STUDI PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MINI HIDRO (PLTM)
MADONG KABUPATEN TORAJA UTARA PROVINSI SULAWESI SELATAN
Afif Taufiiqul Hakim1, Suwanto Marsudi2, Lily Montarcih Limantara2 1Mahasiswa Program Sarjana Teknik Pengairan Universitas Brawijaya
2Dosen Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 1Email: [email protected]
ABSTRAK
Sulawesi selatan adalah salah satu provinsi dengan nilai konsumsi listrik yang tinggi.
Dengan konsumsi listrik yang tinggi, sehingga kebutuhan listrik harus terus tercukupi. Untuk
mencukupi kebutuhan listrik tentu diperlukan sumber energi. sungai di desa Madong kabupaten
Toraja Utara memiliki karakteristik yang berpotensi untuk menghasilkan energi listrik. Agar
dapat dimanfaatkan maka diperlukan adanya kajian terkait perencanaan dan peninjauan
terhadap kelayakan dari sisi ekonomi untuk PLTM Madong. Berdasarkan hasil kajian, debit
banjir rancangan yang digunakan sebesar Q100 = 488,55 m3/detik, sedangkan debit
pembangkitan sebesar Q40% = 13,18 m3/detik. PLTM ini direncanakan menggunakan bendung
bermaterial beton, dengan tipe mercu bulat, tinggi bendung 4 meter dan lebar efektif bendung
31,70 meter. Adapun komponen lain meliputi bangunan pengambilan, feeder canal, bak
pengendap, saluran pembawa, bak penenang dan pipa pesat. Pipa pesat yang digunakan
bermaterial baja (welded steel) dengan diameter 2 meter dan ketebalan 12 mm. Setelahnya,
terdapat saluran pembuang (tailrace) yang berfungsi untuk mengembalikan aliran ke sungai.
Turbin yang digunakan adalah 2 unit turbin Francis, dengan daya yang dihasilkan sebesar 12,59
MW dan produksi energi tahunan sebesar 68,87 GWh. Hasil analisis ekonomi menunjukkan
bahwa proyek ini layak dibangun dari sisi ekonomi dengan BCR sebesar 1.29, NPV sebesar
135 Milyar, IRR sebesar 12,68% dan Payback period selama 15,43 tahun.
Kata kunci: PLTM, listrik, debit, pipa pesat, analisis ekonomi
ABSTRACT
Sulawesi selatan is one of the provinces with high amount of electricity consumption. By the
high amount of electricity consumption, electrical energy production is needed to be increased.
To provide the electricity we need the energy source. The river in Madong village, Toraja
Utara Regency has the characteristics that potentially can be an energy source. To get
electricity production from the Madong river, we need the study of designing and economical
analysis. From the observation, the selected flood discharge (Q100) to be 488,55 m3/s and plant
discharge (Q40) to be 13,18 m3/s. This hydropower was designed with a concrete and circle-
shaped weir. There are the other components such as intake, feeder canal, settling basin,
volume, headrace, forebay and penstock. Penstock uses the welded steel material, with 2 m of
diameter and 12 mm of thickness. Then, there is a tailrace that will transmit the water back to
the river. The selected turbines are 2 units of Francis type, with the 12,59 MW power produced
and 68.92 GWh energy produced in a year. The result of economic analysis, the project is
feasible with BCR = 1.29, NPV = 135 Billion rupiahs, IRR = 12,68%, and Payback period
within 15,43 years.
Keyword: Hydropower, electric, flow, penstock, economic analysis
PENDAHULUAN
Dewasa ini kebutuhan listrik menjadi
kebutuhan yang utama bagi masyarakat.
Dalam rangka menunjang kegiatan
manusia, listrik seharusnya dapat dirasakan
oleh seluruh masyarakat. Namun, sampai
saat ini listrik belum dirasakan oleh seluruh
masyarakat karena belum maksimalnya
pemanfaatan sumber daya dan energi yang
berpotensi membangkitkan listrik.
Banyak energi terbarukan yang dapat
dimanfaatkan sebagai energi listrik seperti
panas bumi, udara, uap, air dan lain-lain.
Indonesia dengan kekayaan alamnya
memiliki potensi yang sangat besar untuk
dimanfaatkan energi airnya. Energi air
berpotensi menghasilkan energi listrik yang
cukup besar. Namun sampai saat ini energi
air belum termanfaatkan dengan maksimal,
PLTA, PLTM atau PLTMH dapat menjadi
solusi untuk meningkatkan produksi energi
listrik yang ada di Indonesia.
Sulawesi selatan sebagai salah satu
provinsi di Indonesia dengan ibukotanya
kota Makassar telah bertumbuh menjadi
daerah industri dan pusat perdagangan di
kawasan timur Indonesia. Dengan
bertumbuhnya kota dan wilayah-wilayah di
Sulawesi Selatan, sehingga tentu
diperlukan adanya pengembangan sarana
kelistrikan.
Meninjau debit dan tinggi jatuh di
sungai Madong yang terletak di kecamatan
Denpina, Kabupaten Toraja Utara Provinsi
Sulawesi Selatan. Sungai Madong dapat
dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik
yang nantinya diharapkan dapat memenuhi
kebutuhan listrik di Sulawesi selatan.
