BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian PLTMH - Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Aek Sibundong Kecamatan Sijamapolang Kabupaten Humbang Hasundutan Propinsi Sumatera Utara

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian PLTMH

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro (PLTMH), biasa disebut mikrohidro, adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai penggeraknya, misalnya saluran irigasi, sungai atau air terjun alam, dengan cara memanfaatkan tinggi terjunnya (head, dalam meter) dan jumlah debit airnya

(m /detik). Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTMH ) Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTMH ) adalah pembangkit listrik berskala kecil dengan out put antara 1MW – 10 MW yang memanfaatkan aliran air sebagai sumber tenaga. PLTMH termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut dengan clean energi karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTMH memiliki konstruksi yang masih sederhana dan mudah dioperasikan serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Dari segi ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatih murah sedangkan investasinya cukup bersaing dengan pembangki listrik lainnya. Secara sosial, PLTMH lebih mudah diterima masyarakat luas dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya seperti PLTN. Prinsip kerja PLTMH adalah memanfaatkan beda tinggi dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran atau sungai. Air yang mengalir melalui intake dan diteruskan oleh saluran pembawa hingga penstock, akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Turbin air akan memutar generator dan menghasilkan listrik

Gambar 2.1. menunjukkan contoh keseluruhan sistem PLTMH.Gambar 2.1 Bagan sebuah PLTMH

Penjelasan Komponen – komponen PLTMH

1. Bendung dan Bangunan Penyadap

Gambar 2.2. Desain Tiga Dimensi Dan Komponen-Komponen Intake Terkait .

1.1 Pengertian Dan Fungsi Umum

1.1.1.Bendung ( weir ) Bendungan berfungsi untuk menaikkan / mengontrol tinggi air sungai sehingga air dapat dialihkan kedalam intake.

(a) (b)

Gambar 2.3. Bendungan

Sayap Bendung ( wings wall )

Sayap bendung terbuat dari pasangan batu kali, gunanya untuk mencegah erosi tepi sungai dan banjir yang dapat menghancurkan pekerjaan sipil.

Penahan Gerusan Penahan gerusan terbuat dari pasangan batu/beronjong gunanya untuk mencegah erosi dasar sungai di hilir bendung.
Pintu Gerusan dan Saluran Penguras ( flushing gate and flushing canal )

Pintu penguras dipasang diantara bendung dan intake yang dibutuhkan untuk mencegah terjadinya endapan didaerah intake. Air yang digunakan untuk mengguras dialirkan melalui saluran penguras yang kemudian dialirkan kembali ke sungai pada sisi setelah bendung.

Bangunan Pengalih ( intake )

Bangunan pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah pembuka di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap.

(a) (b)

Gambar 2.4. Intake

Saluran Pengalih (intake channel )

Saluran pengalih berfungsi untuk mengalirkan air dari intake ke saluran pembawa. Saluran intake terbuat dari pasngan bau kali dan diengakapi dengan pelimpah samping dan pintu intake.

(a) (b)

Gambar 2.5. Saluran Pengalih

Pintu intake

Pintu intake berguna untuk menutup dan membuka saluran intake, menutup saluran biasanya dilakukan pada saat pemeliharaan atau terjadinya renovasi pada saluran. Atau pada saat banjir digunakan untuk mengurangi volume air yang masuk ke saluran.

(a) (b)

Gambar 2.6. Pintu Intake

1.1.2. Saluran Pembawa ( headrace ) Merupakan saluran yang mengalirkan air dari saluran intake menuju pipa pesat dengan menjaga ketinggian muka airnya. Tipe Saluran Pembawa biasanya sangat tergantung pada kondisi topografi geologi daerah yang dilewati, dan dapat berupa saluran terbuka, pipa ataupun terowongan. Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali. Jika saluran pembawa panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah untuk setiap jarak tertentu karena jika terjadi banjir pada saluran tersebut, maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran pelimpah.

(a) (b)

Gambar 2.7. Saluran pembawa

1.1.3. Bak pengendap ( settling basin ) Bak pengendap ini biasanya seperti kolam yang dibuat dengan memperdalam dan memperlebar sebagian saluran pembawa dan menambahnya saluran penguras.

Fungsimya untuk mengendapkan pasir dan kotoran yang hanyut sehingga air yang masuk keturbin relatif bersih.

1.1.4. Bak Penenang ( forebay) Bak Penenang (Forebay) terletak diujung saluran pembawa. Fungsi bak penenang secara kasar ada dua jenis yaitu : a.

Mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan sebuah saluran pembawa karena fluktuasi beban b.

Pemindahan sampah terakhir (tanah dan pasir, kayu yang mengapung, dll.) dalam air yang mengalir.

Bak penenang dilengkapi dengan : a.

Saluran pelimah untuk air yang berlebih ( over flow ) b.

Lubang untuk menguras bak dan sedimen, c. Saringan untuk mencegah masuknya sampah yang mengapung.

(c) (d) Gambar 2.8.Bak Penenang

1.1.5. Pipa pesat ( penstock Pipa pesat dapat terbuat dari logam atau plastik dengan diameter yang berbeda-beda. Spesifi kasi dan ukuran detil pipa disediakan oleh desainer di dalam gambar desain dan spesifikasi. Beberapa jenis bahan pipa pesat dapat dilihat sebagai berikut: a.

Pipa PVC Pipa PVC dapat disambung dengan soket yang di lem atau dengan sealing karet. Pipanya harus terlindung dari sinar matahari; yang paling baik adalah dengan cara ditimbun di dalam tanah (lihat bagian ‘penimbunan’ untuk detilnya). Apabila tidak ditimbun, pipa mesti dibungkus dengan material yang bisa melindungi dari sinar matahari (misalnya dengan dengan plastik dan di ikat dengan kawat).

