e-ISSN : 2715-5064

## ANALISIS PERENCANAAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO (PLTMH) DI DESA NEGERI GUGUNG SIBOLANGIT
M. Alief Kurniadi Putra 1 , Hamdani 2 ,
1,2 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Pembangunan Panca Budi, Medan
1,2 Jl. Gatot Subroto No.km, Simpang Tj, Kota Medan, 20122, Indonesia email: 1 maliefkurniadiputra@gmail.com
Abstract The  Micro-Hydro  Power  Plant  (PLTMH)  is  a  small- scale hydropower generator with an installed capacity of less than 200 kW. It utilizes the flow of water from irrigation channels, rivers, or natural waterfalls by harnessing the available waterfall height at the construction site. This study focuses on the planning techniques and equipment required for PLTMH located in rural areas such as Negeri  Gugung  Sibolangit  to  meet  the  electricity  needs  of  the residents.  The  research  includes  a  technical  feasibility  study  by surveying the hydrological potential and the potential falling height (head)  at  the  planned  PLTMH  development  site.  Based  on  the calculations,  the  electricity  demand  for  the  residents  of  Negeri Gugung Sibolangit during peak load is estimated to be 20 kW. Field surveys  indicate  that  the  potential  water  discharge  in  the  river  of Negeri  Gugung  Sibolangit  is  approximately  0.95  m3/s,  with  a planned water discharge in the diversion channel of 0.38 m3/s and a waterfall height of 7.5 meters. This configuration can generate a power of 28 kW, which is sufficient to meet the needs of the local population. Considering the head, planned discharge, and installed capacity, the suitable turbine type is determined to be a cross-flow turbine,  and  the  generator  type  is  identified  as  a  synchronous generator.  Based  on  these  parameters,  it  can  be  concluded  that building a PLTMH in Negeri Gugung Sibolangit is highly feasible.
Abstrak − Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) adalah sebuah  pembangkit  listrik  tenaga  air  dengan  skala  kecil  dengan kapasitas terpasang di bawah 200 kW yang menggunakan aliran air dari  saluran  irigasi,  sungai,  atau  air  terjun  alam  dengan  cara memanfaatkan tinggi terjun air yang tersedia di lokasi pembangunan. Penelitian  ini  membahas  mengenai  teknik  perencanaan  serta peralatan  yang  diperlukan pada PLTMH  yang  terletak  di  pedesaan seperti Negeri Gugung Sibolangit untuk memenuhi kebutuhan listrik warga setempat. Penelitian termasuk kajian kelayakan secara teknis dengan mensurvei potensi hidrologi dan potensi tinggi jatuh (head) yang terdapat di lokasi rencana pembangunan PLTMH. Berdasarkan hasil perhitungan, kebutuhan lsitrik warga Negeri Gugung Sibolangit pada  beban  puncak  sebesar  20kW.  Hasil  survei  di  lapangan memperlihatkan bahwa potensi debit air yang ada di sungai Negeri Gugung Sibolangit adalah sebesar 0,95 m3 /det dengan debit air yang direncanakan  pada  saluran  pembelokan  sebesar  0,38  m3  /det  dan memiliki  tinggi  terjun  7,5  m  sehingga  dapat  menghasilkan  daya sebesar  28  kW  yang  cukup  untuk  memenuhi  kebutuhan  warga setempat. Berdasarkan head, debit rencana dan kapasitas terpasang tersebut maka jenis turbine yang sesuai adalah jenis cross flow dan jenis  generator  adalah  jenis  generator  sinkron.  Berdasarkan parameter  di  atas,  dapat  disimpulkan  bahwa  pada  Negeri  Gugung Sibolangit tersebut sangat memungkinkan untuk dibangun PLTMH .
Kata Kunci − Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, Debit Air, Head, Turbin, Generator, Beban.

