pengembangan sistem konversi energi air … · makalah ini membahas tentang pengembangan sistem...
TRANSCRIPT
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 17 No. 2 Desember 2018 : 1 - 12
P-ISSN 1978 - 2365 E-ISSN 2528 - 1917
Diterima : 24 Mei 2018, direvisi : 2 Agustus 2018, disetujui terbit : 2 Agustus 2018
1
PENGEMBANGAN SISTEM KONVERSI ENERGI AIR MENGGUNAKAN TURBIN VERY LOW HEAD PADA PINTU AIR DI WILAYAH BANDUNG
Ridwan Arief Subekti
Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Jl. Sangkuriang – Komplek LIPI, Gedung 20, Bandung, Jawa Barat, Indonesia
Abstrak
Makalah ini membahas tentang pengembangan sistem konversi energi air dengan memanfaatkan pintu air pada sebuah sungai. Lokasi yang dipilih adalah pintu air anak Sungai Citarum di sekitar wilayah Bandung, yaitu Sungai Cikapundung, Sungai Citarik, dan Sungai Cidurian. Analisis hidrologi, pemilihan jenis pembangkit, perhitungan potensi daya listrik, dan analisis kelayakannya akan dijabarkan pada tulisan ini. Hasil analisis hidrologi menunjukan bahwa debit andalan Sungai Cikapundung adalah 2,9 m3/s, Sungai Citarik 0,8 m3/s, dan Sungai Cidurian 0,62 m3/s dengan potensi daya listrik yang dapat dibangkitkan berturut-turut adalah 19,91 kW, 5,49 kW, dan 4,26 kW. Jenis pembangkit listrik tenaga air skala kecil yang cocok diaplikasikan pada pintu air tersebut adalah turbin head sangat rendah dengan head bersih sekitar satu meter. Berdasarkan perhitungan kelayakan diketahui bahwa ketiga rencana pengembangan sistem konversi energi air pada pintu air anak Sungai Citarum layak dijalankan. Kata kunci: sistem konversi energi air, arus sungai, head sangat rendah, pintu air, sungai Citarum THE DEVELOPMENT OF WATER ENERGY CONVERSION SYSTEM USING
VERY LOW HEAD TURBINE ON SLUICE GATE IN BANDUNG AREA
Abstract
This paper discusses the development of a water energy conversion system by utilizing existing sluice gates on a river. The chosen locations are the sluice gates on the watercourse of Citarum river around Bandung area, namely Cikapundung River, Citarik River, and Cidurian River. Hydrological analysis, selection of power plant types, calculation of potential electricity, and feasibility analysis will be described in this paper. The results of hydrological analysis showed that the potential discharge of Cikapundung River is 2.9 m3/s, Citarik River 0.8 m3/s, and Cidurian River 0.62 m3/s with electricity generation potential are 19.91 kW, 5.49 kW, and 4.26 kW, respectively. A suitable small hydropower plant applied to the sluice gates are using a very low head turbine with one meter net head. Based on the calculation of feasibility,it can be seen that the three development plans for water energy conversion system at the watercourse of the Citarum sluice gates are feasible to run. Keywords: water energy conversion system, stream flow, very low head, sluice gate, Citarum river PENDAHULUAN
Jawa Barat merupakan salah satu provinsi
yang banyak memiliki aliran sungai. Jumlah
Daerah Aliran Sungai (DAS) di provinsi ini
mencapai 200, yang dibagi menjadi enam wilayah
sungai, dengan total luas wilayah sungai lebih dari
37 ribu km2. Sungai terbesar di Jawa Barat adalah
Sungai Citarum dengan luas lebih dari sebelas ribu
km2 dan memiliki potensi ketersediaan air
permukaan lebih dari 12 ribu juta m3/tahun. Lebih
dari 64% potensi ketersediaan air permukaan
Sungai Citarum dimanfaatkan untuk pengairan
irigasi dan sekitar 4% lainnya digunakan untuk
keperluan non irigasi [1].
Sungai Citarum memiliki debit air yang
besar karena disuplai lebih dari 100 anak sungai.
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 17 No. 2 Desember 2018 : 1 – 12
2
Debit air tersebut dimanfaatkan sebagai sumber
energi pada tiga buah pembangkit listrik tenaga air
(PLTA) yaitu PLTA Saguling, PLTA Cirata, dan
PLTA Jatiluhur. Selain digunakan sebagai sumber
air pada PLTA skala besar, aliran Sungai Citarum,
terutama anak sungainya, dapat dimanfaatkan
sebagai sumber energi tenaga air skala kecil atau
pembangkit listrik tenaga mikro hidro (PLTMH).