Pipa Baja Pipa besi bisa berupa pipa yang dibuat dari lembaran baja atau pipa bikinan pabrik dengan ukuran sedemikian rupa sehingga mudah untuk diangkut dengan alat transportasi, mudah dipasang dan mudah disambung. Pipa yang terbuat dari gulungan lembaran baja biasanya sudah digulung dibengkel, yang kemudian dilas di lokasi PLTMH. Penyambungan ruas ruas pipa besi dapat dilakukan dengan cara dilas di lokasi atau dengan flange yang di sambung dengan baut.

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mendisain dan perawatan pipa pesat:

Sambungan Pada Pipa.

Sambungan muai (Expansion joint) harus di pasang pada pipa pesat yang terbuat dari besi jika jarak antara dua angkur blok lebih dari 2 meter.

Sambungan muai menjaga pergerakan memanjang pipa yang di sebabkan oleh:

perbedaan suhu, terutama pada saat pipa berisi air dan pada saat pipa kosong dan terkena sinar matahari.
perubahan gaya hidrostatik di dalam pipa yang cenderung merenggangkan/memisahkan pipa atau sambungannya. Sambungan muai biasanya dibuat dari baja ringan. Sambungan muai yang paling umum digunakan adalah sambungan muai sarung (sleeve expansion

joint ) yang dilengkapi dengan pack ing ring asbes dan pack ing gland untuk

menghentikan kebocoran air. Untuk PLTMH tertentu sambungan muai belos/apar (bellow-expansion-joint) dapat digunakan seperti yang terlihat pada gambar berikut.

(a) (b) Gambar 3.0.Sambungan Pipa Pesat

Perlindungan Terhadap Karat.

Pelindung karat untuk pipa pesat besi juga sangat diperlukan untuk menjaga ketahanan pipa pada korosi. Perlindungan karat pipa besi yang di atas tanah harus di lapisi dengan satu lapisan primer (meni besi) dan kemudian dua lapisan akhir

tar epoxy atau cat besi. Untuk pipa pesat besi yang di timbun dalam tanah, lapisan akhir harus terdiri dari tiga lapisan cat besi.

Balok Angkur.

Blok angkur merupakan struktur beton kokoh yang diperlukan untuk menahan gaya yang terjadi di dalam pipa pesat. Blok angkur di bak penenang (awal pipa pesat) dan di rumah turbin (yang masuk ke turbin) sangat penting. Tambahan blok angkur juga di perlukan apabila terjadi perubahan arah pipa (belokan vertikal dan horizontal) dan perubahan (reduksi) diameter.

Penyangga Pipa Pesat.

Pipa pesat yang di pasang di atas tanah harus dilengkapi dengan penyangga sepanjang pipa pesat seperti yang dijelaskan dalam gambar disain di bawah ini.

Penyangga ini terbuat pasangan batu kali. Sebagian PLTMH menggunakan profil baja pada kondisi yang curam atau relatif vertikal. Struktur penyangga pipa pesat dibuat agar pipa pesat tersebut tidak sulit untuk bergerak memanjang karena pemuaian/kontraksi tetapi dengan gesekan yang minimum. Untuk itu permukaan pipa pesat yang bergesekan dengan penyangganya harus dilapisi dengan aspal

bitumen atau material lainnya (plastik, baja berpelumas) . Saluran kecil sebaiknya dibuat untuk menguras air (hujan atau bocor) dari permukaan kontak pipa dan penyangga.

(a)

1.1.5. Turbin dan generator ( turbine and generator ) Turbin mengubah atau mengkonversikan energi potensial air menjadi energi mekanik berupa putaran poros turbin. Putaran poros turbin ini yang akan diteruskan untuk memutar poros generator.Turbin berfungsi untuk mengkonversi energi aliran air menjadi energi putaran mekanis.

(a) (b)

Gambar 3.3. Turbin dan Generator

1.1.6. Rumah pembangkit (power house) Rumah pembangkit dibangun untuk menampung dan melindungi peralatan turbin dan generator (dinamo) dari orang yang tidak berkepentingan dan dari kerusakan yang mungkin timbul akibat cuaca. Di dalam rumah turbin biasanya juga terdapat tempat untuk swith board, transformer ( jika diperlukan) dan area untuk pekerjaan pemeliharaan termasuk lemari/rak untuk peralatan dan suku cadang.

Tata letak peralatan-peralatan ini menentukan ukuran dari rumah turbin. Perlu pula disediakan ruang yang cukup untuk pembongkaran unit turbin-generator di dalam rumah pembangkit. Area yang di perlukan untuk pekerjaan tersebut sekurang-kurangnya satu setengah (1.5) kali dari area unit turbin ketika beroperasi. Pintu rumah pembangkit harus cukup besar agar komponen terbesar peralatan mekanikal elektrikal dapat masuk ke dalamnya.

(c)

Gambar 3.4. Power House 1.1.7. Saluran pembuang (tail race).

Saluran pembuang mengalirkan air dari turbin kembali ke sungai. Saluran pembuang perlu didesain cukup luas agar air buangan turbin dapat mengalir dengan aman. Dinding pengaman pada sungai dan posisi ketinggian lantai rumah turbin dibuat cukup tinggi, yaitu di atas tinggi muka air maksimum pada saat banjir. Perlu diperhatikan erosi dan endapan dalam saluran pembuang. Erosi dapat berbahaya untuk stabilitas bangunan.

Pembangkit tenaga air merupakan suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air dengan ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik, dengan menggunakan turbin air dan generator.Daya yang keluar dari generator dapat diperoleh dari perkalian efisiensi turbin dan generator dengan daya yang keluar secara teoritis.

