STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDRO (PLTM)

MADONG KABUPATEN TORAJA UTARA PROVINSI SULAWESI SELATAN

Afif Taufiiqul Hakim1, Suwanto Marsudi2, Lily Montarcih Limantara2 1Mahasiswa Program Sarjana Teknik Pengairan Universitas Brawijaya

2Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 1Email: avfhakim@gmail.com

ABSTRAK

Sulawesi selatan adalah salah satu provinsi dengan nilai konsumsi listrik yang tinggi.

Dengan konsumsi listrik yang tinggi, sehingga kebutuhan listrik harus terus tercukupi. Untuk

mencukupi kebutuhan listrik tentu diperlukan sumber energi. sungai di desa Madong kabupaten

Toraja Utara memiliki karakteristik yang berpotensi untuk menghasilkan energi listrik. Agar

dapat dimanfaatkan maka diperlukan adanya kajian terkait perencanaan dan peninjauan

terhadap kelayakan dari sisi ekonomi untuk PLTM Madong. Berdasarkan hasil kajian, debit

banjir rancangan yang digunakan sebesar Q100 = 488,55 m3/detik, sedangkan debit

pembangkitan sebesar Q40% = 13,18 m3/detik. PLTM ini direncanakan menggunakan bendung

bermaterial beton, dengan tipe mercu bulat, tinggi bendung 4 meter dan lebar efektif bendung

31,70 meter. Adapun komponen lain meliputi bangunan pengambilan, feeder canal, bak

pengendap, saluran pembawa, bak penenang dan pipa pesat. Pipa pesat yang digunakan

bermaterial baja (welded steel) dengan diameter 2 meter dan ketebalan 12 mm. Setelahnya,

terdapat saluran pembuang (tailrace) yang berfungsi untuk mengembalikan aliran ke sungai.

Turbin yang digunakan adalah 2 unit turbin Francis, dengan daya yang dihasilkan sebesar 12,59

MW dan produksi energi tahunan sebesar 68,87 GWh. Hasil analisis ekonomi menunjukkan

bahwa proyek ini layak dibangun dari sisi ekonomi dengan BCR sebesar 1.29, NPV sebesar

135 Milyar, IRR sebesar 12,68% dan Payback period selama 15,43 tahun.

Kata kunci: PLTM, listrik, debit, pipa pesat, analisis ekonomi

ABSTRACT

Sulawesi selatan is one of the provinces with high amount of electricity consumption. By the

high amount of electricity consumption, electrical energy production is needed to be increased.

To provide the electricity we need the energy source. The river in Madong village, Toraja

Utara Regency has the characteristics that potentially can be an energy source. To get

electricity production from the Madong river, we need the study of designing and economical

analysis. From the observation, the selected flood discharge (Q100) to be 488,55 m3/s and plant

discharge (Q40) to be 13,18 m3/s. This hydropower was designed with a concrete and circle-

shaped weir. There are the other components such as intake, feeder canal, settling basin,

volume, headrace, forebay and penstock. Penstock uses the welded steel material, with 2 m of

diameter and 12 mm of thickness. Then, there is a tailrace that will transmit the water back to

the river. The selected turbines are 2 units of Francis type, with the 12,59 MW power produced

and 68.92 GWh energy produced in a year. The result of economic analysis, the project is

feasible with BCR = 1.29, NPV = 135 Billion rupiahs, IRR = 12,68%, and Payback period

within 15,43 years.

Keyword: Hydropower, electric, flow, penstock, economic analysis

PENDAHULUAN

Dewasa ini kebutuhan listrik menjadi

kebutuhan yang utama bagi masyarakat.

Dalam rangka menunjang kegiatan

manusia, listrik seharusnya dapat dirasakan

oleh seluruh masyarakat. Namun, sampai

saat ini listrik belum dirasakan oleh seluruh

masyarakat karena belum maksimalnya

pemanfaatan sumber daya dan energi yang

berpotensi membangkitkan listrik.

Banyak energi terbarukan yang dapat

dimanfaatkan sebagai energi listrik seperti

panas bumi, udara, uap, air dan lain-lain.

Indonesia dengan kekayaan alamnya

memiliki potensi yang sangat besar untuk

dimanfaatkan energi airnya. Energi air

berpotensi menghasilkan energi listrik yang

cukup besar. Namun sampai saat ini energi

air belum termanfaatkan dengan maksimal,

PLTA, PLTM atau PLTMH dapat menjadi

solusi untuk meningkatkan produksi energi

listrik yang ada di Indonesia.

Sulawesi selatan sebagai salah satu

provinsi di Indonesia dengan ibukotanya

kota Makassar telah bertumbuh menjadi

daerah industri dan pusat perdagangan di

kawasan timur Indonesia. Dengan

bertumbuhnya kota dan wilayah-wilayah di

Sulawesi Selatan, sehingga tentu

diperlukan adanya pengembangan sarana

kelistrikan.

Meninjau debit dan tinggi jatuh di

sungai Madong yang terletak di kecamatan

Denpina, Kabupaten Toraja Utara Provinsi

Sulawesi Selatan. Sungai Madong dapat

dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik

yang nantinya diharapkan dapat memenuhi

kebutuhan listrik di Sulawesi selatan.