Beberapa penelitian terdahulu mengenai
pemanfaatan aliran sungai sebagai pembangkit
listrik telah banyak dilakukan, salah satunya
adalah studi potensi pengembangan pembangkit
listrik tenaga air dengan memanfaatkan bendung
gerak Sungai Serayu Jawa Tengah, Manokwari,
Sleman, Sumatera Barat, dan Minahasa [2], [3],
[4], [5], [6]. Untuk wilayah Bengkulu, Rasyid dkk
[7] telah melakukan pemetaan potensi PLTMH
pada aliran sungai dengan bantuan data Shuttle
Radar Topography Mission Digital Elevation
Model (SRTM DEM) NASA dan data pos duga air
Pusat Litbang Sumber Daya Air (PUSAIR).
SRTM DEM digunakan untuk mengetahui
perkiraan head dan area tangkapan air (catchment
area). Berdasarkan penelitian yang telah
dilakukan tersebut dapat diketahui bahwa PLTMH
sangat potensial untuk dikembangkan di
Indonesia.
Penelitian-penelitian di atas membahas
mengenai potensi PLTMH dengan sistem air
terjunan yang memanfaatkan potensi beda
ketinggian muka air atau head. Padahal selain
potensi air terjunan, sungai dengan kontur aliran
datar juga memiliki potensi untuk dikembangkan
sebagai PLTMH. PLTMH dapat dibangun dengan
memanfaatkan pintu air yang ada di sungai. Untuk
lebih meng-explore potensi PLTMH pada sungai
dengan kontur aliran datar, maka diperlukan suatu
studi potensi sistem konversi energi air pada pintu
air di sungai.
Pada tulisan ini dijabarkan mengenai
potensi pengembangan PLTMH dengan
memanfaatkan bangunan pintu air yang terdapat di
anak Sungai Citarum di sekitar Bandung yaitu
Sungai Cikapundung, Sungai Citarik, dan Sungai
Cidurian. Pengembangan PLTMH yang cocok
diaplikasikan pada pintu air adalah tipe very low
head (head sangat rendah), karena dapat
diterapkan di sepanjang aliran sungai datar
maupun pada saluran irigasi, yang kebanyakan
berlokasi tidak jauh dari pemukiman penduduk.
Kelebihan lain dari PLTMH tipe very low head
adalah biaya instalasi sistem tidak mahal, biaya
pekerjaan sipil murah karena konstruksi sipil
sedikit, reliabilitas tinggi, bentuk sederhana,
mudah dalam pengoperasian, dan tidak memberi
pengaruh buruk terhadap populasi ikan [8].
METODOLOGI
Teknologi PLTMH Head Sangat Rendah
Pembangkit listrik tenaga mikro hidro
adalah pembangkit listrik tenaga air skala kecil
yang merubah energi yang dimiliki oleh air
dengan debit dan head tertentu menjadi energi
listrik dengan menggunakan peralatan turbin air
dan generator. Batasan kapasitas maksimal suatu
pembangkit listrik tenaga air disebut sebagai
PLTMH adalah 120 kW [9].
PLTMH dapat dibedakan menjadi dua
kelompok yaitu PLTMH yang bekerja pada head
tinggi dan PLTMH yang bekerja pada head
rendah atau disebut dengan very low head.
PLTMH tipe very low head menggunakan turbin
Pengembangan Sistem Konversi Energi Air Menggunakan Turbin Very Low Head pada Pintu Air di Wilayah Bandung
3
air yang disebut dengan turbin head sangat rendah
dan diaplikasikan untuk head atau tinggi jatuh air
sekitar 1,5 - 4,5 m [8]. Namun demikian seiring
dengan kemajuan teknologi, terdapat beberapa
inovasi sehingga turbin very low head juga dapat
diterapkan untuk head yang lebih rendah dari 1,5
m yaitu head 1 meter seperti yang diutarakan oleh
Fonkenell [10] dan Rohmer dkk [11]. Bahkan
Stark dkk [12] telah menguji turbin pada skala
laboratorium dengan head kotor dibawah 1 m
(head 0,25 m).
Beberapa turbin yang dapat diaplikasikan
pada aliran sungai datar atau very low head adalah
Turbin Propeller seperti yang terdapat pada
sebuah paten Amerika Serikat nomor US
7.972.108 B2 yang berjudul Turbine and
Hydroelectric Power Plant for Very Low Head
[10] dan Turbin Siphon aliran aksial yang
dipasang melintang di atas sebuah bendung sungai
[12]. Selain dua turbin tersebut, untuk aplikasi
very low head juga dapat menggunakan Turbin-
generator submersible [13], Turbin Ulir
Archimedes [11], kincir air [14], kincir roda air
sudu bergerak [15], Kincir Air Kaki Angsa [16],
Turbin Mengapung [17], ataupun menggunakan
Turbin Vortex [18]. Beberapa turbin yang dapat
diaplikasikan untuk aliran sungai datar atau very
low head seperti yang terdapat pada Gambar 1.
