Studi Pemanfaatan Gelombang Pasang Surut Sebagai Energi Pembangkit Listrik Alternatif
STUDI PEMANFAATAN GELOMBANG PASANG SURUT
SEBAGAI ENERGI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
ADLIN FIRMANSYAH BANGUN
10 0404 093
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc.
NIP. 19660417 199303 1 004
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Pembangkit listrik tenaga pasang surut memanfaatkan energi pasang surut
air laut menjadi energi listrik melalui turbin dan generator. Energi potensial yang
terkandung dalam perbedaan pasang surut air laut dimanfaatkan untuk penggerak
turbin air dan bila turbin air ini dihubungkan dengan generator dapat
menghasilkan listrik. Potensi energi pasang surut di Bagan Siapi-api menurut hasil
perhitungan dalam penelitian ini memiliki tinggi maksimum sebesar 6,40 m yang
dapat dimanfaatkan untuk merancang pembangkit listrik tenaga pasang surut.
Hasil analisa potensi energi listrik yang dapat dihasilkan di Bagan Siapiapi setiap tahunnya diperkirakan mencapai 34,83 MWh menggunakan sistem daur
tunggal (air surut) dan 43,68 MWh menggunakan sistem daur ganda dengan
kolam tunggal seluas 1 ha. Energi listrik tersebut cukup untuk digunakan
masyarakat di daerah pesisir pantai atau di pulau-pulau terpencil dan pulau-pulau
di daerah perbatasan yang belum terjangkau listrik PLN.
Kata kunci: pembangkit listrik, pasang surut, energi
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan
kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan
Tugas Akhir yang berjudul “STUDI PEMANFAATAN GELOMBANG
PASANG
SURUT
SEBAGAI
ENERGI
PEMBANGKIT
LISTRIK
ALTERNATIF” ini dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian
Pendidikan Sarjana di bidang Teknik Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala.
Tetapi, karena bantuan, dukungan serta bimbingan dari berbagai pihak, penulisan
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan
ucapan terima kasih kepada pihak yang berperan yaitu:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc. sebagai Dosen
Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan,
serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Alferido Malik dan Bapak Ivan Indrawan, S.T., M.T. sebagai
Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc. sebagai koordinator Teknik Sumber Daya Air
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan
memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
7
Universitas Sumatera Utara
8. Kedua orangtua Ir. H. R. Bangun dan Dra. Hj. Risnawati Nasution yang
tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang
dan segalanya selama ini. Abang-abang saya, Arih Mulyawan Bangun,
S.P. dan Arif Pramuli Bangun, S.P. serta seluruh keluarga besar saya yang
selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Siti Sarah, S.Hum. yang tidak kenal lelah dalam memberikan dukungan,
semangat dan doa kepada penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
10. Seluruh keluarga saya sipil 2010 yang telah sangat banyak membantu saya
mulai dari awal proses pengerjaan Tugas Akhir : Himawan, Fadlyn, Ari,
Dede, Titok, Rendy, Haykal, Bilher, Fahmi, Welman, Boby, Freddy,
Bhoris, Ricky, Arby, Grandson, Reza, Nugraha, Abdul, Dhaka, Jihadan,
Taslim, Nardis, Iqbal, Luthfi, Khairul, Andre, Andry dan semuanya.
11. Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah membantu penulis
selama pengerjaan Tugas Akhir ini: Bang Fadil „08, Bang Azzam ‟09,
Adik-adik 2011, Adik-adik 2013: Arif, Jimmy, Yaskhir, Syawali, Firman,
Zarfan, Juanda, Benny, Willy, Idris, Rijal, Fadel, Aby dan lain-lain.
