Evalu{si Kinerja Pembangkit Listfik Tenaga Mikro Hidro Di Desa Buluh Awar Kecamatao Sibolangit Kabupaten Deli Serdatrg Propirsi Sumatera Utara

  

EVALUASI KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKRO HIDRO DI DESA BULUH AWAR

KECAMATAN SIBOLANGIT KABUPATEN DELI SERDANG

PROPINSI SUMATERA UTARA

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan

memenuhi syarat untuk menempuh Colloqium Doqtum/

  

Ujian Sarjana Teknik Sipil

  Disusun Oleh :

  

SAKIDIANSYAH

07 0404 005

BIDANG STUDI SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

  

2011

  

ABSTRAK

Saat ini, listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting bagi

kehidupan manusia. Listrik dibutuhkan tidak hanya untuk penerangan, melainkan

juga untuk melakukan aktivitas kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan

kegiatan sosial dan ekonomi masyarakat. Tak jarang, keberadaan jaringan listrik

pada suatu daerah menentukan kemajuan dan perkembangan daerah tersebut.

  Permasalahan yang ada saat ini adalah terbatasnya suplai tenaga listrik yang

mengakibatkan krisis energi listrik, terutama di daerah-daerah terpencil yang tidak

terjangkau oleh jaringan listrik PLN. Salah satu solusi untuk pengadaan energi listrik

di daerah terpencil tersebut adalah dengan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga

Mini/Mikro Hidro (PLTMH).

  PLTMH adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik

yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber

daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian

tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari

instalasi, maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan

energi listrik.

  Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kondisi Desa Buluh Awar, Kecamatan

Sibolangit, Kabupaten Deliserdang yang sudah terdapat jaringan pembangkit listrik

tenaga mikro hidro, namun dengan bertambahnya jumlah penduduk membuat

kebutuhan akan listrik juga semakin meningkat. Apalagi diikuti tuntutan dan

perkembangan teknologi informasi yang membutuhkan suplai energi listrik yang

besar.

  Studi ini bertujuan untuk menganalisis kinerja PLTMH yang sudah ada, di

mana analisis yang dihasilkan akan menunjukkan potensi energi yang ada di Sungai

Peipei, sebagai sumber air untuk memutar turbin, apakah daya yang selama ini

dimanfaatkan masih dapat ditingkatkan.

  Dalam melakukan studi ini dilakukan pengumpulan data primer dan data

sekunder. Data primer mencakup pengukuran debit sesaat, inventarisasi komponen

PLTMH, mulai dari intake, saluran pembawa, hingga rumah pembangkit (power

house ), dan pengukuran topografi lokasi PLTMH. Data sekunder meliputi data curah

hujan, data klimatologi, daerah tangkapan air (catchment area), data penduduk, dll.

  Hasil studi menunjukan bahwa perhitungan debit andalan dengan Metode F.J.

  3 Mock menghasilkan debit andalan sebesar 0,7.85 m /detik dan daya yang dihasilkan sebesar 93.86 kW.

  Kata Kunci: debit, tinggi jatuh (head), energi listrik iv

KATA PENGANTAR

  Alhamdulillah, segala puji syukur bagi allah SWT yang telah memberi karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam ke atas Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehinggga menjadi panutan dalam menjalankan setiap aktifitas kami sehari-hari, karena sungguh suatu hal yang sangat sulit yang menguji ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah dalam menyelesaikan penulisan ini.

  Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Stara Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah:

  “Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Di Desa

Buluh Awar Kecamatan Sibolangit Kabupaten Deli Serdang Propinsi Sumatera

Utara”

  Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :

  1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia M.Sc selaku Dosen Pembimbing, yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  2. Bapak Muhammad Faisal ST, MT, yang telah banyak memberikan dukukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.

  3. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  4. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  

i

  5. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  6. Bapak Ir. Terunajaya,MSc, Bapak Ir. Makmur Ginting, MSc, Bapak Ir.Sufrizal M Eng (Alm), Bapak Ivan Indrawan ST, MT, selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.

  7. Bapak Nadirin, Bapak Trimo, Bapak Tarigan, Bapak Kepin, Yang telah membantu dan menyelesaikan survey di lokasi study di desa buluh awar.

  8. Ibunda Suriani SST tercinta dan Ayahanda Syahrial Effendi yang telah banyak berkorban, memberikan motivasi hidup, semangat dan nasehat, beserta saudara- saudari tersayang: Yose Rizal Efeendi, Fifi Ayu Effendi, yang selalu mendoakan dan mendukung penulis.

  9. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  10. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada penulis.

