorat Jenderal Pengairan (sekarang Direktorat Jenderal Sumber Daya Air). Sampai sekarang Tim ini masih berjalan terutama dalam hal pembuatan Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum dan melakukan evaluasi rutin setiap bulan. Sistem waduk kaskade Citarum dapat dilihat pada Gambar A.1, Lampiran A. Sejak tahun 1988, pembuatan Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum dilakukan berdasarkan pengalaman melalui uji coba yang cukup melelahkan dan tanpa pedoman atau acuan yang baku. Oleh karena itu, pada tahun 2003 Puslitbang Sumber Daya Air mencoba membuat pedoman pengoperasian waduk Kaskade Citarum dengan mengundang para narasumber dan pakar di bidang operasional waduk kaskade dan waduk-waduk umum. Pedoman ini disusun berdasarkan saling tukar pengalaman dalam pembuatan Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum sejak tahun 1992 dengan instansi terkait seperti PT. PLN (Persero) Penyaluran dan Pusat Pengatur Beban (P 3 B) Unit Bidding dan Operasi Sistem (UBOS), untuk selanjutnya di dalam pedoman ini disebut dengan instansi P 3 B, yang bertindak selaku koordinator operasional ketiga waduk yatu Perum Jasa Tirta II selaku pengelola Waduk Ir. H. Djuanda, PT. Pembangkitan Jawa Bali (PJB), Unit Pembangkitan Cirata selaku pengelola Waduk Cirata dan PT. Indonesia Power, UBP Saguling selaku pengelola Waduk Saguling. B.2 Pembuatan Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum adalah suatu bentuk perencanaan penggunaan air dari masing-masing waduk secara optimal dengan cara mengoptimasi produksi listriknya. Optimasinya menggunakan model Resop yang dibuat berdasarkan prinsip keseimbangan air waduk. Model tersebut dapat dijalankan dengan spreadsheet excel dengan menggunakan solver premium V3.0. Pola operasi tersebut harus mengikuti hal-hal sebagai berikut. a) Lakukan prediksi debit air masuk ke waduk untuk satu tahun yang akan datang dari masing-masing waduk dengan model stokastik (statistik) yang sesuai dengan karakteristik data debit air masuknya. Model stokastik yang dipergunakan sampai saat ini ialah model ARIMA. b) Hitung debit air masuk untuk tahun normal dan tahun kering melalui pendekatan analisis frekuensi dengan distribusi lognormal - tipe 3. Secara matematik rumusnya dapat ditulis sebagai berikut. 11 dari 18

16 X = X + k. S... (1) dengan pengertian: X adalah nilai debit yang diharapkan akan terjadi; X adalah nilai debit air masuk rata-rata kejadian dari variabel kontinyu X; k adalah nilai karakteristik dari distribusi log-normal tipe 3 yang merupakan fungsi dari koefisien kemencengan, CS; S adalah standar deviasi variabel kontinyu X; c) Konversi debit air masuk hasil prediksi menjadi volume dan dari volume dikonversi menjadi TMA masing-masing waduk dari bulan Februari sampai dengan Desember, sedangkan TMA pada bulan Januari adalah TMA aktual yang biasa disebut dengan initial condition. d) Hitung besarnya penguapan (evaporasi) waduk setiap bulan dari setiap waduk untuk setiap perubahan TMA waduk dengan cara mengalikan tebal evaporasi waduk rata-rata (dalam milimeter) dengan luas permukaan waduk. e) Ketahui luas permukaan waduk untuk setiap perubahan TMA waduk dengan menggunakan kurva TMA Luas permukaan waduk. f) Konversikan volume menjadi TMA atau sebaliknya menggunakan Kurva TMA - Volume tampungan dari masing-masing waduk yang terbaru. g) Buat kurva TMA - Luas Permukaan dan kurva TMA - Volume tampungan berdasarkan hasil pemeruman waduk. Kurva tersebut dapat dilihat pada Gambar A.2, Lampiran A. h) Buat tabel hubungan antara TMA dengan volume waduk dan tabel hubungan antara TMA dengan luas permukaan waduk. i) Tentukan TMA maksimum dan minimum setiap waduk karena setiap waduk pada saat operasional tidak boleh melampaui kedua TMA tersebut. j) Hitung volume efektif dari setiap waduk pada TMA normal. k) Hitung volume efektif waduk pada setiap TMA dengan menggunakan tabel pada butir g). l) Tentukan batasan-batasan (konstrin) masing-masing waduk, yaitu 1) TMA akhir atau TMA awal pada bulan Januari yang akan datang TMA awal, 2) TMA waduk tinggi maksimum operasional waduk, 3) TMA waduk tinggi minimum operasional waduk, 4) debit air keluar kebutuhan pengairan, dan 5) volume efektif waduk kaskade harus proporsional terhadap volume efektif totalnya (equal sharing). m) Buat batasan atau koridor dari masing-masing pola operasi waduk untuk mengetahui kondisi debit air masuknya. Koridor tersebut terdiri atas dua macam, yaitu debit air masuk tahun normal sebagai batas atas dan debit air masuk tahun kering sebagai batas bawah. Contoh batas koridor yang dimaksud dapat dilihat pada Gambar A.4, Lampiran A; n) Hitung besarnya produksi listrik (total power) yang dihasilkan oleh masing-masing waduk berdasarkan besarnya debit air keluar. Rumus yang digunakan sebagai berikut. Saguling: P = 9,81 x e t x e g x Q (H 1 H o )... (2) 12 dari 18

