Studi Potensi Sungai Padang Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro Di Kecamatan Sipispis Kabupaten Serdang Bedagai Provinsi Sumatera Utara Tugas Akhir
STUDI POTENSI SUNGAI PADANG UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA MINI HIDRO DI KECAMATAN SIPISPIS KABUPATEN
SERDANG BEDAGAI PROVINSI SUMATERA UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat
Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
MUHAMMAD FAHMI
10 0404 024
Pembimbing :
Pembimbing I
Ir. Syahrizal, M.T.
NIP. 19611231198811 1 001
Pembimbing II
Ivan Indrawan,S.T.,M.T.
NIP. 19761205 200604 1 001
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI POTENSI SUNGAI PADANG UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA MINI HIDRO DI KECAMATAN SIPISPIS KABUPATEN
SERDANG BEDAGAI PROVINSI SUMATERA UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
dalam menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan oleh:
MUHAMMAD FAHMI
10 0404 024
Pembimbing
Pembimbing I
Pembimbing II
Ivan Indrawan, S.T., M.T.
Ir. Syahrizal, M.T.
NIP. 19611231198811 1 001
NIP. 19761205 200604 1 001
Penguji I
Penguji II
Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc
Ir. Alferido Malik
NIP. 19530504 198103 1 003
NIP. 19660417 199303 1 004
Mengesahkan:
Ketua Departemen Teknik Sipil
Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
NIP. 19561224 198103 1 002
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah Swt Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat, rahmat, dan karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya
selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus
dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik,
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari
bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan
ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga
kepada :
1. Kedua orang tua tercinta, Syamsuri ahmad dan sakdiah yakub yang selalu
memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi
yang tidak ternilai.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT sebagai dosen
pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk
memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil,
Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber
Daya Air.
5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas
Sumatera Utara,
6. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M. Sc. dan Bapak Ir. Alferido Malik selaku
dosen pembanding/penguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada
penulis terhadap Tugas Akhir ini.
7.
Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara
yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak
didiknya termasuk penulis.
8. Kepada yang terkhusus bapak Muhammad Faisal ST.MT, yang telah banyak
mengajari, membantu, dan memberikan dukungan, doa, serta motivasi kepada
saya.
9. Seluruh pegawai administrasi
yang telah
memberikan bantuan
dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10. Kepada keluarga/sepupu ku tersayang Fazli, faris, farhan ,kak dewi serta yang
lainnya, terima kasih atas semua dukungan, doa, motivasi, semangat, bimbingan,
dan rasa sayangnya untuk penulis.
11. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat
seperjuangan stambuk 2010 :Iqbal, ijep, akbar, iwan, uus, bocah naurah, dwi,
adlin, himawan, titok, komeng tria. Lamhot, sari, Dhaka, khairul, nardis, rizqan
dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan,
dukungan, dan doa kalian.
12. Kepada adinda stambuk 2013 ,iman, rizka amalia, yasir, noprah , yahya, akmal,
rio, nadia, indah, faras ,tiwi, mahadi, rahmad rizki, dan seluruh adik adik 2013.
Terima kasih banyak atas dukungan dan motivasi kepada saya
Semoga Allah swt Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat
dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis
ucapkan terima kasih sebesar-besarnya.
Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga
penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih
memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal
mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan
menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita
semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.
Medan,
2015
Hormat Saya
MUHAMMAD FAHMI
ABSTRAK
Pada Saat ini, listrik memegang peranan sangat penting bagi cepat atau
lambatnya pertumbuhan ekonomi di suatu wilayah. Karena peranan energy listrik
saat ini bukan hanya dipergunakan sebagai sumber penerangan tetapi juga untuk
industry kecil maupun besar.
Keterbatasan PLN sebagai pensuplai energy listrik saat ini khususnya di
wilayah pedesaan, membuat peningkatan taraf ekonomi di wilayah pedesaan menjadi
sangat terlambat. Situasi ini membuat taraf hidup masyarakat pedesaan menjadi tidak
berkembang.
