GALIH EKO PUTRA Dosen Pembimbing Ir. Abdullah Hidayat SA, MT

Transkripsi

1 PEMANFAATAN KEHILANGAN ENERGI PADA BANGUNAN TERJUN SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (studi kasus bangunan terjun (BT2 BT4) pada saluran primer Padi Pomahan, D.I Padi Pomahan, Desa Padi, Kecamatan Gondang, Kabupaten Mojokerto) GALIH EKO PUTRA Dosen Pembimbing Ir. Abdullah Hidayat SA, MT JURUSAN TEKNIK SIPIL Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2011

2 LATAR BELAKANG Kehilangan energi pada bangunan terjun Potensi yang belum termanfaatkan Debit yang terus mengalir dan beda ketinggian dapat dijadikan PLTMH Saluran primer Padi Pomahan memiliki 3 bangunan terjun dengan beda ketinggian ± 6 meter dan debit yang terus mengalir sepanjang tahun Berpotensi untuk dijadikan PLTMH 2

3 LOKASI STUDI BT4 BT3 BT2 3

4 LOKASI D.I. PADI POMAHAN 4

5 RUMUSAN MASALAH 1. Berapa besar debit andalan yang dapat direncanakan? 2. Berapa besar ketinggian (head) yang dapat dimanfaatkan? 3. Berapa besar angkutan sedimen yang diperbolehkan? 4. Bagaimana desain bangunan pembangkit yang sesuai untuk PLTMH tersebut? 5. Berapa besar daya listrik yang dapat dihasilkan dari PLTMH tersebut? 6. Bagaimana analisa ekonomi dari pembangunan PLTMH tersebut? 5

6 TUJUAN 1.Dapat diketahui besar debit andalan yang dapat digunakan 2.Dapat diketahui besar ketinggian (head) yang dapat dimanfaatkan 3.Dapat diketahui besarnya angkutan sedimen yang diperbolehkan 4.Dapat menentukan desain yang sesuai di lokasi tersebut 5.Mengetahui besarnya daya listrik yang dihasilkan dari PLTMH tersebut 6.Dapat diketahui kelayakan dan manfaat yang didapat secara ekonomi 6

7 BATASAN MASALAH 1. Masalah kerusakan yang akan mempengaruhi debit tidak dibahas 2. Tidak dilakukan perhitungan secara detail pada konstruksi sipil 3. Tidak dilakukan perhitungan secara detail pada perangkat pembangkit 4. Perhitungan bangunan pembangkit hanya menghitung satu bangunan saja 5. Tidak merencanakan pendistribusian listrik 7

8 MANFAAT 1. Dengan pembangunan PLTMH, maka kehilangan energi pada bangunan terjun (BT 2 BT 4) pada saluran irigasi primer Padi Pomahan dapat termanfaatkan 2. Diharapkan hasil dari laporan ini dapat dijadikan sebagai referensi dalam mendesain PLTMH 8

9 METODOLOGI YES NO Meliputi : - Bangunan Intake - Saluran Pengarah (Head Race) - Bak Pengendap (Settling Basin) - Bak Penenang (Forebay) - Pipa Pesat (Penstok) - Turbin dan Generator 9

10 ANALISA DEBIT UPT PUGERAN KABUPATEN MOJOKERTO DATA DEBIT OPERASIONAL 10 HARIAN SALURAN IRIGASI PRIMER PADI POMAHAN ( liter / detik ) 10

11 ANALISA DEBIT Data data debit 10 harian selama 10 tahun diolah dengan perumusan California dan didapatkan hasil sebagai berikut : Interval (m 3 /dt) Tabel 4.1. Rekapitulasi data debit dalam 10 tahun Nilai Tengah Frekuensi Frekuensi Komulatif Probabilitas (%) 4,332-3,882 4, ,667 3,881-3,441 3, ,722 3,440-3,000 3, ,833 2,999-2,559 2, ,667 2,558-2,118 2, ,500 2,117-1,677 1, ,444 1,676-1,236 1, ,889 1,235-0,795 1, ,667 0,794-0,354 0, ,000 11

