Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) Hutaraja di Kecamatan Dolok Sanggul Kabupaten Humbang Hasundutan Propinsi Sumatera Utara

EVALUASI KINERJA
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINIHIDRO
( PLTM ) HUTARAJA DI KECAMATAN DOLOK SANGGUL
KABUPATEN HUMBANG HASUNDUTAN
PROPINSI SUMATERA UTARA
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan
memenuhi syarat untuk menempuh Colloqium Doqtum/
Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh :

JUNMIFLIN SIHITE
08 0404 141

BIDANG STUDI SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2014

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa oleh karena berkat dan
ridho-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Terimakasih
yang sebesar-besarnya kepada Tuhan Sang Pencipta yang telah memberikan
penulis kesabaran, kesehatan dan kebijaksanaan karena sungguh suatu hal yang
sangat sulit yang menguji ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah
dalam menyelesaikan laporan 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 Minihidro ( PLTM )
Hutaraja di Kecamatan Dolok Sanggul Kabupaten Humbang Hasundutan
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 Ir. Syahrizal, MT dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT 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 Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Terunajaya,MSc, Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia M.Sc
selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang sangat berarti
yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
5. PT. Humbahas Bumi Energi yang telah bersedia memberikan data-data
yang dibutuhkan penulis dalam penyelesain Tugas Akhir ini.

Universitas Sumatera Utara

6. Bang Saut Manullang ST, Bang Benthon Lumban Gaol ST, yang banyak
memberikan arahan dan masukan kepada penulis.
7. Keluargaku tercinta, Bapak G.Sihite

dan Ibu D.Silaban, Bapak

T.Sinulingga dan Ibu Ng.Tarigan, Mutiara Sani beserta saudara-saudari
tersayang yang memberikan doa, dukungan, motivasi hidup, semangat dan
nasehat kepada penulis.
8. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
9. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini
kepada penulis.
10. Buat teman-teman seperjuangan 2008, Arvan ( Birong ), William Arthur,
Tofandi dan teman-teman angkatan 2008 yang tidak dapat disebutkan
seluruhnya.

11.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.
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,

Januari 2014
Penulis,

Junmiflin Sihite
08 0404 141

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Krisis listrik yang terjadi mendorong pengimplementasian energi
terbarukan sebagai upaya untuk memenuhi pasokan listrik Negara. PLTM adalah
jenis pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air sebagai bahan bakarnya
sehingga dapat menghasilkan listrik. Besarnya listrik yang dihasilkan oleh PLTM
tergantung pada debit alirannya dan tinggi jatuh atau head pada instalasinya.

Debit aliran dan tinggi jatuh berbanding lurus dengan daya yang dihasilkan.
Dalam pelaksanaan studi ini dilakukan pengumpulan data primer dan data
sekunder. Data primer mencakup inventarisasi komponen PLTM, mulai dari
intake, saluran pembawa, hingga rumah pembangkit (power house). Data
sekunder meliputi data curah hujan, topografi, as back drawing, daerah tangkapan
air (catchment area), UKL & UPL, dll. Setelah data terkumpul, akan dilanjutkan
pada tahap analisa. Analisa yang dilakukan meliputi analisa hidrologi yang
bertujuan untuk mengetahui out put daya yang dapat dihasilkan PLTM, analisa
Pekerjaan Sipil & Mekanikal Elektrikal, dan analisa Finansial yang bertujuan
untuk mengetahui kelayakan dari sisi ekonomi.
Study ini akan membahas bagaimana kinerja Pembangkit Listrik Tenaga
Mini Hidro Hutaraja apakah PLTM tersebut layak untuk dikembangkan? Dari
hasil perhitungan menunjukan bahwa perhitungan debit andalan dengan Metode
F.J. Mock menghasilkan debit andalan sebesar 3,312 m3/dtk dan daya yang
dihasilkan sebesar 26.280.000 KwH/Thn. Dari perhitungan, biaya yang digunakan
untuk pembangunan PLTM Hutaraja adalah ± Rp. 56.920.000.000,00.
Berdasarkan hasil analisa hidrologi dan analisa finansial maka PLTM
Hutaraja layak untuk dikembangkan mengingat waktu pengembalian biaya
pembangunan jauh lebih kecil yaitu 7thn dari umur PLTM yaitu 20thn.

