OPTIMASI POTENSI ENERGI AIR TERJUN … untuk menjalankan pompa. Berdasarkan analisis kelayakan...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

OPTIMASI POTENSI ENERGI

AIR TERJUN GEULIS CISURU SEBAGAI SUMBER

ENERGI LISTRIK

ENERGY POTENTIAL OPTIMIZATION

OF GEULIS CISURU WATERFALL AS ELECTRICAL ENERGY

RESOURCE

SKRIPSI

Diajukan sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

Pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

J U D U L

Disusun Oleh :

HERIYANTO

I0112068

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2016


commit to user

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

O

.T

NIP. 19510710 198103 1 003 NIP. 19581127 198803 1 001


commit to user

iii


commit to user

iv

MOTTO

“Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan.”

(Q.S.94:6)

“ Dan Dia mendapatimu sebagai seorang yang bingung, lalu Dia memberikan

petunjuk.” (Q.S 93:7)

“Tidak ada yang bisa menjamin bahwa dengan tidak menyerah kau akan berhasil.

Tetapi jika kau menyerah, tak ada lagi yang tersisa.”

(Aomine Daiki)

“We walk away from our dreams afraid we may fail, or worse yet, afraid we may

succeed.” (Finding Forrester)

“Tatkala engkau menjadi palu, beranilah memukul habis-habisan. Tiba giliran

menjadi landasan, tahanlah pukulan biar berlalu.”

(Buya HAMKA)

“Ikatlah ilmu dengan menuliskannya.”

(Ali bin Abi Thalib)


commit to user

v

PERSEMBAHAN

Skripsi ini dipersembahkan teruntuk:

Ibu, Bapak, Adik dan keluarga besar Kromokarso tercinta yang

senantiasa setia menjadi tempat untukku pulang.

Seluruh Guru kehidupan dan para sahabat terkasih yang senantiasa

mengilhami.

Almamaterku tercinta yang telah membukakan cakrawala.

Negeriku tercinta, Indonesia, tempat berlindung di hari tua.

“Cita-cita dan masa depan” yang ditakdirkan kelak menggenapkan

separuh agama.


commit to user

vi

ABSTRAK

Heriyanto, Mamok Suprapto, Adi Yusuf Muttaqien. 2016. Optimasi Potensi

Energi Air Terjun Geulis Cisuru sebagai Sumber Energi Listrik. Skripsi.

Program Studi Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret.

Surakarta.

Kebutuhan energi listrik di Indonesia terus tumbuh, sementara cadangan energi

fosil semakin menipis. Hal ini menyebabkan diperlukannya inovasi sumberdaya

alam terbarukan yang ramah lingkungan untuk menghadapi krisis energi listrik.

Air merupakan sumberdaya alam terbarukan untuk alternatif pembangkit energi

listrik yang memanfaatkan aliran air dan tinggi jatuh. Air Terjun Geulis Cisuru

yang terletak di Desa Cisuru, Kecamatan Cipari, Kabupaten Cilacap dipilih

menjadi lokasi penelitian, karena memiliki cukup tinggi jatuh dan tersedianya

debit sepanjang tahun.

Parameter dan variabel terpenting dalam penelitian ini adalah tinggi jatuh dan

debit andalan. Metode Mock dan Metode Weibull digunakan untuk menghitung

debit dan probabilitas keandalan yang dihasilkan. Untuk memaksimalkan potensi

energi yang dihasilkan pada lokasi penelitian, maka diperlukan skenario optimasi.

Skenario optimasi yang dilakukan adalah perencanaan tata letak komponen

PLTMH, penambahan tinggi jatuh, dan pengulangan jatuh air. Pengulangan jatuh

air memerlukan komponen tambahan yakni pompa untuk menaikkan air pada

ketinggian maksimalnya dan menjatuhkan kembali di turbin ke-2 dan seterusnya.

Kapasitas pompa menentukan besarnya potensi energi listrik yang dihasilkan pada

pengulangan jatuh air. Energi yang dihasilkan kemudian digunakan untuk

menghitung benefit dan dianalisis kelayakannya secara ekonomi teknik.

