STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA...

12
STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINIHIDRO (PLTM) DI SUNGAI CITARUM HULU KABUPATEN BANDUNG JAWA BARAT Mutia Isti Rahmayanti 1 , Suwanto Marsudi 2 , Pitojo Tri Juwono 2 1 Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2 Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 1 Email: [email protected] ABSTRAK Sungai Citarum di sub DAS Cirasea, Kabupaten Bandung, Jawa Barat berpotensi untuk dibangun Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro ROR (Run of River). Konsep PLTM ROR adalah memanfaatkan aliran sungai langsung tanpa menampungnya disebuah tampungan (waduk). Untuk dapat dibangun dan termanfaatkan maka perlu adanya studi untuk mengetahui kelayakan secara teknis maupun ekonomi. Hasil kajian menunjukkan debit andalan Q40% = 3,551 m 3 /dt dan debit rancangan Q50th = 488,476 m 3 /dt. PLTM dibangun dengan bendung tipe mercu bulat dan peredam energi tipe bak tenggelam dan untuk bangunan lainnya terdiri dari intake, feeder canal, kantong lumpur, waterway, headpond, tail race. Untuk pipa penstock menggunakan jenis steel pipe SM50Y dengan diameter pipa utama 1,2 m, pipa sekunder 0,85 m dengan ketebalan yang sama yaitu 9 mm. Tinggi jatuh 126,68 m dengan kapasitas terpasang 2×2,00 MW menggunakan turbin francis sumbu horisontal. Energi tahunan yang dihasilkan sebesar 20,23 GWh untuk perhitungan bedasarkan debit sungai tanpa compensation flow dan 16,40 GWh untuk perhitungan dengan compensation flow. Hasil analisa ekonomi untuk bedasarkan debit sungai tanpa compensation flow B/C 1,78, NPV 113,765 milyar rupiah, IRR 15,77% dengan payback periode selama 5,84 tahun. Sementara itu untuk debit dengan compensation flow B/C 1,44, NPV 64,479 milyar rupiah, IRR 12,05% dengan payback periode selama 7,20 tahun. Kata kunci: PLTM ROR, debit, bak tenggelam, penstock, kelayakan ekonomi. ABSTRACT Citarum river in sub DAS Cirasea, Bandung Regency, West Java is potential to build a hydropower ROR (Run of River). The concept of hydropower ROR is using the river flow without collecting it in the reservoir. To be built and utilized would be needed to study for knowing the eligibility by technically and economically. The result of study is minimum discharge Q40% = 3,551 m 3 /sec and flood discharge Q50th = 488,476 m 3 /sec. The hydropower built with ogee-shaped weir, submerged bucket type and for another building consist of intake, feeder canal, stilling basin, waterway, headpond, and tail race. For the penstock pipe use steel pipe SM50Y with main diameter 1,2 m, second pipe 0,85 m with the same thickness are 9 mm. The high fall by 126,68 m with the used capacity 2x2,00 MW using Francis turbine horizontal axis. The energy generated per year produced by 20,23 GWh for the calculating based on river discharge without compensation flow and by 16,40 GWh for the calculating based on compensation flow. The analysis result of economy based on river discharge without compensations flow is B/C 1,78, NPV 113,765 billion rupiah, IRR 15,77% with payback period during 5,48 years. In the meantime for the discharge with compensation flow B/C 1,44, NPV 64,479 billion rupiah, IRR 12,05% with payback period during 7,20 years. Key word : Hydropower, discharge, submerged bucket type, penstock, economic feasibility

Transcript of STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA...

STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINIHIDRO

(PLTM) DI SUNGAI CITARUM HULU KABUPATEN BANDUNG JAWA BARAT

Mutia Isti Rahmayanti1, Suwanto Marsudi2, Pitojo Tri Juwono2

1Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

1Email: [email protected]

ABSTRAK

Sungai Citarum di sub DAS Cirasea, Kabupaten Bandung, Jawa Barat berpotensi untuk

dibangun Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro ROR (Run of River). Konsep PLTM ROR

adalah memanfaatkan aliran sungai langsung tanpa menampungnya disebuah tampungan

(waduk). Untuk dapat dibangun dan termanfaatkan maka perlu adanya studi untuk

mengetahui kelayakan secara teknis maupun ekonomi. Hasil kajian menunjukkan debit

andalan Q40% = 3,551 m3/dt dan debit rancangan Q50th = 488,476 m3/dt. PLTM dibangun

dengan bendung tipe mercu bulat dan peredam energi tipe bak tenggelam dan untuk

bangunan lainnya terdiri dari intake, feeder canal, kantong lumpur, waterway, headpond,

tail race. Untuk pipa penstock menggunakan jenis steel pipe SM50Y dengan diameter pipa

utama 1,2 m, pipa sekunder 0,85 m dengan ketebalan yang sama yaitu 9 mm. Tinggi jatuh

126,68 m dengan kapasitas terpasang 2×2,00 MW menggunakan turbin francis sumbu

horisontal. Energi tahunan yang dihasilkan sebesar 20,23 GWh untuk perhitungan

bedasarkan debit sungai tanpa compensation flow dan 16,40 GWh untuk perhitungan dengan

compensation flow. Hasil analisa ekonomi untuk bedasarkan debit sungai tanpa

compensation flow B/C 1,78, NPV 113,765 milyar rupiah, IRR 15,77% dengan payback

periode selama 5,84 tahun. Sementara itu untuk debit dengan compensation flow B/C 1,44,

NPV 64,479 milyar rupiah, IRR 12,05% dengan payback periode selama 7,20 tahun.

Kata kunci: PLTM ROR, debit, bak tenggelam, penstock, kelayakan ekonomi.