Sehingga, diperlukan studi terkait agar
dapat diketahui potensi energi dan
perencanaan untuk PLTM Madong.
PUSTAKA DAN METODOLOGI
Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)
Sistem Pembangkit Listrik dengan
memanfaatkan tenaga air pada prinspinya
suatu sistem yang memanfaatkan debit air
dan tinggi jatuh. Sehingga dalam suatu
perencanaan PLTA, PLTM atau PLTMH
diperlukan peninjauan debit dan penentuan
lokasi yang tepat agar didapatkan tinggi
jatuh yang optimal.
Klasifikasi tipe PLTA
Pengklasifikasian PLTA didasarkan pada
beberapa parameter antara lain
1. Berdasarkan Kapasitas Terpasang
• PLTMH untuk daya dibawah 100
kW
• PLTM untuk 100 kW – 10000 kW
• PLTA untuk diatas 10000 kW
2. Ketersediaan Tinggi Jatuh (Head)
• High head untuk diatas 100 m
• Medium head 30 m < H < 100 m
• Low Head H < 30 m
3. Operasi
• Run of River
• Tampungan (Reservoir)
• Tampungan terpompa (Pumped
storage),
• In stream technology.
4. Tujuan pengadaan
• Single purpose, digunakan hanya
untuk satu peruntukan atau
pembangkit listrik saja.
• Multi purpose, digunakan untuk
beberapa peruntukan, seperti irigasi,
air baku dan pembangkit listrik.
5. Ekonomi
• Bekerja sendiri, untuk kepentingan
pribadi atau individu.
• PLTA yang bekerja sama, memiliki
kaitan dengan sentral listrik seperti
PLN (Perusahaan listrik negara)
Analisis Hidrologi
Kajian hidrologi akan menganalisis debit
banjir rancangan dan debit andalan yang
digunakan sebagai basis perencanaan untuk
PLTM. Adapun beberapa analisis yang
perlu dilakukan untuk analisis hidrologi
meliputi
1. Pemeriksaan Data Hujan
Uji outlier
Pemeriksaan data outlier adalah data
yang menyimpang cukup jauh dari
trend kelompoknya. Pengujian metode
ini menetapkan ambang bawah (XL)
dan ambang atas (XH) sebagai berikut:
𝑋𝐻 = exp(�̅� + 𝐾𝑛𝑆) (1)
𝑋𝐻 = exp(�̅� − 𝐾𝑛𝑆) (2)
Dengan:
𝑋𝐻 = nilai ambang atas
𝑋𝐿 = nilai ambang bawah
�̅� = nilai rata-rata dari logaritma
sampel data
Kn = besaran yang tergantung pada
jumlah sampel data
S = simpangan baku dari logaritma
sampel data
n = jumlah sampel data
Uji RAPS
Metode RAPS akan melakukan
pengujian menggunakan data hujan
dari stasiun yang sudah ditetapkan
dengan melakukan pengujian
kumulatif penyimpangan kuadrat
terhadap nilai rerata. Rumus yang
digunakan dalam uji RAPS adalah
sebagai berikut:
𝑆𝑘∗ = ∑ (𝑌𝑖 − �̅�)𝑘
𝑖=1 (3)
𝑆𝑘∗∗ =
𝑆𝑘∗
𝐷𝑦 (4)
𝐷𝑦2 =
∑ (𝑌𝑖−�̅�)2𝑛
𝑖=1
𝑛 (5)
𝑄 = 𝑚𝑎𝑘𝑠|𝑆𝑘∗∗|; 0 ≤ 𝑘 ≤ 𝑛 (6)
𝑅 = 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑆𝑘∗∗ −min 𝑆𝑘∗∗ (7)
Dengan:
Sk* = hujan (𝑋) – hujan (�̅�)
Sk**= nilai kuadrat Sk* dibagi Dy
Dy2 = nilai kuadrat Sk* dibagi jumlah
data
Q = atribut dari sebuah besarnya
nilai statistik persamaan (6)
R = atribut dari sebuah besarnya
nilai statistik persamaan (7)
2. Debit andalan
Debit andalan adalah debit yang
tersedia sepanjang tahun dengan
besarnya resiko kegagalan tertentu.
Berikut langkah penentuan debit
andalan berdasarkan SNI 6378:2015
• Kumpulkan data debit dengan
interval waktu tertentu atau debit
setelah dilakukan analisis F.J
Mock
• Cek kecukupan panjang
pencatatan data debit
• Lakukan uji validasi untuk data
debit.
• Tentukan peringkat data.
• Hitung probabilitas dengan
Weibull 𝑃 =𝑚
𝑛+1+ 100% (16)
Dengan:
P = probabilitas kejadian (%)
m = nomor urut data
n = jumlah data dalam analisis
• Hitung debit andalan berdasarkan
probabilitas sesuai peruntukan.
• Buat kurva durasi debit.
