desain pltmh

PERENCANAAN PENDAHULUAN PLTMH

YAYASAN BINA LINGKUNGAN MASYARAKAT SEJAHTERATelpon 021 70163869 ; [email protected]; www.binalingkunganms.or.id 1

PERENCANAAN TEKNIK PENDAHULUAN

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO

LATAR BELAKANGPembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) mempunyai kelebihan dalam hal biayaoperasi yang rendah jika dibandingkan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD),karena mikrohidro memanfaatkan energi sumber daya alam yang dapat diperbarui, yaitusumber daya air.Dasar hukum :Peraturan Pemerintah No. 03 tahun 2005 tentang Ketenagalistrikan, pasal 2 :

Ayat 1:

Penyediaan dan pemanfaatan tenaga listrik dilaksanakan berdasarkan Rencana Umum

Ketenagalistrikan Nasional.

Ayat 2:

Ayat 3:

Ayat 4:

Menteri menetapkan Rencana Umum Ketenagalistrikan Nasional dengan

mempertimbangkan masukan dari Pemerintah Daerah dan masyarakat.

Penyediaan tenaga listrik dilakukan dengan memanfaatkan seoptimal mungkin sumber

energi yang terdapat diwilayah Negara Kesatuan Republik Indonesia.

Guna menjamin ketersediaan energi primer untuk penyediaan tenaga listrik untuk

kepentingan umum, diprioritaskan penggunaan sumber energi setempat dengan

kewajiban mengutamakan pemanfaatan sumber energi.

DESAIN

A. Kriteria DesainPembangkit energi air skala mikro atau pembangkit tenaga mikrohidro semakin populersebagai alternatif sumber energi, terutama di wilayah yang terpencil.Sistem pembangkittenaga mikrohidro dapat dipasang di sungai kecil dan tidak memerlukan dam yang besar



sehingga dampaknya terhadap lingkungan sangat kecil.Pembangkit tenaga mikrohidro dapat digunakan langsung sebagai penggerak mesin ataudigunakan untuk menggerakan generator listrik.Instalasi pembangkit listrik dengan tenagamikrohidro biasa disebut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro, disingkat PLTMH.1. Daya yang DibangkitkanPerencanaan antara 5 kW sampai dengan 100 kW .Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu sumber tenaga air bergantung pada besarnyahead dan debit air. Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah beda tinggi antaramuka air pada reservoir dengan muka air keluar pada turbin. Total daya yang terbangkitkandari suatu turbin air adalah merupakan reaksi antara head dan debit air seperti di tunjukanpada persamaan berikut:P = Q x g x h x ηturbin x ηgeneratorDengan:P = daya (watt)Q = Debit (m3/s)g = gaya gravitasih = tinggi jatuh efektif (m)η = efisiensi2. Debit Banjir RencanaMetode penentuan debit banjir rencana akan dilakukan dengan metode hidrograf satuansintetik Nakayasu. Persamaan umum hidrograf satuan sintetik adalah sebagai berikut:A : Luas daerah aliran sungaiL : Panjang sungai utamaα : Koefisien karakteristik DAS



Ro : Hujan netto satuan3. Debit AndalanLengkung durasi aliran (flow duration curve) adalah suatu grafik yang memperlihatkan debitsungai selama beberapa waktu tertentu dalam satu tahun. Pada gambar berikut jelas bahwadebit minimum terdapat selama setahun penuh, sedangkan debit maksimum hanya terdapatselama beberapa jam. Lengkung durasi aliran digambarkan dari data-data debit, sekurang-kurangnya selama 10 tahun.

Tabel 1.Klasifikasi Kondisi hidrologiFlow DurationInterval Hydrologic Condition Class0 - 10% High flows10 - 40% Moist Conditions40 - 60% Mid-Range Conditions60 - 90% Dry Conditions90 - 100% Low Flows4. Bangunan-bangunan

i. Saluran Pengantar

Saluran Pengantar adalah saluran darisungai/kali menuju bak penenang.Kecepatanaliran yang diijinkan pada perencanaan iniadalah :

• Kecepatan maksimum : 2 m/det, saluran pasangan batu tanpa plesteran



• Kecepatan minimum:0.3 m/det, saluran pasangan batu plesteran, dan 0.5 m/det, salurantanpa pasangan/plesteran. Kecepatan rata aliran yang diijinkan pada perencanaan ini berkisar 0.5 - 0.7 m/det.ii. Bak Penenang

Bak penenang berfungsi untuk mengontrolperbedaan debit dalam pipa pesat (penstock) dansaluran pembawa karena fluktuasi beban,disamping itu juga sebagai pemindah sampahterakhir (tanah, pasir, kayu yang mengapung)dalam air yang mengalir. Bak penenangdilengkapi saringan (trashrack) dan pelimpas(spillway).

