EVALUASI KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO AEK SIBUNDONG KECAMATAN SIJAMAPOLANG KABUPATEN HUMBANG HASUNDUTAN PROPINSI SUMATERA UTARA

  

EVALUASI KINERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO

HIDRO AEK SIBUNDONG KECAMATAN SIJAMAPOLANG

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 :

  

ARDI SURANTA STP

080404030

BIDANG STUDI SUMBER DAYA AIR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

  

2014

  

ABSTRAK

  Saat ini, listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Listrik dibutuhkan tidak hanya untuk penerangan, melainkan juga untuk melakukan aktivitas kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan kegiatan sosial dan ekonomi masyarakat. Tak jarang, keberadaan jaringan listrik pada suatu daerah menentukan kemajuan dan perkembangan daerah tersebut. Permasalahan yang ada saat ini adalah terbatasnya suplai tenaga listrik yang mengakibatkan krisis energi listrik, terutama di daerah-daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh jaringan listrik PLN. Salah satu solusi untuk pengadaan energi listrik di daerah terpencil tersebut adalah dengan pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mini/Mikro Hidro (PLTMH).

  PLTMH adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari instalasi, maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kondisi Desa Sibuntuon, Kecamatan Sijamapolang, Kabupaten Humbang Hasundutan yang sudah terdapat jaringan pembangkit listrik tenaga mikro hidro, namun dengan bertambahnya jumlah penduduk membuat kebutuhan akan listrik juga semakin meningkat. Apalagi diikuti tuntutan dan perkembangan teknologi informasi yang membutuhkan suplai energi listrik yang besar.

  Studi ini bertujuan untuk menganalisis kinerja PLTMH yang sudah ada, di mana analisis yang dihasilkan akan menunjukkan potensi energi yang ada di Sungai Aek sibundong, sebagai sumber air untuk memutar turbin, apakah daya yang selama ini dimanfaatkan masih dapat ditingkatkan.

  Dalam melakukan studi ini dilakukan pengumpulan data primer dan data sekunder. Data primer mencakup pengukuran curah hujan, inventarisasi komponen PLTMH, mulai dari intake, saluran pembawa, hingga rumah pembangkit (power house). Data sekunder meliputi data klimatologi, daerah tangkapan air (catchment area), data penduduk, dll.

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

  3 Mock menghasilkan debit andalan sebesar 6.35 m /detik dan daya yang dihasilkan sebesar 812.93 kW.

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

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir.

  Penulisan Tugas Akhir ini tidak akan dapat diselesaikan dengan baik oleh penulis tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, untuk itu penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada : 1.

  Bapak Ivan Indrawan, ST, selaku Dosen Pembimbing yang berperan penting sebagai orang tua bagi penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya tugas akhir ini.

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

  3. Bapak Syahrizal ST,MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  4. Bapak Dr. Ir. A. Perwira Mulia Tarigan, M.Sc, Ibu Emma Patricia, ST. M.Eng, selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, selaku koordinator tugas akhir sub jurusan sumber daya air, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan izin dalam mewujudkan skripsi ini.

  6. Kedua orang tua saya Thomson Purba dan Kristina br.Sembiring yang telah memberikan bimbingan, dukungan, perhatian dan doanya selama ini serta Kakanda Sri sulastri purba,Kartika Ulina Purba,Lia suryani Purba dan adik saya Prana Hotmartua Purba,Julyandi Manalu.

  7. Abang Ipar saya Kennorton Sinaga dan Reinhard Lumbantoruan yang selalu memotivasi saya dalam pengerjaan tugas akhir ini.

  8. Bapak/Ibu staf pengajar serta pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  9. Teman-teman seperjuangan stambuk 2008, rivay, saur, ican, johan, coy, rahmad, sutan,roby,andri, ivan,aran,Mustafa,ivan,nofandi, hafiz, dani, panji,agi, frengki, moy, abang dan kakak stambuk ’05, ’06, ’07, adik-adik stambuk ’09, ’10, ’11, adik- adik kos Manimpan, Chandra,Triboy, Defrin, ovan, dan semuanya yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu terima kasih atas bantuannya selama ini.