ABSTRACT

Citarum river in sub DAS Cirasea, Bandung Regency, West Java is potential to build a

hydropower ROR (Run of River). The concept of hydropower ROR is using the river flow

without collecting it in the reservoir. To be built and utilized would be needed to study for

knowing the eligibility by technically and economically. The result of study is minimum

discharge Q40% = 3,551 m3/sec and flood discharge Q50th = 488,476 m3/sec. The hydropower

built with ogee-shaped weir, submerged bucket type and for another building consist of

intake, feeder canal, stilling basin, waterway, headpond, and tail race. For the penstock pipe

use steel pipe SM50Y with main diameter 1,2 m, second pipe 0,85 m with the same thickness

are 9 mm. The high fall by 126,68 m with the used capacity 2x2,00 MW using Francis turbine

horizontal axis. The energy generated per year produced by 20,23 GWh for the calculating

based on river discharge without compensation flow and by 16,40 GWh for the calculating

based on compensation flow. The analysis result of economy based on river discharge

without compensations flow is B/C 1,78, NPV 113,765 billion rupiah, IRR 15,77% with

payback period during 5,48 years. In the meantime for the discharge with compensation flow

B/C 1,44, NPV 64,479 billion rupiah, IRR 12,05% with payback period during 7,20 years.

Key word : Hydropower, discharge, submerged bucket type, penstock, economic feasibility

PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangan

jaman kebutuhan akan energi

utamanya listrik semakin meningkat

karena hal tersebut seiring dengan

meningkatnya jumlah penduduk,

perkembangan di sektor industri dan

kemajuan di bidang teknologi.

Namun peningkatan kebutuhan akan

energi ini tidak sebanding dengan

ketersediaan sumber daya yang

biasanya digunakan seperti minyak

bumi dan batubara yang merupakan

energi yang tak terbarukan.

Di Indonesia pada tahun 2015 ini

sedang menerapkan berbagai upaya

untuk meningkatkan energi, yaitu

melalui Program 35.000 megawatt

pemerintah berkomitmen untuk

menciptakan kemandirian energi

Indonesia, dengan pemanfaatan

secara optimal potensi energi baru

dan terbarukan yang didukung

dengan adanya Keputusan Menteri

No.74K/21/MEM/2015 tentang

Pengesahan Rencana Usaha

Penyediaan Tenaga Listrik PT PLN

(Persero) Tahun 2015-2024. Maka

dari itu, untuk mendukung

keberhasilan program pemerintah ini

diperlukan upaya memaksimalkan

pengembangan produksi energi

dengan memanfaatkan sumber daya

terbarukan salah satunya dengan

Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro

(PLTM). Sungai Citarum berada di

DAS Citarum Hulu tepatnya di sub

DAS Cirasea dan secara administrasi

berada di Desa Sukapura Kecamatan

Kertasari, Kabupaten Bandung,

Provinsi Jawa Barat berpotensi untuk

dibangun PLTM ROR (Run of River).

Konsep PLTM ROR adalah

memanfaatkan aliran sungai langsung

tanpa menampungnya disebuah

tampungan (waduk). Untuk dapat

dibangun dan termanfaatkan maka

perlu adanya studi untuk mengetahui

kelayakan secara teknis maupun

ekonomi.

PUSTAKA DAN METODOLOGI

Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro

Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro

(PLTM) diklasifikasikan sebagai

pembangkit listrik tenaga air dengan

kapsitas antara 200 kW sampai dengan 10

MW per unit (Agus Sugiyono,2009).

Pada pemanfaatan dam kecil yang

didesain dengan beberapa tipe turbin

khusus dengan unit kecil dan dihubungkan

dengan generator yang berada diluar

penutup dapat dikatakan sebagai

pembangkit listrik minihidro (Mosonyi,

1987:121).

Klasifikasi PLTM

Ditinjau dari cara membendung air,

PLTM dapat dikategorikan menjadi dua

macam:

1) PLTM run of river yaitu air sungai di

hulu dibelokkan dengan menggunakan

dam yang dibangun memotong air

sungai, air sungai kemudian diarahkan

ke bangunan PLTM kemudian

dikembalikan ke aliran semula di hilir.

Gambar 1. PLTM Type Run off River

Sumber:https://aliefworkshop.wordpress.com/

2) PLTM dengan kolam tandon

(reservoir) yaitu aliran air sungai

dibendung dengan menggunakan

kemudian baru air dialirkan ke PLTM.

Gambar 2. PLTM Type Reservoir

Sumber:https://aliefworkshop.wordpress.com/

Kajian Hidrologi Perencanaan

PLTM

a. Uji Homogenitas Data

Sebelum data hujan dipakai

terlebih dahulu harus melewati

pengujian untuk homogenitas data

tersebut. Metode yang digunakan

adalah RAPS (Rescaled Adjusted

Partial Sum) (Buishand, 1982).

