studi perencanaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro di desa ...

STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKROHIDRO DI DESA GUNUNG RINTIH KECAMATAN STM

HILIR KABUPATEN DELI SERDANG

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

DAVID P. ARITONANG

NIM : 090402098

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2016

Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR


MIKROHIDRO DI DESA GUNUNG RINTIH KECAMATAN STM

HILIR KABUPATEN DELI SERDANG

Oleh:

DAVID P. ARITONANG

NIM: 090402098

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS

TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 16 bulan Maret tahun 2016 di depan penguji:

1. Ketua Penguji : Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si

2. Anggota Penguji : Ir. Eddy Warman, M.T

Disetujui oleh:

Pembimbing Tugas Akhir

Ir. Syamsul Amien, M.S NIP. 195306221981031002

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si

NIP. 195405311986011002


ABSTRAK

Dalam studi perencanaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro di Desa

Gunung Rintih Kecamatan STM Hilir Kabupaten Deli Serdang, dihitung potensi

potensi tenaga air yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik.

Potensi energi air tersebut akan digunakan untuk perencanaan pembangkit listrik

tenaga mikrohidro. Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata

mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Mikrohidro atau yang

dimaksud dengan pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) adalah suatu

pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga

pengeraknya seperti saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara

memanfaatkan tinggi terjunan (head) dan jumlah debit air.

Untuk mengembangkan potensi mikrohidro tersebut, maka dilakukan studi

di Desa Gunung Rintih Kecamatan STM Hilir Kabupaten Deli Serdang. Di desa

ini terdapat suatu sungai yaitu Sungai Besamat yang memiliki potensi yang dapat

dikembangkan untuk merencanakan pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Dari

penelitian ini, didapatkan potensi daya listrik yang dapat dibangkitkan adalah

sebesar 7,3 kW dan debit air yang diperoleh ialah 0,243 m3/s dengan tinggi

efektifnya (Hef) 5,74 m. Komponen elektrikal dan mekanikal yang digunakan

yaitu jenis turbinnya adalah turbin crossflow, diameter pipa pesat yang digunakan

ialah 0,346 m dengan menggunakan material berupa plat baja (welded rolled

steel), generator yang digunakan adalah generator sinkron tiga fasa 4 kutub, dan

transmisi mekanik yang digunakan yaitu transmisi sabuk V-Belt. Untuk sistem

kontrol yang digunakan ialah jenis Electronic Load Controller.

Kata kunci : Pembangkit listrik tenaga mikrohidro, energi air, head, debit


KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa dimana atas

berkat, karunia, dan rahmat-Nyalah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini,

dengan judul:


MIKROHIDRO DI DESA GUNUNG RINTIH KECAMATAN STM HILIR

KABUPATEN DELI SERDANG.

Tugas Akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh

gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara.

Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam

menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain kepada:

1. Orangtua penulis J. Aritonang (Alm) dan H. Tampubolon beserta abang-abang

dan adik penulis yang telah memberi dukungan dan doa yang tiada hentinya

bagi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik

Elektro FT-USU.

3. Bapak Rahmat Fauzi, S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro

FT-USU.

4. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S selaku dosen pembimbing penulis yang telah

membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen penguji penulis yang telah


6. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T selaku dosen penguji penulis yang telah


7. Ibu Naemah Mubarakah, S.T, M.T selaku dosen wali penulis yang telah

membantu dan membimbing penulis dalam menjalani masa perkuliahan.


8. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah membekali penulis dengan ilmu

pengetahuan selama menjalani perkuliahan.

9. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara.

10. Sahabat sekaligus teman-teman penulis stambuk 2009 yang tak dapat

disebutkan satu per satu terutama komunitas sendok.

11. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini yang

tidak dapat disebutkan penulis satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna,

baik itu dari segi isi maupun susunan tata bahasanya. Untuk itu penulis dengan

tangan terbuka menerima saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan

menyempurnakan dan mengembangkan Tugas Akhir ini.

Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini bisa bermanfaat dan

menambah wawasan bagi para pembacanya.