12 ANALISA DEBIT Selanjutnya dari tabel tersebut dibuat grafik Duration Curve untuk mencari debit andalan yang dapat dihasilkan 4.5 Duration Curve Debit (m 3 /dt) , Probabilitas (%) Dari grafik Duration Curve di atas debit andalan diambil 80% sehingga debit yang didapat sebesar 1,05 m 3 / dt

13 ANALISA BEDA KETINGGIAN BT 2 Tinggi jatuh efektif didapat dengan memperhitungkan kehilangan energi. Dalam perencanaan awal akan diambil kehilangan energi sebesar 10% dari tinggi bruto. H bruto = elevasi upstream BT2 elevasi downstream BT4 = (+297,52) (+291,21) = 6,31 m BT 4 H losses = 10% x H bruto = 10% x 6,31 = 0,631 m H eff = H bruto H losses = 6,31 0,631 = 5,679 m 13

14 DAYA YANG DIHASILKAN Dari data debit andalan dan tinggi jatuh efektif, akan didapat daya yang dihasilkan P = 9,81 x Q andalan x H eff = 9,81 x 1,05 x 5,679 P = 58,497 kw 14

15 Perhitungan muka air Existing : Lebar dasar saluran (B) = 6 meter Kemiringan dasar saluran (S) = 0, Koefisien manning = 0,02 Dengan saluran berpenampang persegi empat, maka digunakan rumus : A = b x h v = (1/n) x (R^2/3) x (S^1/2) P = b + 2h Q = v x A R = A / P Dari data existing, dapat dihitung tinggi muka air saat debit rencana yaitu sebesar debit andalan dengan membuat Rating Curve hubungan antara h dan Q 15

16 Perhitungan muka air h (m) Tabel 4.2 hubungan h dan Q A P (m) R (m) v (m/dt) (m 2 ) (m 3 /dt) ,00 0,000 0,1 0,6 6,2 0,097 0,21 0,126 0,2 1,2 6,4 0,188 0,33 0,393 0,3 1,8 6,6 0,273 0,42 0,757 0,4 2,4 6,8 0,353 0,50 1,199 0, ,429 0,57 1,705 Q 16

17 Perhitungan muka air 0,7 Rating Curve 0,6 0,5 h (m ) 0,4 0,37 0,3 0,2 0,1 0 1,05 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 Q ( m3/dt ) 17 Dari Rating Curve didapatkan tinggi muka air saat debit andalan yaitu 0,37 meter

18 Bangunan pengatur tinggi muka air Digunakan skot balok untuk mengatur tinggi muka air. Skot balok dipasang melintang pada saluran existing dan berada di depan pintu intake setinggi 0,37 meter. Ukuran skot balok disesuaikan dengan yang ada di pasaran, maka digunakan balok dari kayu jati dengan ukuran 10cm x 20cm. Penampang melintang skot balok 18

19 Perencanaan saluran pengarah Mengarahkan air dari saluran existing menuju bak pengendap. Saluran pengarah direncanakan saluran terbuka berbentuk persegi empat yang mengalirakan debit sebesar debit andalan yaitu 1,05 m 3 / dt Tabel 4.3 Data teknis saluran pengarah Penampang saluran pengarah 19

20 Perencanaan pintu pengambilan (intake) Pintu pengambilan berada di hulu saluran pengarah, berfungsi untuk memasukkan debit rencana dari saluran existing. Pintu intake direncanakan dibuka setinggi muka air pada saat debit andalan yaitu setinggi 0,37 meter. Karena pintu selalu dibuka setinggi 0,37 meter, maka debit air maksimum yang masuk pada saluran pengarah sebesar debit andalan yaitu 1,05 m 3 / dt sehingga debit yang melebihi Q andalan akan kembali ke saluran existing dan melimpah di atas skot balok. 20