Tujuan dari uji ini adalah untuk

mengetahui tingkat homogen dari

data yang diperoleh, karena tidak

semua data mengandung ketelitian

dan keakurasian.. Rumus dari metode

RAPS adalah :

00

*S (1)

k

i i YYk

S1

* (2)

dengan k = 1,2,3,......,n

yD

kS

kS

*

** (3)

n

YY

yD

k

i i

2

12

(4)

Q = maks | k

S**

| 0 ≤ k ≤ n (5)

R = maks k

S**

- min k

S**

(6)

dengan:

Q = atribut dari besarnya sebuah

nilai statisti Pers.(5)

R = atribut dari besarnya sebuah

nilai statisti Pers.(6)

kS

* = hujan (X) – hujan rerata (

X )

yD

2= nilai kuadrat

kS

* dibagi

dengan jumlah data

kS

**= nilai kuadrat

kS

* dibagi

dengan Dy

b. Uji Abnormalitas Data

Uji yang digunakan adalah uji Inlier-

Outlier, di mana data yang menyimpang

dari dua batas ambang, yaitu ambang

bawah (XL) dan ambang atas (XH) akan

dihilangkan. Rumus dari uji Inlier-Outlier

adalah :

XH = Exp. (Xrerata + Kn . S) (7)

XL = Exp. (Xrerata - Kn . S) (8)

dengan:

XH = nilai ambang atas

XL = nilai ambang bawah

Xrerata = nilai rata-rata

S = simpangan baku dari logaritma

terhadap data

Kn = besaran yang tergantung pada

jumlah sampel data

N = jumlah sampel data

c. Analisa Hujan Rancangan

Untuk analisa hujan rancangan ini

distribusi yang digunakan adalah

distribusi Log Pearson III dengan kala

ulang yang telah ditentukan. Ditribusi ini

dipilih dengan pertimbangan bahwa cara

ini lebih fleksibel dan dapat dipakai untuk

semua sebaran data.

d. Uji Kesesuaian Distribusi

Uji Smirnov Kolmogorov

Uji Smirnov-Kolmogorov ini akan

membandingkan harga maks dengan

suatu harga kritis yang ditentukan

berdasarkan jumlah data dan batas nilai

simpangan data. Bila maks < kritis,

hipotesa tersebut dapat diterima

Uji Chi Square

Langkah-langkahnya adalah:

1) Menghitung selisih data curah hujan

(Xt) dengan nilai data curah hujan hasil

pengamatan (Xe).

2) Selisih tersebut dikuadratkan lalu

dibagi nilai tiap tahunnya kemudian

dijumlahkan untuk beberapa tahun.

Nilai ini disebut X2 hit.

3) Harga X2hit dibandingkan dengan

harga X2Cr dari tabel Chi Kuadrat

dengan dan jumlah data (n) tertentu.

Apabila X2hit < X2Cr maka hipotesa

distribusi dapat diterima.

e. Intensitas Curah Hujan

Koefisien Pengaliran

Koefisien pengaliran (C) adalah

perbandingan antara jumlah air yang

mengalir di suatu daerah akibat

turunnya hujan dengan jumlah air

hujan yang turun di daerah tersebut.

Distribusi Curah Hujan

Analisa hujan rancangan ini

menggunakan Mononobe. Sebaran

hujan jam-jaman dipakai model

monobe, dengan rumus : 3/2

24

T

t

t

RRt

(9)

dengan :

Rt = intensitas hujan hujan rata-rata

dalam T jam (mm)

R24= curah hujan efektif dalam satu

hari (1 mm)

t = lamanya hujan dalam sehari

(diambil 6 jam)

T = waktu konsentrasi hujan

Aliran Dasar

Aliran dasar dapat diperoleh

dengan persamaan debit aliran dasar

(QB), dengan variabel luas DAS dan

kerapatan jaringan sungai, dengan

persamaan berikut (Harto, 1993:168):

QB= 0,4751 x A0,6444 x D0,9430 (10)

D= LN / A (11)

dengan:

QB = aliran dasar

A = luas DAS

D = kerapatan jaringan kuras, jumlah

panjang sungai semua tingkat

tiap satuan luas

LN = panjang sungai semua tingkat

Analisa Debit Rancangan

Untuk menghitung debit banjir

rancangan digunakan metode

Hidrologi Satuan Sintesis Nakayassu.

Rumus yang dihasilkannya adalah

sebagai berikut (Soemarto,1999:100):

)3,0(6,3

.

3,0TTp

RoCAQp

(12)

dengan :

Qp = debit puncak banjir (m3/dt)

Ro = hujan satuan (mm)

Tp = tenggang waktu dari permulaan

hujan sampai puncak banjir (jam)

T0,3 = waktu yang diperlukan oleh

penurunan debit, dari puncak

sampai 30% dari Qp(jam)

CA = luas daerah aliran sungai (km2)

Debit Andalan

Dalam perencanaan PLTM ini,

dikarenakan minimalnya data maka

metode perhitungan debit andalan

menggunakan metode simulasi

perimbangan air dari Dr. F.J. Mock, yang

didahului perhitungan Evapotranspirasi

Potensial. Sedangkan untuk pemilihan

debit andalan yang nantinya akan

dijadikan debit pembangkit, pada studi ini

digunakan FDC (Flow Duration Curve).

Analisa Hidrolika dan Dimensi

Banguanan

Bendung

Bendung pada yang digunakan pada

studi ini merupakan bendung tetap.

Berikut ini adalah persamaan untuk

menghitung debit yang melewati mercu:

Q = 5,1HeBeCd (13)

dengan:

Q = debit (m3/dt)

Cd = koefisien debit limpahan untuk tinggi

tekan rencana

He = tinggi energi di atas mercu (m)

Be = lebar efektif bendung (m)

Kolam Olak

Berikut merupakan tipe peredam

energi:

1) USBR Tipe I

Syarat : Bilangan Froude (Fr) < 4,5

2) USBR Tipe II

Syarat : (q) >45 m3/dt/m ; (Fr) > 4,5

3) USBR Tipe III

Syarat : (q) < 18,5 m3/dt/m ; (Fr) > 4,5

4) USBR Tipe IV

Syarat : Bilangan Froude (Fr) 2,5 – 4,5

5) Peredam Energi Tipe Bak Tenggelam

Syarat : Kedalaman hilir sangat besar

dibanding kedalaman normal hilir.

