STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK …pengairan.ub.ac.id/wp-content/uploads/2017/01/Studi-Perencanaan... · kecepatan putar turbin dan generator, kavitasi, ... Dari analisa ekonomi

STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR (PLTA) DI

SUNGAI SIBUNDONG UPPER KABUPATEN TAPANULI UTARA PROVINSI

SUMATERA UTARA

Nadia Ulfah1, Suwanto Marsudi2, Pitojo Tri Juwono2

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

[email protected]

ABSTRAK

Bertambahnya jumlah penduduk mengakibatkan krisis energi listrik khususnya di wilayah Sumatera

Utara, karena terbatasnya sumberdaya yang takterbarukan maka dicari alternatif lain untuk menanggulangi

krisis listrik tersebut, maka dimanfaatkan aliran sungai Sibundong yang berpotensi besar untuk dijadikan PLTA

yang nantinya diharapkan bisa mengatasi krisis energi listrik di Sumatera Utara.

Studi ini dilakukan untuk mengetahui besarnya debit andalan yang digunakan untuk keperluan

pembangkit PLTA dan untuk mendesain bangunan hantar PLTA mulai dari intake, kantong lumpur, waterway,

headpond, penstock dan tail race, selain itu debit andalan juga digunakan untuk menghitung dimensi turbin,

kecepatan putar turbin dan generator, kavitasi, elevasi pusat titik turbin dan menghitung daya dan energi yang

di hasilkan tiap tahun dan bagaimana hasil analisa ekonomi apakah PLTA Sibundong Upper layak untuk

dibangun atau tidak, analisa ekonomi dalam studi ini menggunakan parameter BCR, NVP, IRR, Analisa

Sensitivitas dan Payback Period.

Dari analisa perhitungan yang dilakukan, menggunakan debit andalan 60% (Q60) sebesar 13,04 m3/det

dan didapatkan tinggi jatuh efektif sebesar 143,86 m. Dengan debit andalan dan tinggi jatuh tersebut PLTA

direncanakan menggunakan turbin Francis dengan poros horizontal dan didapatkan daya sebesar 2 x 8,04 MW

dan energi sebesar 83,96 GWh pertahun dengan nilai Capacity Factor (CF) sebesar 59,59%. Penstock

direncanakan dengan panjang 470 m dengan adanya percabangan, penstock utama berdiameter 2m dengan

panjang 420 m, penstock cabang berdiameter 1,4 m dengan panjang 50 m dengan ketebalan penstock 21 mm.

Dari analisa ekonomi yang dilakukan dengan menggunakan suku bunga 6,5% didapatkan nilai BCR = 1,64,

NPV = Rp. 508.086.525.453,19, IRR = 12,52% dan payback period selama 7 tahun.

Kata kunci: PLTA, daya dan energi, analisa ekonomi, debit andalan, Sumatera Utara

ABSTRACT

The growing population in North Sumatra has been causing a crisis energy for its area. Consider there

are lacking of non-renewable energy in the area, so the another way to overcome the problem is to find the

alternate, that is the renewable energy, by utilize the stream of Situbundong River which having great potential

to be installed a hydropower station.

This study aims to find out the value of Situbundong River’s dependable discharge that used to power the

hydropower and design the conduit of hydropower plant start from intake, sand trap, waterway, headpond,

penstock and tail race, dependable discharge value also used to figure out the dimension of turbine, the rotation

velocity of turbine and generator, the kavitation numbers, the elevation point of installed turbines, and the

produced power and energy every year. The parameters of economic analysis that used are BCR, NVP, IRR,

Sensitivity Analysis and Payback Period.

From analysis calculation, using dependable discharge 60% (Q60) by 13,04 m3/det and obtained head

effective by 143,86 m. With dependable discharge and head effective the hydropower planned using francis

turbine with horizontal shaft and obtained power of 2 x 8,04 MW and energy of 83,96 GWh per year with CF

value 59,59%. Penstock planned with length of 470 m with the branching, diameters of main penstock is 2 m

with a lenghth 420 m, diameters of penstock’s branch is 1,4 m with a lenghth 50 m with the penstock’s thickness

21 mm. From the result of economic analysis with using interest rate 6,5% obtained BCR = 1,64, NPV = Rp.

508.086.525.453,19, IRR = 12,52% and payback period during 7 years. Keywords: Hydropower, power and energy, economy analysis, flow discharge, North Sumatera

PENDAHULUAN

Bertambahnya jumlah penduduk

mengakibatkan krisis energi listrik

khususnya di wilayah Sumatera Utara,

karena terbatasnya sumberdaya yang tak

terbarukan maka dicari alternatif lain untuk

menanggulangi krisis listrik tersebut, maka

dimanfaatkan aliran Sungai Sibundong

yang berpotensi besar untuk dijadikan

PLTA yang nantinya diharapkan bisa

mengatasi krisis energi listrik di Sumatera

Utara.

Dalam Undang-Undang No. 30 Tahun

2009 Pasal 2 Ayat 2 menyebutkan bahwa

pembangunan ketenagalistrikan bertujuan

untuk menjamin ketersediaan tenaga listrik

dalam jumlah yang cukup, kualitas yang

baik, dan harga yang wajar dalam rangka

meningkatkan kesejahteraan dan

kemakmuran rakyat secara adil dan merata

serta mewujudkan pembangunan yang

berkelanjutan.