Bentuk pembangkit tenaga mikro hidro adalah bervariasi, tetapi prinsip kerjanya adalah sama, yaitu: "Perubahan tenaga potensial air menjadi tenaga elektrik (listrik)". Perubahan memang tidak langsung, tetapi berturut-turut melalui perubahan sebagai berikut :

Tenaga potensial……. Tenaga kinetik

Tenaga kinetik…….. Tenaga mekanik
Tenaga mekanik……. Tenaga listrik
Tenaga potensial adalah tenaga air karena berada pada ketinggian. Tenaga kinetik adalah tenaga air karena mempunyai kecepatan. Tenaga mekanik adalah tenaga kecepatan air yang terus memutar kincir / turbin. Tenaga elektrik adalah hasil dari generator yang berputar akibat berputarnya kincir / turbin.

Prinsip kerja PLTMH yang paling utama adalah memanfaatkan semaksimal mungkin energi air yang dapat ditangkap oleh peralatan utamanya yang disebut turbin/kincir air. Efisiensi kincir air yang dipilih untuk menangkap energi air tersebut menentukan besarnya energi mekanik atau energi poros guna memutar generator listrik.

Umumnya PLTMH yang dibangun jenis run off river dimana head diperoleh tidak dengan membangun bendungan besar, melainkan dengan mengalihkan aliran air sungai ke satu sisi dari sungai dan menjatuhkannya lagi ke sungai pada suatu tempat dimana beda tinggi yang diperlukan sudah diperoleh. Dengan menggunakan pipa, air dialirkan kerumah pembangkit (power house) yang biasanya dibangun di pinggir sungai. Kemudian air akan menyemprot keluar memutar roda turbin

(runner), kemudian air tersebut dikembalikan ke sungai asalnya. Energi mekanik

putaran poros turbin akan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator.

Pembangkit listrik tenaga air dibawah ukuran 300 KW digolongkan sebagai PLTMH.Dalam perencanaan pembangunan sebuah. PLTMH, diperlukan pengetahuan tentang:

Hidrologi

Kelistrikan 

Bangunan sipil

Permesinan  Ekonomi untuk studi kelayakan.
1.1.1.

Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ( PLTMH )

Mempunyai beberapa keuntungan yang tidak dapat dipisahkan, seperti berikut ini:

1. Lokasi sumber daya air untuk PLTM dan PLTMH pada umunya berada di wilayah pedesaan dan desa terpencil yang belum terjangkau jaringan listrik.

2. Tenaga utama menggunakan air, yang merupakan sumber energi yang abadi tidak seperti bahan bakar untuk PLTU atau PLTN yang menggunakan bahan bakar fosil atau nuklir.

3. Biaya pengoperasian dan pemeliharan PLTMH sangat rendah jika dibandingkan dengan PLTU atau PLTN.

4. Melayani kebutuhan aktual daya listrik di wilayah pedesaan terpencil yang urnumnya rendah dengan daya beli masyarakat yang juga rendah,

5. PLTMH cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk dioperasikan.

6. Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air, telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan keadaan setempat.

7. Pengembangan PLTMH dengan memanfaatkan arus sungai dapat menimbulkan manfaat lain seperti pariwisata, perikanan, irigasi dan pengendalian banjir. Dan 8. Meningkatkan kegiatan perekonomian sehingga diharapkan dapat menambah penghasilan masyarakat.

Adapun kelemahan PLTMH diantaranya yang paling menonjol : 1. Sangat tergantung pada aliran sungai secara alamiah. Sedangkan aliran sungai tersebut sangat bervariasi sehingga pada umumnya tenaga andalan atau tenaga mantap akan sangat kecil jika dibandingkan dengan kapasitas totalnya.

2. Tidak mampu menghasilkan tenaga yang besar.

1.2. Debit Andalan

Debit andalan adalah debit yang selalu tersedia sepanjang tahun. Dalam penelitian ini debit andalan merupakan debit yang memiliki probabilitas 80%. Debit dengan probabilitas 80% adalah debit yang memiliki kemungkinan terjadi di bendung sebesar 80% dari 100% kejadian. Jumlah kejadian yang dimaksud adalah jumlah data yang digunakan untuk menganalisis probabilitas tersebut. Jumlah data minimum yang diperlukan untuk analisis adalah lima tahun dan pada umumnya untuk memperoleh nilai yang baik data yang digunakan hendaknya berjumlah 10 tahun data.

Guna mendapatkam kapasitas PLTM, tidak terlepas dari perhitungan berapa banyak air yang dapat diandalakan untuk membangkitkan PLTM. Debit anadalan adalah debit minimum (terkecil) yang masih dimungkinkan untuk keamanan operasional suatu bangunan air, dalam hal ini adalah PLTM.

Debit minimum sungai dianalisis atas dasar debit hujan sungai. Dalam evaluasi kinerja Listrik Tenaga Mikrohidro ini, dikarenakan minimalnya data maka metode perhitungan debit andalan menggunakan metode simulasi perimbangan air dari Dr. F.J.Mock (KP.01,1936). Dengan data masukan dari curah hujan di Daerah Aliran Sungai, evapotranspirasi, vegetasi dan karakteristik geologi daerah aliran.

Metode ini menganggap bahwa air hujan yang jatuh pada daerah aliran (DAS) sebagian akan menjadi limpasan langsung dan sebagian akan masuk tanah sebagai air infiltrasi, kemudian jika kapasitas menampung lengas tanah sudah terlampaui, maka air akan mengalir ke bawah akibat gaya gravitasi 1.2.1.

Curah Hujan

Data jumlah curah hujan (CH) rata -rata untuk suatu daerah tangkapan air (catchment area) atau daerah aliran sungai (DAS) merupakan informasi yang sangat diperlukan oleh pakar bidang hidrologi. Dalam bid ang pertanian data CH sangat berguna, misalnya untuk pengaturan air irigasi , mengetahui neraca air lahan, mengetahui besarnya aliran permukaan (run off).

Untuk dapat mewakili besarnya CH di suatu wilayah/daerah diperlukan penakar CH dalam jumlah yang cukup. Semakin banyak penakar dipasang di lapangan diharapkan dapat diketahui besarnya rata -rata CH yang menunjukkan besarnya CH yang terjadi di daerah tersebut. Disamping itu juga diketahui variasi CH di suatu titik pengamatan.

