STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) PADA SUNGAI TAPIAN NAULI KABUPATEN TAPANULI TENGAH TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) PADA SUNGAI TAPIAN NAULI KABUPATEN TAPANULI TENGAH TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : Irfan Saleh Siregar BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 ABSTRAK Daerah provinsi Sumatera Utara banyak terdapat sungai sungai yang mengalir melalui terjunan sebagaimana diketahui bahwa aliran sungai ataupun air terjun merupakan slah satu sumber energi yang dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik. Salah satunya di daerah Kabupaten Tapanuli Tengah terdapat beberapa sungai yang diantanya yaitu sungai Tapian Nauli.Sungai Tapian Nauli merupakan salah satu potensi yang bisa dimanfaatkan untuk pembangkit listrik karena memiliki debit yang cukup beserta tinggi jatuh air yang cukup tinggi. Adapun metode yang digunakan untuk menghitung debit andalan yaitu metode F.J Mock serta metode NRECA sebagai nilai pembanding saja. Dalam perhitungan metode F.J Mock ataupun NRECA diperlukan data curah hujan, penguapan,dan daerah tangkapan air. Flow Duration Curve (FDC) juga digunakan menentukan debit yang sesuai direncanakan kemudian dengan probabilitas 80% dapat dilihat besarnya debit andalan yang diperlukan. Dari metode F.J Mock didapat debit rencana sebesar 1.06 m 3 /s sedangkan untuk metode NRECA didapat debit rencana sebesar 2.41m 3 /s, tetapi yang dipakai hanya debit rencana dari F.J Mock sebesar 1.06 m 3 /s, karena metode NRECA hanya sebagai pembanding Dari hasil perhitungan didapat saluran pembawa berbentuk trapesium dengan dimensi lebar bawah m, lebar atas 2,348 m dan tinggi m, dan juga pipa penstock dengan panjang 74 m. Maka dari hasil perhitungan disimpulkan bahwa sungai Tapian Nauli memiliki potensi sebagai pembangkit listrik tenaga mikro hidro dengan daya yang dihasilkan sebesar 79 kw dengan tinggi jatuh (head ) sebesar 11 m. Kata kunci : Tapian Nauli, PLTMH, F.J Mock, NRECA, tinggi jatuh (head); i

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah Swt Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan karunia-nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, (USU). Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, ayah saya Imron Siregar dan umak saya Rosdawani Harahap yang selalu memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi doa, nasehat dan motivasi yang tidak ternilai. 2. Bapak Dr.Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc. sebagai dosen pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil,. 4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air. ii

4 5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, 6. Bapak Ir. Alferido dan Bapak Ivan Indrawan ST.MT.selaku dosen pembanding/pe nguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini. 7. Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis. 8. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Kepada keluargaku tercinta yang paling utama Anggi anggiku tersayang Rahmad Rinaldi Siregar dan Fadila Indriyani Siregar serta oppungku, tulangku, uak, uda, bou, ujing, nantulang,mangboru, tunggane rap lae sasudena yang telah mengasihi aku dan memotivasi aku tiada lelah. 10. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil,, sahabat seperjuangan stambuk 2010 : uus, umri, irul, dhaka, afiz, sari, akbar Psb, maulana, dara, tria komeng, Iqbal,Alfaro, bocah naurah, hardi, dwi, Lamhot, resdi, nardis, rizqan dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan, dukungan, dan doa kalian. 11. Kepada abang-abang senior sesepuh, bg ben,bg kandar, bg saddam, bg Faisal dosen, bg arsyad siregar, bg magic, bg arsad hrp, bg uje, bg nasrul, bg ibnu, bg sam, bg dipa, bg inchen, dan abg2 senior yg lainnya, yang telah membantu saya selama ini. iii

5 12. Kepada adinda stambuk 2013, yasir, adi, irfan, rudi, sawal, dan seluruh adik adik Terima kasih banyak atas dukungan dan motivasi kepada saya. 13. Kepada sahabat, ataupun teman karib Imam dikos, irwan apara, bovi, anggi andri, Sukur, tlg saipul, irham, ramal, darlan, hasim M.Akbar hsb, mas danu, Ganda, Muel, Ade Ging2, aguss semua anak koss lah pokoknya dan satu kampung ku pastinya. Semoga Allah swt Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya. Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil. Medan, 2016 Hormat Saya IRFAN SALEH SIREGAR iv

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR NOTASI... DAFTAR LAMPIRAN... i ii v ix x xii xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan Penulisan Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pengertian PLTMH Analisis Hidrologi Metode Penman Modifikasi Analisis Debit Andalan Debit Andalan Dengan Metode F.J Mock Debit Andalan Dengan Metode NRECA v

7 Hari Hujan Bulanan Evapotranspirasi Flow Duration Curve Pengukuran Debit Sungai Tenaga Listrik dan Air Perencanaan Sipil Bendungan (Weir) Saluran Pembawa (Head Race) Menentukan Potongan Melintang dan kemiringan (slope) longitudinal Bak Pengendap (Settling Basin) Pipa Pesat (Penstock) Diameter Pipa Penstock Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Penstock Rumah Pembangkit Perencanaan Elektromagnetik Pemilihan Turbin Generator Energi Listrik BAB III METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Rancangan Penelitian vi

