Pemeliharaan dan Pengoperasian PLTMH
PLTMH
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
oleh : Ir. Sentanu H.
ASOSIASI HIDRO BANDUNG
2 LATAR BELAKANG
PLTH (Pembangkit Listrik Tenaga Hidro) adalah teknologi yang handal.
PLTH sudah digunakan di Indonesia sejak tahun 1882 untuk menggerakan mesin
industri teh, hingga tahun 1910 tercatat ada 400 unit PLTH yang terpasang. Salah
satunya di Cisalak Jawa Barat yang dipasang pada tahun 1909
Indonesia secara tidak resmi sudah menjadi salah satu pusat pembelajaran dan
pengembangan teknologi PLTH di Asia Tenggara.
Pembangkit listrik tenaga air adalah sumber energi yang penting, tetapi masyarakat
umum masih banyak yang belum mengetahui peran penting PLTH bagi penyediaan
listrik nasional
11/20/2013
Asosiasi Hidro Bandung
AHB2
1909
perkebunan Cisalak,
At. De Costr. Mec., Francis, 100 kW
1923
Bandungte Electriciteits Masatsehappij (PLN)
Francis, 700 kW
1931
perkebunan Cinangling, Subang
Francis, 300 kW
2001
Long Lawen, Serawak, Malaysia
cross-flow T-14, 10 kW, Heksa Prakarsa
Hydropower
klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Hidro (PLTH)
Big Dam
Small Dam
Huge Hydropower
Small Hydropower,
Tinggi Bendung > 15 m
Bendung tidak renewable
Tinggi Bendung < 15 m
Kapasitas daya kurang dari 10 MW
Pembangkit Listrik Tenaga Hidro skala besar
PLTH skala besar
Pembangkit Listrik Tenaga Hidro PLTH skala kecil
asosiasi hidro bandung
KLASIFIKASI PLTH skala kecil
Pembangkit Listrik Tenaga Hidro skala kecil
SMALL HIDRO (PLTH skala kecil), kapasitas daya kurang dari 10 MW
MINI HIDRO
PLTH skala mini
MIKRO HIDRO
PLTH skala mikro
PICO HIDRO
PLTH skala piko
100 kW s/d 1 MW
1 KW s/d 100 kW
Kurang dari 1 kW
• Tidak menggunakan
bendungan (Dam less)
• Run off river
• Tinggi bendung < 3 m
• Head < 50 meter
• Tegangan rendah
• Tidak menggunakan
bendungan (Dam less)
• Run off river
• Tinggi bendung < 1 m
• Head < 50 meter
• Tegangan rendah
PLTMH
Tinggi bendung < 5 m ?
Tegangan < 20 kV
asosiasi hidro bandung
9 KONSEP PLTMH
Micro Hydro Power (MHP), Micro Hydropower,
Dikenalkan oleh insinyur hydropower di negara barat yang prihatin terhadap penduduk
negara miskin yang tidak memperoleh listrik, padahal tersedia sumber energi hidro
berlimpah di wilayah-nya.; MHPG, ITDG, SKAT
Rasionalisasi desain pembangkit listrik tenaga hidro agar dapat di bangun, dikelola,
dan dimiliki oleh masyarakat sendiri.
Tidak menggunakan bendungan (dam),
Tinggi mercu bendung (weir) < 2 meter
Head rendah, kurang dari 50 meter untuk mengurangi resiko bencana akibat water hammer,
dan tuntutan penggunaan material berkualitas sangat tinggi
11/20/2013
Asosiasi Hidro Bandung
AHB9
PLTMH berbasis masyarakat
power to empowering people
10
• Berlandaskan sumber daya lokal
• Dapat dibangun, dikelola, dan dimiliki sendiri oleh
konsumen/masyarakat lokal
• Dapat dioperasikan, dipelihara, diperbaiki oleh
teknisi lokal
• Menggunakan sistem run off river, tanpa dam, tinggi
bendung < 2 m, dan genangan yang tidak luas
• Menggunakan komponen yang umum digunakan
dalam konstruksi teknik dan tersedia di pasar lokal ;
generator, kabel, transmission belt, pipa, dsb
• Turbin dapat dibuat oleh bengkel lokal ; turbin cross
flow
• PLTMH sebagai alat dan media pengembangan
masyarakat
Tahap Pembangunan PLTMH
TEKNIS
TAHAP
NON-TEKNIS
potensi sumber energi hidro
PENJAJAGAN AWAL
potensi pasar listrik
kelayakan teknis
STUDI KELAYAKAN
kesepakatan masyarakat
detailed engineering design
instalasi PLTMH
kualitas listrik, operasi. dan
maintenance yang baik
DESAIN RINCI
pengorganisasian
PEMBANGUNAN
lembaga pengelola
OPERASI
pengelolaan lembaga
konsumen yang baik
PLTMH
14
Potensi Sumber Energi Hidro
•
Studi potensi sumber energi hidro adalah penjajakan awal ketersediaan potensi sumber
energi hidro untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).