3. Debit banjir rancangan
Metode Hidrograf Satuan Sintetis
Nakayasu
Untuk menghitung besarnya debit
banjir rancangan, digunakan HSS
Nakayasu. Rumus debit puncak adalah
sebagai berikut:
𝑄𝑝 =1
3,6𝐴. 𝑅0
1
(0,3𝑇𝑝+𝑇0,3) (17)
Dengan:
Qp = debit puncak (m3/detik)
A = Luas DAS (km2)
R0 =hujan satuan (mm)
Tp = peak time (jam)
T0,3=Waktu dibutuhkan untuk
penurunan debit 30% dari Qp
Metode Hidrograf Satuan Sintetis
Limantara
Adapun metode HSS Limantara yang
digunakan untuk menentukan debit
banjir rancangan yang akan
dibandingkan dengan HSS Nakayasu.
Dengan rumus sebagai berikut:
𝑄𝑝 =
0,042. 𝐴0,451𝐿0,497𝐿𝑐0,356𝑆−0,131𝑛0,168
(18)
Dengan:
A = luas DAS (km2)
L = panjang sungai (km)
Lc = Panjang sungai diukur sampai
titik terdekat dengan titik berat DAS
(km)
S = kemiringan sungai
n = koefisien kekasaran
Perencanaan Bangunan Sipil
secara garis besar konstruksi bangunan sipil
yang terdapat pada PLTM antara lain
bangunan bendung, intake, bak pengendap,
saluran pembilas, saluran pembawa, bak
penenang, penstock sampai dengan rumah
pembangkit dan konstruksi pendukung
lainnya.
1. Bendung
Persamaan tinggi energi-debit untuk
bendung ambang pendek dengan
pengontrol segi empat adalah:
𝑄 = 𝐶𝑑2
3√2
3𝑔𝑏𝐻1
1,5 (19)
Dengan:
Q = debit (m3/detik)
Cd = koefisien debit (Cd = C0C1C2)
g = percepatan gravitasi (9,81
m/detik2)
b = panjang mercu (meter)
H1 = tinggi energi di atas mercu (meter)
Q = debit (m3/detik)
Kolam olak
(1) Untuk Froude ≤ 1,7 tanpa kolam
olak
(2) Bila 1,7 ≤ Froude ≤ 2,5 kolam olak
ambang ujung
(3) Bila 2,5 ≤ Froude ≤ 4,5. USBR
Tipe IV.
(4) Bila Froude ≥ 4,5. USBR Tipe III
(5) Dalam KP-02 USBR Tipe IV tidak
direkomendasi, sehingga dapat
digunakan tipe MDO/MDS
2. Bangunan pengambilan
Bangunan pengambilan berfungsi
sebagai pemasukan aliran yang
diperlukan untuk memenuhi kebutuhan
irigasi atau pembangkitan listrik.
Kapasitas pengambilan setidaknya
adalah 120% dari kebutuhan
pengambilan atau kebutuhan yang
direncanakan. Berikut adalah rumus
debit yang melalui pintu pengambilan
𝑄 = 𝜇𝑏𝑎√2𝑔𝑧 (20)
Dengan:
Q = debit (m3/detik)
𝜇 = koefisien debit (𝜇 = 80)
b = lebar bukaan (meter)
a = tinggi bukaan (meter)
g = perecepatan gravitasi (9,81
m/detik2)
z = kehilangan tinggi energi pada
bukaan (meter)
3. Bak Pengendap
digunakan rumus dari Velikanov yang
memberikan rumus dengan
menganjurkan faktor-faktor koreksi.
berikut ini merupakan rumus bak
pengendap:
𝐿𝐵 =𝑄
𝑊.λ2
7,51.𝑣
𝑤.(𝐻0,5−0,2)2
𝐻 (21)
Dengan:
L = panjang kantong lumpur
B = lebar kantong lumpur
L/B > 8
Q = debit saluran
w =kecepatan endap partikel sedimen,
m/dt
koefisien pembagian/distribusi
Gauss
4. Saluran pembawa (Head race)
Untuk saluran pembawa, digunakan
saluran terbuka. Dengan debit yang
melalui saluran dapat dihitung dengan
rumus berikut:
𝑄𝑑 = 𝐴.𝑅
23.𝑆𝐿
12
𝑛 (22)
Qd = debit rencana (m3/detik)
A = luasan dimensi (m2)
R = A/P (meter)
P = Keliling basah (m)
SL = Kemiringan Saluran
n = Koefisien kekasaran
5. Bak penenang (Head pond)
Kapasitas bak penenang didefinisikan
sebagai kedalaman air dari hc ke h0
dari panjang bak penenang L
𝑉𝑠𝑐 = 𝐴𝑠. 𝑑𝑠𝑐 = 𝐵. 𝐿. 𝑑𝑠𝑐 (23)
Dengan:
As = Luas bak penenang (m2)
B = Lebar bak penenang (meter)
L = Panjang bak penenang (meter)
dsc = kedalaman air
Apabila pengarah elektrik merespon
perubahan beban dengan kapasitas bak
penenang di desain berada di sekitar 30
kali sampai 60 kali dari Qd dalam
banyak kasus
6. Pipa pesat (Penstock)
Diameter Pipa pesat
• Warnick (1984)
𝐷 = 0,72𝑄0,5 (24)