Turbin-generator submersible [13]
Turbin Ulir Achimedes
[11]
Kincir Roda Air Sudu
Bergerak [15]
Kincir Air Kaki Angsa
[16]
Turbin Mengapung [17]
Turbin Vortex [18]
Gambar 1. Beberapa jenis turbin untuk aplikasi
aliran sungai datar atau very low head
Tabel 1. Lokasi pintu air [19]
No. Pintu Air Lokasi Pos Duga Air Koordinat Pos
Duga Air
1 Pintu air Sungai Cikapundung Babakan Siliwangi Gandok, Coblong 6°52’55” LS
107°36’23” BT
2 Pintu air Sungai Citarik Kampung Rancakemit, Rancaekek
Bendung Cangkuang, Cicalengka
6°58’06” LS 107°50’25” BT
3 Pintu air Sungai Cidurian Margahayu Raya Sukapada, Cibeunying 6°53’58” LS 107°38’38” BT
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 17 No. 2 Desember 2018 : 1 – 12
4
Deskripsi Lokasi Penelitian
Studi ini dilakukan di tiga buah pintu air
yang terdapat pada anak Sungai Citarum yaitu
Sungai Cikapundung, Sungai Citarik, dan Sungai
Cidurian yang berlokasi di sekitar Bandung Jawa
Barat. Pertimbangan pemilihan lokasi adalah
karena anak Sungai Citarum tersebut adalah anak
sungai orde ke-1 dengan debit air sungai cukup
besar dan data debit sungai tersedia. Lokasi pintu
air dan koordinat pos duga air seperti yang
terdapat pada Tabel 1 [19].
Perhitungan Potensi Energi Listrik
Perhitungan besarnya daya listrik (P) yang
dapat terbangkitkan oleh suatu pembangkit listrik
tenaga mikro hidro dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan 1 berikut.
𝑃𝑃 = 𝜌𝜌 ∗ 𝑔𝑔 ∗ 𝑄𝑄 ∗ 𝐻𝐻𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 ∗ 𝜂𝜂(W) .....................(1)
dimana ρ adalah massa jenis air (kg/m3), g adalah
gravitasi (= 9,81 m/s2), Q adalah debit air (m3/s),
𝐻𝐻𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 adalah tinggi netto atau tinggi bersih (m),
dan η = efisiensi sistem (%) [20].
Selanjutnya dengan memperhitungkan
lama waktu beroperasinya PLTMH dan faktor
pembangkit, maka besarnya energi listrik tahunan
yang dihasilkan oleh pembangkit dapat dihitung
menggunakan persamaan 2.
𝐸𝐸 = 𝑃𝑃 ∗ 24 ∗ 365 ∗ 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑓𝑓𝑝𝑝𝑔𝑔𝑓𝑓𝑝𝑝𝑓𝑓 .....(2)
dimana E adalah energi listrik (kWh) dan faktor
pembangkit = 88,62% [21].
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Hidrologi
Untuk mengetahui potensi energi listrik
PLTMH yang dapat dibangkitkan, maka langkah
pertama adalah melakukan analisis hidrologi.
Data hidrologi yang digunakan diperoleh dari
Balai Pusat Data Dan Informasi Sumber Daya Air,
Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air Provinsi
Jawa Barat [22]. Data hidrologi tersebut adalah
data debit harian sungai selama kurun waktu lima
tahun yaitu dari tahun 2008 sampai tahun 2012
yang selanjutnya diolah untuk mengetahui debit
rata-rata bulanan. Data debit rata-rata dibuat dan
ditampilkan pada Tabel 2 - 4.
Dari Tabel 2 dapat diketahui bahwa Sungai
Cikapundung memiliki debit minimum rata-rata
bulanan selama lima tahun adalah 2,64 m3/s yang
terjadi pada bulan September. Debit minimum
rata-rata bulanan selama satu tahun sebesar 1,29
m3/s pernah terjadi di bulan Oktober tahun 2009
dan 2010.
Debit maksimal rata-rata bulanan Sungai
Cikapundung selama lima tahun mencapai 5,79
m3/s yang terjadi pada bulan April.
Untuk Sungai Citarik (Tabel 3), debit
minimum rata-rata bulanan selama lima tahun
adalah 0,75 m3/s yang terjadi pada bulan
September. Debit minimum rata-rata bulanan
selama satu tahun sebesar 0,46 m3/s pernah terjadi
di bulan Maret 2012. Debit maksimal rata-rata
bulanan Sungai Cikapundung selama lima tahun
adalah 1,54 m3/s dan terjadi pada bulan Maret.
Debit minimum rata-rata bulanan Sungai
Cidurian selama lima tahun adalah 0,62 m3/s yang
terjadi pada bulan Agustus. Sedangkan debit
minimum rata-rata bulanan selama satu tahun
adalah 0,46 m3/s dengan waktu kejadian di bulan
Agustus 2009. Debit maksimal rata-rata bulanan
Sungai Cikapundung selama lima tahun adalah
0,95 m3/s yang terjadi pada bulan Desember
(Tabel 4).