12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya
dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun
dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terima
kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 22 November 2014
Penulis
( Adlin Firmansyah Bangun )
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK................................................................................................................i
KATA PENGANTAR.............................................................................................ii
DAFTAR ISI...........................................................................................................iv
DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vi
DAFTAR TABEL...................................................................................................ix
DAFTAR NOTASI................................................................................................xii
BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1
1.1. Latar Belakang............................................................................................1
1.2. Perumusan Masalah....................................................................................2
1.3. Pembatasan Masalah...................................................................................2
1.4. Tujuan.........................................................................................................3
1.5. Manfaat.......................................................................................................3
1.6. Sistematika Penulisan.................................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................5
2.1. Pasang Surut................................................................................................5
2.1.1. Metode Admiralty..........................................................................10
2.1.2. Metode Least Square......................................................................13
2.2. Beberapa Definisi Elevasi Muka Air........................................................14
2.3. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut..........................14
2.4. Sistem Daur Ganda dengan Kolam Tunggal............................................18
2.5. Kabel dan Koneksi Jaringan.....................................................................23
2.6. Jenis-jenis Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...................25
2.6.1. Turbin Bulb....................................................................................25
2.6.2. Turbin Rim.....................................................................................26
2.6.3. Turbin Tubular...............................................................................27
2.7. Analisa Hidro Ekonomi............................................................................28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...............................................................32
3.1. Kondisi Umum Lokasi Studi....................................................................32
3.1.1. Belawan Deli..................................................................................32
3.1.2. Bagan Siapi-api..............................................................................33
3.1.3. Sungai Asahan................................................................................34
9
Universitas Sumatera Utara
3.1.4. Gunung Sitoli.................................................................................34
3.1.5. Meulaboh........................................................................................35
3.1.6. Sibolga............................................................................................36
3.2. Rancangan Penelitian................................................................................36
3.3. Pelaksanaan Penelitian..............................................................................37
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN..........................................................40
4.1. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance.................................40
4.1.1. Deskripsi Umum............................................................................41
4.1.2. Perawatan dan Pemeliharaan..........................................................48
4.1.3. Analisa Dampak Lingkungan.........................................................49
4.2. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Jiangxia...................................49
4.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Kislaya....................................51
4.4. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Annapolis Royal.....................52
4.5. Analisa Pasang Surut dengan Metode Least Square.................................53
4.6. Penggunaan Metode Least Square
di Beberapa Pantai Pulau Sumatera..........................................................57
4.7. Analisa Pasang Surut dengan Metode Admiralty.....................................72
4.8. Metode Perhitungan Potensi Energi Listrik..............................................91
4.9. Simulasi Tenaga Pasang Surut Bagan Siapi-api.......................................94
4.10.
Perkiraan Biaya Investasi
Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut....................................101
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...............................................................109
5.1. Kesimpulan.............................................................................................109
5.2. Saran.......................................................................................................110
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................111
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK................................................................................................................i
KATA PENGANTAR.............................................................................................ii
DAFTAR ISI...........................................................................................................iv
DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vi
DAFTAR TABEL...................................................................................................ix
DAFTAR NOTASI................................................................................................xii
BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1
1.7. Latar Belakang............................................................................................1
1.8. Perumusan Masalah....................................................................................2
1.9. Pembatasan Masalah...................................................................................2
1.10.
Tujuan..............................................................................................3
1.11.
Manfaat............................................................................................3
1.12.
Sistematika Penulisan.......................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................5
4.1. Pasang Surut................................................................................................5
4.1.1. Metode Admiralty..........................................................................10
4.1.2. Metode Least Square......................................................................13
4.2. Beberapa Definisi Elevasi Muka Air........................................................14
4.3. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut..........................14
4.4. Sistem Daur Ganda dengan Kolam Tunggal............................................18
4.5. Kabel dan Koneksi Jaringan.....................................................................23
4.6. Jenis-jenis Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...................25
4.6.1. Turbin Bulb....................................................................................25
4.6.2. Turbin Rim.....................................................................................26
4.6.3. Turbin Tubular...............................................................................27
4.7. Analisa Hidro Ekonomi............................................................................28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...............................................................32
6.1. Kondisi Umum Lokasi Studi....................................................................32
6.1.1. Belawan Deli..................................................................................32
6.1.2. Bagan Siapi-api..............................................................................33
6.1.3. Sungai Asahan................................................................................34
11
Universitas Sumatera Utara
6.1.4. Gunung Sitoli.................................................................................34
6.1.5. Meulaboh........................................................................................35
6.1.6. Sibolga............................................................................................36
6.2. Rancangan Penelitian................................................................................36
6.3. Pelaksanaan Penelitian..............................................................................37
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN..........................................................40
8.1. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance.................................40
8.1.1. Deskripsi Umum............................................................................41
8.1.2. Perawatan dan Pemeliharaan..........................................................48
8.1.3. Analisa Dampak Lingkungan.........................................................49
8.2. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Jiangxia...................................49
8.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Kislaya....................................51
8.4. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Annapolis Royal.....................52
8.5. Analisa Pasang Surut dengan Metode Least Square.................................53
8.6. Penggunaan Metode Least Square
di Beberapa Pantai Pulau Sumatera..........................................................57
9.7. Analisa Pasang Surut dengan Metode Admiralty.....................................72
9.8. Metode Perhitungan Potensi Energi Listrik..............................................91
9.9. Simulasi Tenaga Pasang Surut Bagan Siapi-api.......................................94
9.10.
Perkiraan Biaya Investasi
Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut....................................101
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...............................................................109
10.1.
Kesimpulan..................................................................................109
10.2.