17 dengan pengertian : P adalah power, dalam watt jam e t adalah efisiensi turbin = 0,915 e g adalah efisiensi generator = 0,98 Q adalah debit air keluar turbin, dalam m 3 /detik H 1 adalah Tinggi Muka Air waduk, dalam meter H o adalah tail water level = 287,3 meter Cirata : P = 9,81 x e g x Q x H eff... (3) dengan pengertian: P adalah power, dalam watt jam e g adalah efisiensi generator = 0,94 Q adalah debit air keluar turbin, dalam m 3 /detik H 1 adalah Tinggi Muka Air waduk, dalam meter H eff adalah tinggi jatuh (head) efektif, dalam meter jika H 1 >205 maka H eff = (0,955 x H 1 ) 98, (4) H 1 >215 maka H eff = (1,09 x H 1 ) 127,55... (5) MW Djuanda : Q =... (6) 1,483 0, x H x 0,896 x ( 0,00255 x H + 0,8233) MW dengan pengertian : MW adalah power, dalam Watt jam Q adalah debit air keluar turbin, dalam m 3 /detik H adalah TMA waduk o) Masukkan data debit air masuk tahun normal dan batasan yang diinginkan ke dalam model Resop akan diperoleh Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum Tahun Normal. p) Masukkan data debit air masuk tahun kering dan batasan yang diinginkan ke dalam model Resop akan diperoleh Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum Tahun Kering. q) Pola operasi yang sudah optimal disetujui dan ditandatangani oleh para pihak pengelola waduk untuk dilaksanakan. B.3 Operasional Waduk Kaskade Citarum Operasional waduk Kaskade Citarum dilaksanakan berdasarkan Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum yang telah disetujui oleh para pengelola waduk dengan ketentuan sebagai berikut. a) Pengoperasian waduk harian tidak boleh dilaksanakan oleh masing-masing pengelola waduk, melainkan harus dioperasikan oleh satu instansi independen yang menguasai masalah Sistem Pembangkitan Jawa-Bali, dalam hal ini adalah instansi P 3 B. b) Instansi P 3 B yang ditunjuk untuk mengoperasikan waduk kaskade harus senantiasa mengacu pada Pola Operasi Waduk Kaskade yang telah disetujui bersama. c) Unsur yang dipantau dari setiap waduk adalah TMA waduk sesuai dengan pola yang telah disepakati. 13 dari 18

