BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Prinsip kerja PLTM adalah memanfaatkan beda tinggi dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran atau sungai. ... Current meter adalah...

0 downloads 23 Views 2MB Size
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTM ) Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro ( PLTM ) adalah pembangkit listrik berskala kecil dengan out put antara 1MW – 10 MW yang memanfaatkan aliran air sebagai sumber tenaga. Semakin tinggi debit (Q) dan jatuh air (head) maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis yang memungkinkan, tinggi jatuh air (head) dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. PLTM termasuk sumber energi terbarukan dan layak disebut dengan clean energi karena ramah lingkungan. Dari segi teknologi, PLTM memiliki konstruksi yang masih sederhana dan mudah dioperasikan serta mudah dalam perawatan dan penyediaan suku cadang. Dari segi ekonomi, biaya operasi dan perawatannya relatih murah sedangkan investasinya cukup bersaing dengan pembangki listrik lainnya. Secara sosial, PLTM lebih

mudah diterima masyarakat luas

dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya seperti PLTN. Prinsip kerja PLTM adalah memanfaatkan beda tinggi dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran atau sungai. Air yang mengalir melalui intake dan diteruskan oleh saluran pembawa hingga penstock, akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan energi mekanik. Turbin air akan memutar generator dan menghasilkan listrik. Daya yang dibangkitkan generator yang diputar oleh turbin air adalah : P = η.g.H.Q (2.1) Dimana:

P = daya ( kW) g = percepatan gravitasi η = efisiensi Q = debit air ( m3/s ) H = Head ( Tinggi Jatuh ) 2.1.1 Komponen – komponen PLTM

Universitas Sumatera Utara

PLTM mempunyai komponen-komponen penting yang mendukung kemampuan kerjanya, dapat dilihat pada layout PLTM berikut.

Gambar 2.1.Layout PLTM 1. Bendungan ( weir ) dan Bangunan Sadap •

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



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



Penahan Gerusan Penahan gerusan terbuat dari pasangan batu/beronjong gunanya untuk mencegah erosi dasar sungai di hilir bendung.



Pintu Gerusan dan Saluran Penguras ( flushing gate and flushing canal ) Pintu penguras dipasang diantara bendung dan intake yang dibutuhkan untuk mencegah terjadinya endapan didaerah intake. Air yang digunakan

Universitas Sumatera Utara

untuk mengguras dialirkan melalui saluran penguras yang kemudian dialirkan kembali ke sungai pada sisi setelah bendung. •

Bangunan Pengalih ( intake ) Bangunan

pengalih berfungsi untuk mengalihkan air melalui sebuah

pembuka di bagian sisi sungai ke dalam sebuah bak pengendap. Pada saat banjir digunakan untuk mengurangi volume air yang masuk ke saluran •

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



Pintu intake Pintu intake berguna untuk menutup dan membuka saluran intake, menutup saluran biasanya dilakukan pada saat pemeliharaan atau terjadinya renovasi pada saluran.

2. Bak pengendap ( settling basin ) Bak pengendap ini biasanya seperti kolam yang dibuat dengan memperdalam dan memperlebar sebagian saluran pembawa dan menambahnya saluran penguras. Fungsimya untuk mengendapkan pasir dan kotoran yang hanyut sehingga air yang masuk keturbin relatif bersih.

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

Universitas Sumatera Utara

4. Bak Penenang ( forebay) Bak Penenang (Forebay) terletak diujung saluran pembawa. Fungsi bak penenang secara kasar ada dua jenis yaitu : a. Mengontrol perbedaan debit dalam penstock dan sebuah saluran pembawa karena fluktuasi beban b. Pemindahan sampah terakhir (tanah dan pasir, kayu yang mengapung, dll.) dalam air yang mengalir. Bak penenang dilengkapi dengan : a. Saluran pelimah untuk air yang berlebih ( over flow ) b. Lubang untuk menguras bak dan sedimen, c. Saringan untuk mencegah masuknya sampah yang mengapung.

5. Pipa Penstock Pipa pesat dapat terbuat dari logam atau plastik dengan diameter yang berbeda-beda yang berfungsi untuk mengalirkan air dari bak penenang ( fore bay ) ke turbin.

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

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

Universitas Sumatera Utara

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

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

2.1.2 Kelebihan Dan Kekurangan Pembangkit Istrik Tenaga Mini

Hidro

( PLTM ) Adapun kelebihan PLTM adalah sebagai berikut: 1) Ramah Lingkungan; Pembangkit listrik yang menggunakan tenaga air merupakan pembangkit listrik yang paling ramah lingkungan juga tidak mencemari dan merusak alam, karena menggunakan air sebagai sumber tenaganya. Jika dibandingkan dengan PLTU, saat ini sedang menghadapi masalah pembuangan limbahnya yang berupa batu bara. 2) PLTM juga tidak mengganggu aliran sungai secara signifikan karena air yang dimanfaatkan tidak akan berubah menjadi sesuatu yang lain dan tentu masih dapat dipergunakan. 3) Hemat bahan bakar karena PLTM menggunakan sumber tenaga yang abadi yaitu tenaga air dan tidak seperti bahan bakar untuk PLTU atau PLTN yang menggunakan bahan bakar fosil, batubara atau nuklir.

Universitas Sumatera Utara

4) Biaya

pengoperasian

dan

pemeliharaan

PLTM

sangat

rendah

dibandingkan dengan pembangkit lainnya seperti PLTU dan PLTN. Pada PLTU,

disamping

pengeluaran

biaya

untuk

batubara,

perlu

dipertimbangkan pula biaya transportasi bahan bakar tersebut. 5) Pembangkit listrik dengan tenaga air cukup sederhana untuk dimengerti dan cukup mudah untuk dioperasikan. Ketangguhan sistemnya dapat lebih diandalkan dibandingkan dengan sumber-sumber daya yang lain. 6) Perkembangan mutakhir yang telah dicapai pada pengembangan turbin air, telah dimungkinkan untuk memanfaatkan jenis turbin yang sesuai dengan keadaan setempat. 7) Peralatan pembangkit listrik dengan tenaga air umumnya memiliki peluang yang besar untuk bisa dioperasikan selam lebih dari 50 thn.

Adapun kelemahan dari pembangunan PLTM di antaranya: a) Sumber pembangkit listrik tenaga air yang menggunakan air terjun tidak selalu berada dilokasi yang dikehendaki, kebanyakan posisinya jauh dari kota sehingga membutuhkan biaya yang sangat besar. b) Jika konsumen pengguna listrik dalam jumlah besar terlalu jauh dari pusat pembangkit akan membutuhkan sarana jaringan tower transmisi tegangang tinggi yang panjang, juga memerlukan sarana traffo peningkat tegangan yang banyak. c) Bila kita mengalami musim kemarau panjang, akibatnya cadanagan air akan sangat berkurang dan berdampak pada penurunan kuantitas produksi daya listrik yang kita ingin produksi. d) Daya yang bisa diproduksi tergantung pada ketersediaan air sepanjang hari.

2.2. Kapasitas Aliran Debit merupakan salah satu parameter penting dalam perencanaan pembangkit listrik dengan menggunakan tenaga air. Kapasitas debit air akan

Universitas Sumatera Utara

menentukan besarnya energi yang dapat dihasilkan. Debit juga akan menentukan ukuran dan jenis turbin yang akan digunakan. Pengukuran debit aliran sungai biasanya dilakukan dengan menggunakan alat Current Meter Counter, pengukuran dilakukan di sepanjang penampang melintang sungai. Current meter adalah sebuah batang dengan propeller atau baling-baling yang dapat bergerak bebas berputar dan dihubungkan dengan layar monitor menggunakan kabel untuk membaca kecepatan aliran air. Setelah kecepatan arus air diketahui selanjutnya dilakukan pengukuran luas penampang melintang sungai. Dari dua parameter tersebut, debit air dapat dihitung dengan persamaan berikut. Q=V.A

(

2.2 ) Dimana: Q = debit aliran (m3/s) V = kecepatan aliran (m/s) A = luas penampang (m2) 2.2.1 Dasar Konversi Energi Air Dalam pembangkitan listrik tenaga air, energi yang banyak digunakan adalah energi potensial. Ep

=

m

.

g

.

H

(2.3) Dimana :

`Ep = Energi Potensial m = Massa g = Percepatan Gravitasi H = Tinggi relatif terhadap permukaan bumi

Atau bisa ditulis dengan dE = dm . g . H (2.4) Dimana : dE merupakan energi yang dibangkitkan oleh elemen masa (dm) yang melalui jarak (h).