21 Perencanaan bangunan ukur Tabel 4.4 Data teknis bangunan ukur drempel Bangunan ukur diperlukan untuk mengukur banyaknya debit air yang akan digunakan sebagai PLTMH Bangunan ukur yang digunakan yaitu bangunan ukur tipe drempel Bangunan ukur direncanakan dapat mengukur sampai debit minimum 21

22 Perencanaan bak pengendap Berfungsi untuk mengendapkan sedimen yang terkandung dalam saluran. Digunakan perumusan Welikanov untuk mencari dimensi bak pengendap. Data teknis bak pengendap Parameter Notasi Nilai Satuan Debit rencana Q 1,050 m 3 /dt Kecepatan dalam bak v n 0,18 m/dt Kecepatan kritis v cr 0,197 m/dt Lebar bak pengendap B 4 m Panjang bak pengendap L 11 m Tinggi air dalam bak h 1,46 m Volume bak pengendap V 64 m 3 Kemiringan dasar in 0, koefisien manning n 0,015 - Konstruksi Saluran persegi dengan pasangan beton Penampang bak pengendap 22

23 Perencanaan kantong pasir Berfungsi untuk menampung sedimen yang mengendap dan yang akan Digelontorkan. Data teknis kantong pasir Parameter Notasi Nilai Satuan Lebar kantong pasir bs 3 m Panjang kantong pasir L 11 m Tinggi kantong pasir hs 0,175 m Luas permukaan As 0,525 m 2 Kemiringan dasar is 0, koefisien manning n 0,015 - Konstruksi Saluran persegi dengan pasangan beton Penampang kantong pasir 23

24 Perencanaan kantong pasir Hasil analisa suspended Load Volume kantong pasir = 33,49 m 3 Waktu pengurasan = Vol kantong pasir / Vol sedimen = 33, 49 / 5,88 = 5,7 hari = 6 hari Dari grafik Camp diperoleh efisiensi 0,97 24

25 Perencanaan pipa pesat Diameter = 30 inchi = 0,762 m V = 2,302 m/dt Tebal = 8 mm Baja Fe 360 Tegangan leleh = 240 Mpa = 24x10 6 kg/m 2 Tegangan dasar= 160 Mpa = 16x10 6 kg/m 2 dikontrol Tegangan yang terjadi : - Perletakan = 2x10 6 kg/m 2 - Perubahan temperatur = 6,3x10 6 kg/m 2 - Pergeseran pipa dan perletakan = 1,7x10 5 kg/m 2 - Berat pipa kosong = 414,612 kg/m 2 - Berat pipa kosong = 414,612 kg/m 2 - Expantion joint = ,3 kg/m 2 - Gaya tekan pada pipa sambungan = kg/m 2 OK 25

26 Perencanaan turbin Dengan : debit andalan = 1050 liter/detik H = 5,679 meter Digunakan turbin Cross Flow T yang dapat digunakan dengan tinggi jatuh meter dan debit liter/detik 26

27 Perencanaan posisi pengambilan Dari perhitungan didapat : h MOL = 1,84 meter Elevasi muka air di bak penenang : z1 (akibat pintu intake) = 0,16 meter z 2 (akibat kemiringan saluran sebelum drempel) = 0,00245 meter z 3 (akibat drempel) = 0,152 meter z 4 (akibat kemiringan saluran sesudah drempel) = 0,0013 meter z 5 (akibat kemiringan bak pengendap) = 0,0001 meter z 6 (akibat saringan kasar) = 0,0036 meter MA penenang = MA intake z1- z2- z3 - z4 - z5 - z6 = +298,00-0,16-0, ,152-0,0013-0,0001-0,0036 = +297,68 27

28 Perencanaan kehilangan energi Maka H bruto = elevasi upstream elevasi downstream = (+297,68) (+291,21) = 6,47 meter H losses = 10% x H bruto = 0,1 x 6,47 = 0,647 meter H eff = H bruto H losses = 6,47 0,647 = 5,823 meter 28

