1. PENDAHULUAN Tahapan Studi dan Perencanaan sebelum dilakukan Pelaksanaan Pembangunan, meliputi: 1. Studi Potensi 2. Studi Kelayakan 3. Detail Engineering Design 4. Analisis Dampak Lingkungan (UKL/UPL atau AMDAL jika lokasi PLTM berada di lokasi atau di perbatasan hutan lindung) Studi dan Perencanaan PLTM sebagaimana tahapan tersebut di atas umumnya dilakukan oleh Konsultan Profesional yang memiliki kemampuan dalam beberapa bidang berikut ini: Survey dan analisis hidrologi & hidrolika Survey dan analisis topografi Soil investigation Analisis dampak lingkungan Desain sipil, desain mekanikal/ elektrikal, desain sistem kontrol, dan desain sistem jaringan 2. TUJUAN Tujuan dari proyek ini adalah menghasilkan dokumen-dokumen sebagai acuan kelayakan PLTM dan acuan pembangunan PLTM, yang terdiri dari: 1. Dokumen Studi Hidrologi 2. Dokumen Studi Topografi 3. Dokumen Soil Investigation 4. Dokumen Analisis Dampak lingkungan 5. Dokumen Studi Kelayakan 6. Dokumen Detail Engineering Design 1
3. RUANG LINGKUP PROYEK 3.1 Studi Hidrologi Studi Hidrologi meliputi : 1. Pengukuran debit aliran air sesaat 2. Pengumpulan data curah hujan wilayah setempat selama 10 tahun terakhir 3. Analisis debit andalan PLTM 4. Analisis debit banjir sungai 5. Penghitungan head netto 3.2 Studi Topografi Studi Topografi dilakukan untuk mendapatkan peta kontur tanah sesuai skala yang diinginkan. Pengukuran topografi dibagi dalam 2 tahap, yaitu: 1. Pengukuran Polygon Bertujuan untuk menentukan head total sistem PLTM. Apabila sudah dilakukan studi potensi dan telah diketahui head sebelumnya, maka pengukuran ini dapat berfungsi sebagai review. 2. Pengukuran Situasi Detail Pengukuran pada arah memanjang dan melintang yang akan menghasilkan peta situasi pada daerah-daerah pengukuran sebagai berikut: 1) Bagian hulu & hilir daerah rencana bendung 2) Sepanjang rencana saluran terbuka dan penstock 3) Daerah rencana power house dan tailrace 4) Sepanjang rencana jalan masuk dan trafo 3.3 Soil Investigation Hasil soil invetigation akan digunakan dalam perancangan struktur sipil berikut prediksi biaya konstruksi & perawatannya. Kegiatan soil investigation meliputi survey lapangan dan tes laboratorium. Survey lapangan meliputi: 1. Pekerjaan bor tangan Kedalaman 5 m 2. Pekerjaan sondir Kedalaman 10-20 m 2
3.4 Analisis Dampak lingkungan Lingkup kegiatan meliputi : 1. Pelaksanaan pembangunan PLTM di kawasan hutan lindung dengan mengunakan analisis mengenai dampak lingkungan (AMDAL). 2. Pelaksanaan pembangunan PLTM di luar kawasan lindung berdasarkan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup no. 86 tahun 2002. Lingkup kegiatan akan diutamakan sesuai Keputusan Menteri Lingkungan Hidup no. 86 tahun 2002 yang memberikan kemudahan dalam pembangunan PLTM kapasitas < 10 MW dimana kajian detail hanya melakukan upaya pengelolaan lingkungan (UKL) dan upaya pemantauan lingkungan (UPL) dengan kegiatan studi meliputi : 1. Menginventarisasi tentang kondisi lingkungan fisik dan pemanfaatannya oleh masyarakat. 2. Identifikasi dampak rencana pembangunan pembangkit tenaga listrik tenaga minihidro. 3. Analisis parameter yang dikelola berdasarkan aspek fisika, biologi dan kimia dengan metode sederhana. 4. Pembobotan dan tolok ukur dampak kepentingan yang bersifat kuantitatif dan kualitatif. 3.5 Studi Kelayakan Laporan studi kelayakan merupakan akumulasi dari data dan informasi yang telah diperoleh pada studi semua aspek PLTM yang meliputi topografi, hidrologi, geologi, dan analisis dampak lingkungan. Laporan ini memberikan kesimpulan berupa rekomendasi opsi pembangunan yang dinilai layak berdasarkan hasil studi tersebut. Lingkup Studi Kelayakan meliputi: 1. Rekomendasi akhir yang merupakan hasil pembandingan antar opsi: kelebihan & kekurangan serta kekuatan & kelemahan dari sistem PLTM yang akan direalisasikan 2. Membuat estimasi biaya pekerjaan konstruksi sipil, mekanikal/elektrikal, dan jaringan 3. Evaluasi/analisis ekonomi 3
