## DESAIN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PIKO HIDRO (STUDI KASUS : KABUPATEN MAGETAN, INDONESIA)
G. Christ Martin Rinaldi 2 , Rr. Rintis Hadiani1, dan Muhtar Wakid 3
1 Staf Pengajar, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Email: rintis@ft.uns.ac.id
2 Program Sarjana, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36 A Surakarta Email: christmartin1223@gmail.com
3 Kepala Dinas Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat, Kabupaten Magetan

## ABSTRAK
Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro (PLTPH) adalah pembangkit listrik tenaga air skala kecil yang menghasilkan  daya  listrik  kurang  dari  5  kW.  Pembangkit  listrik  skala  kecil  ini  sangat  cocok diterapkan  pada  saluran  irigasi  yang  memiliki  tinggi  jatuh  dan  debit  rendah.  Salah  satu  lokasi  yang berpotensi  untuk  dijadikan  PHPP  adalah  saluran  irigasi  Ngentep  di  Desa  Giripurno  Kabupaten Magetan.  Penelitian  yang  berlokasi  di  Desa  Giripurno  ini  berupaya  merancang  Pembangkit  Listrik Tenaga  Piko  Hidro  (PLTPH).  Survei  topografi  dan  survei  kondisi  tanah  dilakukan  kemudian  data diolah  dengan  bantuan  software  berupa Microsoft  Office,  HPP  Design,  AutoCAD ,  dan Sketchup sehingga menghasilkan tinggi jatuh efektif, daya listrik, energi listrik, daya dukung tanah, dan gambar desain 2D dan 3D.  Ada 2 alternatif desain untuk perencanaan  PLTPH Ngentep ini. Desain I dengan debit  0,1917  m 3 /det  dan  tinggi  efektif  1,77  m  menghasilkan  daya  1,7662  kW  dan  energi  tahunan 15472 kWh, sedangkan Desain II dengan debit 0,02 m 3 /det dan tinggi efektif 2,0699 m menghasilkan daya  0,2762  kW  dan  energi  tahunan  2419,13  kWh.  Rumah  turbin  kedua  desain  dirancang  dengan fondasi  dangkal  bujur  sangkar  dan  dianalisis  dengan  persamaan Schmertmann menggunakan  SF  3 menghasilkan bahwa kedua desain aman.
Kata kunci: Piko Hidro, Desain, Energi, Tinggi Jatuh

## ABSTRACT
The  Pico  Hydro  Power  Plant  (PHPP)  is  a  small-scale  hydroelectric  power  plant  that  produces  less than 5 kW of electrical power. This small-scale power plant is suitable for irrigation canals with low fall  height  and  discharge.  One  location  that  has  the  potential  to  be  made  PHPP  is  the  Ngentep irrigation  channel  in  Giripurno  Village,  Magetan  Regency.  This  research,  located  in  Giripurno Village, seeks to design a Pico Hydro Power Plant (PHPP). Topographic surveys and surveys of soil conditions  are  carried  out.  Then  the  data  is  processed  with  the  help  of  software  in  the  form  of Microsoft  Office,  HPP  Design,  AutoCAD,  and  Sketchup  to  produce  effective  fall  height,  electrical power,  electrical  energy,  soil  carrying  capacity,  and  2D  and  3D  design  drawings.  There  are  two alternative designs for planning this Ngentep PHPP. Design I, with a discharge of 0.1917 m/s and an effective  head  of  1.77  m,  produces  a  power  of  1.7662  kW  and  annual  energy  of  15472  kWh,  while Design II, with a discharge of 0.02 m³/s and an effective head of 2.0699 m produces power 0.2762 kW and annual energy 2419.13 kWh. The turbine housings of both designs were designed with a shallow rectangular  foundation  and  analyzed  by  the  Schmertmann equation  using an  SF  of  3,  resulting  that both methods being safe.
Keywords: Pico Hydro, Desing, Energy, Head

## 1. PENDAHULUAN
Desa  Giripurno  merupakan  sebuah  desa  yang  terletak  di  Kecamatan  Kawedanan,  Kabupaten  Magetan,  Provinsi Jawa  Timur.  Pada  desa  tersebut  terdapat  suatu  saluran  yang  memiliki  potensi  untuk  dijadikan  sebuah  pembangkit listrik yang tentunya bisa membantu kebutuhan listrik untuk masyarakat sekitar.
Menurut  katadata.com  yang  bersumber  dari  Kementrian  ESDM,  dari  tahun  2015  hingga  2020  konsumsi  listrik  di Indonesia  selalu  mengalami  peningkatan.  Oleh  karena  itu,  perencanaan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Piko  Hidro
(PLTPH)  ini  diharapkan  dapat  menjadi  sumber  energi  terbarukan  dan  dapat  dinilai  sebagai  energi  yang  ramah lingkungan.

