PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016

Transkripsi

1 KONSEP PENINGKATAN AIR TERJUN TIRTOSARI SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK DENGAN MEREKAYASA TATA LETAK KOMPONEN PLTMH Tirtosari Waterfall Improvement Potential Concept As A Source Of Energy Electrical With The Reverse Engineering Component Layout MHP SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menempuh Gelar Sarjana Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun oleh : HADID WALIDAIN NIM. I PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016 i

2

3

4 MOTTO Serahkanlah segala urusan hanya kepada-nya PERSEMBAHAN Karya ini saya persembahkan untuk : 1. Bapak dan Ibu atas segala pengorbanannya hingga mengantarkan ananda bisa kuliah di UNS, semoga setiap amal ananda bisa menjadi tambahan pahala bagi kalian. 2. Teman-teman yang telah memberikan semangat untuk terus berjuang. 3. Universitas Sebelas Maret, almamater tercinta. iv

5 ABSTRAK Hadid Walidain, 2016, Konsep Peningkatan Potensi Air Terjun Tirtosari Sebagai Sumber Energi Listrik Dengan Merekayasa Tata Letak Komponen (PLTMH). Skripsi. Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Indonesia memiliki sumber energi listrik yang terbarukan dan berlimpah jumlahnya yaitu air. Sejauh ini batubara menyumbang sebesar 52,8 % sebagai sumber energi listrik sementara cadangan batubara di Indonesia diperkirakan hanya tersedia untuk 70 tahun lagi. Langkah yang diambil pemerintah untuk mengatasi hal tersebut adalah menambah kapasitas terpasang pembangkit listrik mikrohidro menjadi MW dan pembangunan listrik menjadi MW. Mikrohidro adalah instalasi pembangkit listrik dengan rentang daya antara kw. Magetan merupakan salah satu daerah di Indonesia yang memiliki topografi berupa pegunungan, sehingga banyak terdapat aliran air dari cekungan-cekungan pegunungan tersebut. Dengan kondisi wilayah Magetan tersebut, penelitian dipilih pada Air Terjun Tirtosari yang terletak di Desa Ngancar, Kecamatan Plaosan, Kabupaten Magetan yang direkomendasikan oleh Dinas Pekerjaan Umum Kabupaten Magetan. Hasil survei menunjukkan bahwa Air Terjun Tirtosari memiliki head sebesar 52,87m dan debit sesaat sebesar 0,0259 m 3 /dt. Dalam penelitian ini, potensi energi dari Air Terjun Tirtosari yang memiliki kapasitas terbatas tersebut akan diupayakan sehingga potensi energi yang dihasilkan diharapkan dapat meningkat. Konsep peningkatan potensi energi dilakukan dengan merekayasa tata letak komponen PLTMH melalui pengulangan jatuh air menggunakan pompa. Dari hasil analisis menunjukkan pada potensi energi asli diperoleh total energi yang dihasilkan selama satu tahun sebesar kwh. Nilai BCR = 4,21, NPV = Rp serta IRR sebesar 58,10 %. Sedangkan hasil analisis pada rekayasa potensi energi diperoleh total energi yang dihasilkan selama satu tahun sebesar kwh. Nilai BCR = 1,89, NPV= Rp serta IRR sebesar 23,02 %. Dari nilai BCR, NPV dan IRR tersebut kedua skenario layak dilaksanakan, tetapi upaya peningkatan potensi tidak berhasil karena energi yag dihasilkan justru turun. Kata Kunci: Mikrohidro, Rekayasa tata letak, Pengulangan jatuh air. v