Kata kunci: PLTM, Evalusi kinerja, Energi

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR..............................................................................................i
ABSTRAK..............................................................................................................iii
DAFTAR ISI...........................................................................................................iv
DAFTAR TABEL.................................................................................................viii
DAFTAR GAMBAR...............................................................................................x
DAFTAR GRAFIK.................................................................................................xi

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang............................................................................................1
1.2. Perumusan Masalah....................................................................................3
1.3. Tujuan.........................................................................................................3
1.4. Batasan Masalah..........................................................................................4

1.5.Manfaat........................................................................................................4
1.6. Sistematika Penulisan..................................................................................5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro (PLTM).....................................6
2.1.1. Komponen-Komponen PLTM.......................................................7
2.1.2. Kelebihan dan Kekurangan PLTM...............................................11
2.2. Kapasitas Aliran.......................................................................................12
2.2.1. Dasar Konversi Air..........................................................................13

Universitas Sumatera Utara

2.3. Perencanaan Umum PLTM......................................................................15
2.4. Analisa Hidrologi.....................................................................................21
2.4.1. Curah Hujan.....................................................................................21
2.4.2.1. Cara Rata-Rata Aritmatik..................................................22
2.4.2.2. Cara Poligon (Thiessen polygon)......................................23

2.4.2.3. Cara Isohiet (Isohyetal).....................................................24
2.4.2.4. Cara Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock..........25
2.4.2. Debit Andalan............................................................................28
2.4.3. Klarifikasi Pengukuran Head...........................................................29
2.4.4. Pembuatan FDC (Flow Duration Curve).........................................30
2.5. Penentuan Lokasi....................................................................................31
2.5.1. Study geologi....................................................................................31
2.5.2. Pemahaman Peta Tofografi..............................................................32
2.5.3. Penentuan Lokasi Bangunan Intake.................................................32
2.5.4. Penentuan Lokasi Rumah Pembangkit ( Power House )..................37
2.6. Civil Works ( Pekerjaan Sipil).................................................................34
2.6.1. Sistem Layout...................................................................................34
2.6.2. Dam/Bendung pengalih intake (Diversion Weir dan Intake)...........36
2.6.3. Bak Pengendap (Settling Basin).......................................................37
2.6.4. Saluran Pembawa (Head Race)........................................................38
2.6.5. Bak Penenang (Headtank)................................................................38
2.6.6. Pipa Pesat (Penstock).......................................................................39
2.6.6.1. Bahan Pipa Pesat ( penstock )...........................................39
2.6.6.2. Diameter Pipa Pesat...........................................................40

Universitas Sumatera Utara

2.6.6.3. Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat....................41
2.6.6.4. Metode Penyambungan Penstock......................................43
2.6.7. Rumah Pembangkit (Power House).................................................47
2.7. Mekanikal Elektrikal................................................................................47
2.7.1. Turbin (turbine)................................................................................48
2.7.1.1. Turbin Francis...................................................................49
2.7.1.2. Turbin Pelton....................................................................50
2.7.1.3. Turbin Kaplan dan Baling-Baling.....................................50
2.7.1.4. Turbin Turgo...................................................................51
2.7.1.5. Turbin Crossflow............................................................51
2.7.2. Generator........................................................................................52
2.8. Biaya Ekonomi / Analisa Finansial..........................................................53
2.8.1. Net Present Value (NPV).................................................................53
2.8.2. Return Of Investment (ROI)............................................................53
2.8.3. Benefit-Cost Ratio (BCR)................................................................54
2.8.4. Payback Period (PP).........................................................................54

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Umum.......................................................................................................56
3.2. Tempat dan Waktu...................................................................................57
3.3. Rancangan Penelitian...............................................................................58
3.3.1. Analisa Potensi Daya Listrik............................................................59
3.3.2. Analisa Pekerjaan Sipil....................................................................59
3.3.3. Analisa pekerjaan Mekanikal & Elektrikal......................................60

Universitas Sumatera Utara

3.3.4. Analisa finansial / investasi..............................................................60
BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisis Debit...........................................................................................62
4.1.1. Analisis Curah Hujan.......................................................................62
4.1.2. Perhitungan Metode Empiris Debit Andalan Sungai.......................64