Saran.............................................................................................110
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................111
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema pasang surut purnama (spring tides)
dan pasang surut perbani (neap tides)......................................................................5
Gambar 2.2. Tipe pasang surut................................................................................7
Gambar 2.3. Sebaran pasang surut di perairan Indonesia dan sekitarnya................8
Gambar 2.4. Proses pasang....................................................................................15
Gambar 2.5. Proses surut.......................................................................................15
Gambar 2.6 Turbin helix ganda dengan generator listrik
untuk instalasi di bawah permukaan laut...............................................................17
Gambar 2.7. Susunan kolam tunggal.....................................................................19
Gambar 2.8. Susunan kolam ganda........................................................................19
Gambar 2.9. Sistem daur ganda.............................................................................20
Gambar 2.10. Power generation from tides...........................................................22
Gambar 2.11. Opsi 1-single system........................................................................24
Gambar 2.12. Opsi 2-multiple turbines single system............................................24
Gambar 2.13. Opsi 3-multiple induction generators.............................................24
Gambar 2.14. Opsi 4-active DC link......................................................................24
Gambar 2.15. Turbin bulb dan bagian-bagiannya..................................................26
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.16. Turbin rim dan bagian-bagiannya...................................................26
Gambar 2.17. Turbin tubular dan bagian-bagiannya.............................................27
Gambar 3.1. Belawan Deli hasil pencitraan Google Earth....................................33
Gambar 3.2. Bagan Siapi-api hasil pencitraan Google Earth................................33
Gambar 3.3. Sungai Asahan hasil pencitraan Google Earth..................................34
Gambar 3.4. Gunung Sitoli hasil pencitraan Google Earth...................................35
Gambar 3.5. Meulaboh hasil pencitraan Google Earth..........................................35
Gambar 3.6. Sibolga hasil pencitraan Google Earth..............................................36
Gambar 3.7. Bagan alir tahap pengerjaan tugas akhir...........................................39
Gambar 4.1. La Rance hasil pencitraan Google Earth...........................................40
Gambar 4.2. Gambaran struktur pembangkit listrik La Rance..............................41
Gambar 4.3. Potongan melintang bagian turbin bulb............................................42
Gambar 4.4. Potongan melintang tanggul berisi batu.................................... ........43
Gambar 4.5. Potongan melintang pintu hidraulik..................................................43
Gambar 4.6. Ebb generation..................................................................................45
Gambar 4.7. Ebb and flood generation..................................................................46
Gambar 4.8. Tahapan tenaga pasang pada instalasi La Rance...............................47
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9. Tahapan konstruksi (lock, barrage and power plant).......................48
Gambar 4.10. Tampak samping instalasi listrik Jiangxia......................................49
Gambar 4.11. Jiangxia hasil pencitraan Google Earth..........................................50
Gambar 4.12. Tampak depan instalasi listrik Kislaya............................................51
Gambar 4.13. Kislaya hasil pencitraan Google Earth............................................51
Gambar 4.14. Annapolis Royal hasil pencitraan Google Earth.............................52
Gambar 4.15. Tampak depan instalasi listrik Annapolis Royal.............................52
Gambar 4.16. Kurva pasang surut Belawan Deli bulan Mei tahun 2013...............61
Gambar 4.17. Kurva pasang surut Sungai Asahan
bulan April tahun 2013...........................................................................................63
Gambar 4.18. Kurva pasang surut Bagan Siapi-api
bulan Maret tahun 2013.........................................................................................65
Gambar 4.19. Kurva pasang surut Meulaboh bulan Agustus tahun 2013..............67
Gambar 4.20. Kurva pasang surut Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013..............69
Gambar 4.21. Kurva pasang surut Sibolga bulan Desember tahun 2013...............71
Gambar 4.22. Kurva perencanaan tahapan pembangkit listrik tenaga pasang surut
Bagan Siapi-siapi sistem daur tunggal (air surut) dengan kolam tunggal..............95
Gambar 4.23. Kurva perencanaan tahapan pembangkit listrik tenaga pasang surut
Bagan Siapi-siapi sistem daur ganda dengan kolam tunggal.................................96
15
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Pengelompokkan tipe pasang surut.........................................................9
Tabel 2.2. Unsur utama pembangkit pasang surut.................................................11
Tabel 4.1. Data pasang surut Belawan Deli bulan Mei tahun 2013.......................58
Tabel 4.2. Nilai
komponen bilangan formzhal...................................................60
Tabel 4.3. Belawan Deli bulan Mei tahun 2013.....................................................61
Tabel 4.4. Data pasang surut Sungai Asahan bulan April tahun 2013...................62
Tabel 4.5. Sungai Asahan bulan April tahun 2013................................................63
Tabel 4.6. Data pasang surut Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013................64
