DESAIN ULANG PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) PDF

Preview

Summary

DESAIN ULANG PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) WANGAN AJI GARUNG WONOSOBO Ashal Abdussalam 1, 1 2 Staf Pengajar FASTIKOM Studi Teknik Sipil, Universitas Sains Alquran, Wonosobo Email : [email protected], [email protected] Abstrak Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) mem...

Description

DESAIN ULANG PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) WANGAN AJI GARUNG WONOSOBO Ashal Abdussalam 1, 1

2 Staf Pengajar FASTIKOM Studi Teknik Sipil, Universitas Sains Alquran, Wonosobo Email : [email protected], [email protected] Abstrak

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) memiliki kelebihan bisa dibangun di daerah terpencil dan belum mempunyai aliran listrik dari PLN. PLTMH Wangan Aji Garung Wonosobo dirancang untuk menghasilkan daya sebesar 140 Kwh. Alasan mendasar dari desain ulang PLTMH ini adalah mengetahui penyebab dari kehilangan daya, yang tidak mencapai daya yang diinginkan. Desain ulang Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Wangan Aji, akan dimulai dari evaluasi mulai dari Intake, saluran pembawa, bak penenang, pipa pesat, daya yang di hasilkan dari turbin, dan rendemen (efisiensi). Setelah dilakukan evaluasi didapatkan bahwa intake, saluran pembawa, pintu air, dan pipa pesat tidak perlu didesain ulang. Hasil lain dari evaluasi didapatkan bahwa bak penenang perlu didesain ulang menjadi sandtrap, karena bak penenang kurang baik dalam mengendapkan pasir. Pasir akan ikut masuk ke dalam turbin, sehingga turbin harus dimatikan. Hal tersebut yang menyebabkan berkurangnya daya yang dihasilkan dari PLTMH Wangan Aji. Pengambilan air sebagai penggerak turbin pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Wangan Aji diambil dari saluran pembawa yang digunakan untuk persawahan dengan luas kebutuhan lahan mencapai 602 ha, dengan debit sebesar 9,8 m3/dt di dapatkan bahwasannya kebutuhan air untuk persawahan adalah 1204 lt/dt, untuk itu debit tersisa adalah 8,596 m3/dt. Dengan debit sisa sebesar 8,596 m3/dt, maka akan dilakukan desain ulang Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Wangan Aji yang baru dengan debit pembangkitan sebesar 2,8 m3/dt. Hasil desain ulang sandtrap adalah sepanjang P = 287 m, lebar = 3,5 m, dan kedalaman minimum = 2,42 m. Randemen (efisiensi) yang didapatkan sebesar 78,01 % dengan debit yang dihasilkan sebesar 112 Kwh. Sedangkan untuk desain ulang PLTMH menggunakan debit 2,8 m3/dt, sandtrap yang di dapat adalah P = 384 m, lebar 4m, kedalaman = 3,68 m. Diameter pipa = 1,2 m. Turbin = propeller dengan Ns 750 rpm. Pembangunan sandtrap baru denga debit 1,4 m3/dt memerlukan biaya sebesar Rp 700.129.920,00 , sedangkan untuk PLTMH baru memerlukan biaya sebesar Rp 2.323.350.635,00, dengan daya yang dihasilkan sebesar 1.661.808,96 kw pertahun. Kata Kunci : PLTMH, Wangan Aji, Sand Trap, desain ulang, Randemen

Latar Belakang Kehidupan masyarakat dewasa ini sangat bergantung kepada energi listrik. Listrik merupakan sarana penunjang hidup manusia, penunjang dari segala aspek, mulai dari aspek sosial, ekonomi, dan budaya. Listrik dalam kehidupan sehari-hari sangat diperlukan untuk menunjang berlangsungnya hidup manusia yang lebih berkualitas Energi listrik dihasilkan dari beberapa sumber, diantaranya adalah Pembangkit Listrik. Berbagai jenis pembangkit listrik adalah Pembagkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPB), Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) dan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Indonesia merupakan negara dengan curah hujan yang tinggi dan juga beriklim tropis, sehingga banyak sekali sungai besar maupun kecil yang potensi debitnya dapat dimanfaatkan untuk pembangkitan litrik. Salah satunya adalah dimanfaatkan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Akan tetapi pemanfaatan sungai untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) di Indonesia masih terbatas, karena kurangnya debit sungai yang besar, ketersediaan lahan dan dana. Di lain sisi banyak sungai dengan debit kecil yang mengalir sepanjang tahun sehingga potensi ini dapat dimanfaatkan untuk pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH). Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit listrik tenaga air skala kecil dengan batasan kapasitas antara 5 KW- 1 MW per Unit. Syarat dasar dari pembangkit listrik tenaga air skala kecil adalah adanya air mengalir dan beda ketinggian. Salah satu PLTMH yang ada di Kabupaten Wonosobo adalah PLTMH Wangan Aji Garung Wonosobo, dengan beda ketinggian sebesar 11,21 m. Dengan dimanfaatkannya sungai sebagai pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH)

akan mengurangi beban dari pemerintah terutama bidang kelistrikan.

Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), sangat cocok diterapkan di Indonesia karena potensi sungai dengan aliran yang hampir dipastikan tidak pernah berhenti walaupun di musim kemarau. Pembangunan pembangkit listrik tenaga mikro hidro juga dapat membentuk kemandirian dengan mengelola listrik secara swakelola.

Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) biasanya dibangun di desa-desa yang terpencil yang belum mendapatkan pasokan listrik dari PLN. Air yang digunakan dapat berasal dari saluran irigasi, sungai yang dibendung maupun air terjun. Daerah yang sudah mendapatkan aliran listrik dari PLN bisa juga membuat Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) sebagai aset untuk meningkatkan pendapatan asli dari daerah setempat. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Wangan Aji dibangun tahun 2006 dalam rangka mempromosikan pengembangan energi terbarukan yang ramah lingkungan dengan memanfaatkan saluran irigasi sungai Wangan Aji dan dikoneksikan ke sistem jaringan tegangan menengah PLN di Wangan Aji.

Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan masalah yang sudah disebutkan, maka tujuan penelitian yang ingin dicapai adalah : 1. Mengetahui debit saluran irigasi dan debit untuk turbin. 2. Mendesain Ulang PLTMH, supaya bisa memaksimalkan debit yang sudah ada.

Manfaat Desain Ulang Manfaat yang diperoleh dari desain ulang Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)

ini adalah memberikan masukan kepada pengelola Pembangkit Listrik

Tenaga Mikrohidro (PLTMH) Wangan Aji, Garung, Wonosobo yaitu Koppontren PP Roudlotuth Tholibien.

Perhitungan Ketersediaan Debit Perhitungan ketersediaan debit dihitung dengan menggunakan data yang diambil dari lapangan, berupa besarnya tinggi bukaan yang tersedia, pengukuran ketinggian air yang berada di intake, saluran pembawa, bak penenang, dan pipa pesat. Perhitungan ketersediaan debit berdasarkan Peraturan Standar Perencanaan Irigasi yang ada di KP 04 bab 3 tentang Bangunan Pengatur Muka Air.

Peluap Ambang Lebar Menurut Anggrahini (2005), suatu peluap dinamakan ambang lebar apabila paling tidak terdapat satu penampang diatas ambang yang mempunyai garis-garis arus lurus sehingga pembagian tekanan di penampang tersebut adalah hydrostatik. Kemudian peluap dinamakan sempurna apabila besarnya debit aliran Q tidak ditentukan atau tidak dipengaruhi oleh kedalaman aliran di hilir peluap.

Menurut Triatmodjo (1992), peluap dinamakan ambang lebar apabila 𝑡 > 0,66𝐻,

dengan 𝑡 adalah tebal peluap (arah memanjang saluran) dan 𝐻 adalah tinggi peluapan.

Menurut buku standar perancangan irigasi Kriteria Perencanaan 04 (KP 04), alat

ukur ambang lebar banyak digunakan bahkan dianjurkan penggunaannya di dalam jaringan irigasi. Bangunan ukur ambang lebar dianjurkan karena bangunan itu kokoh dan mudah dibuat. Karena bisa mempunyai berbagai bentuk mercu, bangunan ini mudah disesuaikan dengan tipe saluran apa saja. Hubungan tunggal antara muka air hulu dan debit mempermudah pembacaan debit secara langsung dari papan duga, tanpa memerlukan tabel debit. Kemudian, untuk penjelasan tentang karakreristik peluap ambang lebar yang diambil dari standar perancangan irigasi 04 (KP Irigasi 04) yaitu: 1. Kehilangan tinggi energi pada alat ukur cukup untuk menciptakan aliran kritis, tabel debit dapat dihitung dengan kesalahan kurang dari 2%. 2. Kehilangan tinggi energi untuk memperoleh aliran moduler (yaitu hubungan khusus antara tinggi energi hulu dengan mercu sebagai acuan dan debit) lebih rendah jika dibandingkan dengan kehilangan tinggi energi untuk semua jenis bangunan yang lain. 3. Sudah ada teori hidrolika untuk menghitung kehilangan tinggi energi yang diperlukan ini, untuk kombinasi alat ukur dan saluran apa saja. 4. Karena peralihan penyempitannya yang bertahap (gradual), alat ukur ini mempunyai masalah sedikit saja dengan benda-benda hanyut. 5. Pembacaan debit di lapangan mudah, khususnya jika papan duga diberi satuan debit (misal m3/dt). 6. Pengamatan lapangan dan laboratorium menunjukkan bahwa alat ukur ini mengangkut sedimen, bahkan di saluran dengan aliran subkritis.