o Volume bak 10 - 20 kali debit yang masuk untuk menjamin aliran steady di pipa pesatdanmampu meredam tekanan balik pada saat penutupan aliran di pipa pesat.o Bak penenang direncanakan dengan menetapkan kecepatan vertikal partikel sedimen0.03m/det.o Pipa pesat ditempatkan 15 cm di atas dasar bak penenang untuk menghindarkanmasuknyabatu atau benda-benda yang tidak diijinkan terbawa memasuki turbin,karena berpotensimerusak runner turbin.o Pipa pesat ditempatkan pada jarak minimum 4 x D (diameter pipa pesat) dari muka airuntukmenjamin tidak terjadi turbulensi dan pusaran yang memungkinkan masuknyaudara bersama aliran air di dalam pipa pesato Bak penenang dilengkapi trash rack untuk mencegah sampah dan benda-benda yangtidakdiinginkan memasuki pipa pesat bersama aliran air.o Pipa penguras ditempatkan di bak pengendap dan bak penenang sebagai kelengkapanuntukperawatan (pembuangan endapan sedimen).o Bak penenang diiengkapi pelimpas yang direncanakan untuk membuang kelebihandebitpada saat banjir. Bangunan bak penenang dan saluran pembawa direncanakanterjagaketinggian permukaan pada saat banjir sampai maksimum 25% dari debitdesain.



o Konstruksi bak penenang dan pengendap berupa pasangan batu diplester dengandasar bakberupa cor-an beton tumbuk (tanpa tulangan) kedap air.Perhitungan dimensi bak penenang :Vf = Af x hf= Bf x L x (hs + Δz)Dengan:Vf = Volume desain bak penenangAf = Luas bak penenanghf = Tinggi muka air pada bak penenangL = Panjang bak penenangBf= Lebar bak penenangΔz = Beda tinggi

iii. Penstock Pipa pesat (penstock) adalah pipa yang yangberfungsi untuk mengalirkan air dari bakpenenang(forebay tank).Perencanaan pipa pesat mencakuppemilihan material, diameterpenstock, tebal danjenis sambungan (coordination point).Pemilihan material berdasarkanpertimbangan kondisi operasi, aksesibility, berat, sistempenyambungan dan biaya. Diameterpipa pesat dipilih dengan pertimbangan keamanan,kemudahan proses pembuatan,ketersediaan material dan tingkat rugirugi (fiction losses)seminimal mungkin. Ketebalanpenstock dipilih untuk menahan tekanan hidrolik dansurge pressure yang dapat terjadi.o Head losses pada sistem pemipaan (penstock) diasumsikan sekitar 4% terhadap headgross.o WaterhammerPada saat penutupan inlet valve dapat terjadi tekanan gelombang aliran air di dalam pipayang dikenal sebagai waterhammer. Tekanan balik akibat tertahannya aliran air oleh



penutupankatup akan berinteraksi dengan tekanan air yang menuju inlet valve sehinggaterjadi tekanantinggi yang dapat merusak penstock.Tegangan pada dinding pipa tersebut dibandingkan dengan kekuatan tarikmaterial dantegangan yang diijinkan.Apabila tegangan pada dinding pipa lebihbesar maka penentuandiameter dan ketebalan pipa diulang (iterasi) sampaidiperoleh kondisi yang aman.Perhitunganrinci kekuatan dan keamanan pipadilampirkan pada setiap lokasi rencana pengembanganPLTMH.o Tumpuan pipa pesat (saddles support)Tumpuan pipa pesat, baik pondasi anchor block, saddle support, berfungsi untukmengikat danmenahan penstock. Jarak antar tumpuan (L) ditentukan oleh besarnyadefleksi maksimumpenstock yang diijinkanPada perencanaan PLTMH ini, jarak antar tumpuan pipa pesat rata-rata adalah 4 m,

o Rugi-rugi head (Head Losses).Rugi-rugi head (head losses) diberikan oleh faktor : Kerugian karena gesekan saat aliran air melewati trashrack Kerugian gesekan aliran fluida di dalam pipa Kerugian karena turbulensi aliran yang dipengaruhi belokan, bukaan katup,perubahanpenampang aliran.Reduksi head losses dapat dilakukan dengan cara :

o Penggunaan diameter pipa yang lebih besar (harus mempertimbangkanbiaya)o Mengurangi belokan pada penstock dan pemilihan dimensi yangterbaik untukmendapatkanrugi-rugi yang kecil.Besarnya rugi-rugi pada pipa pesat terdiri dari:

Rugi-rugi karena gesekan selama aliran didalam pipa Kerugian karena gesekan pada aliran melalui trashrack. Kerugian karena turbulensi, H

Untuk mendapatkan diameter pipa dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:



Dengan:D = Diameter pipa pesat (m)Q = Debit pembangkit (m3/dt)V = Kecepatan aliran pada pipa pesat (m/dt)H = Tinggi pipa pesat (m)iv. Pemilihan Turbin

Turbin Air adalah turbin dengan air sebagai fluidakerja.Air yang mengalir dari tempat yang lebih tinggimenuju tempat yang lebih rendah, hal ini air memilikienergi potensial. Dalam proses aliran didalam pipa,energi potensial tersebut berangsur-berangsurberubah menjadi energi mekanis, dimana air memutarroda turbin. Roda turbin dihubungkan dengangenerator yang mengubah energi mekanis (gerak)menjadi energi listrik.