Menurut (Hutchinson, 1970 ; Browning, 1987 dalam Asdak C. 1995) Ketelitian hasil pengukuran CH tegantung pada variabilitas spasial CH, maksudnya diperlukan semakin banyak lagi penakar CH bila kita mengukur CH di suatu daerah yang variasi curah hujannya besar. Ketelitian akan semakin meningkat dengan semakin banyak penakar yang dipasang, tetapi memerlukan biaya mahal dan juga memerlukan banyak waktu dan tenaga dalam pencatatannya di lapangan.

1.2.2. Cara rata-rata aritmatik

Cara rata-rata aritamatik adalah cara yang paling mudah diantara cara lainnya (poligon dan isohet). Digunakan khususnya untuk daerah seragam dengan variasi CH kecil. Cara ini dilakukan dengan mengukur serempak untuk Penuntun Praktikum

Agrohidrologi (oleh Ir. M. Mahbub PS Ilmu Tanah Unlam) I -2 lama waktu tertentu

dari semua alat penakar dan dijumlahkan seluruhnya. Kemudian hasil penjumlahannya dibagi dengan jumlah penakar hujan maka akan dihasilkan rata-rata curah hujan di daerah tersebut. Secara matimatik ditulis persamaan sbb:

Rata-rata CH = ( pers. 3 1

∑Ri)/n dimana Ri = besarnya CH pada stasiun I, n = jumlah penakar (stasiun)

1.2.3. Cara Poligon (Thiessen polygon)

Cara ini untuk daerah yang tidak seragam dan variasi CH besar. Menurut Shaw (1985) cara ini tidak cocok untuk daerah bergunung dengan intensitas CH tinggi. Dilakukan dengan membagi suatu wilayah (luasnya A) ke dalam beberapa daerah-daerah membentuk poligon (luas masing-masing daerah ai).

Tabel 3. 1Perhitungan prosentasi luas daerah (a i)pada suatu wilayah A (10.000 ha) Daerah Luas Daerah a

Prosentasi Luas a

(ha) Tetapan Thiessen

1000 0.10 10% a

3000 0.30 30% a

4.500 0.45 45% Jumlah A=10.000 1,00 100%

Tabel 3. 2 Perhitungan Curah Hujan rata -rata cara poligon di suatu Wilayah A Stasiun di daerah Kedalaman CH yang terukur (cm)

Ratio s/A Volume CH (cm) daerah a a

6 x

0.10

0.60

1.500 0.15 15% a

a 10 x

0.30

3.00

a 8 x

0.15

1.20

a 11x

0.45

4.95 Curah hujan rata-rata wilayah A =

9.75 1.2.4.

Metode Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock

Metode ini ditemukan oleh Dr. F.J. Mock pada tahun 1973 dimana metode ini didasarkan atas fenomena alam dibeberapa tempat di Indonesia. Dengan metode ini, besarnya aliran dari data curah hujan , karakteristik hidrologi daerah pengaliran dan evapotranspirasi dapat dihitung. Pada dasarnya metode ini adalah hujan yang jatuh pada catchment area sebagian akan hilang sebagai evapotranspirasi, sebagian akan langsung menjadi aliran permukaan (direct run off) dan sebagian lagi akan masuk kedalam tanah (infiltrasi), dimana infiltrasi pertama-tama akan menjenuhkan top soil, kemudian menjadi perkolasi membentuk air bawah tanah (ground water) yang nantinya akan keluar ke sungai sebagai aliran dasar (base flow). Adapun ketentuan dari metode ini adalah sebagai berikut :

1. Data meteorologi

Data meterologi yang digunakan mencakup : a.

Data presipitasi dalam hal ini adalah curah hujan bulanan dan data curah hujan harian. b.

Data klimatologi berupa data kecepatan angin, kelembapan udara, tempratur udara dan penyinaran matahari untuk menentukan evapotranspirasi potensial (Eto) yang dihitung berdasarkan metode “ Penman Modifikasi “ 2. Evapotranspirasi Aktual ( Ea)

Penentuan harga evapotranspirasi actual ditentuakan berdasarkan persamaan : E = Eto x d/30 x m `

Pers 3. 1 E = Eto x (m / 20) x (18-n)

Pers 3. 2 Ea = Eto – E

Pers 3. 3 dimana : Ea = Evapotranspirasi aktual (mm), Eto = Evapotranspirasi potensial (mm), D= 27 – (3/2) x n, N = jumlah hari hujan dalam sebulan, m =

Perbandingan permukaan tanah tanah yang tidak tertutup dengan tumbuh- tumbuhan penahan hujan koefisien yang tergantung jenis areal dan musiman dalam % , m = 0 untuk lahan dengan hutan lebat, M =Untuk lahan dengan hutan sekunder pada akhir musim dan bertambah 10 % setiap bulan berikutnya. m = 10 – 40% untuk lahan yang erosi , m = 30 –50 % untuk lahan pertanian yang diolah ( sawah ).

3. Keseimbangan air dipermukaan tanah (ΔS) a.

Air hujan yang mencapai permukaan tanah dapat dirumuskan sebagai berikut ΔS = R – Ea

Pers 3. 4 dimana : ΔS= Keseimbangan air dipermukaan tanah, R = Hujan Bulanan , Ea = Evapotranspirasi Aktual .

Bila harga positif (R > Ea) maka air akan masuk ke dalam tanah bila kapasitas kelembapan tanah belum terpenuhi. Sebaliknya bila kondisi kelembapan tanah sudah tercapai maka akan terjadi limpasan permukaan (surface runoff).

Bila harga tanah ΔS negatif ( R > Ea ) , air hujan tidak dapat masuk kedalam tanah (infltrasi) tetapi air tanah akan keluar dan tanah akan kekurangan air (defisit).

