studi optimasi operasional waduk...
TRANSCRIPT
STUDI OPTIMASI OPERASIONAL WADUK SENGGURUH UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR
Nama Mahasiswa : SEZAR YUDO PRATAMA NRP : 3106 100 095 Jurusan : Teknik Sipil FTSP-ITS Dosen Pembimbing : 1. Ir. Abdullah Hidayat, MT. 2. Dr. Ir. Edijatno
ABSTRAK
Bendungan Sengguruh yang terletak di Desa Sengguruh, Kepanjen, Kabupaten Malang, Propinsi Jawa Timur. Bendungan Sengguruh mendapat pasokan air dari Sungai Amprong dan Sungai Lesti yang keduanya merupakan komponen hulu dari DAS Brantas. Pada awal pembangunan, Bendungan Sengguruh direncanakan sebagai pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk beban puncak dan sebagai pengendali sediment. Pada awal bekerja, PLTA Sengguruh mampu menghasilkan daya listrik sebesar 29 MegaWatt (MW). Daya listrik yang dihasilkan mampu menambah supply kebutuhan beban puncak daya listrik selama 5 jam pada pukul 17.00 sampai pukul 22.00 di Jawa Timur.
Karena pertambahan penduduk dan aktivitas manusia, banyak terjadi perubahan tata guna lahan di daerah aliran sungai (DAS) Brantas terutama pada DAS Amprong dan DAS Lesti. Adapun dampak yang terjadi pada Bedungan Sengguruh akibat dari perubahan tata guna lahan tersebut, yaitu terjadinya perbedaan besar debit inflow (fluktuatif debit inflow) pada musim penghujan dan musim kemarau sehingga debit outflow yang dikeluarkan untuk PLTA berubah-ubah dan mengakibatkan daya listrik yang dihasilkan PLTA Sengguruh berkurang. Daya listrik yang dihasilkan PLTA Sengguruh saat ini turun lebih dari 50% dari 29 MW menjadi 12,5 MW dengan hanya 1 turbin dan generator yang bekerja pada musim kemarau. Oleh karena itu perlu adanya suatu studi mengenai optimasi Waduk Sengguruh untuk pembangkit listrik tenaga air.
Dalam studi ini, analisa debit andalan dan debit untuk PLTA menggunakan cara coba – coba dengan metode Mass Curve, dan volume Mass Curve disesuaikan dengan volume aktif Waduk Sengguruh. Output dari perhitungan ini ialah daya listrik yang dihasilkan PLTA Sengguruh perhari, serta tabel dan grafik perbandingan antara daya setelah optimasi dengan daya PLTA saat ini.
Dari analisa water balance dan perhitungan daya listrik diperoleh bahwa daya yang dihasilkan lebih meningkat dibandingkan daya saat ini dari 29000 KW menjadi 32.062 KW.
Kata kunci : Waduk dan PLTA Sengguruh, fluktuatif debit inflow, debit andalan, daya listrik.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Bendungan Sengguruh yang terletak di Desa Sengguruh, Kepanjen, Kabupaten Malang, Propinsi Jawa Timur mempunyai luas genangan 2,370 km2. Total volume tampungan Bendungan Sengguruh sebanyak 21.500.000 m3, dengan rincian ±2.500.000 m3 sebagai volume aktif dan ±19.000.000 m3 sebagai desain volume sedimen. Bendungan Sengguruh mendapat pasokan air dari Sungai Amprong dan Sungai Lesti yang keduanya merupakan komponen hulu dari DAS Brantas dengan debit rata-rata bulanan 55,2 m3/s dan curah hujan 2,065 mm (dari Stasiun Karang Kates).
Pada awal pembangunan, Bendungan Sengguruh direncanakan sebagai pembangkit listrik tenaga air (PLTA) untuk beban puncak dan sebagai pengendali sediment, sehingga Bendungan Sengguruh merupakan
jenis bendungan serba guna, yaitu bendungan yang mempunyai fungsi lebih dari satu (multi fungsi). Bendungan Sengguruh mempunyai prioritas operasi sebagai penyedia air untuk pembangkit listrik tenaga air dan tidak berfungsi sebagai pengendali banjir sehingga tinggi muka air waduk untuk operasi dijaga pada level 292,5 m, kelebihan air dilimpaskan melalui pelimpah.
Pada awal bekerja, PLTA Sengguruh mampu menghasilkan daya listrik sebesar 29 MegaWatt (MW) dengan debit sebesar 184 m3/s dan beda tinggi antara upstream dengan downstream (∆H) sebesar 18,5 m. Dengan menggunakan 2 unit turbin dan generator, daya listrik yang dihasilkan mampu menambah supply kebutuhan beban puncak daya listrik selama 5 jam pada pukul 17.00 sampai pukul 22.00 di Jawa Timur.
Namun seiring dengan pertambahan penduduk dan aktivitas manusia, banyak terjadi perubahan tata guna lahan di daerah aliran sungai (DAS) Brantas terutama pada DAS Amprong dan DAS Lesti. Adapun dampak yang terjadi pada Bedungan Sengguruh akibat dari
perubahan tata guna lahan tersebut, yaitu terjadinya perbedaan besar debit inflow (fluktuatif debit inflow) pada musim penghujan dan musim kemarau sehingga debit outflow yang dikeluarkan untuk PLTA berubah-ubah. Bertambah banyak jumlah sedimen yang diangkut oleh Sungai Amprong dan Sungai Lesti, sehingga volume sedimen di Bendungan Sengguruh bertambah dengan cepat dan berbeda dengan desain rencana sedimen pada rancangan pembangunannya. Berkurangnya volume aktif karena sedimen mengakibatkan daya listrik yang dihasilkan PLTA Sengguruh berkurang.
Kondisi Waduk Sengguruh saat ini seperti lapangan lumpur, hampir 1/3 dari volume total Sengguruh terisi oleh sediment, serta 1/3 dari luas genangan Waduk Sengguruh ditumbuhi tanaman enceng gondok. Daya listrik yang dihasilkan PLTA Sengguruh saat ini turun lebih dari 50% dari 29 MW menjadi 12,5 MW dengan hanya 1 turbin dan generator yang bekerja pada musim kemarau. Oleh karena itu perlu adanya suatu studi mengenai optimasi Waduk Sengguruh untuk pembangkit listrik tenaga air.
1.2 RUMUSAN MASALAH
1. Berapa debit andalan yang dapat digunakan untuk keperluan PLTA Sengguruh saat ini dan saat optimalisasi?
2. Bagaimana pengaruh terhadap analisa debit Waduk Sengguruh bila menggunakan debit harian sebagai data debit inflow?
3. Optimalisasi apa saja yang harus dikerjakan untuk PLTA di Waduk Sengguruh?
4. Berapa daya listrik yang dihasilkan PLTA Sengguruh setelah dioptimasi?
5. Bagaimana perbandingan antara daya listrik yang dihasilkan PLTA sengguruh saat sebelum dan sesudah dioptimalisasi?
1.3 TUJUAN
1. Dapat diketahui debit andalan yang dapat dapat digunakan untuk keperluan PLTA Sengguruh.
2. Untuk mengetahui pengaruh penggunaan data debit harian terhadap analisa debit inflow Waduk Sengguruh, yang biasanya menggunakan debit bulanan.
3. Untuk mengetahui optimalisasi yang akan dilakukan dalam mengoptimasi PLTA Sengguruh.
4. Untuk mengetahui besar daya listrik yang dapat dihasilkan PLTA Sengguruh.
5. Untuk mengetahui perbandingan antara daya listrik yang dihasilkan PLTA sengguruh saat sebelum dan sesudah dioptimalisasi.
