JEJARING DAN MIKROHIRO DI INDONESIA (1)

1

PERENCANAAN
PEMANFAATAN ENERGI ALIRAN DAN TERJUNAN AIR
Disampaikan Oleh : Faisal Rahadian

JEJARING MIKROHIRO INDONESIA

2

PLTMH
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH),
biasa disebut mikrohidro, adalah suatu
pembangkit listrik kecil yang menggunakan
tenaga air di bawah kapasitas 100 kW yang dapat
berasal dari saluran irigasi, sungai atau air terjun
alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjun
(head) dan debit air.

Hydropower
klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Hidro

3

Big Dam

Small Dam

Hydropower Dam,

Small Hydropower,

Tinggi Bendung > 15 m
Bendung tidak renewable

Tinggi Bendung < 15 m
Kapasitas kurang dari 10 MW
Pembangkit listrik skala kecil

KLASIFIKASI PLTH skala kecil
Pembangkit Listrik Tenaga Hidro skala kecil
4


SMALL HIDRO, kurang dari 10 MW
MINI HIDRO

MIKRO HIDRO

PIKO HIDRO

100 kW s/d 1 MW

1 KW s/d 100 kW

Kurang dari 1 kW

Tinggi bendung < 5 m ?

• Tidak menggunakan
bendungan (Dam less)
• Tinggi bendung < 2 m
• Head < 50 meter

• Tegangan rendah

• Tidak menggunakan
bendungan (Dam less)
• Tinggi bendung < 2 m
• Head < 50 meter
• Tegangan rendah

konsep PLTMH
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro
5
Micro Hydro Power (MHP), Micro Hydropower,
Dikenalkan oleh insinyur hydropower di negara barat
yang prihatin terhadap penduduk negara miskin yang
tidak memperoleh listrik, padahal tersedia sumber
energi hidro berlimpah di wilayah-nya.; MHPG, ITDG,
SKAT
Rasionalisasi desain pembangkit listrik tenaga hidro
agar dapat di bangun, dikelola, dan dimiliki oleh
masyarakat sendiri.

Tidak menggunakan bendungan (dam),
Tinggi mercu bendung (weir) < 2 meter
Head rendah, kurang dari 50 meter untuk
mengurangi resiko bencana akibat water hammer,
dan tuntutan penggunaan material berkualitas
sangat tinggi

Tahap Pembangunan PLTMH

TEKNIS

TAHAP

NON-TEKNIS

potensi sumber energi hidro

PENJAJAGAN AWAL

potensi pasar listrik


kelayakan teknis

STUDI KELAYAKAN

kesepakatan masyarakat

detailed engineering design
instalasi PLTMH
kualitas listrik, operasi. dan
maintenance yang baik

DESAIN RINCI

pengorganisasian

PEMBANGUNAN

lembaga pengelola


OPERASI

pengelolaan lembaga
konsumen yang baik

7

Studi Potensi Sumber Energi Hidro



Studi potensi sumber energi hidro adalah penjajakan awal ketersediaan potensi
sumber energi hidro untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).



Digunakan untuk memilih dan mengutamakan lokasi yang akan ditindak lanjuti
dengan studi kelayakan




Studi potensi meliputi kegiatan observasi, pengumpulan data dan informasi
lokasi daerah aliran sungai suatu dusun/desa yang diperkirakan memiliki
potensi sumber energi hidro



Hasil Studi Potensi dibutuhkan untuk pengambilan keputusan apakah studi
perlu dilanjutkan dengan studi kelayakan yang membutuhkan studi yang lebih
rinci, teliti, dan sudah tentu akan membutuhkan biaya lebih besar