• USBR (1986)
𝐷 = 1,517𝑄0,5/𝐻0,25 (25)
• Fahlbusch (1987)
𝐷 = 1,12𝑄0,45/𝐻0,12 (26)
• Sarkaria (1987)
𝐷 = 3,55. (𝑄2/2𝑔𝐻)1/4 (27)
• RETscreen Canada (2005)
𝐷 = (𝑄/𝑛𝑝)0,43/(𝐻)0,14 (28)
• Berdasarkan ESHA (2005)
𝐷 = 2,69(𝑛2𝑄2𝐿
𝐻)0,1875 (29)
Dengan:
D = diameter pipa (m)
Q = debit rencana (m3/detik)
H = tinggi jatuh efektif
g = gravitasi (9,81 m/detik2)
np = jumlah pipa pesat
n = kekasaran pipa
Ketebalan Pipa
e =𝑃×𝑑
2×σ𝑓×𝐾𝑓+𝑒𝑠 (30)
Dengan:
e = ketebalan minimum pipa
P = tekanan hidrostatis (kN/mm2)
d = diameter dalam (mm)
σ𝑓 = tegangan yang dapat diterima
(kN/mm2)
𝑘𝑓 = efisiensi pengelasan (0,90-1,00)
𝑒𝑠 = ketebalan tambahan untuk
mencegah korosi
Kehilangan Tinggi
Kehilangan tinggi yang perlu dianalisis
dalam PLTM meliputi kehilangan pada
komponen-komponen berikut yaitu:
trashrack, intake, feeder canal, bak
pengendap, saluran pembawa, bak
penenang, pipa pesat, sampai dengan valve.
Perencanaan Hidromekanikal
1. Pemilihan Turbin
Pemilihan turbin dipilih berdasarkan
grafik pada ESHA (2004: 175) selain
itu juga digunakan perhitungan
kecepatan spesifik sehingga
didapatkan turbin yang cocok.
2. Kavitasi
Kavitasi terjadi ketika tekanan
hidrodinamis pada aliran air jatuh di
bawah tekanan uap, sehingga terjadi
fase penguapan atau pembentukan uap.
Untuk menghindari kavitasi maka
setidaknya diperlukan jarak
penempatan turbin dengan rumus
berikut:
𝐻𝑠 =𝑃𝑎𝑡𝑚−𝑃𝑣
𝜌.𝑔+
𝑉2
2.𝑔− 𝜎.𝐻 (31)
Dengan:
Hs = tinggi hisap (meter)
Patm = tekanan atmosfir
Pv = tekanan uap air
𝜌 = massa jenis air (kg/m3)
g = gravitasi (m/detik2)
V = kecepatan (m/detik)
𝜎 = sigma Thoma
H = tinggi jatuh (meter)
Dengan rumus sigma Thoma untuk
turbin Francis adalah sebagai berikut
σ𝑡 = 1,2715 ×. 𝑛𝑠1,41 +
𝑉2
2.𝑔.𝐻 (32)
Dengan:
𝑛𝑠 =1,924
𝐻0,512 (𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘𝐹𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑠)
3. Generator
Generator adalah komponen elektrikal
yang akan mengubah energi gerak
menjadi energi listrik.
Menentukan kecepatan sinkron (turbin
dengan generator)
Kecepatan putaran (𝑛) = 120×𝑓
𝑝
Dengan:
f = frekuensi (50 atau 60 Hz)
p = jumlah kutub generator
4. TURBNPRO
TURBNPRO adalah peranti lunak
khusus yang ditujukan untuk
pengembang pembangkit listrik,
konsultan dan pelajar. Dengan
menggunakan TURBNPRO akan lebih
mudah penentuan turbin beserta
pendimensiannya.
Daya dan Energi
Daya hasil dari PLTM dapat dihitung
dengan rumus
𝑃𝑛𝑒𝑡𝑡 = 𝑔. 𝑄. 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑡 (33)
Daya (dengan efisiensi turbin dan
generator)
𝑃𝑛𝑒𝑡𝑡 = 𝑔. 𝜂𝑔. 𝜂𝑡 . 𝑄. 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑡 (34)
Untuk energi yang dihasilkan dapat
digunakan rumus berikut
𝐸 = 𝑔. 𝜂𝑔. 𝜂𝑡 . 𝑄. 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑡. 𝑛 (35)
Dengan:
P = Daya (Watt)
g = gravitasi (m/detik2)
Q = debit (m3/detik)
H = tinggi jatuh (meter)
𝜂𝑔 = efisiensi generator
𝜂𝑡 = efisiensi turbin
n = jumlah jam
Analisis Ekonomi
1. Biaya
Biaya adalah nilai bayar perkiraan
yang diestimasi untuk pelaksanaan
pembangunan proyek. Biaya
pembangunan PLTM/PLTMH
dinyatakan dengan rumus empiris
dalam RETscreen.
2. Manfaat
Nilai manfaat (benefit) dalam suatu
proyek pembangkit listrik tenaga
mikro/mini hidro pada dasarnya
didapatkan dari jumlah produksi energi
yang dihasilkan. Sehingga, untuk
mendapatkan nilai manfaat proyek
perlu dihitung produksi energi selama
1 tahun yang nantinya diakumulasikan
sesuai dengan total tahun investasi.