Hasil kajian studi kelayakan disusun dalam suatu pelaporan studi kelayakan yang memuat: 1. Ringkasan hasil studi kelayakan hidrologi, meliputi : Debit aliran di sungai atau saluran dimana lokasi PLTM direncanakan akan dibangun. Pengukuran dan survei data aliran secara langsung dengan penentuan head, debit, kondisi aliran dan pengambilan contoh sedimen. Hasil pencatatan data curah hujan dan sebaran curah hujan di sekitar daerah tangkapan air. Analisis debit banjir, debit minimum dan penempatan posisi atau elevasi bangunan utama, saluran dan bangunan lainnya serta rumah pembangkit yang aman terhadap debit banjir. 2. Ringkasan hasil analisis dan perencanaan awal kelayakan sipil, meliputi: Perencanaan bangunan inti sistem pembangkit tenaga listrik minihidro (PLTM) yang terdiri atas bendung, intake, bak pengendap, saluran pembawa, bak utama, saluran pembuang, penstock, rumah turbin, tailrace dan lain-lain. Data geologi meliputi pengumpulan informasi tentang: Pergerakan permukaan tanah yang mungkin terjadi, seperti batuan dan permukaan tanah yang dapat bergerak bila turun hujan lebat, pergerakan air dan lumpur. Pergerakan tanah di bawah permukaan yang mungkin terjadi seperti gempa atau tanah longsor. Tipe batuan, tanah dan pasir. Data dan analisis topografi meliputi pengumpulan peta dan informasi tentang: Keadaan kontur tanah yang digambarkan dalam peta topografi. Tingkat kemiringan berdasarkan topografi lokasi-lokasi sistem PLTM. Letak terbaik untuk mendapatkan tinggi jatuhan air (head) yang memadai. 4
3. Ringkasan mengenai analisis kelayakan Mekanikal/Elektrikal, meliputi : Desk study referensi pemilihan turbin dan peralatan elektrikal & kontrol berdasarkan spesifikasi teknis yang telah direncanakan. Informasi dan bantuan teknis dari pabrikan penyedia peralatan mekanikal elektrikal PLTM. Informasi dari PLTM lain sebagai acuan perbandingan (benchmarking). 4. Ringkasan mengenai analisis kelayakan Ekonomi/Finansial 5. Ringkasan mengenai analisis kelayakan Sosial Budaya, memuat: kajian kondisi sosial masyarakat untuk mengkaji dampak keberadaan program pengembangan potensi PLTM terhadap kondisi kehidupan masyarakat setempat. 6. Ringkasan mengenai analisis kelayakan Lingkungan sesuai Keputusan Menteri Lingkungan Hidup no. 86 tahun 2002 yang memberikan kemudahan dalam pembangunan PLTM kapasitas < 10 MW dimana kajian detail hanya melakukan upaya pengelolaan lingkungan (UKL) dan upaya pemantauan lingkungan (UPL) dengan hasil studi meliputi: Hasil inventarisasi kondisi lingkungan fisik dan pemanfaatannya oleh masyarakat. Identifikasi dampak rencana pembangunan pembangkit tenaga listrik tenaga minihidro. Analisis parameter yang dikelola berdasarkan aspek fisika, biologi dan kimia dengan metode sederhana. Pembobotan dan tolok ukur dampak kepentingan yang bersifat kuantitatif dan kualitatif. 5