Jika Q didefinisikan sebagai debit air menurut rumus maka:

Universitas Sumatera Utara

Q = dm/dt, (2.5) Dimana:

dm : elemen masa air dt : elemen waktu Dari turunan rumus diatas, daya yang dibangkitkan oleh suatu pembangkit adalah : P=g.Q.H (2.6)

Harga efisiensi dari skema PLTM biasanya adalah: Ekonstruksi sipil

= 1,0 – (panjang saluran x 0,002 – 0,005) / Hgross

Epenstock

= 0,90 – 0,95 (tergantung pada panjangnya)

Eturbin

= 0,70 – 0,85 (tergantung pada tipe turbin)

Egenerator

= 0,80 – 0,95 (tergantung pada kapasitas generator)

Esistem control

= 0,97

Ejaringan

= 0,90 – 0,98 (tergantung pada panjang jaringan)

Etrafo

= 0,98

Ekonstruksi sipil dan Epenstock adalah yang biasa diperhitungkan sebagai “Head Loss (Hloass) / kehilangan ketinggian. Dalam kasus ini, persamaan di atas dirubah ke persamaan berikut. Pnet = g x (Hgross – Hloss) x Q x (E0 – Ekonstruksi – Epenstock) (kW)

(

2.7 ) Jika dihubungkan dengan efisiensi, maka daya yang dibangkitkan adalah: P=η.g.Q.H (2.8) Dimana :

P = daya η = efisiensi g = Percapatan Grapitasi Q = Debit air H = Tinggi relatif terhadap permukaan bumi.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.2 Efisiensi pada skema PLTM

2.3. Perencanaan Umum PLTM Sebelum membangun PLTM di suatu tempat, ada hal-hal yang perlu dilakukan dan diketahui terlebih dahulu :

1. Survey Kemampuan dan Survey Kebutuhan. Dalam rencana pembangunan PLTM, sangat penting terlebih dahulu

untuk menetapkan secara akurat berapa banyak energi yang

diinginkan, untuk tujuan apa, kapan itu diinginkan dan dimana lokasi yang diinginkan. Apakah calon konsumen energi dapat membeli sumber energi tersebut, dan berapa harga yang bersedia mereka bayar? Kedua jawaban dari pertanyaan tersebut sangat dibutuhkan terutama unutuk perhitungan biaya finansial pembangunan proyek tersebut. Juga penting untuk mempertimbangkan jumlah dan kemampuan tenaga-tenaga yang akan dipekerjakan dalam pengoperasian PLTM ini, karena PLTM ini tentu menggunakan mesin-mesin yang agak rumit yang tidak semua orang tau sehingga perlu adanya tenaga-tenaga ahli dibidangnya.

Universitas Sumatera Utara

2. Study Hidrology Dan Survey Lokasi Study ini bertujuan untuk mengetahui potensi air yang dimiliki dimana PLTM akan dibangun. Study ini nantinya akan menunjukkan bagaimana variasi aliran air sepanjang tahun. Debit air yang kita ambil sebagai acuan dalam membangun PLTM adalah debit air yang paling minim. Jumlah air itu menunjukkan berapa banyak daya yang dapat dibangkitkan, dan kapan bisa dibangkitkan. Studi ini diawali dengan survey lapangan untuk memperoleh data primer mengenai debit aliran, head, tofografi, curah hujan. Debit aliran dapat diukur dengan metode konduktivitas atau metode weir. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung perkiraan potensi daya awal. Data lapangan sebaiknya diambil beberapa kali pada musim yang berbeda untuk mengetahui gambaran yang tepat mengenai potensi daya dari aliran tersebut. Pada tahap ini juga kita harus meninjau beberapa lokasi sepanjang sungai untuk mendapat gambaran tentang posisi efisien dimana PLTM akan dibangun. Selain itu perlu dicari data pendukung perencanaan lainya seperti: • Kondisi air (misalnya keasaman, kekeruhan, kandungan pasir atau lumpur). • Keadaan dan kestabilan tanah yang akan mempermudah dalam penetapan posisi letak infrasrukturnya atau bangunan sipilnya. • Ketersediaan bahan, transportasi, tenaga terampil ( operator ) yang dibutuhkan dalam pembangunan.

3. Pra Study Kelayakan Sebelum melakukan suatu kegiatan studi kelayakan, perlu dilakukan studi potensi atau pra-studi kelayakan. Kegiatan studi potensi ini adalah kegiatan awal sebagai kajian umum atau penjajakan awal untuk pengumpulan atau mendapatkan data dan informasi tentang mungkin tidaknya suatu daerah aliran sungai (sumber air) yang ada dan dapat dikembangkan atau dimanfaatkan menjadi suatu potensi pembangkit energi listrik dengan skala minihidro atau yang dikenal sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM). Kegiatan studi potensi ini

Universitas Sumatera Utara

dapat diperkenalkan sebagai kegiatan Pra Studi Kelayakan (Pra-FS). Dari hasil kegiatan Pra-FS ini menjadi masukan untuk pengambilan keputusan apakah studi perlu dilanjutkan atau tidak, dan bila ternyata memiliki banyak potensi yang layak, dapat membantu memilih suatu prioritas. Data yang dikumpulkan pada kegiatan Studi Potensi atau Pra-FS ini meliputi : a. Data dan Informasi teknis tentang potensi sumber daya air (aliran, debit, dan head) atau daerah aliran sungai untuk PLTM dimana besaran kuantitatif dan kualitatif data dan informasinya dapat dipetakan pada standar potensi kelayakan pembangunan dan pengembangan PLTM. b. Data

dan

informasi

tentang

tingkat

elektrifikasi

dan

potensi

pertumbuhannya, profil sumber energi lokal dan pola penggunaan dan pemanfaatannya yang ada saat ini, profil kebutuhan dan ketersediaan (supply-demand) energi listrik, dan potensi serta daya dukung pembangunan PLTM. c. Data dan informasi non-teknis tentang profil dan kondisi infrastruktur sosial ekonomi masyarakat, kapasitas lokal, tingkat partisipasi, dukungan dan kontribusi masyrakat lokal dan pemerintah setempat untuk pengembangan PLTM sebagai energi baru terbarukan.

Jika pada kesimpulan akhir study pra FS untuk melanjukan study yang lebih rinci, maka akan dilanjutkan pada tahap study kelayakan. Studi potensi suatu lokasi dapat dilanjutkan kepada kegiatan studi kelayakan (SK) bila memenuhi kriteria-kriteria sebagai berikut : •

Total panjang jaringan transmisi/distribusi dan jarak pembangkit terhadap penerima daya (titik beban) terjauh untuk sistem off grid atau jarak pembangkit terhadap titik interkoneksi (gardu penerima daya) untuk sistem on grid masih memungkinkan.



Jumlah calon konsumen (orang, rumah, kepala keluarga, instansi, PLN ) tersedia.



Potensi daya listrik terbangkit mencukupi.



Kontinuitas ketersediaan air.

Universitas Sumatera Utara



Tidak menurunkan fungsi sistem keairan yang ada.



Lokasi pembangkit tidak berada di kawasan cagar alam atau budaya yang melarang pembangunan fisik permanen di lokasi tersebut (Lihat Regulasi/peraturan perundang-undangan yang berlaku).



Kejelasan status penguasaan/kepemilikan dan peruntukan lahan.

4. Study kelayakan Study kelayakan pembangunan PLTM dapat dibagi menjadi dua yaitu study kelayakan teknis, dan study kelayakan non teknis atau sosialekonomi. Study kelayakan teknis dilakukan untuk mengetahui parameterparameter potensi alam yang sangat menentukan untuk pengambilan keputusan pembangunan PLTM di suatu lokasi. Study ini juga memberikan data/ informasi yang diperlukan oleh perancang sistem PLTM dan pelaksanaan pembangunannya. Studi ini juga diperlukan untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan sehingga perancang mengetahui bagaimana teknis pelaksanan pembangunan PLTM di lapangan yang di sesuaiakan dengan kondisi sekitar dimana lokasi PLTM tersebut akan dibangun. Study kelayakan teknis meliputi beberapa aspek yang esensial, yaitu studi kelayakan aspek : a. Hidrologi b. Sipil c. Elektrikal-mekanikal

Study kelayakan non teknis sosial-ekonomi

dilakukan untuk

mengetahui hubungan timbal balik antara pembangunan PLTM terhadap sosial dan ekonomi. Karena dalam pembangunan PLTM perlu dipertimbangkan efek pembangunan tersebut terhadap masyarakat, apakah kehadirannya akan mengganggu masyarakat? Begitu juga terhadap bidang ekonominya, juga perlu dipertimbangkan. Apakah pembangunan PLTM tersebut menguntungkan secara finansial sehingga layak untuk dibangun? Maka hasil atau kesimpulan dari study ini nantinya adalah analisa

Universitas Sumatera Utara

kelayakan ekonomi. Studi kelayakan non-teknis meliputi studi kelayakan aspek yang mencakup: a. Ekonomi/Finansial b. Sosial Budaya c. Lingkungan d. Keberlanjutan

Secara umum hal-hal yang dilakukan pada study ini adalah: •

Analisis potensi daerah, Aspek ekonomi pedesaan yang harus diperhatikan sebagai sebuah potensi antaralain: 1. Keberadaan SDA potensial yang bernilai ekonomis, Seperti misalnya sungai yang bisa mensuplai material bangunan seperti pasir merupakan SDA yang berpotensi yang dapat membantu pengurangan biaya dalam pembangunan PLTM. 2. Material bangunan ( mis batu, kayu, pasir, dll ) yang tersedia secara lokal didesa tersebut. 3. Jarak dari kota terdekat yang dapat dijadikan tempat suplai ke desa tersebut. Berapa jauh kota terdekat dari desa yang menjual bahan bangunan seperti semen, pasir, batu, dll dan berapa ongkos angkutan barang dan manusia yang dikeluarkan untuk mencapai desa tersebut.



Kajian sosial demografi, Kita hanya memerlukan gambaran secara umum mengenai kondisi sosial demografi masyarakat setempat. Olehkarena itu kita perlu melakukan observasi yang meliputi hal-hal sebagai berikut: 1. Kehidupan sosial masyarakat penduduk di desa 2. Lembaga-lembaga desa atau organisasi yang eksis dan establish di desa tersebut dan bagaimana pengaruhnya.

Universitas Sumatera Utara

3. Figur yang dihormati di desa tersebut, dan bagaimana pengaruhnya terhadap masyarakat desa. 4. Prasarana jalan ke desa tersebut.