PRELIMINARY STUDY

Kriteria Kelayakan Potensi (contoh)
8
konsumen
jarak
kapasitas
debit air
bencana

aksesibilitas
lingkungan
ekonomi

Ada calon konsumen listrik di sekitar instalasi PLTMH pada radius 2 km
dari pembangkit atau gardu distribusi (GD).
Panjang jaringan distribusi dari titik lokasi pembangkit terhadap penerima
daya (beban) kurang dari 2 km untuk tegangan rendah (220 V)
Daya terbangkit cukup memadai untuk keseluruhan warga agar tidak
menimbulkan konflik sosial, minimal 1 Ampere atau 200 Watt /KK
Fluktuasi debit sumber air tidak terlampau besar, dan maksimal 1 bulan
kering pada musim kemarau
Mitigasi bencana; konstruksi berada pada tanah yang stabil, Tinggi
bendung tidak lebih dari 2 meter, dan Head desain kurang dari 50 meter.
Jalan akses menuju lokasi dapat dijangkau atau dapat ditempuh dengan
aman dan ekonomis.
Lokasi pembangkit tidak merusak lingkungan dan atau berada di kawasan
konservasi yang dilarang
Masyarakat memiliki sumber pendapatan uang untuk membiayai operasi
dan pemeliharaan instalasi PLTMH


PRELIMINARY STUDY

Persamaan Energi Potensial Air
9
Energi Potensial Air;

U = mg∆H

Daya = Energi per detik ;

W = gQ∆H = 9,8Q∆H

1 m3
1000 kg

U = Energi potensial [Joule]

H = 10 meter


m = Masa [kg]
g = gaya gravitasi 9,8 [m/det2]

U = 9,8 x 1000 X 10 Joule

H = Head, tinggi elevasi [m]
W = Daya [Watt]

W = 98000 Joule/detik
W = 98000 Watt = 98 kW

Q = Debit air [liter/detik]

PRELIMINARY STUDY

Kalkulasi Potensi Energi Hidro
10

W=5xQxH
Hlosses


W = 9,8 x Q x Hnet x ƞtotal
Dimana

W = Potensi kapasitas daya terbangkit [Watt]

Hgeodetic

Hnet

9,8 = Kecepatan gravitasi [meter/detik2]
Q = debit air [liter/detik]
Hnet = Energi Head [meter] = Hgeodetic - Hlosses

Ƞtotal = efisiensi total; sekitar 0,55
Ƞtotal = Ƞturbin x Ƞtransmisi mekanik x Ƞgenerator
Ƞturbin = 0,8
Ƞtransmisi mekanik = 0,95
Ƞgenerator = 0,9

W=5xQxH
11

W = 5 x Q x H [Watt]
dimana
Q = debit air [liter/detik]
H = Head [meter]
Jika H = meter dan Q = 100 liter/detik
maka; W = 5 x 100 x 10 = 5000 Watt

[meter]

Q [m3/detik]

W = 5 x Q x H [kW]
dimana
Q = debit air [m3 /detik]
H = Head [meter]
Jika H = 10 meter dan Q = 0,1 m3/detik
maka; W = 5 x 100 x 10 = 5 kW

PRELIMINARY STUDY

Sidik cepat bentang alam
12

Ada air terjun
Kelerengan di atas 2:1
Curah hujan di atas 4000 mm
Tutupan vegetasi rapat
Wilayah hutan konservasi
Tanah tidak porous

PRELIMINARY STUDY

Analisis peta dasar 1 : 1000
13

Peta topografi
Peta terrain goggle map
Wilayah dengan kontur rapat
Alur sungai
Luas daerah tangkapan air

PRELIMINARY STUDY

Observasi lokasi potensial
14

Menyusuri sungai dari desa ke
arah lokasi potensial
Transek melintang 1 km kiri
kanan lokasi potensial
Transek jalur kabel distribusi
Status tata guna dan
pemilikan lahan
Pengukuran Head Geodetic
Pengukuran debit air sesaat
Pengamatan tinggi muka
banjir
Ketersediaan material lokal ;
batu, pasir, kayu

PRELIMINARY STUDY

Pengukuran Head Geodetic
15

Selang waterpas; 1 cm
Waterpas; 1 cm
Total Station ; 5 cm
Theodolite; 10 cm
Pressure gauge; 0,01 Bar=1 m
Range finder; 1 m
Clinometers; 5 meter
GPS; 10 m
Altimeter; > 10 m

PRELIMINARY STUDY

Pengukuran Head Geodetic
16

Selang waterpas; 1 cm
Waterpas; 1 cm
Total Station ; 5 cm
Theodolite; 10 cm
Pressure gauge; 0,01 Bar=1 m
Range finder; 20 cm
Clinometers; 5 meter
GPS; 10 m
Altimeter; > 10 m

PRELIMINARY STUDY

Pengukuran Debit Sesaat
17

Metoda wadah
V notch weir
Rectangular Weir
Flow meter ; Q=VA
Larutan Garam
Bola Pingpong