## Gambar 1. Grafik Konsumsi Listrik di Indonesia Tahun 2015 - 2020
Mayoritas  warga  Desa  Giripurno  berprofesi  sebagai  petani  sawah  dan  sangat  mengandalkan  sawah  mereka  untuk mencukupi  perekenomian  mereka.  Adanya  PLTPH  ini  diharapkan  dapat  menghasilkan  energi  listrik  yang  dapat digunakan untuk penerangan daerah sekitar saluran irigasi yang berguna untuk maintenance saluran dan penerangan bagi warga desa yang bekerja pada sore hari maupun malam hari.
Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro (PLTPH) merupakan suatu pembangkit listrik skala kecil menghasilkan daya kurang dari 5 kW, berbeda dengan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro yang mampu menghasilkan daya antara 5  kW  sampai  dengan  100  kW.  Energi  Pico  Hidro  ini  banyak  digunakan  di  beberapa  daerah.  Di  Indonesia  masih berpotensi  dikembangkan energi Pico-Micro Hidro (Erinofiardi dkk, 2017)
Pada  perencanaan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Piko  Hidro  (PLTPH)  Ngentep  ini  akan  dibuat  desain  infrastruktur sesuai potensi yang ada dan sebagai studi kasus telah disiapkan turbin kaplan dengan kapasitas debit 0,02 m³/det.
Perencanaan  PLTPH  Ngentep  ini  tentu  saja  membutuhkan  berbagai  data  yang  dibutuhkan  seperti  data  debit  dari saluran  sekunder  Ngentep,  data  pengukuran  topografi  (cross  section,  beda  tinggi,  dan  elevasi),  dan  data  kondisi tanah. Data – data tersebut digunakan dalam perhitungan metode seperti desain infrastruktur bangunan, perhitungan energi, dan daya dukung tanah.

## 2. METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini dilakukan 2 alternatif desain yaitu Desain I dengan debit eksisting hasil pengukuran dan Desain II dengan debit turbin Kaplan eksisting sebesar 0,02 m³/detik. Desain I tidak  merencanakan intake,  bak penenang, dan saluran pembuang karena Desain I direncanakan untuk dibangun di atas saluran hilir, sehingga air hulu langsung masuk ke penstock dan air langsung kembali ke saluran hilir setelah memutar turbin, berbeda dengan Desain II yang harus  ada.  Pengumpulan  data  primer  dari  hasil  survei  berupa  penampang  saluran,  pengamatan  pada  alat  ukur Cipoletti untuk  mendapatkan  debit  air  eksisting,  dan  pengumpulan  data  sekunder  berupa  hasil  sondir  tanah  pada lokasi dan spesifikasi turbin Kaplan eksisting. Semua data yang sudah didapatkan diolah sehingga menjadi sebuah desain yang dapat diterapkan di lapangan.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Debit air
Terdapat  2  jenis  debit  yang  akan  digunakan  dalam  perancangan  PLTPH  Ngentep.  Kedua  debit  tersebut  akan digunakan  pada  desain  yang  berbeda,  yaitu  Desain  I  dan  Desain  II.  Pada  Desain  I  akan  digunakan  debit  hasil pengukuran  lapangan  pada  musim  kemarau  sehingga  debit  terukur  adalah  debit  saluran  minimum  yaitu  0,1917 m³/det. Debit yang digunakan pada Desain II adalah debit yang merupakan spesifikasi dari turbin Kaplan eksisting yaitu 0,02 m³/det. Setiap besaran debit akan digunakan untuk desain yang berbeda sehingga dihasilkan 2 alternatif desain untuk PLTPH Ngentep.
Hasil  survei  lapangan  ini  setara  dengan  Qandalan  80%  pada  bulan  Juli.  Berdasarkan  hasil  penelitian sebelumnya  debit  ini  merupakan  Q65  (Maria  Jessica,  2021).  Namun  demikian  kedua  alternatif  debit  tersebut digunakan sebagai dasar desain sesuai kesepakatan.