Berdasarkan PERMEN ESDM No.12
Tahun 2014 untuk Sulawesi selatan
harga listrik rerata ditetapkan
Rp.1056/kWh.
3. Benefit cost ratio (BCR)
persamaan untuk benefit cost ratio
(BCR) adalah berikut ini
𝐵𝐶𝑅 = ∑𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑡
∑𝐶𝑜𝑠𝑡 (36)
Dengan:
BCR = benefit cost ratio
Benefit = nilai manfaat sekarang
Cost = nilai biaya sekarang
Kriteria keputusan yang menentukan
apakah proyek yang direncana layak
atau tidak secara ekonomi untuk
metode ini adalah apabila BCR > 1
maka proyek dapat dikatakan layak
secara ekonomi
4. Net present value (NPV)
Untuk mendapatkan nilai NPV maka
dapat dihitung dengan rumus berikut
𝑁𝑃𝑉 = 𝑃𝑊𝐵 − 𝑃𝑊𝐶 (37)
Dengan:
NPV = net present value
PWB = present worth of benefit
PWC = present worth of cost
5. Internal rate of return (IRR)
Apabila dirumuskan, maka nilai IRR
dapat dihitung dengan persamaan
berikut
𝐼𝑅𝑅 = 𝑖𝑁𝑃𝑉+ +𝑁𝑃𝑉+
|𝑁𝑃𝑉++𝑁𝑃𝑉−|(𝑖𝑁𝑃𝑉− + 𝑖𝑁𝑃𝑉+) (38)
Untuk mendapatkan nilai IRR maka
diperlukan beberapa variabel agar
didapatkan suku bunga saat NPV < 0
dan NPV>0
6. Payback period
Analisis payback period pada dasarnya
adalah untuk mengetahui seberapa
lama durasi (periode) investasi akan
dapat dikembalikan saat terjadinya
kondisi pulang pokok persamaan yang
digunakan adalah
𝑘𝑃𝐵𝑃 =𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑎𝑠𝑖
𝐴𝑛𝑛𝑢𝑎𝑙𝑏𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑡×
𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 (39)
Dengan:
kPBP = periode pengembalian
Investasi = jumlah biaya investasi yang
dikeluarkan
Annual benefit = keuntungan per tahun
(dikurangi O&P, bila ada)
Periode waktu = lama periode (1 tahun)
7. Sensitivitas
Analisis sensitivitas perlu dilakukan
dalam rangka mengetahui sejauh mana
dampak parameter investasi yang telah
ditetapkan sebelumnya boleh berubah
karena adanya situasi dan kondisi
tertentu selama umur investasi. Dalam
hal ini akan dihitung berdasarkan
parameter:
(1) Penurunan produksi energi sebesar
10%, 20% dan batas sensitif
(2) Kenaikan biaya 10%, 20% dan
batas sensititf
(3) Penurunan produksi dan kenaikan
biaya bersamaan dengan
presentase 10% dan 20%.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Debit Andalan
Berdasarakan hasil analisis
evapotranspirasi sampai dengan
perhitungan simulasi debit menggunakan
metode F.J Mock didapatkan kurva durasi
debit sebagai berikut:
Gambar 1. Kurva Durasi Debit
Sumber: Perhitungan Penulis
Berdasarkan optimasi dengan
membandingkan Q40, Q50 dan Q60
didapatkan debit pembangkitan sebesar
13,18 m3/detik dengan keandalan debit
sebesar 40%
Debit Banjir Rancangan
Berdasarkan analisis frekuensi, uji dan
perhitungan menggunakan 2 metode HSS
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
5 15 25 35 45 55 65 75 85 95
Deb
it (
m3/d
etik
)
Probabilitas Debit (%)
Kurva Durasi Aliran
PLTM MadongSpillout
Debit
Pembangki
tan (40%)
Debit
Operasi
Minimum
(90%)
Maintenan
ce Flow
(95%)
didapatkan nilai debit banjir rancangan
sebagai berikut
Tabel 1. Debit Banjir Rancangan
Kala
Ulang
HSS
Nakayasu
HSS
Limantara
m3/detik m3/detik
2 343,069 158,501
5 389,475 179,784
10 410,180 189,281
25 429,290 198,045
50 440,021 202,967
100 448,547 206,877
Setelah dikalibrasi dan dibandingkan
dengan menggunakan hidrograf satuan
observasi, maka didapatkan HSS Nakayasu
yang lebih mewakili debit banjir rancangan
di sungai Madong. Sebagai basis
perencanaan bendung digunakan Q100
dengan debit banjir rancangan sebesar
448,547 m3/detik.
Perencanaan Bangunan Sipil
1. Bendung
Bendung yang direncanakan
menggunakan tipe mercu bulat dengan
dimensi sebagai berikut:
Debit desain = 448,547 m3/detik
Lebar bendung = 31,70 meter
Tinggi bendung = 4 meter
Jari-jari mercu = 2,5 meter
Tinggi muka air = 3,45 meter
Elevasi dasar hulu= +952
Peredam energi
Digunakan peredam energi tipe
MDO/MDS Pemilihan ini didasarkan
pada bilangan froude yang mengarah
kepada kolam olak USBR tipe IV,
namun penggunaan tipe ini tidak
direkomendasikan. Sehingga
digunakan peredam energi yang
merupakan modifikasi dari tipe bak
tenggelam yaitu MDO/MDS dengan
panjang lantai dasar 13 meter.