## I.PENDAHULUAN
Dalam  aktivitas  sehari-hari,  tingkat  penggunaan  listrik  di pedesaan  terhitung  masih  sangat  rendah,  terutama  bila dibandingkan  dengan  tingkat  penggunaan  listrik  di  daerah urban atau perkotaan. Kelistrikan di pedesaan merupakan salah satu hal terpenting untuk meningkatkan taraf hidup manyarakat pedesaan dan untuk mengurangi kesenjangan antara kehidupan perkotaan  dengan  pedesaan  [1].  Untuk  itu  pemerintah  telah memasukkan  pembangkit  listrik  tenaga  air  seperti  PLTMH sebagai salah satu sumber energi untuk masyarakat khususnya manyarakat  pedesaan.  Pembangunan  PLTMH  diharapakan juga  dapat  menjadi  salah  satu  pilihan  dalam  kebijakan pemerintah  dalam  memenuhi  target  dengan  total  kapasitas terpasang sebesar 35GW. Indonesia yang sangat kaya dengan potensi  energi  dari  sumber  alam  tentu  akan  bisa  digunakan sebagai  alternatif  terhadap  sumber  energi  yang  berasal  dari sumber fosil.
Pembangunan  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro (PLTMH)  merupakan  merupakan  suatu  pembangkit  yang mampu alternatif yang tepat di pedesaan yang banyak terdapat sungai-sungai  kecil  [2].  Keuntungan  dari  PLTMH  adalah penggunaan  teknologi  tidak  rumit  sehingga  sesuai  dengan kondisi topografi dan akses yang tersedia di pedesaan. Selain itu,  distem  distribusi  juga  bisa  dilakukan  langsung  ke masyarakat tanpa harus melalui jalur listrik nasional atau jalur transmisi  yang  dimiliki  oleh  PT  PLN  Perserot  lain  yang sifatnya tidak ilmiah.

## II. PENELITIAN TERDAHULU

## A. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
Kebutuhan  energi  listrik  untuk  daerah  pedesaan  relatif  kecil yaitu berkisar antara 10 s/d 150 kW, dimana pembangkit listrik tenaga  air  dengan  kapasitas  di  bawah  200  kW  sangat  cocok digunakan dalam memenuhi kebutuhan energi listrik di daerah pedesaan. PLTMH adalah suatu pembangkit listrik skala kecil (dibawah  200  kW)  yang  menggunakan  aliran  air  sungai,  air saluran  irigasi,  atau  air  terjun  alam.  Sistem  kerja  PLTMH dengan memanfaatkan tinggi jatuh ( head ) air dan jumlah debit air  yang  ada.  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro  ini biasanya dibangun di wilayah terpencil yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PT. PLN dan menjadai salah satau program pemerintaha  untuk  masa  5  s/d  10  tahun  kedepan.  Pada umumnya  PLTMH  mengadopsi  sistem run  of  river dimana tidak  ada  air  yang  disimpan  di  belakang  bendungan  dan  air lebih  akan  melimpah  melalui  bangunan  pelimpah  ( spillway ).
e-ISSN : 2715-5064
Selain  itu  head  atau  ketinggian  diperoleh  tidak  dengan  cara membangun bendungan besar, melainkan dengan mengalihkan aliran  air  sungai  ke  suatu  sisi  sungai  dan  menjatuhkannya kembali  ke  sungai  tersebut  tanpa  merusak  vegetasi  dan ekosistem  yang  ada  pada  sungai  tersebut.  [3]  menyimpulkan bahwa  pembangkit  listrik  skala  kecil  termasuk  Mikrohidro akan  memainkan  peran  penting  dalam  industri  energi terbarukan  di  masa  yang  akan  datang.  [4]  menambahkan bahwa  jenis  pembangkit  hidro  ini  merupakan  salah  satu pembangkit listrik yang hemat biaya dan teknologi yang ramah lingkungan  dan  sangat  sesuai  untuk  dipertimbangkan  baik elektrifikasi  pedesaan  di  negara  berkembang  maupun  negara maju.
Sistem PLTMH jenis run of river umumnya menggunakan pipa untuk mengalirkan air menuju rumah pembangkit ( powerhuose ). Powerhouse ini umumnya dibangun tidak jauh dari tebing sungai. Aliran air dari pipa akan menuju ke turbin dan  melalui  jet  noselnya  air  akan  keluar  dengan  kecepatan tertentu  dan  memutar  roda  turbin  ( runner ),  kemudian  air tersebut  akan  mengalir  kembali  ke  sungai  asalnya  melalui sebuah saluran keluar atau sering disebut sebagai t ailrace [5] [6].
Aliran air tersebut akan berubah menjadi energi mekanik yang dihasilkan  melalui  putaran  poros  ( shaft )  turbin  akan  diubah menjadi energi listrik melalui sebuah generator [7]. 1) Turbin Air
Secara  umum,  terdapat  dua  jenis  turbin  air  yang  sering digunakan  pada  pembangkit  listrik  tenaga  mini  hidro  yaitu turbin  impulse  (Gambar  2.1)  dan reaction (Gambar  2.2). Beberapa  jenis turbin yang termasuk ke dalam jenis impulse seperti pelton dan turgo. Sementara itu yang termasuk ke dalam jenis reaction seperti francis dan Kaplan.
Sumber: [7] Gbr. 1 Turbin Implus
Sumber: [8] Gbr. 2 Turbin Reaksi
2) Turbin Pelton
Turbin pelton sangat sesuai digunakan pada pembangkit listrik tenaga air dengan perbedaan tinggi jatuh ( head ) yang besar dan dengan  debit  air  yang  kecil  [9].  Banyaknya  pancaran  dapat dibuat dari satu hingga empat pancaran melalui nozzle dengan kapasitas  pipa  pancaran  ditentukan  oleh  diameter  turbin. Komponen-komponen utama dari turbin jenis pelton adalah. a) Mempunyai pipa nozle yang berfungsi untuk mengarahkan aliran jet air
b) Runner yang menggunakan energi kinetis aliran jet air
c) Kotak penutup untuk mengamankan runner dan nozzle
d) Alat pengatur kecepatan aliran agar kecepatan tetap sama pada berbagai beban ( load ).
Sumber: [8] Gbr. 3 Turbin Pelton
3) Turbin Francis
Sementara itu, komponen-komponen utama dari turbin francis adalah:
a) Rumah  spiral  yang  menerima  air  dari  pipa  pesat  dan mengarahkan aliran air ke turbin
b) Bagian turbin yang berputar
c) Pipa pelepas air yang meneruskan air dari turbin ke saluran pembuang
Fungsi rumah spiral adalah membagi rata air yang diterima dari pipa pesat kesekeliling turbin.
Sumber: [8]
Gbr. 4 Turbin Francis
4) Turbin Kaplan
Bagian-bagian turbin ini sama seperti turbin francis yaitu:
a) Rumah spiral.
b) Turbin.
c) Pipa pelepas air
Turbin  kaplan  yang  bertekanan  rendah  mempunyai  4  sampai dengan  6  daun  ( blade ),  sedangkan  Kaplan  yang  bertekanan tinggi terdiri dari 8 blade. Blade ini dibuat dari baja yang tahan karat  dan mampu  menahan  pengaruh  kavitasi.  Turbin  kaplan umumnya mempunyai hanya satu shaft yang menghubungkan turbin dan generator [7].
e-ISSN : 2715-5064
Sumber: [7] Gbr. 5 Turbin Kaplan