  11. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2007, Alfri (Kancil), Aulia(Akong), Dipa, Faiz, dikin, Alef, Ghufran, Tomo, Iqbal, Bagus, Jora, Dicky, Juangga, Febri, Ihsan, Arsyad, Muna, Herry, Ari Manalu, Iwan, Dhani, Vivi, Adean, Putri, Tessa, Vina, Dina, Dita, Gina, serta teman-teman angkatan 2007 yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.

  12. Abang/kakak senior: Bang Maijer, Bang Roy, Bang Syawal, Bang Andre, Bang Hazian, Bang Riski, Bang Leo, Bang Ghafur, Bang Emir, Bang Acah, Bang Atha, Bang Gabe, Bang Afif, Bang Rivan, Bang Muhajir, Bang Tami, Bang Fahim, kak Nurhafni, Kak Icha, Kak Dzi, Kak Sheila, Kak Wynda, Kak Citra, Kak Diana.

  Adik-adik angkatan 2010: Abdul, Iqbal, Ijeb, Patra, Rissa, Reby, Dilla, Cika, Sari, Dara, dan lain-lain yang tidak dapat disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.

  13. Buat Sahabat saya Yasin, Tino, Andi, Tagor, Alex, Serta orang-orang yang penulis yang saya sayangi.

  14. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

  

ii Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, maka penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.

  Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.

  Medan, November 2011 Penulis

  Sakidiansyah 07 0404 005

iii

  DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .......................................................................................... i

ABSTRAK ............................................................................................................ iv

DAFTAR ISI ........................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi

  1.7.3 Bangunan Sipil .................................................................................. 13

  2.3 Perencanaan Pembangunan PLTMH .......................................................... 27

  2.2 Tenaga Listrik dan Air ............................................................................... 25

  2.1.2 Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ........ 25

  2.1.1 Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ........... 24

  2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH ...................................... 15

  BAB II ..................................................................................................................... 15

  1.8 Sistematika Penulisan ............................................................................... 13

  1.7.2 Energi Lisrik ...................................................................................... 12

  BAB I .......................................................................................................................1

  1.7.1 Kapasitas Aliran Air (debit) dan Tinggi Jatuh (head) ......................... 12

  1.7 Metodologi Penelitian ............................................................................... 11

  1.6 Lokasi Penelitian ...................................................................................... 10

  1.5 Pembatasan Masalah ................................................................................. 10

  1.4 Ruang Lingkup Kegiatan ............................................................................8

  1.3 Maksud dan Tujuan ....................................................................................8

  1.2 Latar Belakang............................................................................................3

  1.1 Umum ........................................................................................................1

  2.3.1 Perencanaan Sipil ............................................................................... 30

  2.3.2 Perencanaan Elektromekanikal ........................................................... 34

  2.7 Pipa Pesat (Penstock) ................................................................................. 68

  2.12.3 Mengukur debit dengan metode Direct Step ........................................ 85

  2.12.2 Mengukur Kecepatan Air Sungai ........................................................ 82

  2.12.1 Peralatan Yang Digunakan .................................................................. 82

  2.12 Analisis Debit Sesaat .............................................................................. 81

  2.11 Identifikasi Potensi dan Pengukuran Debit Air ....................................... 81

  2.10 Penerapan Teknologi Mikro Hidro ......................................................... 80

  2.9 Daya Energi Listrik .................................................................................... 77

  2.8 Rumah Pembangkit (Power House)............................................................ 76

  2.7.2 Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat ...................................... 73

  2.7.1 Diameter Pipa pesat ............................................................................ 72

  2.6 Tipe dan Struktur Dasar Saluran ................................................................ 62

  2.3.3 Standar Nasional Indonesia untuk PLTMH ......................................... 41

  2.5 Dam dan intake .......................................................................................... 57

  2.4.3 Flow Duration Curve (FDC) ............................................................... 55

  2.4.2 Debit Andalan Metode Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock . 50

  2.4.1.2 Cara Poligon (Thiessen polygon) ................................................. 50

  2.4.1.1 Cara rata-rata aritmatik ................................................................ 49

  2.4.1 Perhitungan Curah Hujan Regional ..................................................... 49

  2.4 Perhitungan Debit Andalan ........................................................................ 48

  2.3.7 Aspek Lembaga Kemasyarakatan ....................................................... 47

  2.3.6 Aspek Sosial Ekonomi ........................................................................ 47

  2.3.5 Aspek Lingkungan .............................................................................. 46

  2.3.4 Manfaat PLTMH ................................................................................ 44

  2.13 Pengukuran tinggi jatuh .......................................................................... 87

  2.14 Pengukuran lebar dan kedalaman sungai ................................................ 88

  BAB V .................................................................................................................. 101