6 ABSTRACT Hadid Walidain, 2016, The Concept Of Increasing The Potential Of The Tirtosari Waterfall As source Of Electric Energy With The Reverse Engineer The Component Layout MHP. Thesis. Civil Engineering Department Faculty of Engineering, Sebelas Maret University Surakarta. Indonesia had electrical energy sources that are renewable and abundant number that is water. Coal accounted for thus far registration 52.8% as a source of electrical energy while coal reserves in Indonesia is estimated to be only available for 70 years. Steps taken by the Government to tackle it is adding capacity is installed micro hydro power plants become 2,846 MW electricity development and be 35,000 MW. Micro Hydro is the installation of the power plant with a power range between kw. Magetan is one of the regions in Indonesia which has a topography in the form of mountains, so there were many streams of water from the basin-the mountain basin. With the conditions of the region, Magetan research selected in the Tirtosari Waterfall is located in the village of Ngancar Subdistrict, Plaosan, Magetan recommended by public works Magetan. The survey results indicate that the Tirtosari Waterfall has a head of 52, 87m and instantaneous discharge of m3/dt. In this study, the potential energy of the Tirtosari Waterfall that has a limited capacity will be attempted so that the potential of the energy generated is expected to increase. The concept of increased potential energy do with reverse engineer the component layout PLTMH through repetition of falling water using pumps. From the results of the analysis showed the potential of the original energy obtained the total energy produced during one year of 190,270 kwh. BCR = 4.21 value, NPV = Usd 1,400,067,984 and IRR of 58.10%. While the results of the analysis on the engineering potential energy gained the total energy produced during one year of 158,615 kwh. BCR = 1.89 value, NPV = Usd 696,394,062 and IRR of 23.02%. Of the value of BCR, NPV and IRR that both scenarios are implemented, but worth the effort of increasing the potential energy due to no avail that generated thus fall. Keywords: micro hydro Engineering, layout, the repetition of the falling water. vi

7 PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul Konsep Peningkatan Potensi Air Terjun Tirtosari Sebagai Sumber Energi Listrik Dengan Merekayasa Tata Letak Komponen PLTMH guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penyusunan tugas akhir ini dapat berjalan lancar tidak lepas dari bimbingan, dukungan, dan motivasi dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada: 1.Segenap Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2.Segenap Pimpinan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3.Dr.Ir. Mamok Suprapto, M.Eng selaku dosen pembimbing I. 4.Ir. Koosdaryani, M.T selaku dosen pembimbing II. 5.Ir. Purwanto, MT selaku dosen pembimbing akademik. 6.Dosen Penguji skripsi. 7.Segenap bapak dan ibu dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 8.Dinas Pekerjaan Umum Pengairan Kabupaten Magetan yang telah memberikan data sekunder sehingga terlaksananya penulisan ini. 9.Rekan-rekan satu tim dan rekan mahasiswa jurusan Teknik Sipil. 10.Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis dengan tulus ikhlas. Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan di masa mendatang dan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya. Surakarta, Agustus 2016 vii

8 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii HALAMAN MOTTO... iv HALAMAN PERSEMBAHAN... iv ABSTRAK... v ABSTRACT... vi PRAKATA... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiv DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL... xv BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 5 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Energi Hidro Perencanaan Tata Letak PLTMH Analisis Kelayakan Ekonomi Dasar Teori Energi Hidro Analisi Ekonomi viii

9 BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1. Umum Lokasi Penelitian Parameter dan Variabel Data Data Primer Data Sekunder Alat yang Digunakan Alat Bantu Survei Lokasi Alat Bantu Perhitungan dan Penyusunan Skripsi Analisis Data Debit Sesaat Debit Andalan Tinggi Jatuh Analisi Daya dan Energi Analisis Kelayakan Ekonomi Diagran Alir Penelitian...37 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Energi Hidro Debit Tinggi Jatuh Analisis Potensi Energi Perencanaan Tata Letak PLTMH Perencanaan Tata Letak PLTMH untuk Potensi Asli Rekayasa Tata Letak PLTMH untuk Peningkatan Energi Hidro Analisis Ekonomi Perhitungan NPV Perhitungan BCR Perhitungan IRR ix