Untuk itu perlu adanya pembangunan energy listrik terbarukan khususnya
diwilayah pedesaan guna meningkatkan taraf hidup masyarakat pedesaan. Energy
terbarukan yang dimaksud dalam hal ini adalah PLTM. Dimana kapasitas daya yang
mampu dihasilkan melebihi 100 kw.
Dalam Studi potensi ini bertujuan untuk menganalisis berapa besarnya
potensi energi listrik yang berada di sungai padang kecamatan sipispis. Dimana
sumber air yang akan digunakan untuk mendesain dasar bangunan PLTM serta
dipergunakan untuk memutar turbin diambil dari DAS padang.
Dalam melaksanakan studi potensi ini dilakukan pengumpulan data baik
primer maupun data sekunder. Data primer meliputi pengukuran debit sesaat dilokasi
potensi, sedangkan data sekunder meliputi data curah hujan, data klimatologi, daerah
tangkapan air (catchment area) dan data topografi, dll.
Hasil studi potensi yang dilakukan menunjukan bahwa dalam perhitungan
debit andalan dengan Metode F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 7.43
m3/detik dan daya yang dihasilkan sebesar 1115.1 kw.
Kata Kunci: tinggi jatuh (head), debit andalan, energi listrik
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .............................................................................................. i
ABSTRAK ................................................................................................................ iv
DAFTAR ISI .............................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................vi
DAFTAR TABEL ....................................................................................................vii
DAFTAR NOTASI ...................................................................................................ix
BAB I ...........................................................................................................................1
1.1
Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2
Perumusan Masalah ....................................................................................... 5
1.3
Maksud dan Tujuan ....................................................................................... 5
1.4
Pembatasan Masalah ..................................................................................... 6
1.5
Ruang Lingkup Penelitian ............................................................................. 6
1.6
Manfaat Penelitian ......................................................................................... 7
1.7
Metodologi Penelitian ................................................................................... 7
1.8
Sistematika Penulisan .................................................................................... 8
BAB II ........................................................................................................................ 10
2.1
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH...................................... 10
2.1.1
Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ............13
2.1.2
Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) .........14
2.2
Tenaga Listrik dan Air ..................................................................................15
2.3
Perencanaan Pembangunan PLTMH .............................................................17
2.3.1
Dam/bendung pengalih intake ...............................................................17
2.3.2
Penentuan bentuk aliran sungai ..............................................................19
2.3.3
penentuan lokasi rumah pembangkit ......................................................20
2.4
Perencanaan sipil ...........................................................................................20
2.4.1
Pengerjaan saluran penghantar (headrace) .............................................20
2.4.1.1
2.4.2
2.5
Menentukan potongan melintang dan kemiringan(slope) ..............22
Perencanaan Pipa Pesat ..........................................................................24
2.4.2.1
Diameter pipa pesat ........................................................................26
2.4.5.2
Kehilangan akibat gesekan pada pipa pesat ....................................28
Perencanaan elektromekanikal ......................................................................31
2.5.1
Pemilihan turbin .....................................................................................31
2.5.2
Pemilihan generator ...............................................................................36
2.5.3
Rumah pembangkit ................................................................................36
2.6
Perhitungan debit andalan .............................................................................39
2.6.1
Debit andalan metode FJ mock ..............................................................40
2.6.2
Flow duration curve ...............................................................................44
2.7
Daya Energi Listrik .......................................................................................46
2.8
Analisis Debit Sesaat .................................................................................48
2.8.1
Peralatan Yang Digunakan .....................................................................49
2.8.2
Mengukur Kecepatan Air Sungai ...........................................................50
2.8.2.1