Analisa biaya investasi, Pada tahap ini hal-hal yang paling penting dilakukan adalah prakiraan

analisa biaya investasi yaitu Rencana Anggaran Biaya (RAB) pembangunan PLTM. Anggaran biaya pada pembangunan PLTM secara garis besar dapat dibagi ke dalam: 1. Biaya Modal Biaya modal ( investasi ) atau disebut juga biaya finansial suatu proyek dapat ditafsirkan sebagai sejumlah pengeluaran yang dibutuhkan untuk penyelesaian proyek. Pengeluaran ( componen cost ) dari biaya modal terdiri dari: •

Biaya konstruksi



Biaya administrasi



Biaya jasa konsultan



Biaya dasar proyek



Biaya tak terduga



Biaya pajak

2. Biaya ekonomi proyek Biayaa ekonomi diperoleh dengan mengkonversikan nilai finansial ke nilai ekonomi. Biaya ekonomi tersebut dipergunakan untuk perhitungan analisa ekonomi. 3. Biaya O/P Tahunan ( Annual Cost ) Biaya operasi dan pemeliharaan tahunan suatu proyek dapat ditafsirkan sebagai pengeluaran yang dibutuhkan dalam setahun untuk pengoperasian dan pemeliharaan banguna sipil maupun peralatan hidromekanikal dan elektromekanikal agar bisa berfungsi sebagaimana mestinya.

Universitas Sumatera Utara

2.4. Analisis Hidrologi Pengukuran hidrologi dilakukan bertujuan untuk mendapatkan gambaran tentang potensi daya yang dapat dibangkitkan, dan mengetahui kuantitas dan kualitas air. Analisis hidrologi meliputi pengukuran debit minimum atau debit andalan yang mengalir pada saluran air/sungai, pengukuran debit air pada saat banjir dengan melakukan pengamatan visual batas banjir, pengukuran debit air secara time series, dan pengukuran/klarifikasi tinggi terjun (beda tinggi/head) yang tersedia. Untuk mengetahui besar jumlah debit air ( Q ) pada lokasi pembangunan PLTM, dilakukan hal-hal yang meliputi pengukuran curah hujan, pengukuran debit andalan, pembuatan FDC ( Flow Duration Curve ).

2.4.1 Curah Hujan Data jumlah curah hujan (CH) rata -rata untuk suatu daerah tangkapan air (catchment area) atau daerah aliran sungai (DAS) merupakan informasi yang sangat diperlukan oleh pakar bidang hidrologi. Pengukuran curah hujan dapat bdilakukan dengan dua cara yaitu dengan alat penakar hujan dan pengamatan menggunakan radar. Yang paling umum digunakan dari dua alat ukur tersebut adalah alat penakar hujan. Pada pembangunan PLTM, curah hujan digunakan untuk mengetahui debit sungai sepanjang tahun di suatu area dimana PLTM akan dibangun. Untuk dapat mewakili besarnya curah hujan di suatu wilayah/daerah diperlukan penakar curah hujan dalam jumlah yang cukup. Semakin banyak penakar dipasang di lapangan diharapkan dapat diketahui besarnya rata -rata curah hujan yang menunjukkan besarnya curah hujan yang terjadi di daerah tersebut. Disamping itu juga diketahui variasi curah hujan di suatu titik pengamatan. Menurut (Hutchinson, 1970 ; Browning, 1987 dalam Asdak C. 1995) Ketelitian hasil pengukuran curah hujan tegantung pada variabilitas spasial curah hujan, maksudnya diperlukan semakin banyak lagi penakar curah hujan bila kita mengukur curah hujan di suatu daerah yang variasi curah hujannya besar. Ketelitian akan semakin meningkat dengan semakin banyaknya penakar yang dipasang, tetapi memerlukan biaya mahal dan juga memerlukan banyak waktu dan tenaga dalam pencatatannya di lapangan.

Universitas Sumatera Utara

Data curah hujan disuatu lokasi tertentu dimana alat penakar hujan dipasang, dicatat dan hasil pencatatannya untuk jangka waktu sepanjang mungkin digunakan untuk keperluan analisis selanjutnya. Untuk mengetahui curah hujan rata-rata wilayah untuk stasiun yang berbeda digunakan metode-metode berikut ini: •

Metode rata-rata aritmatik



Metode poligon Theissen



Metode Ishoyet



Metode Dr. F.J. Mock

2.4.1.1 Cara Rata-Rata Aritmatik Cara rata-rata aritamatik adalah cara yang paling mudah diantara cara lainnya (poligon dan isohet). Digunakan khususnya untuk daerah seragam dengan variasi curah hujan kecil. Cara ini dilakukan dengan mengukur serempak untuk lama waktu tertentu dari semua alat penakar dan dijumlahkan seluruhnya. Kemudian hasil penjumlahannya dibagi dengan jumlah penakar hujan maka akan dihasilkan rata-rata curah hujan di daerah tersebut. Secara matimatik ditulis persamaan sbb: Rata-rata CH = (( ∑Ri ) / n) (2.9) dimana : Ri = besarnya CH pada stasiun i n = jumlah penakar (stasiun) contoh: Untuk mengukur rata-rata curah hujan yang mewakili suatu daerah X diperlukan 4 (empat buah) penakar hujan yaitu pada stasiun A, B, C dan D. Tercatat selama waktu tertentu di stasiun A sebesar 5 cm, di B (7 cm), di C (6 cm) dan di D (9 cm). Maka : Rata-rata CH = (5+7+6+9)/4 = 6,75 cm

Universitas Sumatera Utara

2.4.1.2 Cara Poligon (Thiessen polygon) Cara ini untuk daerah yang tidak seragam dan variasi CH besar. Menurut Shaw (1985) cara ini tidak cocok untuk daerah bergunung dengan intensitas CH tinggi. Dilakukan dengan membagi suatu wilayah (luasnya A) ke dalam beberapa daerah-daerah membentuk poligon (luas masing-masing daerah ai), seperti contoh dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut:

Gambar 2.3. Analisis curah hujan metode Poligon Cara ini selain memperhatikan tebal hujan dan jumlah stasiun, juga memperkirakan luas wilayah yang diwakili oleh masing-masing stasiun untuk digunakan sebagai salah satu faktor dalam menghitung hujan rata-rata daerah yang bersangkutan. Poligon dibuat dengan cara menghubungkan garis-garis berat diagonal terpendek dari para stasiun hujan yang ada.

2.4.1.3. Cara Isohiet (Isohyetal) Isohiet

adalah

garis

yang

menghubungkan

tempat-tempat

yang

mempunyai tinggi hujan yang sama. Metode ini menggunakan isohiet sebagai garis-garis yang membagi daerah aliran sungai menjadi daerah-daerah yang

Universitas Sumatera Utara

diwakili oleh stasiun-stasiun yang bersangkutan, yang luasnya dipakai sebagai faktor koreksi dalam perhitungan hujan rata-rata. Cara ini dipandang paling baik, tetapi bersifat subyektif dan tergantung pada keahlian, pengalaman, pengetahuan pemakai terhadap sifat curah hujan pada daerah setempat.

Gambar 2.4. Analisis curah hujan metode Isohiet Dalam metode isohet ini wilayah dibagi dalam daerah -daerah yang masing-masing dibatasi oleh dua garis isohet yang berdekatan, misalnya Isohet 1 dan 2 atau (I1 – I2). Oleh karena itu, dalam Gambar 2.4, curah hujan rata –rata untuk daerah I1 – I2 adalah (7 cm + 6,5 cm)/2 = 6,75 cm. Untuk menghitung luas darah ( I1 – I2) dalam suatu peta kita bisa menggunakan Planimeter. Secara sederhana bisa juga menggunakan kertas milimeter block dengan cara menghitung kotak yang masuk dalam batas daerah yang diukur.

1.1.

2.4.1.4 Metode Meteorological Water Balance Dr. F.J. Mock Metode ini ditemukan oleh Dr. F.J. Mock pada tahun 1973 dimana metode

ini didasarkan atas fenomena alam dibeberapa tempat di Indonesia. Dengan metode ini, besarnya aliran dari data curah hujan , karakteristik hidrologi daerah pengaliran dan evapotranspirasi dapat dihitung. Pada dasarnya metode ini adalah hujan yang jatuh pada catchment area sebagian akan hilang sebagai

Universitas Sumatera Utara

evapotranspirasi, sebagian akan langsung menjadi aliran permukaan (direct run off) dan sebagian lagi akan masuk kedalam tanah (infiltrasi), dimana infiltrasi pertama-tama akan menjenuhkan top soil, kemudian menjadi perkolasi membentuk air bawah tanah (ground water) yang nantinya akan keluar ke sungai sebagai aliran dasar (base flow). Adapun ketentuan dari metode ini adalah sebagai berikut : 1. Data meteorologi Data meterologi yang digunakan mencakup : a. Data presipitasi dalam hal ini adalah curah hujan bulanan dan data curah hujan harian. b. Data klimatologi berupa data kecepatan angin, kelembapan udara, tempratur

udara

dan

penyinaran

matahari

untuk

menentukan

evapotranspirasi potensial (Eto) yang dihitung berdasarkan metode “ Penman Modifikasi “ 2. Evapotranspirasi Aktual ( Ea) Penentuan

harga

evapotranspirasi

actual

ditentuakan

berdasarkan

persamaan : E = Eto x d/30 x m

(2.10)

E = Eto x (m / 20) x (18-n)

(2.11)

Ea

=

Eto



E

(2.12) dimana : Ea = Evapotranspirasi aktual (mm), Eto = Evapotranspirasi potensial (mm), D= 27 – (3/2) x n, N = jumlah hari hujan dalam sebulan, m = Perbandingan permukaan tanah yang tidak tertutup dengan tumbuh-tumbuhan penahan hujan koefisien yang tergantung jenis area dan musiman dalam % , m = 0 untuk lahan dengan hutan lebat, M =Untuk lahan dengan hutan sekunder pada akhir musim dan bertambah 10 % setiap bulan berikutnya. m = 10 – 40% untuk lahan yang erosi , m = 30 –50 % untuk lahan pertanian yang diolah ( sawah ). 3. Keseimbangan air dipermukaan tanah (ΔS) a. Air hujan yang mencapai permukaan tanah dapat dirumuskan sebagai berikut: ΔS = R – Ea

(2.13)

Universitas Sumatera Utara

dimana : ΔS = Keseimbangan air dipermukaan tanah, R = Hujan Bulanan , Ea = Evapotranspirasi Aktual. Bila harga positif (R > Ea) maka air akan masuk ke dalam tanah bila kapasitas kelembapan tanah belum terpenuhi. Sebaliknya bila kondisi kelembapan tanah sudah tercapai maka akan terjadi limpasan permukaan (surface runoff). Bila harga tanah ΔS negatif ( R > Ea ) , air hujan tidak dapat masuk kedalam tanah (infltrasi) tetapi air tanah akan keluar dan tanah akan kekurangan air (defisit). b. Perubahan kandungan air tanah (soil storage) tergantung dari harga ΔS. Bila ΔS negatif maka kapasitas kelembapan tanah akan kekurangan dan bila harga ΔS positif akan menambah kekurangan kapasitas kelembapan tanah bulan sebelumnya. c. Kapasitas

kelembapan

tanah

(soil

moisture

capacity).