Pengembangan Sistem Konversi Energi Air Menggunakan Turbin Very Low Head pada Pintu Air di Wilayah Bandung
5
Debit rata-rata bulanan Sungai Cidurian
relatif stabil dan tidak terlalu berfluktuasi setiap
bulannya sehingga cocok untuk dikembangkan
menjadi PLTMH. Perubahan iklim cukup
berpengaruh terhadap suplai listrik yang
dihasilkan oleh suatu pembangkit listrik tenaga
air. Wagner [23] menjelaskan bahwa secara
umum perubahan pada debit dan produksi listrik
tenaga air sangat tergantung pada perubahan
curah hujan di masa mendatang. Perkiraan rata-
rata perubahan daya listrik tahunan pada
pembangkit listrik yang memanfaatkan suatu
aliran sungai (run of river) umumnya sekitar satu
digit persen, dapat meningkat ataupun menurun
tergantung pada perubahan iklim di suatu daerah.
Berdasarkan data debit selanjutnya dibuat
kurva flow duration curve (FDC). Dengan
menyusun data dari yang terkecil sampai terbesar
pada aplikasi Microsoft Excel, maka dapat
diketahui probabilitas jumlah kejadian dan
prosentasi debit air sungai tersebut. Selanjutnya
dibuat grafik kurva FDC masing-masing sungai
seperti yang terdapat pada Gambar 2 sampai
Gambar 4.
Tabel 2. Debit rata-rata bulanan Sungai Cikapundung [22]
Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agu Sep Okt Nov Des 2008 3,44 5,22 4,97 5,67 5,05 3,54 2,55 3,38 2,96 2,86 2,87 3,07 2009 3,88 3,39 4,15 4,33 4,28 3,88 1,32 1,32 1,31 1,29 1,56 1,44 2010 3,95 3,50 4,18 4,34 4,17 1,92 1,32 1,32 1,31 1,29 1,58 1,44 2011 3,46 3,38 3,81 7,48 6,50 5,21 3,67 3,80 4,54 6,32 8,10 6,51 2012 9,04 7,38 7,10 7,11 5,15 6,16 5,22 4,20 3,09 3,25 6,13 10,19
Rata-rata 4,75 4,57 4,84 5,79 5,03 4,14 2,82 2,80 2,64 3,00 4,05 4,53 Debit minimumbulanan = 1,29 m3/s terjadi pada bulan Oktober tahun 2009 dan 2010.
Sumber: diolah dari data debit aliran sungai harian Dinas PSDA Provinsi Jawa Barat, 2014
Tabel 3. Debit rata-rata bulanan Sungai Citarik [22]
Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agu Sep Okt Nov Des 2008 1,78 1,82 2,32 2,08 1,58 1,27 1,19 1,11 0,98 1,27 2,32 2,17 2009 1,81 2,08 2,01 1,65 1,52 1,22 1,15 0,90 0,79 0,88 1,08 1,14 2010 1,56 2,34 2,09 1,40 1,51 1,03 0,74 0,79 0,93 0,84 1,00 1,14 2011 1,04 0,80 0,84 0,79 0,81 0,66 0,63 0,59 0,54 0,55 0,73 0,58 2012 0,51 0,59 0,46 0,57 0,48 0,52 0,52 0,53 0,50 0,55 0,60 0,67
Rata-rata 1,34 1,53 1,54 1,30 1,18 0,94 0,85 0,78 0,75 0,82 1,15 1,14 Debit minimumbulanan = 0,46 m3/s terjadi pada bulan Maret 2012.
Sumber: diolah dari data debit aliran sungai harian Dinas PSDA Provinsi Jawa Barat, 2014
Tabel 4. Debit rata-rata bulanan Sungai Cidurian [22]
Tahun Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agu Sep Okt Nov Des 2009 0,49 0,51 0,69 0,59 0,61 0,49 0,48 0,46 0,48 0,60 0,64 0,63 2010 0,70 1,13 0,96 0,68 0,85 0,78 0,64 0,61 0,78 0,70 0,70 0,71 2011 0,52 0,52 0,57 0,75 0,78 0,74 0,70 0,65 0,66 0,71 0,83 1,03 2012 0,91 0,96 0,96 0,73 0,57 0,55 0,66 0,57 0,54 0,73 1,02 1,29 2013 1,01 1,02 0,89 1,03 0,94 0,96 0,88 0,82 0,79 0,84 0,87 1,10
Rata-rata 0,73 0,83 0,81 0,76 0,75 0,70 0,67 0,62 0,65 0,72 0,81 0,95 Debit minimumbulanan = 0,46 m3/s terjadi pada bulan Agustus 2009.
Sumber: diolah dari data debit aliran sungai harian Dinas PSDA Provinsi Jawa Barat, 2014
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 17 No. 2 Desember 2018 : 1 – 12
6
Pada Gambar 2–4 dapat dilihat bahwa
Sungai Cikapundung memiliki debit yang paling
besar. Debit terbesar mencapai mencapai 9 m3/s
dengan probabilitas kejadian 5% dalam setahun
dan debit terkecilnya adalah 1,5 m3/s (Gambar 2).