Tujuan dari studi ini adalah untuk

memanfaatkan potensi sumber daya air

khususnya pada aliran sungai di Sungai

Sibundong, dalam rangka rangka

pemanfaatan sumber daya air untuk

dibangun sebuah PLTA untuk

menghasilkan energi listrik untuk

memenuhi kebutuhan listrik masyarakat

disekitar daerah Tapanuli Utara dan sebagai

alternatif lain sebagai energi pembangkit

listrik yang lebih ramah lingkungan

mengingat ketersediaan sumber daya yang

tidak dapat diperbaharui keberadaannya

terbatas.

METODE

Lokasi Studi

Lokasi rencana PLTA Sibundong

Upper terletak di Sungai Sibundong (Aek

Sibundong), Dusun Sipohong, Desa

Paratusan, Kecamatan Parmonangan,

Kabupaten Tapanuli Utara. Kabupaten

Tapanuli Utara terletak di wilayah dataran

tinggi. Sumatera Utara berada pada

ketinggian antara 150 – 1700 meter di atas

permukaan laut. Secara geografis

Kabupaten Tapanuli Utara terletak pada

koordinat 1o20’00’’ – 2o41’00’’ Lintang

Utara (LU) dan 98o05’’ – 99o16’’ Bujur

Timur (BT), sedangkan Kecamatan

Tarutung terletak pada 1o54’00’’ -

2o01’00’’ Lintang Utara (LU) dan 98o52’’ –

99o04’’ Bujur Timur (BT).

Klasifikasi PLTA

Klasifikasi PLTA dapat dibagi oleh

beberapa faktor, yaitu:

1. Berdasarkan Tujuan:

Singel Purpose

Multi Purpose

2. Berdasarkan Teknis:

PLTA Run of River (ROR)

PLTA Waduk (Tampungan)

PLTA Pompa

PLTA Pasang Surut Air Laut

3. Berdasarkan Kapasitas PLTA:

PLTA Mikro (100 – 1000 kW)

PLTA Menengah (≥ 10.000 kW)

PLTA Tinggi (> 10.000 kW)

4. Berdasarkan Tinggi Jatuh:

PLTA tekanan rendah (H < 15 m)

PLTA tekanan sedang (H 15 – 50 m)

PLTA tekanan tinggi (H > 50 m)

5. Berdasarkan Topografi:

Daerah lembah

Daerah bukit

Daerah pegunungan

6. Berdasarkan Ekonomi:

PLTA isolated grid

PLTA non isolated grid

PLTA Run of River (ROR)

PLTA Run of River (ROR) adalah

PLTA yang langsung memanfaatkan aliran

sungai tanpa adanya tampungan. Air sungai

dialihkan dengan menggunakan bendung

(dam) yang dibangun memotong aliran

sungai. Air sungai ini kemudian disalurkan

kebangunan hantar PLTA.

Gambar 1 Skema PLTA Run of River

Debit Andalan

Debit andalan didefinisikan sebagai

debit yang tersedia sepanjang tahun dengan

probabilitas keandalan tertentu.

Debit andalan digunakan untuk

perhitungan bangunan hantar, analisa

hidrolika dan untuk menentukan besarnya

daya dan energi yang dihasilkan PLTA tiap

tahunnnya.

Kurva Durasi Aliran (Flow Duration

Curve)

Untuk menghitung nilai debit andalan

sesuai dengan probabilitas keandalannya

dapat digunakan Kurva Durasi Aliran (Flow

Duration Curve, FDC). Kurva durasi aliran

adalah suatu grafik yang menggambarkan

hubungan antara debit sungai selama

beberapa waktu tertentu dengan

probabilitas keandalan, sehingga dari kurva

tersebut dapat diketahui besarnya debit air

sungai sesuai dengan probabilitas

keandalannya.

Dalam studi ini dihitung besarnya debit

andalan dengan tingkat keandalan 60%

dengan probabilitas tersebut dihitung

dengan persamaan Weibull:

Pw = m / (n+1) x 100%

dengan:

Pw = probabilitas (%)

m = nomor urut data

n = jumlah data

Pipa Pesat

Pipa pesat (penstock) direncanakan

untuk dapat menahan tekanan tinggi dan

berfungsi untuk mengalirkan air dari outlet

headpond menuju saluran pembuangan

akhir (tail race). Dalam perencanaan

penstock perlu didesain diameter yang

seekonomis mungkin, beberapa persamaan

empiris yang dipergunakaan untuk

merencanakan diameter ekonomis penstock

sebagai berikut:

• Warnick (1984) : 63,0

43,072,0

H

PxD

• Bier (1945):

466,0

176,0

Hr

PxD

• Sarkaria (1979): 65,0

43,071,0

Hr

PxD

• Moofat (1990): 60,0

43,052,0

Hr

PxD

• USBR (1989): 52,0

5,0517,1

Hr

QxD

• Flashbuch: 12,0

45,012,1

Hr

QxD

dengan:

D = diameter penstock (m)

Q = debit pembangkit (m3/det)

P = daya (kW)

Hr = tinggi jatuh efektif (m)

Kehilangan Tinggi (Headloss)

Kehilangan tinggi energi adalah

menurunnya besarnya energi akibat

gesekan maupun konstraksi yang terjadi

selama proses pengaliran. Pada studi ini

headloss dihitung mulai dari intake sampai

tail race.