Bangunan Pengambilan (Intake)

Pintu yang digunakan pada intake

ini merupakan pintu sorong,

persamaannya adalah sebagai berikut:

Q = hgbaK 2 (14)

dengan:

Q = debit (m3/det)

K = factor aliran tenggelam

= koefisien debit

a = bukaan pintu (m)

b = lebar pintu (m)

g = percepatan gravitasi 9,81 (m/det2)

h= kedalaman air didepan pintu diatas

ambang (m)

Kantong Lumpur

Untuk merencanakan kantong

lumpur terdapat berbagai macam

persamaan salah satunya dengan

menggunakan metode kriteria

perencanaan PU, KP – 02.

Persamaannya adalah sebagai

berikut:

desainQA (15)

dengan:

A = Luas kantong lumpur (m2)

Qdesain = Debit desain kantong

lumpur (m3/detik)

=Kecepatan endap sedimen (m/dt)

Sebagai kontrol dimensi kantong

sebaiknya sesuai dengan kaidah

bahwa 8B

L (Anonim/KP – 02,

1986:167), untuk mencegah aliran

tidak meander di dalam kantong

lumpur. Kecepatan di kantong lumpur

mempunyai kriteria dimana kecepatan

aliran v diantara 0,3 – 0,65 m/dt.

Saluran Pembawa (waterway)

Debit yang melalui suatu saluran

dihitung sebagai berikut:

Q = AV (16)

Kecepatan diperoleh dengan

formula Manning – Strickler:

V = SRn

3 21

(17)

dengan:

Q = debit (m3/dt)

V = kecepatan rata-rata (m/dt)

R = jari-jari hidrolik (m)

S = kemiringan dasar saluran

n = koefisien kekasaran

Bak Penenang (Headpond)

Headpond diusahakan untuk

memiliki tampungan sebesar debit operasi

dikalikan dengan waktu 2 - 3 menit atau

120 - 180Qp untuk menjaga kestabilan

turbin akibat regulasi governor

(AHEC,2011).

Pipa Pesat (Penstock)

Persamaan diameter penstock

adalah sebagai berikut:

1. Warnick’s formula (1984)

63,0

0,430,72

Hr

PD (18)

2. Bier (1945) 466,0

176,0

Hr

PD (19)

3. Sarkaria’s formula (1979)

65,0

35,0

62,0H

PD (20)

4. Moffat’s formula (1990)

60,0

0,4352,0

Hr

PD (21)

5. USBR (1986)

25,0

0,5517,1

Hr

QD (22)

6. Flashbusch (1987)

12,0

0,4512,1

Hr

QD (23)

dengan :

P = daya yang dihasilkan (kW)

Hr = tinggi jatuh efektif (m)

Persamaan tebal penstock adalah

sebagai berikut (NTNU, Norway):

CsDi

p

t

2 (24)

dengan :

t = tebal penstock (m)

p = tekanan pada penstock (Mpa)

Di = diameter penstock (m)

Cs = coefficient of safety (1,2)

σ = stresses in the pipe material

(206 Mpa)

Kehilangan tinggi (Headloss)

Headloss yang diperhitungkan

antara lain pada trash rack, intake

bendung, feder canal, kantong

lumpur, waterway, belokan

waterway, headpond, trash rack

headpond, inlet headpond menuju

penstock, gesekan di sepanjang pipa

penstock, percabangan pipa penstock,

belokan pipa pada penstock,

perubahan diameter pipa penstock,

gesekan di sepanjang pipa penstock

setelah percabangan, main intake,

valve (butterfly valve), spiral casing

turbin, draft tube, dan tail race.

Tinggi Jatuh Efektif

Persamaan tinggi jatuh efektif

(Heff) adalah sebagai berikut:

effH = )( 3.12.11.1 HHHH gross (25)

effH = )( Lgross HH (26)

dengan:

Heff = tinggi jatuh efektif (m)

H1.1 = kehilangan tinggi dari intake

sampai ke headpond (m)

H1.2 = healoss dari headpond sampai

penstock (m)

H1.3 = kehilangan tinggi dari turbin

sampai ke tail race (m)

Hgross = tinggi jatuh kotor (m)

Turbin dan Generator

Nilai kecepatan spesifik turbin

(NQE’) dengan persamaan berikut

(Celso, 2004:169) turbin Francis:

NQE’ = 512,0

924,1

H (27)

dengan:

H = tinggi jatuh efektif (m)

Kecepatan sinkron generator

sama dengan kecepatan putar turbin

sehingga kecepatan sinkron generator

dihitung sebagai berikut:

p = '

120

N

f (28)

Kavitasi dan titik pusat turbin

Penentuan titik berat turbin atau

elevasi pusat turbin dapat dinyatakan

dalam persamaan berikut (Celso,

2004:169):

Z = 2

)( 3DHsTWL (29)

dengan:

Z = titik pusat turbin (m)

TWL = elevasi tail water level (m)

Hs = tinggi hisap turbin (m)

D3 = diameter runner (m)

Untuk mengontrol kavitasi

digunakan koefisien thoma kritis (σc)

dihitung dengan menggunakan fungsi

kecepatan spesifik dengan persamaan

berikut: (turbin francis)

σc = 1,2715 . NQE1,41 +

gH

v

2

2

(30)

dengan:

σc = koefisien kritis thoma

NQE = kecepatan spesifik

Kavitasi akan terjadi pada σ = σcrit.

