STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO DI SEPANJANG SUNGAI CITARIK KABUPATEN SUKABUMI MENGGUNAKAN GOOGLE EARTH TUGAS AKHIR Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNIK pada Program Studi Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung oleh Ardo Christman H. Situmorang NIM : 13204205 / Teknik Tenaga Elektrik (A) PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
STUDI POTENSI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO DI SEPANJANG SUNGAI CITARIK KABUPATEN SUKABUMI MENGGUNAKAN GOOGLE EARTH TUGAS AKHIR oleh Ardo Christman. H. Situmorang NIM : 13204205 / Teknik Tenaga Elektrik (A) Telah diterima dan disahkan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar SARJANA TEKNIK pada Program Studi Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung Bandung, 05 Maret 2009 Pembimbing, Dr. Ir. Mukmin Widyanto A. NIP. 130704300 i
ABSTRAK Pembangkit listrik tenaga air salah satu alternatif yang sangat menarik dimana Indonesia memiliki sumber air dan potensi yang sangat besar. Pembangunan PLTMH di berbagai daerah dapat membantu mewujudkan program pemerintah untuk meningkatkan rasio elektrifikasi. Penelitian tugas akhir ini memanfaatkan simulator Google Earth untuk mengamati potensi listrik suatu aliran sungai. Tugas akhir ini mengamati potensi PLTMH di sepanjang Sungai Citarik, Kabupaten Sukabumi mulai ketinggian 450 m hingga 24 m di atas permukaan laut. Potensi dibagi dalam beberapa pembangkit dengan metode sistem kaskade. Data ketinggian/head diperoleh melalui simulator Google Earth dan debit air melalui Balai Hidrologi. Setelah perhitungan debit desain dan head efektif, studi dilanjutkan dengan simulasi desain turbin dan simulasi awal berbagai komponen PLTMH. Hasil simulasi menunjukkan Sungai Citarik yang diamati memiliki potensi daya listrik sebesar 15,748 MW dan energi tahunan sebesar 82,771 GWH. Kata kunci: Google Earth, rasio elektrifikasi, head efektif, debit desain, sistem kaskade, energi per tahun ii
ABSTRACT Hydropower electrical generator is one of interesting alternative energy source, because Indonesia has abundant water resource and reserve. The building of micro-hydro electrical generators in some places all over Indonesia can help the realization of government program to increase electrification ratio. This thesis research is made to use Google Earth to observe electrical potential of a river stream. This thesis observe electrical potential along Citarik River, Sukabumi Regency, above 24 m until 450 m from mean sea level. The potential divide into several generators by using cascade system method. Head data is gained from Google Earth simulator and the debit from Hydrological Survey. After the calculation of debit design and effective head, the study is to simulate turbine design and initial simulation various components of the micro-hydro electrical generators. The simulation results show great electrical power potential of Citarik River at least 15,748 MW and annual power of 82,771 GWH. Keywords: Google Earth, electrification ratio, effective head, debit design, cascade system, annual power iii