1.4 BATASAN MASALAH
1. Studi ini hanya mencakup fungsi Bendungan Sengguruh sebagai PLTA.
2. Tidak memperhitungkan keuntungan secara ekonomi (Rupiah) yang didapat PLTA Sengguruh.
3. Tidak memperhitungkan resapan air waduk yang meresap ke dalam tanah. Tanah pada dasar waduk diasumsikan jenuh akan air.
4. Karena keterbatasan data, untuk data debit outflow PLTA Sengguruh saat ini (eksis) maka diganti dengan menghitung debit outflow PLTA dari daya listrik yang dihasilkan saat ini.
1.5 MANFAAT
• Membandingkan besar daya listrik yang dihasilkan PLTA Sengguruh saat ini dengan besar daya listrik yang dihasilkan setelah dioptimasi, sehingga dapat dilakukan langkah optimasi yang paling tepat untuk dapat diterapkan di Bendungan Sengguruh.
• Dengan langkah optimasi yang telah dilakukan dapat menambah supply daya listrik PLTA Sengguruh dalam memenuhi kebutuhan listrik pada beban puncak.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. PENGERTIAN WADUK
Sungai–sungai di Indonesia mempunyai karakteristik debit yang berubah–ubah sesuai dengan keadaan musim saat itu. Pada musim pengujan, debit yang mengalir di sungai besar sehingga sering terjadi banjir dan banyak manfaat yang terbuang sia–sia. Sedangkan pada musim kemarau, debit yang mengalir kecil sehingga sering terjadi kekurangan air dan tidak bermanfaat. Karena besarnya perbedaan debit tersebut, maka diperlukan waduk untuk mengatasi masalah tersebut.
Waduk mempunyai fungsi menyimpan kelebihan air dimusim penghujan dan mengalirkan air dimusim kemarau saat diperlukan. Ada 2 fungsi waduk menurut kebutuhan, yaitu Waduk Ekaguna (single purpose) dan Waduk Serbaguna (multi purpose). Waduk Ekaguna dibangun hanya untuk melayani satu tujuan, misalnya hanya untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA), irigasi, pengendali banjir, dan lain-lain. Sedangkan waduk Serbaguna dibangun untuk melayani banyak tujuan, misalnya dalam satu waduk berfungsi untuk PLTA, irigasi, pengendali banjir, dan lain-lain. Dalam PLTA, waduk berfungsi meninggikan muka air pada upstream sehingga ada perbedaan tinggi antara upstream dengan downstream (∆H) untuk memutar turbin PLTA.
Adapun beberapa istilah dalam waduk yang berhubungan dengan PLTA :
• Volume Waduk Aktif :
Volume waduk yang dapat digunakan dengan memenuhi salah satu atau lebih dari tujuan pembangunannya. Dalam hal ini tujuan pembangunannya adalah untuk PLTA.
• Volume Waduk Mati :
Volume waduk yang terletak dibagian terbawah dari bangunan pengeluaran. Dalam hal ini, bangunan pengeluaran adalah bangunan intake PLTA.
• Volume Waduk Total :
Volume total waduk yang meliputi volume aktif dan volume mati.
2.2. ANALISA HIDROLOGI
Hidrologi adalah ilmu tata air dalam cabang ilmu pengetahuan yang berhadapan dengan distribusi dan kejadian air di atmosfer, di atas permukaan bumi dan di bawah permukaan bumi. Di dalam mempelajari hidrologi ini, memungkinkan untuk memastikan potensi sumber air dari suatu area, distribusi dan ketersediaan air terhadap waktu. Di dalam Proposal Tugas Akhir ini analisa hidrologi yang digunakan ialah menggunakan data debit inflow Waduk Sengguruh kemudian dicari debit andalannya.
2.2.1. PERHITUNGAN DEBIT ANDALAN
Data aliran merupakan data yang menunjukkan kapan terjadinya besaran debit dalam suatu aliran sungai. Besaran - besaran ini mungkin terjadi berulang kali atau hanya beberapa kali bahkan mungkin hanya sekali dalam suatu periode pengamatan. Frekuensi kejadian dari suatu besaran debit dapat digambarkan dalam suatu periode pengamatan yang dinyatakan dalam suatu prosentase waktu kejadian. Kurva yang dihasilkan dalam gambaran ini disebut "Duration Curve"
Bila hasil perhitungan Duration Curve didasarkan pada debit minimum, debit ini terdapat dalam sungai selama setahun penuh. Untuk daerah yang hanya mendapat listrik dari PLTA ini dengan perencanaan debit minimum, tidak ada kemungkinan pembatasan pemakaian listrik disebabkan di dalam sungai terdapat debit yang dikendaki, tetapi hampir setiap hari terdapat air yang terbuang atau tidak terpakai, jadi PLTA semacam ini tidak ekonomis.
Bila didasarkan debit maksimum semua (saluran, turbin, dll) harus dibuat besar berdasarkan debit yang hanya terdapat selama beberapa hari dalam 1 tahun, jadi tidak ekonomis juga. Bila didasarkan atas debit maksimum, maka selama 365-t hari harus ada supply tenaga listrik lain karena banyaknya air dalam sungai selama waktu itu tidak cukup.
Kalau diperhatikan, bahwa luasan di bawah lengkung duration curve menunjukkan total volume aliran selama periode pengamatan. Dengan demikian
kalau dimungkinkan diadakan penyimpanan sebagian volume aliran maka debit kebutuhan dapat diatur seoptimal mungkin, debit yang demikian ini disebut “Debit Andalan”
Perhitungan debit andalan digunakan untuk mencari besar debit yang sesuai untuk pembangkit listrik. Untuk keperluan ini digunakan cara coba–coba sampai ditemukannya debit andalan, agar operasi PLTA dapat berjalan sesuai dengan ketentuan dengan meminimalkan tingkat kegagalan seminimal mungkin. Proses penentuan debit andalan diharapkan mampu memenuhi keperluan supply pembangkit listrik pada beban puncak sepanjang tahun.
Langkah–langkah perhitungan debit andalan adalah sebagai berikut :
1. Data dibuat berkelompok dengan menentukan kelas dan interval tiap kelas. Dalam menentukan kelas dan interval mengunakan cara statistik pengolahan data dengan cara rumus sebagai berikut :
R = a max – a min (2.1)
k = 1 + 3,3322 Log (n) (2.2)
Interval = kR
(2.3)
Dimana :
a min = nilai data terkecil. a max = nilai data terbesar. n = banyak data yang diolah. k = banyaknya kelas interval. Interval =interval data untuk memasukkan data
yang nantinya dihitung banyaknya dengan frekuensi.
2. Merangking data debit mulai dari yang terbesar sampai yang terkecil dan menghitung frekuensi data sesuai dengan batasan interval yang ada.
3. Menghitung probabilitas untuk masing – masing data dengan menggunakan persamaan
mnT = (2.4)
%1001×==
nm
TP (2.5)
Dimana : P = besarnya probabilitas (%) m = nomor urut data n = jumlah data
4. Mencari besarnya debit andalan pada probabilitas tertentu dari duration curve yang merupakan grafik huebungan antara debit dengan probabilitas.
Pustaka :
Sholeh, Mohammad.”Hidrologi”, Jurusan Teknik Sipil FTSP – ITS, Surabaya.