Hasil perhitungan menunjukkan bahwa skenario penambahan tinggi jatuh tanpa

pengulangan jatuh air menghasilkan potensi energi paling optimal. Skenario ini

menghasilkan daya 2.827,3 kW dan energi listrik 67.856 kWh/tahun. Sedangkan

skenario pengulangan jatuh air justru menurunkan daya dan energi menjadi

2.522,91 kW dan 53.470,53 kWh/tahun. Hal ini disebabkan kapasitas pompa

menghasilkan output daya yang lebih kecil daripada input daya untuk

menjalankan pompa. Berdasarkan analisis kelayakan teknis perencanaan tata letak

komponen, PLTMH ini layak untuk direalisasikan. Akan tetapi berdasarkan

analisis ekonomi teknik menghasilkan nilai NPV sebesar Rp -165.523.456,00

lebih kecil dari 0, BCR sebesar 0,74 lebih kecil dari 1, dan IRR sebesar 0,46%

lebih kecil dari bunga awal 6,5%. Ketiga analisis ekonomi teknik tersebut

menunjukkan bahwa realisasi PLTMH ini tidak layak.

KataKunci:Energi, Optimasi, Kapasitas Pompa, Pengulangan Jatuh Air, PLTMH


commit to user

vii

ABSTRACT

Heriyanto, Mamok Suprapto, Adi Yusuf Muttaqien. 2016. Energy Potential

Optimization of Geulis Cisuru Waterfall as Electrical Energy Resource.

Thesis. Department of Civil Engineering. Faculty of Engineering. Sebelas Maret

University. Surakarta.

The need of electrical energy in Indonesia grows up continuously, while the

reserve of fossil energy decreases. Thus, it is needed an innovation of renewable

resource that is environmentally harmless to overcome the crisis of electrical

energy. Water is a renewable natural resource that can be used as alternative in

generating electrical energy by utilized the waterflow and head. This research

was conducted at Geulis Cisuru Waterfall which is located in Cisuru Village,

Cipari District, Cilacap Regency. It is because, the waterfall has a prosperous

head and the water discharge exists throughout the year.

The most important parameters and variables in this research are head and

dependable flow. Mock methode and Weibull methode are used to calculate the

discharge and the probability of dependable flow resulted. In maximizing the

potential energy in the research’s location, it is needed a scenario of optimization.

The scenario of optimization set up are the planning of microhydro components

design, the increasing of head, and the falling water repetition. The repetition of

falling water needs an additional component, that is pump to send the water up to

the maximum elevation and to fall it to the second turbine and so on. The pump’s

capacity determines the electrical energy flowed in the falling water repetition.

The energy produced is used to count the benefit and then the feasibility is

analyzed by using economic engineering.

The results show that, scenario of the increase of falling water without falling

water repetition produces the most optimum potential energy. This scenario

produces power about 2.827,3 kW and about 67.856 kWh/year of electrical

energy. Whereas, the scenario using falling water repetition exactly decreases the

power and energy into 2.522,91 kW and 53.470,53 kWh/year. This case happens

because, the pump’s capacity produces output power which is lower than input

power to operate the pump. Based on the feasibility analysis of technical

planning, the microhydro components design is proper to be applied. But then,

based on the economic engineering analysis shows that, the result of NPV is about

Rp -165.523.456,00 fewer than 0, the BCR result is about 0,74 fewer than 1, and

the IRR precentage is about 0,46% fewer than 6,5% of first interest. Those three

economic engineering analysis’ show that the Microhydro Power Plant (MHPP)

is unreasonably applied.

Keywords: Energy, Optimization, Pump’s Capacity, Falling Water Repetition,

MHPP


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur selalu terpanjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas berkat

dan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul

“Optimasi Potensi Energi Air Terjun Geulis Cisuru sebagai Sumber Energi

Listrik”guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

di Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Penyusunan tugas akhir ini dapat berjalan lancar tidak lepas dari bimbingan,

dukungan, dan motivasi dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, pada

kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:

1. Segenap Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Segenap Pimpinan Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sebelas Maret Surakarta.

3. Dr.Ir. Mamok Suprapto, M.Eng selaku dosen pembimbing Iskripsi.

4. Ir. Adi Yusuf Muttaqien, M.T. selaku dosen pembimbing II skripsi.

5. Ir. Purwanto, M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

6. Dosen Penguji skripsi.

7. Segenap bapak dan ibu dosen pengajar di Program Studi Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

8. Dinas Bina Marga, SDA dan ESDM Kabupaten Cilacap yang telah

memberikan data sekunder sehingga terlaksananya penulisan ini.

9. Rekan-rekan satu tim dan rekan mahasiswa Teknik Sipil.

10. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis

dengan tulus ikhlas.

Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu

penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan

di masa mendatang dan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi

penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.