Besar kavitasi aktual dapat dihitung

dengan persamaan berikut (Patty,

1995:100):

effH

HsHwHa (31)

dengan:

σ = kavitasi

Ha = tekanan atmosfir (m)

Hw = tekanan uap air disebelah bawah

sudu rotor atau pada bagian atas

pipa lepas (m)

Hs = tinggi hisap atau draft head (m)

Heff = tinggi jatuh air efektif (m)

Daya dan Energi

Daya dapat dihitung dengan

persamaan (Arismunandar, 2004:19):

Daya Teoritis= 9,81 x Q x Heff (32)

Daya Turbin= 9,81 x ηt x Q x Heff (33)

Daya Generator = 9,81 x ηg x ηt x Q x Heff (34)

dengan:

ηt = efisiensi turbin

ηg = efisiensi generator

ρ = massa jenis air = 1000 (kg/m3)

Q = debit pembangkit (m3/dt)

Heff = tinggi jatuh efektif (m)

Produksi energi tahunan dihitung

berdasarkan tenaga andalan. Berikut

persamaannya:

E = 9,8 x H x Q x η x 24 x n

= P x 24 x n (35)

dengan:

E = energi tiap satu periode (kWH)

H = tinggi jatuh efektif ( m )

Q = debit outflow (m3/dtk)

η = efisiensi turbin

n = jumlah hari dalam satu periode

Analisa Ekonomi Analisa ekonomi dilakukan

untuk mengetahui kelayakan suatu

proyek dari segi ekonomi. Dalam

melakukan analisa ekonomi

dibutuhkan dua komponen utama

yaitu: cost (komponen biaya) dan

benefit (komponen manfaat dari

energi tahunan dan tarif dasar listrik

yang berlaku). Indikator kelayakan:

1) BCR (Benefit Cost Ratio)

Jika BCR > 1 maka proyek

dikatakan layak.

biaya dari

manfaat dari

PV

PVBCR (36)

dengan :

PV = Present value

BCR = Benefit Cost Ratio

2) NPV (Net Present Value)

Suatu proyek dikatakan ekonomis

dan layak dibangun apabila NPV

bernilai + (positif) atau NPV > 0.

NPV = PV Benefit – PV Cost (37)

dengan :

PV = Present value

3) IRR (Internal Rate of Return)

'""'

'' II

NPVNPV

NPVIIRR

(38)

4) Analisa Sensitivitas

- Cost naik 10% benefit tetap

- Cost turun 10% benefit tetap

- Benefit naik 10% cost tetap

- Benefit turun 10% cost tetap

- Cost naik 10% benefit turun 10%

- Cost turun 10% benefit naik 10%

5) Payback Periode

PB = manfaat

P&O biaya modal biaya (39)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Debit Rancangan

Berikut hasil analisa debit rancangan:

- Q25th = 388,030 m3/dt

- Q50th = 488,476 m3/dt

- Q100th = 600,307 m3/dt

- Q1000th = 1216,447 m3/dt

Debit Andalan

Debit andalan di dapatkan dari

pembangkitan data hujan menjadi data

debit menggunakan metode FJ.Mock.

Debit yang dipilih untuk debit pembangkit

PLTM di sungai Citarum Hulu adalah

debit dengan keandalan 30%-60%

(Colorado Small Hydropower Handbook,

2007). Sehingga berdasarkan hal tersebut

maka debit yang dipilih merupakan debit

andalan Q40 yaitu sebesar 3,551 m3/dt.

Analisa Hidrolika dan Dimensi

Bangunan

Bendung

Bendung yang digunakan

merupakan bendung tetap, dengan tipe

mercu bulat. Berikut merupakan dimensi

bendung:

Debit desain Q50th = 488,476 m3/dt

Lebar bendung = 22,00 m

Tinggi bendung = 3,00 m

Tinggi dinding bendung = 11,00 m

Elevasi lantai bendung = + 1220,00 m

Kolam olak

Lokasi rencana bendung Citarum

mempunyai material berupa batu-batu

yang cukup besar, dimana diperkirakan

banjir sungai akan mengangkut batu-batu

bongkah / boulder yang akan dapat

merusak lantai apron hilir maupun dasar

sungai di hilir bendung, maka kolam olak

bendung Citarum direncana peredam

energi tipe bak tenggelam (submerged

bucket type).

Jari-jari Kelengkungan (R) = 6,00 m

Analisa Dimensi Bangunan Hantar

Intake

Dasar intake di rencanakan lebih

tinggi 1 m dari dasar bendung (+1221 m).

- Debit desain (1,1× Qp) = 3,901 m3/dt

- Lebar Intake = 3,00 m

- Jumlah pintu =2buah @ 1,10 m

- Tinggi pintu = 10 m

Perhitungan kapasitas 1 pintu:

Q = 12 hgbaK

= 00,281,921,15,0570,01

= 1,964 m3/detik

Gambar 3. Rating curve pintu

Sumber: Hasil Perhitungan

Feeder Canal

Berfungsi untuk menyalurkan air

menuju saluran setelahnya, yang

dalam perencanaan ini digunakan

untuk menyalurkan air ke kantong

lumpur. Berikut dimensinya:

- Lebar saluran = 2,50 m

- Debit desain = 3,551 m3/dt

- Kedalaman air = 1,42 m

Kantong lumpur

Q desain = 3,906 m3/det

Kecepatan endap (w) = 0,015 m/dt

L.B = Q / W

= 3,906 / 0,015

= 260,38 m2

Jika lebar direncanakan B= 5 m,

maka L≈ 52 m.

Sebagai kontrol bahwa 8B

L

untuk mencegah aliran tidak meander

di dalam kantong 40,1000,5

00,52 OK!

Pembilasan kantong lumpur

direncanakan seminggu sekali, maka

kantong lumpur direncanakan dapat

menampung sedimen selama 1

minggu. Kadar lumpur 0,001 %.