•
Digunakan untuk memilih dan mengutamakan lokasi yang akan ditindak lanjuti dengan
studi kelayakan
•
Studi potensi meliputi kegiatan observasi, pengumpulan data dan informasi lokasi
daerah aliran sungai suatu dusun/desa yang diperkirakan memiliki potensi sumber energi
hidro
•
Hasil Studi Potensi dibutuhkan untuk pengambilan keputusan apakah studi perlu
dilanjutkan dengan studi kelayakan yang membutuhkan studi yang lebih rinci, teliti, dan
sudah tentu akan membutuhkan biaya lebih besar
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Kriteria Kelayakan Potensi (contoh)
konsumen
Ada calon konsumen listrik di sekitar instalasi PLTMH pada
radius 2 km dari pembangkit atau gardu distribusi (GD).
Panjang jaringan distribusi dari titik lokasi pembangkit
terhadap penerima daya (beban) kurang dari 2 km untuk
tegangan rendah (220 V)
Daya terbangkit cukup memadai untuk keseluruhan warga
agar tidak menimbulkan konflik sosial, minimal 1 Ampere atau
200 Watt /KK
debit air
Fluktuasi debit sumber air tidak terlampau besar, dan
maksimal 1 bulan kering pada musim kemarau
bencana
Mitigasi bencana; konstruksi berada pada tanah yang stabil,
Tinggi bendung tidak lebih dari 2 meter, dan Head desain
kurang dari 50 meter.
aksesibilitas
Jalan akses menuju lokasi dapat dijangkau atau dapat
ditempuh dengan aman dan ekonomis.
lingkungan
Lokasi pembangkit tidak merusak lingkungan dan atau berada
di kawasan konservasi yang dilarang
Masyarakat memiliki sumber pendapatan uang untuk
membiayai operasi dan pemeliharaan instalasi PLTMH
jarak
kapasitas
ekonomi
PRELIMINARY STUDY
Persamaan Energi Potensial Air
16
Energi Potensial Air;
U mgH
Daya = Energi per detik ;
W gQH 9,8QH
1 m3
1000 kg
U = Energi potensial [Joule]
H = 10 meter
m = Masa [kg]
g = gaya gravitasi 9,8 [m/det2]
U = 9,8 x 1000 X 10 Joule
H = Head, tinggi elevasi [m]
W = Daya [Watt]
W = 98000 Joule/detik
W = 98000 Watt = 98 kW
Q = Debit air [liter/detik]
PRELIMINARY STUDY
Kalkulasi Potensi Energi Hidro
17
W=5xQxH
Hlosses
W = 9,8 x Q x Hnet x ƞtotal
Dimana
W = Potensi kapasitas daya terbangkit [Watt]
Hgeodetic
Hnet
9,8 = Kecepatan gravitasi [meter/detik2]
Q = debit air [liter/detik]
Hnet = Energi Head [meter] = Hgeodetic - Hlosses
Ƞtotal = efisiensi total; sekitar 0,55
Ƞtotal = Ƞturbin x Ƞtransmisi mekanik x Ƞgenerator
Ƞturbin = 0,8
Ƞtransmisi mekanik = 0,95
Ƞgenerator = 0,9
W=5xQxH
18
W = 5 x Q x H [Watt]
dimana
Q = debit air [liter/detik]
H = Head [meter]
Jika H = meter dan Q = 100 liter/detik
maka; W = 5 x 100 x 10 = 5000 Watt
[meter]
Q [m3/detik]
W = 5 x Q x H [kW]
dimana
Q = debit air [m3 /detik]
H = Head [meter]
Jika H = 10 meter dan Q = 0,1 m3/detik
maka; W = 5 x 100 x 10 = 5 kW
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Sidik cepat bentang alam
19
Ada air terjun
Kelerengan di atas 2:1
Curah hujan di atas 4000 mm
Tutupan vegetasi rapat
Wilayah hutan konservasi
Tanah tidak porous
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Analisis peta dasar 1 : 1000
20
Peta topografi
Peta terrain goggle map
Wilayah dengan kontur rapat
Alur sungai
Luas daerah tangkapan air
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Observasi lokasi potensial
21
Menyusuri sungai dari desa ke
arah lokasi potensial
Transek melintang 1 km kiri
kanan lokasi potensial
Transek jalur kabel distribusi
Status tata guna dan
pemilikan lahan
Pengukuran Head Geodetic
Pengukuran debit air sesaat
Pengamatan tinggi muka
banjir
Ketersediaan material lokal ;
batu, pasir, kayu
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Pengukuran Head Geodetic
22
Selang waterpas; 1 cm
Waterpas; 1 cm
Total Station ; 5 cm
Theodolite; 10 cm
Pressure gauge; 0,01 Bar=1 m
Range finder; 1 m
Clinometers; 5 meter
GPS; 10 m
Altimeter; > 10 m
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Pengukuran Head Geodetic
23
Selang waterpas; 1 cm
Waterpas; 1 cm
Total Station ; 5 cm
Theodolite; 10 cm
Pressure gauge; 0,01 Bar=1 m
Range finder; 20 cm
Clinometers; 5 meter
GPS; 10 m
Altimeter; > 10 m
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Pengukuran Debit Sesaat
24
Metoda wadah
V notch weir
Rectangular Weir
Flow meter ; Q=VA
Larutan Garam
Bola Pingpong
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Pengukuran Debit Sesaat
25
Metoda wadah
V notch weir
Rectangular Weir
Flow meter ; Q=VA
Larutan Garam
Bola Pingpong
AHB 2011
26
Studi kelayakan PLTMH
Studi kelayakan PLTMH adalah penelitian investasi PLTMH untuk menghasilkan daya atau
pendapatan secara berkelanjutan selama umur pakai desain. Kriteria kelayakan terdiri dari :
• Hidrologi ; W = 9,8 x n x Q X H ; Q90 untuk Isolated Grid
• Sipil ; umur desain konstruksi 20 tahun
• Mekanikal Elektrikal ; umur desain 10 tahun, moving parts 3 tahun.