## 3.2. Penstock
Penstock  merupakan saluran  pembawa  yang  mengarahkan  air dari intake ke turbin  untuk  menggerakkan  generator sehingga akan  menghasilkan  daya listrik  yang diharapkan.  Dimensi penstock  yang dihasilkan akan  mempengaruhi tinggi jatuh efektif, tetapi juga dimensinya tergantung pada debit yang ada. Dengan debit yang berbeda, Desain I dan Desain II memiliki dimensi penstock yang berbeda karena debitnya juga berbeda.
Desain  I  dengan  tinggi  1,8  m  dan  debit  0,1917  m 3 /det  direncanakan  untuk  penstock  dengan  diameter  0,6  m. Penstock  Design  I  terletak  di  bagian  hulu  saluran  yang  juga  merupakan  intake  dan  sekaligus  bak  penenang digambarkan pada Gambar 2.

## Gambar 2. Detail Penstock untuk Desain I
Desain  II  dengan  tinggi  2,1  m  dan  debit  0,02  m³/det  direncanakan  untuk  penstock  dengan  diameter  0,2  m.  Pada Desain II, penstock terletak di ujung bak penenang, sehingga aliran air tenang masuk ke penstock menuju turbin dan akan memutar generator di dalam rumah turbin. Detail penstock Desain II digambarkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Detail Penstock untuk Desain II

## 3.3. Intake
Intake hanya direncanakan untuk Desain II karena pada Desain I intake  menjadi satu dengan saluran hulu sehingga intake tidak direncanakan. Besarnya intake direncanakan berdasarkan debit desain pada Desain II yaitu 0,02 m³/det kemudian  ditambah  20%  dengan  harapan  debit  yang  masuk  tetap  stabil  dan  penstock  terisi  penuh.  Dimensi  yang direncanakan  untuk  intake  adalah  lebar  0,3  m  dan  tinggi  1,09  m  karena  menyesuaikan  dengan  kondisi  lapangan juga. Detail saluran intake digambarkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Detail Intake untuk Desain II

## 3.4. Bak Penenang
Bak  penenang  pada  pembangkit  listrik  tenaga  piko  hidro  ini  berfungsi  untuk  mengubah  aliran  turbulen  menjadi aliran laminar sehingga dengan aliran laminar diharapkan penstock terisi penuh sehingga tidak menyisakan ruang di dalam  pipa.  Selain  itu,  bak  penenang  juga  menghubungkan  intake  dengan  penstock  yang  menuju  ke  turbin,  oleh karena  itu  diperlukan  saringan  pada  bak  penenang  agar  tidak  membawa  kotoran  dan  sedimen  ke  dalam  penstock. Bak penenang yang hanya direncanakan untuk Desain II memiliki kedalaman air 0,08 m, panjang 1,8 m, dan lebar 0,9 m. Detail obat penenang Desain II digambarkan pada Gambar 5.

## Gambar 5. Detail Forebay untuk Desain II

## 3.5. Tinggi Jatuh Efektif
Desain  I  dan  Desain  II  adalah  desain  yang  berbeda  dan  oleh  karena  itu  memiliki  ketinggian  jatuh  efektif  masing- masing. Tinggi jatuh bruto untuk setiap desain juga berbeda tergantung pada desain yang dibuat. Desain I memiliki tinggi jatuh bruto 1,8 m dan tinggi jatuh efektif 1,77 m, berbeda dengan Desain II yang memiliki tinggi jatuh  bruto 2,1 m dan tinggi jatuh efektif 2,0699 m. Besarnya tinggi jatuh efektif akan sangat mempengaruhi daya listrik  yang dihasilkan  oleh  turbin  dan  generator.  Ketinggian  head  lebih  kecil  dari  3  m,  namun  demikian  berpotensi menghasilkan energi listrik ( Zhou, D dkk, 2017; Yah, N. F . dkk, 2017).