Didalam

memperkirakan kapasitas kelembapan tanah awal diperlukan pada saat dimulainya perhitungan dan besarnya tergantung dari kondisi porositas lapisan tanah atas dari daerah pengaliran. Biasanya diambil 50 s/d 250 mm, yaitu kapasitas kandungan air didalam tanah per m3. semakin besar porositas tanah maka kelembapan tanah akan besar pula. d. Kelebihan Air (water surplus) e. Besarnya air lebih dapat mengikuti formula sbb : WS

=

ΔS

-

Tampungan

tanah

(2.14) dimana : WS = water surplus, ∆S = R- Ea, Tampungan Tanah = Perbedaan Kelembapan tanah.

4. Limpasan dan penyimpanan air tanah (Run off dan Ground Water storage). a. Infiltrasi (i) Infiltrasi ditaksir berdasarkan kondisi porositas tanah dan kemiringan daerah pengaliran. Daya infiltrasi ditentukan oleh permukaan lapisan atas

Universitas Sumatera Utara

dari tanah. Misalnya kerikil mempuyai daya infiltrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan tanah liat yang kedap air. Untuk lahan yang terjal dimana air sangat cepat menikis diatas permukaan tanah sehingga air tidak dapat sempat berinfltrasi yang menyebabkan daya infiltrasi lebih kecil. Formula dari infiltrasi ini adalah sebagai berikut: i = Koefisien Infiltrasi x WS

(2.15)

dimana : i WS

= Infiltrasi (Koefisien Infiltrasi (i) = 0 s/d 1,0 ), = kelebihan air

b. Penyimpanan air tanah (ground water storage). Pada permulaan perhitungan yang telah ditentukan penyimpanan air awal yang besarnya tergantung dari kondisi geologi setempat dan waktu.Persamaan yang digunakan adalah (sumber : PT. Tricon Jaya, Sistim Planing Irigasi Ongka Persatuan Kab. Donggala Hal V-4) Vn = k. (Vn – 1) + ½ (1 + k ) in

(2.16)

dimana : Vn = Volume simpanan ait tanah periode n ( m3), Vn – 1 = Volume simpanan air tanah periode n – 1 (m3), K = qt/qo = Faktor resesi aliran air tanah (catchment are recession factor ) k =Faktor resesi aliran tanah berkisar antara 0 s/d 1 , ) qt = Aliran tanah pada waktu t (bulan ke t) , qo = Aliran tanah pada awal (bulan ke 0), = Infiltrasi bulan ke n (mm). in Untuk mendapatkan perubahan volume aliran air dalam tanah mengikuti persamaan : Vn = Vn - Vn – 1

(2.17)

c. Limpasan (Run off ) Air hujan atau presipitasi akan menempuh tiga jalur menuju kesungai. Satu bagian akan mengalir sebagai limpasan permukaan dan masuk kedalam tanah lalu mengalir ke kiri dan kananya membentuk aliran antara. Bagian ketiga akan berperkolasi jauh kedalam tanah hingga mencapai lapisan air tanah. Aliran permukaan tanah serta aliran antara sering digabungkan sebagai

Universitas Sumatera Utara

limpasan langsung (direc run off) Untuk memperoleh limpasan, maka persamaan yang digunakan adalah : BF = I - (Δ Vn )

(2.18)

Dro = WS – I

(2.19)

Ron = BF +Dro dimana : BF I Δ Vn Dro WS Ron

(2.20)

= Aliran dasar (M3/dtk/km), = Infltrasi (mm), = Perubahan volume aliran tanah (M3), = Limpasan Langsung (mm), = Kelebihan air , = Limpasan periode n (M3/dtk/km2)

d. Banyaknya air yang tersedia dari sumbernya. Persamaan yang digunakan adalah: Qn = Ron x A dimana:

(2.21)

Qn= Banyaknya air yg tersedia dari sumbernya, periode n

(m3/dtk), A = Luas daerah tangkapan (catchment area) Km2.

1.2.

2.4.2 Debit Andalan Debit andalan (dependable flow) adalah debit minimum sungai untuk

kemungkinan terpenuhi yang sudah ditentukan yang dapat dipakai untuk pembangkit listrik. Kemungkinan terpenuhi ditetapkan 80% (kemungkinan bahwa debit sungai lebih rendah dari debit andalan adalah 20%). Debit andalan ditentukan untuk periode tengah – bulanan. Debit minimum sungai dianalisis atas dasar data debit harian sungai. Agar analisisnya cukup tepat dan andal, catatan data yang diperlukan harus meliputi jangka waktu paling sedikit 20 tahun. Jika persyaratan ini tidak bisa dipenuhi, maka metode hidrologi analitis dan empiris bisa dipakai. Dalam menghitung debit andalan, kita harus mempertimbangkan air yang diperlukan dari sungai di hilir pengambilan. Dilapangan ternyata debit andalan dari waktu kewaktu mengalami penurunan seiring dengan penurunan fungsi daerah tangkapan air. Penurunan debit andalan dapat menyebabkan kinerja PLTM

Universitas Sumatera Utara

berkurang yang mengakibatkan pengurangan daya yang dikelaurkan. Antisipasi keadaan ini perlu dilakukan dengan memasukan faktor koreksi besaran 80% 90% untuk debit andalan. Faktor koreksi tersebut bergantung pada kondisi perubahan daerah aliran sungai (DAS) Guna mendapatkam kapasitas PLTM, tidak terlepas dari perhitungan berapa banyak air yang dapat diandalakan untuk membangkitkan PLTM. Debit andalan adalah debit minimum (terkecil) yang masih dimungkinkan untuk keamanan operasional suatu bangunan air, dalam hal ini adalah PLTM. Debit minimum sungai dianalisis atas dasar debit hujan sungai. Dalam evaluasi kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro ini, metode perhitungan debit andalan menggunakan metode simulasi perimbangan air dari Dr. F.J.Mock (KP.01,1936). Dengan data masukan dari curah hujan di Daerah Aliran Sungai, evapotranspirasi, vegetasi dan karakteristik geologi daerah aliran. Metode ini menganggap bahwa air hujan yang jatuh pada daerah aliran (DAS) sebagian akan menjadi limpasan langsung dan sebagian akan masuk ke tanah sebagai air infiltrasi, kemudian jika kapasitas menampung lengas tanah sudah terlampaui, maka air akan mengalir ke bawah akibat gaya gravitasi.

2.4.3 Klarifikasi pengukuran head Pengukuran head dapat dilakukan dengan menggunakan peta tofografi, tetapi hasil yang diperoleh sangat kasar. Pengukuran head yang akurat harus dilakukan di lapangan dengan berbagai metode pengukuran. Setelah didapatkan perkiraan head kotor ( gross head ), maka dilakukan penentuan head bersih ( netto head ) yang berhubungan dengan perencanaan bangunan sipil. 2.4.4 Pembuatan FDC (Flow Duration Curve) Untuk kepentingan perancangan PLTM, sangat penting untuk bisa mendapatkan data debit dari tahun ke tahun sebanyak mungkin sehingga dapat diketahui berapa banyak air (baik di musim kemarau atau penghujan) yang bisa dipergunakan untuk menggerakkan turbin. Data ini memberikan masukan paling mendasar bagi perancang untuk memilih jenis turbin yang paling efisien dan cocok dengan sumber daya yang ada. Dengan data debit di tangan ditambah

Universitas Sumatera Utara

dengan data kebutuhan energi listrik konsumen, maka perancang dapat memilih turbin dan generator yang cocok bagi sebuah PLTM yang berdiri sendiri. Flow Duration Curve (FDC) disusun dengan mengelompokkan data debit berdasarkan besar debitnya lalu memplotkannya pada grafik terhadap 100% waktu pengukuran. Untuk membuat plot diagram fluktuasi aliran air maka dilakukan penelitian terhadap data debit aliran air sungai sepanjang tahun. Penentuan FDC dapat melalui dua cara yaitu penentuan berdasarkan area tadah hujan ( prediction by area-rainfall method ) dan penentuan berdasarkan metode korelasi ( corelasi method ). Hal utama yang dilakukan dalam penentuan FDC baik melalui metode area tadah maupun metode korelasi adalah pencatatan debit air ( Q ) pada lokasi intake takan diambil sebagai patokan dalam perhitungan, dimana Q diambil dibawah FDC. Keterbatasan data dilapangan akan menyulitkan pembuatan FDC. Apabila pembuatan FDC tidak dapat dilakukan, perencanaan debit air dapat didasarkan pada debit minimum yang tersedia. Debit perencanaan diharapkan dapat membangkitkan daya terpasang. Debit ini ditentukan berdasarkan debit pada debit andalan ( debit minimum ). Pengolahan data dilakukan dengan distribusi probabilitas (peluang kejadian). Distribusi probabilitas yang digunakan adalah berdasarkan rumus yang dikembangkan oleh Weibull. P (2.22)

=

𝑚𝑚

𝑛𝑛+1

𝑥𝑥 100%

dimana: P = Peluang kejadian m = Nomor urut data n = Banyaknya data presipitasi Berdasarkan rumus Weibull di atas, maka dapat ditentukan debit andalan dengan cara mengurutkan data dari debit terbesar hingga terkecil, kemudian ditetapkan suatu debit andalan. Pada penelitian ini ditetapkan debit andalan pada probabilitas 80%.