• Ekonomi/Finansial ; masyarakat mampu membiayai operasi PLTMH dan menabung uang
untuk perbaikan; Internal Rate of Return (IRR); Benefit Cost Ratio (B/C ); Net Present
Value (NPV), Cash Flow, dsb
• Sosial Budaya : masyarakat mau dan mampu mengelola,, dan menyelesaikan konflik
• Lingkungan ; tidak ada dampak yang serius terhadap kerusakan lingkungan
• Keberlanjutan ; instalasi PLTMH dapat melayani kebutuhan listrik sesuai dengan umur
desain.
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI
27
Mengetahui potensi sumber energi hidro sepanjang tahun untuk
menggerakan turbin. Studi hidrologi bertujuan untuk mendapatkan
beberapa parameter yang akan digunakan dalam perencanaan
pembangunan mikrohidro, antara lain :
Debit andalan yang akan menjadi dasar perencanaan bangunan dan
penentuan jenis turbin.
Debit banjir sebagai dasar rencana bangunan utama dan parameter
keamanan seluruh bangunan PLTMH
Konservasi daerah tangkapan air (catchment area) yang
berpengaruh terhadap stabilitas debit andalan.
Penggunaan air selain dari kebutuhan PLTMH
HIDROGRAPH
debit air sungai 10 tahun
28
Debit sungai tertinggi harian
dari hasil pengukuran elevasi
muka air sungai selama 10
tahun
Debit rata-rata tertinggi 950,
terendah 70 m3/det
AHB 2011
HIDROGRAPH
Flow Duration Curve
29
Debit desain
Off grid Q90 = 64,2
Grid Connected Q60 = 104,2
Debit banjir = 1295, untuk
menetapkan dimensi bendung
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Lokasi rencana PLTMH
30
Desa Long Mekatip
Kecamatan Mentarang Hulu
Kabupaten Malinau
Provinsi Kalimantan Timur
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Area Tangkapan (Catchment Area)
31
Catchment Area DAS Long
Mekatip
Luas Das 7,8 km2
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Pos Hujan Terdekat
32
pos pengamatan curah hujan
di kota Long Bawan
•
•
•
•
•
Curah hujan
Suhu
Kelembaban
Penyinaran matahari
Kecepatan angin
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Data Curah Hujan
33
Data hujan Yuvai Semaring
Long Bawan
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Data Klimatologi
34
Data Klimatologi Stasiun
Melak Tahun 2009
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Kalibrasi Parameter
35
Data Debit di Pos Duga Air di
Kembang Janggut (m3/det)
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Resume debit
36
Debit desain
Q80 = 360 liter/detik
Q60 = 550 liter/detik
Debit banjir = 1400 liter/detik
AHB 2011
FLOW DURATION CURVE (FDC)
Debit Desain
37
AHB 2011
38 TEKNOLOGI
TURBIN PLTMH
Turbin air adalah mesin konversi energi hidrolik air menjadi energi mekanik
poros untuk menggerakan generator listrik atau mesin produksi
11/20/2013
Asosiasi Hidro Bandung
AHB
Kincir Air untuk pengairan sawah
di Blok Loa, Desa Manggungsari, Kecamatan Rajapolah, Kabupaten
Tasikmalaya, sebuah teknologi tepat guna yang terbukti dapat memudahkan
petani mengairi sawah pada musim kemarau. (FOTO Koran Pikiran Rakyat).
