PEMANFAATAN KEHILANGAN ENERGI PADA...

JURUSAN TEKNIK SIPILFakultas Teknik Sipil dan PerencanaanInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya 2011

PEMANFAATAN KEHILANGAN ENERGI PADA BANGUNAN TERJUN SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO(studi kasus bangunan terjun (BT2 – BT4) pada saluran primer Padi Pomahan, D.I PadiPomahan, Desa Padi, Kecamatan Gondang, Kabupaten Mojokerto)

GALIH EKO PUTRA3107 100 104

Dosen PembimbingIr. Abdullah Hidayat SA, MT

LATAR BELAKANG

2

Potensi yang belum termanfaatkan

Kehilangan energi pada bangunan terjun

Saluran primer Padi Pomahan memiliki 3 bangunan terjun dengan beda ketinggian ± 6 meter dan debit yang terus mengalir sepanjang tahun

Debit yang terus mengalir dan beda ketinggian dapat dijadikan PLTMH

Berpotensi untuk dijadikan PLTMH

LOKASI STUDI

3

BT2

BT3

BT4

LOKASI D.I. PADI POMAHAN

4

RUMUSAN MASALAH

5

1. Berapa besar debit andalan yang dapat direncanakan?2. Berapa besar ketinggian (head) yang dapat dimanfaatkan?3. Berapa besar angkutan sedimen yang diperbolehkan?4. Bagaimana desain bangunan pembangkit yang sesuai

untuk PLTMH tersebut ?5. Berapa besar daya listrik yang dapat dihasilkan dari PLTMH

tersebut ?6. Bagaimana analisa ekonomi dari pembangunan PLTMH

tersebut ?

6

TUJUAN

1.Dapat diketahui besar debit andalan yang dapat digunakan

2.Dapat diketahui besar ketinggian (head) yang dapat dimanfaatkan

3.Dapat diketahui besarnya angkutan sedimen yang diperbolehkan

4.Dapat menentukan desain yang sesuai di lokasi tersebut

5.Mengetahui besarnya daya listrik yang dihasilkan dari PLTMH tersebut

6.Dapat diketahui kelayakan dan manfaat yang didapat secara ekonomi

BATASAN MASALAH

7

1. Masalah kerusakan yang akan mempengaruhi debit tidak dibahas2. Tidak dilakukan perhitungan secara detail pada konstruksi sipil3. Tidak dilakukan perhitungan secara detail pada perangkat

pembangkit4. Perhitungan bangunan pembangkit hanya menghitung

satu bangunan saja5. Tidak merencanakan pendistribusian listrik

8

MANFAAT

1. Dengan pembangunan PLTMH, maka kehilangan energi pada bangunan terjun (BT 2 – BT 4) pada saluran irigasi primer Padi Pomahan dapat termanfaatkan

2. Diharapkan hasil dari laporan ini dapat dijadikan sebagaireferensi dalam mendesain PLTMH

9

METODOLOGI

NO

YES

Meliputi :

- Bangunan Intake

- Saluran Pengarah (Head Race)

- Bak Pengendap (Settling Basin)

- Bak Penenang (Forebay)

- Pipa Pesat (Penstok)

- Turbin dan Generator

ANALISA DEBIT

10

UPT PUGERAN

KABUPATEN MOJOKERTO

DATA DEBIT OPERASIONAL 10 HARIAN

SALURAN IRIGASI PRIMER PADI POMAHAN ( liter / detik )

ANALISA DEBIT

11

Data – data debit 10 harian selama 10 tahun diolah dengan perumusan Californiadan didapatkan hasil sebagai berikut :

Tabel 4.1. Rekapitulasi data debit dalam 10 tahun

Interval

(m3/dt)

Nilai Tengah Frekuensi Frekuensi

Komulatif

Probabilitas

(%)

4,332 - 3,882 4,102 6 6 1,667

3,881 - 3,441 3,661 11 17 4,722

3,440 - 3,000 3,220 22 39 10,833

2,999 - 2,559 2,779 39 78 21,667

2,558 - 2,118 2,338 39 117 32,500

2,117 - 1,677 1,897 43 160 44,444

1,676 - 1,236 1,456 52 212 58,889

1,235 - 0,795 1,015 82 294 81,667

0,794 - 0,354 0,574 66 360 100,000

ANALISA DEBIT

12

Selanjutnya dari tabel tersebut dibuat grafik Duration Curveuntuk mencari debit andalan yang dapat dihasilkan

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Deb

it (m

3 /dt)

Probabilitas (%)

Duration Curve

1,05

Dari grafik Duration Curve di atas debit andalan diambil 80%sehingga debit yang didapat sebesar 1,05 m3 / dt

ANALISA BEDA KETINGGIAN

13

Tinggi jatuh efektif didapat denganmemperhitungkan kehilangan energi.Dalam perencanaan awal akan diambil kehilanganenergi sebesar 10% dari tinggi bruto.