Universitas Sumatera Utara

2.5. Penentuan Lokasi Penentuan lokasi PLTM harus ditentukan secara cermat dengan memperhatikan kondisi geografis, keadaan tanah dan batuan, serta keadaan sungai. Untuk mempermudah penentuan lokasi dan Lay-out harus dilakukan beberapa study: •

Study geologi



Pemahaman peta tofografi



Penentuan lokasi bangunan Intake



Penentuan lokasi power house.

2.5.1 Study geologi Study geologi dalam pembangunan mini hidro akan memberikan informasi yang sangat penting untuk merencanakan pembangunan bangunan sipil pada suatu PLTM. Informasi mengenai kondisi alam, keadaan tanah dan batuan, serta pergerakan tanah yang diperoleh dari study geologi akan membantu dalam menentukan lokasi terbaik bagi pembangunan bangunan sipil. Disamping itu, informasi tersebut dapat membantu dalam merencanakan dan memprediksi biaya konstruksi beserta perawatannya. Pada study geologi kegiatan yang dilakukan adalah pengumpulan informasi tentang: 1. Pergerakan permukaan yang mungkin terjadi seperti batuan dan permukaan tanah bila datang turun hujan lebat, pergerakan air dan lumpur. 2. Pergerakan tanah dibawah permukaan yang mungkin terjadi seperti gempa ataupun tanah longsor. 3. Tipe batuan, tanah dan pasir. Hal ini berguna untuk mendisain pondasi sipil yang cocok, dan material yang cocok pada kondisi tersebut.

2.5.2 Pemahaman Peta Tofografi Pemahaman peta topografi ini sangat perlu dilakukan karena hal tersebut akan membantu kita dalam menentukan letak posisi setiap bangunan sipil yang

Universitas Sumatera Utara

efisien. Kesalahan pada pemahaman tofografi dapat mengakibatkan kinerja bangunan sipil yang telah dibangun nantinya tidak maksimal. Pemahaman ini juga sangat membantu dalam penentuan lokasi yang terbaik dimana kemungkinan untuk mendapatkan tinggi jatuhan air ( head ) yang memadai. Keadaan kontur tanah yang digambarkan oleh peta tofografi sangat membantu dalam membuat layout dasar sistim minihidro.

1.3.

2.5.3 Penentuan Lokasi Bangunan Intake Pada umumnya instalasi minihidro merupakan pembangkit listrik tenaga

air dengan kolam pengatur ( regulatoring pond ) yaitu menggunakan bendungan yang melintang disungai yang bertujuan untuk menaikkan permukaan air dibagian hulu sungai, guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar sebagai pembangkit

listrik.

Lokasi

intake

harus

dipilih

secara

cermat

untuk

menghindarkan masalah yang akan datang dikemudian hari.

2.5.4 Penentuan Lokasi Rumah Pembangkit ( Power House ) Pada dasarnya setiap pembangunan mini hidro, berusaha untuk mendapatkan head yang maximum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit harus berada ditempat serendah mungkin, namun tetap memperhitungkan bagaimana keamanannya. Posisi rumah pembangkit ( power house ) harus selalu lebih tingi dari permukaan air banjir sungai hal ini untuk menghindari masuknya air ke rumah pembangkit ketika banjir ataupun ketika air sungai meluap. Data dan informasi tentang ketinggian permukaan air sungai pada waktu banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit. Selain rumah pembangkit berada pada lokasi ketinggian yang aman, saluran pembuang ( tail race ) juga harus terlindung dari gangguan alam seperti batu-batu besar. Ujung saluran pembuangan ( tail race ) tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir. Saluran pembuang dipastikan dapat mengalirkan air dari power house ke sungai dengan lancar, hal ini untuk menanggulangi terjadinya banjir pada power house akibat menumpuknya air.

Universitas Sumatera Utara

Setelah semua studi yang diperlukan siap dan layak, maka dilakukan proses disain yang lebih rinci yang disebut dengan pengerjaan sipil. Secara ringkas, pekerjaan sipil meliputi: •

Pembuatan detail gambar teknik,



Penentuan spesifikasi teknis secara jelas,



Penyusunan jadwal kegiatan,



Penghitungan biaya setiap komponen,



Penyiapan pengurus dan operator-operator serta teknisi yang akan mengelola PLTM.

2.6. Civil Works ( Pekerjaan Sipil) Pekerjaan sipil pada Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mini Hidro meliputi:

2.6.1 Sistem Layout Layout sebuah mini hidro merupakan rencana dasar untuk pembangunan mini hidro. Pada lay-out dasar digambarkan rencana untuk mengalirkan air dari intake sampai ke saluran pembuangan akhir. Layout tersebut harus memperhatikan aspek teknik dan ekonomi. Air dari intake dialirkan ke turbin menggunakan saluran pembawa air berupa kanal dan penstock. Penggunaan penstock memerlukan biaya yang lebih besar dibandingkan dengan kanal, maka pada layout diusahakan agar menggunakan penstock sependek mungkin tetapi harus mempertimbangkan tingkat ke amanannya.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.5. Beberapa Pilihan Saluran Air dan Penstock

Terdapat tiga kemungkinan rute saluran air yang ditunjukkan pada gambar diatas. Pilihan penstock pendek dalam banyak kasus akan menjadi pilihan utama untuk skema yang paling ekonomis, tetapi ini bukan kasus yang dibutuhkan. Pertimbangan setiap pilihan adalah sebagai berikut: (1) Penstock Pendek Disini penstock pendek tetapi saluran airnya panjang. Saluran air yang panjang akan membuka peluang halangan yang beresiko tinggi, atau akan menyebabkan mudahnya terjadi keruntuhan atau kerusakan sebagai akibat kurangnya pemeliharaan yang baik. Pemasangan saluran air yang melewati lereng yang curam mungkin sulit dan mahal, atau bahkan tidak mungkin. Resiko dari lereng curam yang longsor membuat penggunaan penstock yang pendek merupakan pilihan yang tidak dapat diterima, karena pengoperasian proyek dan biaya pemeliharaan dari skema menjadi sangat besar, dan lebih besar dari manfaat yang diharapkan pada saat pengadaan awal.

Universitas Sumatera Utara

(2) Penstock panjang Dalam kasus ini penstock mengikuti arus aliran sungai. Tatanan seperti ini diperlukan, karena tidak ada tanah datar untuk membangun saluran air, tentu saja tindakan pencegahan harus diambil. Satu hal yang paling penting adalah memastikan waktu banjir musiman dari sungai yang dipakai, tidak akan merusak penstock. Merupakan suatu hal yang selalu penting untuk diperhitungkan adalah mengkalkulasi diameter yang paling ekonomis dari penstock; pada kasus dari sebuah penstock panjang, mengkalkulasi diameter penstock menjadi hal penting yang sangat utama, karena biaya yang dikeluarkan akan menjadi tinggi.

(3) Penstock menengah Penstock menengah akan memerlukan biaya yang lebih besar daripada penstock pendek, tetapi dapat menghemat biaya yang dikeluarkan untuk membangun saluran air yang melewati lereng yang curam dengan aman. Walaupun pembelian awal dan biaya pembangunan lebih besar, tetapi penstock ini merupakan pilihan yang dianjurkan bila ada tanda-tanda ketidakstabilan di lereng yang curam. 2.6.2 Dam/Bendung pengalih intake (Diversion Weir dan Intake) Bendung berfungsi untuk menaikkan/mengontrol tinggi air dalam sungai secara signifikan sehingga memiliki jumlah air yang cukup untuk dialihkan ke dalam intake kemudian ke dalam sebuah bak pengendap (Settling Basin). Sebuah bendung dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap. Perlengkapan lainnya adalah saringan sampah. PLTM umumnya merupakan pembangklit tipe run off river sehingga bangunan bendung dan intake dibangun berdekatan. Dengan pertimbangan dasar stabilitas sungai dan aman terhadap banjir, dapat dipilih lokasi untuk bendung (Weir) dan intake. Tujuan dari intake adalah untuk memisahkan air dari sungai untuk dialirkan ke dalam saluran, penstock atau bak penampungan. Tantangan utama dari bangunan intake adalah ketersediaan debit air yang penuh dari kondisi debit rendah sampai banjir. Juga sering kali adanya lumpur, pasir dan kerikil atau puing-puing dedaunan pohon sekitar sungai yang terbawa aliran sungai.

Beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam memilih lokasi Bendung (Weir) dan Intake, antara lain : a. Jalur saluran aliran sungai. Lokasi bendung (Weir) dan intake dipilih pada daerah aliran sungai dimana terjamin ketersediaan airnya, alirannya stabil, terhindar banjir dan pengikisan air sungai. b. Stabilitas lereng yang curam.

Universitas Sumatera Utara

Oleh karena pemilihan lokasi PLTM sangat mempertimbangkan head, sudah tentu pada lokasi lereng atau bukit yang curam. Dalam mempertimbangkan lokasi bangunan Bendung (Weir) dan Intake hendaknya mempertimbangkan stabilitas sedimen atau struktur tanahnya yang stabil. c. Level volume yang diambil (Tinggi Dam) dan level banjir. Karena pembangunan bendung/dam inatek pada bagian yang sempit dekat sungai, maka level banjir pada daerah itu lebih tinggi sehingga diperlukan daerah bagian melintang dam yang diperbesar untuk kestabilan. d. Perletakan Intake selalu pada posisi terluar dari lengkungan sungai. Pertimbangan ini dilakukan untuk memperkecil sedimen didalam saluran pembawa. Dan sering kali dibuat pintu air intake untuk melakukan pembilasan sedimen yang terendap dari intake.