10 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xvi x

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Hubungan Antara Debit dan Ukuran Diameter Pipa Tabel 2.2. Pengelompokan Turbin Berdasarkan Variasi Head Tabel 2.3. Rekapitulasi Penelitian Terdahulu Tabel 2.4. Nilai kritik Q dan R Tabel 2.5. Nilai v Berdasarkan Suhu zat Cair Tabel 3.1. Parameter Penelitian Tabel 3.2. Variabel Penelitian Tabel 4.1. Rumus Perhitungan Kecepatan Menggunakan Current Meter Tabel 4.2. Data Hujan Tahunan Pos Hujan Sarangan Tabel 4.3. Uji Kepanggahan Pada Pos Hujan Sarangan Tabel 4.4. Contoh Hasil Running Tabel 4.5. Rekapitulasi Debit Andalan Q 80 Harian Hasil Running Dari HMS Tabel 4.7. Perhitungan Tinggi Bruto Tabel 4.8. Rekapitulasi Perhitungan Potensi Daya PLTMH Air Terjun Tirtosari 60 Tabel 4.9. Rekapitulasi Perhitungan P1 akhir Tabel Rekapitulasi Perhitungan Daya Hasil Rekayasa Tabel Rekapitulasi Perhitungan P akhir Hasil Rekayasa Tabel Rekapitulasi Energi Dan Penjualan Energi Selama Satu Tahun Tabel Rekapitulasi Perhitungan Energi Hasil Rekayasa Tabel Perhitungan Rencana Anggaran Biaya Pembangunan PLTMH Tabel Rekapitulasi Perhitungan Rencana Anggran Biaya Tabel Rencana Anggaran Biaya Operasional Tahunan Tabel Rekapitulasi Rencana Anggaran Biaya Untuk Rekayasa PLTMH Tabel Perhitungan NPV 6,5% Energi Potensi Asli Tabel Perhitungan NPV 6,5% Dengan Potensi Energi Hasil Rekayasa Tabel Perhitungan Nilai IRR 58,10% Untuk Potensi Asli Tabel Nilai IRR 23,02 % Untuk Potensi Energi Hasil Rekyasa xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Peletakan Pipa Pesat Sejajar Aliran Sungai Gambar 2.2. Peletakan Pipa Pesat Lewat Perantara Saluran Kanal Gambar 2.3. Pengukuran Beda Tinggi dengan Metode Tachymetri Gambar 3.1. Lokasi Penelitian Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian Gambar 4.1. Kondisi Luas Penampang Sungai Pada Lokasi Penelitian Gambar 4.2. Tampilan Awal Global Mapper Gambar 4.3. Tampilan Peta DEM Dan Titik-Titik Acuan Penentuan DAS Gambar 4.4. Pengaturan Pada Countur Options Gambar 4.5. Pengaturan Pada Simplification Gambar 4.6. Pengaturan Pada Contour Bounds Gambar 4.7. Tampilan Hasil Generate Countours Gambar 4.8. Pengaturan Watershed Options Gambar 4.9. Pengaturan Watershed Bounds Gambar 4.10 Hasil Dari Pembutan DAS Gambar 4.11 Hasil Perhitungan Luas DAS Gambar 4.12 Pembuatan Basin Models Baru Gambar 4.13 Basin Models Air Terjun Tirtosari Gambar 4.14 Komponen Subbasin Gambar 4.15 Transform Method Gambar 4.16 Nilai Baseflow Gambar 4.17 Komponen Reach Gambar 4.18 Muskingnmu Method Gambar 4.19 Pengaturan Meterology Model Gambar 4.20 Pengaturan Subbasin Yang Dipilih Untuk Analisis Gambar 4.21 Pengaturan Stasiun Hujan Yang Masuk Dalam Analisis Gambar 4.22 Pengaturan Control Specifications Gambar 4.23 Pengaturan Time-Series Gage Gambar 4.24 Pengaturan Time Window Gambar 4.25 Contoh Pengisian Data Hujan Gambar 4.26 Salah Satu Tahap Dalam Proses Running xii