7. Mercu datar searah dengan aliran, maka tabel debit pada dimensi purnalaksana dapat dibuat, bahkan jika terdapat kesalahan pada dimensi rencana selama pelaksanaan sekali pun. Kalibrasi purnalaksana demikian juga memungkinkan alat ukur untuk diperbaiki kembali, bila perlu. 8. Bangunan kuat, tidak mudah rusak. 9. Di bawah kondisi hidrolis dan batas yang serupa, ini adalah yang paling. ekonomis dari semua jenis bangunan lain untuk pengukuran debit secara tepat. Fungsi saluran pembawa adalah untuk mengalirkan air dari intake ke bak penenang. Saluran irigasi yang membawa air mulai dari saluran pemasukan (intake) hingga ke bak penenang. Bagian dasar saluran dibuat landai agar tidak ada air yang terjebak di dalam saluran air. Kemiringan dibuat sedemikian rupa agar hilangya ketinggian dapat diminimalkan. Perhitungan saluran pembawa menggunakan rumus Manning, yang biasa digunakan untuk menghitung debit disaluran terbuka. Rumus Manning : V = 1/n x R^(2/3) x S ^(1/2) n

= Koefisien kekasaran dinding Manning

R = Jari –jari hidrolis S = Kemiringan dasar saluran Bak penenang terletak dekat bangunan bendung. Struktur bak penenang berupa pasangan batu kali dengan plesteran semen, terdiri dari bak pengendap, saluran pelimpah (spillway), trashrack, dan bak penenang sendiri. Bangunan ini sering kali dikenal dengan istilah head tank, sebagai reservoar air yang terletak pada sisi atas untuk dialirkan ke unit turbin yang terletak di bagian bawah. Beda tinggi jatuhan air ini yang dikenal sebagai head. Bak penenang berfungsi untuk mengontrol perbedaan debit dalam pipa pesat (penstock) dan saluran pembawa karena fluktuasi beban, disamping itu juga sebagai pemindah sampah terakhir (tanah, pasir, kayu yang mengapung) dalam air yang mengalir. Volume bak penenang 10 m3 – 20 m3 kali debit yang masuk untuk menjamin aliran steady di pipa pesat dan mampu meredam tekanan balik pada saat penutupan aliran di

pipa pesat, dengan Q = debit desain (m3/detik). Bak penenang direncanakan dengan menetapkan kecepatan partikel sedimen sebesar 0.03 m/detik. Pipa pesat ditempatkan 15 cm di atas dasar bak penenang untuk menghindari masuknya batu atau benda–benda yang tidak diinginkan ke dalam turbin, karena berpotensi merusak turbin. Bangunan pintu air adalah sebuah bangunan berupa pintu air yang berfungsi mengatur banyaknya air yang masuk kesaluran dan mencegah masuknya benda padat dan endapan sedimen ke saluran. Pintu air merupakan pintu menuju saluran pembawa. Lubang intake berada disamping bendungan atau di bibir sungai ke arah hulu sungai. Pintu intake mengatur aliran air masuk dari sungai ke sistem pembawa air. Pintu intake juga memungkinkan untuk menutup sama sekali aliran masuk selama periode perawatan dan selama banjir. Sandtrap adalah bangunan yang berfungsi mengendapkan fraksi- fraksi sedimen yang lebih besar dari fraksi pasir halus (>0,06-0,07) mm agar tidak masuk kedalam saluran biasanya ditempatkan di sebelah hilir bangunan pengambilan. Dalam menentukan lokasi kantong lumpur kondisi alam sekitar sangat mempengaruhinya. Kemiringan diperlukan untuk menghilangkan energi selama proses pengendapan. Beberapa data yang harus dipersiapkan untuk mendesain kantong lumpur antara lain adalah: 1. Data topografi untuk menentukan letak kantong lumpur. 2. Data kemiringan yang memadai. 3. Data sedimen a) Diameter sedimen b) Volume sedimen (diasumsi sebesar