2.2.2. ANALISA EVAPORASI
Volume air Waduk Sengguruh selain bertambah karena adanya debit inflow dan presipitasi (hujan), juga mengalami pengurangan volume air yang diakibatkan oleh evaporasi (penguapan) pada permukaan air di waduk. Dalam perhitungan evaporasi dipengaruhi oleh beberapa faktor alam lainnya, yaitu temperature (T), kelembapan udara (Humidity), dan kecepatan angin (U).
2.2.2.1. Temperature (T)
Temperatur udara adalah salah satu variable yang mempengaruhi besarnya hujan, evaporasi dan transpirasi. Temperatur diukur dengan termometer yang diletakkan di suatu tempat yang dilindungi terhadap sinar langsung dari matahari, angin dan hujan yang disebut “Sangkar Meteorologi”.
Besarnya temperatur merupakan fungsi dari tinggi tempat atau variasi elevasi. Data temperatur udara dinyatakan dalam derajat Celcius (oC), derajat Fahrenheit (oF) atau derajat absolute.
Temperatur harian diperoleh dari koleksi data temperatur jam–jaman yang waktu dan tempatnya ditetapkan. Biasanya temperatur udara juga diukur dengan dua termometer, yaitu termometer maksimum yang akan memcatat suhu paling maksimum yang terjadi dalam suatu hari dan termometer minimum yang akan mencatat temperatur yang paling minimum yang terjadi dalam suatu hari. Dari data dua pengukuran termometer tersebut diperoleh temperatur rata–rata hariannya, yaitu harga rata – rata dari temperatur maksimum dan temperatur minimum.
Didalam kondisi atmosfer normal, untuk setiap kenaikan elevasi maka temperatur udara akan mengalami penurunan rata-rata sebesar 0.7 oC pada setiap kenaikan elevasi 100 m.
2.2.2.2. Kelembaban Udara (Humidity)
Udara sangat mudah menyerap air dalam bentuk uap air, tergantung dari temperatur udara dan airnya. Bila temperatur udara makin besar maka makin banyak air yang menguap dan mengisi udara. Hal ini akan berlangsung terus sampai terjadi suatu keseimbangan dimana udara jenuh air dan penyerapan air tidak banyak. Tekanan pada molekul uap air dalam kondisi ini diketahui sebagai Tekanan Uap Jenuh (Saturation Vapour Presure) (ea) pada suatu temperatur tertentu.
Besarnya tekanan uap air dinyatakan dalam Bar (1.Bar..= 105 N/m2) atau dalam tinggi kolom air raksa (mm.Hg)
Kelembaban (h) adalah perbandingan tekana uap air (ed) dengan tekanan uap air jenuh (ea) pada
volume dan temperatur yang sama dan dapat ditulis dalam persamaan yang dinyatakan dalam persen sebagai berikut :
%100×=a
d
eeh (2.6)
Dimana :
h = kelembaban udara (%)
ed = tekanan uap air pada temperatur toC (mm.Hg)
ea = tekanan uap jenuh pada temperatur toC (mm.Hg)
Tabel tekanan uap air jenuh ea (mm.Hg) sebagai fungsi temperatur (oC)
Tabel 2.1 Tabel tekanan uap jenuh
Suhu (oC) ea (mmHg) -60 0.0008 -40 0.096 -20 0.783 -10 1.964 -1 4.22
0 (air + es + uap) 4.58 10 9.21 20 17.55 30 31.86 40 55.4 50 93.6 60 149.6 80 355.4
100 760.0 ( 1 atm ) 110 1074 125 1740 200 11650 250 29770 300 64300 350 123710
Pustaka :
Sosrodarsono, Suyono dan Takeda, Kensaku.2003.”Hidrologi Untuk Pengairan”, PT.Pradnya Paramita, Jakarta.
2.2.2.3. Kecepatan Angin (U)
Arah angin adalah arah dari mana angin bertiup yang dapat ditunjukkan dengan lingkaran arah angin. Kecepatan angin dapat diukur dengan Anemometer yang diletakkan pada ketinggian 2
meter dari permukaan tanah setempat. Terdapat banyak tipe Anemometer, diantaranya tipe Robinson, tipe Thies dan tipe Cassela.
Angin mempunyai pengaruh gesekan pada permukaan tanah atau air, maka penting sekali untuk menentukan spesifik dari beberapa pengamatan kecepatan angin dilihat dari ketinggian diatas permukaan tanah.
2.2.2.4. Evaporasi (E)
Didalam analisa mendapatkan besarnya evaporasi dibedakan menjadi dua, yaitu evaporasi dari permukaan air bebas dan evaporasi dari permukaan tanah. Pada dasarnya evaporasi terjadi karena uap dari udara pada permukaan air dan dari udara di atasnya.
Perumusan dasarnya (Dalton) adalah sebagai berikut :
(2.7) )()( UfeeCE da −=
Dimana :
E = evaporasi dari permukaan air (open water)
C = koefisien tergantung dari tekanan barometer
U = kecepatan angin
ea = tekanan uap jenuh muka air danau
ed = tekanan uap udara di atasnya
dari persamaan diperoleh persamaan empiris yang banyak dipakai :
( )( )254,05,035,0 UeeE da +−= (2.8)
Dimana :
U2 = kecepatan angin dalam m/dt
ed = tekanan uap udara di atasnya (mm/hari)
2.3. PERHITUNGAN KAPASITAS TAMPUNGAN WADUK
Kapasitas tampungan waduk atau volume dari waduk dapat dihitung melalui kondisi topografinya. Penentuan volume dapat diketahui dengan melihat grafik hubungan antara luas genangan, elevasi, dan volume airnya. Tinggi (elevasi) dasar yang diambil adalah dasar sungai di tempat rencana as bendungan.
Besar kapasitas atau volume antara dua bidang garis dapat dinyatakan dengan rumusan :
( ) ({∑ −××+= ++ iiii hhFFI 11 5,0 )} (2.9)
Dimana :
I = Volume waduk (m3)
Fi = Luasan daerah yang dikelilingi oleh garis tinggi hi
Fi+1 = Luasan daerah yang dikelilingi oleh garis tinggi hi+1
Dalam perhitungan kapasitas tampungan waduk telah didapat data yang lengkap berupa grafik hubungan antara elevasi dengan volume tampungan dan luas genangan, sehingga hanya perhitungan volume aktif yang akan dilakukan.
Pustaka :
Sosrodarsono, Suyono dan Takeda, Kensaku.1981.”Bedungan Tipe Urugan”, PT.Pradnya Paramita, Jakarta.
2.4. PERHITUNGAN WATER BALANCE
Fungsi utama dari waduk adalah untuk menyediakan simpanan (tampungan) air, maka ciri fisiknya yang paling penting adalah kapasitas simpanan. Kapasitas waduk yang bentuknya beraturan dapat dihitung dengan rumus-rumus untuk menghitung volume padat. Kapasitas waduk pada kedudukan alamiah ditetapkan berdasarkan pengukuran topografi.
Permukaan genangan normal adalah elevasi maksimum yang dicapai oleh kenaikan permukaan waduk pada kondisi operasi biasa. Permukaan genangan minimum adalah elevasi terendah yang dapat diperoleh bila genangan dilepaskan pada kondisi normal. Volume simpanan yang terletak antara permukaan genangan minimum dan normal disebut simpanan berguna. Air yang ditahan di bawah permukaan genangan minimum disebut simpanan mati.