2. Bangunan Pengambilan
Basngunan pengambilan direncana
menggunakan debit desain 120% dari
debit pembangkitan. Sehingga
direncanakan
Tinggi ambang = 2 meter
Elevasi ambang = +954
Debit desain = 1,2 × 13,18 m3/det
= 15,82 m3/det
Lebar intake = 𝑄
𝐾.μ.a√2𝑔ℎ
= 15,82
1.0,8.1√2.9,81.2
= 3,20 meter
Lebar per pintu = 1,10 meter
Jumlah pintu = 3 unit
Debit per pintu = K. . a. b √2𝑔ℎ
=1.0,80.1.1,10√2.9,81.2 = 5,5 m3/det
3. Feeder canal
Untuk menyalurkan aliran dari intake
menuju bak pengendap dengan
spesifikasi teknis sebagai berikut
Lebar = 5,30 meter
Penampang = persegi
Kemiringan = 0,0015
Tinggi muka air = 1,25 meter
Jagaan = 0,4 meter
4. Bak Pengendap
Hasil perencanaan bak pengendap
(kantong lumpur) adalah sebagai
berikut:
Debit rencana = 15,82m3/detik
Sedimen rencana = 0,3 mm
Lebar saluran = 7 meter
Periode kuras = 7 hari
Suhu = 20˚C
Kandungan sedimen = 0,1 o/oo
Sehingga volume dibutuhkan sebesar
Volume = (o/oo ) sedimen × jumlah hari
× Qn × 24 × 3600 = 0,1 o/oo ×
7×15,82×24×3600 = 956, 55 m3
Berdasarkan hasil analisis didapatkan
panjang saluran 60 meter.
Dengan ketentuan L > 8B sehingga 60
> 56 meter. (memenuhi) dengan
efisiensi pengendapan 95% dan
sedimen dibawah 0,3 mm akan
terbilas.
5. Saluran pembawa
Saluran pembawa dengan kriteria
kecepatan aliran maksimum 3 m/detik.
dengan spesifikasi teknis sebagai
berikut:
Debit desain = 14,50 m3/detik
Lebar saluran = 3 meter
Kemiringan sal. = 0,001
Kemiringan talud = 0,5
Tinggi muka air = 1,73 meter
Jagaan = 0,57 meter
Kecepatan aliran = 2,17 meter
Materrial = pasangan beton
6. Bak penenang
Debit pembangkitan =13,18 m3/det
Debit rencana = 14,50 m3/det
kapasitas volume bak penenang.
Dalam JICA, untuk beban dan debit
yang telah dikontrol kapasitas bak
penenang dapat didesain 30 sampai 60
kali dari debit rencana bak penenang.
Sehingga, volume bak penenang
adalah
Volume = 14,50 ×30
= 434,94 m3
Volume desain rencana
Lebar bak = 9 meter
hc = (𝛼.𝑄𝑑
9,81.𝐵)1
3
= (1,1.14,50
9,81.9)1/3
= 0,272 meter
h0 = 1,73 m (pembawa)
dsc = 1,73 m – 0,272 m
= 1,46 m
Panjang bak penenang
B × L × dsc = 434,94 m3
L = 434,94𝑚3
9×1,46
= 33,30 meter
Sehingga, dengan panjang 33,30 m.
Maka volume bak penenang terpenuhi
7. Pipa pesat
Tabel 2. Perhitungan Diameter Pipa
pesat
No Analisis Diameter
(meter)
1 Warnick (1984) 2,61
2 USBR (1986) 1,70
3 Fahlbusch (1987) 2,03
4 Sarkaria (1987) 1,89
5 ESHA (2004) 1,53
6 RETScreen (2005) 1,57
Maksimum 2,61
Minimum 1,53
Rerata 1,89
Digunakan 2,00
Berdasarkan hasil perhitungan
didapatkan diameter pipa pesat sebesar
2 meter. Jarak antar tumpuan pipa
pesat adalah 9 meter. Dengan
ketebalan 12 mm dan water hammer
dengan total head pressure sebesar
155,508 m saat katup ditutup selama 5
detik.