Kincir Air untuk pembangkit listrik
Modifikasi Kincir Air menjadi pembangkit listrik, generator menggunakan
alternator mobil. Kecepatan rotasi rendah dan tidak stabil sehingga kualitas
tegangan dan frekuensi listrik tidak memadai
Komplek PLTMH kumuh
Tidak hanya perumahan, instalasi PLTMH juga bisa kumuh jika tidak ada
introduksi teknologi. Setiap tahun harus diperbaiki karena terjangan air banjir
AHB 2011
Evolusi teknologi PLTMH
Rusak setiap banjir
Umur pakai < 3 tahun
Listrik tidak stabil
Dimensi besar
Umur pakai 10 tahun
Over haul 3 tahun
Listrik sesuai standar
Dimensi kecil ,compact
AHB 2011
Layout PLTMH
Turbin Propeller Open Flume
43
asosiasi hidro bandung
1988
Turbin Cross Flow T3
1990
Turbin Cross Flow T7
1992
Turbin Cross Flow T9
1996
Mahagnao, Bauren, Leyte, Philipina
Turbin Cross Flow T12, 65 kW
1998
Turbin Cross Flow T14, Lisensi Entec
2004
Turbin Cross Flow T15, Lisensi Entec
1996
Taman Nasional Gunung Halimun
Pump As Turbine (PAT), 15 kW, Ebara
2006
Propeller Open Flume, CIT
2006
Bucholz Switzerland
Propeller Tubular 2 X70 kW, Cihanjuang Inti Teknik
2006
Cihanjuang Inti Teknik
Propeller S tube,
2001
Kolondom Plant
Parts Repairments VAtech Turbine, 800 kW, GREAT
2008
PT Heksa Prakarsa
Cross Flow T14
2006
PT Kramat Raya
Francis 1 MW
2011
PT ENTEC
Pelton 320 kW
2010
PT Cihanjuang Inti Teknik
Propeller 200 kW
MEKANIKAL ELEKTRIKAL
Karta Seleksi Turbin
59
1.
2.
3.
4.
5.
Cross flow (Aliran Silang)
Propeller Open Flume
Pump as Turbine (PAT)
Pelton
Propeller S tube
AHB 2011
Spesifikasi Turbin
60
Umur pakai ; minimal 10 tahun
Kehandalan ; 300 jam per tahun
Overhaul ; 3 tahun, bearing, water seal, belt
Efisiensi minimal 55 %
Casing tidak bocor, tidak menyebabkan lantai becek
Noise ; meter dari mesin 100 dB
AHB 2011
2010
Sulawesi Barat
Cross Flow, < 30 kW, pak Linggih
1976
Lampung
cross flow, Haji Dori, PLTMH Baraya
2010
Serai Wangi, Kapuas Hulu, Kalbar
Modifikasi pompa penambang emas, < 1 kW
2010
Banki Turbine, IMAG
underdevelopent
Kincir air metal
67
AHB 2011
2008
De La Sale Universities, Philippines
Cross-flow T12
69 TEKNOLOGI
KONTROL PLTMH
Kontrol PLTMH berfungsi untuk melindungi turbin dan generator terhadap
beban berlebih, dan menjamin pasokan listrik ke konsumen sesuai dengan
standar kualitas listrik (tegangan, frekuensi, distorsi harmonik).
11/20/2013
Asosiasi Hidro Bandung
AHB
MEKANIKAL ELEKTRIKAL
Proteksi Jaringan PLTMH
Contactor akan memutus arus ke jaringan jika :
Produksi listrik dari pembangkit tidak memenuhi syarat :
Trip Frekuensi (49,5 – 50,5 Hz) ; (45 – 60 Hz)
(mempengaruhi kerja peralatan listrik dengan beban
reaktif; lampu hemat energi, radio, TV, pompa air,
kulkas, dan peralatan elektronik lainnya)
Trip Tegangan (198 – 231 V) ; (160-240 V)
Distorsi harmonik diabaikan
Arus melebihi kapasitas
Melindungi generator
Spikes tegangan atau arus
Petir
Las Busur Listrik
MEKANIKAL ELEKTRIKAL
Panel Kontrol
71
•
•
•
•
•
Kubikel
Meter
Proteksi
ELC atau IGC untuk IMAG
Synchronizer
AHB 2011
Persyaratan
Teknik Sistem Distribusi
Frekuensi nominal = 50 Hz, rentang frekuensi normal 49,5 Hz
s/d 50,5 Hz
Tegangan sistem distribusi = +5% s/d -10% tegangan normal
Distorsi harmonik total maksimum
Batas maksimum distorsi harmonisa tegangan
Distorsi harmonisa tegangan individu = 3%
Distorsi harmonisa tegangan total = 5 %
Batas maksimum distorsi harmonisa arus
Harmonisa ganjil, h
h
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
oleh : Ir. Sentanu H.