Ini menjelaskan bahwa debit air Sungai
Cikapundung tidak pernah kering sepanjang
tahun.
Pada pengembangan PLTMH ini
direncanakan menggunakan debit andalan 60%
dengan mempertimbangkan debit yang optimal,
untuk mengakomodir musim penghujan saat debit
air yang cukup besar. Untuk mengakomodir debit
sungai yang turun saat musim kemarau dapat
dikompensasi dengan penggunaan lebih dari satu
unit pembangkit sehinggga pembangkit dapat
juga beroperasi optimal di saat musim kemarau.
Debit andalan adalah debit yang dapat
diandalkan untuk suatu reliabilitas tertentu agar
pembangkit dapat berjalan dengan baik dalam
satu tahun. Dengan debit andalan 60% ini berarti
bahwa kemungkinan 60% debit yang terjadi
adalah lebih besar atau sama dengan debit
tersebut. Seperti yang terdapat pada Gambar 2 –
4, bahwa dengan probabilitas 60% maka diperoleh
debit andalan Sungai Cikapundung adalah sekitar
2,9 m3/s, Sungai Citarik 0,8 m3/s, dan Sungai
Cidurian 0,62 m3/s.
Penerapan PLTMH Head Sangat Rendah Pada Pintu Air
Pada rencana pengembangan PLTMH
dengan memanfaatkan pintu air yang terdapat di
Sungai Cikapundung, Sungai Citarik, dan Sungai
Cidurian ini direncanakan akan menggunakan
turbin air jenis very low head (head sangat
rendah), tipe Turbin-generator submersible.
Turbin-generator submersible adalah suatu turbin
yang terakit langsung menjadi satu dengan
generator dan tercelup (direndam) seluruhnya di
dalam air. Turbin-generator submersible adalah
turbin Propeller atau turbin Kaplan yang
merupakan turbin reaksi aliran aksial yang
beroperasi pada head rendah dengan rentang debit
air mulai dari 0 sampai 50 m3/s (Gambar 5).
Gambar 2. Flow Duration Curve Sungai
Cikapundung
Gambar 3. Flow Duration Curve Sungai Citarik
Gambar 4. Flow Duration Curve Sungai Cidurian
Pengembangan Sistem Konversi Energi Air Menggunakan Turbin Very Low Head pada Pintu Air di Wilayah Bandung
7
Prinsip kerja Turbin-generator submersible
adalah mengubah energi tekanan gelombang air
menjadi energi listrik. Air memasuki unit Turbin-
genarator melalui rusuk pengarah tetap (stay
vanes) yang selanjutnya mengalir melalui runner
atau sudu gerak dan keluar melewati draft tube/
saluran keluaran air (Gambar 6). Draft tube
berfungsi membantu memperlambat kecepatan
air guna menghasilkan energi kinetik. Energi
potensial air dirubah menjadi energi kinetik oleh
runner turbin. Poros turbin yang terhubung
dengan runner menyebabkan rotor unit Turbin-
generator ikut berputar. Pada unit Turbin-
generator, poros turbin juga berfungsi sebagai
rotor pada generator, sehingga putaran poros
turbin langsung dimanfaatkan oleh generator
untuk menghasilkan energi listrik.
Kelebihan yang dimiliki oleh Turbin-
generator, antara lain bentuknya sederhana, kuat
karena antara turbin dan generator terakit menjadi
satu, dan dapat diangkat keluar dari air pada saat
arus yang besar atau banjir. Turbin tersebut juga
dapat dipasang pada lokasi aliran yang deras yang
terdapat pada saluran air. Contoh implementasi
dari PLTMH dengan menggunakan unit Turbin-
generator submersible pada sebuah aliran sungai
digambarkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Contoh implementasi Turbin-
generator submersible pada aliran sungai [24]
Gambar 5. Klasifikasi turbin berdasarkan
debit dan head [26]
Gambar 6. Prinsip kerja dan komponen
Turbin-generator [24]
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 17 No. 2 Desember 2018 : 1 – 12
8
Turbin-generator submersible memiliki
efisiensi yang paling tinggi yaitu dapat mencapai
85% [24]. Nilai ini lebih tinggi dari Turbin Ulir
Archimedes yang memiliki efisiensi 72% [11].
Sedangkan untuk turbin air model kincir air [10],
[15], [16], lebih memanfaatkan energi kinetik air
sehingga kurang memaksimalkan energi potensial
air.
Bila melihat kelebihan dari Turbin-
generator submersible tersebut, maka turbin jenis
ini sangat cocok diterapkan pada pintu air yang
ada sehingga tidak membutuhkan terlalu banyak
konstruksi sipil. Jarak yang dekat antara
pembangkit dengan calon beban juga merupakan
nilai lebih dari pembangkit yang direncanakan ini.