Sehingga, diperlukan studi terkait agar

dapat diketahui potensi energi dan

perencanaan untuk PLTM Madong.

PUSTAKA DAN METODOLOGI

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

Sistem Pembangkit Listrik dengan

memanfaatkan tenaga air pada prinspinya

suatu sistem yang memanfaatkan debit air

dan tinggi jatuh. Sehingga dalam suatu

perencanaan PLTA, PLTM atau PLTMH

diperlukan peninjauan debit dan penentuan

lokasi yang tepat agar didapatkan tinggi

jatuh yang optimal.

Klasifikasi tipe PLTA

Pengklasifikasian PLTA didasarkan pada

beberapa parameter antara lain

1. Berdasarkan Kapasitas Terpasang

• PLTMH untuk daya dibawah 100

kW

• PLTM untuk 100 kW – 10000 kW

• PLTA untuk diatas 10000 kW

2. Ketersediaan Tinggi Jatuh (Head)

• High head untuk diatas 100 m

• Medium head 30 m < H < 100 m

• Low Head H < 30 m

3. Operasi

• Run of River

• Tampungan (Reservoir)

• Tampungan terpompa (Pumped

storage),

• In stream technology.

4. Tujuan pengadaan

• Single purpose, digunakan hanya

untuk satu peruntukan atau

pembangkit listrik saja.

• Multi purpose, digunakan untuk

beberapa peruntukan, seperti irigasi,

air baku dan pembangkit listrik.

5. Ekonomi

• Bekerja sendiri, untuk kepentingan

pribadi atau individu.

• PLTA yang bekerja sama, memiliki

kaitan dengan sentral listrik seperti

PLN (Perusahaan listrik negara)

Analisis Hidrologi

Kajian hidrologi akan menganalisis debit

banjir rancangan dan debit andalan yang

digunakan sebagai basis perencanaan untuk

PLTM. Adapun beberapa analisis yang

perlu dilakukan untuk analisis hidrologi

meliputi

1. Pemeriksaan Data Hujan

Uji outlier

Pemeriksaan data outlier adalah data

yang menyimpang cukup jauh dari

trend kelompoknya. Pengujian metode

ini menetapkan ambang bawah (XL)

dan ambang atas (XH) sebagai berikut:

𝑋𝐻 = exp(�̅� + 𝐾𝑛𝑆) (1)

𝑋𝐻 = exp(�̅� − 𝐾𝑛𝑆) (2)

Dengan:

𝑋𝐻 = nilai ambang atas

𝑋𝐿 = nilai ambang bawah

�̅� = nilai rata-rata dari logaritma

sampel data

Kn = besaran yang tergantung pada

jumlah sampel data

S = simpangan baku dari logaritma

sampel data

n = jumlah sampel data

Uji RAPS

Metode RAPS akan melakukan

pengujian menggunakan data hujan

dari stasiun yang sudah ditetapkan

dengan melakukan pengujian

kumulatif penyimpangan kuadrat

terhadap nilai rerata. Rumus yang

digunakan dalam uji RAPS adalah

sebagai berikut:

𝑆𝑘∗ = ∑ (𝑌𝑖 − �̅�)𝑘

𝑖=1 (3)

𝑆𝑘∗∗ =

𝑆𝑘∗

𝐷𝑦 (4)

𝐷𝑦2 =

∑ (𝑌𝑖−�̅�)2𝑛

𝑖=1

𝑛 (5)

𝑄 = 𝑚𝑎𝑘𝑠|𝑆𝑘∗∗|; 0 ≤ 𝑘 ≤ 𝑛 (6)

𝑅 = 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑆𝑘∗∗ −min 𝑆𝑘∗∗ (7)

Dengan:

Sk* = hujan (𝑋) – hujan (�̅�)

Sk**= nilai kuadrat Sk* dibagi Dy

Dy2 = nilai kuadrat Sk* dibagi jumlah

data

Q = atribut dari sebuah besarnya

nilai statistik persamaan (6)

R = atribut dari sebuah besarnya

nilai statistik persamaan (7)

2. Debit andalan

Debit andalan adalah debit yang

tersedia sepanjang tahun dengan

besarnya resiko kegagalan tertentu.

Berikut langkah penentuan debit

andalan berdasarkan SNI 6378:2015

• Kumpulkan data debit dengan

interval waktu tertentu atau debit

setelah dilakukan analisis F.J

Mock

• Cek kecukupan panjang

pencatatan data debit

• Lakukan uji validasi untuk data

debit.

• Tentukan peringkat data.

• Hitung probabilitas dengan

Weibull 𝑃 =𝑚

𝑛+1+ 100% (16)

Dengan:

P = probabilitas kejadian (%)

m = nomor urut data

n = jumlah data dalam analisis

• Hitung debit andalan berdasarkan

probabilitas sesuai peruntukan.

• Buat kurva durasi debit.