Tabel 4.7. Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013..............................................65
Tabel 4.8. Data pasang surut Meulaboh bulan Agustus tahun 2013......................66
Tabel 4.9. Meulaboh bulan Agustus tahun 2013....................................................67
Tabel 4.10. Data pasang surut Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013............ ........68
Tabel 4.11. Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013..................................................69
Tabel 4.12. Data pasang surut Sibolga bulan Desember tahun 2013.....................70
Tabel 4.13. Sibolga bulan Desember tahun 2013..................................................71
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.14. Data pasang surut di suatu pelabuhan
pada bulan Mei s/d Juni 2012.................................................................................73
Tabel 4.15. Konstanta pengali untuk menyusun skema II.....................................73
Tabel 4.16. Penyusunan hasil perhitungan dari skema II.......................................74
Tabel 4.17. Penyusunan hasil perhitungan dari skema III.....................................75
Tabel 4.18. Daftar konstanta pengali skema IV............................................. ........76
Tabel 4.19. Hasil penyusunan untuk skema IV......................................................77
Tabel 4.20. Faktor analisa untuk pengamatan 29 hari...........................................78
Tabel 4.21. Hasil penyusunan skema V dan VI............................................. ........79
Tabel 4.22. Struktur data untuk skema VII.................................................... ........80
Tabel 4.23. Nilai r menurut kuadrannya................................................................85
Tabel 4.24. Hasil perhitungan skema VII..............................................................89
Tabel 4.25. Hasil perhitungan skema VIII......................................... ....................90
Tabel 4.26. Hasil perhitungan akhir.......................................................................90
Tabel 4.27. Beda tinggi pasang surut di lokasi studi
menurut pencatatan dinas Hidro-Oseanografi TNI AL 2013.................................91
Tabel 4.28. Peringkat pasang surut tertinggi..........................................................92
Tabel 4.29. Perkiraan energi di kawasan Sumatra untuk kolam 1 ha....................93
17
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.30. Biaya pra desain................................................................................102
Tabel 4.31. Biaya urusan jasa..............................................................................102
Tabel 4.32. Biaya pemasangan peralatan.............................................................102
Tabel 4.33. Biaya pemasangan transformator......................................................102
Tabel 4.34. Biaya jaringan distribusi...................................................................102
Tabel 4.35. Pekerjaan pembersihan lapangan......................................................104
Tabel 4.36. Pekerjaan papan nama proyek...........................................................104
Tabel 4.37. Pekerjaan kantor kerja dan gudang...................................................105
Tabel 4.38. Pekerjaan galian pondasi...................................................................105
Tabel 4.39. Pekerjaan pemancangan tiang...........................................................106
Tabel 4.40. Pekerjaan pemasangan bekisting......................................................106
Tabel 4.41. Pekerjaan pengecoran.......................................................................107
Tabel 4.42. Pekerjaan pembongkaran bekisting..................................................107
Tabel 4.43. Rekapitulasi biaya pekerjaan sipil.....................................................108
Tabel 4.44. Biaya investasi keseluruhan..............................................................108
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
= Luas kolam (m²)
AK
= Amplitudo komponen pasang surut tunggal yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan dan matahari (m)
AM
= Amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan (m)
AO
= Amplitudo komponen pasang surut tunggal yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan (m)
AS
= Amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh
gaya tarik matahari (m)
BCR
= Benefit Cost Ratio
= Benefit yang telah didiskon (Rp)
= Jumlah benefit yang telah didiskon sebelum PBP (Rp)
= Keuntungan (benefit) pada tahun k (Rp)
= Jumlah benefit pada PBP (Rp)
= Cost yang telah didiskon (Rp)
= Biaya (cost) pada tahun k (Rp)
E
= Energi yang dihasilkan (Wh)
Hmin
= Beda tinggi minimal pasang surut untuk memutar turbin (m)
h
= Beda tinggi pasang surut (m)
= Jumlah investasi yang telah didiskon (Rp)
k
= Tahun ke-n (tahun)
n
= Periode proyek (tahun)
NB
= Net Benefit = Benefit-Cost (Rp)
19
Universitas Sumatera Utara
Nf
= Bilangan formzhal
NPV
= Net Present Value (Rp)
P
= Daya yang dihasilkan (W)
PBP
= Pay Back Periode (tahun)
= Fase tiap komponen pasang surut (ᵒ )
Q
= Debit aliran (m³/detik)
= Duduk tengah permukaan laut (mean sea level) (m)
sso
= Perubahan duduk tengah musiman yang disebabkan
oleh efek muson atau angin (faktor meteorologi) (m)
T
= Periode pasang surut (detik)
= Waktu (detik)
= Tahun sebelum terdapat PBP (tahun)
= Periode komponen ke- (detik)
V
= Volume aliran masuk kolam (m³)
η
= Efisiensi (%)
= Elevasi pasang surut yang ditimbulkan oleh faktor astronomi (m)
= Elevasi pasang surut akibat faktor meteorologi, seperti tekanan
udara dan angin yang menimbulkan gelombang dan arus (m)
= Elevasi pasang surut yang ditimbulkan oleh efek gesekan dasar
laut atau dasar perairan (m)
= Elevasi pasang surut fungsi dari waktu (m)
= Kecepatan sudut
ρ
= Massa jenis air laut (kg/m³)
Universitas Sumatera Utara
SEBAGAI ENERGI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
ADLIN FIRMANSYAH BANGUN
10 0404 093
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc.