Potensi Energi Listrik Terbangkitkan
Pada perhitungan daya listrik yang
dibangkitkan oleh PLTMH ini, head yang
digunakan adalah 1 m dengan efisiensi sistem
yang direncanakan sebesar 70%. Dengan
menggunakan persamaan 1, maka potensi daya
hidro PLTMH bulanan ditampilkan dalam bentuk
grafik seperti yang terdapat pada Gambar 8
sampai Gambar 10.
Pada gambar 8–10 dapat dilihat bahwa
Sungai Cikapundung memiliki potensi energi
listrik terbesar bila dibandingkan dengan Sungai
Citarik dan Sungai Cidurian. Potensi daya listrik
rata-rata bulanan yang dapat dapat dibangkitkan
pada Sungai Cikapundung berkisar antara 18,1
kW – 39,7 kW. Sungai Citarik memiliki potensi
daya listrik rata-rata bulanan antara 5,14 kW –
10,60 kW, sedangkan Sungai Cidurian antara 4,27
kW – 6,54 kW.
Selanjutnya untuk menghitung besarnya
energi listrik tahunan yang dihasilkan oleh
PLTMH, maka debit air andalan dipilih pada
probabilitas 60%. Seperti yang terdapat pada
Gambar 2–4, maka debit andalan Sungai
Cikapundung adalah 2,9 m3/s, Sungai Citarik 0,8
m3/s, dan Sungai Cidurian 0,62 m3/s. Dengan
Gambar 8. Grafik kurva debit dan daya Sungai
Cikapundung
Gambar 9. Grafik kurva debit dan daya Sungai
Citarik
Gambar 10. Grafik kurva debit dan daya Sungai
Cidurian
Pengembangan Sistem Konversi Energi Air Menggunakan Turbin Very Low Head pada Pintu Air di Wilayah Bandung
9
menggunakan persamaan 2, maka energi listrik
yang dihasilkan oleh PLTMH dibuat dalam
bentuk tabel seperti yang terdapat pada Tabel 5.
Tabel 5. Daya dan energi listrik tahunan PLTMH
Sungai Q 60% (m3/s)
Daya (kW)
Energi Listrik (kWh)
Cikapundung 2,90 19,91 154.596,94 Citarik 0,80 5,49 42.647,43 Cidurian 0,62 4,26 33.051,76
Analisis Kelayakan Pengembangan PLTMH
Pada tulisan ini dilakukan analisis
kelayakan menggunakan metode net present
value (NPV) atau nilai bersih sekarang dan IRR
(internal rate of return). Hal ini diperlukan untuk
menetapkan tingkat suku bunga (discount rate)
untuk menentukan nilai sekarang dari penerimaan
dan pengeluaran. Jika penerimaan kas bersih lebih
besar dari nilai investasi (NPV bernilai positif)
dan nilai IRR lebih besar dari discount rate, maka
proyek tersebut bisa dianggap menguntungkan.
Sedangkan apabila nilai NPV bernilai negatif dan
nilai IRR lebih kecil dari discount rate, maka
proyek tersebut dianggap tidak menguntungkan
sehingga tidak layak untuk dijalankan.
Jika penerimaan kas bersih lebih besar dari
nilai investasi (NPV bernilai positif) dan nilai IRR
lebih besar dari discount rate, maka proyek
tersebut bisa dianggap menguntungkan.
Sedangkan apabila nilai NPV bernilai negatif dan
nilai IRR lebih kecil dari discount rate, maka
proyek tersebut dianggap tidak menguntungkan
sehingga tidak layak untuk dijalankan.
Energi listrik yang dihasilkan oleh PLTMH
diasumsikan akan dipergunakan untuk menyuplai
listrik pada area sekitar pembangkit seperti untuk
lampu jalan di pinggir sungai atau dapat juga
untuk keperluan lainnya. Sesuai dengan
pembagian golongan pada tarif dasar listrik (TDL)
PLN, maka ini termasuk dalam golongan tarif P1
yaitu untuk pelayanan publik, kantor pemerintah
dan penerangan jalan umum (PJU). TDL untuk
Gol. Tarif P-1/TR 6.600 VA s.d. 200 kVA
Rp1.467,28/kWh [25]. Karena listrik keluaran
PLTMH direncanakan untuk mensubstitusi
kebutuhan listrik sekitar pembangkit dan tidak
dijual ke PLN, maka nilai TDL ini yang akan
dimasukan dalam perhitungan analisis kelayakan
PLTMH.
Peralatan pembangkit direncanakan
memiliki umur pakai mencapai 20 tahun dengan
masa konstruksi satu tahun dan pembiayaan dari
anggaran pemerintah. Pada perhitungan analisis
kelayakan PLTMH ini besaran anggaran
operasional dan perawatan adalah 10% dari biaya
engineering, procurement, and construction
(EPC) dan dengan discount rate 10%. Selanjutnya
analisis kelayakan rencana pengembangan
PLTMH ditampilkan seperti pada Tabel 6.