Perubahan kandungan air tanah (soil storage) tergantung dari harga ΔS. Bila ΔS negatif maka kapasitas kelembapan tanah akan kekurangan dan bila harga ΔS positif akan menambah kekurangan kapasitas kelembapan tanah bulan sebelumnya.

Kapasitas kelembapan tanah (soil moisture capacity). Didalam memperkirakan kapasitas kelembapan tanah awal diperlukan pada saat dimulainya perhitungan dan besarnya tergantung dari kondisi porositas lapisan tanah atas dari daerah pengaliran. Biasanya diambil 50 s/d 250 mm, yaitu kapasitas kandungan air didalam tanah per m3. semakin besar porositas tanah maka kelembapan tanah akan besar pula.

Kelebihan Air (water surplus) e. Besarnya air lebih dapat mengikuti formula sbb :

Pers 3. 5 WS = ΔS - Tampungan tanah dimana : WS = water surplus, S = R- Ea,Tampungan Tanah = Perbedaan Kelembapan tanah.

4. Limpasan dan penyimpanan air tanah (Run off dan Ground Water storage ).

Infiltrasi (i) Infiltrasi ditaksir berdasarkan kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Daya infiltrasi ditentukan oleh permukaan lapisan atas dari tanah.

Misalnya kerikil mempuyai daya infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanah liat yang kedap air. Untuk lahan yang terjal dimana air sangat cepat menikis diatas permukaan tanah sehingga air tidak dapat sempat berinfltrasi yang menyebabkan daya infiltrasi lebih kecil. Formula dari infiltrasi ini adalah sebagai berikut: i = Koefisien Infiltrasi x WS Pers 3. 6 dimana : i = Infiltrasi (Koefisien Infiltrasi (i) = 0 s/d 1,0 ), WS = kelebihan air b.

Penyimpanan air tanah (ground water storage).

Pada permulaan perhitungan yang telah ditentukan penyimpanan air awal yang besarnya tergantung dari kondisi geologi setempat dan waktu.Persamaan yang digunakan adalah (sumber : PT. Tricon Jaya, Sistim Planing Irigasi Ongka Persatuan Kab. Donggala Hal V-4)

Vn = k. (Vn – 1) + ½ (1 + k ) in Pers 3. 7 dimana : Vn = Volume simpanan ait tanah periode n ( m3), Vn – 1 = Volume simpanan air tanah periode n – 1 (m3), K = qt/qo = Faktor resesi aliran air tanah (catchment are recession factor ). Faktor resesi aliran tanah (k) berkisar antara 0 s/d 1 , qt = Aliran tanah pada waktu t (bulan ke t) , qo = Aliran tanah pada awal (bulan ke 0), i

n = Infiltrasi bulan ke n (mm).

Untuk mendapatkan perubahan volume aliran air dalam tanah mengikuti persamaan : ΔVn = Vn - Vn – 1

Pers 3. 8 c. Limpasan (Run off )

Air hujan atau presipitasi akan menempuh tiga jalur menuju kesungai. Satu bagian akan mengalir sebagai limpasan permukaan dan masuk kedalam tanah lalu mengalir ke kiri dan kananya membentuk aliran antara. Bagian ketiga akan berperkolasi jauh kedalam tanah hingga mencapai lapisan air tanah. Aliran permukaan tanah serta aliran antara sering digabungkan sebagai limpasan langsung (direc runoff) Untuk memperoleh limpasan, maka persamaan yang digunakan adalah :

BF = I - (Δ Vn )

Pers 3. 9 Dro = WS – I

Pers 3.10 Ron = BF +Dro

Pers 3.11 dimana : BF = Aliran dasar (M3/dtk/km), I = Infltrasi (mm), Δ Vn = Perubahan volume aliran tanah (M3), Dro = Limpasan Langsung (mm), WS = Kelebihan air ,

Ron = Limpasan periode n (M3/dtk/km2) d.

Banyaknya air yang tersedia dari sumbernya. Persamaan yang digunakan adalah:

Qn = Ron x A Pers 3. 12 dimana : Qn = Banyaknya air yg tersedia dari sumbernya, periode n (m3/dtk) , A =

Luas daerah tangkapan (catchment area) Km2.

1.2.5. Metode FDC

Untuk kepentingan perancangan PLTMH, sangat penting untuk bisa mendapatkan data debit dari tahun ke tahun sebanyak mungkin sehingga dapat diketahui berapa banyak air (baik di musim kemarau atau penghujan) yang bisa dipergunakan untuk menggerakkan turbin. Data ini memberikan masukan paling mendasar bagi perancang untuk memilih jenis turbin yang paling efisien dan cocok dengan sumber daya yang ada. Dengan data debit di tangan ditambah dengan data kebutuhan energi listrik konsumen, maka perancang dapat memilih turbin dan generator yang cocok bagi sebuah PLTMH yang berdiri sendiri. Dapat dilihat pada gambar 2.3

Gambar 3. 1 Hidrograf dari data sepanjang 16 tahun menunjukkan debit air sungai harian yang diukur dalam periode enam belas tahun. Data di atas merupakan data yang ideal. Namun, faktanya lapangan menunjukkan bahwa data yang ideal jarang ada.

Gambar 3. 2 Flow Duration Curve (Kurva Durasi Debit Air)

Flow Duration Curve (FDC) disusun dengan mengelompokkan data debit

berdasarkan besar debitnya lalu memplotkannya pada grafik terhadap 100% waktu pengukuran. Sebagai contoh, berdasarkan kurva di atas bahwa selama 23% waktu dalam satu tahun, debit air adalah lebih dari 10 m3 Kurva ini sangat penting sebagai data bagi perancangan PLTMH. Jika tidak didasarkan pada data yang mantap maka hasil rancangannya pun akan sangat spekulatif.