3.6 Detail Engineering Design Tahapan ini meliputi rangkaian pekerjaan sebagai berikut: 1. Persiapan Layout skema pembangkit secara detail, gambar saluran dan struktur sipil, desain 2. Spesifikasi & Layout instlasi peralatan elektro mekanik, sistem transmisi dan distribusi listrik. 3. Penyusunan RAB Proyek Pembangunan PLTM 4. Persiapan dokumen tender yang mencakup ruang lingkup pekerjaan dan rencana anggaran biaya (BOQ). 3.6.1 Perencanaan Bangunan Sipil Dalam suatu lokasi potensi pembangkit energi minihidro dapat dipetakan sebagai suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen bangunan sipil seperti bendung (weir), bangunan pengambil (intake), saluran pembawa (headrace), bak pengendap (settling basin), bak penenang (forebay), bangunan dan saluran pelimpah (spillway), pipa pesat (penstock tunnel), rumah pembangkit (power house) dan saluran pembuang (tail race). Gambar 3.1a Skema Pembangkit Listrik Minihidro 6
Gambar 3.1b Skema PLTM head tinggi (1- lake, 2- dam, 3- canal, 4- tunnel, 5- intake, 6- penstock, 7- powerhouse, 8- outlet, 9- river) Bendung (Weir) dan Intake Bendung (weir) didefinisikan sebagai bangunan yang berada melintang sungai yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran air. Konstruksi bendung (weir) bertujuan untuk menaikkan dan mengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga elevasi muka air cukup untuk dialihkan ke dalam intake pembangkit minihidro. Konstruksi bendung dilengkapi dengan bangunan pengambilan (intake) yang berfungsi mengarahkan air dari sungai masuk ke dalam saluran pembawa (headrace channel). Perencanaan lengkap tentang bangunan air, baik bendung maupun bendungan kecil (embung), menggunakan referensi 1) Perencanaan bendung menggunakan Standar Perencanaan Buku Kriteria Perencanaan 2 Bagian Bangunan Utama (Ditjen. Pengairan, Departemen Pekerjaan Umum, 1986). 2) Perencanaan Embung Kecil Untuk Daerah Semi Kering di Indonesia (Ibnu Kasiro, Ditjen. Pengairan, Departemen Pekerjaan Umum, 1995). 7
3) Panduan Perencanaan Bendungan Urugan (Direktorat Bina Teknik, Ditjen. Pengairan, Departemen Pekerjaan Umum, 1999). 4) Pedoman Perencanaan Bendungan Bangunan Sipil (SKSNI 03 1731 1989). 5) Pedoman Perencanaan Hidrologi dan Hidrolika Bangunan Sungai (SKSNI 03 1724 1989). 6) Pedoman Keamanan Desain Bendung (SKSNI 03 2401 1991). Gambar 3.2 Konstruksi Bendung Saluran Pembawa Air Bangunan saluran pembawa air (headrace channel) adalah untuk mengalirkan air dari intake/settling basin ke bak penenang (forebay) dan untuk mempertahankan kestabilan debit air. Gambar 3.3 Konstruksi Saluran Pembawa (Headrace Channel) Saluran air untuk sebuah pembangkit skala kecil, cenderung untuk memiliki bangunan yang terbuka. 8
Bak Pengendap (Settling Basin) Fungsi dan karakteristik bangunan ini adalah : 1) Bangunan yang menghubungkan intake dengan bak pengendap sehingga panjangnya harus dibatasi. 2) Pengatur aliran air dari saluran penyalur sehingga harus mencegah terjadinya aliran turbulen serta mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak pengendap sehingga perlu bagian yang melebar. 3) Bangunan untuk mengendapkan sedimen dimana untuk desainnya perlu dihitung dengan formulasi hubungan panjang bak, kedalaman bak, antara kecepatan pengendapan, dan kecepatan aliran. 4) Tempat penimbun sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam pembuangan sedimen. 