1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Peningkatan jumlah penduduk dan sektor industri di Indonesia berpengaruh pada meningkatkanya permintaan kebutuhan akan energi listrik di Indonesia, baik untuk kebutuhan rumah tangga ataupun untuk sektor industri itu sendiri. Indonesia yang secara geografis merupakan negara kepulauan memiliki kendala utama dalam hal distribusi pasokan listrik antar pulau, hal ini karena perlu dana investasi yang besar, kajian yang mendalam, serta perencanaan yang panjang untuk membuat jaringan distribusi listrik skala besar dari satu pulau ke pulau lainnya, oleh karena itu untuk segera mencukupi kebutuhan listrik yang ada pada tiap pulau pulau di Indonesia maka perlu dibangun pembangkit tenaga listrik pada tiap tiap pulau di Indonesia. Pembangkit listrik yang telah ada di Indonesia saat ini, masih banyak yang menggunakan bahan bakar fosil sebagai sumber energi. Namun, di satu sisi penggunaan bahan bakar fosil di Indonesia tidak hanya diperuntukan untuk keperluan pembangkitan listik namun juga secara masif digunakan untuk bahan bakar moda transportasi serta untuk keperluan di sektor industri, yang mana hal ini pun terjadi di seluruh belahan dunia. Penggunaan energi fosil secara masif tersebut berdampak pada menipisnya cadangan bahan bakar fosil yang ada saat ini, selain membuat harga bahan bakar fosil itu sendiri menjadi sangat tinggi dan juga di sisi lain energi fosil tidak dapat dipergunakan secara jangka panjang. Berdasarkan realitas yang ada tentang penggunaan bahan bakar fosil yang terjadi saat ini, maka perlu alternatif energi pengganti bahan bakar fosil sebagai sumber energi pembangkit tenaga listrik. Energi terbarukan merupakan solusi yang tepat sebagai pengganti bahan bakar fosil untuk menjadi sumber energi dari
2 pembangkit tenaga listrik, karena ketersediaannya yang dapat diperbaharui di alam dan dapat dipergunakan secara jangka panjang. Tabel 1.1 Potensi Energi Non Fosil di Indonesia No. Energi Non Fosil Sumber Daya Kapasitas Terpasang 1. Tenaga Air 75.000 MW 7.572 MW 2. Panas Bumi 28,62 MW 1.4343,5 MW 3. Mini/ Micro Hydro 769,69 MW 228,983 MW 4. Biomassa 49.810 MW 1.716,5 MW 5. Tenaga Surya 4.850 kwh/m2 per hari 42,77 MW 6. Tenaga Angin 3 6 m/s 1,87 MW 7. Uranium 3.000 MW 30 MW 8. Energi Laut 49 GW 0,01 MW (Sumber: DEN RI, 2014) Tabel 1.1 menunjukan bahwa ada cukup banyak jenis jenis energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan di Indonesia untuk mengganti energi fosil sebagai sumber energi pembangkit listrik, namun demikian pemanfaatannya masih sangat sedikit dari keseluruhan potensi yang ada. Hal ini karena ada beberapa masalah yang dihadapi dalam penerapan pemanfaatan sumber daya energi terbarukan, seperti biaya investasi yang tinggi, birokrasi, insentif, harga jual produk akhir lebih mahal dibandingkan dengan sumber daya energi fosil, dan pengetahuan dalam adaptasi fasilitas energi bersih yang masih kurang. Energi Mikro Hidro merupakan salah satu dari sekian potensi energi terbarukan yang terdapat di Indonesia yang belum dimanfaatkan secara maksimal, terdapat beberapa kelebihan energi mikro hidro dibanding dengan energi non fosil lain, diantaranya biaya investasi pemanfaatan energi mikro hidro yang terbilang kecil karena dapat memanfaatkan waduk atau aliran sungai sehingga mengurangi biaya dari pembangunan infrastruktur pendukung dalam pemanfaatan energi mikro hidro, dan persebaran energi mikro hidro yang hampir terdapat diseluruh wilayah di Indonesia. PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro) merupakan jenis pembangkit listrik yang memanfaatkan energi mikro hidro sebagai sumber energi
3 dalam menghasilkan energi listrik. Pembangungan PLTMH di Indonesia dapat diintegrasikan dengan waduk atau aliran irigasi yang banyak terdapat di wilayah wilayah di Indonesia. Konsep PLTMH dapat dikonfigurasikan dengan pipa siphon, sehingga nantinya waduk dapat dimanfaatkan menjadi PLTMH tanpa merusak tanggul waduk tersebut, hal ini karena kekuatan dari sebuah waduk terletak pada tanggulnya itu sendiri. Dengan mengkonfigurasikan pipa siphon pada PLTMH, air dapat dialirkan keluar dari waduk tanpa merusak dinding tanggul waduk, dan dengan mengkonfigurasikan pipa siphon pada PLTMH turbin air dapat ditempatkan di berbagai posisi pada pipa siphon, yaitu pada posisi inlet pipa siphon, ataupun pada posisi pipa siphon yang berada diatas tanggul dan dapat pula ditempatkan pada posisi outlet pipa siphon. Gambar 1.1 Ilustrasi PLTMH dengan Pipa Siphon (Sumber: Suess, 1931) Turbin air yang digunakan pada konsep PLTMH tersebut adalah Turbin Hydrocoil, turbin air yang memiliki panjang pitch yang semakin mengecil searah aliran air yang melaluinya. Turbin Hydrocoil mampu bekerja pada head dan debit yang relatif rendah dibanding turbin air yang lain. Hal ini akan berkaitan dengan berbagai kemungkinan head dan debit air yang tersedia dari waduk yang akan dimanfaatkan, karena tidak semua waduk memiliki head dan debit yang tinggi. Sebelum konsep PLTMH tersebut di implemtasikan pada waduk, perlu dilakukan penelitian dalam skala laboratorium dan analisis simulasi menggunakan