3. Debit banjir rancangan

Metode Hidrograf Satuan Sintetis

Nakayasu

Untuk menghitung besarnya debit

banjir rancangan, digunakan HSS

Nakayasu. Rumus debit puncak adalah

sebagai berikut:

𝑄𝑝 =1

3,6𝐴. 𝑅0

1

(0,3𝑇𝑝+𝑇0,3) (17)

Dengan:

Qp = debit puncak (m3/detik)

A = Luas DAS (km2)

R0 =hujan satuan (mm)

Tp = peak time (jam)

T0,3=Waktu dibutuhkan untuk

penurunan debit 30% dari Qp

Metode Hidrograf Satuan Sintetis

Limantara

Adapun metode HSS Limantara yang

digunakan untuk menentukan debit

banjir rancangan yang akan

dibandingkan dengan HSS Nakayasu.

Dengan rumus sebagai berikut:

𝑄𝑝 =

0,042. 𝐴0,451𝐿0,497𝐿𝑐0,356𝑆−0,131𝑛0,168

(18)

Dengan:

A = luas DAS (km2)

L = panjang sungai (km)

Lc = Panjang sungai diukur sampai

titik terdekat dengan titik berat DAS

(km)

S = kemiringan sungai

n = koefisien kekasaran

Perencanaan Bangunan Sipil

secara garis besar konstruksi bangunan sipil

yang terdapat pada PLTM antara lain

bangunan bendung, intake, bak pengendap,

saluran pembilas, saluran pembawa, bak

penenang, penstock sampai dengan rumah

pembangkit dan konstruksi pendukung

lainnya.

1. Bendung

Persamaan tinggi energi-debit untuk

bendung ambang pendek dengan

pengontrol segi empat adalah:

𝑄 = 𝐶𝑑2

3√2

3𝑔𝑏𝐻1

1,5 (19)

Dengan:

Q = debit (m3/detik)

Cd = koefisien debit (Cd = C0C1C2)

g = percepatan gravitasi (9,81

m/detik2)

b = panjang mercu (meter)

H1 = tinggi energi di atas mercu (meter)

Q = debit (m3/detik)

Kolam olak

(1) Untuk Froude ≤ 1,7 tanpa kolam

olak

(2) Bila 1,7 ≤ Froude ≤ 2,5 kolam olak

ambang ujung

(3) Bila 2,5 ≤ Froude ≤ 4,5. USBR

Tipe IV.

(4) Bila Froude ≥ 4,5. USBR Tipe III

(5) Dalam KP-02 USBR Tipe IV tidak

direkomendasi, sehingga dapat

digunakan tipe MDO/MDS

2. Bangunan pengambilan

Bangunan pengambilan berfungsi

sebagai pemasukan aliran yang

diperlukan untuk memenuhi kebutuhan

irigasi atau pembangkitan listrik.

Kapasitas pengambilan setidaknya

adalah 120% dari kebutuhan

pengambilan atau kebutuhan yang

direncanakan. Berikut adalah rumus

debit yang melalui pintu pengambilan

𝑄 = 𝜇𝑏𝑎√2𝑔𝑧 (20)

Dengan:

Q = debit (m3/detik)

𝜇 = koefisien debit (𝜇 = 80)

b = lebar bukaan (meter)

a = tinggi bukaan (meter)

g = perecepatan gravitasi (9,81

m/detik2)

z = kehilangan tinggi energi pada

bukaan (meter)

3. Bak Pengendap

digunakan rumus dari Velikanov yang

memberikan rumus dengan

menganjurkan faktor-faktor koreksi.

berikut ini merupakan rumus bak

pengendap:

𝐿𝐵 =𝑄

𝑊.λ2

7,51.𝑣

𝑤.(𝐻0,5−0,2)2

𝐻 (21)

Dengan:

L = panjang kantong lumpur

B = lebar kantong lumpur

L/B > 8

Q = debit saluran

w =kecepatan endap partikel sedimen,

m/dt

koefisien pembagian/distribusi

Gauss

4. Saluran pembawa (Head race)

Untuk saluran pembawa, digunakan

saluran terbuka. Dengan debit yang

melalui saluran dapat dihitung dengan

rumus berikut:

𝑄𝑑 = 𝐴.𝑅

23.𝑆𝐿

12

𝑛 (22)

Qd = debit rencana (m3/detik)

A = luasan dimensi (m2)

R = A/P (meter)

P = Keliling basah (m)

SL = Kemiringan Saluran

n = Koefisien kekasaran

5. Bak penenang (Head pond)

Kapasitas bak penenang didefinisikan

sebagai kedalaman air dari hc ke h0

dari panjang bak penenang L

𝑉𝑠𝑐 = 𝐴𝑠. 𝑑𝑠𝑐 = 𝐵. 𝐿. 𝑑𝑠𝑐 (23)

Dengan:

As = Luas bak penenang (m2)

B = Lebar bak penenang (meter)

L = Panjang bak penenang (meter)

dsc = kedalaman air

Apabila pengarah elektrik merespon

perubahan beban dengan kapasitas bak

penenang di desain berada di sekitar 30

kali sampai 60 kali dari Qd dalam

banyak kasus

6. Pipa pesat (Penstock)

Diameter Pipa pesat

• Warnick (1984)

𝐷 = 0,72𝑄0,5 (24)