H bruto = elevasi upstream BT2 –elevasi downstream BT4

= (+297,52) – (+291,21)= 6,31 m

H losses = 10% x H bruto= 10% x 6,31= 0,631 m

H eff = H bruto – H losses= 6,31 – 0,631= 5,679 m

BT 2

BT 4

DAYA YANG DIHASILKAN

14

Dari data debit andalan dan tinggi jatuh efektif,akan didapat daya yang dihasilkan

P = 9,81 x Q andalan x H eff= 9,81 x 1,05 x 5,679

P = 58,497 kW

PERENCANAAN BANGUNAN PEMBANGKIT

15

Dari data existing, dapat dihitung tinggi muka airsaat debit rencana yaitu sebesar debit andalandengan membuat Rating Curve hubungan antarah dan Q

Perhitungan muka air

Existing :

Lebar dasar saluran (B) = 6 meterKemiringan dasar saluran (S) = 0,000367Koefisien manning = 0,02

Dengan saluran berpenampang persegi empat,maka digunakan rumus :A = b x h v = (1/n) x (R^2/3) x (S^1/2)P = b + 2h Q = v x AR = A / P


16


0 0 6 0 0,00 0,000

0,1 0,6 6,2 0,097 0,21 0,126

0,2 1,2 6,4 0,188 0,33 0,393

0,3 1,8 6,6 0,273 0,42 0,757

0,4 2,4 6,8 0,353 0,50 1,199

0,5 3 7 0,429 0,57 1,705

Q

(m3/dt)

h

(m)

A

(m2)

P

(m)

R

(m)

v

(m/dt)

Tabel 4.2 hubungan h dan Q


17


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20

h (m

)

Q ( m3/dt )

Rating Curve

1,05

0,37

Dari Rating Curve didapatkan tinggi muka airsaat debit andalan yaitu 0,37 meter


18

Bangunan pengatur tinggi muka air

Digunakan skot balok untuk mengatur tinggi muka air.Skot balok dipasang melintang pada saluran existing

dan berada di depan pintu intake setinggi 0,37 meter.

Ukuran skot balok disesuaikan dengan yang adadi pasaran, maka digunakan balok dari kayu jati denganukuran 10cm x 20cm.

Penampang melintang skot balok


19

Perencanaan saluran pengarah

Mengarahkan air dari saluran existing menuju bak pengendap.Saluran pengarah direncanakan saluran terbuka berbentukpersegi empat yang mengalirakan debit sebesar debit andalanyaitu 1,05 m3 / dt

Tabel 4.3 Data teknis saluran pengarah

Penampang saluran pengarah


20

Perencanaan pintu pengambilan (intake)

Pintu pengambilan berada di hulu saluran pengarah, berfungsiuntuk memasukkan debit rencana dari saluran existing.

Pintu intake direncanakan dibuka setinggi muka air pada saatdebit andalan yaitu setinggi 0,37 meter.

Karena pintu selalu dibuka setinggi 0,37 meter , maka debit airmaksimum yang masuk pada saluran pengarah sebesar debitandalan yaitu 1,05 m3 / dt sehingga debit yang melebihiQ andalan akan kembali ke saluran existing dan melimpahdi atas skot balok.


21

Perencanaan bangunan ukur

Bangunan ukur diperlukan untuk mengukurbanyaknya debit air yang akan digunakansebagai PLTMH

Bangunan ukur yang digunakan yaitubangunan ukur tipe drempel

Tabel 4.4 Data teknis bangunan ukur drempel

Bangunan ukur direncanakan dapatmengukur sampai debit minimum


22

Perencanaan bak pengendap

Berfungsi untuk mengendapkan sedimen yang terkandung dalam saluran.Digunakan perumusan Welikanov untuk mencari dimensi bak pengendap.