Jika tidak ada data yang tersedia, maka diharuskan mengukur dan merekam debit air setiap hari minimal selama satu tahun untuk mendapatkan seperti pada gambar berikut: Gambar 3. 3 Contoh low duration curve dalam satu tahun

Flow Duration Curve (FDC) dihasilkan dari kurva debit aliran sungai dengan mengelompokkan keseluruhan 365 data yang ada. Berdasarkan Flow Duration Curve, perancang memperkirakan kapasitas PLTMH yang mungkin. Proses pendimensian PLTMH tergantung dari debit air dan perkiraan kebutuhan energi listrik dari konsumen. Idealnya energi listrik PLTMH dapat memenuhi permintaan listrik sepanjang tahun. Jika permintaan lebih tinggi dari kapasitas yang tersedia, maka alternatif sumber energi lainnya harus dicari atau usaha-usaha eisiensi energi perlu dipertimbangkan.

Jika tidak memungkinkan untuk mendapatkan data dalam jangka waktu tertentu, maka dianjurkan untuk menggunakan jasa keahlian ahli hidrologi yang berpengalaman untuk melakukan analisis tersebut.

1.3. Komponen-komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-hidro

Komponen-komponen sebuah PLTMH meliputi: 1.3.1.

Dam/Bendung pengalih intake (Diversion Weir dan Intake)

Bendung berfungsi untuk menaikkan/mengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga memiliki jumlah air yang cukup untuk dialihkan ke dalam intake pembangkit mikro hidro di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap (Settling Basin). Sebuah bendung dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap. Perlengkapan lainnya adalah penjebak/saringan sampah. PLTMH umumnya merupakan pembangklit tipe run off river sehingga bangunan bendung dan intake dibangun berdekatan. Dengan pertimbangan dasar stabilitas sungai dan aman terhadap banjir, dapat dipilih lokasi untuk bendung (Weir) dan intake.

Tujuan dari intake adalah untuk memisahkan air dari sungai atau kolam untuk dialirkan ke dalam saluran, penstock atau bak penampungan. Tantangan utama dari bangunan intake adalah ketersediaan debit air yang penuh dari kondisi debit rendah sampai banjir. Juga sering kali adanya lumpur, pasir dan kerikil atau puing-puing dedaunan pohon sekitar sungai yang terbawa aliran sungai. Beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam memilih lokasi Bendung (Weir) dan Intake, antara lain : a.

Jalur daerah aliran sungai Lokasi bendung (Weir) dan intake dipilih pada daerah aliran sungai dimana terjamin ketersediaan airnya, alirannya stabil, terhindar banjir dan pengikisan air sungai.

Stabilitas lereng yang curam Oleh karena pemilihan lokasi PLTMH sangat mempertimbangkan head, sudah tentu pada lokasi lereng atau bukit yang curam. Dalam mempertimbangkan lokasi bangunan Bendung (Weir) dan Intake hendaknya mempertimbangkan stabilitas sedimen atau struktur tanahnya yang stabil.

Memanfaatkan fasilitas saluran irigasi yang ada di pedesaan.

Pemanfaatan ini dapat dipertimbangkan untuk efisiensi biaya konstruksi, karena sudah banyak sungai di pedesaan telah dibangun konstruksi sipil untuk saluran irigasi.

Memanfaatkan topografi alami seperti kolam dan lain-lain.

Penggunaan kealamian kolam untuk intake air dapat memberikan keefektifan yang cukup tinggi untuk mengurangi biaya, disamping itu juga membantu menjaga kelestarian alam, tata ruang sungai dan ekosistem sungai yang perlu diperhatikan adalah keberlanjutan kolam dan pergerakan sedimen.

Level volume yang diambil (Tinggi Dam) dan level banjir Karena pembangunan bendung/dam inatek pada bagian yang sempit dekat sungai, maka level banjir pada daerah itu lebih tinggi sehingga diperlukan daerah bagian melintang dam yang diperbesar untuk kestabilan. f.

Perletakan Intake selalu pada posisi terluar dari lengkungan sungai Pertimbangan ini dilakukan untuk memperkecil sedimen didalam saluran pembawa. Dan sering kali dibuat pintu air intake untuk melakukan pembilasan sedimen yang terendap dari intake.

Keberadaan penggunaan air sungai yang mempengaruhi keluaran/debit air.

Jika intake untuk pertanian atau tujuan lain yang mengambil air maka akan mempengaruhi debit sungai.

1.3.1.1. Terdapat beberapa jenis tipe dasar dam intake seperti yang disebutkan dibawah ini yaitu:

1. Dam beton graviti 2.

Dam beton mengapung 3. Dam tanah 4. Dam urugan bath 5. Dam pasangan batu basah 6. Dam batu bronjong 7. Dam batu bronjong diperkuat beton 8. Dam ranting kayu 9. Dam kayu 10.

Dam bingkai kayu dengan kerikil Dari jenis-jenis diatas, dam urugan batu fleksibel dan dam batu bronjong, secara umum terkenal digunakan di negara-negara Asia Tenggara karena beberapa keuntungan seperti: a) tidak terlalu dipengaruhi oleh kondisi dan tanah dasarnya dan b) relatif mudah diperbaiki jika mengalami kerusakan.

Bagaimanapun, mereka dapat ditembus oleh banjir karena itu struktur dan penggunaannya harus didahului dengan pengujian yang hati-hati dan konstruksi yang penting seperti struktur sipil dan kondisi dari arus bawah. Tabel 2.2 dapat dijadikan referensi untuk menentukan tipe dasar dam intake untuk PLTA skala kecil.

Tabel 2.1Jenis dam Intake Tipe Garis Besar Gambar Kondisi Aplikasinya

Dam Beton Beton digunakan untuk Fondasi: Lapisan Batu gravity mengkonstruksi bangunan Kondisi sungai: Tidak secara keseluruhan. dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen. Kondisi intake: Penampilan yang baik, intake efisien.