NIP. 19660417 199303 1 004
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Pembangkit listrik tenaga pasang surut memanfaatkan energi pasang surut
air laut menjadi energi listrik melalui turbin dan generator. Energi potensial yang
terkandung dalam perbedaan pasang surut air laut dimanfaatkan untuk penggerak
turbin air dan bila turbin air ini dihubungkan dengan generator dapat
menghasilkan listrik. Potensi energi pasang surut di Bagan Siapi-api menurut hasil
perhitungan dalam penelitian ini memiliki tinggi maksimum sebesar 6,40 m yang
dapat dimanfaatkan untuk merancang pembangkit listrik tenaga pasang surut.
Hasil analisa potensi energi listrik yang dapat dihasilkan di Bagan Siapiapi setiap tahunnya diperkirakan mencapai 34,83 MWh menggunakan sistem daur
tunggal (air surut) dan 43,68 MWh menggunakan sistem daur ganda dengan
kolam tunggal seluas 1 ha. Energi listrik tersebut cukup untuk digunakan
masyarakat di daerah pesisir pantai atau di pulau-pulau terpencil dan pulau-pulau
di daerah perbatasan yang belum terjangkau listrik PLN.
Kata kunci: pembangkit listrik, pasang surut, energi
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan
kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan
Tugas Akhir yang berjudul “STUDI PEMANFAATAN GELOMBANG
PASANG
SURUT
SEBAGAI
ENERGI
PEMBANGKIT
LISTRIK
ALTERNATIF” ini dimaksudkan untuk memenuhi syarat penyelesaian
Pendidikan Sarjana di bidang Teknik Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala.
Tetapi, karena bantuan, dukungan serta bimbingan dari berbagai pihak, penulisan
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan
ucapan terima kasih kepada pihak yang berperan yaitu:
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc. sebagai Dosen
Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan,
serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Alferido Malik dan Bapak Ivan Indrawan, S.T., M.T. sebagai
Dosen Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc. sebagai koordinator Teknik Sumber Daya Air
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan
memberikan pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
7
Universitas Sumatera Utara
8. Kedua orangtua Ir. H. R. Bangun dan Dra. Hj. Risnawati Nasution yang
tak pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang
dan segalanya selama ini. Abang-abang saya, Arih Mulyawan Bangun,
S.P. dan Arif Pramuli Bangun, S.P. serta seluruh keluarga besar saya yang
selalu mendukung dan membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Siti Sarah, S.Hum. yang tidak kenal lelah dalam memberikan dukungan,
semangat dan doa kepada penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
10. Seluruh keluarga saya sipil 2010 yang telah sangat banyak membantu saya
mulai dari awal proses pengerjaan Tugas Akhir : Himawan, Fadlyn, Ari,
Dede, Titok, Rendy, Haykal, Bilher, Fahmi, Welman, Boby, Freddy,
Bhoris, Ricky, Arby, Grandson, Reza, Nugraha, Abdul, Dhaka, Jihadan,
Taslim, Nardis, Iqbal, Luthfi, Khairul, Andre, Andry dan semuanya.
11. Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah membantu penulis
selama pengerjaan Tugas Akhir ini: Bang Fadil „08, Bang Azzam ‟09,
Adik-adik 2011, Adik-adik 2013: Arif, Jimmy, Yaskhir, Syawali, Firman,
Zarfan, Juanda, Benny, Willy, Idris, Rijal, Fadel, Aby dan lain-lain.
12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya
dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, saya menerima kritik dan saran yang membangun
dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata saya mengucapkan terima
kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 22 November 2014
Penulis
( Adlin Firmansyah Bangun )
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK................................................................................................................i
KATA PENGANTAR.............................................................................................ii
DAFTAR ISI...........................................................................................................iv
DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vi
DAFTAR TABEL...................................................................................................ix
DAFTAR NOTASI................................................................................................xii
BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1
1.1. Latar Belakang............................................................................................1
1.2. Perumusan Masalah....................................................................................2
1.3. Pembatasan Masalah...................................................................................2
1.4. Tujuan.........................................................................................................3
1.5. Manfaat.......................................................................................................3
1.6. Sistematika Penulisan.................................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................5
2.1. Pasang Surut................................................................................................5
2.1.1. Metode Admiralty..........................................................................10
2.1.2. Metode Least Square......................................................................13
2.2. Beberapa Definisi Elevasi Muka Air........................................................14
2.3. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut..........................14
2.4. Sistem Daur Ganda dengan Kolam Tunggal............................................18
2.5. Kabel dan Koneksi Jaringan.....................................................................23
2.6. Jenis-jenis Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...................25
2.6.1. Turbin Bulb....................................................................................25
2.6.2. Turbin Rim.....................................................................................26
2.6.3. Turbin Tubular...............................................................................27
2.7. Analisa Hidro Ekonomi............................................................................28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...............................................................32
3.1. Kondisi Umum Lokasi Studi....................................................................32
3.1.1. Belawan Deli..................................................................................32
3.1.2. Bagan Siapi-api..............................................................................33
3.1.3. Sungai Asahan................................................................................34
9
Universitas Sumatera Utara
3.1.4. Gunung Sitoli.................................................................................34
3.1.5. Meulaboh........................................................................................35
3.1.6. Sibolga............................................................................................36
3.2. Rancangan Penelitian................................................................................36
3.3. Pelaksanaan Penelitian..............................................................................37
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN..........................................................40
4.1. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance.................................40
4.1.1. Deskripsi Umum............................................................................41
4.1.2. Perawatan dan Pemeliharaan..........................................................48
4.1.3. Analisa Dampak Lingkungan.........................................................49
4.2. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Jiangxia...................................49
4.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Kislaya....................................51
4.4. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Annapolis Royal.....................52
4.5. Analisa Pasang Surut dengan Metode Least Square.................................53
4.6. Penggunaan Metode Least Square
di Beberapa Pantai Pulau Sumatera..........................................................57
4.7. Analisa Pasang Surut dengan Metode Admiralty.....................................72
4.8. Metode Perhitungan Potensi Energi Listrik..............................................91
4.9. Simulasi Tenaga Pasang Surut Bagan Siapi-api.......................................94
4.10.