Kehilangan Tinggi Pada Saringan

(Trashrack):

ht = sin2

234

g

Vo

b

tKt

Kehilangan Tekan Pada Pintu Intake:

Q = zgab 2

Kehilangan Tinggi Pada Kantong

Lumpur:

hl = g

V

230,0

2

Kehilangan Tinggi Pada Waterway:

hl = g

V

230,1

2

Kehilangan Tinggi Pada Belokan

Waterway:

ht = g

VKb

2

2

Kehilangan Tinggi Pada Headpond:

hl = g

V

20,1

2

Kehilangan Tinggi Tekan Pada Inlet

Headpond Menuju Penstock:

hl = g

VKe

2

2

Kehilangan Tinggi Tekan Akibat

Gesekan Pada Sepanjang Penstock:

S = 333,5

2229,10

D

Qn

Hf = S x L

Kehilangan Tinggi Tekan Pada

Percabangan Penstock:

hl = g

VK

2

2


Belokan Penstock:

hl = g

VK

2

2


Perubahan Diameter Penstock:

hl = g

VK

2

2


Buterfly Valve:

hl = g

VKv

2

2

Kehilangan Tinggi Tekan Pada Spiral

Casing Turbin:

hl = g

VKt

2

2

Pada Draft Tube: Kehilangan Tinggi

Tekan

hf = g

V

D

DK

g

V

D

DK

21

21

2

2

22

1

2

2

1

22

2

1

Kehilangan Tinggi Di Tail Race:

hl = g

V

20,1

2

Tinggi Jatuh Efektif (Heff)

Tinggi jatuh efektif (Heff) digambarkan

pada gambar di bawah ini. HL1

diperhitungkan dari kehilangan tinggi

(headloss) dari intake sampai ke headpond.

HL2 diperhitungkan dari kehilangan tinggi

(headloss) dari headpond sampai ke

penstock. HL3 dihitung dari kehilangan

tinggi (headloss) dari turbin sampai ke tail

race. Untuk menghitung tinggi jatuh efektif

(Heff) dapat menggunakan persamaan:

Heff = Hg – (HL2 + HL2 + HL3)

Heff = Hg – (total headloss)

Heff = (El. M.A headpond – El. TWL) –

(total headloss)

dengan:

Heff = tinggi jatuh efektif (m)

HL1 = headloss dari intake – headpond

(m)

HL2 = headloss dari headpond –

penstock (m)

HL3 = headloss dari turbin sampai ke tail

race (m)

Hg = tinggi jatuh kotor (m)

Gambar 2 Tinggi Jatuh Efektif

Turbin Hidraulik

Dalam pemilihan jenis turbin harus

diperhatikan karakteristik dari masing-

masing turbin, turbin reaksi biasanya

digunakan untuk pembangkit listrik dengan

tinggi jatuh kecil sampai dengan sedang,

sedangkan turbin impuls digunakan untuk

tinggi jatuh yang besar, faktor lain yang

perlu diperhatikan adalah tentang putaran

dan kecepatan spesifik turbin, karena

kecepatan spesifik turbin merupakan

karakteristik yang mendasari dalam

perencanaan turbin.

Persamaan untuk menentukan besarnya

nilai kecepatan spesifik turbin (ESHA,

2004:168):

NQE = 4

3

E

Qn

dengan:

NQE = kecepatan spesifik (tak

berdimensi)

Q = debit desain (m3/det)

E = energi hidraulik spesifik

n = putaran dasar turbin (t/s)

Hubungan atau kesetaraan dari nilai

NQE dengan nilai parameter turbin dengan

menggunakan metode lain seperti:

kecepatan spesifik (Ns), faktor kecepatan

(φ) dan putaran satuan (NQ) adalah sebagai

berikut:

Ns = QEN995

NQ = QEN333

φ = QEN11,2

Dalam perhitungan kecepatan spesifik

turbin, nilai putaran dasar turbin harus

dicoba-coba terlebih dahulu untuk

memperkirakan besarnya putaran dasar

turbin maka digunakan persamaan empiris

untuk mengetahui nilai kecepatan spesifik

turbin (NQE’) dengan persamaan berikut:

Turbin Pelton NQE’= 0,0859/ H0,243

Turbin Francis NQE’ =1,924/H0,512

Turbin Kaplan NQE’= 2,294 / H0,2486

Turbin Propeller NQE’= 2,716 / H0,5

Turbin Bulb NQE’= 1,528 / H2837

Elevasi Pusat Titi Turbin

Penentuan titik berat turbin atau elevasi

pusat turbin dapat dinyatakan dalam

persamaan: (Mosonyi, 1991:878)

Z = 2

3

2,0

DHsTWL Qd

dengan:

Z = titik pusat turbin (m)

TWL = elevasi tail water level (m)

Hs = tinggi hisap turbin (m)

D3 = diameter runner turbin (m)

Kavitasi

Kavitasi adalah suatu kejadian yang

timbul dalam aliran dengan kecepatan yang

besar sehingga tekanan air menjadi lebih

kecil daripada tekanan uap air maksimum di

temperatur itu. Proses ini menimbulkan

gelembung-gelembung uap air yang dapat

menimbulkan erosi pada turbin. kavitasi

terjadi jika σ aktual < σc. perhitungan

kavitasi pada studi ini menggunakan

persamaan: (Patty, 1995:100) dan (ESHA,

2004:178)