Medan, Februari 2016

Penulis,

David P. Aritonang


DAFTAR ISI

ABSTRAK ...........................................................................................................i

KATA PENGANTAR .........................................................................................ii

DAFTAR ISI .......................................................................................................iv

DAFTAR GAMBAR ...........................................................................................viii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ix

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................2

1.3 Batasan Masalah.......................................................................................3

1.4 Tujuan Penelitian ......................................................................................3

1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................................3

1.6 Metode Penulisan......................................................................................4

1.7 Sistematika Penulisan ...............................................................................4

BAB II DASAR TEORI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKROHIDRO

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Air ................................................................6

2.2 Klasifikasi Pembangkit Listrik Tenaga Hidro .........................................6

2.3 Energi Tenaga Air ....................................................................................7

2.3.1 Debit .............................................................................................7

2.3.2 Curah Hujan dan Aliran Sungai....................................................9

2.3.2.1 Curah Hujan dan Pengukuran Curah Hujan .....................9

2.3.2.2 Aliran Sungai ....................................................................9

2.3.2.3 Hubungan antara Curah Hujan dan Aliran Sungai ...........10


2.3.3 Tinggi Jatuh Efektif (Head) .........................................................10

2.3.4 Hubungan Debit dan Head ..........................................................11

2.4 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ...................................................11

2.4.1 Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro .....................11

2.4.2 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro .................13

2.4.3 Komponen-Komponen Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro .13

2.4.3.1 Bendungan (Weir) .......................................................14

2.4.3.2 Saluran Penyadap (Intake) ..........................................15

2.4.3.3 Saluran Pembawa (Headrace) .....................................15

2.4.3.4 Saluran Pelimpah (Spillway) .......................................15

2.4.3.5 Kolam Penenang (Forebay) ........................................15

2.4.3.6 Pipa Pesat (Penstock) ..................................................16

2.4.3.7 Rumah Pembangkit (Power House) ............................16

2.4.3.8 Saluran Pembuang (Tailrace) ......................................16

2.4.3.9 Turbin ...........................................................................16

2.4.3.9.1 Pengelompokan Turbin .............................16

2.4.3.9.2 Pemilihan Turbin .......................................20

2.4.3.9.3 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin ................21

2.4.3.10 Generator .....................................................................23

2.4.3.11 Sistem Transmisi Mekanik ..........................................24

2.4.3.12 Sistem Kontrol .............................................................25

2.4.3.13 Panel Hubung dan Lemari Hubung ..............................26

2.4.3.14 Jaringan Distribusi........................................................27

2.4.4 Manfaat Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro .........................28

BAB III KONDISI UMUM DESA GUNUNG RINTIH

3.1 Kondisi Geografis .....................................................................................29

3.2 Kondisi Masyarakat .................................................................................30

3.3 Aksesibilitas..............................................................................................31

3.4 Kondisi Ketenagalistrikan ........................................................................31

3.5 Potensi Tenaga Air ...................................................................................31

3.6 Pengukuran Debit dan Tinggi Jatuhan Air (Head) ..................................31


3.6.1 Tempat dan Waktu Penelitian.......................................................31

3.6.2 Bahan Pengukuran ........................................................................31

3.6.3 Alat Penelitian ..............................................................................32

3.6.4 Prosedur Percobaan......................................................................32

3.6.4.1 Pengukuran Debit Air dengan Menggunakan Metode

Benda Apung ....................................................................32

3.6.4.2 Pengukuran Tinggi Jatuh Air (Head) ...............................33

BAB IV ANALISIS PERENCANAAN PLTMH

4.1 Data Hasil Pengukuran .............................................................................35

4.1.1 Pengukuran Luas Penampang Sungai ..........................................35

4.1.2 Pengukuran Kecepatan Aliran Sungai..........................................35

4.1.3 Pengukuran Tinggi Jatuh Air .......................................................36

4.2 Analisa Data ............................................................................................36

4.2.1 Luas Penampang Sungai...............................................................36

4.2.2 Kecepatan Aliran Sungai ..............................................................37

4.2.3 Debit .............................................................................................37

4.2.4 Tinggi Jatuh Air (Head)...............................................................37

4.3 Desain Fasilitas Sipil ................................................................................38

4.3.1 Bendungan ....................................................................................38

4.3.2 Saluran Penyadap (Intake) ..........................................................39

4.3.3 Saluran Pembawa (Headrace) .....................................................39

4.3.4 Saluran Pelimpah (Spillway)........................................................40

4.3.5 Kolam Penenang (Forebay) ........................................................41

4.3.6 Rumah Pembangkit (Power House) ............................................41

4.3.7 Saluran Pembuang (Tailrace) ......................................................42

4.4 Desain Peralatan Elektrikal dan Mekanikal .............................................43

4.4.1 Perhitungan Pipa Pesat ................................................................43

4.4.1.1 Diameter Pipa Pesat .........................................................43

4.4.1.2 Perhitungan Kehilangan Tinggi Tekanan Akibat

Pemasukan ........................................................................44