Perkiraan Biaya Investasi
Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut....................................101
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...............................................................109
5.1. Kesimpulan.............................................................................................109
5.2. Saran.......................................................................................................110
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................111
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK................................................................................................................i
KATA PENGANTAR.............................................................................................ii
DAFTAR ISI...........................................................................................................iv
DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vi
DAFTAR TABEL...................................................................................................ix
DAFTAR NOTASI................................................................................................xii
BAB I PENDAHULUAN........................................................................................1
1.7. Latar Belakang............................................................................................1
1.8. Perumusan Masalah....................................................................................2
1.9. Pembatasan Masalah...................................................................................2
1.10.
Tujuan..............................................................................................3
1.11.
Manfaat............................................................................................3
1.12.
Sistematika Penulisan.......................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................5
4.1. Pasang Surut................................................................................................5
4.1.1. Metode Admiralty..........................................................................10
4.1.2. Metode Least Square......................................................................13
4.2. Beberapa Definisi Elevasi Muka Air........................................................14
4.3. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut..........................14
4.4. Sistem Daur Ganda dengan Kolam Tunggal............................................18
4.5. Kabel dan Koneksi Jaringan.....................................................................23
4.6. Jenis-jenis Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut...................25
4.6.1. Turbin Bulb....................................................................................25
4.6.2. Turbin Rim.....................................................................................26
4.6.3. Turbin Tubular...............................................................................27
4.7. Analisa Hidro Ekonomi............................................................................28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...............................................................32
6.1. Kondisi Umum Lokasi Studi....................................................................32
6.1.1. Belawan Deli..................................................................................32
6.1.2. Bagan Siapi-api..............................................................................33
6.1.3. Sungai Asahan................................................................................34
11
Universitas Sumatera Utara
6.1.4. Gunung Sitoli.................................................................................34
6.1.5. Meulaboh........................................................................................35
6.1.6. Sibolga............................................................................................36
6.2. Rancangan Penelitian................................................................................36
6.3. Pelaksanaan Penelitian..............................................................................37
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN..........................................................40
8.1. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance.................................40
8.1.1. Deskripsi Umum............................................................................41
8.1.2. Perawatan dan Pemeliharaan..........................................................48
8.1.3. Analisa Dampak Lingkungan.........................................................49
8.2. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Jiangxia...................................49
8.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Kislaya....................................51
8.4. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Annapolis Royal.....................52
8.5. Analisa Pasang Surut dengan Metode Least Square.................................53
8.6. Penggunaan Metode Least Square
di Beberapa Pantai Pulau Sumatera..........................................................57
9.7. Analisa Pasang Surut dengan Metode Admiralty.....................................72
9.8. Metode Perhitungan Potensi Energi Listrik..............................................91
9.9. Simulasi Tenaga Pasang Surut Bagan Siapi-api.......................................94
9.10.
Perkiraan Biaya Investasi
Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut....................................101
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...............................................................109
10.1.
Kesimpulan..................................................................................109
10.2.