PRAKATA Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang diberikan kepada penulis sehingga memiliki kemampuan dan kesempatan dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Studi Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro di Sepanjang Sungai Citarik Kabupaten Sukabumi Menggunakan Google Earth. Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan mata kuliah EP-40Z2. Dalam penyusunan laporan ini, tidak lupa penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Dr. Ir. Mukmin Widyanto A. selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, arahan, nasehat, dorongan, dan dukungan moral dan materiil sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sesuai dengan waktu studi yang diharapkan. 2. Dosen-dosen penguji yang memberikan masukan-masukan selama sidang Tugas Akhir. 3. Segenap staf pengajar Teknik Tenaga Elektrik Program Studi Teknik Elektro ITB yang telah membuka cakrawala ilmu dan wawasan penulis. 4. Bapak, mama, abang, adik, serta keluarga yang memberikan dukungan moral dan materiil dalam penyelesaian tugas akhir ini. 5. Rekan-rekan sepermainan yang membantu memberi kesegaran disaat jenuh. 6. Rekan-rekan ikatan dinas PLN yang selalu memotivasi agar dapat lulus bersama-sama. 7. Riko Iswara, Dedi Sitio dan teman-teman Lab.Scada yang menemani dan membantu selama pengerjaan TA ini. 8. Rekan-rekan mahasiswa Aroes Koeat 2004 khususnya dan mahasiswa Teknik Elektro 2004 umumnya, yang secara langsung maupun tidak telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Kendala dan hambatan adalah hal yang lumrah menyertai setiap usaha. Namun, terlepas dari itu semua, penulis berusaha untuk tetap sungguh-sungguh iv
bekerja dalam penyusunan laporan ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini tidak luput dari kesalahan. Oleh karena itu, penulis memohon maaf atas kesalahan yang pernah dilakukan dan berusaha untuk belajar dari kesalahan. Akhir kata, semoga dokumentasi penelitian yang disusun ini dapat memberikan manfaat dan sedikit sumbangan bagi ilmu pengetahuan dan teknologi. Bandung, 05 Maret 2009 Penulis v
DAFTAR ISI Lembar Pengesahan... Abstrak... Abstract... Prakata... Daftar Isi... Daftar Tabel... Daftar Gambar dan Foto... i ii iii iv vi ix x BAB1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 4 BAB2 Landasan Teori 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro... 5 2.1.1 Gambaran Umum Mikrohidro... 5 2.1.2 Konversi Energi... 6 2.1.3 Jenis Pembangkit Sistem Mikrohidro... 8 2.1.3.1 Reservoir dan Dam Based... 8 2.1.3.2 Run-off River... 8 2.1.3.3 Gabungan Reservoir dan Run-off River... 9 2.2 Turbin Air... 9 2.2.1 Jenis-Jenis Turbin... 10 2.2.1.1 Turbin Impuls... 10 2.2.1.2 Turbin Reaksi... 13 2.2.2 Kecepatan Spesifik... 16 vi
2.2.3 Efisiensi Turbin... 16 2.2.4 Kavitasi... 17 2.3 Transmisi Mekanik... 19 2.4 Survei Potensi Sungai... 20 2.4.1 Prediksi Debit Air Sungai... 21 2.4.2 Prediksi Head Air Sungai... 23 2.4.3 Penempatan Power House... 25 BAB 3 Google Earth dan Turbinpro 3.1 Google Earth... 27 3.1.1 Resolusi dan Akurasi... 28 3.1.2 Spesifikasi... 28 3.2 Turbinpro... 29 3.2.1 Simulasi Pemilihan dan Perancangan Turbin... 30 3.2.2 Simulasi Energi Tahunan... 35 BAB4 Kondisi Lapangan dan Pengolahan Data 4.1 Sungai Citarik... 40 4.1.1 Data Geografis... 40 4.1.2 Keadaan Sungai... 41 4.1.3 Data Debit Air... 42 4.2 Pengolahan Data... 42 4.2.1 Lokasi Potensi Pembangkitan... 42 4.2.2 Data Rata-rata di Setiap Pos Pembangkitan... 44 4.2.2.1 Debit Rata-rata Sungai Citarik... 44 4.2.2.2 Data Debit Setiap Pos... 44 4.2.3. Head Efektif di Setiap pos Pembangkit... 48 4.2.3.1 Head rugi-rugi Pada Penstok... 48 4.2.3.2 Head Rugi-rugi Intake hingga Forebay dan Tailrace... 58 4.2.3.3 Perhitungan Head Efektif... 59 vii