Dam beton mengapung Bagian infiltrasi yang diperpanjang dari fondasinya dengan diputus, dll. Untuk menyempurnakan penampilannya.

Fondasinya: Kerikil Kondisi sungai: Tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen. Kondisi intake: Penampilan yang baik, intake efisien

Dam tanah Tanah (earth) digunakan untuk bahan utama dan penggunaan dari batu gosong dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan.

Fondasi: bervariasi dari tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi sungai: Aliran yang tidak deras dan mudah diatasi bila terjadi banjir. Kondisi intake: Efisiensi intake yang baik dikarenakan penampilan yang baik jika dikerjakan dengan hati-hati.

Dam urugan batu Kerikil digunakan sebagai bahan utama dari bangunannya.

Penggunaan dari dinding utama tergantung dari kondisi jika diperlukan

Fondasi: Berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi sungai: Sungai dimana dam tanah dapat hanyut jika menggunakan keluaran air yang normal

Kondisi intake: Keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah.

Dam pasangan batu basah

Pengisian ruang dengan kerikil dan semen, dll.

Fondasi: Berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi sungai: Tidak dipengaruhi oleh kemiringan, keluaran air atau tingkat beban sedimen. Kondisi intake: Penampilan yang baik dan intake yang efisien

Dam batu bronjong Batu belah dibungkus dengan jaringan logam untuk menyempurnakan kesatuannya

Fondasi: Berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan batu

Kondisi tanah: Sungai dimana dam urugan batu bisa hanyut dengan menggunakan keluaran air yang normal

Kondisi intake: Keterbatasan penggunaan sungai karena efisiensi intake yang rendah. Dam batu bronjong diperkuat beton

Penguatan permukaan batu bronjong dengan beton Fondasi: Berbagai jenis tanah sampai lapisan batu

Kondisi sungai: Sungai dimana jarring logam dapat mengalami kerusakan jika aliran sungai terlalu deras

Kondisi intake: Dapat diterapkan jika efisiensi intake yang tinggi diperlukan.

Dam ranting kayu

Dam sederhana dengan menggunakan ranting pohon lokal

Fondasi: Berbagai jenis tanah (earth) sampai lapisan kerikil

Kondisi sungai: Pengikisan terjadi jika terdapat banjir. Kondisi intake: Pada bagian dengan volume intake dari aliran (stream) sampai suplemen untuk sungai di musim kemarau.

Dam kayu Dam dengan menggunakan Fondasi: Berbagai jenis tanah kayu (earth) sampai lapisan batu. Kondisi sungai: Aliran yang tidak deras dengan pergerakan sedimen yang rendah.

Kondisi intake: Suatu tingkat dari efisiensi intake dalam keadaan yang aman jika permukaannya dilapisi, dll.

Dam Di dalam frame kayu diisi Fondasi: Berbagai jenis tanah bingkai dengan kerikil untuk (earth) sampai kayu meningkatkan stabilitasnya lapisan batu. dengan

Kondisi sungai: Dam kerikil urugan kerikil dapat hanyut jika menggunakan debit air yang normal.

Kondisi intake: Keterbatasan penggunaan bagian air sungai karena efisiensi intake yang rendah.

1.3.2. Bak Pengendap (Settling Basin)

Fungsi banguan ini adalah untuk : a.

Penyalur yang menghubungkan intake dengan bak pengendap sehingga panjangnya harus dibatasi.

Mengatur aliran air dari saluran penyalur sehingga harus mencegah terjadinya kolam pusaran dan aliran turbulen serta mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak pengendap sehingga perlu bagian melebar.

Sbagai bak pengendap adalah untuk mengendapkan sedimen dimana untuk detil desainnya perlu dihitung dengan formulasi hubungan panjang bak, kedalaman bak, antara kecepatan pengendap, dan kecepatan aliran. d.

Sebagai penimbunan sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam pembuangan sedimen.

Sebagai spillway yang mengalirkan aliran masuk ke bagian bawah dimana mengalir dari intake.

1.3.3. Saluran Pembawa (Head Race)

Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan.Ada berbagai macam saluran pembawa, antara lain terowongan, saluran terbuka dan saluran tertutup.Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali.Pada saluran yang panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah pada jarak tertentu. Ini untuk menjaga jika terjadi banjir maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran tersebut.

1.3.3.1. Tipe dan Struktur Dasar Saluran

Karena secara umum jumlah air yang terangkut kecil, saluran pembawa untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air secara mendasar mengadopsi struktur terbuka, seperti sebuah saluran terbuka atau sebuah saluran tertutup. Tabel 2.3 dapat dijadikan referensi untuk menentukan tipe saluran pembawa untuk PLTA skala kecil Tabel 2.2Tipe-Tipe Saluran Pembawa Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil Tipe Gambar Keuntungan dan Permasalahan Kekhasan Strukturnya

Saluran <Keuntungan>

Saluran tanah sederhana terbuka
Relatif m>Jalur saluran (jalur pasangan batu basah atau kering, jalur
Mudah mengkonstruksinya be>Pagar saluran (Terbuat dari <Permasalahan> kayu, beton atau tembaga)
Kemungkinan aliran sed
Jalur saluran berbentuk dari lereng di atasnya lembaran

Universitas Sumatera Utara

Tingginya tingkat jatuh daun- • Saluran berbentuk setengah daunan, dll tabung (seperti pipa-pipa yang berbelok-belok)

Pipa <Keuntungan>

Tabung yang dipendam tertutup/

(Hume, PVC or FRPM)

Pada umumnya volume saluran

pekerjaan tanahnya besar

Box culvert tertutup
Rendahnya rata-rata sed
Pagar saluran dengan dan daun-dananan yang jatuh di tutupnya saluran

Sulitnya merawat dan meninjau
saluran, termasuk pembersihan

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.3 Struktur Dasar Saluran Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air Skala Kecil.