Menentukan lokasi pengukuran debit sungai..................................50
2.8.2.2
Mengukur kecepatan air dengan current meter...............................51
2.9
Pengukuran tinggi jatuh .............................................................................52
2.10
Analisa Hidro Ekonomi .............................................................................52
BAB III ...................................................................................................................... 56
3.1
Umum .......................................................................................................... 56
3.2
Kondisi geologi daerah potensi .................................................................. 57
3.2.1
Lokasi bangunan bendung, intake, sandtrap dan headpond ................. 57
3.2.2
Lokasi bangunan penstock dan powerhouse ........................................ 58
3.3
Kondisi hidroklimatologi ............................................................................ 60
3.3.1
Sungai ................................................................................................... 60
3.3.2
Kualitas air ........................................................................................... 61
3.3.3
Data curah hujan dan klimatologi ........................................................ 62
BAB IV ...................................................................................................................... 63
4.1
Konsep Berfikir ........................................................................................... 63
4.2
Pengambilan Data........................................................................................ 64
4.3
Pengolahan Data .......................................................................................... 67
4.3.1
Data hidrologi dan klimatologi ............................................................ 67
4.3.2
Data hasil survei hidrometri ................................................................. 67
4.3.3
Data hasil survei topografi ................................................................... 68
4.4
Analisis Data ............................................................................................... 68
BAB V........................................................................................................................ 69
5.1
Evaluasi Data ............................................................................................... 69
5.1.1
Analisis Data Curah Hujan................................................................... 69
5.1.2
Peta daerah aliran sungai ...................................................................... 71
5.1.3
Evapotranspirasi ................................................................................... 72
5.1.4
Perhitungan metode empiris debit andalan sungai ............................... 76
5.1.5
Analisi flow duration curve (FDC) ...................................................... 91
5.1.6
Analisis debit sesaat ............................................................................. 94
5.2
Desain dasar pekerjaan sipil ........................................................................ 96
5.2.1
Desain saluran pembawa ...................................................................... 96
5.2.2
Pipa pesat (penstock)............................................................................ 98
5.3
Kapasitas daya yang dihasilkan ................................................................. 100
5.4
Perhitungan ekonomis ............................................................................... 101
BAB VI .................................................................................................................... 106
6.1.
Kesimpulan ................................................................................................ 106
6.2.
Saran .......................................................................................................... 107
DAFTARPUSTAKA .............................................................................................. 108
LAMPIRAN ...................................................................................................................
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan sebuah
PLTMH.......................................................................................................................10
Gambar 2.2 efisiensi system perencanaan aliran
listrik...........................................................................................................................16
Gambar 2.3 contoh
bendung/intake............................................................................................................19
Gambar 2.4 contoh saluran
pembawa.....................................................................................................................21
Gambar 2.5 contoh pipa
pesat............................................................................................................................25
Gambar 2.6 grafik faktor gesekan pada
pipa..............................................................................................................................29
Gambar 2.7 pelton
turbin...........................................................................................................................32