• USBR (1986)

𝐷 = 1,517𝑄0,5/𝐻0,25 (25)

• Fahlbusch (1987)

𝐷 = 1,12𝑄0,45/𝐻0,12 (26)

• Sarkaria (1987)

𝐷 = 3,55. (𝑄2/2𝑔𝐻)1/4 (27)

• RETscreen Canada (2005)

𝐷 = (𝑄/𝑛𝑝)0,43/(𝐻)0,14 (28)

• Berdasarkan ESHA (2005)

𝐷 = 2,69(𝑛2𝑄2𝐿

𝐻)0,1875 (29)

Dengan:

D = diameter pipa (m)

Q = debit rencana (m3/detik)

H = tinggi jatuh efektif

g = gravitasi (9,81 m/detik2)

np = jumlah pipa pesat

n = kekasaran pipa

Ketebalan Pipa

e =𝑃×𝑑

2×σ𝑓×𝐾𝑓+𝑒𝑠 (30)

Dengan:

e = ketebalan minimum pipa

P = tekanan hidrostatis (kN/mm2)

d = diameter dalam (mm)

σ𝑓 = tegangan yang dapat diterima

(kN/mm2)

𝑘𝑓 = efisiensi pengelasan (0,90-1,00)

𝑒𝑠 = ketebalan tambahan untuk

mencegah korosi

Kehilangan Tinggi

Kehilangan tinggi yang perlu dianalisis

dalam PLTM meliputi kehilangan pada

komponen-komponen berikut yaitu:

trashrack, intake, feeder canal, bak

pengendap, saluran pembawa, bak

penenang, pipa pesat, sampai dengan valve.

Perencanaan Hidromekanikal

1. Pemilihan Turbin

Pemilihan turbin dipilih berdasarkan

grafik pada ESHA (2004: 175) selain

itu juga digunakan perhitungan

kecepatan spesifik sehingga

didapatkan turbin yang cocok.

2. Kavitasi

Kavitasi terjadi ketika tekanan

hidrodinamis pada aliran air jatuh di

bawah tekanan uap, sehingga terjadi

fase penguapan atau pembentukan uap.

Untuk menghindari kavitasi maka

setidaknya diperlukan jarak

penempatan turbin dengan rumus

berikut:

𝐻𝑠 =𝑃𝑎𝑡𝑚−𝑃𝑣

𝜌.𝑔+

𝑉2

2.𝑔− 𝜎.𝐻 (31)

Dengan:

Hs = tinggi hisap (meter)

Patm = tekanan atmosfir

Pv = tekanan uap air

𝜌 = massa jenis air (kg/m3)

g = gravitasi (m/detik2)

V = kecepatan (m/detik)

𝜎 = sigma Thoma

H = tinggi jatuh (meter)

Dengan rumus sigma Thoma untuk

turbin Francis adalah sebagai berikut

σ𝑡 = 1,2715 ×. 𝑛𝑠1,41 +

𝑉2

2.𝑔.𝐻 (32)

Dengan:

𝑛𝑠 =1,924

𝐻0,512 (𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘𝐹𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑠)

3. Generator

Generator adalah komponen elektrikal

yang akan mengubah energi gerak

menjadi energi listrik.

Menentukan kecepatan sinkron (turbin

dengan generator)

Kecepatan putaran (𝑛) = 120×𝑓

𝑝

Dengan:

f = frekuensi (50 atau 60 Hz)

p = jumlah kutub generator

4. TURBNPRO

TURBNPRO adalah peranti lunak

khusus yang ditujukan untuk

pengembang pembangkit listrik,

konsultan dan pelajar. Dengan

menggunakan TURBNPRO akan lebih

mudah penentuan turbin beserta

pendimensiannya.

Daya dan Energi

Daya hasil dari PLTM dapat dihitung

dengan rumus

𝑃𝑛𝑒𝑡𝑡 = 𝑔. 𝑄. 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑡 (33)

Daya (dengan efisiensi turbin dan

generator)

𝑃𝑛𝑒𝑡𝑡 = 𝑔. 𝜂𝑔. 𝜂𝑡 . 𝑄. 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑡 (34)

Untuk energi yang dihasilkan dapat

digunakan rumus berikut

𝐸 = 𝑔. 𝜂𝑔. 𝜂𝑡 . 𝑄. 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑡. 𝑛 (35)

Dengan:

P = Daya (Watt)

g = gravitasi (m/detik2)

Q = debit (m3/detik)

H = tinggi jatuh (meter)

𝜂𝑔 = efisiensi generator

𝜂𝑡 = efisiensi turbin

n = jumlah jam

Analisis Ekonomi

1. Biaya

Biaya adalah nilai bayar perkiraan

yang diestimasi untuk pelaksanaan

pembangunan proyek. Biaya

pembangunan PLTM/PLTMH

dinyatakan dengan rumus empiris

dalam RETscreen.

2. Manfaat

Nilai manfaat (benefit) dalam suatu

proyek pembangkit listrik tenaga

mikro/mini hidro pada dasarnya

didapatkan dari jumlah produksi energi

yang dihasilkan. Sehingga, untuk

mendapatkan nilai manfaat proyek

perlu dihitung produksi energi selama

1 tahun yang nantinya diakumulasikan

sesuai dengan total tahun investasi.