ASOSIASI HIDRO BANDUNG
2 LATAR BELAKANG
PLTH (Pembangkit Listrik Tenaga Hidro) adalah teknologi yang handal.
PLTH sudah digunakan di Indonesia sejak tahun 1882 untuk menggerakan mesin
industri teh, hingga tahun 1910 tercatat ada 400 unit PLTH yang terpasang. Salah
satunya di Cisalak Jawa Barat yang dipasang pada tahun 1909
Indonesia secara tidak resmi sudah menjadi salah satu pusat pembelajaran dan
pengembangan teknologi PLTH di Asia Tenggara.
Pembangkit listrik tenaga air adalah sumber energi yang penting, tetapi masyarakat
umum masih banyak yang belum mengetahui peran penting PLTH bagi penyediaan
listrik nasional
11/20/2013
Asosiasi Hidro Bandung
AHB2
1909
perkebunan Cisalak,
At. De Costr. Mec., Francis, 100 kW
1923
Bandungte Electriciteits Masatsehappij (PLN)
Francis, 700 kW
1931
perkebunan Cinangling, Subang
Francis, 300 kW
2001
Long Lawen, Serawak, Malaysia
cross-flow T-14, 10 kW, Heksa Prakarsa
Hydropower
klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Hidro (PLTH)
Big Dam
Small Dam
Huge Hydropower
Small Hydropower,
Tinggi Bendung > 15 m
Bendung tidak renewable
Tinggi Bendung < 15 m
Kapasitas daya kurang dari 10 MW
Pembangkit Listrik Tenaga Hidro skala besar
PLTH skala besar
Pembangkit Listrik Tenaga Hidro PLTH skala kecil
asosiasi hidro bandung
KLASIFIKASI PLTH skala kecil
Pembangkit Listrik Tenaga Hidro skala kecil
SMALL HIDRO (PLTH skala kecil), kapasitas daya kurang dari 10 MW
MINI HIDRO
PLTH skala mini
MIKRO HIDRO
PLTH skala mikro
PICO HIDRO
PLTH skala piko
100 kW s/d 1 MW
1 KW s/d 100 kW
Kurang dari 1 kW
• Tidak menggunakan
bendungan (Dam less)
• Run off river
• Tinggi bendung < 3 m
• Head < 50 meter
• Tegangan rendah
• Tidak menggunakan
bendungan (Dam less)
• Run off river
• Tinggi bendung < 1 m
• Head < 50 meter
• Tegangan rendah
PLTMH
Tinggi bendung < 5 m ?
Tegangan < 20 kV
asosiasi hidro bandung
9 KONSEP PLTMH
Micro Hydro Power (MHP), Micro Hydropower,
Dikenalkan oleh insinyur hydropower di negara barat yang prihatin terhadap penduduk
negara miskin yang tidak memperoleh listrik, padahal tersedia sumber energi hidro
berlimpah di wilayah-nya.; MHPG, ITDG, SKAT
Rasionalisasi desain pembangkit listrik tenaga hidro agar dapat di bangun, dikelola,
dan dimiliki oleh masyarakat sendiri.
Tidak menggunakan bendungan (dam),
Tinggi mercu bendung (weir) < 2 meter
Head rendah, kurang dari 50 meter untuk mengurangi resiko bencana akibat water hammer,
dan tuntutan penggunaan material berkualitas sangat tinggi
11/20/2013
Asosiasi Hidro Bandung
AHB9
PLTMH berbasis masyarakat
power to empowering people
10
• Berlandaskan sumber daya lokal
• Dapat dibangun, dikelola, dan dimiliki sendiri oleh
konsumen/masyarakat lokal
• Dapat dioperasikan, dipelihara, diperbaiki oleh
teknisi lokal
• Menggunakan sistem run off river, tanpa dam, tinggi
bendung < 2 m, dan genangan yang tidak luas
• Menggunakan komponen yang umum digunakan
dalam konstruksi teknik dan tersedia di pasar lokal ;
generator, kabel, transmission belt, pipa, dsb
• Turbin dapat dibuat oleh bengkel lokal ; turbin cross
flow
• PLTMH sebagai alat dan media pengembangan
masyarakat
Tahap Pembangunan PLTMH
TEKNIS
TAHAP
NON-TEKNIS
potensi sumber energi hidro
PENJAJAGAN AWAL
potensi pasar listrik
kelayakan teknis
STUDI KELAYAKAN
kesepakatan masyarakat
detailed engineering design
instalasi PLTMH
kualitas listrik, operasi. dan
maintenance yang baik
DESAIN RINCI
pengorganisasian
PEMBANGUNAN
lembaga pengelola
OPERASI
pengelolaan lembaga
konsumen yang baik
PLTMH
14
Potensi Sumber Energi Hidro
•
Studi potensi sumber energi hidro adalah penjajakan awal ketersediaan potensi sumber
energi hidro untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH).