σ aktual = effH

HsHvHa

dengan:

σ = kavitasi

Ha = tekanan atmosfer (atm)

Hv = tekanan uap air disebelah bawah

sudu rotor atau pada bagian atas pipa lepas

(m)

Hs = tinggi hisap atau draft head (m)


σc = gH

VNQE

22715,1

241,1

dengan:

σc = koefisien kritis Thoma

NQE = Kecepatan spesifik

Daya dan Energi

Keuntunga suatu proyek Pembangkit

Listrik Tenaga Air (PLTA) ditentukan dari

besar daya yang hasilkan dan jumlah energi

yang dihasilkan tiap tahun. Dari hasil

analisa kurva durasi aliran (Flow Duration

Curve, FDC) serta besarnya nilai tinggi

jatuh dari hasil analisa topografi melalui

konsep desain rencana PLTA Sibundong

Upper. Perhitungan besarnya daya dan

energi listrik dapat dihitung menggunakan

persamaan berikut:

P = generatorturbin xxHeffxQx 81,9

E = nxxxQxHx 2481,9

= nxxP 24

dengan:

P = daya yang dihasilkan (kW)

E = energi (kWh)

Q = debit pembangkit (m3/det)


ɳ = efisiensi turbin dan generator

n = jumlah hari operasional

Analisa Ekonomi

Suatu proyek dikatakan layak secara

ekonomi apabila memenuhi indikator

kelayakan ekonomi. Menurut Suyanto

(2001:39) indikator yang sering dipakai

dalam analisa ekonomi, yaitu:

Benefit Cost Ratio (BCR)

Benefit Cost Ratio (BCR) adalah

perbandingan antara nilai sekarang (present

value) dari manfaat (benefit) dengan nilai

sekarang (present value) dari biaya (cost).

Secara umum rumus untuk perhitungan

BCR ini adalah (Suyanto, 2001:39):

BCR = 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑡 𝑆𝑒𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛𝑔

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑆𝑒𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛𝑔

𝑃𝑉 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑚𝑎𝑛𝑓𝑎𝑎𝑡

𝑃𝑉 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎

dengan :

PV = present value

BCR = perbandingan manfaat terhadap

biaya (Benefit Cost Ratio)

Sebagai ukuran dari penilaian suatu

kelayakan proyek dengan metode BCR ini

adalah jika BCR > 1 maka proyek dikatakan

layak dikerjakan dan sebaliknya.

Net Present Value (NVP)

Harga Net Present Value diperoleh dari

pengurangan present value komponen

benefit dengan present value komponen

cost. 𝑁𝑉𝑃 = 𝑃𝑉 𝐾𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛 𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑡 − 𝑃𝑉 𝐾𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛 𝐶𝑜𝑠𝑡

dengan:

PV = Present value

NPV = Net Present Value

Dalam evaluasi kegiatan, nilai NPV

pada suku bunga pinjaman yang berlaku

harus mempunyai harga > 0. Jika NPV = 0,

berarti kegiatan tersebut mempunyai tingkat

pengembalian sama dengan nilai

investasinya. Jika NPV > 0, maka kegiatan

tersebut dari segi ekonomi layak.

Internal Rate of Return (IRR)

Internal Rate of Return merupakan

nilai suku bunga yang diperoleh jika BCR

bernilai sama dengan 1, atau nilai suku

bunga jika NPV bernilai sama dengan 0.

Perhitungan nilai IRR ini dapat diperoleh

dengan rumus sebagai berikut (Kodoatie,

1995:112):

'""'

'' II

NPVNPV

NPVIIRR

dengan :

I’ = suku bunga memberikan nilai

NPV positif

I” = suku bunga memberikan nilai

NPV negatif

NPV = selisih antara present value dari

manfaat dan present value dari biaya

NPV’ = NPV positif

NPV” = NPV negatif

Analisa Sensitivitas

Dalam penentuan nilai-nilai untuk

keadaan sesudah proyek seperti produksi,

harga, dan lain-lain merupakan estimasi

dari perencana, terdapat kemungkinan

bahwa keadaan sebenarnya yang akan

terjadi tidak sama dengan nilai estimasi

tersebut. Dengan melakukan analisa

sensitivitas, kita dapat memperkirakan

dampak yang akan terjadi apabila keadaan

yang sebenarnya terjadi sesudah proyek

tidak sama dengan estimasi awal.

Payback Period

Payback Period merupakan jangka

waktu periode yang diperlukan untuk

membayar kembali (mengembalikan)

semua biaya-biaya yang telah dikeluarkan

dalam investasi suatu proyek. Perhitungan

payback period ini dapat diperoleh dengan

rumus sebagai berikut:

bA

IriodePayback Pe

dengan:

I = Besarnya biaya investasi yang

diperlukan

Ab = Benefit bersih yang dapat

diperoleh pada setiap tahun

HASIL DAN PEMBAHASAN

Debit Andalan

Tabel 1 Debit Sungai Sibundong

m Q

P(%) m Q

P(%) m Q

P(%) (m3/detik) (m3/detik) (m3/detik)