Studi water balance adalah studi yang memperhitungkan jumlah air yang masuk pada sistem dikurangi dengan jumlah air yang keluar dari sistem tersebut dan harus sama dengan storage yang tersimpan dalam sistem. Dalam perhitungannya digunakan metode sequent peak analysis, dengan persamaan sebagai berikut :
tttat RKQFK −+= −1 , jika positif (2.10)
0=tK , jika negatif (2.11)
Dimana :
Kt = tampungan yang dapat disimpan dimana pada periode t = 0, nilai Kt = 0
Rt = pengeluaran air / outflow pada debit andalan
Kt-1 = tampungan yang dapat disimpan sebelum periode t
QFta = inflow dari tampungan
Dan untuk menghitung QFta digunakan rumusan:
EvtPPtQFQF tta ++= (2.12)
Dimana :
QFt = debit dari sungai yang masuk tampungan
PPt = presipitasi (hujan) yang jatuh di atas tampungan
Evt = evaporasi (penguapan) yang terjadi di tampungan.
Selanjutnya dari perhitungan diatas didapatkan volume / tampungan yang tersedia pada waduk Sengguruh (volume aktif).
Pustaka :
Larry W, Mays dan Yeou Koung, Tung.1992.”Hydrosystem Engineering and Management”.Me Graw Hill, Inc. Singapore.
2.5. PERHITUNGAN DAYA DAN ENERGI LISTRIK SERTA SIMULASI PENGOPRASIAN PLTA
2.5.1 Perhitungan Daya dan Energi Listrik.
Daya dan energi listrik dalam hubungannya dengan debit dapat dirumuskan sebagai berikut:
Daya listrik :
HgQP ρ= (Watt) (2.13)
HQP 8,9= (KW) (2.14)
Energi listrik :
ηtPE = atau (2.15)
ηtHQE 8,9= (KWh) (2.16)
Dimana :
P = daya listrik teoritis (KW)
t = waktu (jam)
Q = debit (m3/det)
H = tinggi jatuh air efektif (m)
E = Energi listrik (KWh)
η = efisiensi (80% - 95%)
Di dalam efisiensi (η ) di atas merupakan gabungan dari beberapa banyak efisiensi, yaitu efisiensi turbin ( η T), efisiensi generator ( η G) dan efisiensi transformator (η Tra).
2.5.2 Simulasi Pengoprasian PLTA
Bertujuan untuk menghitung operasi waduk/PLTA pada periode tertentu dengan memperhatikan debit sungai sebagai input dari waduk dan debit PLTA sebagai debit output, serta sebagai kontrol dari sistem secara terus menerus.
Pustaka :
1. Arismunandar, A. ,Dr., Kuwahara, S.,Dr.1979.”Tenaga Listrik I”, PT Pradnya Paramita, Jakarta.
2. Patty,O.F.,Ir.1995.”Tenaga Air“, Erlangga, Jakarta.
3. Larry W, Mays dan Yeou Koung, Tung.1992. ”Hydrosystem Engineering and Management”.Me Graw Hill, Inc. Singapore.
BAB III
METODOLOGI
3.1. SURVEY PENDAHULUAN DAN STUDI LITERATUR
Gambaran mengenai kondisi daerah yang akan distudi adalah merupakan dasar perencanaan dalam menentukan pola operasi PLTA Waduk Sengguruh ini. Hal tersebut disebabkan karena setiap daerah atau setiap lokasi mempunyai suatu ciri atau karak teristik yang tidak sama dengan daerah lainnya. Di dalam survey pendahuluan ini yang utama adalah mengetahui situasi dan kondisi daerah studi. Dalam kegiatan ini juga dapat diketahui masalah-masalah yang ada secara umum.
Studi literatur meliputi kegiatan mempelajari bagaimana pengoperasian suatu waduk baik itu dari buku-buku maupun dari pihak yang terkait.
3.2. PENGUMPULAN DATA
Dalam penentuan suatu pola operasi PLTA dari suatu waduk, data-data penting sangat diperlukan untuk mendukung suatu hasil yang optimal dan sesuai dengan yang diharapkan. Dalam tugas akhir ini diperlukan :
3.2.1. Data Debit
Data debit ini diperlukan untuk mengetahui besarnya debit inflow yang nantinya akan dibuat debit andalan sebagai dasar debit outflow untuk PLTA. Data yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah data debit inflow selama 10 tahun, dari tahun 1998 sampai dengan tahun 2007.
3.2.2. Data Curah Hujan
Data curah hujan di ambil dari stasiun-stasiun penakar hujan yang berpengaruh terhadap daerah studi. Data-data curah hujan diambil dalam jangka waktu lima belas (15) tahun terakhir, bermula dari tahun 1991 sampai tahun 2005. Data curah hujan tersebut digunakan untuk menghitung curah hujan rata-rata ( R ).
3.2.3. Data Klimatologi
Data klimatologi sangat penting dalam analisa hidrologi pada suatu daerah aliran, karena klimatologi berhubungan erat dengan karakteristik daerah aliran. Yang termasuk dalam data klimatologi adalah temperatur, kelembapan udara, kecepatan angin, dan evaporasi.
3.2.4. Data Bendungan dan PLTA
Meliputi data teknis Bendungan Sengguruh dan data bangunan pembangkit listrik tenaga airnya. Data-data tersebut digunakan untuk menunjang dalam perhitungan-perhitungan yang akan dilakukan.
3.3. ANALISA DATA / TAHAP PERHITUNGAN
Data-data primer yang terkumpul ini akan dihitung menjadi data sekunder untuk mendapatkan hasil yang dikehendaki. Analisa data yang dimaksud meliputi :
• Menghitung debit andalan.
Dapat melakukan perhitungan dengan rumus (2.1) sampai dengan (2.5)
• Menghitung evaporasi dan presipitasi diatas permukaan Waduk Sengguruh.
Dapat melakukan perhitungan dengan rumus (2.6) sampai (2.8)
• Menghitung kesetimbangan air tampungan aktif (water balance) Waduk Sengguruh.
Dapat melakukan perhitungan dengan rumus (2.9) sampai (2.12)
• Menghitung daya dan energi listrik serta menentukan pola operasi PLTA Sengguruh.
Dapat melakukan perhitungan dengan rumus (2.13) sampai (2.16)
3.4. BAGAN ALIR METODOLOGI
Gambar 3.1 Bagan Alir Metodologi
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. PLTA SENGGURUH
4.1.1. Lokasi Studi
Lokasi PLTA Sengguruh terletak di desa Sengguruh, Kepanjen, Kabupaten Malang, Jawa Timur. Jaraknya kurang lebih (±) 27 km ke arah selatan dari pusat kota Malang. Lokasi studi dapat dilihat pada gambar 4.1.1, gambar 4.1.2, dan gambar 4.1.2.
4.1.2. Data Debit Inflow
Debit inflow yang masuk ke Bendungan Sengguruh berasal dari dua sungai, yaitu Sungai Amprong dan Sungai Lesti. Data debit inflow yang dibutuhkan dalam perhitungan adalah data debit inflow keseluruhan yang diukur tiap hari, maka data debit yang diperoleh adalah data debit harian selama 10 tahun, yaitu sejak tahun 1998 – 2007.
Keseluruhan data debit inflow Bendungan Sengguruh ada pada lampiran 1.
4.1.3. Data Debit Outflow
Debit outflow Bendungan Senguruh hanya dialirkan pada spillway dan intake PLTA Sengguruh yang nantinya digunakan untuk memutar turbin PLTA. Debit yang dialirkan lewat spillway hanya di keluarkan pada saat menggelontor sedimen agar tinggi sedimen pada intake PLTA turun sesuai dengan ketentuan. Data debit outflow yang dibutuhkan dalam perhitungan adalah data debit outflow keseluruhan yang diukur tiap hari, maka data debit yang diperoleh adalah data debit harian selama 10 tahun, yaitu sejak tahun 1998 – 2007.