Berdasarkan PERMEN ESDM No.12

Tahun 2014 untuk Sulawesi selatan

harga listrik rerata ditetapkan

Rp.1056/kWh.

3. Benefit cost ratio (BCR)

persamaan untuk benefit cost ratio

(BCR) adalah berikut ini

𝐵𝐶𝑅 = ∑𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑡

∑𝐶𝑜𝑠𝑡 (36)

Dengan:

BCR = benefit cost ratio

Benefit = nilai manfaat sekarang

Cost = nilai biaya sekarang

Kriteria keputusan yang menentukan

apakah proyek yang direncana layak

atau tidak secara ekonomi untuk

metode ini adalah apabila BCR > 1

maka proyek dapat dikatakan layak

secara ekonomi

4. Net present value (NPV)

Untuk mendapatkan nilai NPV maka

dapat dihitung dengan rumus berikut

𝑁𝑃𝑉 = 𝑃𝑊𝐵 − 𝑃𝑊𝐶 (37)

Dengan:

NPV = net present value

PWB = present worth of benefit

PWC = present worth of cost

5. Internal rate of return (IRR)

Apabila dirumuskan, maka nilai IRR

dapat dihitung dengan persamaan

berikut

𝐼𝑅𝑅 = 𝑖𝑁𝑃𝑉+ +𝑁𝑃𝑉+

|𝑁𝑃𝑉++𝑁𝑃𝑉−|(𝑖𝑁𝑃𝑉− + 𝑖𝑁𝑃𝑉+) (38)

Untuk mendapatkan nilai IRR maka

diperlukan beberapa variabel agar

didapatkan suku bunga saat NPV < 0

dan NPV>0

6. Payback period

Analisis payback period pada dasarnya

adalah untuk mengetahui seberapa

lama durasi (periode) investasi akan

dapat dikembalikan saat terjadinya

kondisi pulang pokok persamaan yang

digunakan adalah

𝑘𝑃𝐵𝑃 =𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑎𝑠𝑖

𝐴𝑛𝑛𝑢𝑎𝑙𝑏𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑡×

𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 (39)

Dengan:

kPBP = periode pengembalian

Investasi = jumlah biaya investasi yang

dikeluarkan

Annual benefit = keuntungan per tahun

(dikurangi O&P, bila ada)

Periode waktu = lama periode (1 tahun)

7. Sensitivitas

Analisis sensitivitas perlu dilakukan

dalam rangka mengetahui sejauh mana

dampak parameter investasi yang telah

ditetapkan sebelumnya boleh berubah

karena adanya situasi dan kondisi

tertentu selama umur investasi. Dalam

hal ini akan dihitung berdasarkan

parameter:

(1) Penurunan produksi energi sebesar

10%, 20% dan batas sensitif

(2) Kenaikan biaya 10%, 20% dan

batas sensititf

(3) Penurunan produksi dan kenaikan

biaya bersamaan dengan

presentase 10% dan 20%.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Debit Andalan

Berdasarakan hasil analisis

evapotranspirasi sampai dengan

perhitungan simulasi debit menggunakan

metode F.J Mock didapatkan kurva durasi

debit sebagai berikut:

Gambar 1. Kurva Durasi Debit

Sumber: Perhitungan Penulis

Berdasarkan optimasi dengan

membandingkan Q40, Q50 dan Q60

didapatkan debit pembangkitan sebesar

13,18 m3/detik dengan keandalan debit

sebesar 40%

Debit Banjir Rancangan

Berdasarkan analisis frekuensi, uji dan

perhitungan menggunakan 2 metode HSS

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

5 15 25 35 45 55 65 75 85 95

Deb

it (

m3/d

etik

)

Probabilitas Debit (%)

Kurva Durasi Aliran

PLTM MadongSpillout

Debit

Pembangki

tan (40%)

Debit

Operasi

Minimum

(90%)

Maintenan

ce Flow

(95%)

didapatkan nilai debit banjir rancangan

sebagai berikut

Tabel 1. Debit Banjir Rancangan

Kala

Ulang

HSS

Nakayasu

HSS

Limantara

m3/detik m3/detik

2 343,069 158,501

5 389,475 179,784

10 410,180 189,281

25 429,290 198,045

50 440,021 202,967

100 448,547 206,877

Setelah dikalibrasi dan dibandingkan

dengan menggunakan hidrograf satuan

observasi, maka didapatkan HSS Nakayasu

yang lebih mewakili debit banjir rancangan

di sungai Madong. Sebagai basis

perencanaan bendung digunakan Q100

dengan debit banjir rancangan sebesar

448,547 m3/detik.

Perencanaan Bangunan Sipil

1. Bendung

Bendung yang direncanakan

menggunakan tipe mercu bulat dengan

dimensi sebagai berikut:

Debit desain = 448,547 m3/detik

Lebar bendung = 31,70 meter

Tinggi bendung = 4 meter

Jari-jari mercu = 2,5 meter

Tinggi muka air = 3,45 meter

Elevasi dasar hulu= +952

Peredam energi

Digunakan peredam energi tipe

MDO/MDS Pemilihan ini didasarkan

pada bilangan froude yang mengarah

kepada kolam olak USBR tipe IV,

namun penggunaan tipe ini tidak

direkomendasikan. Sehingga

digunakan peredam energi yang

merupakan modifikasi dari tipe bak

tenggelam yaitu MDO/MDS dengan

panjang lantai dasar 13 meter.