1 61,48 0,83 41 21,52 33,88 81 12,18 66,94

2 55,56 1,65 42 21,33 34,71 82 12,13 67,77

3 53,55 2,48 43 21,05 35,54 83 12,04 68,60

4 51,42 3,31 44 20,42 36,36 84 11,97 69,42

5 48,61 4,13 45 20,14 37,19 85 11,88 70,25

6 40,50 4,96 46 19,98 38,02 86 11,80 71,07

7 40,06 5,79 47 19,65 38,84 87 11,71 71,90

8 36,30 6,61 48 19,58 39,67 88 11,46 72,73

9 36,10 7,44 49 19,35 40,50 89 11,44 73,55

10 35,21 8,26 50 19,16 41,32 90 11,41 74,38

11 34,69 9,09 51 19,09 42,15

42,98

91 11,05 75,21

12 32,72 9,92 52 18,95 92 10,99 76,03

13 32,44 10,74 53 18,85 43,80 93 10,88 76,86

14 31,61 11,57 54 18,55 44,63 94 10,77 77,69

15 31,19 12,40 55 18,49 45,45 95 10,58 78,51

16 29,33 13,22 56 18,21 46,28 96 10,55 79,34

17 29,18 14,05 57 17,42 47,11 97 10,44 80,17

18 28,82 14,88 58 17,37 47,93 98 10,11 80,99

19 28,65 15,70 59 17,00 48,76 99 9,85 81,82

20 28,61 16,53 60 16,96 49,59 100 9,44 82,64

21 27,94 17,36 61 16,76 50,41 101 9,23 83,47

22 27,84 18,18 62 16,23 51,24 102 9,13 84,30

23 27,04 19,01 63 15,98 52,07 103 8,89 85,12

24 26,87 19,83 64 15,82 52,89 104 8,72 85,95

25 26,56 20,66 65 15,81 53,72 105 8,40 86,78

26 25,61 21,49 66 15,43 54,55 106 7,73 87,60

27 24,92 22,31 67 15,31 55,37 107 7,54 88,43

28 24,78 23,14 68 15,17 56,20 108 7,51 89,26

29 24,74 23,97 69 14,16 57,02 109 7,48 90,08

30 24,46 24,79 70 13,63 57,85 110 6,86 90,91

31 24,24 25,62 71 13,48 58,68 111 6,80 91,74

32 23,46 26,45 72 13,04 59,50 112 6,53 92,56

33 23,16 27,27 73 13,02 60,33 113 6,39 93,39

34 23,15 28,10 74 12,99 61,16 114 5,47 94,21

35 22,80 28,93 75 12,92 61,98 115 5,08 95,04

36 22,50 29,75 76 12,90 62,81 116 3,62 95,87

37 22,43 30,58 77 12,80 63,64 117 3,56 96,69

38 22,23 31,40 78 12,59 64,46 118 2,59 97,52

39 21,78 32,23 79 12,45 65,29 119 2,30 98,35

40 21,55 33,06 80 12,23 66,12 120 1,61 99,17

Kurva Durasi Aliran (Flow Duration

Curve)

Gambar 3 Kurva Durasi Aliran

Pemilihan debit andalan berkisar

melebihi 30% sampai dengan 60%. Pada

studi ini dipilih debit andalan sebesar 60%

karena debit andalan 60% memberikan nilai

debit yang lebih kecil dibandingkan dengan

debit andalan diatas 30% sehingga

diharapkan dengan debit andalan 60% ini

debitnya lebih sering tersedia dalam satu

tahun sehingga untuk kebutuhan PLTA

akan lebih sering terpenuhi.

Bangunan Hantar

Intake Fungsi utama bangunan pengambilan

adalah untuk mengelakan dan mengontrol

besarnya debit yang masuk ke sistem

pembangkit, mencegah masuknya debris,

sampah dan sedimen dalam ukuran besar,

menyediakan ruang terisolasi dari sungai

terhadap sistem pembangkit.

Berdasarkan hasil analisa hidrolika,

besarnya dimensi bangunan intake adalah:

Debit pembangkit (Qp) = 13,04 m3/det

Debit desain (Qd) (2 x Qp) = 26,08

m3/det

Lebar intake = 7,20 m

Panjang intake = 20,59 m

Jumlah pintu = 4 buah @1,40 m

Jumlah pilar = 3 buah @ 0,53 m

Tinggi pintu = 3 m

Slope (S) = 0,0016 (desain)

Manning (n) = 0,017 (pasangan batu)

Elevasi dasar intake = +834,26 m

Tinggi muka air = 1,84 m

Kecepatan aliran (v) = 2,53 m

Kantong Lumpur

Kantong lumpur berfungsi untuk

mengendapkan sedimen yang ikut masuk

bersama aliran air.


besarnya dimensi bangunan kantong

lumpur adalah:


Debit desain (Qd) (1,1 x Qp) = 14,34

m3/det

Lebar kantong lumpur = 12,5 m @6

m dengan lebar separator 0,5 m

Panjang kantong lumpur = 214,66 m

Kecepatan aliran (v) = 0,47 m3/det

Waterway Saluran pembawa (waterway)

berfungsi sebagai saluran pembawa debit

pembangkit dari bangunan pengambilan

menuju ke pipa pesat (penstock).


besarnya dimensi bangunan waterway

adalah:



m3/det

Lebar waterway = 3 m

Panjang waterway = 2040,68 m


Manning (n) = 0,015 (beton precast)



Headpond

Headpond diusahakan untuk memiliki

tampungan sebesar debit operasi dikalikan

dengan waktu 2 - 3 menit atau 120Qp – 180

Qp untuk menjaga kestabilan turbin akibat

regulasi governor.


besarnya dimensi bangunan headpond

adalah:



m3/det

Lebar headpond = 6 m

Panjang headpond = 197,52 m

Volume headpond = 2347,2 m3


Manning (n) = 0,013 (beton)



Tail Race

Saluran pembuang akhir (tail race)

berada setelah draft tube turbin yang

berfungsi untuk mengalirkan debit

pembuangan dari PLTA kembali ke sungai.