T = 7.24.60.60 = 604800 detik

V = TlumpurkadarQp

= 3,906 × 0,001% × 604800

= 236,22 m3

Saluran Pembawa (Waterway)

Berikut merupskan dimensi dari

saluran pembawa:

- Debit desain (1,1× Qp) =3,901 m3/dt

- Lebar saluran pembawa = 2,90 m

- Panjang waterway = 2040,00 m

Bak Penenang (Headpond)

Headpond diusahakan untuk

memiliki tampungan sebesar debit operasi

dikalikan dengan waktu 2 - 3 menit atau

120 – 180 Qp untuk menjaga kestabilan

turbin akibat regulasi governor

(AHEC,2011), sehingga persamaan untuk

perencanaan volume tampungan

headpond adalah sebagai berikut :

Volume Tampungan Cadangan = Q180

= 639,12 m3

Vol. tampungan cadangan desain

(V) = HdcLB

= 2556 = 3660 m

Karena V > Volume Cadangan maka cukup

Pipa Pesat (Penstock)

Tabel 1. Diameter Pipa dan Kecepatan aliran

Untuk diameter pipa pesat sekunder

(setelah pipa utama (panjang 340) pipa

menjadi 2 cabang, dengan panjang per

pipanya 50 m) berikut perhitungannya:

V

QD 2

4

1

14,3

78,14

D = 0,848 m ≈ 0,85 m.

Untuk tebal pipa pesat adalah sebesar 9

mm (persamaan NTNU Norway). Dari

tebal pipa maka material pipa yang dipilih

(Technical Standards for Gates and

Penstocks, HGPA) adalah Steel Pipe

SM50Y (ketebalan 25 mm).

D 1.0 Q

(m) V (m/det)

: 1,2 3,12

: 0,88 5,84

: 1,08 3,89

: 1,01 4,47

: 0,85 6,26

: 1,11 3,68

D rata - rata : 1,02 4,33

D minimum : 0,85 6,23

D maksimum : 1,2 3,12

Direncanakan diameter penstock utama 1,2 3,14

Persamaan

Warnick et al (1984)

Bier (1945)

Sarkaria (1979)

Moffat et al (1990)

USBR (1986)

Falshbusch (1987)

Saluran Pembuang (Tail Race)

Dimensi saluran pembuang

adalah sebagai berikut:

- Debit pembangkit (Qp)=3,551m3/dt

- Debit desain (1,0× Qp)=3,551 m3/dt

- El.ambang tail race = + 1086,45 m

Tabel 2. Tinggi Muka Air berdasarkan

Variasi Debit

Kehilangan Tinggi (Headloss)

Tabel 3. Rekapitulasi Headloss

Tinggi Jatuh Efektif

Persamaan yang digunakan

dalam perhitungan tinggi jatuh efektif

adalah sebagai berikut:

effH = )( Lgross HH

= 133,48 – 6,80

= 126,68 m

Turbin dan Generator

Gambar 3. Pemilihan turbin

Klafisikasi turbin berdasarkan Heff

sebesar 126,68 m dan daya 4 MW

maka turbin Francis yang dipilih

dengan sumbu horisontal karena

sumbu horisontal dipilih apabila daya

yang dihasilkan < 10 MW.

Kecepatan Spesifik Turbin

Data yang diperlukan antara lain

sebagai berikut:

- Heff = 126,68 m

- Qturbin = 3,551 m3/detik

- Q1 turbin = 1,78 m3/detik

Untuk perhitungan kecepatan spesifik

dan putar turbin menurut Schweiger dan

Greory dalam Pache, 2004 kecepatan

spesifik coba-coba (trial specific speed)

turbin francis dihitung sebagai berikut:

1. Kecepatan Spesifik

NQE’ = 512,0

924,1

H=

512,088,126

924,1 = 0,1613

2. Kecepatan putar turbin

n =

5,0

75,0

'Q

HgN

eff

QE

Q 1 turbin.

=

5,0

75,0

78,1

68,12681,916,0

= 25,34 t/s

N’ = 60n

= 6034,25 = 1520,24 rpm

Pada studi ini turbin direncanakan

menggunakan generator tipe sinkron

dengan frekuensi 50 Hz maka kecepatan

sinkron generator sama dengan kecepatan

putar turbin, sehingga kecepatan sinkron

generator dihitung sebagai berikut:

p = '

120

N

f=

24,1520

50120 = 3,947

Dikarenakan nilai kutub generator (p)

harus memiliki nilai genap dan tidak

berbentuk bilangan desimal maka dipilih

alternatif jumlah kutub yang mendekati

dengan hitungan tersebut. Sehingga

perhitungan kcepatan putar terkoreksi

adalah sebagai berikut:

p = 4 pole

N’ = p

f120=

4

50120

=1500 rpm

'QEN = 75,0

5,0

60

'

effHg

QN

= 75,0

5,0

68,12618,9

78,1

60

1500

= 0,159

Titik Pusat turbin

Data perencanaan sebagai berikut:

Elevasi TWL = + 1087,10

Heff = 126,68 m

NQE = 0,159

Suhu Air = 20˚C

Tekanan Atm = 87234,22 Pa

Tekanan Uap Air (Pw) = 2333,92 Pa

Berat Jenis air (ρ) = 1000 kg/m3

Percepatan gravitasi (g) = 9,81 m/dt2

Kec. Setelah runner = 2 m/dt

Berikut ini adalah perhitungan

titik pusat turbin:

Koef. Thoma kritis (σc)

σc = gh

VNQE

22715,1

241,1

= 0,097

Tinggi Hisap kritis (Hs)

Hs = eff

2

H2

g

V

g

PP vatm

= -3,41 m

Nilai minus dari perhitungan

menunjukkan bahwa posisi turbin

berada di bawah elevasi TWL

(tenggelam). Kavitasi akan terjadi

nilai tinggi hisap (Hs) berada pada

nilai diatas -3,41 m, jadi untuk

keamanan direncanakan Hs -3,80 m.