2. Bangunan Pengambilan

Basngunan pengambilan direncana

menggunakan debit desain 120% dari

debit pembangkitan. Sehingga

direncanakan

Tinggi ambang = 2 meter

Elevasi ambang = +954

Debit desain = 1,2 × 13,18 m3/det

= 15,82 m3/det

Lebar intake = 𝑄

𝐾.μ.a√2𝑔ℎ

= 15,82

1.0,8.1√2.9,81.2

= 3,20 meter

Lebar per pintu = 1,10 meter

Jumlah pintu = 3 unit

Debit per pintu = K. . a. b √2𝑔ℎ

=1.0,80.1.1,10√2.9,81.2 = 5,5 m3/det

3. Feeder canal

Untuk menyalurkan aliran dari intake

menuju bak pengendap dengan

spesifikasi teknis sebagai berikut

Lebar = 5,30 meter

Penampang = persegi

Kemiringan = 0,0015

Tinggi muka air = 1,25 meter

Jagaan = 0,4 meter

4. Bak Pengendap

Hasil perencanaan bak pengendap

(kantong lumpur) adalah sebagai

berikut:

Debit rencana = 15,82m3/detik

Sedimen rencana = 0,3 mm

Lebar saluran = 7 meter

Periode kuras = 7 hari

Suhu = 20˚C

Kandungan sedimen = 0,1 o/oo

Sehingga volume dibutuhkan sebesar

Volume = (o/oo ) sedimen × jumlah hari

× Qn × 24 × 3600 = 0,1 o/oo ×

7×15,82×24×3600 = 956, 55 m3

Berdasarkan hasil analisis didapatkan

panjang saluran 60 meter.

Dengan ketentuan L > 8B sehingga 60

> 56 meter. (memenuhi) dengan

efisiensi pengendapan 95% dan

sedimen dibawah 0,3 mm akan

terbilas.

5. Saluran pembawa

Saluran pembawa dengan kriteria

kecepatan aliran maksimum 3 m/detik.

dengan spesifikasi teknis sebagai

berikut:

Debit desain = 14,50 m3/detik

Lebar saluran = 3 meter

Kemiringan sal. = 0,001

Kemiringan talud = 0,5

Tinggi muka air = 1,73 meter

Jagaan = 0,57 meter

Kecepatan aliran = 2,17 meter

Materrial = pasangan beton

6. Bak penenang

Debit pembangkitan =13,18 m3/det

Debit rencana = 14,50 m3/det

kapasitas volume bak penenang.

Dalam JICA, untuk beban dan debit

yang telah dikontrol kapasitas bak

penenang dapat didesain 30 sampai 60

kali dari debit rencana bak penenang.

Sehingga, volume bak penenang

adalah

Volume = 14,50 ×30

= 434,94 m3

Volume desain rencana

Lebar bak = 9 meter

hc = (𝛼.𝑄𝑑

9,81.𝐵)1

3

= (1,1.14,50

9,81.9)1/3

= 0,272 meter

h0 = 1,73 m (pembawa)

dsc = 1,73 m – 0,272 m

= 1,46 m

Panjang bak penenang

B × L × dsc = 434,94 m3

L = 434,94𝑚3

9×1,46

= 33,30 meter

Sehingga, dengan panjang 33,30 m.

Maka volume bak penenang terpenuhi

7. Pipa pesat

Tabel 2. Perhitungan Diameter Pipa

pesat

No Analisis Diameter

(meter)

1 Warnick (1984) 2,61

2 USBR (1986) 1,70

3 Fahlbusch (1987) 2,03

4 Sarkaria (1987) 1,89

5 ESHA (2004) 1,53

6 RETScreen (2005) 1,57

Maksimum 2,61

Minimum 1,53

Rerata 1,89

Digunakan 2,00

Berdasarkan hasil perhitungan

didapatkan diameter pipa pesat sebesar

2 meter. Jarak antar tumpuan pipa

pesat adalah 9 meter. Dengan

ketebalan 12 mm dan water hammer

dengan total head pressure sebesar

155,508 m saat katup ditutup selama 5

detik.