  5.2.1 Analisis Data Curah Hujan............................................................... 107

  5.2 Evaluasi Data .......................................................................................... 106

  5.1.7 Jaringan transmisi ............................................................................ 106

  5.1.6 Rumah Pembangkit (Power House) ................................................. 105

  5.1.5 Pipa Pesat (Penstock) ....................................................................... 104

  5.1.4 Bak Penenang (Headtank) ............................................................... 104

  5.1.3 Saluran pembuang (Spillway) ........................................................... 103

  5.1.2 Saluran Pembawa (Head Race) ........................................................ 101

  5.1.1 Dam/bendung pengalih intake (diversion weir dan intake) ............... 101

  5.1 Kondisi Komponen-Komponen PLTMH................................................. 101

  4.5 Analisis Data .......................................................................................... 100

  2.15 Perkiraan jarak jaringan listrik PLN terdekat dengan desa setempat ........ 88

  4.4 Pengolahan Data ....................................................................................... 99

  4.3 Pengambilan Data ..................................................................................... 99

  4.2 Studi Pustaka ............................................................................................ 99

  4.1 Konsep Berfikir ........................................................................................ 96

  BAB IV .................................................................................................................. 96

  3.2.3 Data Curah Hujan dan Klimatologi .................................................... 94

  3.2.2 Kualitas Air ....................................................................................... 94

  3.2.1 Sungai ............................................................................................... 94

  3.2 Kondisi Hidroklimatologi ........................................................................ 94

  3.1 Umum ...................................................................................................... 89

  BAB III................................................................................................................... 89

  5.2.2 Perhitungan Metode Empiris Debit Andalan Sungai......................... 107

  5.2.3 Analisis Flow Duration Curve (FDC) ............................................... 123

  5.2.4 Analisis Debit sesaat ........................................................................ 126

  5.2.5 Daya yang Dapat Dihasilkan ............................................................ 127

  5.2.6 Perhitungan Ekonomis ..................................................................... 128

  BAB VI ................................................................................................................ 130

  6.1. Kesimpulan............................................................................................. 130

  6.2. Saran ...................................................................................................... 131 DAFTARPUSTAKA ........................................................................................... 132 LAMPIRAN ..............................................................................................................

DAFTAR GAMBAR

  Gambar 1. 1 Peta Lokasi Studi di Desa Buluh Awar Kecamatan Sibolangit. ............. 11 Gambar 2. 1 Bagan komponen-komponen PLTMH. ................................................. 17 Gambar 2. 2 Contoh bendung, intake, dan saluran pembawa di PLTMH. ................. 19 Gambar 2. 3 Contoh bak pengendap yang sudah beroperasi, kelebihan air dari saluran pembawa akan melimpah ke samping dan terdapat penyaring sampah. ............................................................................................... 19

  Gambar 2. 4 Contoh pipa pesat, perhatikan beda ketinggian yang ada. ..................... 20 Gambar 2. 5 Contoh Rumah pembangkit .................................................................. 20 Gambar 2. 6 Contoh turbin, perhatikan generator yang berwarna silver dan sabuk pemutar. .............................................................................................. 21 Gambar 2. 7 Contoh pengontrol beban listrik atau electric load controller. .............. 21 Gambar 2. 8 Contoh jaringan kabel listrik pada tiang jaringan. ................................. 22 Gambar 2. 9 Contoh jaringan listrik tepatnya pada sambungan rumah. ..................... 22 Gambar 2. 10 Efisiensi sistem yang spesifik untuk sebuah skema yang berjalan pada perencanaan aliran listrik. .................................................................... 27 Gambar 2. 11 Contoh Hidrograf dari data sepanjang 16 tahun .................................. 55 Gambar 2. 12 Contoh Flow Duration Curve (Kurva Durasi Debit Air) ..................... 56 Gambar 2. 13 Contoh low duration curve dalam satu tahun. ..................................... 56 Gambar 2. 14 grafik faktor gesekan pada pipa. ......................................................... 74 Gambar 2. 15 Efiesiensi pada skema PLTMH .......................................................... 79 Gambar 2. 16 Rambu-rambu Lokasi Pengukuran Debit Sungai. ............................... 83 Gambar 2. 17 Alat pengukur kecepatan arus (current meter) .................................... 83 Gambar 2. 18 Contoh format hitungan debit dengan current meter sederhana. ......... 84 Gambar 2. 19 Distribusi kecepatan aliran pada suatu tampang sungai....................... 85 Gambar 2. 20 Distribusi kecepatan aliran sungai secara horizontal dan vertikal. ....... 85 Gambar 3. 1 Peta Lokasi PLTMH Dalam Wilayah Kecamatan Sibolangit ................ 90 Gambar 3. 2 Peta Lokasi PLTMH Dalam Wilayah Desa Buluh Awar ...................... 91 Gambar 3. 3 Peta Tata Guna Lahan Kecamatan Sibolangit Kabupaten Deli Serdang. 93 Gambar 3. 4 Akses jalan menuju Desa Buluh Awar. ................................................ 93