18 d) Jika dalam pelaksanaan ternyata debit air masuknya lebih besar dari yang direncanakan sehingga menyebabkan TMA waduk lebih tinggi dari yang direncanakan, debit air keluar diperbesar agar TMA waduk kembali sesuai dengan pola. e) Sebaliknya, jika dalam pelaksanaan ternyata debit air masuknya lebih kecil dari yang direncanakan sehingga menyebabkan TMA waduk lebih rendah dari yang direncanakan, debit air keluar diperkecil sehingga TMA waduk kembali sesuai dengan pola. f) Untuk menghindari konflik antarpengelola waduk, semua waduk dioperasikan secara equal sharing yang didasarkan atas volume efektif masing-masing waduk. g) Jika tidak terpaksa waduk Kaskade tidak boleh dioperasikan secara individu atau non sharing. h) Jika kondisi pada butir d) dan e) tidak dapat dicapai sesuai dengan pola, instansi P 3 B harus menyesuaikan pola dari sharing menjadi non sharing dengan persetujuan dari para pengelola waduk. i) Instansi P 3 B harus mengadopsi keinginan setiap pengelola waduk dalam hal perbaikan turbin dari skala ringan sampai berat. j) Pemeliharaan turbin dan pintu-pintu air tidak dilaksanakan pada musim hujan, tetapi dilaksanakan pada musim kemarau ketika TMA di masing-masing waduk minimum. k) Jika terjadi gangguan pada salah satu pembangkitan di dalam sistem Jawa-Bali, instansi P 3 B berhak memerintahkan kepada para pengelola waduk untuk mengoperasikan turbin-turbin dari salah satu Waduk Kaskade Citarum sampai keadaan normal kembali. TMA waduk yang terganggu sehubungan dengan hal tersebut harus diupayakan kembali seperti semula pada kondisi sebelum terjadi gangguan. 14 dari 18

19 Lampiran C Contoh tampilan model RESOP Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum Tahun 2003 (Tahun Normal) Summary of power output [GWh] Sgl Crt Sgl+Crt Jtl Total Firm Auxilliary Total StDev.Firm End WL End NetVol % Total water released [Mm 3 ] 4559 RESERVOIR Unit Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Total Days [-] Evaporation [mm/month] SAGULING Initial Water Level [m] Volume [Mm 3 ] Inflow [m 3 /s] Outflow [m 3 /s] Evaporation [Mm 3 ] Delta Storage [Mm 3 ] Total Power [GWh] Firm Power [GWh] Auxilliary Power [GWh] Upper Rule Curve [m] n/a Lower Rule Curve (5%) [m] n/a Rel. net system storage 22% n/a Net reservoir storage [%] CIRATA Initial Water Level [m] Volume [Mm 3 ] Local Inflow [m 3 /s] Total Inflow [m 3 /s] Outflow [m 3 /s] Evaporation [Mm 3 ] Delta Storage [Mm 3 ] Total Power [GWh] Firm Power [GWh] Auxilliary Power [GWh] Upper Rule Curve [m] n/a Lower Rule Curve (5%) [m] n/a Rel. net system storage 29% n/a Net reservoir storage [%] JUANDA Initial Water Level [m] Volume [Mm 3 ] Local Inflow [m 3 /s] Total Inflow [m 3 /s] POJ Water Demand [m 3 /s] Outflow [m 3 /s] Evaporation [Mm 3 ] Delta Storage [Mm 3 ] Total Power [GWh] Firm Power [GWh] Auxilliary Power [GWh] Upper Rule Curve [m] n/a Lower Rule Curve (45%) [m] n/a Rel. net system storage 49% n/a Net reservoir storage [%] dari 18