Saluran ini direncanakan berbentuk segi

empat dari pasangan batu.


besarnya dimensi bangunan tail race

adalah:



m3/det

Lebar tail race = 8 m

Panjang tail race = 63,90 m

Elevasi ambang tail race = + 673,5 m

Elevasi tail water level (TWL) =

+ 674,47 m

Dimensi Pipa Pesat

Data teknis yang gunakan untuk

perhitungan adalah:

Debit pembangkit (Qp) = 13,04 m3/dt

Tinggi jatuh kotor (Hg) = 151,22 m

Headloss (HL) = 6,05 m

Tinggi jatuh efektif (Heff) = 145,17 m

Daya (P) = 16,23 MW = 16230 kw

Tabel 2 Diameter Pipa Pesat

Kehilangan Tinggi (Headloss)

Tabel 3 Rekapitulasi Total Headloss

Tinggi Jatuh Efektif

Berdasarkan gambar di bawah ini, tinggi

jatuh efektif (Heff) dapat diperoleh dengan

mengurangi tinggi jatuh kotor (Hg) dengan

total kehilangan tinggi (headloss).

Heff = Hg - total headloss

= (El. M.A Headpond – El.

TWL) – (total headloss)

= (825,69 – 674,47) - (7,36)

= 151,22 – 7,36

= 143,86 m

Turbin Hidraulik

Pemilihan Tipe Turbin

Dengan parameter besarnya debit

desain dan tinggi jatuh maka dapat dipilih

tipe turbin yang dapat digunakan untuk

PLTA Sibundong Upper, berdasarkan

kapasitas daya terpasang data tinggi jatuh

dengan grafik tersebut:

Gambar 4 Penentuan Tipe Turbin

Berdasarkan Tinggi Jatuh dan Daya

Persamaan Rumus

D A 1,0 Q

(m) (m2)

V

(m/det)

Warnick (1984) 63,0

43,072,0

H

PxD 2,00 3,21 4,06

Bier (1945)

466,0

176,0

Hr

PxD

1,59 1,97 6,61

Sarkaria (1979) 65,0

43,071,0

Hr

PxD 1,81 2,56 5,10

Moffat (1990) 60,0

43,052,0

Hr

PxD 1,70 2,26 5,77

USBR (1986) 52,0

5,0517,1

Hr

QxD 1,58 1,96 6,667

Falshbusch (1987) 12,0

45,012,1

Hr

QxD 1,96 3,01 4,33

Rata-rata 1,77 2,47 5,47

Letak Headloss Notasi Satuan 1.0 Q

Trashrack Ht m 0,0051

Pintu intake bendung z m 0,1620

Kantong Lumpur Ht m 0,0034

Waterway Ht m 0,4548

Belokan waterway 1 - 9 Hl m 1,0789

Headpond Ht m 0,0327

Trashrack di headpond Ht m 0,0173

Inlet headpond menuju penstock Ht m 0,0013

Gesekan di sepanjang pipa penstock 1 hf m 2,4762

Percabangan pipa penstock hs m 0,5379

Belokan pipa pada penstock HL m 0,4515

Perubahan diameter pipa penstock HL m 0,1036

Gesekan di sepanjang pipa penstock 2 hf m 0,4679

Main Intake Valve (butterfly valve) Ht m 0,5043

Spiral Casing Turbin Hl m 0,5182

Draft Tube hf m 0,4043

Tailrace Ht m 0,1436

TOTAL hl m 7,36

Dari gambar di atas diketahui bahwa

dengan tinggi jatuh efektif pada debit Q60

adalah 143,86 meter dan daya yang

dihasilkan sebesar 2 x 8,04 MW, maka

digunakan tipe Turbin Francis sumbu

horizontal, dipilih turbin dengan sumbu

horizontal karena biasanya turbin dengan

sumbu horizontal digunakan pada turbin

dengan daya < 10 MW.

Kecepatan Putar Turbin dan Generator

Kecepatan spesifik coba-coba (trial

specific speed):

NQE’ = 512,0

924,1

H

= 512,086,143

924,1

= 0,15

Besarnya nilai spesifik coba-coba

(NQE’) ini harus dikontrol, apakah Ns-max ≤

3200 H-2/3. Dari hasil perhitungan Ns-max

di dapatkan nilai Ns-max sebesar 142,37 m

kW, sehingga 142,37 ≥ 114,50 atau Ns-max

≥ 3200 H-2/3 sehingga hasilnya tidak

kontrol. Maka nilai NQE’ harus dihitung

secara coba-caoba (trial & error) sehingga

didapatkan nilai NQE’ sebesar 0,1.