  Semoga Tuhan membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya atas bantuan dan dukungan yang telah diberikan.

  Penulis menyadari bahwa di dalam penelitian dan penulisan Tugas Akhir ini terdapat banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik sehingga dapat menyempurnakan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat bagi para pembaca.

  Medan, january 2014 Hormat Saya

  Ardi Suranta STP

  DAFTAR ISI Daftar Halaman KATA PENGANTAR ...................................................................................... i ABSTRAK ........................................................................................................ ii DAFTAR ISI ..................................................................................................... iii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ iv DAFTAR TABEL ............................................................................................ v DAFTAR NOTASI ........................................................................................... vi

  BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1. Umum ............................................................................................. 1 1.2. Latar Belakang ................................................................................ 3 1.3. Perumusan Masalah ....................................................................... 5 1.4. Pembatasan Masalah ...................................................................... 5 1.5. Metodologi penelitian .................................................................... 6 1.6. Tinjaun Pustaka singkat .................................................................. 8 1.7. Sistematika Penulisan ...................................................................... 9 BAB II TIJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 10

  2.1. Pengertian PLTMH ......................................................................... 10

  2.2. Debit Andalan ................................................................................ 25

  2.3. Komponen PLTMH ....................................................................... 37

  2.3.1. Dam/Bendung pengalih ......................................................... 37

  2.3.2. Bak Pengendap ..................................................................... 46

  2.3.3. Saluran Pembawa ................................................................... 47

  2.3.4. Bak Penenang ........................................................................ 55

  2.3.5. Pipa Pesat .............................................................................. 56

  2.3.6. Rumah Pembangkit/Powerhouse .......................................... 66

  2.3.7. Turbin dan Generator ............................................................ 68

  2.3.8. Saluran Pembuang akhir ....................................................... 73

  2.3.9. Daya energy Listrik ............................................................... 73

  2.4. Penerapan Teknologi Mikro hydro ................................................. 76

  2.5. Identifikasi Potensi dan Pengukuran debit ...................................... 77

  2.6. Kualitas Air ...................................................................................... 78

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 79

  3.1. Umum ......................................................................................... 79

  3.2. Kondisi Hydroklimatologi .......................................................... 82

  3.2.1. Sungai ................................................................................ 82

  3.2.2. Kualitas Air ....................................................................... 82

  3.2.3. Data Curah Hujan ............................................................. 83

  3.3. Skema Pengerjaan ...................................................................... 86

  3.4 Studi pustaka .............................................................................. 87

  3.5 Pengambilan data ....................................................................... 87

  3.6 Pengolahan Data ......................................................................... 87

  3.7 Analisis data .............................................................................. 87

  BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ................................................... 89