Gambar 2.8 francis
turbin...........................................................................................................................33
Gambar 2.9 kaplan
turbin...........................................................................................................................34
Gambar 2.10 diagram klasifikasi turbin air
.....................................................................................................................................34
Gambar 2.11 perbandingan karakteristik
turbin...........................................................................................................................35
Gambar 2.12 contoh hidrograf dari data sepanjang 16
tahun…………………………………………………………………………………44
Gambar 2.13 contoh flow duration
curve……………………………………………………………..…………………..45
Gambar 2.14 contoh low duration
curve…………………………………………………………………………………46
Gambar 2.15 efisiensi pada skema
PLTMH…………………………………………………….………………………..47
Gambar 2.16 rambu rambu lokasi pengukuran debit
sungai………………………………………………………………………….…….50
Gambar 2.17 alat pengukut kecepatan
arus……………………………………………………………..……………………51
Gambar 2.18 contoh format hitungan debit dengan current
meter………………………………………………………………………………...51
Gambar 3.1 peta lokasi
penelitian……………………………………………………………………………56
Gambar 3.2 gambaran lokasi
penelitian……………………………………………..……………………………...58
Gambar 3.3 peta tata guna
lahan……………………………………………………………………………..…..60
Gambar 4.1 diagram alur
penelitian…………………………………………………………………………….66
Gambar 5.1 peta stasiun sindar
raya………………………………………………………………………………..…70
Gambar 5.2 daerah aliran
sungai………………………………………………………………………………..72
Gambar 5.3 Grafik
FDC………………………………………………………………………………….93
Gambar 5.4 Grafik
debit
rerata
bulanan
tahun
20052014............................................................................................................................94
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Daftar Pembangkitan di Sumatera Bagian Utara Tahun
2012…………………………………………………………………………………..2
Tabel 2.1 kecepatan maksimum pada
saluran……………………………………………………………………………….23
Tabel 2.2 kemiringan sisi
saluran………………………………………….……………………………………23
Tabel 2.3 Koefisien kekasaran pipa dalam
mm………………………………………………………….……………….….28
Tabel 2 4 koefisien ketajaman sudut
masuk…………………………………………………...…………………………...29
Tabel 2.5 Koefisien bukaan
klep………………………………………………………………………………..…30
Tabel 3.1 Curah Hujan Bulanan Stasiun sindar raya dan
Sekitarnya………………………………………………………………...…………61
Tabel 3.2 Curah Hujan harian Stasiun sindar raya dan
Sekitarnya……………………………………………………………...……………61
Tabel 3.3 Data klimatologi kuala
namo…………………………………………..…………………………………….62
Tabel 5.3 perhitungan evapotranspirasi dengan metode
penman………………………………………………………………………………75
Tabel 5.4 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005…........................................................................................................................81
Tabel 5.5 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………....82
Tabel 5.6 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………….83
Tabel 5 7 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005…........................................................................................................................84
Tabel 5.8 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005……………………………………………………………………………….....85
Tabel 5.9 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………....86
Tabel 5.10 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005……………………………………………………………………………….....87
Tabel 5.11 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………….88
Tabel 5.12 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………....89
Tabel 5.13 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………....90
Tabel 5. 14 Debit S. Padang di kecamatan sipispis (2005 –
2014)…………………………………………………………………..……………91
Tabel 5.15 Probabilitas Kejadian Debit di S. Padang sipispis 2005 –
2014………………………………………………………………………….……...92
Tabel 5.16 Hasil Perhitungan Debit Andalan “Metode
F.J.Mock”…………………………………………………………….…………......93
Tabel 5.1 Pengukuran Perhitungan kecepatan dan Debit Air
Sungai……………………………………………………………………….……....95
Tabel 5.18 Trial and Error
NPV…………………………………….…………………...……………………..104
DAFTAR NOTASI
Q
V
A
P
�
g
Heff
ηtot
N
L
Hgross
ts
Pi
D
Kf
Sf
Pt
H
ηt
Ri
Ea
Eto
N
ΔS
R
Ea
WS
= Debit aliran (m³/s)
= Kecepatan aliran (m/s)
= Luas penampang (m²)
= Daya terbangkitkan (Watt)
= Massa jenis air = 1000 ��/�3
= percepatan gravitasi = 9,81 �2 /�
= tinggi efektif (m)
= efisiensi total.
= Koefisien kekasaran
= Panjang penstock (m)
= Tinggi jatuh air (gross head) (m)
= adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi
= tekanan hidrostatik, kNi P mm
= diameter dalam pipa
= faktor pengelasan
=desain tegangan pipa yang diizinkan
= maksimum turbin output (kW)
= head efektif (m)
= efisiensi turbin
= besarnya CH pada stasiun
= Evapotranspirasi aktual (mm)
= Evapotranspirasi potensial (mm)
= jumlah hari hujan dalam sebulan
= Keseimbangan air dipermukaan tanah
= Hujan Bulanan
= Evapotranspirasi Aktual
= water surplus
TENAGA MINI HIDRO DI KECAMATAN SIPISPIS KABUPATEN
SERDANG BEDAGAI PROVINSI SUMATERA UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat
Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
Disusun oleh :
MUHAMMAD FAHMI
10 0404 024
Pembimbing :
Pembimbing I
Ir. Syahrizal, M.T.