Surakarta, Agustus 2016

Penyusun


commit to user

ix

DAFTAR ISI JUDUL ........................................................................................................................... i

MOTTO ....................................................................................................................... iv

PERSEMBAHAN ......................................................................................................... v

ABSTRAK ................................................................................................................... vi

ABSTRACT .................................................................................................................. vii

KATA PENGANTAR ............................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ........................................................................................................ xi

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. xii

DAFTAR NOTASI .................................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xiv

BAB 1 ........................................................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ..........................................................................................1

1.2. Rumusan Masalah .....................................................................................3

1.3. Batasan Masalah ........................................................................................4

1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................................4

1.5. Manfaat Penelitian .....................................................................................5

BAB 2 ........................................................................................................................... 6

2.1. Tinjauan Pustaka .......................................................................................6

2.1.1. Energi Hidro .......................................................................................6

2.1.2. Skenario Peningkatan Potensi Energi Hidro ....................................12

2.1.3. Analisis Kelayakan Ekonomi ...........................................................16

2.1.4. Perbandingan dengan Penelitian Terdahulu .....................................17

2.2. Dasar Teori ..............................................................................................21

2.2.1. Energi Hidro .....................................................................................21

2.2.2. Optimasi Peningkatan Potensi Energi ..............................................37


BAB 3 ......................................................................................................................... 40

3.1. Lokasi Penelitian .....................................................................................40

3.2. Parameter dan Variabel ...........................................................................41

3.3. Data .........................................................................................................42

3.3.1. Data Primer ......................................................................................42


commit to user

x

3.3.2. Data Sekunder ..................................................................................42

3.4. Alat yang Digunakan ...............................................................................42

3.4.1. Alat Bantu Survey Lokasi ................................................................42

3.4.2. Alat Bantu Perhitungan danPenyusunan Skripsi .............................43

3.5. AnalisisData ............................................................................................43

3.5.1. Tinggi Jatuh (Head) .........................................................................43

3.5.2. Debit .................................................................................................43

3.5.3. Potensi Daya dan Energi Terbangkitkan ..........................................44


3.5.5. Diagram Alir Penelitian ...................................................................44

BAB 4 ......................................................................................................................... 47

4.1. Data .........................................................................................................47

4.1.1. Potensi Asli Energi Hidro ................................................................47

4.1.2. Skenario Peningkatan Potensi Energi Hidro ....................................51

4.1.3. Data Analisis Kelayakan Teknis dan Ekonomi................................53

4.2. Hasil dan Pembahasan .............................................................................55

4.2.1. Potensi Asli Energi Hidro ................................................................55

4.2.2. Peningkatan Potensi Energi Hidro dengan Alternatif ......................73

4.2.3. Analisis Kelayakan Teknis dan Ekonomi ........................................77

4.3. Rekapitulasi Hasil dan Pembahasan ........................................................86

4.3.1. Skenario 1 (tanpa Pegulangan Jatuh Air) .........................................86

4.3.2. Skenario 2(dengan Pengulangan Jatuh Air) .....................................86

4.3.3. Analisis Teknis dan Ekonomi ..........................................................87

BAB 5 ......................................................................................................................... 87

5.1. Kesimpulan ..............................................................................................87

5.2. Saran ........................................................................................................88

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. xv


commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Diameter Pipa Pesat Berdasarkan Debit .............................................. 15

Tabel 2.2. Rekapitulasi Penelitian Terdahulu ....................................................... 19

Tabel 2.3. Nilai Kritik Kepanggahan .................................................................... 29

Tabel 2.4. Nilai Berdasarkan Suhu Zat Cair ..................................................... 34

Tabel 2.5. Koefisien k sebagai Fungsi Sudut Belokan ......................................... 36

Tabel 2.6. Skenario Pengulangan Jatuh Air .......................................................... 38

Tabel 3.1. Parameter Penelitian .............................................................................41

Tabel 3.2. Variabel Penelitian ................................................................................41

Tabel 4.1. Data PengukuranBeda Tinggi ...............................................................48

Tabel 4.2. Pembacaan Current meter di Penampang Sungai .................................49

Tabel 4.3. Perhitungan Tinggi Bruto .....................................................................55

Tabel 4.4. Hasil Evapotranspirasi Penman Monteith dengan Software Cropwat 8.0

pada Bulan Januari-Desember .......................................................................57

Tabel 4.5. Hasil Perhitungan Curah Hujan Wilayah Stasiun Hujan Cipari Januari-

Juni .................................................................................................................58

Tabel 4.6. Hasil Perhitungan Curah Hujan Wilayah Stasiun Hujan Cipari Agustus-

Desember .......................................................................................................59

Tabel 4.7. Perhitungan Kepanggahan di Stasiun Cipari ........................................60

Tabel 4.8. Nilai Kritik Q berdasarkan Tabel 2.3 ....................................................60

Tabel 4.9. Debit Andalan 80% ...............................................................................65