Kehilangan Tinggi
Berdasarkan hasil peninjauan kehilangan
tinggi pada seluruh komponen PLTM
didapatkan hasil sebagai berikut
Tabel 3. Kehilangan tinggi
No Letak kehilangan HL (m)
1 Pada pemasukan bangunan pengambilan 0,0078
2 Pada saringan bangunan pengambilan 0,0169
3 Pada belokan feeder canal 0,2038
4 Pada pelebaran ke bak pengendap 0,0605
5 Pada penyempitan ke saluran pembawa 0,1004
6 Pada pelebaran ke bak penenang 0,0576
7 Pada saringan bak penenang 0,0115
8 Pada pemasukan pipa pesat 0,4482
9 Pada belokan 1 pipa pesat 0,3585
10 Pada belokan 2 pipa pesat 0,3585
11 Pada gesekan sepanjang pipa pesat 1,270
12 Pada katup (inlet valve) 0,1792
Jumlah 3,0729
Sehingga, tinggi jatuh nett adalah
Hnett = Hgross - ∑𝐻𝐿
= 111 meter – 3,0729 meter
= 107, 93 meter
Perencanaan Hidromekanikal
1. Pemilihan Turbin
Berdasarkan parameter debit
pembangkitan dan Hnett maka
Gambar 2. Pemilihan Turbin
Dari grafik dapat diketahui turbin
yang dipilih adalah turbin Francis.
Apabila ditinjau dengan kecepatan
spesifik maksimum untuk turbin
Francis maka
𝐾𝑒𝑐. 𝑠𝑝𝑒𝑠𝑖𝑓𝑖𝑘 =23000
(𝐻+30)+ 40
(23000
111+30) + 40
= 203,120 m-kW
(memenuhi untuk turbin Francis)
Debit 13,18 m3/detik kemudian akan
dibagi kepada 2 unit turbin.
2. Kavitasi
berdasarkan nilai Hs, runner turbin
minimal berada 2,664 meter di bawah
dari rencana elevasi tail water level.
Maka, direncanakan runner turbin 2,70
meter di bawah rencana elevasi tail
water level = 844 – 2,70 = 841,30
3. Analisis hidromekanikal
Berdasarkan hasil analisis untuk
beberapa parameter hidromekanik
didapatkan perhitungan sebagai
berikut
Tabel 3. Hasil analisis hidromekanik
Daya dan Energi
1. Daya
PLTM Madong memberikan luaran
daya sebesar berikut
𝑃 = 𝑄 × (η𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛
× η𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟
) ×
𝑔 × 𝐻𝑛𝑒𝑡𝑡
= 13,18 × 0,93 × 9,81 × 107,93
= 12590,34 kW
2. Energi
Berdasarkan hasil perhitungan untuk
energi dalam satu tahun yang
dihasilkan oleh PLTM Madong adalah
sebesar 68025717,3 kWh atau sebesar
68,02 GWh. Dengan debit minimum
operasi untuk tiap unit turbin adalah
2,63 m3/detik (pada keandalan debit
90%)
Analisis Ekonomi
1. Biaya
Berdasarkan perhitungan dengan
RETscreen didapatkan nilai biaya yang
meliputi biaya teknis,
elektromekanikal, hidromekanikal,
jalan akses, substansi dan transformer,
pekerjaan sipil, pipa pesat, saluran
pembawa, dan biaya lain-lain.
Berdasarkan analisis, didapatkan nilai
biaya sebagai berikut
No Parameter Perhitungan
(ESHA)
TURBNPRO
V3
1 Daya dihasilkan
(per unit turbin)
6289 kW 6450 kW
2 Sigma Thoma 0,111 0,109
3 Diameter runner
D3
0,862 mm 0,908 mm
4 Kecepatan putar
maksimum
945,757 rpm 1309 rpm
5 Kecepatan putar
generator
750 rpm 750 rpm
6 Frekuensi
generator
50 Hz 50 Hz
6 Kecepatan
spesifik
203,121 m-kW 173,1 m-kW
Tabel 4. Biaya PLTM
2. Manfaat
Berdasarkan hasil perhitungan energi
maka nilai manfaat dengan harga jual
listrik Rp. 1056/kWh maka
68025717,26 kWh × Rp. 1056
= Rp. 71.835.157.430,22 (per tahun)
3. Benefit cost ratio (BCR)
Setelah dilakukan perhitungan nilai
biaya dengan biaya bahan bakar dan
OP (2%) serta nilai biaya dengan suku
bunga 10,50% maka
𝐵𝐶𝑅 = 𝑃𝑉𝑀𝑎𝑛𝑓𝑎𝑎𝑡
𝑃𝑉𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎
=591.799.577.457,40
456.541.847.684,46= 𝟏,𝟐𝟗
4. Net Present Value (NPV)
NPV = PV manfaat – PV biaya
NPV = 591.799.577.457,40 −
456.541.847.684,46 =
𝐑𝐩𝟏𝟑𝟓. 𝟐𝟓𝟕. 𝟕𝟐𝟗. 𝟕𝟕𝟐, 𝟗𝟒
5. Internal Rate of Return (IRR)
Berdasarkan perhitungan didapatkan
kisaran untuk 0>NPV>0 adalah 𝑁𝑃𝑉−𝑁𝑃𝑉13%
𝑁𝑃𝑉12%−𝑁𝑃𝑉13%× (12% − 13%) +
12% 0−(−24.555.734.579,41)
53.658.643.400,93−(−24.555.734.579,41)×
(12%− 13%) + 12% = 𝟏𝟐, 𝟔𝟖%
6. Payback Period
Hasil analisis ekonomi menghasilkan
nilai payback period sebesar 15,43
tahun
7. Sensitivitas
Untuk analisis sensitivitas, hasil