13 Gambar 4.27 Titik Lokasi Pengukuran Menggunakan Theodolite Pada Saat Di Lapangan Gambar 4.28 Perencanaan Tata Letak PLTMH Untuk Potensi Air Terjun Tirtosari Gambar 4.29 Perencanaan Lokasi Bendung Gambar 4.30 Jalur Pemipaan Dari Bendung Sampai Power House Gambar 4.31 Kemiringan Lereng Untuk Jalur Pipa Pesat Gambar 4.32 Alur Tata Letak Komponen PLTMH Yang Direkayasa xiii

14 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A DATA HUJAN... LA 1 - LA 10 LAMPIRAN B REKAPITULASI PERHITUNGAN Q80... LB 1 - LB 6 LAMPIRAN C PERHITUNGAN VOLUME... LC1 - LC2 xiv

15 DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL Simbol Keterangan Satuan α Faktor sambungan/percabangan A Luas penampang aliran m 2 D Diameter pipa m E Energi kwh f Koefisien gesek pipa g Percepatan gravitasi m/s 2 ηg Efisiensi generator ηt Efisiensi turbin Hbruto Tinggi jatuh bruto m he Kehilangan energi pada belokan pipa m Heff Tinggi jatuh efektif m Hf1 Kehilangan energi pada pipa m Hlosses Tinggi jatuh dari tekanan air yang hilang m i Tingkat suku bunga % k Koefisien kerugian pipa L Panjang ruas pipa m m Nomor urut kejadian n Jumlah data ρ Massa jenis kg/m 3 P Probabilitas P Daya yang dihasilkan kw P1 awal Daya awal pada pengulangan ke-1 kw P1 akhir Daya sisa pada pengulangan ke-1 kw P input pompa Daya yang dibutuhkan untuk menjalankan pompa kw P output pompa Daya yang dihasilkan pompa kw P2 Daya yang dihasilkan pada pengulangan ke-2 kw Q Debit sesaat m 3 /s Q80 Debit andalan m 3 /s Re Angka Reynolds S Jarak datar m Sk * Penyimpangan komulatif pada data t 1 Waktu pengoperasian pompa s t 2 Waktu pemberhentian pompa s Viskositas Kinematik v Kecepatan aliran pipa m/s xviv

16 DAFTAR PUSTAKA Budiono, (2011). Pra Studi Kelayakan Potensi PLTM/PLTA Di Area PT. PJB Unit Pembangkit Brantas, Malang: Skripsi. Universitas Brawijaya. Damastuti, Anya.P, Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro, Jakarta: Wacana No.8 / Mei Juni Direktorat Jenderal Listrik Dan Pemanfaatan Energi Pedoman Studi Kelayakan Hidrologi. Jakarta: Buku. Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral. Direktorat Jenderal Listrik Dan Pemanfaatan Energi Pedoman Studi Kelayakan Sipil. Jakarta: Buku. Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral. Direktorat Jenderal Listrik Dan Pemanfaatan Energi Pedoman Studi Pra Studi Kelayakan. Jakarta: Buku. Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral. Firmansyah, Ifhan. (2011). Studi Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Dompyong 50Kw di Desa Dompyong, Bendungan, Trenggalek untuk Mewujudkan Desa Mandiri Energi (DME), Yogyakarta: Skripsi. Universitas Gajah Mada. Hendrayana, Yayat, Kajian Potensi Energi Pada Sabo DAM Cibatu untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) di Kabupaten Garut, Majalengka. Malang: Skripsi. Brawijaya. Kementrian ESDM. Energi Baru dan Terbarukan. 27 Maret v xvi