•
Digunakan untuk memilih dan mengutamakan lokasi yang akan ditindak lanjuti dengan
studi kelayakan
•
Studi potensi meliputi kegiatan observasi, pengumpulan data dan informasi lokasi
daerah aliran sungai suatu dusun/desa yang diperkirakan memiliki potensi sumber energi
hidro
•
Hasil Studi Potensi dibutuhkan untuk pengambilan keputusan apakah studi perlu
dilanjutkan dengan studi kelayakan yang membutuhkan studi yang lebih rinci, teliti, dan
sudah tentu akan membutuhkan biaya lebih besar
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Kriteria Kelayakan Potensi (contoh)
konsumen
Ada calon konsumen listrik di sekitar instalasi PLTMH pada
radius 2 km dari pembangkit atau gardu distribusi (GD).
Panjang jaringan distribusi dari titik lokasi pembangkit
terhadap penerima daya (beban) kurang dari 2 km untuk
tegangan rendah (220 V)
Daya terbangkit cukup memadai untuk keseluruhan warga
agar tidak menimbulkan konflik sosial, minimal 1 Ampere atau
200 Watt /KK
debit air
Fluktuasi debit sumber air tidak terlampau besar, dan
maksimal 1 bulan kering pada musim kemarau
bencana
Mitigasi bencana; konstruksi berada pada tanah yang stabil,
Tinggi bendung tidak lebih dari 2 meter, dan Head desain
kurang dari 50 meter.
aksesibilitas
Jalan akses menuju lokasi dapat dijangkau atau dapat
ditempuh dengan aman dan ekonomis.
lingkungan
Lokasi pembangkit tidak merusak lingkungan dan atau berada
di kawasan konservasi yang dilarang
Masyarakat memiliki sumber pendapatan uang untuk
membiayai operasi dan pemeliharaan instalasi PLTMH
jarak
kapasitas
ekonomi
PRELIMINARY STUDY
Persamaan Energi Potensial Air
16
Energi Potensial Air;
U mgH
Daya = Energi per detik ;
W gQH 9,8QH
1 m3
1000 kg
U = Energi potensial [Joule]
H = 10 meter
m = Masa [kg]
g = gaya gravitasi 9,8 [m/det2]
U = 9,8 x 1000 X 10 Joule
H = Head, tinggi elevasi [m]
W = Daya [Watt]
W = 98000 Joule/detik
W = 98000 Watt = 98 kW
Q = Debit air [liter/detik]
PRELIMINARY STUDY
Kalkulasi Potensi Energi Hidro
17
W=5xQxH
Hlosses
W = 9,8 x Q x Hnet x ƞtotal
Dimana
W = Potensi kapasitas daya terbangkit [Watt]
Hgeodetic
Hnet
9,8 = Kecepatan gravitasi [meter/detik2]
Q = debit air [liter/detik]
Hnet = Energi Head [meter] = Hgeodetic - Hlosses
Ƞtotal = efisiensi total; sekitar 0,55
Ƞtotal = Ƞturbin x Ƞtransmisi mekanik x Ƞgenerator
Ƞturbin = 0,8
Ƞtransmisi mekanik = 0,95
Ƞgenerator = 0,9
W=5xQxH
18
W = 5 x Q x H [Watt]
dimana
Q = debit air [liter/detik]
H = Head [meter]
Jika H = meter dan Q = 100 liter/detik
maka; W = 5 x 100 x 10 = 5000 Watt
[meter]
Q [m3/detik]
W = 5 x Q x H [kW]
dimana
Q = debit air [m3 /detik]
H = Head [meter]
Jika H = 10 meter dan Q = 0,1 m3/detik
maka; W = 5 x 100 x 10 = 5 kW
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Sidik cepat bentang alam
19
Ada air terjun
Kelerengan di atas 2:1
Curah hujan di atas 4000 mm
Tutupan vegetasi rapat
Wilayah hutan konservasi
Tanah tidak porous
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Analisis peta dasar 1 : 1000
20
Peta topografi
Peta terrain goggle map
Wilayah dengan kontur rapat
Alur sungai
Luas daerah tangkapan air
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Observasi lokasi potensial
21
Menyusuri sungai dari desa ke
arah lokasi potensial
Transek melintang 1 km kiri
kanan lokasi potensial
Transek jalur kabel distribusi
Status tata guna dan
pemilikan lahan
Pengukuran Head Geodetic
Pengukuran debit air sesaat
Pengamatan tinggi muka
banjir
Ketersediaan material lokal ;
batu, pasir, kayu
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Pengukuran Head Geodetic
22
Selang waterpas; 1 cm
Waterpas; 1 cm
Total Station ; 5 cm
Theodolite; 10 cm
Pressure gauge; 0,01 Bar=1 m
Range finder; 1 m
Clinometers; 5 meter
GPS; 10 m
Altimeter; > 10 m
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Pengukuran Head Geodetic
23
Selang waterpas; 1 cm
Waterpas; 1 cm
Total Station ; 5 cm
Theodolite; 10 cm
Pressure gauge; 0,01 Bar=1 m
Range finder; 20 cm
Clinometers; 5 meter
GPS; 10 m
Altimeter; > 10 m
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Pengukuran Debit Sesaat
24
Metoda wadah
V notch weir
Rectangular Weir
Flow meter ; Q=VA
Larutan Garam
Bola Pingpong
AHB 2011
PRELIMINARY STUDY
Pengukuran Debit Sesaat
25
Metoda wadah
V notch weir
Rectangular Weir
Flow meter ; Q=VA
Larutan Garam
Bola Pingpong
AHB 2011
26
Studi kelayakan PLTMH
Studi kelayakan PLTMH adalah penelitian investasi PLTMH untuk menghasilkan daya atau
pendapatan secara berkelanjutan selama umur pakai desain. Kriteria kelayakan terdiri dari :
• Hidrologi ; W = 9,8 x n x Q X H ; Q90 untuk Isolated Grid
• Sipil ; umur desain konstruksi 20 tahun
• Mekanikal Elektrikal ; umur desain 10 tahun, moving parts 3 tahun.