Keseluruhan data debit outflow Bendungan Sengguruh ada pada lampiran 2.
4.1.4. Data Hujan
Stasiun pengamatan data hujan pada Bendungan Sengguruh berada di Bendungan Sengguruh itu sendiri. Keseluruhan data curah hujan ditabelkan pada lampiran 3.
4.1.5. Data Temperatur (0C)
Tabel 4.1.1 Data Temperatur Bendungan Sengguruh
START
END
SURVEY PENDAHULUAN DAN STUDI LITERATUR
DATA DEBIT SUNGAI DATA CURAH HUJAN DATA KLIMATOLOGI DATA WADUK DATA PLTA
MENGHITUNG DEBIT ANDALAN
MENGHITUNG EVAPORASI dan PRESIPITASI
MENGHITUNG KAPASITAS TAMPUNGAN dan WATER BALANCE WADUK
MENGHITUNG DAYA dan ENERGI LISTRIK
SIMULASI POLA OPERASI PLTA
Yes
No
4.1.6. Data Kelembaban Relatif (%)
Tabel 4.1.2 Data Kelembaban Relatif Bendungan Sengguruh
4.1.7. Data Kecepatan Angin (km/jam)
Tabel 4.1.3 Data Kecepatan Angin Bendungan Sengguruh
4.1.8. Data Kapasitas Tampungan
Data kapasitas tampungan Waduk Sengguruh didapat dari Kantor PLTA Sengguruh, desa Sengguruh, Kepanjen, Kabupaten Malang, Jawa Timur. Volume normal waduk barada pada elevasi +292,50 m sebesar 20,5 juta m3, volume waduk saat banjir berada pada elevasi +293.1 m sebesar 21,5 juta m3, dan volume waduk saat LWL (Low Water Level) berada pada elevasi 291,4 m sebesar 19 juta m3.
Data kapasitas tampungan Waduk Sengguruh selengkapnya dicantumkan pada tabel 4.1.4 dan gambar 4.1.4.
Tabel 4.1.4 Data dan perhitungan kapasitas tampungan Waduk Sengguruh
Sumber data luasan dan elevasi dari PJB Sengguruh
Dimana :
(1) = data elevasi (2) = data luasan genangan waduk tiap elevasi (3) = rata-rata antara data ke (n) dan (n+1) pada kolom (2) (4) = beda tinggi pada tiap elevasi (5) = kolom (3) x (4) (6) = penjumlahan pada kolom (5)
270
275
280
285
290
295
5000 10000 15000 20000 250000
2000 1 00 500 0500 1 0Luas (103 m2)
270
275
280
285
290
295 FWL = +
HWL = +LWL = +
293,1 m 292,5 m 291,4 m
Elevasi
Volume (103 m3)
Gambar 4.1.4 Grafik hubungan antara elevasi, luas dan volume Waduk Sengguruh
4.1.9. Data Bendungan dan PLTA Sengguruh
Berikut ini dicantumkan data-data mengenai Bendungan dan PLTA Sengguruh :
4.1.9.1. Umum
• Konsultan desain : Nippon Koei.,Ltd. • Kontraktor :
o Brantas Office Civil Work o Mesin dan kelistrikan : Bo Ying
Co.,Ltd., Elin Union AG, Ishikawajima-Harima Heavy Industries.,Ltd., Boma Bisma Indra, dan 3 kontraktor lokal.
o Peralatan dan material : Nomura Trading Co,.Ltd.
• Tahun pelaksanaan konstruksi : Januari 1982 – Oktober 1988
4.1.9.2. Hidrologi dan Sungai
• Anak sungai : S. Amprong dan S. Lesti • Induk sungai : S. Brantas • Curah hujan tahunan : 2,065 mm
4.1.9.3. Waduk Elevasi dan luas muka air (MA) waduk
• MA banjir : + 293,100 m • MA normal : + 292,500 m • MA minimum : + 291,400 m
Volume Waduk • MA banjir : ± 21.500.000 m3 • MA normal : ± 20.600.000 m3 • MA minimum : ± 19.000.000 m3 • Volume efektif : ± 2.500.000 m3
4.1.9.4. Bendungan
• Tipe : Center core rock fill dam • Panjang puncak : 378 m • Tinggi puncak : 33 m • Lebar puncak : 10 m • Elevasi puncak : ± 296 m • Volume tubuh bendungan : 447.000.000 m3
4.1.9.5. Pelimpah
• Tipe : Gate Spillway (2 roller gate), Open Channel (persegi)
• Kolam olak : lebar 36,5 m; tinggi 18,5 m; panjang 75m
• Kapasitas debit : 2,950 m3/s
• Elevasi : ± 280 m
4.1.9.6. Saluran Pengelak
• Tipe : Open channel (trapesium) • Ukuran : lebar 20 m; tinggi 9 m; kemiringan 1:0,5
• Kapasitas debit : 1060 m3/s
4.1.9.7. PLTA
• Debit maksimal : 184 m3/s • Daya listrik maksimal : 29 MW • Active head : 18,5 m • Intake : Roller gate; lebar 6,5 m; tinggi
6,5 m; 2 unit • Pipa pesat : panjang 85 m (2 unit);
diameter 6,5 m • Turbin : Vertical shaft Francis Turbine • Generator : Single phase AC, synchronous; 16000 kVA x 2 unit
Sumber : BBWS Brantas
4.2. PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA
4.2.1. Umum
Dalam perhitungan tenaga air untuk pembangkit listrik terdapat dua faktor yang sangat penting, yaitu besar debit aliran (Q) dan beda ketinggian (∆h). Pada bab ini akan membahas hal-hal yang bersangkutan dengan dua faktor tersebut, yaitu penentuan jumlah air yang tersedia dan variasinya menurut waktu. Dalam pengerjaan tersebut dibutuhkan ilmu hidrologi dan hidrometeorologi.
Hidrologi dan Hidrometeorologi adalah ilmu tata air dalam cabang ilmu pengetahuan yang berhadapan dengan distribusi dan kejadian air di atmosfer, di atas permukaan bumi dan di bawah permukaan bumi. Di dalam mempelajari hidrologi dan hidrometeorologi ini, memungkinkan untuk memastikan potensi sumber air dari suatu area, distribusi dan ketersediaan air terhadap waktu.
4.2.2. Analisa Debit
Debit yang masuk ke Waduk Sengguruh berasal dari Sungai Amprong dan Sungai Lesti yang semuanya diukur agar didapat data debit dan pengukuran data debit dilakukan setiap hari. Data debit hasil pengukuran ini kemudian dirata-rata untuk mendapatkan data debit bulanan. Data debit yang diperoleh adalah data debit harian selama 10 tahun, yaitu sejak 1998 sampai 2007. Demikian pula untuk debit outflow. Hasil perhitungan rata-rata debit inflow dan outflow bulanan ditampilkan pada tabel 4.2.1 dan 4.2.2.
Tabel 4.2.1. Hasil perhitungan rata-rata debit inflow
Tabel 4.2.2. Hasil perhitungan rata-rata debit outflow
4.2.3. Perhitungan Debit Andalan
Untuk pembuatan Duration Curve diperlukan data hasil pengamatan debit selama periode tertentu. Makin lama periode pengamatannya makin baik gambaran yang dihasilkan, biasanya periode pengamatan disesuaikan dengan tingkat kebutuhannya. Dari data debit dilihat jumlah kejadian dari suatu debit yang masuk interval, kemudian prosentase kumulatif dari kejadiannya disusun sehingga dapat diperoleh gambaran Duration Curvenya.