Terdapat beberapa jenis tipe dasar Dam dan Intake seperti yang disebukan dibawah ini yaitu: 1. Dam beton graviti 2. Dam beton mengapung 3. Dam tanah 4. Dam urugan batu 5. Dam pasangan batu basah 6. Dam batu bronjong 7. Dam batu bronjong diperkuat beton 8. Dam ranting kayu 9. Dam kayu 10. Dam bingkai kayu dengan kerikil

2.6.3. Bak Pengendap (Settling Basin) Fungsi bangunan ini adalah untuk : a. Mengatur aliran air dari saluran penyalur sehingga harus mencegah terjadinya kolam pusaran dan aliran turbulen serta mengurangi kecepatan aliran masuk ke bak pengendap sehingga perlu bagian melebar.

Universitas Sumatera Utara

b. Sebagai bak pengendap adalah untuk mengendapkan sedimen dimana untuk detil desainnya perlu dihitung dengan formulasi hubungan panjang bak, kedalaman bak, antara kecepatan pengendap, dan kecepatan aliran. c. Sebagai penimbunan sedimen, sehingga harus didesain mudah dalam pembuangan sedimen. d.

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

2.6.4. Saluran Pembawa (Head Race) Saluran pembawa mengikuti kontur dari sisi bukit untuk menjaga elevasi dari air yang disalurkan. Ada berbagai macam saluran pembawa, antara lain terowongan, saluran terbuka dan saluran tertutup. Konstruksi saluran pembawa dapat berupa pasangan batu kali atau hanya berupa tanah yang digali. Pada saluran yang panjang perlu dilengkapi dengan saluran pelimpah pada jarak tertentu. Ini untuk menjaga jika terjadi banjir maka kelebihan air akan terbuang melalui saluran tersebut. Karena secara umum jumlah air yang terangkut kecil, saluran pembawa untuk sebuah pembangkit listrik tenaga air secara mendasar mengadopsi struktur terbuka,

2.6.5. Bak Penenang (Headtank) Fungsi dari bak penenang adalah sebagai penyaring terakhir seperti settling basin untuk menyaring benda-benda yang masih tersisa dalam aliran air, dan merupakan tempat permulaan pipa pesat (penstock) yang mengendalikan aliran menjadi minimum sebagai antisipasi aliran yang cepat pada turbin tanpa menurunkan elevasi muka air yang berlebihan dan menyebabkan arus lebih stabil pada saluran. Pemilihan lokasi bak penenang untuk pembangkit listrik sakal kecil seringkali berada pada punggung yang lebih tinggi, beberapa yang dapat dipertimbangkan antara lain : a. Keadaan topografi dan geologi sungai Sedapat mungkin dipilih lokasi dimana bagian tanahnya relatif stabil. Dan jika umumnya terdiri dari batuan keras maka sedapat mungkin dapat mengurangi jumlah pekerjaan penggalian.

Universitas Sumatera Utara

b. Walaupun ditempatkan pada punggung gunung, dipilih tempat yang relative datar. c. Mengurangi hubungan dengan muka air tanah yamg lebih tinggi.

2.6.6. Pipa Pesat (Penstock) Penstock dihubungkan pada sebuah elevasi yang lebih rendah ke sebuah turbin air. Kondisi topografi dan pemilihan skema PLTM mempengaruhi tipe pipa pesat (penstock). Umumnya sebagai saluran ini harus didesain/dirancang secara benar sesuai kemiringan (head) sistem PLTM. Pipa penstock merupakan salah satu komponen yang mahal dalam pekerjaan PLTM, oleh karena itu desainnya perlu dipertimbangkan terhadap keseimbangan antara kehilangan energi dan biaya yang diperlukan. Parameter yang penting dalam desain pipa penstock terdiri dari material yang digunakan, diameter dan ketebalan pipa serta jenis sambungan yang digunakan. 2.6.6.1 Bahan Pipa Pesat ( penstock ) Saat ini, bahan utama pipa pesat adalah pipa-pipa baja, pipa-pipa ductile dan pipa FRPM (fibre reinforced plastic multi-unit). Sedangkan pembangkit tenaga air skala kecil menggunakan pipa-pipa hard vinyl chloride, pipa-pipa howell atau pipa-pipa spiral welded dapat dipertimbangkan karena diameternya kecil dan tekanan internalnya relatif rendah. Faktor-faktor utama yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan material yang digunakan : 1.

Besarnya tekanan air yang hams dipikul

2.

Topografi dari lokasi penempatannya

3.

Volume air yang harus ditampung

4.

Metode penyambungan

5.

Diameter pipa dan gaya gesek

6.

Berat dan tingkat kesulitan dalam pemasangangannya

7.

Umur rencana

8.

Kondisi iklim dan cuaca

9.

Harga dan biaya perawatan

10. Transportasi menuju lokasi

Universitas Sumatera Utara

Material yang baik untuk digunakan sebagai pipa pesat pada pembangkit listrik skala kecil diantaranya :

1.

Besi ringan (Mild steel)

2.

Unplasticized polyvinyl choloride (UPVC)

3.

High-density polyethylene (HDPE)

4.

Medium-density polyethylene (MDPE).

Karakteristik pipa-pipa ini dapat diperlihatkan pada lampiran. (Bahan pipa penstock untuk pembangkit listrik tenaga air skala kecil). Untuk mendisain pipa pesat mula-mula tentukan jenis bahan pipa pesat yang direncanakan dan hitung jarak antara saluran penampung menuju turbin dan beda tinggi (Huss) dari saluran penampung ke turbin.

Panjang pipa pesat, didapat dengan menggunakan rumus trigonometri Lpipa =

LHorizontal + H gross 2

2

(2.23)

Kecepatan optimum dapat dicari dengan menggunakan rumus United State Bureau of Reclamation (USBR) sebagai hubungan anatara kecepatan dengan head untuk pipa. V = 0,125 2 gH

(2.24)

2.6.6.2 Diameter Pipa Pesat Pada umumnya diameter pipa pesat ditentukan berdasarkan pembandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Karena pipa pesat mengeluarkan biaya yang besar pada pemasangannya, sehingga dalam menentukan diameter pipa pesat harus berdasarkan perbandingan dengan biaya pipa pesat dan biaya kehilangan head pipa pesat. Untuk

memilih

diameter

terbaik

dan

tipe

pipa

pesat

harus

memperhitungkan faktor-faktor berikut : 1. Biaya pembelian pipa dan biaya tambahan seperti pemasangan, disain,

sambungan dan transportasi. 2. Biaya perawatan pipa seperti pembersihan dan pengecatan ulang. 3. Daya yang dapat dihantarkan pipa setelah mengalami kehilangan akibat

gesekan 4. Jumlah aliran yang dapat menyuplai turbin untuk menghasilkan listrik

Universitas Sumatera Utara

terutama pada saat musim kemarau 5. Daya (power) optimum

Secara sederhana, diameter pipa dapat dicari dengan menggunakan persamaan dasar :

Q V

(2.25)

1 Q π .d 2 = 4 V

(2.26)

A=

Ketebalan pipa: t0 =

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 2 𝑥𝑥 Ѳ𝑎𝑎 𝑥𝑥 𝜂𝜂

t0 ≥ 0,4 cm

𝑥𝑥 𝛿𝛿𝛿𝛿

dimana:

( cm )

atau

t0 ≥

𝑑𝑑+80 40

( cm )

(2.27)

t0 = ketebalan minimum pipa, d = diameter pipa

1.3.1.1.

2.6.6.3 Kehilangan Akibat Gesekan Pada Pipa Pesat

Setelah mendapatkan diameter pipa pesat, kita akan menghitung nilai kehilangan head pada pipa pesat dengan mencari harga faktor gesekan (f).Untuk mencari f digunakan grafik moody dengan cara menghubungkan garis lengkung antara harga k/d terhadap 1,2 Q/d. Dari tabel 2.1. didapat nilai k untuk beberapa material pipa dengan umur kondisinya. Melalui grafik tersebut, didapat faktor gesekan (f).

Rumus kehilangan energi akibat gesekan pada pipa penstock :

𝒉𝒉𝒉𝒉 = 𝒇𝒇

𝑳𝑳 .𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟎 𝑸𝑸𝟐𝟐 𝒅𝒅𝟓𝟓

(2.28)

Dimana : hf = kehilangan energi akibat gesekan f = faktor gesekan L = panjang penstock V = kecepatan aliran pada penstock d = diameter penstock Q = debit air ( l/d )

Universitas Sumatera Utara

Material

Umur kondisi < 5 tahun

Pipa lunak PVC, HDPE, MDPE Fiberglas Beton Baja ringan : Baja tak berlapis Baja galvanis Besi Baru Lama karat - karat sedang - karat tinggi

5 - 15 tahun

> 15 tahun

0,003

0,01

0,05

0,06

0,15

1,5

0,01 0,06

0,1 0,15

0,5 0,3

0,15 0,6 1,5 6,0

0,3 1,5 3,0 10,0

0,6 3,0 6,0 20,0

Tabel 2.1 : koefisien kekasaran pipa dalam mm

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.6. Grafik Factor Gesekan Pada Pipa 2.6.6.4 Metode Penyambungan Penstock

Spesifi kasi dan ukuran detil pipa disediakan oleh desainer di dalam gambar desain dan spesifikasi. Beberapa jenis bahan pipa pesat dapat dilihat sebagai berikut: a. Pipa PVC Pipa PVC dapat disambung dengan soket yang di lem atau dengan sealing karet. Pipanya harus terlindung dari sinar matahari; yang paling baik adalah dengan cara ditimbun di dalam tanah (lihat bagian ‘penimbunan’ untuk detilnya). Apabila tidak ditimbun, pipa mesti dibungkus dengan material yang bisa melindungi dari sinar matahari (misalnya dengan dengan plastik dan di ikat dengan kawat). b. Pipa Baja Pipa besi bisa berupa pipa yang dibuat dari lembaran baja atau pipa bikinan pabrik dengan ukuran sedemikian rupa sehingga mudah untuk diangkut dengan alat transportasi, mudah dipasang dan mudah disambung. Pipa yang terbuat dari gulungan lembaran baja biasanya sudah digulung dibengkel, yang kemudian dilas di lokasi PLTM. Penyambungan ruas ruas pipa besi dapat dilakukan dengan cara dilas di lokasi atau dengan flange yang di sambung dengan baut.