29 Perencanaan kehilangan energi pada pipa Kehilangan energi pada pipa : Akibat bentuk entrance = 0,007 m Akibat gesekan sepanjang pipa = 0,532 m Akibat belokan pipa = 0,032 m Total kehilangan energi = 0,571 m Nilai ini lebih kecil dari asumsi kehilangan energi sebesar 10% dari tinggi bruto sebesar 0,647 m. Sehingga perencanaan ini dapat digunakan. 29

30 Perhitungan energi listrik Energi listrik total yang didapat dalam satu tahun dibagi dalam tiga perhitungan. Pertama 80% berdasarkan pada Q 80 dari satu tahun, sedangkan 10% direncanakan diantara Q 80 dan Q 90, 10% sisanya diantara Q 90 dan Q Duration Curve Debit (m 3 /dt) Probabilitas (%) Q 80 = 1,05 m 3 /dt Q 90 = 0,56 m 3 /dt Q 100 = 0,51 m 3 /dt

31 Perhitungan energi listrik Efisiensi yang digunakan : efisiensi turbin = 0,786 efisiensi generator = 0,95 efisiensi transformator = 0,95 Efiiensi total (ηtot) = 0,789 x 0,95 x 0,95 = 0,7094 Dengan H eff = 6,47 0,571 = 5,899 m 31 Daya yang dihasilkan : D 80 = 9,81 x ηtot x Q 80 x H eff = 9,81 x 0,7094 x 1,05 x 5,899 = 43, 105 kw D 90 = 9,81 x ηtot x Q 90 x H eff = 9,81 x 0,7094 x 0,56 x 5,899 = 22,989 kw D 100 = 9,81 x ηtot x Q 100 x H eff = 9,81 x 0,7094 x 0,51 x 5,899 = 20,937 kw

32 Perhitungan energi listrik Energi yang diperoleh dalam satu tahun : E 1 = D 80 x 80% x 366 x 24 = 43,105 x 0,8 x 366 x 24 = ,456 kwh E 2 = (D 80 + D 90 )/2x 10% x 366 x 24 = (43, ,989)/2x 0,1 x 366 x 24 = ,485 kwh E 2 = (D 90 + D 100 )/2x 10% x 366 x 24 = (22, ,937)/2 x 0,1 x 366 x 24 = ,299 kwh 32 Jadi energi keseluruhan yang diperoleh : Etotal = E1 + E2 + E3 = , , ,299 = kwh

33 Perhitungan ekonomi Investasi awal dari pinjaman di bank dengan suku bunga 10% dan masa pengembalian selama 10 tahun. Sehingga Capital Recovery Factor (CRF) = 0,16275 Besarnya biaya pengemabalian tiap tahun = CRF x Rp ,00 = Rp ,50 33

34 Perhitungan ekonomi Berdasarkan Peraturan ESDM tahun 2010 Tarif dasar listrik untuk RT dengan batas daya 1300 VA sebesar Rp.790,00/ kwh Besar nominal yang didapat dari PLTMH = Rp.790,00 x ,24 = Rp ,60 /tahun 34

35 Perhitungan ekonomi Neraca cash flow Ta hun ke Inves ta s i ,00 Pengemba l i a n , , , ,50 Pengel ua ra n OP , , , ,00 Penda pa ta n , , , ,60 Tota l , , , , ,10 NPV , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,00 35 Pada tahun ke-11 tidak terjadi pengembalian hutang ke bank, sehingga pengeluaran hanya perawatan dan operasioanal saja. Biaya per kwh = biaya OP / energi yang dihasilkan = Rp ,00 / ,24 = Rp. 136,66 / kwh Penghematan = Rp.790,00 Rp.136,66 = Rp.653,34 = (Rp.653,34 / Rp.790,00) x 100 % = 82,7%

36 36 DENAH EXISTING

37 37 DENAH RENCANA

38 TERIMA KASIH