Langkah-langkah dalam mengerjakan Duration Curve menggunakan cara statistika pengolahan data. Hasil perhitungan prosentase dari frekuensi kumulatif untuk pembuatab grafik Duration Curve ditampilkan pada tabel 4.2.3.
n = 10 tahun = 3652 hari a max = 365,62 a min = 10,71
R = a max – a min = 365,62 – 10,71 = 354,91 k = 1 + 3,3322 Log (n) = 1 + 3,3322 Log (3652) = 12,871 ≈ 13 Interval (R/k) = 354,91/12,871 = 27,574 ≈ 28
Interval dimulai dari 10 ≤ a min.
Maka ada 13 kelas interval (k) dengan selisih interval sebesar 28 pada tiap interval. Tabel 4.2.3 Tabel prosentase frekuensi kumulatif debit
Grafik Duration Curve dari tabel 4.2.3 digambarkan pada grafik 4.2.1 :
Dalam menentukan besar debit andalan PLTA Sengguruh saat ini (eksis) dilakukan perhitungan dengan rumus Daya Listrik (P), yaitu sebagai berikut :
Data : H = 18,5 m P = 29.000 KW
Ditanya : QPLTA = ….. m3/det
QAndalan =........ m3/det
Jawab : P = 9,8 x QPLTA x H 29000 = 9,8 x QPLTA x 18,5
QPLTA = 5,188,9
29000×
= 159,956 m3/det
≈160 m3/det Vol PLTA = Vol waduk Q PLTA x 5 x 3600 = Q Andalan x 24 x 3600
Q Andalan = 360024
36005956,159×
××
Q Andalan = 33.324 m3/det
Maka debit andalan saat ini (eksis) PLTA Sengguruh sebesar 33,324 m3/det. Debit 84,92 % Duration Curve.
4.2.4. Perhitungan Evaporasi
Dalam perhitungan Evaporasi perumusan yang digunakan adalah:
( ) [ ]UeeEo da 54,05,035.0 +×−×=
Dimana : U = kecepatan angin dalam (m/dt)
(ea-ed) = selisih antara tekanan uap jenuh dan tekanan uap aktual rata-rata pada temperatur rata-rata (mm.Hg)
Langkah-langkah dalam perhitungan Evaporasi pada tabel 4.2.4 adalah sebagai berikut :
Langkah 1. Memasukan data-data pada tabel 4.2.4, yaitu data Suhu (oC), Kelembaban (%), dan data Kecepatan angin (m/detik).
Langkah 2. Pada kecepatan angin, data dalam bentuk satuan (km/jam) harus di convert dalam bentuk satuan (m/detik) dengan cara :
19,53 km/jam x 1000/3600 = 5,43 m/detik.
Langkah 3. Mencari harga Tekanan Uap Jenuh (ea) (mm.Hg) Dari data T = 24,4 OC didapat ea = 23,85 mm.Hg
Langkah 4. Mencari harga Tekanan Uap Aktual (ed) (mm.Hg). ed = ea . Rh = 23,85 x 86 % = 20,51 mm.Hg.
Langkah 5. Mencari selisih antara Tekanan Uap Jenuh dengan Tekanan Uap Aktual (ea-ed).
(ea-ed) = 23,85 – 20,51 = 3,34 mm.Hg
Langkah 6. Menghitung besarnya Evaporasi yang terjadi (Eo).
Eo = 0,35 x 3,34 x (0,5 + 0,54 . 5,43) Hasil dari perhitungan terdapat pada tabel 4.2.4, dengan keterangan tabel sebagai berikut : (1) = Data suhu atau temperatur (T), satuan (oC) (2) = Data kelembaban (RH), dalam (%) (3) = Data kecepatan angin (U), satuan (km/jam) (4) = Hasil perhitungan perubahan (km/jam) menjadi (m/detik) (5) = Hasil interpolasi suhu untuk mendapatkan
Tekanan Uap Jenuh (ea) sesuai dengan langkah 3.
(6) = (2) x (5) (7) = (5) - (6) (8) = 0,35 x (7) x [0,5 + 0,54 x (3)]
Tabel 4.2.4. Tabel analisa perhitungan Evaporasi
4.2.5. Analisa Hujan
Stasiun pengamatan data hujan pada Bendungan Sengguruh berada di Bendungan Sengguruh itu sendiri. Hasil analisa hujan dari data-data hujan yang didapat tertera pada tabel 4.2.5.
Tabel 4.2.5 Tabel Analisa Hujan Waduk Sengguruh
4.2.6. Perhitungan Mass Curve
Perhitungan Mass Curve dilakukan untuk menyesuaikan besar debit outflow PLTA dengan besar volume aktif Waduk Sengguruh yang telah tersedia (eksis), sehingga besar volume debit outflow PLTA tidak melebihi volume aktif Waduk Sengguruh. Dalam perhitungan Mass Curve, debit yang diambil ditentukan dengan perhitungan dimana pada jam ke 19 dengan debit tersebut volume yang dapat dihasilkan sebesar 2.521.600 m3 (volume aktif Waduk Sengguruh). Dengan perhitungan tersebut dihasilkan debit sebesar 36,865 m3/det, dalam Duration Curve debit 36,865 m3/det merupakan debit 79.12 %. Berikut tabel hasil perhitungan Mass Curve dimana pada jam ke 19 menghasilkan volume sebesar 2.521.600 m3. Keterangan : Kolom 1 = Jam ke Kolom 2 = Besar Debit PLTA yang direncanakan Kolom 3 = Volume yang dihasilkan oleh debit
tersebut dalam 1 jam. [3] = [2] x 3600 Kolom 4 = Volume Kumulatif [4 n] =[4 n+1] + [3 n+1]
Tabel 4.2.6 Tabel perhitungan Mass Curve
4.2.7. Perhitungan Debit PLTA
Perhitungan Debit PLTA dilakukan guna menentukan besar debit yang akan dikeluarkan Waduk Sengguruh untuk memutar turbin agar dapat membangkitkan listrik pada generator PLTA Sengguruh. Pada PLTA Sengguruh debit dikeluarkan selama 5 jam, dimulai bekerja pada jam ke 19 dan berhenti pada jam ke 24. Dalam perhitungan debit PLTA, debit yang diambil ditentukan dengan perhitungan dimana pada jam ke 24 dengan debit tersebut volume yang dapat dihasilkan sama dengan volume Mass Curve selama 24 jam yaitu 3,185,178.95 m3. Berikut tabel hasil perhitungan Debit PLTA dimana pada jam ke 24 menghasilkan volume sebesar 3,185,178.95 m3.