NIP. 19611231198811 1 001
Pembimbing II
Ivan Indrawan,S.T.,M.T.
NIP. 19761205 200604 1 001
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI POTENSI SUNGAI PADANG UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA MINI HIDRO DI KECAMATAN SIPISPIS KABUPATEN
SERDANG BEDAGAI PROVINSI SUMATERA UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat
dalam menempuh Colloqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan oleh:
MUHAMMAD FAHMI
10 0404 024
Pembimbing
Pembimbing I
Pembimbing II
Ivan Indrawan, S.T., M.T.
Ir. Syahrizal, M.T.
NIP. 19611231198811 1 001
NIP. 19761205 200604 1 001
Penguji I
Penguji II
Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc
Ir. Alferido Malik
NIP. 19530504 198103 1 003
NIP. 19660417 199303 1 004
Mengesahkan:
Ketua Departemen Teknik Sipil
Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
NIP. 19561224 198103 1 002
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah Swt Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat, rahmat, dan karunia-Nya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya
selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus
dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik,
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU).
Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari
bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan
ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga
kepada :
1. Kedua orang tua tercinta, Syamsuri ahmad dan sakdiah yakub yang selalu
memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi
yang tidak ternilai.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT sebagai dosen
pembimbing saya, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk
memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil,
Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber
Daya Air.
5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas
Sumatera Utara,
6. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M. Sc. dan Bapak Ir. Alferido Malik selaku
dosen pembanding/penguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada
penulis terhadap Tugas Akhir ini.
7.
Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara
yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak
didiknya termasuk penulis.
8. Kepada yang terkhusus bapak Muhammad Faisal ST.MT, yang telah banyak
mengajari, membantu, dan memberikan dukungan, doa, serta motivasi kepada
saya.
9. Seluruh pegawai administrasi
yang telah
memberikan bantuan
dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10. Kepada keluarga/sepupu ku tersayang Fazli, faris, farhan ,kak dewi serta yang
lainnya, terima kasih atas semua dukungan, doa, motivasi, semangat, bimbingan,
dan rasa sayangnya untuk penulis.
11. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat
seperjuangan stambuk 2010 :Iqbal, ijep, akbar, iwan, uus, bocah naurah, dwi,
adlin, himawan, titok, komeng tria. Lamhot, sari, Dhaka, khairul, nardis, rizqan
dan seluruh rekan-rekan seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan,
dukungan, dan doa kalian.
12. Kepada adinda stambuk 2013 ,iman, rizka amalia, yasir, noprah , yahya, akmal,
rio, nadia, indah, faras ,tiwi, mahadi, rahmad rizki, dan seluruh adik adik 2013.
Terima kasih banyak atas dukungan dan motivasi kepada saya
Semoga Allah swt Tuhan Yang Maha Esa membalas dan melimpahkan rahmat
dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis
ucapkan terima kasih sebesar-besarnya.
Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga
penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih
memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal
mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan
menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita
semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.
Medan,
2015
Hormat Saya
MUHAMMAD FAHMI
ABSTRAK
Pada Saat ini, listrik memegang peranan sangat penting bagi cepat atau
lambatnya pertumbuhan ekonomi di suatu wilayah. Karena peranan energy listrik
saat ini bukan hanya dipergunakan sebagai sumber penerangan tetapi juga untuk
industry kecil maupun besar.
Keterbatasan PLN sebagai pensuplai energy listrik saat ini khususnya di
wilayah pedesaan, membuat peningkatan taraf ekonomi di wilayah pedesaan menjadi
sangat terlambat. Situasi ini membuat taraf hidup masyarakat pedesaan menjadi tidak
berkembang.