• Ekonomi/Finansial ; masyarakat mampu membiayai operasi PLTMH dan menabung uang
untuk perbaikan; Internal Rate of Return (IRR); Benefit Cost Ratio (B/C ); Net Present
Value (NPV), Cash Flow, dsb
• Sosial Budaya : masyarakat mau dan mampu mengelola,, dan menyelesaikan konflik
• Lingkungan ; tidak ada dampak yang serius terhadap kerusakan lingkungan
• Keberlanjutan ; instalasi PLTMH dapat melayani kebutuhan listrik sesuai dengan umur
desain.
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI
27
Mengetahui potensi sumber energi hidro sepanjang tahun untuk
menggerakan turbin. Studi hidrologi bertujuan untuk mendapatkan
beberapa parameter yang akan digunakan dalam perencanaan
pembangunan mikrohidro, antara lain :
Debit andalan yang akan menjadi dasar perencanaan bangunan dan
penentuan jenis turbin.
Debit banjir sebagai dasar rencana bangunan utama dan parameter
keamanan seluruh bangunan PLTMH
Konservasi daerah tangkapan air (catchment area) yang
berpengaruh terhadap stabilitas debit andalan.
Penggunaan air selain dari kebutuhan PLTMH
HIDROGRAPH
debit air sungai 10 tahun
28
Debit sungai tertinggi harian
dari hasil pengukuran elevasi
muka air sungai selama 10
tahun
Debit rata-rata tertinggi 950,
terendah 70 m3/det
AHB 2011
HIDROGRAPH
Flow Duration Curve
29
Debit desain
Off grid Q90 = 64,2
Grid Connected Q60 = 104,2
Debit banjir = 1295, untuk
menetapkan dimensi bendung
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Lokasi rencana PLTMH
30
Desa Long Mekatip
Kecamatan Mentarang Hulu
Kabupaten Malinau
Provinsi Kalimantan Timur
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Area Tangkapan (Catchment Area)
31
Catchment Area DAS Long
Mekatip
Luas Das 7,8 km2
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Pos Hujan Terdekat
32
pos pengamatan curah hujan
di kota Long Bawan
•
•
•
•
•
Curah hujan
Suhu
Kelembaban
Penyinaran matahari
Kecepatan angin
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Data Curah Hujan
33
Data hujan Yuvai Semaring
Long Bawan
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Data Klimatologi
34
Data Klimatologi Stasiun
Melak Tahun 2009
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Kalibrasi Parameter
35
Data Debit di Pos Duga Air di
Kembang Janggut (m3/det)
AHB 2011
ANALISIS HIDROLOGI PLTMH LONG MEKATIP
Resume debit
36
Debit desain
Q80 = 360 liter/detik
Q60 = 550 liter/detik
Debit banjir = 1400 liter/detik
AHB 2011
FLOW DURATION CURVE (FDC)
Debit Desain
37
AHB 2011
38 TEKNOLOGI
TURBIN PLTMH
Turbin air adalah mesin konversi energi hidrolik air menjadi energi mekanik
poros untuk menggerakan generator listrik atau mesin produksi
11/20/2013
Asosiasi Hidro Bandung
AHB
Kincir Air untuk pengairan sawah
di Blok Loa, Desa Manggungsari, Kecamatan Rajapolah, Kabupaten
Tasikmalaya, sebuah teknologi tepat guna yang terbukti dapat memudahkan
petani mengairi sawah pada musim kemarau. (FOTO Koran Pikiran Rakyat).