Pada Tabel 6, terlihat NPV dari ketiga
rencana pengembangan PLTMH pada pintu air di
Sungai Cikapundung, Sungai Citarik, dan Sungai
Cidurian adalah bernilai positif, dengan nilai IRR
juga lebih besar dari discount rate 10%.
Berdasarkan dua parameter tersebut dapat
dikatakan bahwa rencana proyek PLTMH ini
layak untuk dijalankan. Nilai NPV dan IRR
rencana PLTMH pada Sungai Cikapundung
adalah yang paling besar, karena daya terpasang
di sungai tersebut yang paling besar sehingga
biaya investasi per satuan dayanya paling kecil.
Semakin besar daya terpasang, semakin kecil
biaya investasi per satuan dayanya.
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 17 No. 2 Desember 2018 : 1 – 12
10
Biaya investasi per satuan daya (Rp/kW)
rencana pengembangan PLTMH sistem very low
head pada pintu air di tiga anak Sungai Citarum
ini adalah sekitar Rp27-37 juta-an. Ini sesuai
dengan yang diutarakan oleh Bihlmayer [24]
bahwa biaya pembanguan pembangkit listrik
dengan sistem very low head pada struktur
bangunan sipil yang sudah ada adalah sekitar
1.500-3.000 US$ (Rp21-42 juta dengan kurs 1
US$ = Rp14.000,-).
KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis hidrologi
diketahui bahwa ketersediaan debit air sepanjang
tahun pada ketiga anak Sungai Citarum tersebut
cukup potensial untuk dikembangkan sebagai
pembangkit listrik tenaga air skala kecil. Potensi
energi listrik tahunan yang dapat dibangkitkan
oleh Sungai Cikapundung adalah yang paling
besar yaitu sekitar 150 MWh, kemudian Sungai
Citarik 42 MWh, dan Sungai Cidurian 33 MWh.
Berdasarkan dua parameter yaitu nilai NPV dan
IRR, maka rencana pengembangan sistem
konversi energi air menggunakan turbin tipe very
low head ini layak direalisasikan. Keuntungan lain
dari pengembangan sistem konversi energi air
pada pintu air adalah sudah tersedianya beberapa
konstruksi bangunan sipil sehingga biaya
pembangunan dapat lebih murah. Fungsi
pemanfaatan pintu air dapat lebih meningkat
karena selain berfungsi sebagai pengendali banjir,
pintu air dapat juga dimanfaatkan sebagai
pembangkit listrik.
DAFTAR PUSTAKA [1] Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air
Provinsi Jawa Barat. 2016. Profile Dinas
Sumber Daya Air Provinsi Jawa Barat.
Bandung.
[2] Idham Ahraf. 2013. "Analisis Hidrolika dan
Finansial PLTM Tinggi Tekan Rendah Pada
Bendung Gerak Sungai Serayu." Tugas
Akhir, Institut Teknologi Bandung.
Bandung.
[3] Yulianus Rombe Pasalli and Adelhard Beni
Rehiara. 2014. Design Planning of Micro-
hydro Power Plant in Hink River. 4th
International Conference on Sustainable
Tabel 6. Analisis rencana pengembangan PLTMH
Uraian Satuan Lokasi PLTMH Head Sangat Rendah
Pintu Air Sungai Cikapundung
Pintu Air Sungai Citarik
Pintu Air Sungai Cidurian
Daya terpasang kW 19,91 5,49 4,26 Total investasi Rp 551.706.117 194.660.587 158.396.131 Biaya investasi per satuan daya Rp/kW 27.704.018 35.434.066 37.203.673
PV Biaya OP 10% Rp 651.380.519 216.315.706 174.142.505 Harga listrik Rp/kWh 1.467,28 Penjualan listrik Rp/tahun 226.837.000 62.575.724 48.496.186 PV Penjualan listrik 20 tahun Rp 1.931.191.254 532.742.415 412.875.371
NPV Rp 728.104.618 121.766.121 80.336.735 IRR % 30,93% 20,85% 19,00%
Catatan: NPV= PV (Penjualan listrik – Investasi - Biaya OP)
Pengembangan Sistem Konversi Energi Air Menggunakan Turbin Very Low Head pada Pintu Air di Wilayah Bandung
11
Future for Human Security, SustaiN 2013.
20: 55 – 63.
[4] Pinto Anugrah and Ahmad Agus Setiawan.
2014. Proyeksi Pembangkitan Listrik
Tenaga Mikro Hidro pada Saluran Irigasi
Van Der Wijck di Desa Sendangrejo,
Kecamatan Minggir, Sleman. Seminar
Nasional Rekayasa Energi, Mekatronik, dan
Teknik Kendaraan. Bandung: 101-106.