## 3.6. Daya dan Energi Tahunan yang Dihasilkan
Untuk Desain I, dengan debit desain (Qr) sebesar 0,1917 m³/det dan tinggi efektif (H eff ) sebesar 1,77 m, dihasilkan daya  listrik  sebesar  1,7662  kW  dan  energi  tahunan  sebesar  15472  kWh.  Pemilihan  jenis  turbin  menggunakan aplikasi  dari  situs hpp-design.com dan  mendapatkan  rekomendasi  berupa  turbin  francis  dengan  spesifikasi  sebagai berikut ( Yildiz , 2021; Tamer Nabil, Tamer M. Mansour, 2022):
Kecepatan turbin = 167 rpm, Jumlah sudu = 13 Diameter outlet = 503,09 mm, Tinggi pemandu baling-baling = 94 mm, D0i = 520,24 mm, Efisiensi turbin maksimum ( ηt ) = 71,1%,
Daya turbin maksimum
= 2 kW, Debit minimum = 0,02 m³/s, Frekuensi generator = 50 Hz,
Efisiensi generator maksimum ( ηg )   = 74,57%, Efisiensi pipa cepat ( ηp ) (asumsi) = 100%.

## Gambar 6. Sketsa Turbin Francis
Untuk Desain II, dengan debit rencana (Qr) sebesar 0,02 m³/det dan tinggi efektif (H eff ) sebesar 2,0699 m, dihasilkan daya listrik sebesar 0,2762 kW dan energi tahunan sebesar 2419,13 kWh. Terdapat turbin Kaplan dengan spesifikasi sebagai berikut :
Kepala = 2m, Daya = 2 kW, Debit = 0,02 m³/s, Kecepatan = 1000rpm, Frekuensi = 50Hz, Efisiensi pipa cepat ( ηp ) (asumsi) = 100%, Efisiensi turbin ( ηt ) (asumsi) = 80%, Efisiensi generator ( ηg ) (asumsi) = 85%.

## 3.7. Fondasi
Desain  I  dan  Desain  II  memiliki  desain  rumah  turbin  masing-masing  dengan  dimensi  yang  berbeda,  sehingga memiliki  beban  bangunan  yang  berbeda.  Rumah  turbin  untuk  Desain  I  dengan  panjang  4,5  m  dan  lebar  4  m memiliki beban bangunan 15300 kg/m² untuk satu kolom, berbeda dengan Desain II dengan panjang 4 m dan lebar 2,35 m yang memiliki beban bangunan sebesar 8491,11 kg/m² untuk satu kolom.
Peletakan fondasi untuk kedua desain juga berbeda, untuk Desain I fondasi terletak di hilir alur sungai karena rumah turbin juga terletak di atas saluran hilir, sehingga pondasi lebih dalam dari Desain II. Rumah turbin untuk Desain II terletak  di  sebelah  kanan  saluran  hilir,  sehingga  pondasi  memiliki  kedalaman  yang  lebih  dangkal  dari  Desain  I. Kedua pondasi untuk rumah turbin direncanakan menggunakan fondasi footplate dengan lebar 0,6 m dan ketinggian 0,25  m,  tetapi  dengan  kedalaman  yang  berbeda,  yaitu  kedalaman  2  m  untuk  Desain  I  dan  0,4  m  untuk  Desain  II. Detail pondasi untuk Desain I digambarkan pada gambar 7 dan untuk Desain II digambarkan pada gambar 8.
Gambar 7. Detail Fondasi untuk Desain I
Gambar 8. Detail Fondasi untuk Desain II

## 3.8. Hasil Penggambaran 3D
Gambar  3D  menggunakan Sketchup dan  dirender  menggunakan  software  tambahan  Vray.  Hasil  gambar  3D  ini digunakan  sebagai  referensi  dan  untuk  memudahkan  pembaca  dalam  memahaminya.  Penggambaran  secara  3D untuk Desain I dan Desain II ditunjukkan pada Gambar 9. dan Gambar 10.
Gambar 9. Hasil Render 3D untuk Desain I
Gambar 10. Hasil Render 3D untuk Desain II