Tabel 4.2.7 Tabel Perhitungan Debit PLTA Sengguruh Q PLTA Volume Vol Kum Jam
ke m3/dt m3 m3
1 2 3 4 19 176.95 0.00 0.0020 176.95 637,035.79 637,035.7921 176.95 637,035.79 1,274,071.5822 176.95 637,035.79 1,911,107.3723 176.95 637,035.79 2,548,143.1624 176.95 637,035.79 3,185,178.95
Keterangan : Kolom 1 = Jam ke Kolom 2 = Besar Debit PLTA yang direncanakan Kolom 3 = Volume yang dihasilkan oleh debit
tersebut dalam 1 jam. [3] = [2] x 3600 Kolom 4 = Volume Kumulatif
[4 n] =[4 n+1] + [3 n+1]
Keterangan :
: Debit Mass Curve (Debit Andalan) : Debit PLTA : Garis Jam ke 19
4.2.8. Perhitungan Water Balance dan Simulasi Pola Operasi PLTA
Studi keseimbangan air (water balance study) merupakan salah satu cara dalam upaya untuk mencari salah satu komponen jumlah air pada suatu sistem. Secara garis besar studi ini memperhitungkan jumlah air yang masuk pada suatu sistem dikurangi dengan jumlah air yang keluar dari suatu sistem tersebut haruslah sama dengan storage yang tersimpan dalam sistem. Pada suatu sistem waduk, jumlah air yang masuk diidentifikasikan sebagai inflow antara lain :
► Debit inflow (debit yang masuk kedalam waduk)
► Hujan diatas permukaan air waduk (presipitasi on water surface)
Sedangkan jumlah air yang keluar diidentifikasikan sebagai outflow antara lain :
► Penguapan diatas permukaan waduk (evaporation)
► Pengeluaran air untuk kebutuhan tertentu (khususnya untuk PLTA)
Dengan adanya water balance ini, maka dapat diketahui sampai seberapa jauh volume yang tersedia dan air yang digunakan. Metode yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah metode sequent peak analysis dengan rumusan :
Kt = Qfta + Kt-1 - Rt , jika positif Kt = 0 , jika negatif
Dimana : Kt = tampungan yang dapat disimpan. Rt = outflow Kt = tampungan yang dapat disimpan sebelum periode –t QFta= inflow dari tampungan
Dan untuk menghitung QFta digunakan rumusan :
QFta= QFt + Ppt – Evt
Dimana : QFt = debit dari sungai yang masuk tampungan Ppt = preseipitasi (hujan) yang jatuh diatas tampungan Evt = evaporasi (penguapan) yang terjadi di tampungan
Dalam proses water balance dan simulasi pola operasi PLTA ini ada beberapa batasan sebagai parameter keberhasilan proses simulasi. Batasan-batasan yang dipakai dalam perhitungannya adalah sebagai berikut :
1. Debit inflow merupakan debit yang masuk tampungan waduk sesuai dengan data yang didapat.
2. Debit outflow untuk PLTA sesuai dengan perhitungan debit PLTA di sub bab sebelumnya.
3. Evaporasi dihitung sebagai outflow. 4. Besar daya listrik maksimal yang dapat
dihasilkan generator sebesar 35.000 K Watt.
5. Pengoprasian PLTA berorientasi pada daya listrik yang dihasilkan PLTA tidak kurang dari 40% daya listrik maksimum yang dihasilkan generator.
6. Daya listrik hasil pengoperasian akan dibandingkan dengan daya listrik yang mampu dihasilkan saat ini.
7. Keberhasilan pengoprasian PLTA terjadi bila batasan nomor 5 dan 6 telah terpenuhi.
Untuk perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.2.8 untuk waduk setelah di optimalisasikan dan tabel 4.2.9 untuk keadaan waduk saat ini. Berikut secara garis besar langkah perhitungan dari kedua tabel water balance dan keterangan masing-masing kolom adalah sebagai berikut :
Kolom [1] = tahun Kolom [2] = bulan Kolom [3] = jumlah hari dalam bulan pada kolom
[2] Kolom [4] = debit inflow, sesuai dengan data yang
didapatkan Kolom [5] = volume inflow dalam sehari, dengan
perhitungan jika volume debit inflow melebihi kapasitas waduk (2.521.600 m3) sebelum jam ke 19 akan melimpah dan dari jam ke 19 sampai jam ke 24
dilakukan perhitungan biasa. Perhitungan dilakukan dengan fungsi logika ”IF” pada MS Excel. Contoh tahun 1998 bulan januari :
[5]=if([4]x3600x19>2521600,2521600+[4]x3600x5,[4]x3600x24)
Kolom [6] = data curah hujan sesuai data yang didapat dan dirata-rata dalam perhitungan curah hujan sebelumya.
Kolom [7] = volume inflow akibat presipitasi. Perhitungan volume presipitasi berasal dari perkalian antara curah hujan dengan luasan dari genangan Waduk Sengguruh (1.596.750 m2). Contoh :
[7] = [6] x 1596750 / 1000
Kolom [8] = volume kumulatif antara volume debit inflow dengan volume hujan. Contoh perhitungan :
[8] = [6] + [7]
Kolom [9] = data evaporasi sesuai dengan perhitungan evaporasi.
Kolom [10] = volume akibat evaporasi dalam sehari dan merupakan volume outflow waduk. Perhitungan volume evaporasi berasal dari perkalian antara data evaporasi dengan luasan dari genangan Waduk Sengguruh (1.596.750 m2). Contoh :
[10] = [9] x 1596750 / 1000
Kolom [11] = debit outflow untuk PLTA sesuai dengan perhitungan debit PLTA sebelumnya. Kolom [11] ini berhubungan dengan kolom [14] (volume tampungan/volume berlebih), bila kolom [14] bernilai negatif maka harus mengubah kolom [11] dengan cara coba-coba hingga kolom [14] ≥ 0.
Kolom [12] = volume outflow merupakan volume akibat debit outflow untuk PLTA dalam sehari. Dalam sehari debit outflow hanya terjadi selama 5 jam saja. Contoh perhitungan :
[12] = [11] x 3600 x 5
Kolom [13] = volume kumulatif antara volume debit inflow dengan volume hujan. Contoh perhitungan :
[13] = [10] + [12]
Kolom [14] = Volume tampungan atau volume berlebih dalam sehari akibat volume inflow lebih besar dari volume outflow. Volume tampungan ini tidak boleh bernilai negatif sehingga bila terjadi nilai negatif harus merubah nilai kolom [11] (debit outflow) dengan cara coba-
coba hingga kolom [14] ini bernilai [14] ≥ 0. Ccontoh perhitungan :
[14] = [8] - [13]
Kolom [15] = Daya yang dihasilkan PLTA Sengguruh dalam sehari pada bulan tersebut. Perhitungan daya ini menggunakan rumus P = 9.8 x ∆H x Qoutflow. Dimana ∆H aktif pada PLTA Sengguruh adalah 18,5 m. Contoh perhitungan :
[15] = 9.8 x 18,5 x [13]
Kolom [16] = Daya yang dihasilkan PLTA Sengguruh dalam sebulan tersebut. Contoh perhitungan :
[16] = [3] x [15]
Kolom [17] = Daya yang dihasilkan PLTA Sengguruh dalam setahun. Contoh perhitungan :
[17] = sum ( [ 161 s/d 1612 ] )
Setelah melakukan perhitungan water balance maka selanjutnya dilakukan perbandingan antara daya listrik yang mampu dihasilkan setelah dioptimanalisasikan dengan daya listrik yang eksis sekarang.
Untuk membandingkan tersebut dapat dilihat pada tabel 4.2.10, grafik 4.2.3, grafik 4.2.4 dan secara garis besar langkah perhitungan perbandingan tersebut dan keterangan masing-masing kolom adalah sebagai berikut :
Kolom [1] = nomor. Maksudnya agar mudah memasukkan kedalam grafik. Nomor ini urut sesuai dengan bulan dan tahun pada data yang dimiliki
Kolom [2] = bulan dan tahun. Tersusun urut sesuai dengan data yang dimiliki.
Kolom [3] hingga kolom [6] adalah perhitungan daya setelah Waduk Sengguruh di optimalisasikan.
Kolom [3] = debit outflow untuk PLTA sesuai dengan perhitungan debit PLTA pada tabel water balance pada PLTA Sengguruh setelah di optimalisasikan.