20 Lampiran D Contoh prediksi debit air masuk ke Waduk Saguling dengan menggunakan model stokastik arima D.1 Data yang diperlukan Data yang diperlukan untuk melakukan prediksi debit air masuk ke waduk Saguling adalah data debit air masuk yang dikumpulkan secara seri, tidak terputus-putus selama 17 tahun ( ). Data tersebut dapat dilihat sebagai berikut : Tabel D.1 Data debit air masuk ke waduk Saguling, tahun Tahun Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sep Okt Nop Des ,0 108,0 240,0 175,0 89,1 90,6 79,2 60,4 78,6 84,9 165,0 109, ,0 101,0 165,0 138,0 78,3 58,3 24,7 12,3 12,4 29,2 56,4 145, ,0 123,0 163,0 79,2 140,0 65,7 20,0 19,4 13,0 83,2 116,0 53, ,0 142,0 115,0 149,0 155,0 107,0 70,9 40,2 20,6 19,6 77,7 128, ,0 223,0 116,0 174,0 92,7 72,4 35,1 56,9 24,8 13,3 22,3 108, ,0 75,4 178,0 173,0 65,0 24,3 19,5 14,4 16,0 14,7 145,0 152, ,0 164,0 244,0 254,0 123,0 77,1 40,8 48,8 62,0 130,0 133,0 203, ,0 168,0 221,0 209,0 78,2 65,1 32,1 47,3 29,1 26,1 60,1 167, ,0 226,0 187,0 254,0 77,4 31,2 23,4 14,5 8,7 10,0 44,1 76, ,0 105,0 164,0 153,0 96,6 96,9 78,5 17,8 25,1 60,2 151,0 95, ,0 110, ,0 57,1 28,5 40,3 24,4 32,8 68,2 225,0 157, ,0 109,0 60,7 103,0 99,4 21,7 11,5 6,83 5,17 6,43 14,6 61, ,7 196, ,6 117, ,2 54,9 48,7 101,1 134,7 101, ,1 119,1 123,9 132,4 109,3 49,6 26,4 12,2 9,31 60,7 122,7 120, ,8 96,6 76,4 142,8 148,7 44,4 34,7 16,0 20,4 44,6 142,2 38, ,5 119,3 119,0 213,6 115,3 72,7 44,6 23,8 33,9 118,3 258,7 79, ,0 116,5 178,3 172,7 48,3 32,3 35,6 12,9 8,84 9,33 23,9 117,9 Transformasikan data asli pada Tabel D.1 ke dalam bentuk akar (square root) agar mendekati distribusi normal. Data dalam bentuk akar tersebut kemudian menjadi masukan model Arima. Data harus disusun ke bawah dari tahun tertua bulan Januari, Februari dan seterusnya sampai tahun termuda bulan Desember. D.2 Parameter model Arima Tabel D.2 Estimasi parameter final Parameter Koefisien St. Dev Uji -T Peluang AR 1 0,6372 0,1205 5,29 0,000 SAR 24 0,7251 0,0855 8,37 0,000 SAR 48 0,2715 0,0852 3,21 0,002 MA 1 0,2414 0,1521 1,59 0,114 SMA 24 0,8527 0, ,38 0,000 Konstanta 0,0095 0, ,41 0,682 Model ARIMA multiplikatif yang dipergunakan adalah: (1,0,1)x(2,0,1) 24 D.3 Hasil prediksi debit air masuk ke waduk Saguling tahun 2003 Tahun Jan Peb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sep Okt Nop Des ,7 105,1 130,0 133,8 92,7 50,8 30,7 17,0 12,8 25,3 72,8 120,9 16 dari 18

21 Lampiran E Daftar nama dan lembaga 1) Pemrakarsa Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air, Badan Penelitian dan Pengembangan, Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah 2) Penyusun N a m a Drs. Petrus Syariman Rahmat Suria Lubis, ST. L e m b a g a Pusat Litbang Sumber Daya Air Pusat Litbang Sumber Daya Air 17 dari 18

22 Bibliografi , Jatiluhur Water Resources Management Project Preparation Study (JWRMP), Optimal Integrated Citarum Reservoir Cascade Operation, Annex J, DGWRD, Public Works Dept, Nedeco in association with Indec, Virama Karya, Gamma Epsilon, February , Pola Operasi Citarum , 2003, Rencana Pengusahaan Waduk Seri Sungai Citarum, SPK-TPA 3. Ponce V M, Engineering Hydrology Principles and Practices, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey 07632, Soewarno, 1995, Hidrologi, Aplikasi Metode Statistik Untuk Analisa Data, Jilid 1, Penerbit Nova, Bandung 5. Tukul Santoso, Suladjiono, Pengoperasian Waduk Kaskade Citarum, Seminar on Reservoir Operation and Sedimentation, Jakarta September Ralph A. Wurbs, Modeling and Analysis of Reservoir System Operations, Prentice Hall, USA, dari 18