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  observasi  dan  investigasi  yang  dilakukan  di  lokasi  tersebut,  diputuskan  bahwa  lokasi  tersebut  sangat memungkinkan  untuk  diadakannya  PLTPH.  Dengan  adanya  PLTPH  di  daerah  tersebut,  masyarakat  sekitar  akan mendapatkan  dampak  positif  yang  juga  dapat  mendorong  perekonomian  di  daerah  tersebut.  Oleh  karena  itu,  dari hasil penyelidikan diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut:
1. Dari hasil perhitungan tinggi jatuh efektif didapatkan tinggi jatuh efektif untuk Desain I adalah 1,77 m dan tinggi jatuh efektif untuk Desain II adalah 2,0699 m.
2. Pada Desain I yang menggunakan turbin francis dengan debit 0,1917 m³/det menghasilkan daya sebesar 1,7662 kW atau setara dengan 35 dari 50 Watt lampu dan menghasilkan energi tahunan sebesar 15472 kWh, sedangkan Desain  II  yang  menggunakan  Turbin  Kaplan  dengan  debit  0,02  m³/det  menghasilkan  daya  sebesar  0,2762  kW atau setara dengan 5 buah lampu 50 Watt dan menghasilkan energi tahunan sebesar 2419,13 kWh.
3. Dengan mengambil faktor keamanan 3, daya dukung tanah aman (qa) adalah 23189,23 kg/m² untuk Desain I dan 19441.1155 kg/m² untuk Desain II. Dari hasil perhitungan diketahui bahwa total beban bangunan untuk 1 kolom yang  disambung  oleh  pondasi  (Pp)  adalah  15300  kg/m²  untuk  Desain  I  dan  8491,11  kg/m²  untuk  Desain  II, sehingga desain pondasi yang telah dirancang dapat dikatakan aman dengan perbandingan qa > Pp.

## DAFTAR PUSTAKA
Amalia, Y., Juwono, P. T., & Wicaksono, P. H. (2015). Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro (PLTPH)  di  Sungai  Juju  Desa  Muwun  Kabupaten  Murung  Raya  Provinsi  Kalimantan  Tengah (Doctoral dissertation, Universitas Brawijaya).
Chairullah,  B.  (2016).  Analisa  Daya  Dukung  Pondasi  dengan  Metoda  SPT,  CPT,  dan  Meyerhof  pada  Lokasi Rencana Konstruksi PLTU Nagan Raya Provinsi Aceh. TERAS JURNAL-Jurnal Teknik Sipil , 3 (1).
Vol. 6 No. 1, September 2022
Gokhale,  P.,  Date,  A.,  Akbarzadeh,  A.,  Bismantolo,  P.,  Suryono,  A.  F.,  Mainil,  A.  K.,  &  Nuramal,  A.  (2017).  A Review on Micro Hydropower in Indonesia. Energy Procedia, 110, 316-321.
https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.146
Hashiddiqi,  R.,  Marsudi,  S.,  &  Suhartanto,  E.  (2014). Studi  Kelayakan  Pemasangan  PLTPH  di  Saluran  Irigasi Lodagung pada Bendungan Wlingi Blitar (Doctoral dissertation, Universitas Brawijaya).
Mantiri,  H.  E.,  Rumbayan,  M.,  &  Mangindaan,  G.  M.  C.  (2018).  Perencanaan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Listrik Minihidro  Sungai  Moayat  Desa  Kobo  Kecil  Kota  Kotamobagu. Jurnal  Teknik  Elektro  dan  Komputer , 7 (3), 227-238.
Maria  Jessica  Permatasari,  2021.  Kelayakan  Hidrologi  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro  (Kasus:  Saluran Ngentep, Kabupaten Magetan). Skripsi. Universitas Sebelas Maret
Rakhmawati,  T.,  Hadiani,  R.  Rr.,  &  Solichin,  S.  (2016).  Optimasi  Diameter  Pipa  Pesat  Pada  Model  Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTPH). Matriks Teknik Sipil , 4 (3).
Tamer Nabil, Tamer M. Nasour, 2022. Power Extraction from Pico Hydro Turbines Installed in Water Pipeline. Journal of Energy Engineering, Volume 148, issue 2.
Wibowo, N. A., Dermawan, V., & Harisuseno, D. (2013). Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Piko Hidro (PLTPH)  Wamena  di  kabupaten  Jayawijaya  Provinsi  Papua. Teknik  Pengairan,  Fakultas  Teknik,  Universitas Brawijaya .
Yah,  N.  F.,  Oumer,  A.  N.,  &  Idris,  M.  S.  (2017).  Small  scale  hydro-power  as  a  source  of  renewable  energy  in Malaysia: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 72, 228-239.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.068
Yildiz,  V.,  &  Vrugt,  J.  A.  (2019).  A  toolbox  for  the  optimal  design  of  run-of-river  hydropower  plants.
Environmental Modelling & Software, 111, 134-152. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2018.08.018
Zhou,  D.,  &  Deng,  Z.  (.  (2017).  Ultra-low-head  hydroelectric  technology:  A  review.  Renewable  and  Sustainable Energy Reviews, 78, 23-30. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.086