Kecepatan spesifik:

Ns = 955 x NQE’

= 955 x 0,1

= 98,47 m, kW

Kecepatan putaran turbin dengan

persamaan:

n = Q

ENQE

75,0

dimana:

n = kecepatan putaran turbin (t/det)

E = energi potensial (Hg)

Maka,

n = 12,8

)86,143(81,91,0 75,0xx

= 8,33 t/s

= 500,06 rpm

Turbin direncanakan dengan

menggunakan generator tipe sinkron

dengan frekuensi (f) 50 Hz maka kecepatan

sinkron generator sama dengan keceparan

putar turbin maka kecepatan sinkron

generator:

n = P

fx120

dimana:

P = Jumlah pole (harus genap)

Maka,

P = n

fx120

= 06,500

50120 x =11,99

Dikarenakan nilai kutub (pole)

generator harus memiliki nilai genap dan

tidak berbentuk bilangan desimal, maka

jumlah kutub (pole) dibulatkan menjadi 12

buah.

Penentuan Elevasi Titik Pusat Turbin

Analisa titik pusat turbin sangat

berpengaruh terhadap gejala kavitasi,

penempatan turbin yang tidak tepat akan

menyebabkan kavitasi terjadi pada turbin.

Jadi, koefisien Thoma kritis (σc) untuk

turbin francis dapat dihitung dengan

persamaan: (Mosonyi, 1991:843)

- σc =12500

4,1Ns

= 12500

8,97 4,1

= 0,05

- Hb = Ha – Hv

= 9,33 – 0,24

= 9,09 m

- Tinggi hisap turbin:

Hs = effHHb

= 86,143.05,009,9

= 1,98 m

- Elevasi titik pusat turbin

Z = 2

3

2,0

DHsTWL Qd

= 2

14,198,183,673

= +671,27 m

Kontrol Gejala Kavitasi

Kavitasi adalah fenomena dimana

terdapat gelembung udara pada turbin yang

akan membentur dinding runner sehingga

akan mengakibatkan korosi.

Perhitungan tinnghi hisap (Hs) dalam

perhitungan kavitasi menggunakan

persamaan: (ESHA, 2004:169)

σc = gH

VNQE

22715,1

241,1

= 75,147.81,9.2

21,02715,1

241,1

= 0,053

HS = Hg

V

g

PvatmP

2

2

= 86,143.053,081,92

2

81,91000

92,233320,91459 2

xx

= -1,67 m

Dimana kavitasi akan terjadi jika nilai

tinggi hisap (Hs) berada pada nilai diatas -

1,67 m jadi untuk keamanan direncanakan -

2 m.

σ aktual = effH

HsHvHa

= 86,143

)2(24,032,9

= 0,077

Kavitas terjadi jika σ aktual < σc sehingga

dari perhitungan di atas didapatkan 0,077 >

0,053 maka desai turbin aman terhadap

gejala kavitasi.

Daya dan Energi

Keuntungan suatu proyek Pembangkit

Listrik Tenaga Air ditentukan dari besar

daya yang dibangkitkan dan jumlah energi

yang dihasilkan tiap tahun. Daya listrik yang

dibangkitkan dihitung dengan memakai

persamaan:

P = generatorturbin xxHeffxQx 81,9

= 95,092,086,14304,1381,9 xxxx

= 16,08 MW

E = nxxxQxHx 2481,9

= nxxP 24

Dari persamaan energi diatas, maka di

dapatkan total energi pertahun sebesar

83,96 GWh.

Analisa Ekonomi

Benefit Cost Ratio (BCR)

CB =

PbiayaOalbiaya

manfaat

PVPV

PV

&mod

=23,624.702.379.160.14,340.391.690.631.

56,417.619.156.300.1.R

RpRp

p

= 1,64

Net Present Value (NVP)

NPV = PV manfaat – (PV biaya modal +

PV biaya O&P)

= Rp.1.300.156.619.417,56 – (Rp.

631.690.391.340,14 + Rp.

160.379.702.624,23)

= Rp. 508.086.525.453,19

Internal Rate of Return (IRR)

IRR = '""'

'' II

NPVNPV

NPVI

Dimana:

I’ = suku bunga yang memberikan

nilai NPV positif = 12%

I” = suku bunga yang memberikan

nilai NPV negatif = 13%

NPV’ = NPV positif

NPV” = NPV negatif

Sehingga,

IRR = %)12%13(

)547.626.351..26(485.166.742.28

485.166.742.28%12

= 12,52%

Analisa Sensitifitas

Analisa sensitivitas biasanya dilakukan

dengan mengubah salah satu elemen proyek

(misalnya harga, biaya) dan menghitung

nilai IRR nya dengan harga tersebut.

Analisa sensitivitas yang dihitung pada

studi ini adalah sebagai berikut:

1. Terjadi 10% kenaikan pada nilai biaya

yang diperkirakan dan nilai manfaat tetap

2. Terjadi 10% penurunan pada nilai biaya

yang diperkirakan dan nilai manfaat tetap

3. Terjadi 10% kenaikan pada nilai manfaat

yang diperkirakan dan nilai biaya tetap

4. Terjadi 10% penurunan pada nilai

manfaat yang diperkirakan dan nilai biaya

tetap

5. Terjadi 10% kenaikan pada nilai biaya

yang diperkirakan dan 10% penurunan pada

nilai manfaat.