PRELIMINARY STUDY

Pengukuran Debit Sesaat
18

Metoda wadah
V notch weir
Rectangular Weir
Flow meter ; Q=VA
Larutan Garam
Bola Pingpong

19

Studi kelayakan PLTMH
Studi kelayakan PLTMH adalah penelitian investasi PLTMH untuk menghasilkan daya atau
pendapatan secara berkelanjutan selama umur pakai desain. Kriteria kelayakan terdiri dari :
• Hidrologi ; W = 9,8 x n x Q X H ; Q90 untuk Isolated Grid
• Sipil ; umur desain konstruksi 20 tahun
• Mekanikal Elektrikal ; umur desain 10 tahun, moving parts 3 tahun.
• Ekonomi/Finansial ; masyarakat mampu membiayai operasi PLTMH dan menabung uang
untuk perbaikan; Internal Rate of Return (IRR); Benefit Cost Ratio (B/C ); Net Present
Value (NPV), Cash Flow, dsb
• Sosial Budaya : masyarakat mau dan mampu mengelola,, dan menyelesaikan konflik
• Lingkungan ; tidak ada dampak yang serius terhadap kerusakan lingkungan
• Keberlanjutan ; instalasi PLTMH dapat melayani kebutuhan listrik sesuai dengan umur
desain.

ANALISIS HIDROLOGI
20
Mengetahui potensi sumber energi hidro sepanjang tahun untuk
menggerakan turbin. Studi hidrologi bertujuan untuk mendapatkan
beberapa parameter yang akan digunakan dalam perencanaan
pembangunan mikrohidro, antara lain :
Debit andalan yang akan menjadi dasar perencanaan bangunan dan
penentuan jenis turbin.
Debit banjir sebagai dasar rencana bangunan utama dan parameter
keamanan seluruh bangunan PLTMH
Konservasi daerah tangkapan air (catchment area) yang
berpengaruh terhadap stabilitas debit andalan.
Penggunaan air selain dari kebutuhan PLTMH

HIDROLOGI

Flow Duration Curve
21

Debit desain
Off grid Q90 = 64,2
Grid Connected Q60 = 104,2
Debit banjir = 1295, untuk
menetapkan dimensi bendung

BANGUNAN SIPIL
22
Data dan informasi yang diperlukan dalam perencanaan bangunan sipil
instalasi PLTMH meliputi aspek geologi, topografi dan mekanika tanah
untuk penentuan lokasi, landskap, desain konstruksi, dsb.
Aman terhadap bahaya banjir, longsor, dan petir
Tidak menimbulkan resiko bencana terhadap penduduk dan
lingkungan
Tersedia lahan untuk penempatan komponen bangunan sipil yang
aman; kemiringan 1: 100 s/d 1:1500.
Penempatan pipa pesat ; kemiringan max 1:1
Arsitektur bangunan sesuai dengan budaya setempat

Layout PLTMH run off river
Cross Flow, PAT, Pelton, S tube

Layout PLTMH
Turbin Propeller Open Flume
24

25

Teknologi Turbin PLTMH
Turbin hidro adalah teknologi konversi energi hidrolika air menjadi energi
mekanik poros untuk menggerakan generator listrik atau mesin produksi

Evolusi teknologi PLTMH
26

Rusak setiap banjir
Umur pakai < 3 tahun
Listrik tidak stabil
Dimensi besar

Umur pakai 10 tahun
Over haul 3 tahun
Listrik sesuai standar
Dimensi kecil ,compact

AHB 2011

Spesifikasi Turbin
27
Umur pakai ; minimal 10 tahun
Kehandalan ; 300 jam per tahun
Overhaul ; 3 tahun, bearing, water seal, belt
Efisiensi minimal 55 %
Casing tidak bocor, tidak menyebabkan lantai becek
Noise ; meter dari mesin 100 dB

1998

Turbin Cross Flow T14, Lisensi Entec

2004

Turbin Cross Flow T15, Lisensi Entec

1996

Taman Nasional Gunung Halimun
Pump As Turbine (PAT), 15 kW, Ebara

2006

Propeller Open Flume, CIT

32

AHB 2011

1996

PT Kramat Raya
Francis 1 MW