  Gambar 3. 5 Kondisi sungai di lokasi studi (a) kondisi badan sungai (b) lokasi PLTMH. .................................................................................................................. 94 Gambar 4. 1 Digram Alir Konsep Berpikir Pembangunan PLTMH. ......................... 98 Gambar 5. 1 Dam/bendung pengalih intake (diversion weir dan intake). ................ 101 Gambar 5. 2 Situasi/Komponen PLTMH................................................................ 103 Gambar 5. 3 saluran pembawa (Head Race) ........................................................... 103 Gambar 5. 4 Saluran Pembuang (spillway) ............................................................. 103 Gambar 5. 5 (a) bak penenang, (b) saringan, (c) salurang pelimpah ........................ 104 Gambar 5. 6 pipa pesat (penstock) .......................................................................... 105 Gambar 5. 7 Power house dan generator ................................................................ 105 Gambar 5. 8 jaringan transmisi dari lokasi PH (Power House) ke penduduk .......... 106 Gambar 5. 9 Grafik PDC (Flow Duration Curve) ................................................... 125 Gambar 5. 10 Grafik Debit rata-rata bulanan dari Tahun 2001-2010 ...................... 126

DAFTAR TABEL

  Tabel 2. 1 Komponen PLTMH dan Fungsinya ......................................................... 17 Tabel 2. 2 Material Pipa Pesat .................................................................................. 33 Tabel 2. 3 Daerah Operasi Turbin ............................................................................ 35 Tabel 2. 4 Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin ........................................ 36 Tabel 2. 5 Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin ................................... 37 Tabel 2. 6 Putaran Generator Sinkron (rpm) ............................................................. 38 Tabel 2. 7 Run-away speed turbin, N maks/N ........................................................... 38 Tabel 2. 8 Standar Nasional Indonesia untuk PLTMH .............................................. 41 Tabel 2. 9 Perhitungan prosentasi luas daerah (a i ) pada suatu wilayah A

  (10.000 ha) ............................................................................................... 50 Tabel 2. 10 Perhitungan Curah Hujan rata -rata cara poligon di suatu Wilayah A ..... 50

Tabel 2.11 Jenis dam Intake ..................................................................................... 58Tabel 2.12 Tipe-Tipe Saluran Pembawa Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala

  Kecil ...................................................................................................... 63

Tabel 2.13 Struktur Dasar Saluran Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala

  Kecil. ..................................................................................................... 65 Tabel 2. 14 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air Skala kecil ....................................................................................................... 70 Tabel 2. 15 Koefisien kekasaran pipa dalam mm ...................................................... 74 Tabel 2. 16 koefisien ketajaman sudut masuk ........................................................... 75 Tabel 2. 17 Koefisien bukaan klep ........................................................................... 75 Tabel 3. 1 Curah Hujan Bulanan Stasiun Tuntungan dan Sekitarnya ........................ 95 Tabel 3. 2 Curah Hujan Bulanan Stasiun Tongkoh (Kabupaten Karo) ...................... 95 Tabel 3. 3 Curah Hujan Bulanan Stasiun Kuta Gadung (Kabupaten Karo) ............... 95 Tabel 5. 1 Curah Hujan Regional DAS Peipei ....................................................... 107 Tabel 5. 2 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2001 ............................................................................................................................. 113 Tabel 5. 3 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2002 ............................................................................................................................. 114

  Tabel 5. 4 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2003 ............................................................................................................................. 115 Tabel 5. 5 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2004 ............................................................................................................................. 116 Tabel 5. 6 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2005 ............................................................................................................................. 117 Tabel 5. 7 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2006 ............................................................................................................................. 118 Tabel 5. 8 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2007 ............................................................................................................................. 119 Tabel 5. 9 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2008 ............................................................................................................................. 120 Tabel 5. 10 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn.

  2009...................................................................................................................... 121 Tabel 5. 11 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Peipei Thn. 2010...................................................................................................................... 122 Tabel 5. 12 Debit S. Peipei di Desa Buluh Awar (2001 – 2010) ............................ 123 Tabel 5. 13 Probabilitas Kejadian Debit di S. Peipei Desa Buluh Awar 2001 – 2010 ............................................................................................................................. 124 Tabel 5. 14 Hasil Perhitungan Debit Andalan “Metode F.J.Mock” ........................ 125 Tabel 5. 15 Pengukuran Perhitungan Kecepatan dan Debit Air Sungai .................. 127