5) Sebagai bangunan pelimpah (spillway) yang mengalirkan aliran masuk ke bagian bawah dimana mengalir dari. Bak Penenang (Forebay) dan Fasilitas Pendukung Tujuan bangunan bak penenang (forebay) adalah sebagai tempat penenangan air dan pengendapan akhir, penyaringan terakhir setelah settling basin, untuk menyaring bendabenda yang masih terbawa dalam saluran air. Forebay merupakan tempat permulaan pipa pesat (penstock) yang mengendalikan aliran minimum, sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin, tanpa menurunkan elevasi muka air yang berlebihan dan menyebabkan arus balik pada saluran. Pipa Pesat (Penstock Pipe) Pipa pesat (penstock pipe) adalah sebagai saluran tertutup (pipa) aliran air yang menuju turbin yang ditempatkan di rumah pembangkit. Saluran ini yang akan berhubungan dengan peralatan mekanik seperti turbin. Kondisi topografi dan pemilihan sistem PLTM mempengaruhi tipe pipa pesat (penstock pipe). Umumnya sebagai saluran ini harus dirancang secara benar sesuai ketinggian (head) sistem PLTM. 9
Gambar 3.4 Pipa Pesat (Penstock Pipe) Bangunan rumah pembangkit (power house) adalah sebagai bangunan yang berfungsi untuk melindungi peralatan elektrikal mekanikal seperti turbin, generator, panel kontrol dan lainnya dari segala gangguan. Gangguan yang dimaksud adalah cuaca, pencegahan dari pihak-pihak yang tidak berkepentingan dan pencurian peralatan barang tersebut. Saluran Pembuang Saluran pembuang (tailrace) bertujuan sebagai saluran pembuang aliran air dari rumah pembangkit dan menggerakkan turbin. Saluran ini bersatu dengan rumah pembangkit dan aliran sungai. Beberapa hal yang harus dipertimbangkan dalam penetapan rute saluran pembuang antara lain : 1) Perkiraan tinggi genangan air pada rumah pembangkit ketika terjadi banjir besar. 2) Menghindari penggenangan bantaran sungai dan permukaan tanah di sekitar rumah pembangkit. 3) Fluktuasi dasar sungai pada daerah saluran pembuang. 4) Saluran pembuang harus diarahkan sesuai arah aliran sungai. 10
3.6.2 Perencanaan Sistem Mekanikal/Elektrikal Secara teknis, minihidro memiliki 3 komponen utama air sebagai sumber energi, turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin) yang akan menumbuk turbin dimana turbin sendiri dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan ke generator dengan menggunakan kopling. Generator tersebut akan menghasilkan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses minihidro merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik. Pemilihan Turbin Turbin air berperan untuk mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi kelompok yang ditunjukkan tabel 3.1. Tabel 3.1 Jenis Turbin Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan turbin adalah putaran kecepatan generator yang tersedia Hal ini berpengaruh terhadap usia guna generator tersebut Kecepatan putar turbin (rotation per minute rpm) sama dengan kemampuan kecepatan putar generator. 11
Tabel. 3.2 Daerah Operasi Turbin Gambar 3.5 Turbin francis poros horisontal Sistem Transmisi Transmisi adalah komponen yang menghubungkan antara turbin dan generator. Sistem ini hanya memiliki dua sistem yaitu menggunakan belt atau langsung dikopel (biasanya menggunakan gearbox) Sistem Transmisi Daya Langsung Sistem transmisi daya langsung ini (direct drives), daya dari poros turbin rotor langsung ditransmisikan ke poros generator yang bersatu dengan sebuah kopling. Konstruksi sistem transmisi ini menjadi lebih kompak mudah untuk melakukan perawatan efisiensi tinggi dan tidak memerlukan elemen mesin lain seperti belt dan pulley kecuali sebuah kopling. 12