Untuk itu perlu adanya pembangunan energy listrik terbarukan khususnya
diwilayah pedesaan guna meningkatkan taraf hidup masyarakat pedesaan. Energy
terbarukan yang dimaksud dalam hal ini adalah PLTM. Dimana kapasitas daya yang
mampu dihasilkan melebihi 100 kw.
Dalam Studi potensi ini bertujuan untuk menganalisis berapa besarnya
potensi energi listrik yang berada di sungai padang kecamatan sipispis. Dimana
sumber air yang akan digunakan untuk mendesain dasar bangunan PLTM serta
dipergunakan untuk memutar turbin diambil dari DAS padang.
Dalam melaksanakan studi potensi ini dilakukan pengumpulan data baik
primer maupun data sekunder. Data primer meliputi pengukuran debit sesaat dilokasi
potensi, sedangkan data sekunder meliputi data curah hujan, data klimatologi, daerah
tangkapan air (catchment area) dan data topografi, dll.
Hasil studi potensi yang dilakukan menunjukan bahwa dalam perhitungan
debit andalan dengan Metode F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 7.43
m3/detik dan daya yang dihasilkan sebesar 1115.1 kw.
Kata Kunci: tinggi jatuh (head), debit andalan, energi listrik
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .............................................................................................. i
ABSTRAK ................................................................................................................ iv
DAFTAR ISI .............................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................vi
DAFTAR TABEL ....................................................................................................vii
DAFTAR NOTASI ...................................................................................................ix
BAB I ...........................................................................................................................1
1.1
Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2
Perumusan Masalah ....................................................................................... 5
1.3
Maksud dan Tujuan ....................................................................................... 5
1.4
Pembatasan Masalah ..................................................................................... 6
1.5
Ruang Lingkup Penelitian ............................................................................. 6
1.6
Manfaat Penelitian ......................................................................................... 7
1.7
Metodologi Penelitian ................................................................................... 7
1.8
Sistematika Penulisan .................................................................................... 8
BAB II ........................................................................................................................ 10
2.1
Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro PLTMH...................................... 10
2.1.1
Kelebihan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) ............13
2.1.2
Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) .........14
2.2
Tenaga Listrik dan Air ..................................................................................15
2.3
Perencanaan Pembangunan PLTMH .............................................................17
2.3.1
Dam/bendung pengalih intake ...............................................................17
2.3.2
Penentuan bentuk aliran sungai ..............................................................19
2.3.3
penentuan lokasi rumah pembangkit ......................................................20
2.4
Perencanaan sipil ...........................................................................................20
2.4.1
Pengerjaan saluran penghantar (headrace) .............................................20
2.4.1.1
2.4.2
2.5
Menentukan potongan melintang dan kemiringan(slope) ..............22
Perencanaan Pipa Pesat ..........................................................................24
2.4.2.1
Diameter pipa pesat ........................................................................26
2.4.5.2
Kehilangan akibat gesekan pada pipa pesat ....................................28
Perencanaan elektromekanikal ......................................................................31
2.5.1
Pemilihan turbin .....................................................................................31
2.5.2
Pemilihan generator ...............................................................................36
2.5.3
Rumah pembangkit ................................................................................36
2.6
Perhitungan debit andalan .............................................................................39
2.6.1
Debit andalan metode FJ mock ..............................................................40
2.6.2
Flow duration curve ...............................................................................44
2.7
Daya Energi Listrik .......................................................................................46
2.8
Analisis Debit Sesaat .................................................................................48
2.8.1
Peralatan Yang Digunakan .....................................................................49
2.8.2