4.4.1.3 Perhitungan Kehilangan Tinggi Tekanan Akibat

Gesekan ............................................................................45


4.4.2 Perencanaan Turbin ......................................................................47

4.4.3 Transmisi Mekanik ......................................................................49

4.4.4 Generator......................................................................................49

4.4.5 Sistem Kontrol dan Pengaman .....................................................51

4.5 Perhitungan Daya Listrik pada Sistem PLTMH ......................................51

4.6 Manajemen Kebutuhan Energi Listrik .....................................................52

4.7 Skema Layout PLTMH Gunung Rintih....................................................54

4.8 Analisa Ekonomi ......................................................................................54

4.9 Analisa Lingkungan..................................................................................55

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ...............................................................................................56

5.2 Saran ........................................................................................................57

Daftar Pustaka ...................................................................................................58

Lampiran A

Lampiran B

Lampiran C


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Head PLTMH ..............................................................................10

Gambar 2.2 Skema Suatu PLTMH ..................................................................13

Gambar 2.3 Turbin Pelton ..............................................................................17

Gambar 2.4 Turbin Turgo ...............................................................................17

Gambar 2.5 Prinsip Kerja Turbin Crossflow...................................................18

Gambar 2.6 Turbin Crossflow.........................................................................19

Gambar 2.7 Turbin Francis.............................................................................19

Gambar 2.8 Turbin Kaplan .............................................................................20

Gambar 2.9 Diagram Klasifikasi Turbin Air ...................................................20

Gambar 2.10 Grafik Klasifikasi Turbin .............................................................21

Gambar 2.11 Komponen Generator dalam PLTA .............................................23

Gambar 3.1 Peta Lokasi Desa Gunung Rintih .................................................29

Gambar 3.2 Jarak dari Kota Medan ke Desa Gunung Rintih ...........................30

Gambar 3.3 Pengukuran Luas Penampang Sungai ..........................................33

Gambar 3.4 Pengukuran Kecepatan Aliran Sungai..........................................33

Gambar 3.5 Pengukuran Tinggi Jatuh Air (Head) ..........................................34

Gambar 4.1 Head yang Diukur ........................................................................38

Gambar 4.2 Rencana Letak Bendungan ...........................................................39

Gambar 4.3 Rencana Letak Saluran Penyadap ................................................39

Gambar 4.4 Rencana Letak Saluran Pembawa ................................................40

Gambar 4.5 Rencana Letak Saluran Pelimpah .................................................40

Gambar 4.6 Rencana Letak Kolam Penenang..................................................41

Gambar 4.7 Rencana Letak Rumah Pembangkit..............................................42

Gambar 4.8 Rencana Letak Saluran Pembuang ...............................................42

Gambar 4.9 Diameter dan Tebal Pipa Pesat....................................................44

Gambar 4.10 Rencana Letak Pipa Pesat............................................................46

Gambar 4.11 Jenis Penggunaan (Seleksi) Turbin ..............................................48

Gambar 4.12 Transmisi-V ..................................................................................49

Gambar 4.13 Skema Layout PLTMH Gunung Rintih........................................54


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis Pembangkit Tenaga Air dan Kapasitasnya ..........................7

Tabel 2.2 Kecepatan Spesifik Beberapa Turbin ...........................................22

Tabel 2.3 Kecepatan Putar Sinkron dari Generator (rpm) ...........................24

Tabel 2.4 Jenis-Jenis Panel Hubung untuk PLTA .......................................27

Tabel 4.1 Kedalaman Sungai ........................................................................35

Tabel 4.2 Waktu Kecepatan Aliran Sungai ..................................................35

Tabel 4.3 Properti Teknis Material Pipa Pesat ............................................43


studi perencanaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro di desa ...

Documents

Transcript of studi perencanaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro di desa ...