0,5 permil )dari volume air yang mengalir.

c) Kebutuhan air untuk masuk ke bak penenang d) Ukuran butiran (diandaikan kurang dari 70 mm) Kehilangan Energi Terjadi dua macam kehilangan energi pada saluran tertutup (penstock), yaitu major losses dan minor losses. Major losses adalah kehilangan energi yang timbul akibat gesekan dengan dinding pipa. Sedangkan minor losses diakibatkan oleh tumbukan dan turbulensi, misal tejadi pada saat melewati kisi-kisi (trashrack), perubahan penampang, belokan dan lain-lain

Pipa pesat adalah pipa yang mengalirkan air dari bak penenang ke turbin. Pipa pesat mempunyai peran yang sangat fital dalam menentukan jumlah debit yang masuk ke dalam turbin. Pemilihan Turbin Turbin merupakan peralatan mekanik yang mengubah energi potensial air menjadi energi mekanik putaran air. Air yang memiliki tekanan dan kecepatan tertentu menumbuk sudu-sudu turbin dan memutar runner turbin sehingga berputar dengan gaya yang sebanding dengan daya dari potensi air. Berdasarkan prinsip kerjanya, turbin air dibagi menjadi dua kelompok . 1. Turbin implus (cross-flow, pelton & turgo) 2. Turbin reaksi (francis, kaplan, propeller) Ada beberapa jenis turbin air yang digunakan dalam pemanfaatan PLTMH yang disesuaikan dengan besarnya debit air dan tinggi jatuh. Turbin yang paling banyak digunakan untuk PLTMH di Indonesia adalah : 1.

Turbin Crossflow : cocok untuk applikasi tinggi jatuh medium 10-100 meter, daya 1 kW- 250 kW

2.

Tubin propeler ( open flume ) : cocok untuk tinggi jatuh rendah 1-10 meter dengan debit air yang besar dan kecepatan putaran mencapai 310 – 1000 rpm

3.

Turbin Pelton : cocok untuk tinggi jatuh yang lebih tinggi dari 80 meter dengan kecepatan Turbin Pelton (impuls) : 12 – 70 rpm

4.

Turbin Francis : cocok untuk applikasi jatuh tinggi jatuh lebih 8 – 300 dengan kapasitas debit air 0,3 hingga 20 (m³/detik) meter untuk menghasilkan daya sebesar 500kW – 5000 kW dengan kecepatan Turbin Francis : 80 – 420 rpm

Daya Input Teknik dari pembangkit listrik ini sangat sederhana, yaitu menggerakkan turbin dengan memanfaatkan tenaga air. Untuk bisa menggerakkan turbin ini, harus ada air yang mengalir deras karena perbedaan ketinggian. Jika di suatu daerah tidak ada air yang mengalir deras, maka dibuat jalur air buatan misalnya bendungan kecil yang berfungsi sebagai pembelok aliran air. Kemudian air yang mengalir deras akan sanggup menggerakkan turbin yang disambungkan ke generator, sehingga dihasilkanlah energi listrik dengan persamaan: Di

= (Q x Ɣ x head)/75

Di

= Daya input pompa (hp)

Q

= Debit, (m3/dt)

Ɣ

= Berat jenis air (kg/m³)

Head = Tinggi jatuh (m) Perhitungan Randemen (Efisiensi) Efisiensi adalah tenaga yang keluar dari suatu alat dibagi dengan tenaga yang masuk mesin dan dikalikan dengan 100 %. Ada beberapa macam efisiensi diantaranya adalah: a. Over All Plant Efficiency Over All Plant Efficiency adalah tenaga yang keluar dari generator dibagi tenaga yang masuk turbin dikalikan dengan 100 % b. Off Station Efficiency Off Station Efficiency adalah tenaga yang keluar dari step – up trasnformator dibagi dengan tenaga yang masuk turbin dikalikan dengan 100 %, atau efisiensi yang keluar dari step – up trasnformator. c. Over All System Efficiency Over All System Efficiency adalah tenaga yang keluar dari step – down trasnformator dibagi dengan tenaga yang masuk turbin dikalikan dengan