analisis ditunjukkan melalui tabel
berikut
Tabel 5. Sensitivitas
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Dari hasil analisis hidrologi didapatkan
debit andalan Q40% sebesar 13,18
m3/detik dan debit banjir rancangan
Q100 sebesar 488,55 m3
2. Perencanaan bangunan sipil
menghasilkan perencanaan sebagai
berikut
• Bendung dengan lebar 31,70 meter,
tinggi 4 meter,
• Bangunan pengambilan dengan 3
unit pintu dengan lebar masing-
masing pintu 1,10 meter dan
kapasitas 14,50 m3/detik
• Bak pengendap dengan panjang 60
meter dan lebar 7 meter dengan
volume pengendapan 956,55 m3
Komponen Biaya
Teknis Rp 2.375.760.807,19
Elektromekanikal Rp 31.737.265.597,80
Instalasi Peralatan
Hidromekanikal Rp 4.760.589.839,67
Pembuatan Jalan Akses Rp 104.993.439.037,34
Kabel Transmisi Rp 287.325.406,50
Substansi dan
Transformer Rp 587.107.571,64
Instalasi Substansi dan
Transformer Rp 88.066.135,75
Pekerjaan Sipil Rp 65.215.797.814,91
Pipa pesat Rp 6.448.698.696,73
Instalasi Penstock Rp 1.612.174.674,18
Saluran pembawa Rp 1.207.035,01
Biaya Lain-lain Rp 16.941.482.558,27
Total Rp 235.048.915.174,98
Penurunan Produksi
Tingkat NPV
(Milyar) BCR
10% Rp. 76 1,16
20% Rp. 16 1,03
23,1% Rp. 0 1,00
Kenaikan biaya
Tingkat NPV
(Milyar) BCR
10% Rp. 90 1,18
20% Rp. 45 1,08
29,9% Rp. 0 1,00
Produksi Turun Biaya Naik
Tingkat NPV
(Milyar) BCR
10% Rp. 31 1,06
20% Rp. -72 0,86
• Saluran pembawa dengan lebar 3
meter, kemiringan 0,001 dan
panjang 725 m.
• Bak penenang dengan 9 meter
dengan panjang 33,30 meter.
Kapasitas bak penenang adalah
434,94 m3.
• Pipa pesat berdiameter 2 meter
dengan tebal pipa 12 mm dan jarak
antar tumpuan pipa 9 meter
berbahan baja (welded steel)
3. Komponen mekanik PLTM Madong
meliputi turbin dan generator, dengan
2 unit turbin Francis horizontal dan 2
unit generator berfrekuensi 50 Hz dan
kecepatan putar 750 rpm.
4. Daya yang dihasilkan oleh PLTM
Madong adalah sebesar 12,59 MW
sedangkan energi yang dihasilkan
adalah 68,02 GWh
5. Dari hasil analisis ekonomi didapatkan
• nilai BCR sebesar 1,29 NPV
sebesar Rp. 135.257.729.772, IRR
sebesar 12,68% dan Payback
period selama 15,43 tahun
• Proyek akan mengalami sensitif
apabila terjadi penurunan produksi
dan biaya naik bersamaan sebesar
14% selain itu apabila hanya
terjadi penurunan produksi
sebesar 23,1% dan apabila terjadi
kenaikan biaya sebesar 29,9%
Saran
Agar studi perencanaan ini lebih optimal
maka penulis memberikan saran-saran
sebagai berikut
1. Dalam pemilihan lokasi komponen-
komponen PLTM alangkah baiknya
juga meninjau daerah-daerah yang
tidak diperkenankan untuk
membangun seperti kawasan hutan
lindung, selain itu perlu kajian lebih
lanjut untuk menempatkan bangunan
terkait aspek teknis lain seperti kondisi
geologi di lokasi.
2. Peruntukan listrik dari PLTM Madong
selain untuk dijual ke PT. Perusahaan
Listrik Negara, dapat juga
kelebihannya disalurkan untuk
penerangan dan kelistrikan di
bangunan-bangunan fasilitas PLTM
Madong dan di daerah sekitar PLTM
Madong
DAFTAR PUSTAKA
Badan Standarisasi Nasional. 2016.
Standar Nasional Indonesia (SNI) SNI
2415:2016 Metode Hitung Debit Banjir
Rencana. Jakarta : Dewan Standarisasi
Indonesia.
Badan Standarisasi Nasional. 2015.
Standar Nasional Indonesia (SNI) SNI
6738:2015 Perhitungan Debit Andalan
Sungai. Jakarta : Dewan Standarisasi
Indonesia.
Departemen ESDM. 2009. Buku Pedoman
Studi Kelayakan PLTMH. Jakarta :
IMIDAP
Department of Energy. 2009. Manuals and
Guidelines for Micro-hydropower
Development in Rural Electrification.
United Kingdom : JICA
European Small Hydropower Association.
2004. Guide on How to Develop a Small
Hydropower. Belgium: ESHA
Kementrian Pekerjaan Umum Direktorat
Jendral SDA. 2013. Standar
Perencanaan Irigasi-Kriteria
Perencanaan 02. Jakarta : Badan
Penerbit Departemen Pekerjaan Umum.