  4.1. Kondisi Komponen PLTMH ....................................................... 89

  4.1.1. Dam/bendung ..................................................................... 89

  4.1.2. Saluran Pembawa .............................................................. 89

  4.1.3. Saluran pembuang/Spillway ............................................... 90

  4.1.4. Bak Penenang .................................................................... 91

  4.1.5. Pipa Pesat ............................................................................ 91

  4.1.6. Rumah Pembangkit .............................................................. 92

  4.1.7. Jaringan Transmisi ............................................................... 93

  4.2. Evaluasi Data ............................................................................... 93

  4.2.1. Analisi Curah Hujan .......................................................... 94

  4.2.2. Perhitungan Metode Empiris Debit Andalan ...................... 95

  4.2.3. Analisis Flow Duration Curve ………………………….. 110

  4.2.4. Daya Yang Dapat Dihasilkan …………………………… 112

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 113

  5.1. Kesimpulan .................................................................................. 114

  5.2. Saran ............................................................................................ 115

DAFTAR PUSTAKA

  DAFTAR TABEL Tabel Halaman

Tabel 1.1. Daftar Air Terjun ............................................................................. 4Tabel 2.1. Perhitungan Persentai Luas daerah ................................................... 28Tabel 2.2. Perhitungan Curah Hujan Rata-rata cara Poligon .............................. 28Tabel 2.3. Jenis Dam Intake ................................................................................ 40Tabel 2.4. Tipe saluran Pembawa ...................................................................... 48Tabel 2.5. Struktur Dasar Saluran ....................................................................... 50Tabel 2.6. Bahan-bahan Pipa Penstock ............................................................... 59Tabel 2.7. Koefisien Kekasaran Pipa .................................................................. 64Tabel 2.8. Koefisien Ketajaman sudut Masuk ................................................... 65Tabel 2.9. Koefisien Bukaan Klep ..................................................................... 66Tabel 4.1. Curah Hujan Bulanan ....................................................................... 83Tabel 4.2. Perhitungan Curah Hujan Metode FJ.MOCK ................................... 99Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Debit Andalan ...................................................... 111

  DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman

Gambar 2.1. Bagan PLTMH .............................................................................. 11Gambar 2.2. Desain Tiga Dimensi Komponen Intake ....................................... 11Gambar 2.3. Bendungan .................................................................................... 12Gambar 2.4. Intake ............................................................................................. 13Gambar 2.5. Saluran Pengalih ........................................................................... 13Gambar 2.6. Pintu intake .................................................................................. 14Gambar 2.7. Saluran Pembawa ......................................................................... 15Gambar 2.8. Bak Penenang ............................................................................... 16Gambar 2.9. Sambuingan Pipa Pesat ................................................................ 18Gambar 2.10. Potongan Melintang Pipa Pesat ................................................... 20Gambar 2.11. Turbin dan Generator .................................................................. 21Gambar 2.12. Power House ................................................................................ 22Gambar 2.13. Grafik factor Gesekan pada Pipa ................................................. 64Gambar 2.14. Efisiensi Pada Skema PLTMH .................................................. 75Gambar 3.1. Peta Lokasi PLTM Aek Sibundong ............................................. 79Gambar 3.2. Kondisi Jalan PLTM .................................................................... 80Gambar 3.3. Kondisi sungai dan Letak PLTMH ............................................... 82Gambar 3.4. Konsep Pengerjaan ........................................................................ 86Gambar 4.1. Dam/Bendung Pengalih ................................................................ 89Gambar 4.2. Saluran Pembawa .......................................................................... 90Gambar 4.3. Saluran Pembuang ........................................................................ 90Gambar 4.4. Saringan ........................................................................................ 91Gambar 4.5. Pipa Pesat ...................................................................................... 92Gambar 4.6. Power House dan Generator .......................................................... 92Gambar 4.7. Jaringan Transmisi ......................................................................... 93Gambar 4.8. Grafik FDC .................................................................................... 100Gambar 4.9. Grafik Debit Andalan FJ.MOCK ................................................... 111

DAFTAR NOTASI

  Q = Debit aliran (m³/s) V = Kecepatan aliran (m/s)

  A = Luas penampang (m²)

  P = Daya terbangkitkan (Watt)

  = Massa jenis air = 1000 /

  3

  g = percepatan gravitasi = 9,81

  2

  / H

  eff =

  tinggi efektif (m)

  η ^tot = efisiensi total.

  N = Koefisien kekasaran

  L = Panjang penstock (m) H gross = Tinggi jatuh air (gross head) (m) t _s = adalah penambahan ketebalan pipa untuk faktor korosi P i = tekanan hidrostatik, kNi P mm D = diameter dalam pipa K _f = faktor pengelasan S f =desain tegangan pipa yang diizinkan

  P t = maksimum turbin output (kW) H = head efektif (m) η t = efisiensi turbin Ri = besarnya CH pada stasiun

  Ea = Evapotranspirasi aktual (mm) Eto = Evapotranspirasi potensial (mm) N = jumlah hari hujan dalam sebulan Δ S = Keseimbangan air dipermukaan tanah R = Hujan Bulanan Ea = Evapotranspirasi Aktual WS = water surplus