Saran.............................................................................................110
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................111
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema pasang surut purnama (spring tides)
dan pasang surut perbani (neap tides)......................................................................5
Gambar 2.2. Tipe pasang surut................................................................................7
Gambar 2.3. Sebaran pasang surut di perairan Indonesia dan sekitarnya................8
Gambar 2.4. Proses pasang....................................................................................15
Gambar 2.5. Proses surut.......................................................................................15
Gambar 2.6 Turbin helix ganda dengan generator listrik
untuk instalasi di bawah permukaan laut...............................................................17
Gambar 2.7. Susunan kolam tunggal.....................................................................19
Gambar 2.8. Susunan kolam ganda........................................................................19
Gambar 2.9. Sistem daur ganda.............................................................................20
Gambar 2.10. Power generation from tides...........................................................22
Gambar 2.11. Opsi 1-single system........................................................................24
Gambar 2.12. Opsi 2-multiple turbines single system............................................24
Gambar 2.13. Opsi 3-multiple induction generators.............................................24
Gambar 2.14. Opsi 4-active DC link......................................................................24
Gambar 2.15. Turbin bulb dan bagian-bagiannya..................................................26
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.16. Turbin rim dan bagian-bagiannya...................................................26
Gambar 2.17. Turbin tubular dan bagian-bagiannya.............................................27
Gambar 3.1. Belawan Deli hasil pencitraan Google Earth....................................33
Gambar 3.2. Bagan Siapi-api hasil pencitraan Google Earth................................33
Gambar 3.3. Sungai Asahan hasil pencitraan Google Earth..................................34
Gambar 3.4. Gunung Sitoli hasil pencitraan Google Earth...................................35
Gambar 3.5. Meulaboh hasil pencitraan Google Earth..........................................35
Gambar 3.6. Sibolga hasil pencitraan Google Earth..............................................36
Gambar 3.7. Bagan alir tahap pengerjaan tugas akhir...........................................39
Gambar 4.1. La Rance hasil pencitraan Google Earth...........................................40
Gambar 4.2. Gambaran struktur pembangkit listrik La Rance..............................41
Gambar 4.3. Potongan melintang bagian turbin bulb............................................42
Gambar 4.4. Potongan melintang tanggul berisi batu.................................... ........43
Gambar 4.5. Potongan melintang pintu hidraulik..................................................43
Gambar 4.6. Ebb generation..................................................................................45
Gambar 4.7. Ebb and flood generation..................................................................46
Gambar 4.8. Tahapan tenaga pasang pada instalasi La Rance...............................47
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9. Tahapan konstruksi (lock, barrage and power plant).......................48
Gambar 4.10. Tampak samping instalasi listrik Jiangxia......................................49
Gambar 4.11. Jiangxia hasil pencitraan Google Earth..........................................50
Gambar 4.12. Tampak depan instalasi listrik Kislaya............................................51
Gambar 4.13. Kislaya hasil pencitraan Google Earth............................................51
Gambar 4.14. Annapolis Royal hasil pencitraan Google Earth.............................52
Gambar 4.15. Tampak depan instalasi listrik Annapolis Royal.............................52
Gambar 4.16. Kurva pasang surut Belawan Deli bulan Mei tahun 2013...............61
Gambar 4.17. Kurva pasang surut Sungai Asahan
bulan April tahun 2013...........................................................................................63
Gambar 4.18. Kurva pasang surut Bagan Siapi-api
bulan Maret tahun 2013.........................................................................................65
Gambar 4.19. Kurva pasang surut Meulaboh bulan Agustus tahun 2013..............67
Gambar 4.20. Kurva pasang surut Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013..............69
Gambar 4.21. Kurva pasang surut Sibolga bulan Desember tahun 2013...............71
Gambar 4.22. Kurva perencanaan tahapan pembangkit listrik tenaga pasang surut
Bagan Siapi-siapi sistem daur tunggal (air surut) dengan kolam tunggal..............95
Gambar 4.23. Kurva perencanaan tahapan pembangkit listrik tenaga pasang surut
Bagan Siapi-siapi sistem daur ganda dengan kolam tunggal.................................96
15
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Pengelompokkan tipe pasang surut.........................................................9
Tabel 2.2. Unsur utama pembangkit pasang surut.................................................11
Tabel 4.1. Data pasang surut Belawan Deli bulan Mei tahun 2013.......................58
Tabel 4.2. Nilai
komponen bilangan formzhal...................................................60
Tabel 4.3. Belawan Deli bulan Mei tahun 2013.....................................................61
Tabel 4.4. Data pasang surut Sungai Asahan bulan April tahun 2013...................62
Tabel 4.5. Sungai Asahan bulan April tahun 2013................................................63