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



Sambungan Pada Pipa. Sambungan muai (Expansion joint) harus di pasang pada pipa pesat yang terbuat dari besi jika jarak antara dua angkur blok lebih dari 2 meter. Sambungan muai menjaga pergerakan memanjang pipa yang di sebabkan oleh: perbedaan suhu, terutama pada saat pipa berisi air dan pada saat pipa kosong dan terkena sinar matahari.

perubahan gaya

hidrostatik di dalam pipa yang cenderung merenggangkan/memisahkan pipa atau sambungannya.

Universitas Sumatera Utara

Sambungan muai biasanya dibuat dari baja ringan. Sambungan muai yang paling umum digunakan adalah sambungan muai sarung (sleeve expansion joint) yang dilengkapi dengan pack ing ring asbes dan pack ing gland untuk menghentikan kebocoran air. Untuk PLTM tertentu sambungan muai belos/apar (bellow-expansion-joint) dapat digunakan seperti yang terlihat pada gambar berikut.

(a)

(b)

Gambar 2.7. Sambungan Pipa Pesat



Perlindungan Terhadap Karat. Pelindung karat untuk pipa pesat besi juga sangat diperlukan untuk menjaga ketahanan pipa pada korosi. Perlindungan karat pipa besi yang di atas tanah harus di lapisi dengan satu lapisan primer (meni besi) dan kemudian dua lapisan akhir tar epoxy atau cat besi. Untuk pipa pesat besi yang di timbun dalam tanah, lapisan akhir harus terdiri dari tiga lapisan cat besi.



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

Universitas Sumatera Utara

(a)

(b) Gambar 2.8. Balok Angkur



Penyangga Pipa Pesat. Pipa pesat yang di pasang di atas tanah harus dilengkapi dengan penyangga sepanjang pipa pesat seperti yang dijelaskan dalam gambar disain di bawah ini. Penyangga ini terbuat pasangan batu kali. Sebagian PLTM menggunakan profil baja pada kondisi yang curam atau relatif vertikal. Struktur penyangga pipa pesat dibuat agar pipa pesat tersebut tidak sulit untuk bergerak memanjang karena pemuaian/kontraksi tetapi dengan gesekan yang minimum. Untuk itu permukaan pipa pesat yang bergesekan dengan penyangganya harus dilapisi dengan aspal bitumen atau material lainnya (plastik, baja berpelumas) . Saluran kecil sebaiknya dibuat untuk menguras air (hujan atau bocor) dari permukaan kontak pipa dan penyangga.

Universitas Sumatera Utara

(a)

(a)

(b)

Gambar 2.9. Penyangga Pipa Pesat

Universitas Sumatera Utara

2.6.7. Rumah Pembangkit (Power House) Untuk mendesain rumah pembangkit, perlu dipertimbangkan : a. Lantai rumah pembangkit dimana peralatan PLTM ditempatkan, perlu memperhatikan kenyamanan selama operasi, mengelola, melakukan perawatan dimana terjadi pekerjaan pembongkaran dan pemasangan peralatan. b. Memiliki cukup cahaya masuk untuk penerangan di siang hari dan adanya ventilasi udara. c. Kenyamanan jika operator berada didalamnya seperti untuk melakukan pengendalian ataupun pencatatan secara manual pada jenis dan tipe turbin yang digunakan, dan sirkulasi air yang dikeluarkan setelah menggerakkan turbin.

2.7. Mekanikal Elektrikal Studi mekanikal elektrikal perlu dilakukan untuk mengetahui dan memilih jenis turbin dan komponen elektrik yang sesuai sehingga : 1) Dapat dioperasikan dengan baik sesuai umur teknis. 2) Mudah dioperasikan oleh operator lokal yang terlatih. Jenis study yang dilakukan adalah :

1. Mengumpulkan dan menganalisa data spesifikasi komponen mekanikal elektrikal yang sesuai kebutuhan rencana pembangunan PLTM. 2. Memilih atau menetapkan jenis, ukuran dan turbin. 3. Memilih atau menetapkan jenis, dan ukuran alat transmisi mekanik. 4. Memilih atau menetapkan jenis dan kapasitas generator. 5. Memilih atau menetapkan jenis kontrol dan proteksi. 6. Menetapkan jalur jaringan distribusi dan fasilitas pendukung. 7. Mengumpulkan dan menganalisa data spesifikasi peralatan jaringan

transmisi yang memenuhi standart kelayakan elektronika.

2.7.1 Turbin (turbine) Turbin dan generator berfungsi untuk mengubah energi air (potensial,

Universitas Sumatera Utara

tekanan dan kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Air mengalir melalui turbin, memberi tenaga pada penggerak (runner) dari turbin dan membuatnya berputar. Corong dari penggerak berhubungan langsung dengan generator, asalkan tenaga mekanik yang penting tersalur pada generator. Jadi, turbin-turbin menempati posisi kunci dalam bidang teknik hidro elektrik dan membentuk suatu bagian besar dan seluruh jumlah biaya proyek. Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut: Tabel 2.2. Range kecepatan spesifik berbagai jenis turbin Jenis Turbin

Range Kecepatan Spesifik (rpm)

Turbin pelton

12≤Ns≤25

Turbin Francis

60≤Ns≤300

Turbin Crossflow

40≤Ns≤200

Turbin Propeller

250≤Ns≤ 1000

Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah. Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin, yaitu:

Tabel 2.3. Rumusan kecepatan spesifik berbagai jenis turbin Jenis Turbin

Kecepatan spesifik (rpm)

Referensi

Turbin pelton (1 jet)

Ns = 85.49/H0,243

(Siervo & Lugaresi, 1978)

Turbin Francis

Ns = 3763/H0,854

(Schweiger & Gregory, 1989)

Turbin Kaplan

Ns = 2283/H0,486

(Schweiger & Gregory, 1989)

Turbin Crossfiow

Ns = 513.25/H0,505

(Kpordze & Wamick, 1983)

Turbin Propeller

Ns = 2702/H0,5

(USBR, 1976)

Universitas Sumatera Utara

Dengan mengetahui besaran kecepatan spesifik maka dimensi dasar turbin dapat diestimasi (diperkirakan). Pemilihan jenis turbin didasarkan pada ketersediaan teknologi secara lokal dan biaya pembuatan/pabrikasi yang lebih murah dibandingkan tipe lainnya. Jenisjenis turbin yang dipergunakan di bidang teknik hidroslistrik pada saat ini, adalah

a. Turbin Francis b. Turbin Pelton c. Turbin baling-baling dan Kaplan d. Turbin Turgo e. Turbin Crossflow atau Bank.

Tabel 2.4. Daerah Operasi Turbin Jenis Turbin

Variasi Head ( m )

Kaplan dan Propeller

2 < H < 20

Francis

10 < H < 350

Pelton

50 < H < 1000

Crossflow

6
Turgo

50 H < 250

2.7.1.1. Turbin Francis Turbin-turbin Francis adalah jenis turbin yang paling banyak dipakai pada PLTA saat ini. Turbin Francis bekerja dengan aliran air yang bertekanan. Jadi untuk turbin Francis itu selalu mengalir penuh pada penggerak yang sama dengan selubung penuh air. Penggerak turbin terdiri dari sebuah pisau melengkung yang dilas pada dua shroud. Deretan pisau bervariasi dari 12 sampai 22 tergantung pada kecepatan spesifik (nomor rendah untuk kecepatan-kecepatan spesifik di atas 300 rpm). Cara kerja turbin Francis adalah Air dari pipa pesat masuk ke dalam selubung spiral di bawah tekanan dan mengalir melalui pintu-pintu kecil masuk ke dalam penggerak (runner). Setelah mengalir meninggalkan penggerak, air melalui sebuah tube sementara dan saluran buang. Tujuan dari tube sementara adalah untuk mengetahui kecepatan dari

Universitas Sumatera Utara

tinggi aliran air yang keluar dari penggerak, juga untuk mengusahakan penggerak mempunyai tingkat aliran hilir tanpa mengurangi tinggi air yang bersangkutan.