100 %, atau

efisiensi yang keluar dari step – down trasnformator. Sedangkan dalam hal ini akan menggunakan Over All Plant Efficiency untuk perhitungannya, menggunakan rumus : η = (daya Output)/(daya input) x 100% η = Randemen/ efisiensi kwh = 0,736 hp

Rencana Anggaran Biaya (RAB) suatu bangunan atau proyek adalah perhitungan biaya yang diperlukan untuk bahan dan upah, serta biaya-biaya lain yang berhubungan dengan pelaksanaan bangunan atau proyek

METODE PENELITIAN Subjek Desain Ulang Desain ulang dilakukan di Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Wangan Aji yang dikelola oleh Koperasi Pondok Pesantren Roudlotuth Tholibin Jawar, Mojotengah, Wonosobo Jawa Tengah.

Objek Desain Ulang Objek desain ulang adalah mendesain ulang Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Wangan Aji (PLTMH). Termasuk desain ulanng adalah, sandtrap, pintu air, pipa pesat, dan turbin. Data Dalam medesain ulang mikrohidro, diperlukan beberapa data untuk menunjang desain ulang dari Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Wangan Aji, diantaranya adalah : a.

Data primer (Existing Condition) Data diambil dari pengukuran langsung dilapangan yaitu berupa besarnya pintu

intake (peluap ambang lebar), data panjang saluran, data lebar saluran dan kedalaman muka air dari dasar saluran dan lainnya. b. Data Sekunder Data yang diperoleh dari PLTMH Wangan Aji, berupa data yang sudah ada. Seperti hasil dari PLTMH dan data teknis dari perencanaan. Diantaranya adalah : Multi meter untuk menghitung tegangan dan arus generator yang dikoneksikan ke PLN. Dan juga data pendukung dari pengelola PLTMH Wangan Aji.

Tahapan Desain Ulang Dalam medesain ulang ada beberapa tahapan yang dilakukan diantaranya adalah : 1. Survey lokasi dan dokumentasi 2. Mengumpulkan referensi dari beberapa literatur yang ada 3. Perumusan masalah 4. Membuat batasan masalah 5. Merencanakan desain ulang bangunan

6. Pembahasan dari desain ulang bangunan 7. Kesimpulan dan saran

Pembahasan Data-Data Data yang diambil dari pengukuran langsung di lapangan yaitu berupa besarnya pintu intake, data panjang saluran, data lebar saluran dan kedalaman muka air dari dasar saluran, data head pada pipa pesat. Semua data yang diambil di lapangan dapat dilihat di Tabel 1 Data Existing Condition PLTMH Wangan Aji. Tabel 1 Data Existing Condition PLTMH Wangan Aji. No

1 2

3

4

5

6

7

8

9 10

Jenis Bangunan

Panjang (M)

Lebar atas (M)

Lebar Bawah (M)

Tinggi (M)

Tinggi Bukaan (M)

Tinggi Muka Air (M)

Intake

-

2,12

2,12

3,2

2,1

2,1

200

5,4

3

3,9

-

1,15

200

3,12

3,12

2,5

-

0,95

200

3,6

3,6

2,1

-

0,84

200

4,1

4,1

2,1

-

0,72

198,6

4,62

4,62

2,1

-

0,65

4

2

-

-

-

2,5

pas. Batu

-

2,3

2,3

1,5

1,1

1,1

Pintu Besi

-

2,3

2,3

1,5

1,5

1,5

Pintu Besi

200

Diameter 1m

saluran pembawa 0+200 saluran pembawa 0+400 saluran pembawa 0+600 saluran pembawa 0+800 saluran pembawa 0+998,6 Bak Penampung (Bak Penenang) Pintu Air di saluran pembawa Pintu Air di saluran pembawa Pipa Pesat

1) Mekanik. Tipe

: RUN OFF River

Gross Head

: 11,21 M

Debit Desain

: 1,4 m3/dt (total)

Type Turbin

: Propeler

Jenis Bahan Pintu Besi pas. Bt jelek pas. Bt jelek pas. Bt jelek pas. Bt jelek pas. Bt jelek

Besi

Speed

: 750 rpm

Generator

: Synchronous

Daya Nominal

: 2 x 65 kW (electric).

2) Pekerjaan Sipil -

Pembersihan Trashrack /saringan dilakukan dengan sistem manual, dan dibersihkan seminggu sekali

-

Panjang Penstock : 200 meter

-

Actuator dan Posisi Unit

Ketersediaan Debit . Perhitungan Sandtrap ...