Mengukur Kecepatan Air Sungai ...........................................................50
2.8.2.1
Menentukan lokasi pengukuran debit sungai..................................50
2.8.2.2
Mengukur kecepatan air dengan current meter...............................51
2.9
Pengukuran tinggi jatuh .............................................................................52
2.10
Analisa Hidro Ekonomi .............................................................................52
BAB III ...................................................................................................................... 56
3.1
Umum .......................................................................................................... 56
3.2
Kondisi geologi daerah potensi .................................................................. 57
3.2.1
Lokasi bangunan bendung, intake, sandtrap dan headpond ................. 57
3.2.2
Lokasi bangunan penstock dan powerhouse ........................................ 58
3.3
Kondisi hidroklimatologi ............................................................................ 60
3.3.1
Sungai ................................................................................................... 60
3.3.2
Kualitas air ........................................................................................... 61
3.3.3
Data curah hujan dan klimatologi ........................................................ 62
BAB IV ...................................................................................................................... 63
4.1
Konsep Berfikir ........................................................................................... 63
4.2
Pengambilan Data........................................................................................ 64
4.3
Pengolahan Data .......................................................................................... 67
4.3.1
Data hidrologi dan klimatologi ............................................................ 67
4.3.2
Data hasil survei hidrometri ................................................................. 67
4.3.3
Data hasil survei topografi ................................................................... 68
4.4
Analisis Data ............................................................................................... 68
BAB V........................................................................................................................ 69
5.1
Evaluasi Data ............................................................................................... 69
5.1.1
Analisis Data Curah Hujan................................................................... 69
5.1.2
Peta daerah aliran sungai ...................................................................... 71
5.1.3
Evapotranspirasi ................................................................................... 72
5.1.4
Perhitungan metode empiris debit andalan sungai ............................... 76
5.1.5
Analisi flow duration curve (FDC) ...................................................... 91
5.1.6
Analisis debit sesaat ............................................................................. 94
5.2
Desain dasar pekerjaan sipil ........................................................................ 96
5.2.1
Desain saluran pembawa ...................................................................... 96
5.2.2
Pipa pesat (penstock)............................................................................ 98
5.3
Kapasitas daya yang dihasilkan ................................................................. 100
5.4
Perhitungan ekonomis ............................................................................... 101
BAB VI .................................................................................................................... 106
6.1.
Kesimpulan ................................................................................................ 106
6.2.
Saran .......................................................................................................... 107
DAFTARPUSTAKA .............................................................................................. 108
LAMPIRAN ...................................................................................................................
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan sebuah
PLTMH.......................................................................................................................10
Gambar 2.2 efisiensi system perencanaan aliran
listrik...........................................................................................................................16
Gambar 2.3 contoh
bendung/intake............................................................................................................19
Gambar 2.4 contoh saluran
pembawa.....................................................................................................................21
Gambar 2.5 contoh pipa
pesat............................................................................................................................25
Gambar 2.6 grafik faktor gesekan pada
pipa..............................................................................................................................29