Sistem transmisi daya langsung (direct drives) menyebabkan generator yang digunakan harus memiliki kecepatan putaran optimum yang hampir sama dengan kecepatan putaran poros turbin (rotor) atau sekitar 15 % perbedaannya. Sistem Trasmisi Tidak Langsung Sabuk dipakai untuk memindahkan daya antara dua poros yang sejajar Pemilihan jenis sabuk bergantung pada besar kecilnya daya yang akan ditransmisikan. Sabuk merupakan peran penting dalam menyerap beban kejut dan meredam pengaruh getaran Sabuk yang digunakan umumnya jenis flat belt dan V-belt. Penggunaan sistem transmisi sabuk ini memerlukan komponen pendukung seperti bantalan beserta asesorisnya dan kopling Gambar 3.6 Instalasi sistem turbin-generator dengan transmisi daya langsung Generator Pemilihan Generator Sinkron Kapasitas sebuah generator dinyatakan dalam Volt Ampere. Sebuah generator harus memiliki kapasitas yang cukup untuk memenuhi kebutuhan pada saat beban maksimum. Dengan memperhatikan rugi rugi (losses) generator serta untuk menjamin kinerja generator maka perlu adanya faktor keamanan biasanya ditentukan 25%. 13
Tabel 3.3 Kecepatan Standar Generator Sinkron Sistem on grid yang disebut juga dengan generation with grid conections digunakan jika energi yang dibangkitkan disalurkan melalui sistem jaringan transmisi yang tersedia dengan tujuan komersialisasi. Komersialisasi ini sebaiknya menggunakan generator sinkron sistem 3 fasa 4 kawat. Sistem Kontrol Sistem kontrol berfungsi untuk menyeimbangkan energi input dan energi output dengan cara mengatur input (flow) atau mengatur output (listrik) sehingga sistem akan seimbang. Perubahan beban terhadap waktu peran sistem kontrol sangat penting untuk menjaga stabilitas sistem terutama kualitas listrik yang dihasilkan pembangkit (tegangan dan frekuensi). Tujuan pengontrolan pada PLTM adalah untuk menjaga sistem elektrik dan mesin agar selalu berada pada daerah kerja yang diperbolehkan. Flow control dapat diartikan sebagai pengaturan besarnya daya hidrolik berupa debit air yang masuk ke turbin dengan mengatur katup turbin (guide vane). 14
Gambar 3.7 Typical sistem flow control 3.6.3 Perencanaan Jalur Transmisi Perencanaan jalur transmisi pendistribusian daya listrik yang terbangkitkan menggunakan beberapa hal yang dapat dijadikan dasar antara lain : 1) Mudah untuk akses dan perawatan. 2) Kondisi tanah untuk tiang kuat dan stabil. 3) Diharapkan tidak ada masalah dalam pengalihan/penggunaan lahan. 4) Tidak ada masalah pada jarak dengan rumah dan pohon. 5) Dipilih jalur distribusi paling pendek. 6) Jika tiang dipasang di sekitar slope curam atau pada dasar jurang, hindarkan dari potensi longsong. 7) Ketinggian konduktor dari atas tanah harus lebih dari 4 m. Selain hal-hal di atas yang dapat dijadikan referensi untuk mendesain jaringan transmisi dan distribusi harus mengacu pada standar dan petunjuk PT. PLN (Persero). 15
Penempatan lokasi trafo, dimana trafo step up harus diletakkan dekat rumah pembangkit (power house) dan trafo step down harus diletakkan dalam atau dekat area pusat beban. Penempatan tersebut harus diuji dan dipertimbangkan beberapa hal sebagai berikut : 1) Mudah untuk akses dan pekerjaan-pekerjaan pergantian. 2) Dipisahkan dari bangunan-bangunan lain atau pepohonan dengan jarak yang cukup. 3) Tipe yang terpasang pada tiang harus tidak rumit pelaksanaan dan komponen pendukungnya. 4) Tipe di atas tanah harus dibangun tanpa menimbulkan masalah umum. 4. METODOLOGI PELAKSANAAN 4.1 Mekanisme Pelaksanaan Apabila Studi Potensi telah dilakukan, tahapan selanjutnya adalah Studi kelayakan dan detail engineering design. Pelaksanaan proyek mengikuti arah diagram alir yang menunjukkan tahapan proses berdasarkan level kelayakan studi. 16
17
Gambar 4.1 diagram alir tahapan proyek 18