8 3.3 Pelaksanaan penelitian Variabel Yang Diamati BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN Umum Analisis Debit Andalan Analisis Evapotranspirasi Analisis Debit Andalan Dengan Metode F.J Mock Analisis Flow Duration Curve (FDC) Analisis Debit Andalan Dengan Metode NRECA Analisis Flow Duration Curve (FDC) Analisa Debit Sungai Desain Dasar Pekerjaan Bangunan Sipil Saluran Pembawa Pipa Pesat (Penstock) Bak Penenang dan Pengendap Sedimen Bak Penenang Bangunan Pengendap Sedimen Saluran Pembuangan Akhir (Tail Race) Rumah Pembangkit Kapasitas Daya Yang Dihasilkan Analisa Hidro Ekonomi Perhitungan Metode Payback Period (PBP) vii

9 Metode Benefit Cost Ratio (BCR) Metode Interna of Return (IRR) BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA viii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagan sebuah PLTMH... 6 Gambar 2.2 Bendung Gambar 2.3 Contoh Saluran pembawa (Head race) Gambar 2.4 Contoh Pipa Pesat (penstock) Gambar 2.5 Grafik faktor gesekan pada pipa Gambar 2.6 Perbandingan karakteristik turbin Gambar 3.1 Tampak Atas Desa tapian Nauli Gambar 3.2 Peta Letak Desa Tapian Nauli Gambar 3.3 Diagram alur penelitian Gambar 4.1 Grafik Flow Duration Curve Gambar 4.2 Grafik debit rata-rata bulanan tahun Gambar 4.3 Grafik Flow Duration Curve Gambar 4.4 Grafik debit rata-rata bulanan NRECA tahun Gambar 4.5 Rencana Lay Out PLTMH Tapian Nauli Gambar 4.6 Dimensi Penampang saluran pembawa Gambar 4.7 Dimensi Penstok Gambar 4.8 Dimensi Bak Penenang dan Pengendap Sedimen ix

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Angka Koreksi (c) Bulanan Untuk Rumus Penman... 9 Tabel 2.2 Hubungan t dengan ea, w, f(t) Tabel 2.3 Harga Ra untuk Indonesia (5 LU s/d 10 LS) Tabel 2.4 Kecepatan maksimum pada saluran Tabel 2.5 Kemiringan sisi saluran Tabel 2.6 Koefisien kekasaran pipa dalam mm Tabel 2.7 Koefisien bukaan klep Tabel 2.8 Daerah operasi turbin Tabel 4.1 Curah hujan Kab.Tapanuli Tengah dan sekitarnya Tabel 4.2 Hari hujan Kab.Tapanuli Tengah dan sekitarnya Tabel 4.3 Rekapitulasi penguapan Tabel 4.4 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.5 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.6 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.7 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.8 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.9 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.10 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.11 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.12 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.13 Analisa Debit Andaln F.J.Mock Sungai Tapian Nauli Thn x

12 Tabel 4.14 Resume perhitungan debit andalan metode F.J Mock Tabel 4.15 Probabilitas Debit andalan Sungai Tapian nauli Tabel 4.16 Debit rata-rata /bulan F.J.Mock Tabel 4.17 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.18 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.19 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.20 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.21 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.22 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.23 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.24 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.25 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.26 Analisa Debit Andaln NRECA Sungai Tapian Nauli Thn Tabel 4.27 Resume perhitungan debit NRECA Tabel 4.28 Probabilitas debit NRECA Tapian Nauli Tabel 4.29 Debit rata-rata /bulan NRECA Tabel 4.30 Pengukuran debit sungai di lokasi Tabel 4.31 Perhitungan NPV terhadap nilai i xi

13 DAFTAR NOTASI α β = koefisien pengaliran = koefisien reduksi = koefisien debit A = luas daerah tangkapan (km 2 ) A = luas penampang (m 2 ) a B b BF C d Ea Eto g H H = tinggi bukaan (m) = lebar bawah saluran (m) = lebar bukaan (m) = aliran dasar (m 3 /detik/km) = angka koreksi = diameter (mm) = evapotransvirasi actual (mm) = evapotranspirasi potensial (mm) = gravitasi (m/s) = tinggi jatuh efektif (m) = ketinggian saluran (m) H 1 = tinggi energi ( m ) i = infiltrasi I = intensitas curah hujan (m 3 /dtk/km 2 ) k KT L = faktor resesi air tanah = faktor frekuensi = panjang (m) xii

14 M = perbandingan permukaan tanah tergantung jenis areal (%) N n P P Q R R S t V = penyinaran matahari maksimum ( jam) = jumlah hari dalam satu bulan = panjang sisi basah (m) = tenaga listrik yang dikeluarkan (watt) = debit (m 3 /detik) = hujan bulanan (mm) = jari-jari hidrolis (m) = standard deviasi = ketebalan minimum pipa = kecepatan air (m 2 /detik) Vn = volume simpanan air tanah periode n (m 3 ) WS T z = kelebihan air = lebar atas saluran (m) = kehilangan tinggi energi pada bukaan (m) xiii

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Rekapitulasi Rencana Anggaran Biaya (RAB) Lampiran 2 Rencana Anggaran Biaya Lampiran 3 Tipe-tipe saluran pembawa untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil Lampiran 4 Peta DAS xiv