BAB5 Studi Potensi 5.1 Perhitungan Manual... 60 5.2 Simulasi Turbinpro... 61 5.2.1 Pemasukan Data... 62 5.2.1.1 Pembangkit dengan Turbin Propeller... 62 5.2.1.2 Pembangkit dengan Turbin Francis... 63 5.2.2 Pemilihan Ukuran dan Kecepatan Turbin... 63 5.2.3 Konfigurasi Turbin... 64 5.2.3.1 Pembangkit dengan Turbin Propeller... 64 5.2.3.2 Pembangkit dengan Turbin Francis... 65 5.2.4 Perhitungan Potensi Daya Listrik... 66 5.3 Perhitungan Energi Tahunan... 69 BAB6 Kesimpulan dan Saran 6.1 Kesimpulan... 71 6.2 Saran... 72 Lampiran... 73 Pustaka... 110 viii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pengelompokan Turbin... 15 Tabel 2.2 Efisiensi Beberapa Jenis Turbin Pada Berbagai Keadaan Beban 17 Tabel 4.1 Data Debit Sungai Citarik... 42 Tabel 4.2 Titik Potensi Pembangkit Sepanjang Sungai Citarik... 43 Tabel 4.3 Perhitungan Debit Setiap Potensi Pembangkit... 47 Tabel 4.4 Diameter Penstok di Setiap Pos Pembangkitan... 49 Tabel 4.5 Data Panjang Penstok di Setiap Pos Pembangkit... 50 Tabel 4.6 Nilai Re Untuk Setiap Pos Pembangkit... 52 Tabel 4.7 Nilai ε/d Untuk Setiap Pos Pembangkit... 53 Tabel 4.8 Koefisien Gesekan Pipa di Setiap Pos Pembangkit... 54 Tabel 4.9 Rugi-rugi Major di Setiap Pos Pembangkit... 55 Tabel 4.10 Rugi-rugi Total Pada Penstok... 57 Tabel 4.11 Nilai Head Efektif di Setiap Pos Pembangkit... 59 Tabel 5.1 Daya Listrik Setiap Pembangkit dengan Perhitungan Manual 61 Tabel 5.2 Data Masukan Turbin Propeller... 62 Tabel 5.3 Data Masukan Turbin Francis... 63 Tabel 5.4 Potensi Daya Listrik Hasil Simulasi... 67 Tabel 5.5 Beberapa Solusi Turbinpro Pembangkit-pembangkit... 69 Tabel 5.6 Energi Tahunan Setiap Pembangkit... 70 ix
DAFTAR GAMBAR DAN FOTO Gambar 2.1 Skema Konversi Energi pada PLTMH... 6 Gambar 2.2 Skema Kerja Turbin Crossflow... 11 Gambar 2.3 Turbin Crossflow... 12 Gambar 2.4 Nozle dan Turbin Pelton... 12 Gambar 2.5 Sudu Turbin Turgo dan Nozle... 13 Gambar 2.6 Skema Turbin Francis... 14 Gambar 2.7 Turbin Kaplan... 15 Gambar 2.8 Skema Turbin Untuk Analisis Kavitasi... 19 Gambar 2.9 Belt... 20 Gambar 2.10 Gearbox... 20 Gambar 2.11 Cara Pehitungan Head Sungai... 25 Gambar 3.1 Tampilan Google Earth... 27 Gambar 3.2 Data Masukan Turbin... 30 Gambar 3.3 Pemilihan Ukuran dan Kecepatan Spesifik Turbin... 31 Gambar 3.4 Pemilihan Konfigurasi Turbin... 32 Gambar 3.5 Rekapitulasi Daya Listrik dan Desain Power House... 34 Gambar 3.6 Hill Curve... 34 Gambar 3.7 Turbin di Setiap Distribusi Debit... 35 Gambar 3.8 Data Masukan Energi Tahunan... 36 Gambar 3.9 Kalkulasi Energi Tahunan... 36 Gambar 3.10 Kurva Durasi Debit Sungai... 37 Gambar 3.11 Detail Produksi Energi... 37 Gambar 3.12 Hill Curve Energi... 38 Gambar 3.13 Kurva Performa Energi... 39 Gambar 4.1 Tampilan Potensi Pembangkit pada Google Earth... 40 Gambar 4.2 Keadaan Sungai Citarik... 41 Gambar 4.3 Prediksi Debit Air di Sebuah Titik... 45 Gambar 4.4 Peta Pembagian DAS tiap Titik Potensi Pembangkit... 46 Gambar 5.1 Grafik Pemilihan Jenis Turbin... 62 x
Gambar 5.2 Pemilihan Ukuran dan Kecepatan Turbin pada Pembangkit 6. 64 Gambar 5.3 Pemilihan Konfigurasi Turbin Propeller... 65 Gambar 5.4 Tipe Vertical Axis dengan Tipe Intake Spiral Case... 65 Gambar 5.5 Pemilihan Konfigurasi Turbin Francis... 66 Gambar 5.6 Solusi Pos Pembangkit 1... 67 xi