2.7.1.2. Turbin Pelton Turbin ini terdiri dari sebuah piringan-piringan lingkaran pada pinggirpinggirnya (periphery). Pada instalasi pembangkit listrik tenaga air ukuran besar, Turbin Pelton normalnya diperhitungkan memiliki head gross setinggi 150 meter. Namun, untuk instalasi mikro hidro Turbin Pelton dapat digunakan pada head yang lebih rendah. Diameter turbin Pelton berukuran kecil yang berputar dengan kecepatan tinggi dapat menghasilkan 1 kW listrik pada head tidak lebih dan 20 meter. Prinsip kerja dan turbin Pelton adalah mengubah energi kinetik air yang masuk ke jet menjadi gaya rotasi angular dan menghantarkannya ke generator sehingga menghasilkan energi listrik. Turbin Pleton termasuk turbin yang memilki efisiensi yang sangat baik, air yang terbuang setelah memberikan tekanan pada runner hanya menyisakan energi kinetik yang sangat sedikit. 2.7.1.3. Turbin Kaplan dan Baling-Baling Pengaturan umum untuk baling-baling dan turbin Kaplan adalah kurang lebih sama dengan turbin Francis. Jadi, selubung scroll, cincin stay dan tube sementara dalam keadaan similar seperti dalam selubung-selubung turbin Francis dan menjalankan fungsi yang sama. Perbedaan yang besar yaitu dimana turbinturbin Francis dicampurkan dengan turbin-turbin aliran. Baling-baling dan Kaplan merupakan turbin aliran aksial. Penggerak turbin ini menyurupai sebuah baling-baling yang terdiri dari pusat pada pinggirnya, dimana baling-baling berbentuk lengkung ditegakkan. Baling-baling bertindak seperti kantiliver-kantiliver didukung hanya pada pusat. Jumlah dayung untuk sebuah baling-baling turbin Kaplan bervariasi dari 3 hingga 8 tergantung pada jangkauan kecepatan spesifik. Baling-baling berbentuk sebuah badan berongga semikonal permukaan luar dimana menjadi batas dari pemasukan air. Di dalam poros terdapat corong turbin. 2.7.1.4. Turbin Turgo Turbin Turgo merupakan salah satu turbin penggerak yang mirip

Universitas Sumatera Utara

dengan turbin Pelton. Tetapi, pemancar air (jet) di disain untuk memberikan tekanan kepada penggerak (runner) yang memiliki sudut (biasanya 20°). Pada turbin ini, air masuk menuju runner melalui satu sisi dan keluar dari sisi yang berbeda. Sebagai akibatnya, aliran dari runner Turgo dapat masuk tanpa batas oleh cairan yang bercampur dengan jet yang baru masuk.Selanjutnya, turbin turgo dapat memilki diameter runner yang lebih kecil dari pada Pelton namun memilki daya yang sebanding. Turbin Turgo memilki beberapa kerugian. Pertama, turbin Turgo lebih sulit pembuatannya dibandingkan dengan turbin Pelton karena bentuk baling-baling lebih kompleks. Kedua, tampilan turbin Turgo merupakan muatan aksial yang kokohpada runner dimana hares menyediakan kecocokan poros pada ujung lobangnya.

2.7.1.5. Turbin Crossflow Turbin Crossflow sering juga disebut dengan turbin Banki, Mitchell atau turbin Ossberger. Turbin Crossflow terdiri dari sebuah tong berbentuk penggerak (runner)terbuat dari dua bush piringan yang terhubung dengan lingkaran terdekat oleh beberapa gerigi yang melengkung. Turbin Crossflow memiliki penggerak horizontal pada bawah kotaknya (tidak seperti Pelton atau Turgo yang dapat memiliki runner horizontal atau vertikal). Pada operasiannya, pipa berbentuk kotak secara langsung memancarkan air sepanjang runner. Air mendorong gerigi dan memberikan banyak energi kinetik. Pemilihan jenis turbin dapat ditentukan berdasarkan kelebihan dan kekurangan dari jenis-jenis turbin, khususnya untuk suatu desain yang sangat spesifik. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu: 1. Faktor tinggi jatuhan air efektif (Net Head) dan debit yang akan dimanfaatkan untuk operasi turbin merupakan faktor utama yang mempengaruhi pemilihan jenis turbin, sebagai contoh: turbin pelton efektif untuk operasi pada head tinggi, sementara turbin propeller sangat efektif beroperasi pada head rendah.

Universitas Sumatera Utara

2. Faktor daya (power) yang diinginkan berkaitan dengan head dan debit yang tersedia. 3. Kecepatan (putaran) turbin yang akan ditransmisikan ke generator. 2.7.2. Generator Generator adalah suatu peralatan yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Jenis generator yang digunakan pada perencanaan PLTM ini adalah:

1. Generator sinkron, sistem eksitasi tanpa sikat (brushl&ss exitatiori) dengan penggunaan dua tumpuan bantalan (two bearing). 2. Induction

Motor sebagai

Generator

(I MAG)

sumbu

vertikal,

pada perencanaan turbin propeller open flume. Spesifikasi generator adalah putaran 1500 rpm, 50 Hz, 3 phasa dengan keluaran tegangan 220 V/380 V. Efisiensi generator secara umum adalah:

1. Aplikasi < 10

KVA efisiensi 0,7 - 0,8

2. Aplikasi 10 - 20 KVA efisiensi 0,8-0,85 3. Aplikasi 20 – 50 KVA efisiensi 0,85 4. Aplikasi 50-100 KVA efisiensi 0,85-0,9 5. Aplikasi > 100

KVA efisiensi 0,9 - 0,95

Sistem kontrol yang digunakan pada perencanaan PLTM menggunakan pengaturan beban sehingga jumlah output daya generator selalu sama dengan beban. Apabila terjadi penurunan beban di konsumen, maka beban tersebut akan dialihkan ke sistem pemanas udara (air heater) yang dikenal sebagai ballast load/dumy load. Sistem pengaturan beban yang digunakan pada perencanaan ini adalah

1. Electronic Load Controller (ELC) untuk penggunaan generator sinkron 2. Induction Generator Controller (IGC) untuk penggunaan IMA Sistem kontrol tersebut telah dapat dipabrikasi secara lokal, dan terbukti handal pada penggunaan di banyak PLTM. Sistem kontrol ini terintegrasi pada panel kontrol (switch gear). Fasillitas operasi panel kontrol mikromum terdiri dari:

4. Kontrol start/stop, baik otomatis, semi otomatis, maupun manual 5. Stop/berhenti secara otomatis

Universitas Sumatera Utara

6. Trip stop (berhenti pada keadaan gangguan: over-under voltage, overunder frequensi. 7. Emergency shut down, biia terjadi gangguan listrik (misal arus lebih)

2.8. Biaya Ekonomi / Analisa Finansial Sebelum suatu proyek dilaksanakan perlu dilakukan analisa dari investasi tersebut sehingga akan diketahui kelayakan suatu proyek dilihat dari sisi ekonomi investasi. Ada beberapa metode penilaian proyek investasi, yaitu : 2.8.1. Net Present Value (NPV) NPV adalah nilai sekarang dari keseluruhan Discounted Cash Flow atau gambaran ongkos total atau pendapatan total proyek diihat dari nilai sekarang (nilai pada awal proyek). Secara matematik rumus NPV dapat ditulis sebagai berikut:

∑𝑛𝑛𝑡𝑡=0

Dimana:

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑡𝑡

(1+𝑘𝑘)𝑡𝑡

− 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

k

= Discount rate yang digunakan

COF

= Cash out flow/Investasi

CIFt

= Cash in flow pada periode t

N

= Periode terakhir cash flow diharapkan

(2.29)

2.8.2. Return Of Investment (ROI)

ROI adalah laba atas investasi. ROI adalah rasio uang yang diperoleh atau hilang pada suatu investasi, relatif terhadap jumlah uang yang diinvestasikan. ROI dapat dirumuskan dengan persamaan:

∑𝑛𝑛𝑡𝑡 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝑡𝑡−𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

Benefit t = CIFt - COFt

(2.30) (2.31)

Dimana: ∑𝑛𝑛𝑡𝑡 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 𝑡𝑡

Investment Cost

= Bennefit Jumlah Keuntungan sampai tahunke t = Biaya Investasi

Universitas Sumatera Utara

CIFt

= pemasukantahunke t

COFt

= pengeluarantahunke t

2.8.3. Benefit-Cost Ratio (BCR) Benefit-Cost Ratio adalah rasio perbandingan antara pemasukan total sepanjang waktu operasi pembangkit dengan biaya investasi awal. Dirumuskan dalam persamaan: BCRt =

∑n1 CIFt

(2.32)

Investment Cost

2.8.4. Payback Period (PP) Payback Period adalah lama waktu yang diperlukan untuk mengembalikan dana investasi. Dirumuskan dalam persamaan:

PP = Dimana:

Investment Cost

(2.33)

Anual CIF

Investment Cost

= Biaya Investasi

Annual CIF

= Pemasukan per tahun

Investasi yang ideal adalah investasi dengan payback priode terpendek..

Perkiraan biaya ekonomi / analisa finansial dilakukan untuk mengetahui kelayakan dari suatu proyek dibidang ekonominya, dengan menghitung biaya investasi yang diperlukan serta Financial Internal Of Retrun ( FIRR ). Perkiran biaya proyek ini pada umumnya meliputi : • • •

Biaya pekerjaan Bangunan Sipil. Biaya peralatan Elektro-Mekanik. Biaya jaringan Transmisi dan Distribusi.

Perkiraan biaya proyek didasarkan pada jumlah volume pekerjaan, harga bahan dan upah pekerja, harga peralatan elektro-mekanikal, serta biaya perawatan PLTM. Secara ringkas komponen- komponen biaya tersebut dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1. Biaya langsung ( Direct Cost )

Universitas Sumatera Utara



Pekerjaan persiapan



Pekerjaan bangunan sipil ( Civil Working )



Pekerjaan elektro-mekanikal



Biaya jaringan

2. Biaya tidak langsung ( Indirect Cost ) • Pembebasan tanah •

Biaya supervisi engineering, overhead, kendaraan, dll



Biaya ketidakpastian fisik ( Physical Contingency ) a) Sipil b) Elektrikal dan Mekanikal



Biaya perijinan, Biaya study kelayakan, UKL dan UPL, dan Biaya detail desain.



Biaya pelayanan teknik ( Engineering Service ) dan administrasi.



Pajak-pajak



Biaya takterduga

Universitas Sumatera Utara