4.1.3. Analisa Flow Duration Curve (FDC)...............................................79
4.2. Analisa Tinggi Jatuh (Head)....................................................................84
4.3. Analisa Potensi Daya Terbangkitkan.......................................................84
4.4. Analisa Bangunan Sipil............................................................................85
4.4.1. Dam/bendung pengalih intake (diversion weir dan intake).............85
4.4.2. Bangunan Pengambilan / Intake.......................................................86
4.4.3. Sediment Trap..................................................................................86
4.4.4. Saluran Hantar ( Water Way )..........................................................87
4.4.5. Head Pond ( Kolam Penenang)........................................................88
4.4.6. Penstock (Pipa Pesat).......................................................................88
4.4.7. Power House....................................................................................90
4.4.8. Tail Race..........................................................................................91
4.5. Analisa Pekerjaan Mekanikal/Elektrikal..................................................91
4.6. Analisa Biaya...........................................................................................92
4.7. Analisa Ekonomi......................................................................................97
BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan............................................................................................100
5.2. Saran.......................................................................................................102
DAFTAR PUSTAKA

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 1.1.

Daftar Air Terjun yang telah dimohon beberapa perusahaan
Swasta..............................................................................................2

Tabel 2.1.

Koefisien kekasaran pipa...............................................................42

Tabel 2.2.

Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin............................48

Tabel 2.3.

Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin.......................48

Tabel 2.4.

Daerah Operasi Turbin...................................................................49

Tabel 4.1.

Data Curah Hujan (mm).................................................................62

Tabel 4.1.

Data Curah Hujan (mm/hari).........................................................63

Tabel 4.3.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 1996............................................................................68

Tabel 4.4.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 1997............................................................................69

Tabel 4.5.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 1998............................................................................70

Tabel 4.6.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 1999............................................................................71

Tabel 4.7.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 2000............................................................................72

Tabel 4.8.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 2001..........................................................................73

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.9.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 2002..........................................................................74

Tabel 4.10.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 2003..........................................................................75

Tabel 4.11.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 2004..........................................................................76

Tabel 4.12.

Analisa Debit Andalan dengan Metode F.J.Mock Sungai Aek
Silang Thn. 2005..........................................................................77

Tabel 4.13.

Debit Sungai Aek Silang Thn 1996 – 2005...................................78

Tabel 4.14.

Probabilitas Kejadian Debit di Sungai Aek Silang Tahun
1996 – 2005....................................................................................80

Tabel 4.15.

Hasil Perhitungan Debit Bulanan Rata-Rata..................................82

Tabel 4.16.

Rencana Anggaran Biaya Pembangunan PLTM Hutaraja.............93

Tabel 4.17`

Analisa Ekonomi..........................................................................99

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Layout PLTM......................................................................................7
Gambar 2.2. Efisiensi pada skema PLTM.............................................................14
Gambar 2.3. Analisis curah hujan metode Poligon ...............................................23
Gambar 2.4. Analisis curah hujan metode Isohiet.................................................24
Gambar 2.5. Beberapa Pilihan Saluran Air dan Penstock......................................34
Gambar 2.6. Grafik Factor Gesekan Pada Pipa......................................................42
Gambar 2.7. Sambungan Pipa Pesat......................................................................44
Gambar 2.8. Balok Angkur....................................................................................45
Gambar 2.9. Penyangga Pipa Pesat........................................................................46
Gambar 3.1. Peta Lokasi Dalam Wilayah Kecamatan Dolok Sanggul..................58
Gambar 3.2. Diagram alir penelitian......................................................................61
Gambar 4.1. Bendungan.........................................................................................85
Gambar 4.2. Intake.................................................................................................86
Gambar 4.3 Sediment Trap....................................................................................87
Gambar 4.4. Saluran pembawa..............................................................................87
Gambar 4.5. Head Pond.........................................................................................88

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.6. Pipa Pesat..........................................................................................89
Gambar 4.7. Balok Angkur....................................................................................89
Gambar 4.8. Power House.....................................................................................90
Gambar 4.9. Turbin dan Generator........................................................................90
Gambar 4.10. Tail Race.........................................................................................91

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1.Grafik FDC (Flow Duration Curve)...................................................81
Grafik 4. 2 Grafik Debit rata-rata bulanan dari Tahun 1996-2005........................83

Universitas Sumatera Utara