Kehilangan Tinggi

Berdasarkan hasil peninjauan kehilangan

tinggi pada seluruh komponen PLTM

didapatkan hasil sebagai berikut

Tabel 3. Kehilangan tinggi

No Letak kehilangan HL (m)

1 Pada pemasukan bangunan pengambilan 0,0078

2 Pada saringan bangunan pengambilan 0,0169

3 Pada belokan feeder canal 0,2038

4 Pada pelebaran ke bak pengendap 0,0605

5 Pada penyempitan ke saluran pembawa 0,1004

6 Pada pelebaran ke bak penenang 0,0576

7 Pada saringan bak penenang 0,0115

8 Pada pemasukan pipa pesat 0,4482

9 Pada belokan 1 pipa pesat 0,3585

10 Pada belokan 2 pipa pesat 0,3585

11 Pada gesekan sepanjang pipa pesat 1,270

12 Pada katup (inlet valve) 0,1792

Jumlah 3,0729

Sehingga, tinggi jatuh nett adalah

Hnett = Hgross - ∑𝐻𝐿

= 111 meter – 3,0729 meter

= 107, 93 meter

Perencanaan Hidromekanikal

1. Pemilihan Turbin

Berdasarkan parameter debit

pembangkitan dan Hnett maka

Gambar 2. Pemilihan Turbin

Dari grafik dapat diketahui turbin

yang dipilih adalah turbin Francis.

Apabila ditinjau dengan kecepatan

spesifik maksimum untuk turbin

Francis maka

𝐾𝑒𝑐. 𝑠𝑝𝑒𝑠𝑖𝑓𝑖𝑘 =23000

(𝐻+30)+ 40

(23000

111+30) + 40

= 203,120 m-kW

(memenuhi untuk turbin Francis)

Debit 13,18 m3/detik kemudian akan

dibagi kepada 2 unit turbin.

2. Kavitasi

berdasarkan nilai Hs, runner turbin

minimal berada 2,664 meter di bawah

dari rencana elevasi tail water level.

Maka, direncanakan runner turbin 2,70

meter di bawah rencana elevasi tail

water level = 844 – 2,70 = 841,30

3. Analisis hidromekanikal

Berdasarkan hasil analisis untuk

beberapa parameter hidromekanik

didapatkan perhitungan sebagai

berikut

Tabel 3. Hasil analisis hidromekanik

Daya dan Energi

1. Daya

PLTM Madong memberikan luaran

daya sebesar berikut

𝑃 = 𝑄 × (η𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛

× η𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟

) ×

𝑔 × 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑡

= 13,18 × 0,93 × 9,81 × 107,93

= 12590,34 kW

2. Energi

Berdasarkan hasil perhitungan untuk

energi dalam satu tahun yang

dihasilkan oleh PLTM Madong adalah

sebesar 68025717,3 kWh atau sebesar

68,02 GWh. Dengan debit minimum

operasi untuk tiap unit turbin adalah

2,63 m3/detik (pada keandalan debit

90%)

Analisis Ekonomi

1. Biaya

Berdasarkan perhitungan dengan

RETscreen didapatkan nilai biaya yang

meliputi biaya teknis,

elektromekanikal, hidromekanikal,

jalan akses, substansi dan transformer,

pekerjaan sipil, pipa pesat, saluran

pembawa, dan biaya lain-lain.

Berdasarkan analisis, didapatkan nilai

biaya sebagai berikut

No Parameter Perhitungan

(ESHA)

TURBNPRO

V3

1 Daya dihasilkan

(per unit turbin)

6289 kW 6450 kW

2 Sigma Thoma 0,111 0,109

3 Diameter runner

D3

0,862 mm 0,908 mm

4 Kecepatan putar

maksimum

945,757 rpm 1309 rpm

5 Kecepatan putar

generator

750 rpm 750 rpm

6 Frekuensi

generator

50 Hz 50 Hz

6 Kecepatan

spesifik

203,121 m-kW 173,1 m-kW

Tabel 4. Biaya PLTM

2. Manfaat

Berdasarkan hasil perhitungan energi

maka nilai manfaat dengan harga jual

listrik Rp. 1056/kWh maka

68025717,26 kWh × Rp. 1056

= Rp. 71.835.157.430,22 (per tahun)

3. Benefit cost ratio (BCR)

Setelah dilakukan perhitungan nilai

biaya dengan biaya bahan bakar dan

OP (2%) serta nilai biaya dengan suku

bunga 10,50% maka

𝐵𝐶𝑅 = 𝑃𝑉𝑀𝑎𝑛𝑓𝑎𝑎𝑡

𝑃𝑉𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎

=591.799.577.457,40

456.541.847.684,46= 𝟏,𝟐𝟗

4. Net Present Value (NPV)

NPV = PV manfaat – PV biaya

NPV = 591.799.577.457,40 −

456.541.847.684,46 =

𝐑𝐩𝟏𝟑𝟓. 𝟐𝟓𝟕. 𝟕𝟐𝟗. 𝟕𝟕𝟐, 𝟗𝟒

5. Internal Rate of Return (IRR)

Berdasarkan perhitungan didapatkan

kisaran untuk 0>NPV>0 adalah 𝑁𝑃𝑉−𝑁𝑃𝑉13%

𝑁𝑃𝑉12%−𝑁𝑃𝑉13%× (12% − 13%) +

12% 0−(−24.555.734.579,41)