4 komputer atau biasa disebut dengan Computational Fluid Dynamics (CFD). Computational Fluid Dynamics merupakan sebuah cabang dinamika fluida yang mampu memberikan simulasi aliran fluida berdasarkan solusi numeris. Penggunaan CFD telah banyak dilakukan karena mampu menekan biaya dan waktu dalam menganalisis suatu sistem fluida jika dibandingkan dengan metode eksperimental. Penggunaan CFD juga mampu memprediksi performasi suatu sistem fluida dan gambaran pola aliran fluida yang melewati sistem tersebut yang tidak dapat dideteksi dengan metode eksperimental. 1.2 RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Pengaruh perubahan posisi turbin pada pipa siphon terhadap nilai perolehan debit yang diterima oleh turbin. 2. Pengaruh perubahan posisi turbin pada pipa pipa siphon terhadap torsi yang dihasilkan turbin. 3. Pengaruh perubahan posisi turbin pada pipa siphon terhadap nilai daya dan efisiensi yang dhilasikan turbin. 4. Posisi turbin pada pipa siphon dengan performasi paling baik. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mendapatkan analisis perhitungan perolehan nilai debit yang diterima turbin pada masing - masing variasi pemposisian turbin. 2. Mendapatkan grafik perbandingan nilai torsi Turbin Hydrocoil yang diaplikasikan pada masing - masing variasi posisi pada pipa siphon. 3. Mendapatkan grafik performasi (Daya dan Efisiensi) Turbin Hydrocoil yang diaplikasikan di berbagai variasi penempatan Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon. 4. Mendapatkan posisi penempatan Turbin Hydrocoil pada pipa Siphon dengan performasi paling baik.
5 1.4 BATASAN DAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 1.4.1 Batasan Penelitian Batasan dan ruang lingkup permasalahan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: Penelitian ini tidak menyertakan analisis pompa vakum yang digunakan pada saat Pipa Siphon pertama kali digunakan. Penelitian ini tidak menyertakan desain penyangga Turbin Hydrocoil. Analisis simulasi CFD tidak menganalisis kekuatan penyangga dan sambungan serta bantalan poros turbin. Analisa simulasi tidak melibatkan analisis perpindahan panas (Heat Transfer) yang terjadi. Penelitian ini tidak menyertakan analisis material pipa siphon dan Turbin Hydrocoil. Penelitian ini tidak melibatkan analisis variasi perubahan Head dari Pipa Siphon. Penelitian ini tidak menyertakan analisis draft tube pada pipa siphon. 1.4.2 Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup dari penelitian ini adalah sebagai berikut: Desain Turbin Hydrocoil dan Pipa Siphon digambar degan menggunakan software Solidwork 2017. Pada penelitian ini menggunakan sofware ANSYS CFX 15.0 untuk mengetahui nilai Torsi dari Turbin Hydrocoil. 1.5 MANFAAT PENELITIAN Manfaat dari penilitian ini adalah sebagai berikut: Diharapkan penelitian ini dapat menjadi sumber referensi atau acuan oleh peniliti lain dalam hal pengembangan pemanfaatan Turbin Hydrocoil.
6 Diharapkan penelitian ini dapat menjadi sumber kajian oleh pemerintah/ instansi terkait ataupun pihak swasta dalam proses pembangunan PLTMH dengan konfigurasi Pipa Siphon dan Turbin Hydrocoil. 1.6 SISTEMATIKA PENULISAN BAB I berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan dan ruang lingkup penelitian serta sistematika penulisan dari Laporan Tugas Akhir Analisis Perubahan Posisi Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon dengan Metode Computational Fluid Dynamics. BAB II berisi teori teori yang mendasari penggunaan CFD sebagai metode analisis perubahan posisi Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon, serta rumus rumus yang digunakan dalam menganalisis performasi dari Turbin Hydrocoil. BAB II berisi mengenai tahapan tahapan penelitian yang dilakukan dalam menganalisis perubahan posisi Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon. BAB IV menjelaskan tentang hasil dari analisis perubahan posisi Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon dengan metode CFD. BAB V berisi kesimpulan yang merupakan jawaban dari rumusan masalah yang telah diuraikan pada Bab I dari hasil analisis perubahan posisi Turbin Hydrocoil pada Pipa Siphon dengan metode CFD, serta saran yang penulis tujukan kepada pihak pihak terkait sehubungan hasil penelitian.