Parameter Notasi Nilai Satuan

Debit rencana Q 1,050 m3/dt

Kecepatan dalam bak vn 0,18 m/dt

Kecepatan kritis vcr 0,197 m/dt

Lebar bak pengendap B 4 m

Panjang bak pengendap L 11 m

Tinggi air dalam bak h 1,46 m

Volume bak pengendap V 64 m3

Kemiringan dasar in 0,0000092 -

koefisien manning n 0,015 -

Konstruksi Saluran persegi dengan pasangan beton

Data teknis bak pengendap

Penampang bak pengendap


23

Perencanaan kantong pasir

Berfungsi untuk menampung sedimen yang mengendap dan yang akanDigelontorkan.

Data teknis kantong pasir

Parameter Notasi Nilai Satuan

Lebar kantong pasir bs 3 m

Panjang kantong pasir L 11 m

Tinggi kantong pasir hs 0,175 m

Luas permukaan As 0,525 m2

Kemiringan dasar is 0,0027 -

koefisien manning n 0,015 -

Konstruksi Saluran persegi dengan pasangan beton

Penampang kantong pasir


24

Perencanaan kantong pasir

Hasil analisa suspended Load

Volume kantong pasir = 33,49 m3

Waktu pengurasan = Vol kantong pasir / Vol sedimen= 33, 49 / 5,88= 5,7 hari = 6 hari

Dari grafik Camp diperoleh efisiensi 0,97


25

Perencanaan pipa pesat

Diameter = 30 inchi = 0,762 mV = 2,302 m/dtTebal = 8 mmBaja Fe 360Tegangan leleh = 240 Mpa = 24x106 kg/m2

Tegangan dasar= 160 Mpa = 16x106 kg/m2

Tegangan yang terjadi :- Perletakan = 2x106 kg/m2

- Perubahan temperatur = 6,3x106 kg/m2

- Pergeseran pipa dan perletakan = 1,7x105 kg/m2

- Berat pipa kosong = 414,612 kg/m2

- Berat pipa kosong = 414,612 kg/m2

- Expantion joint = 40.564,3 kg/m2

- Gaya tekan pada pipa sambungan = 11.358 kg/m2

OK

dikontrol


26

Perencanaan turbin

Dengan :debit andalan = 1050 liter/detikH = 5,679 meter

Digunakan turbin Cross Flow T-15 500yang dapat digunakan dengan tinggi jatuh 5 – 100 meterdan debit 300 – 2000 liter/detik


27

Perencanaan posisi pengambilan

Dari perhitungan didapat :h MOL = 1,84 meter

Elevasi muka air di bak penenang :z1 (akibat pintu intake) = 0,16 meterz 2 (akibat kemiringan saluran sebelum drempel) = 0,00245 meterz 3 (akibat drempel) = 0,152 meterz 4 (akibat kemiringan saluran sesudah drempel) = 0,0013 meterz 5 (akibat kemiringan bak pengendap) = 0,0001 meterz 6 (akibat saringan kasar) = 0,0036 meter

MA penenang = MA intake – z1- z2- z3 - z4 - z5 - z6= +298,00 - 0,16 - 0,00245 - 0,152 - 0,0013 - 0,0001 - 0,0036= +297,68


28

Perencanaan kehilangan energi

MakaH bruto = elevasi upstream – elevasi downstream

= (+297,68) – (+291,21)= 6,47 meter

H losses = 10% x H bruto= 0,1 x 6,47= 0,647 meter

H eff = H bruto – H losses= 6,47 – 0,647= 5,823 meter


29

Perencanaan kehilangan energi pada pipa

Kehilangan energi pada pipa :Akibat bentuk entrance = 0,007 mAkibat gesekan sepanjang pipa = 0,532 mAkibat belokan pipa = 0,032 m

Total kehilangan energi = 0,571 m

Nilai ini lebih kecil dari asumsi kehilangan energi sebesar 10%dari tinggi bruto sebesar 0,647 m.Sehingga perencanaan ini dapat digunakan.