6. Terjadi 10% penurunan pada nilai biaya

yang diperkirakan dan 10% kenaikan pada

nilai manfaat

Payback Period (PBP)

PBP =bA

I

= manfaat

PObiayaalbiaya &mod

= .883,9398.666.389Rp.

.729,1412.254.886Rp.7.690593.136.51 p. R

= 6,14 tahun

Dari perhitungan di atas dapat

diketahui, biaya modal

dapat terbayar seluruhnya pada tahun

ke-7 (tujuh).

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisa dan

perhitungan yang telah dilakukan dengan

memperhatikan rumusan masalah, maka

dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Debit andalan yang digunakan dalam

perencanaan PLTA Sibundong Upper

adalah debit andalan 60% sebesar 13,04

m3/det.

2. Pada perencanaan PLTA Sibundong

Upper direncanakan pipa pesat dengan

adanya percabangan, pipa pesat utama

panjangnya 420 m dengan diameter 2 m

dan pipa pesat cabang sepanjang 50 m

dengan diameter 1,4 m dengan tebal

pipa pesat 21 mm.

3. Tinggi jatuh efektif pada perencanaan

PLTA Sibundong Upper adalah sebesar

143,86 m.

4. Jenis turbin yang digunakan pada


adalah jenis turbin francis dengan poros

horizontal.

5. Besarnya daya yang dihasilkan pada


adalah sebesar 16,08 MW (2 x 8,04

MW) dan energi yang dihasilkan tiap

tahunnya adalah sebesar 83,96 GWh

dengan nilai CF sebesar 59,59%.

6. Dari hasil analisa ekonomi yang telah

dilakukan didapatkan nilai-nilai sebai

berikut:

- BCR = 1,64

- NVP = Rp. 508.086.525.453,19

- IRR = 12,52%

- Payback period = 7 tahun

SARAN

Agar PLTA yang direncanakan dapat

digunakan dalam jangka waktu yang lama,

maka perlu diperhatikan beberapa hal

berikut:

1. Pengawasan dan pemeliharaan PLTA

yang dilakukan dalam jangka waktu

tertentu apabila terjadi kerusakan pada

instalasi PLTA ini dapat segera

diadakan perbaikan.

2. Keseriusan dari pihak pengembang

swasta / independent power producer

(IPP) untuk mengembangkan manfaat

sungai Sibundong sebagai salah satu

upaya guna memenuhi kebutuhan

listrik khususnya di Sumatera Utara

yang sekarang ini sedang mengalami

krisis pasokan listrik.

3. Harus lebih sering dilakukan seperti

pekerjaan pre feasibility khususnya di

sepanjang Sungai Sibundong guna

untuk mengindentifikasi awal potensi

PLTA atau PLTM/H di Sungai

Sibundong guna memenuhi pasokan

listrik di wilayah Sumatera Utara.

4. Usaha pemeliharaan lingkungan dari

semua pihak agar kelestarian

lingkungan sekitar PLTA tetap terjaga

sehingga debit yang tersedia di sungai

tetap terjaga.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 1986. Standart Perencanaan

Irigasi Bangian Bangunan Utama

(KP-02). Jakarta: Direktorat Jenderal

Pengairan Departemen Pekerjaan

Umum.

Direktorat Jenderal Listrik Dan

Pemanfaatan Energi Departemen

Energi Dan Sumber Daya Mineral.

2009. Pedoman Studi Kelayakan

Hidrologi Buku 2A. Jakarta:

Direktorat Jenderal Listrik Dan

Pemanfaatan Energi Departemen

Energi Dan Sumber Daya Mineral.

Harto Br, S. 1993. Analisis Hidrologi.

Jakarta: PT. Gramedia Pustaka

Utama.

Kodoatie, R.J. 2005. Analisa Ekonomi

Teknik. Yogyakarta: Andi Offset.

Anonim. 2007. Peraturan Menteri

Pekerjaan Umum Penyelenggaraan

Pengembangan SPAM. Jakarta:

Departemen Pekerjaan Umum.

Mosonyi, E. 2009. Water Power

Development, Vol.1 Low Head Power

Plants. Budapest: Water Power

Development.

Mosonyi, E. 1991. High Head Power

Plants, Vol.2A. India: Nem Chand &

Brothers.

Patty, O.F. 1995. Tenaga Air. Jakarta:

Erlangga.

Penche, C. 2004. Guidebook on How to

Develop a Small Hydro Site. Belgia :

ESHA (European Small Hydropower

Association).

Ramos, H. 2000. Guidelines For Design

Small Hydropower Plants. Irlandia :

WREAN (Western Regional Energy

Agency & Network) and DED

(Department of Economic

Development).

RETScreen International. 2001. Small

Hydro Project Analysis. Minister of

Natural: Canada.

Sekretariat Negara RI. 2009. Undang-

Undang Republik Indonesia Nomor

30 Tahun 2009 Tentang

Ketenagalistrikan. Jakarta:

Sekretariat Negara RI.

United States Departement of The Interior

Bureau of Reclamation (USBR).

1976. Engineering Monographs No.

20. US. Government: Washington.

Documents

STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK …pengairan.ub.ac.id/wp-content/uploads/2017/01/Studi-Perencanaan... · kecepatan putar turbin dan generator, kavitasi, ... Dari analisa ekonomi