Gambar 2.7 pelton
turbin...........................................................................................................................32
Gambar 2.8 francis
turbin...........................................................................................................................33
Gambar 2.9 kaplan
turbin...........................................................................................................................34
Gambar 2.10 diagram klasifikasi turbin air
.....................................................................................................................................34
Gambar 2.11 perbandingan karakteristik
turbin...........................................................................................................................35
Gambar 2.12 contoh hidrograf dari data sepanjang 16
tahun…………………………………………………………………………………44
Gambar 2.13 contoh flow duration
curve……………………………………………………………..…………………..45
Gambar 2.14 contoh low duration
curve…………………………………………………………………………………46
Gambar 2.15 efisiensi pada skema
PLTMH…………………………………………………….………………………..47
Gambar 2.16 rambu rambu lokasi pengukuran debit
sungai………………………………………………………………………….…….50
Gambar 2.17 alat pengukut kecepatan
arus……………………………………………………………..……………………51
Gambar 2.18 contoh format hitungan debit dengan current
meter………………………………………………………………………………...51
Gambar 3.1 peta lokasi
penelitian……………………………………………………………………………56
Gambar 3.2 gambaran lokasi
penelitian……………………………………………..……………………………...58
Gambar 3.3 peta tata guna
lahan……………………………………………………………………………..…..60
Gambar 4.1 diagram alur
penelitian…………………………………………………………………………….66
Gambar 5.1 peta stasiun sindar
raya………………………………………………………………………………..…70
Gambar 5.2 daerah aliran
sungai………………………………………………………………………………..72
Gambar 5.3 Grafik
FDC………………………………………………………………………………….93
Gambar 5.4 Grafik
debit
rerata
bulanan
tahun
20052014............................................................................................................................94
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Daftar Pembangkitan di Sumatera Bagian Utara Tahun
2012…………………………………………………………………………………..2
Tabel 2.1 kecepatan maksimum pada
saluran……………………………………………………………………………….23
Tabel 2.2 kemiringan sisi
saluran………………………………………….……………………………………23
Tabel 2.3 Koefisien kekasaran pipa dalam
mm………………………………………………………….……………….….28
Tabel 2 4 koefisien ketajaman sudut
masuk…………………………………………………...…………………………...29
Tabel 2.5 Koefisien bukaan
klep………………………………………………………………………………..…30
Tabel 3.1 Curah Hujan Bulanan Stasiun sindar raya dan
Sekitarnya………………………………………………………………...…………61
Tabel 3.2 Curah Hujan harian Stasiun sindar raya dan
Sekitarnya……………………………………………………………...……………61
Tabel 3.3 Data klimatologi kuala
namo…………………………………………..…………………………………….62
Tabel 5.3 perhitungan evapotranspirasi dengan metode
penman………………………………………………………………………………75
Tabel 5.4 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005…........................................................................................................................81
Tabel 5.5 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………....82
Tabel 5.6 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………….83
Tabel 5 7 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005…........................................................................................................................84
Tabel 5.8 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005……………………………………………………………………………….....85
Tabel 5.9 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………....86
Tabel 5.10 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005……………………………………………………………………………….....87
Tabel 5.11 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………….88
Tabel 5.12 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………....89
Tabel 5.13 Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Padang Thn.
2005………………………………………………………………………………....90
Tabel 5. 14 Debit S. Padang di kecamatan sipispis (2005 –
2014)…………………………………………………………………..……………91
Tabel 5.15 Probabilitas Kejadian Debit di S. Padang sipispis 2005 –
2014………………………………………………………………………….……...92
Tabel 5.16 Hasil Perhitungan Debit Andalan “Metode
F.J.Mock”…………………………………………………………….…………......93
Tabel 5.1 Pengukuran Perhitungan kecepatan dan Debit Air
Sungai……………………………………………………………………….……....95
Tabel 5.18 Trial and Error
NPV…………………………………….…………………...……………………..104
DAFTAR NOTASI
Q
V
A
P
�
g
Heff
ηtot
N
L
Hgross
ts
Pi
D
Kf
Sf
Pt
H
ηt
Ri
Ea
Eto
N
ΔS
R
Ea
WS
= Debit aliran (m³/s)
= Kecepatan aliran (m/s)
= Luas penampang (m²)
= Daya terbangkitkan (Watt)
= Massa jenis air = 1000 ��/�3
= percepatan gravitasi = 9,81 �2 /�
= tinggi efektif (m)
= efisiensi total.
= Koefisien kekasaran
= Panjang penstock (m)
= Tinggi jatuh air (gross head) (m)
= adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi
= tekanan hidrostatik, kNi P mm
= diameter dalam pipa
= faktor pengelasan
=desain tegangan pipa yang diizinkan
= maksimum turbin output (kW)
= head efektif (m)
= efisiensi turbin
= besarnya CH pada stasiun
= Evapotranspirasi aktual (mm)
= Evapotranspirasi potensial (mm)
= jumlah hari hujan dalam sebulan
= Keseimbangan air dipermukaan tanah
= Hujan Bulanan
= Evapotranspirasi Aktual
= water surplus