30

Perhitungan energi listrik

Energi listrik total yang didapat dalam satu tahun dibagi dalam tiga perhitungan.Pertama 80% berdasarkan pada Q80 dari satu tahun, sedangkan 10% direncanakandiantara Q80 dan Q90, 10% sisanya diantara Q90 dan Q100

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Deb

it (m

3 /dt)

Probabilitas (%)

Duration Curve

Q80 = 1,05 m3/dt Q90 = 0,56 m3/dt Q100 = 0,51 m3/dt


31


Efisiensi yang digunakan :efisiensi turbin = 0,786efisiensi generator = 0,95efisiensi transformator = 0,95

Efiiensi total (ηtot) = 0,789 x 0,95 x 0,95 = 0,7094

Dengan H eff = 6,47 – 0,571 = 5,899 m

Daya yang dihasilkan :D80 = 9,81 x ηtot x Q80 x H eff

= 9,81 x 0,7094 x 1,05 x 5,899= 43, 105 kW

D90 = 9,81 x ηtot x Q90 x H eff= 9,81 x 0,7094 x 0,56 x 5,899= 22,989 kW

D100 = 9,81 x ηtot x Q100 x H eff= 9,81 x 0,7094 x 0,51 x 5,899= 20,937 kW


32


Energi yang diperoleh dalam satu tahun :E1 = D80 x 80% x 366 x 24

= 43,105 x 0,8 x 366 x 24= 302.907,456 kWh

E2 = (D80 + D90)/2x 10% x 366 x 24= (43,105 + 22,989)/2x 0,1 x 366 x 24= 29.028,485 kWh

E2 = (D90 + D100)/2x 10% x 366 x 24= (22,989 + 20,937)/2 x 0,1 x 366 x 24= 19.292,299 kWh

Jadi energi keseluruhan yang diperoleh :Etotal = E1 + E2 + E3

= 302.907,456 + 29.028,485 + 19.292,299= 351.228 kwH


33

Perhitungan ekonomi

Investasi awal dari pinjaman di bank dengansuku bunga 10% dan masa pengembalian selama 10 tahun.Sehingga Capital Recovery Factor (CRF) = 0,16275

Besarnya biaya pengemabalian tiap tahun= CRF x Rp.661.650.000,00= Rp.107.683.537,50


34

Perhitungan ekonomi

Berdasarkan Peraturan ESDM tahun 2010Tarif dasar listrik untuk RT dengan batas daya 1300 VAsebesar Rp.790,00/ kWh

Besar nominal yang didapat dari PLTMH= Rp.790,00 x 351.228,24= Rp. 227.470.309,60 /tahun


35

Perhitungan ekonomi

Pada tahun ke-11 tidak terjadi pengembalian hutang ke bank,sehingga pengeluaran hanya perawatan dan operasioanal saja.Biaya per kWh = biaya OP / energi yang dihasilkan

= Rp.48.000.000,00 / 351.228,24= Rp. 136,66 / kWh

Penghematan = Rp.790,00 – Rp.136,66 = Rp.653,34= (Rp.653,34 / Rp.790,00) x 100 % = 82,7%

Tahun ke 0 1 2 3 4

Investas i -661.650.000,00

Pengembal ian -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50

Pengeluaran OP -48.000.000,00 -48.000.000,00 -48.000.000,00 -48.000.000,00

Pendapatan 277.470.309,60 277.470.309,60 277.470.309,60 277.470.309,60

Total -661.650.000,00 121.786.772,10 121.786.772,10 121.786.772,10 121.786.772,10

NPV -661.650.000,00 -539.863.227,90 -418.076.455,80 -296.289.683,70 -174.502.911,60

5 6 7 8 9 10

-107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50 -107.683.537,50

-48.000.000,00 -48.000.000,00 -48.000.000,00 -48.000.000,00 -48.000.000,00 -48.000.000,00

277.470.309,60 277.470.309,60 277.470.309,60 277.470.309,60 277.470.309,60 277.470.309,60

121.786.772,10 121.786.772,10 121.786.772,10 121.786.772,10 121.786.772,10 121.786.772,10

-52.716.139,50 69.070.632,60 190.857.404,70 312.644.176,80 434.430.948,90 556.217.721,00

Neraca cash flow

DENAH EXISTING

36

DENAH RENCANA

37

TERIMA KASIH

PEMANFAATAN KEHILANGAN ENERGI PADA...

Documents

Transcript of PEMANFAATAN KEHILANGAN ENERGI PADA...