[5] Pinto Anugrah, Ahmad Agus Setiawan,
Rachmawan Budiarto, and Sihana. 2015.
Evaluating Micro Hydro Power Generation
System under Climate Change Scenario in
Bayang Catchment, Kabupaten Pesisir
Selatan, West Sumatra. Conference and
Exhibition Indonesia - New, Renewable
Energy and Energy Conservation (The 3rd
Indo-EBTKE ConEx 2014). 65: 257-263.
[6] Zulfikar Indra, M.I. Jasin, A. Binilang, and
J.D. Mamoto. 2012. Analisis Debit Sungai
Munte Dengan Metode Mock Dan Metode
NRECA Untuk Kebutuhan Pembangkit
Listrik Tenaga Air. Jurnal Sipil Statik. 1 ( 1):
34-38.
[7] Harun Al Rasyid, Hari Soekarno, Bono
Pranoto, and Irfan Sudono. 2017.
Pemanfaatan Data Pos Duga Air (PDA)
Untuk Membuat Peta Potensi Energi Mikro
Hidro Di Provinsi Bengkulu.
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan.
16 (1): 43-50.
[8] MJ2 Technologies. 2013. "VLH Turbine".
http://www.vlh-turbine.com
[9] Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan
Energi, 2008. Pedoman Teknis Standardisasi
Peralatan dan Komponen Pembangkit
Listrik Tenaga Mikrohidro
(PLTMH). Jakarta, Indonesia: Direktorat
Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi,
Departemen Energi dan Sumber Daya
Mineral.
[10] Jacques Fonkenell. 2011. Turbine and
Hydroelectric Power Plant for Very Low
Head. US 7,972,108 B2, July 5.
[11] Julien Rohmer, Dominique Knittel, Guy
Sturtzer, Damien Flieller, and Jean Renaud.
2016. Modeling and experimental results of
an Archimedes screw turbine. Renewable
Energy. 94: 136-146 2016,
http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2016.03.0
44.
[12] B. H. Stark, E. Ando, and G. Hartley. 2011.
Modelling and performance of a small
siphonic hydropower system. Renewable
Energy. 36: 2451-2464.
[13] Ridwan A. Subekti, Anjar Susatyo, and Pudji
Irasari. 2012. Design and Analysis of the
Prototype of Pico Hydro Scale Submersible
Type Turbine-Generator for Flat Flow River
Application," Teknologi Indonesia. 35 (3): 1-
8.
[14] S.J. Williamson, B.H. Stark, and J.D.
Booker. 2012. Low head pico hydro turbine
selection using a multi-criteria analysis.
Renewable Energy. 61: 43-50. 2014,
http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2012.06.0
20.
[15] Ismun. 2002. Kincir Roda Air Sudu
Bergerak. IDP000007984.
[16] Djajusman Hadi and Budiharto. 2008. Kincir
Air Kaki Angsa. P00200200460 (ID P
0024982 B).
Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan Vol. 17 No. 2 Desember 2018 : 1 – 12
12
[17] Rishikesh S Hari. 2017. Floating Water
Turbine for Small Scale Power Generation in
Remote Areas. Imperial Journal of
Interdisciplinary Research (IJIR). 3 (2): 916-
919. http://www.onlinejournal.in.
[18] Turbulent.com. 2017. "Vortex Turbine".
https://www.turbulent.be/technology/
[19] Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air
Provinsi Jawa Barat. 2016. Daftar Pos Duga
Air Provinsi Jawa Barat.
[20] Fritz Dietzel. 1990. Turbin Pompa dan
Kompresor. Kedua ed. Jakarta, Indonesia:
Erlangga.
[21] Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan
Energi. 2009. Buku 2 D - Pedoman Studi
Kelayakan Ekonomi / Finansial, 1st ed.
Jakarta, Indonesia: Direktorat Jenderal
Listrik dan Pemanfaatan Energi -
Departemen Energi dan Sumber Daya
Mineral.
[22] Dinas Pengelolaan Sumber Daya Air
Provinsi Jawa Barat. 2014. Data Debit Aliran
Sungai Harian.
[23] T. Wagner et al. 2017. Impacts of climate
change on stream flow and hydro power.
Environ Earth Sci. 76 (4).
[24] Alexander Bihlmayer, Innovative Solution
for Low Impact Hydropower at Existing
Engineered Structures. 2005. Presentation at
Hydrokinetic and Wave Energy
Technologies Technical and Environmental
Issues Workshop.
[25] PT PLN (Persero). 2018. Penetapan
Penyesuaian Tarif Tenaga Listrik (Tariff
Adjustment) Bulan Januari – Maret 2018.
http://www.pln.co.id/statics/uploads/2018/0
1/TA-Jan-sd-Mar-2018.png.
[26] GreenBug Energy Inc. 2016. "Types of
Turbines". http://greenbugenergy.com/get-
educated-knowledge/types-of-turbines.