Kavitasi juga terjadi apabila elevasi

titik pusat turbin rencana lebih besar

dibandingkan dengan elevasi titik

pusat turbin yang diizinkan. Untuk

mencegah hal tersebut maka

penentuan elevasi titik pusat turbin

adalah sebagai berikut (Celso, 2004):

Elevasi titik pusat turbin yang

diizinkan

Z= 2

)( 3

2,0

DHsTWL Q

Z= 2

44,0)80,3(67,1086

= +1083,04 m

Maka, elevasi titik pusat turbin

ditempatkan lebih redah dibanding

elevasi titik pusat turbin yang

diizinkan, yaitu +1082,50 m.

Daya dan Energi

Perhitungan daya, diselesaikan dengan

persamaan sebagai berikut:

1. Daya teoritis (desain)

Pdesain = 9,81 × Q × Heff

= 9,81 × 3,551 × 126,68

= 4412,4488 kW = 4,41 MW

2. Daya turbin

Pturbin = 9,81 × ηt × Q × Heff

= 9,81 × 0,9397 × 3,551 × 126,68

= 4146,3782 kW = 4,14 MW

3. Daya generator

Pg = 9,81 × ηg × ηt × Q × Heff

= 9,81 × 0,965 × 0,9397 × 3,551 × 126,68

= 4001,255 kW = 4,00 MW

Untuk perhitungan energi PLTM

Citarum Hulu ini, terlebih dahulu

dilakukan optimasi dengan mencoba-coba

aliran debit pada kapasitas terpasang

berdasarkan available discharge (debit

yang tersedia pada probabilitas tertentu)

dengan mempertimbangkan kerja turbin

yaitu operasi maksimum 100% dan

minimim 40% dari debit desain untuk 1

turbin. Optimasi energi ini nantinya akan

menghasilkan produksi energi tahunan

kaerena probabilitas pada optimasi ini

adalah probabilitas dalam 1 tahun. Dalam

perhitungan optimasi pada studi ini

menggunakan 2 cara, yang nantinya akan

dibandingkan. Cara yang digunakan

antara lain optimasi yang berdasarkan

debit sungai (debit tanpa compensation

flow) dan optimasi dengan compensation

flow. Compensation flow merupakan debit

dengan probabilitas 90%-95% sebagai

debit antisipasi yang diperlukan

(ESHA,2004). Energi yang dihasilkan

debit tanpa compensation flow sebesar

20,23 GWh sementara untuk debit dengan

compensation flow sebesar 16,41 GWh.

Analisa Ekonomi

Parameter yang digunakan dalam

perhitungan analisa kelayakan ekonomi

pada studi ini adalah BCR, NPV, IRR,

Analisa sesnsitivitas dan Payback

Periode dengan usia guna bangunan 20

tahun. Besarnya parameter tersebut

adalah sebagai berikut:

Tabel 4. Perbandingan Debit tanpa Compensation Flow dan Debit dengan Compensation

Flow No. River Flow Compensation Flow

1 Energi 20235529,49 kWh Energi 16407050,53 kWh

2 Capacity Factor (CF) 57,73% Capacity Factor (CF) 46,81%

Analisa Ekonomi

3 River Flow Compensation Flow

O&P (1%) Rp 1.048.886.000,00 O&P (1%) Rp 1.048.886.000,00 PPN (10%) Rp 11.537.745.000,00 PPN (10%) Rp 11.537.745.000,00

Total Cost Rp 126.915.195.000,00 Total Cost Rp 126.915.195.000,00

4 Benefit (Suku Bunga 6,5%) Rp 260.501.589.000,00 Benefit (Suku Bunga 6,5%) Rp 211.215.760.000,00

5 B/C 1,78 B/C 1,44

6 NPV Rp 113.765.992.000,00 NPV Rp 64.479.768.000,00

6 IRR 15,77% IRR 12,05%

7 Analisa Sensitivitas Analisa Sensitivitas

B/C B-C IRR B/C B-C IRR

Kondisi 1 1,61 Rp 99.091.998.000 14,02% Kondisi 1 1,31 Rp 49.806.169.000 10,44%

Kondisi 2 1,97 Rp128.439.197.000 16,21% Kondisi 2 1,60 Rp 79.153.368.000 13,14%

Kondisi 3 1,95 Rp139.815.756.000 16,11% Kondisi 3 1,58 Rp 85.601.344.000 13,03%

Kondisi 4 1,60 Rp 87.715.439.000 13,85% Kondisi 4 1,30 Rp 43.358.192.000 10,27%

Kondisi 5 1,45 Rp 73.041.840.000 12,14% Kondisi 5 1,18 Rp 28.684.593.000 8,81%

Kondisi 6 2,17 Rp154.489.356.000 17,15% Kondisi 6 1,76 Rp 100.274.943.000 14,17%

8 Payback Period 5,84 Tahun Payback Period 7,20 Tahun

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Berdasarkan hasil dari

pembahasan yang telah dilakukan

dengan memperhatikan rumusan

maslah, maka dapat disimpulkan

sebagai berikut:

1. Dalam perhitungan debit andalan

pada perencanaan PLTM Citarum

Hulu didapatkan debit andalan

dengan probabilitas 40% (Q40)

sebesar 3,551 m3/detik. Berikut

hasil analisa debit rancangan:

- Q25th = 388,030 m3/dt

- Q50th = 488,476 m3/dt

- Q100th = 600,307 m3/dt

- Q1000th = 1216,447 m3/dt

2. Berdasarkan analisa hidraulika

dari pembahasan yang telah

dilakukan, besarnya dimensi

setiap bangunan air pada PLTM

Citarum Hulu adalah:

a. Bendung (Weir)