Tabel 4.6. Data pasang surut Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013................64
Tabel 4.7. Bagan Siapi-api bulan Maret tahun 2013..............................................65
Tabel 4.8. Data pasang surut Meulaboh bulan Agustus tahun 2013......................66
Tabel 4.9. Meulaboh bulan Agustus tahun 2013....................................................67
Tabel 4.10. Data pasang surut Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013............ ........68
Tabel 4.11. Gunung Sitoli bulan Juni tahun 2013..................................................69
Tabel 4.12. Data pasang surut Sibolga bulan Desember tahun 2013.....................70
Tabel 4.13. Sibolga bulan Desember tahun 2013..................................................71
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.14. Data pasang surut di suatu pelabuhan
pada bulan Mei s/d Juni 2012.................................................................................73
Tabel 4.15. Konstanta pengali untuk menyusun skema II.....................................73
Tabel 4.16. Penyusunan hasil perhitungan dari skema II.......................................74
Tabel 4.17. Penyusunan hasil perhitungan dari skema III.....................................75
Tabel 4.18. Daftar konstanta pengali skema IV............................................. ........76
Tabel 4.19. Hasil penyusunan untuk skema IV......................................................77
Tabel 4.20. Faktor analisa untuk pengamatan 29 hari...........................................78
Tabel 4.21. Hasil penyusunan skema V dan VI............................................. ........79
Tabel 4.22. Struktur data untuk skema VII.................................................... ........80
Tabel 4.23. Nilai r menurut kuadrannya................................................................85
Tabel 4.24. Hasil perhitungan skema VII..............................................................89
Tabel 4.25. Hasil perhitungan skema VIII......................................... ....................90
Tabel 4.26. Hasil perhitungan akhir.......................................................................90
Tabel 4.27. Beda tinggi pasang surut di lokasi studi
menurut pencatatan dinas Hidro-Oseanografi TNI AL 2013.................................91
Tabel 4.28. Peringkat pasang surut tertinggi..........................................................92
Tabel 4.29. Perkiraan energi di kawasan Sumatra untuk kolam 1 ha....................93
17
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.30. Biaya pra desain................................................................................102
Tabel 4.31. Biaya urusan jasa..............................................................................102
Tabel 4.32. Biaya pemasangan peralatan.............................................................102
Tabel 4.33. Biaya pemasangan transformator......................................................102
Tabel 4.34. Biaya jaringan distribusi...................................................................102
Tabel 4.35. Pekerjaan pembersihan lapangan......................................................104
Tabel 4.36. Pekerjaan papan nama proyek...........................................................104
Tabel 4.37. Pekerjaan kantor kerja dan gudang...................................................105
Tabel 4.38. Pekerjaan galian pondasi...................................................................105
Tabel 4.39. Pekerjaan pemancangan tiang...........................................................106
Tabel 4.40. Pekerjaan pemasangan bekisting......................................................106
Tabel 4.41. Pekerjaan pengecoran.......................................................................107
Tabel 4.42. Pekerjaan pembongkaran bekisting..................................................107
Tabel 4.43. Rekapitulasi biaya pekerjaan sipil.....................................................108
Tabel 4.44. Biaya investasi keseluruhan..............................................................108
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
= Luas kolam (m²)
AK
= Amplitudo komponen pasang surut tunggal yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan dan matahari (m)
AM
= Amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan (m)
AO
= Amplitudo komponen pasang surut tunggal yang disebabkan oleh
gaya tarik bulan (m)
AS
= Amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh
gaya tarik matahari (m)
BCR
= Benefit Cost Ratio
= Benefit yang telah didiskon (Rp)
= Jumlah benefit yang telah didiskon sebelum PBP (Rp)
= Keuntungan (benefit) pada tahun k (Rp)
= Jumlah benefit pada PBP (Rp)
= Cost yang telah didiskon (Rp)
= Biaya (cost) pada tahun k (Rp)
E
= Energi yang dihasilkan (Wh)
Hmin
= Beda tinggi minimal pasang surut untuk memutar turbin (m)
h
= Beda tinggi pasang surut (m)
= Jumlah investasi yang telah didiskon (Rp)
k
= Tahun ke-n (tahun)
n
= Periode proyek (tahun)
NB
= Net Benefit = Benefit-Cost (Rp)
19
Universitas Sumatera Utara
Nf
= Bilangan formzhal
NPV
= Net Present Value (Rp)
P
= Daya yang dihasilkan (W)
PBP
= Pay Back Periode (tahun)
= Fase tiap komponen pasang surut (ᵒ )
Q
= Debit aliran (m³/detik)
= Duduk tengah permukaan laut (mean sea level) (m)
sso
= Perubahan duduk tengah musiman yang disebabkan
oleh efek muson atau angin (faktor meteorologi) (m)
T
= Periode pasang surut (detik)
= Waktu (detik)
= Tahun sebelum terdapat PBP (tahun)
= Periode komponen ke- (detik)
V
= Volume aliran masuk kolam (m³)
η
= Efisiensi (%)
= Elevasi pasang surut yang ditimbulkan oleh faktor astronomi (m)
= Elevasi pasang surut akibat faktor meteorologi, seperti tekanan
udara dan angin yang menimbulkan gelombang dan arus (m)
= Elevasi pasang surut yang ditimbulkan oleh efek gesekan dasar
laut atau dasar perairan (m)
= Elevasi pasang surut fungsi dari waktu (m)
= Kecepatan sudut
ρ
= Massa jenis air laut (kg/m³)
Universitas Sumatera Utara