53.658.643.400,93−(−24.555.734.579,41)×

(12%− 13%) + 12% = 𝟏𝟐, 𝟔𝟖%

6. Payback Period

Hasil analisis ekonomi menghasilkan

nilai payback period sebesar 15,43

tahun

7. Sensitivitas

Untuk analisis sensitivitas, hasil

analisis ditunjukkan melalui tabel

berikut

Tabel 5. Sensitivitas

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1. Dari hasil analisis hidrologi didapatkan

debit andalan Q40% sebesar 13,18

m3/detik dan debit banjir rancangan

Q100 sebesar 488,55 m3

2. Perencanaan bangunan sipil

menghasilkan perencanaan sebagai

berikut

• Bendung dengan lebar 31,70 meter,

tinggi 4 meter,

• Bangunan pengambilan dengan 3

unit pintu dengan lebar masing-

masing pintu 1,10 meter dan

kapasitas 14,50 m3/detik

• Bak pengendap dengan panjang 60

meter dan lebar 7 meter dengan

volume pengendapan 956,55 m3

Komponen Biaya

Teknis Rp 2.375.760.807,19

Elektromekanikal Rp 31.737.265.597,80

Instalasi Peralatan

Hidromekanikal Rp 4.760.589.839,67

Pembuatan Jalan Akses Rp 104.993.439.037,34

Kabel Transmisi Rp 287.325.406,50

Substansi dan

Transformer Rp 587.107.571,64

Instalasi Substansi dan

Transformer Rp 88.066.135,75

Pekerjaan Sipil Rp 65.215.797.814,91

Pipa pesat Rp 6.448.698.696,73

Instalasi Penstock Rp 1.612.174.674,18

Saluran pembawa Rp 1.207.035,01

Biaya Lain-lain Rp 16.941.482.558,27

Total Rp 235.048.915.174,98

Penurunan Produksi

Tingkat NPV

(Milyar) BCR

10% Rp. 76 1,16

20% Rp. 16 1,03

23,1% Rp. 0 1,00

Kenaikan biaya

Tingkat NPV

(Milyar) BCR

10% Rp. 90 1,18

20% Rp. 45 1,08

29,9% Rp. 0 1,00

Produksi Turun Biaya Naik

Tingkat NPV

(Milyar) BCR

10% Rp. 31 1,06

20% Rp. -72 0,86

• Saluran pembawa dengan lebar 3

meter, kemiringan 0,001 dan

panjang 725 m.

• Bak penenang dengan 9 meter

dengan panjang 33,30 meter.

Kapasitas bak penenang adalah

434,94 m3.

• Pipa pesat berdiameter 2 meter

dengan tebal pipa 12 mm dan jarak

antar tumpuan pipa 9 meter

berbahan baja (welded steel)

3. Komponen mekanik PLTM Madong

meliputi turbin dan generator, dengan

2 unit turbin Francis horizontal dan 2

unit generator berfrekuensi 50 Hz dan

kecepatan putar 750 rpm.

4. Daya yang dihasilkan oleh PLTM

Madong adalah sebesar 12,59 MW

sedangkan energi yang dihasilkan

adalah 68,02 GWh

5. Dari hasil analisis ekonomi didapatkan

• nilai BCR sebesar 1,29 NPV

sebesar Rp. 135.257.729.772, IRR

sebesar 12,68% dan Payback

period selama 15,43 tahun

• Proyek akan mengalami sensitif

apabila terjadi penurunan produksi

dan biaya naik bersamaan sebesar

14% selain itu apabila hanya

terjadi penurunan produksi

sebesar 23,1% dan apabila terjadi

kenaikan biaya sebesar 29,9%

Saran

Agar studi perencanaan ini lebih optimal

maka penulis memberikan saran-saran

sebagai berikut

1. Dalam pemilihan lokasi komponen-

komponen PLTM alangkah baiknya

juga meninjau daerah-daerah yang

tidak diperkenankan untuk

membangun seperti kawasan hutan

lindung, selain itu perlu kajian lebih

lanjut untuk menempatkan bangunan

terkait aspek teknis lain seperti kondisi

geologi di lokasi.

2. Peruntukan listrik dari PLTM Madong

selain untuk dijual ke PT. Perusahaan

Listrik Negara, dapat juga

kelebihannya disalurkan untuk

penerangan dan kelistrikan di

bangunan-bangunan fasilitas PLTM

Madong dan di daerah sekitar PLTM

Madong

DAFTAR PUSTAKA

Badan Standarisasi Nasional. 2016.

Standar Nasional Indonesia (SNI) SNI

2415:2016 Metode Hitung Debit Banjir

Rencana. Jakarta : Dewan Standarisasi

Indonesia.

Badan Standarisasi Nasional. 2015.

Standar Nasional Indonesia (SNI) SNI

6738:2015 Perhitungan Debit Andalan

Sungai. Jakarta : Dewan Standarisasi

Indonesia.

Departemen ESDM. 2009. Buku Pedoman

Studi Kelayakan PLTMH. Jakarta :

IMIDAP

Department of Energy. 2009. Manuals and

Guidelines for Micro-hydropower

Development in Rural Electrification.

United Kingdom : JICA

European Small Hydropower Association.

2004. Guide on How to Develop a Small

Hydropower. Belgium: ESHA

Kementrian Pekerjaan Umum Direktorat

Jendral SDA. 2013. Standar

Perencanaan Irigasi-Kriteria

Perencanaan 02. Jakarta : Badan

Penerbit Departemen Pekerjaan Umum.