(Q50th) = 488,476 m3/dt

Lebar bendung = 22,00 m

Tinggi bendung = 3,00 m

Tinggi dinding bendung = 11m

Peredam Energi = Bak tenggelam

El dasar bendung = +1220,00 m

b. Pintu (Intake)

Debit desain (1,1× Qp) = 3,901 m3/dt

Lebar Intake = 3,00 m

Jumlah pintu =2buah @ 1,10

Tinggi pintu = 10 m

El. Dasar intake = +1221 m

c. Feeder Canal

Lebar saluran = 2,50 m

Debit desain = 3,551 m3/detik

Kedalaman air = 1,42 m

d. Kantong Lumpur

Debit pembangkit (Qp) = 3,551 m3/dt

Debit desain (1,1× Qp) = 3,901 m3/dt

Lebar kantong lumpur = 5,00 m

Panjang kantong lumpur = 52,00 m

e. Saluran pembawa (Waterway)

Debit pembangkit (Qp) = 3,551 m3/dt

Debit desain (1,1× Qp) = 3,901 m3/dt

Lebar saluran pembawa = 2,90 m

Panjang waterway = 2040 m

f. Bak penenang (Headpond)

Debit pembangkit (Qp) = 3,551 m3/dt

Debit desain (1,1× Qp) = 3,901 m3/dt

Lebar headpond = 6,00 m

Panjang headpond = 55,00 m

Volume headpond = 660 m3

g. Saluran pembuang (Tail race)

Debit pembangkit (Qp) = 3,551 m3/dt

Debit desain (1,1× Qp) = 3,901 m3/dt

El. ambang tail race = + 1086,45 m

h. Total panjang pipa pesat

(penstock) direncanakan dengan

total panjang 390 m, 340 m untuk

pipa utama dengan diameter 1,20

m dan 50 m untuk panjang pipa

sekunder dengan diameter 0,85 m,

seluruh pipa mempunyai

ketebalan 9 mm dengan kecepatan

aliran 3,14 m/detik. Jenis pipa

pesat (penstock) adalah Steel Pipe

SM50Y, dengan spesifikasi

tegangan sebagai berikut:

Tensile Stess = 2000 Kgf/cm2

Compressive Stress=2000 Kgf/cm2

Shearing Stress = 1150 Kgf/cm2

Bearing Stress = 3400 Kgf/cm2

3. PLTM Citarum Hulu mempunyai

gross head (Hgross) 133,48 m,

dengan kehilangan tinggi (HL)

sebesar 6,80 m, sehingga

didapatkan tinggi jatuh efektif

(Heff) 126,68 m.

4. Klafisikasi turbin berdasarkan

Heff sebesar 126,68 m dan dengan

daya sebesar 4 MW maka turbin

yang digunakan adalah turbin

Francis sumbu horisontal karena

sumbu horisontal dipilih apabila

daya yang dihasilkan < 10 MW.

5. Besarnya daya listrik yang

dihasilkan PLTM Citarum Hulu

adalah sebesar (2×2 MW) dan

berdasarkan perhitungan

optimasi energi tahunan

didapatkan energi sebesar 20,23

GWh untuk perhitungan

bedasarkan debit sungai (river

flow) dan 16,40 GWh untuk debit

dengan compensation flow yang

masing-masing mempunyai nilai

capacity factor (CF) sebesar

57,73% dan 46,81%. Dimana

capacity factor (CF) merupakan

tingkat keberhasilan kinerja hari

operasional debit pembangkit.

6. Hasil dari analisa ekonomi

terlampir pada tabel 4. Baik secara

teknis maupun ekonomi PLTM

Citarum ini dinyatakan layak.

Saran

Agar PLTM Citarum Hulu ini dapat

terealisasikan, penulis memberikan saran

sebagai berikut:

1. Perlu adanya keseriusan dari pihak

pemerintah baik pemerintah

daerah maupun pusat untuk

mendukung pembangunan PLTM

Citarum Hulu ini.

2. Diharapkan potensi tersebut dapat

menggerakkan ekonomi dalam

negeri, dengan memanfaatkan

produsen peralatan dalam negeri.

3. Perlunya konsep pembangunan

berkelanjutan (sustainable

development) yaitu dengan upaya

melibatkan semua pihak

(pemerintah dan masyarakat)

untuk menjaga kelestarian DAS

Citarum, agar ketersediaan debit

airnya tetap terjaga. N

DAFTAR PUSTAKA

Alief. 2014. Pembangkit Listrik Tenaga

Minihidro.https://aliefworkshop.wordp

ress.com/tag/run-off-river/ (diakses

tanggal 1 Oktober 2015)

Alternate Hydro Energy Center. 2011.

Standards/Manuals/Guidelines For

Small Hydro Power Development

Version 2. India: Indian Institute of

Technology Roorkee.

Anonim. 1986 . Standar Perencanaan

Irigasi (Kriteria Perencanaan 02).

Bandung: CV. Galang Persada.

Anonim. 1986. Standar Perencanaan

Irigasi (Kriteria Perencanaan 04).

Bandung: CV. Galang Persada.

Anonim. 2005. RETScreen Engineering &

Cases Textbook.. Kanada: RETScreen

International.

Penche Celso. 2004. Guidebook on How

to Develop a Small Hydro Site. Belgia:

ESHA (European Small Hydropower

Association).

Ramos, Helena. 2000. Guidelines For

Design Small Hydropower Plants.

Irlandia : WREAN (Western Regional

Energy Agency & Network) and

DED (Department of Economic

Development).