17 Kementrian ESDM. Kondisi Kelistrikan Nasioanl Indonesia Saat Ini. 17 Februari Kementrian ESDM. Potensi Energi Baru Terbarukan ( EBT) Indonesia. 27 Maret Kristiarno, Indra Bagus., dkk (2013). Revitalisasi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) (Kasus Daerah Pacitan ). Surakarta: Konferensi Nasional Teknik Sipil 7. Kustanto, Heri (2012). Pengaruh Diameter Pipa, Letak Katup, Volume Pressure Tank dan Sudut In-Let Filter Terhadap Debit AIir Pompa Air, Surakarta: Skripsi. Akademi Teknologi Warga Surakarta. Nugroho, Hunggul Y.S.H, Panduan Lengkap Membuat Sumber Energi Terbarukan Secara Swadaya. Yogjakarta. Buku. CV. Andi Offset. Yogyakarta. Operating Instructions OTT C Small Current Meter B.E P, Aryo Hendarto, (2012). Pemanfaatan Pemandian Umum Untuk Pembangkit Tenaga Listrik Mikrohidro (PLTMH) Menggunakan Kincir Tipe Overshoot, Surakarta: Makalah. Universitas Muhamadiyah Surakarta. Peraturan Daerah Kabupaten Magetan Nomor 8 Tahun 2009 Tentang Rencana Pembangunan Jangka Panjang Daerah Kabupaten Magetan Tahun Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006 Tentang Kebijakan Energi Nasional Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 79 Tahun 2014 Tentang Kebijakan Energi Nasional. xvii

18 Peraturan Menteri Nomor 19 Tahun 2015 Tentang Pembelian Tenaga Listrik Dari PLTA Oleh PLN. Purnomo, (2013). Analisis Ketinggian dan Debit Air pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro pada Daerah Terpencil;, Surabaya: Skripsi. Institus Teknologi Surabaya. Rakhmawati, Tsani. (2016). Optimasi Diameter Pipa Pesat Pada Model Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Surakarta: Skripsi. Universitas Sebelas Maret. Rohermanto, Agus (2007). Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), Pontianak: Skripsi. Politeknik Negeri Pontianak. Rustiati, Nina B, (2011). Analisis Potensi Sungai Rawa Hulu Sebagai Sumber Energi Kecamatan Lindu, Palu: Skripsi. Universitas Tadulako. Slamet Sanyoto. Nama dan Panjang Sungai di Magetan. 27 Maret Subandono, Agus, (2012). Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), Kediri: Skripsi. Universitas Pawyatan Daha Kediri. Suhariono, Edi. (2008). Analisa Head Losses dan Koefisien Gesek Pada Pipa. Kalimantan: Skripsi. Kalimantan Scientiae. Sutapa, I Wayan (2008). Studi Potensi Embung Sub Wilayah Sungai Watutela Wuno di Wilayah Kota Palu dan Kabupaten Donggala Sulawesi Tengah, Palu: Mektek Tahun X N.1 Januari 2008 Triatmodjo, Bambang Hidrolika II, Yogyakarta: Buku. Beta Offset. Warsito, S, Studi Awal Perencanaan Sistem Mekanikal dan Kelistrikan Pembangkit Listrik Tenaga Mini-Hidro, Semarang: Skripsi.Universitas Diponegoro. xviii

19 Wahyuridha, Studi Kelayakan dan Desain Teknik Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro, Semarang: Propoasl. Universitas Diponegoro. Winarto, F.Eko Wismo Winarto, (2006). Pembangunan PLTMH Di Desa Girikerto Kecamatan Turi Kabupaten Sleman, Yogyakarta: Skripsi. Universitas Gajah Mada Wiranata, A.A, Analisis Return On Investment Proyek Pembangunan Gor Kerobokan Terhadap Penggunaan Modal Kerja Kontraktor, Denpasar: Skripsi: Universitas Udayana. Zuliari, Efrita Arfah, (2013). Aplikasi Metoda Second Order Gradient dengan Batasan Stabilitas Dinamik Pada Tiga Mesin Pembangkit Tenaga Listrik yang Bekerja Secara Bersamaan. Surabaya: Skripsi. Universitas Teknologi Surabaya xix viii