Tabel 4.10. Rekapitulasi Daya tiap Hari ................................................................71

Tabel 4.11. Energi dan Penjualan Energi pada Pengulangan Jatuh Air ke-1.........73

Tabel 4.12. P1 Akhir Pengulangan Jatuh Air ke-2 ................................................75

Tabel 4.13. Energi dan Penjualan Energi pada Pengulangan Jatuh Air ke-2.........76

Tabel 4.14. Volume Pekerjaan Komponen PLTMH..............................................77

Tabel 4.15. Rencana Anggaran Biaya PLTMH Skenario 1 ...................................78

Tabel 4.16. Rekapitulasi Rencana Anggaran Biaya ...............................................79

Tabel 4.17. Perhitungan NPV 6,5% .......................................................................81


commit to user

xii

Tabel 4.18. Perhitungan Nilai NPV 0,46% ............................................................82

Tabel 4.19. Rekapitulasi RAB PLTMH Skenario ke 2 ..........................................83

Tabel 4.20. Perhitungan NPV 6,5% .......................................................................84

Tabel 4.21. Perhitungan Nilai NPV -4,49% ..........................................................85

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pengukuran Beda Tinggi dengan Metode Tachymetri......................21

Gambar 2.2. Skema Pengulangan Jatuh Air ..........................................................38

Gambar 3.1. Lokasi Penelitian ...............................................................................41

Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian ....................................................................46

Gambar 4.1. Lokasi Penelitian Tampak dari Atas .................................................47

Gambar 4.2. Titik-titik Pengukuran Beda Tinggi pada Terjunan dari Letak

Theodolit ........................................................................................................48

Gambar 4.3. Kondisi Luas Penampang Bendung pada Lokasi Penelitian .............49

Gambar 4.4. Rencana Penambahan Tinggi Bendung ............................................51

Gambar 4.5. Pompa Dewatering Water “Grundfos DW.50.8.A.3” .......................52

Gambar 4.6. Skema Komponen PLTMH Skenario 1 ............................................53

Gambar 4.7. Skema Komponen PLTMH Skenario 2 ............................................53

Gambar 4.8. Rencana Letak Power House ............................................................54

Gambar 4.9. Luas Daerah Aliran Sungai dari Software Global Mapper 17 ..........61

Gambar 4.10. Luas Penampang Total dengan (d) Maksimum untuk Kalibrasi .....67


commit to user

xiii

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang aliran m2

D Diameter pipa m

E Energi kWh

ea Tekanan uap air aktual kPa

es Tekanan uap air jenuh kPa

Et Evapotranspirasi mm/hari

f Koefisien gesek pipa

G soil heat flux MJ/m2/hari

g Percepatan gravitasi m/dt2

ηg Efisiensi generator

ηt Efisiensi turbin

Hbruto Tinggi jatuh bruto m

he Kehilangan energi pada belokan pipa m

Heff Tinggi jatuh efektif m

hf Kehilangan energi pada pipa m

I Koefisien infiltrasi

i Tingkat suku bunga %

k Faktor belokan pada pipa

k Koefisien resesi

L Panjang ruas pipa M

m Koefisien pelimpah bendung

n Jumlah data

ρ Massa jenis kg/m3

P Curah hujan harian mm/hari

Pi Daya Mm

Pinput pompa Daya masukan Pompa kW

Poutput pompa Daya keluaran Pompa kW

P1, P2, ....., Pn Curah yang tercatat di pos penakar hujan 1, 2, ..,n Mm

P1, P2 Tekanan pada titik 1,2

Q Debit sesaat m3/dt

Q80 Debit andalan m3/dt

Re Angka Reynolds

RH kelembaban relatif %

Rns Radiasi sinar matahari neto MJ/m2/hari

penyimpangan komulatif pada data

T Suhu udara rata-rata oC

u2 kecepatan angin pada z m di atas permukaan tanah m/dt

Viskositas Kinematik

v Kecepatan aliran m/dt

V Volume m3

Ӯ Data hujan rerata mm


commit to user

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 DATA ................................................................. L.A.1 – L.A.2

LAMPIRAN 2 ANALISIS DATA ............................................... L.B.1 – L.B.3

LAMPIRAN 3 SURAT KELENGKAPAN SKRIPSI .................. L.C

OPTIMASI POTENSI ENERGI AIR TERJUN … untuk menjalankan pompa. Berdasarkan analisis kelayakan...

Documents

Transcript of OPTIMASI POTENSI ENERGI AIR TERJUN … untuk menjalankan pompa. Berdasarkan analisis kelayakan...