Kolom [4] = daya yang dihasilkan PLTA Sengguruh dalam sehari pada bulan tersebut. Perhitungan daya ini menggunakan rumus P = 9.8 x ∆H x Qoutflow. Dimana ∆H aktif pada PLTA Sengguruh adalah 18,5 m. Contoh perhitungan :
[4] = 9.8 x 18,5 x [3]
Kolom [5] = prosentasi daya yang mampu dihasilkan dengan daya maksimum generator. Pada perencanaan yang dilakukan, daya maksimum generator
adalah 32500 K Watt. Contoh perhitungan :
[5] = [4] / 35000 x 100
Kolom [6] = jumlah generator yang bekerja sesuai dengan keadaan generator eksis (30.000 K Watt) ditambah generator tambahan sebesar 5000 K Watt. Sehingga bila daya yang mampu dihasilkan lebih besar dari 30 M Watt maka ada 3 generator yang bekerja. Bila daya yang mampu dihasilkan antara 15 M Watt sampai 30 M Watt maka ada 2 generator yang bekerja. Dan bila daya yang mampu dihasilkan kurang dari 15 M Watt maka ada 1 generator yang bekerja. Perhitungan menggunakan fungsi ”IF” pada MS Excel. Contoh perhitungan :
[6] = if([4]≥30000,3,if([4]≥15000,2,1))
Kolom [7] hingga kolom [10] adalah perhitungan daya Waduk Sengguruh saat ini (eksis).
Kolom [7] = debit outflow untuk PLTA sesuai dengan perhitungan debit PLTA pada tabel water balance pada PLTA Sengguruh saat ini.
Kolom [8] = Kolom [4] contoh [8] = 9.8 x 18,5 x [7]
Kolom [9] = prosentasi daya yang mampu dihasilkan dengan daya maksimum generator. Daya maksimum generator yang eksis saat ini adalah sebesar 30 M Watt. Contoh perhitungan :
[9] = [8] / 30000 x 100
Kolom [10] = jumlah generator yang bekerja sesuai dengan keadaan generator eksis saat ini (30.000 K Watt). Sehingga bila daya yang mampu dihasilkan lebih besar dari 15 M Watt maka ada 2 generator yang bekerja dan bila daya yang mampu dihasilkan kurang dari 15 M Watt maka ada 1 generator yang bekerja. Perhitungan menggunakan fungsi ”IF” pada MS Excel. Contoh perhitungan :
[10] = if([8]≥15000,2,1)
Grafik 4.2.3 merupakan hasil plotting dari tabel 4.2.8 dan tabel 4.2.9. Dari grafik 4.2.3 menjelaskan bahwa daya yang dihasilkan PLTA Sengguruh setelah dioptimalisasi lebih besar dari pada daya yang dihasil PLTA saat ini, sehingga terjadi peningkatan daya listrik yang dihasilkan setelah dioptimalisasi.
Hasil daya tersebut tidak boleh kurang dari 40% dari daya maksimum yang dihasilkan generator, yaitu 40 % x 32500 K Watt = 13000 K Watt. Jika daya yang dihasilkan dibawah 13000 K Watt atau dibawah garis merah bawah pada tabel 4.2.3, maka terjadi
kegagalan atau pada bulan tersebut benar-benar bulan kering.
Grafik 4.2.4 dan grafik 4.2.5 merupakan hasil plotting dari tabel 4.2.10. Dari grafik 4.2.4 menjelaskan bahwa perbandingan menggunakan prosentase antara daya listrik setelah dioptimalisasi dan sebelum dioptimalisasi.
Pada grafik 4.2.4 daya listrik maksimum generator sebesar 32500 K Watt dengan 3 generator yang bekerja, yaitu 2 generator 15000 K Watt dan 1 generator 2.5 K Watt. Sedangkan pada tabel 4.2.5 daya listrik maksimum generator sebesar 30000 K Watt dengan 2 generator yang bekerja, yaitu 2 generator 15000 K Watt. Sehingga prosentase tersebut berdasarkan daya maksimum generator masing-masing.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan dan analisa pada bab – bab sebelumnya, beberapa kesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut :
1. Dari perhitungan debit andalan dan mass curve didapatkan besar debit andalan saat ini adalah 33,324 m3/det dengan menggunakan debit andalan 84,92 % pada duration curve, serta debit andalan setelah dioptimasi sebesar 36,865 m3/det dengan menggunakan debit andalan 79,12 % pada duration curve.
2. Dalam menganalisa data debit inflow, tugas akhir ini menggunakan data debit inflow harian. Hasil dari analisa ini mendapatkan grafik duration curve yang lebih detail dibanding dengan perhitungan waduk yang biasanya menggunakan data debit bulanan.
3. Dalam optimalisasikan dilakukan perhitungan Water Balance, pada perhitungan Water Balance didapat beberapa kekurangan debit air untuk supply debit PLTA, sehingga besar debit PLTA disesuaikan dengan volume air yang ada pada storage saat itu. Dan hasil dari penyesuaian tersebut didapat pada kolom Kt terdapat nilai 0 (nol).
4. Dalam perhitungan daya listrik baik setelah dioptimalisasi maupun sebelum dioptimalisasi dicantumkan pada tabel water balance dimana debit yang digunakan untuk PLTA sesuai dengan debit outflow PLTA pada tabel water balance. Besar daya listrik yang dapat dihasilkan PLTA Sengguruh setelah dioptimalisasi sebesar 32.081,83 K Watt pada musim hujan dan 14.144,17 K Watt pada musim kering.
5. Besar daya listrik setelah dioptimalisasi dibandingkan dengan daya listrik yang dihasilkan PLTA Sengguruh saat ini 29.000 K Watt pada musim hujan dan 14.144.17 K Watt pada musim kering, Sehingga terjadi peningkatan daya listrik setelah dioptimalisasi. Karena terjadi peningkatan
daya hingga melebihi kemampuan generator PLTA Sengguruh, maka perlu ditambah generator sebesar 2.5 M Watt agar daya sebesar 32.081,83 K Watt dapat terpenuhi dan mampu menambah supply daya listrik yang dibutuhkan.
5.2. SARAN Adapun saran yang dapat diberikan berdasarkan
hasil perhitungan dan analisa dalam pengerjaan tugas akhir ini antara lain sebagai berikut :
1. Jika hasil optimasi ini akan diterapkan pada wilayah studi, dirasa jangan hanya melakukan penambahan generator saja namun perlu dibenahi lagi DAS dari sungai-sungai yang masuk ke Waduk Sengguruh sehingga daya yang dihasilkan lebih konstan.
2. Kondisi kebersihan waduk terhadap enceng gondok dan sampah hendaknya mendapat perhatian khusus dari pihak terkait sehingga proses operasional PLTA berjalan dengan lancar.
3. Kepada mahasiswa lain yang berminat mendalami subyek ini dapat mencoba cara optimalisasi yang lain .
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, A. ,Dr., Kuwahara, S.,Dr.1979. Tenaga Listrik I, PT Pradnya Paramita, Jakarta.
Larry W, Mays dan Yeou Koung, Tung.1992. Hydrosystem Engineering and Management, Me Graw Hill, Inc. Singapore.
Patty,O.F.,Ir.1995. Tenaga Air, Erlangga, Jakarta.
Sholeh, Mohammad.Hidrologi, Jurusan Teknik Sipil FTSP – ITS, Surabaya.
Sosrodarsono, Suyono dan Takeda, Kensaku.2003. Hidrologi Untuk Pengairan, PT.Pradnya Paramita, Jakarta.
Sosrodarsono, Suyono dan Takeda, Kensaku.1981. Bedungan Tipe Urugan, PT.Pradnya Paramita, Jakarta.
Wilson, E. M. Ansawi Marjuki. 1993. Hidrologi Teknik, Erlangga, Jakarta.