Kincir Air untuk pembangkit listrik
Modifikasi Kincir Air menjadi pembangkit listrik, generator menggunakan
alternator mobil. Kecepatan rotasi rendah dan tidak stabil sehingga kualitas
tegangan dan frekuensi listrik tidak memadai
Komplek PLTMH kumuh
Tidak hanya perumahan, instalasi PLTMH juga bisa kumuh jika tidak ada
introduksi teknologi. Setiap tahun harus diperbaiki karena terjangan air banjir
AHB 2011
Evolusi teknologi PLTMH
Rusak setiap banjir
Umur pakai < 3 tahun
Listrik tidak stabil
Dimensi besar
Umur pakai 10 tahun
Over haul 3 tahun
Listrik sesuai standar
Dimensi kecil ,compact
AHB 2011
Layout PLTMH
Turbin Propeller Open Flume
43
asosiasi hidro bandung
1988
Turbin Cross Flow T3
1990
Turbin Cross Flow T7
1992
Turbin Cross Flow T9
1996
Mahagnao, Bauren, Leyte, Philipina
Turbin Cross Flow T12, 65 kW
1998
Turbin Cross Flow T14, Lisensi Entec
2004
Turbin Cross Flow T15, Lisensi Entec
1996
Taman Nasional Gunung Halimun
Pump As Turbine (PAT), 15 kW, Ebara
2006
Propeller Open Flume, CIT
2006
Bucholz Switzerland
Propeller Tubular 2 X70 kW, Cihanjuang Inti Teknik
2006
Cihanjuang Inti Teknik
Propeller S tube,
2001
Kolondom Plant
Parts Repairments VAtech Turbine, 800 kW, GREAT
2008
PT Heksa Prakarsa
Cross Flow T14
2006
PT Kramat Raya
Francis 1 MW
2011
PT ENTEC
Pelton 320 kW
2010
PT Cihanjuang Inti Teknik
Propeller 200 kW
MEKANIKAL ELEKTRIKAL
Karta Seleksi Turbin
59
1.
2.
3.
4.
5.
Cross flow (Aliran Silang)
Propeller Open Flume
Pump as Turbine (PAT)
Pelton
Propeller S tube
AHB 2011
Spesifikasi Turbin
60
Umur pakai ; minimal 10 tahun
Kehandalan ; 300 jam per tahun
Overhaul ; 3 tahun, bearing, water seal, belt
Efisiensi minimal 55 %
Casing tidak bocor, tidak menyebabkan lantai becek
Noise ; meter dari mesin 100 dB
AHB 2011
2010
Sulawesi Barat
Cross Flow, < 30 kW, pak Linggih
1976
Lampung
cross flow, Haji Dori, PLTMH Baraya
2010
Serai Wangi, Kapuas Hulu, Kalbar
Modifikasi pompa penambang emas, < 1 kW
2010
Banki Turbine, IMAG
underdevelopent
Kincir air metal
67
AHB 2011
2008
De La Sale Universities, Philippines
Cross-flow T12
69 TEKNOLOGI
KONTROL PLTMH
Kontrol PLTMH berfungsi untuk melindungi turbin dan generator terhadap
beban berlebih, dan menjamin pasokan listrik ke konsumen sesuai dengan
standar kualitas listrik (tegangan, frekuensi, distorsi harmonik).
11/20/2013
Asosiasi Hidro Bandung
AHB
MEKANIKAL ELEKTRIKAL
Proteksi Jaringan PLTMH
Contactor akan memutus arus ke jaringan jika :
Produksi listrik dari pembangkit tidak memenuhi syarat :
Trip Frekuensi (49,5 – 50,5 Hz) ; (45 – 60 Hz)
(mempengaruhi kerja peralatan listrik dengan beban
reaktif; lampu hemat energi, radio, TV, pompa air,
kulkas, dan peralatan elektronik lainnya)
Trip Tegangan (198 – 231 V) ; (160-240 V)
Distorsi harmonik diabaikan
Arus melebihi kapasitas
Melindungi generator
Spikes tegangan atau arus
Petir
Las Busur Listrik
MEKANIKAL ELEKTRIKAL
Panel Kontrol
71
•
•
•
•
•
Kubikel
Meter
Proteksi
ELC atau IGC untuk IMAG
Synchronizer
AHB 2011
Persyaratan
Teknik Sistem Distribusi
Frekuensi nominal = 50 Hz, rentang frekuensi normal 49,5 Hz
s/d 50,5 Hz
Tegangan sistem distribusi = +5% s/d -10% tegangan normal
Distorsi harmonik total maksimum
Batas maksimum distorsi harmonisa tegangan
Distorsi harmonisa tegangan individu = 3%
Distorsi harmonisa tegangan total = 5 %
Batas maksimum distorsi harmonisa arus
Harmonisa ganjil, h
h