Tipe Garis Besar Diagram Keuntungan dan Permasalahan Saluran

<Keuntungan> tanah

Mudah dikonstruksi sederhana
Murah • Mudah diperbaiki

Mudah mengalami kerusakan pada dindingnya
Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)
Sulit untuk membersihkan timbunan sedimennya.

Saluran <Keuntungan> lajur (batu

Konstruksinya relative mudah dan batu
Dapat dibangun dengan keras)

menggunakan bahan-bahan lokal

Ketahanan tinggi terhadap gerusan
Relatif mudah diperbaiki <Permasalahan> Tidak dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable = mudah ditembus air)

Saluran <Keuntungan> pasangan

Dapat dibangun dengan batu basah

menggunakan bahan-bahan local

Ketahanan yang tinggi terhadap gerusan
Dapat diterapkan pada tanah yang tinggi tingkat permeabelnya (permeable =

mudah ditembus air) <Permasalahan>

Lebih mahal daripada saluran tanah sederhana atau saluran apsangan batu kering (saluran lajur batu/batu keras)
Relatif banyak memerlukan tenaga kerja

Saluran beton <Keuntungan>

Tingkat kebebasan yang cukup tinggi untuk desain potongan melintang

Konstruksi sulit jika diameter dalamnya kecil

Masa konstruksinya relative lama Saluran berpagar kayu

Lebih murah bila dibandingkan dengan saluran dari beton
Susunannya fleksibel jika

terjadi deformasi tanah kecil.

Penggunaan yang terbatas jika menggunakan fondasi tanah (earth)
Kurang cocok untuk cross-

section yang cukup besar

Sulit untuk memastikan kerapatan air (water-tightness) yang sempurna
Mudah rusak Saluran

<Keuntungan> Box

Konstruksi yang mudah bila Culvert

dibandingkan dengan pipa hume pada lereng curam dengan kemiringan potongan melintang

Periode konstruksi yang relative singkat dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil,

jika produk siap pakainya digunakan

Kaya dengan berbagai jenis variasi produk siap pakai

Beban yang berat
Biaya transportasi yang cukup tinggi, jika menggunakan produk siap pakai
Periode konstruksi yang cukup lama, jika dibuat langsung di daerah yang bersangkutan.

Saluran pipa hume <Keuntungan>

Mudah dikonstruksi di daerah tidak terlalu curam
Periode konstruksinya relative singkat
Ketahanan yang tinggi

Dapat diterapkan pada potongan melintang yang kecil
Memungkinkan untuk konstruksi yang tinggi dengan bentangan yang pendek

<Permasalahan> Biaya transportasi yang cukup tinggi dan beban yang berat.

1.3.4. Bak Penenang (Headtank)

Fungsi dari bak penenang adalah sebagai penyaring terakhir seperti settling basin untuk menyaring benda-benda yang masih tersisa dalam aliran air, dan merupakan tempat permulaan pipa pesat (penstock) yang mengendalikan aliran menjadi minimum sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin tanpa menurunkan elevasi muka air yang berlebihan dan menyebabkan arus baik pada saluran

Pemilihan lokasi bak penenang untuk pembangkit listrik sakal kecil seringkali berada pada punggung yang lebih tinggi, beberapa yang dapat dipertimbangkan antara lain : a.

Keadaan topografi dan geologi sungai

Sedapat mungkin dipilih lokasi dimana bagian tanahnya relative stabil. Dan jika umumnya terdiri dari batuan keras maka sedapat mungkin dapat mengurangi jumlah pekerjaan penggalian.

Walaupun ditempatkan pada punggung gunung, dipilih tempat yang relative datar.

Mengurangi hubungan dengan muka air tanah yamg lebih tinggi.

1.3.5. Pipa Pesat (Penstock)

Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah turbin air. Kondisi topografi dan pemilihan skema PLTMH mempengaruhi tipe pipa pesat (penstock). Umumnya sebagai saluran ini harus didesain/dirancang secara benar sesuai kemiringan (head) sistem PLTMH.

Pipa penstock merupakan salah satu komponen yang mahal dalam pekerjaan PLTMH, oleh karena itu desainnya perlu dipertimbangkan terhadap keseimbangan antara kehilangan energi dan biaya yang diperlukan. Parameter yang penting dalam desain pipa penstock terdiri dari material yang digunakan, diameter dan ketebalan pipa serta jenis sambungan yang digunakan.

1.3.5.1. Bahan Penstock

Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa-pipa baja, pipa-pipa ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil menggunakan pipa-pipa hard vinyl chloride, pipa-pipa howell atau pipa-pipa spiral welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif rendah. Material yang digunakan. Faktor-faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan material yang digunakan :

1. Besarnya tekanan air yang hams dipikul 2.

Topografi dari lokasi penempatannya 3. Volume air yang hams ditampung 4. Metode penyambungan 5. Diameter pipa dan gaya gesek 6. Berat dan tingkat kesulitan dalam pemasangangannya 7. Umur rencana 8. Kondisi iklim dan cuaca 9. Harga dan biaya perawatan 10.

Transportasi menuju lokasi Material yang baik untuk digunakan untuk pipa pesat pada mikrohidro diantaranya :

1. Besi ringan (Mild steel) 2.

Unplasticized polyvinyl choloride (UPVC)

3. High-density polyethylene (HDPE) 4.

Medium-density polyethylene (MDPE).

Karakteristik pipa-pipa ini diperlihatkan pada Tabel 2.5 (Bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil).

Tabel 2. 4 Bahan-bahan pipa penstock untuk pembanekit listrik tenaga air Skala kecil Pipa Resin

Pipa Besi Pipa HardVinyl pipa Howell Pipa FRP Pipa Baja Pipa Ductile Iron Pipa Spiral Welded

Karakterisrik

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian PLTMH - Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Aek Sibundong Kecamatan Sijamapolang Kabupaten Humbang Hasundutan Propinsi Sumatera Utara