Gambar 2 : Grafik Pemilihan Turbin(Sumber : Fraenkel 1991)



Adapun tipe penggunaan head yang berlaku pada beberapa macam turbin diantaranya:Kaplan 2 < H < 40Francis 10 < H < 350Pelton 50 < H <1300Turgo 50 < H < 250Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran, antara lain sebagai berikut:- Turbin pelton 12 < Ns < 25- Turbin francis 60 < Ns < 300- Turbin crossflow 40 < Ns < 200- Turbin propeller 250 < Ns < 1000Dengan mengetahui Ns turbin maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan lebihmudah. Untuk estimasi perhitungan dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut:

Dengan:N = kecepatan pada turbin (rpm)Ns = kecepatan spesifik (rpm)h = tinggi jatuh efektif (m)P = daya yang dihasilkan (kW)B. Perhitungan Desain

Debit banjir rencana digunakan dalam perencanaan elevasi dan posisi bangunan-bangunanPLTMH.Didalam perhitungan dimensi, digunakan debit andalan sebagai debit desain, yakni debit yangmasih dimungkinkan untuk keamanan operasional suatu bangunan air.Assumsi debit andalan

sebuah sungai 0,60 m3/dt (debit sungai yang paling sering terjadi di dalam 10 tahun; diukurdi lapangan, dan menurut informasi setempat).



Saluran Pengantar :

o Berfungsi untuk mengantarkan air dari bendungan kearah bak penenang.o Dengan Debit 0,60 m3/dt, dan kecepatan 0,7 m/dt, maka didapatkan dimensisaluran pengantar dengan spesifikasi pasangan batu kali sebagai berikut :

Komponen SpesifikasiBANGUNAN SIPILSALURAN PENGANTARKonstruksi Pasangan Batu KaliLebar 1.00 mPanjang 3.00 mKedalam air 1.00 mOver flow 0,30 mQ desain 0,60 m3/dtTabel 2. Spesifikasi Saluran Pengantar0.30

1.00

0.30



an

0.30 1.00 0.30Gambar 3 : Penampang Saluran PengantarNon Skalao Pada mulut saluran dibuatkan pintu air, seperti pada gambar berikut :

Bangun Sadap

Gambar 4 : Layout Pintu Air

Gambar 5 : Pintu Air/Bendungan Bak Penenang :

o Berfungsi untuk penenang aliran air dan pengendapan terakhir material yang ada padaaliran air.o Spesifikasi Bak Penenang dari pasangan batu kali.o Volume bak penenang diambil 15 kali aliran masuk, untuk menjamin aliran steady dipipa pesat dan mampu meredam tekanan balik pada saat penutupan aliran di pipa



pesat.(kriteria desain : 10 – 20 kali). Dengan demikian volume Bak penenang :9 m3, maka dimensinya seperti gambar berikut :Komponen SpesifikasiBANGUNAN SIPILBAK PENENANGKonstruksi Pasangan Batu KaliLebar 1,5 mPanjang 3 mKedalam air 2 mOver flow 0,30 mQ desain 0,60 m3/dtTabel 3. Spesifikasi Bak Penenang

0.30

2.00

0.40

0.60 1.50 0.60

Gambar 6 : Penampang Melintang Bak Penenang



Gambar 7 : Penampang Memanjang Bak Penenang

Penstock

o Berfungsi untuk mengantarkan air dari bak penenang ke turbin pembangkit.o Dengan jenis pipa HDPE, dan debit 0,60 m3/dt, sertakecepatan air 2 m/dt, makadidapat diameter penstock adalah 0,6 m.o Jarak lateral support diambil 4 m (sumber perhitungan)

Komponen SpesifikasiBANGUNAN SIPILPIPA PESATMaterial HDPEDiameter 0,6 mPanjang 23,5 mQ desain 0,64 m3/dtTabel 4. Spesifikasi Pipa Pesat

0.60 3.00 0,600.60

0.30

2.00

0.40



Dia. 0,60 m

4.00 m

Gambar 8 : Pipa Pesat Turbin

o Energi potensial airakan memutar roda turbin yang dihubungkan dengangenerator. Selanjutnya generator akan mengubah energy mekanis (gerak) menjadienergy listrik.o Net Head antara muka air bak penenang dan roda turbin adalah 3,9 m (sumber

perhitungan), dan debit air adalah 0,60 m3/dt, maka dari grafik pemilihan turbindidapatkan Spesifikasi sebagai berikut :Komponen SpesifikasiPERALATAN MEKANIKAL – ELEKTRIKALTURBINTipe Fixed blade PropellerHead 3,9 mDaya 16 kWDebit Andalan 0,60 m3/dtEfisiensi 85%Tabel 5. Spesifikasi Turbin



Gambar 9 : Fixed Blade Propeller Turbine

Rencana Anggaran Biaya Pendahuluan :Untuk pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro untuk kapasitas daya 16 kWdiperlukan biaya dengan perkiraan sebagai berikut :Tabel 6 :

(Sembilan Ratus Lima Puluh Tiga Juta Rupiah)

desain pltmh

Documents