## III.METODE PENELITIAN
A. Teknik  Perencanaan  Daerah  Tangkapan  Air, Perhitungan  Debit  Air,  Daya  Turbin,  Generator  dan Beban
1) Pengukuran Debit Air
Untuk menghitung besar debit sungai dapat digunakan rumus umum [5].
Q = L x D X V (m 3 /det)                                                          (1) Q = V x A ( m 3 / det )                                                             (2) Dimana:
Q = Besar debit air (m3 /det) L = Lebar sungai (m) D = Tinggi muka air (m) V = kecepatan aliran air (m/det) A = Luas penampang basah sungai (m 2 )
Untuk  menghitung  luas  penampang  sungai  dapat  dilakukan dengan membagi penampang basah sungai kedalam beberapa bagian  sehingga  bisa  mewakili  bentuk  penampang  sungai keseluruhan.  Pada  masingmasing  bagian  penampang  sungai dilakukan pengukuran kecepatan air dan kedalaman air. Debit total dari sungai tersebut dapat dihitung dengan rumus.
Qtotal = A 1 . V 1 + A 2 . V 2 + A 3 . V 3 + ......+ A n . V n (3)
Untuk  menghitung  daya  yang  dibangkitkan  oleh  air  maka dapat digunakan rumus:
𝑃 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 = 𝑄𝑥𝑆𝑥𝐻 75 𝐻𝑃                                                                     (4) Dimana: P = Kapasitas terpasang (kW) Q = Debit air (m3 /det) H = Tinggi terjun air (m)
S = Massa jenis air.
Maka:
𝑃 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 = 𝑄𝑥𝑆𝑥𝐻 75 𝐻𝑃
= 13,33 QH (hp) = 0,736 X 13,33 QH P input = 9,8 QH (kW)                                                             (5)
2) Perhitungan Daya Turbin
Daya turbin adalah daya yang dibangkitkan oleh sejumlah air yang  menekan  sudu-sudu  turbin.  Daya  turbin  dapat  dihitung dengan persamaan beikut ini:
𝑁 𝑡 𝛾. 𝑄. 𝐻 𝑒 . 𝜂 𝑡 75 (6) Dimana: Nt = daya turbin air (HP) γ = berat jenis air (1000 kg/m3 ) Q = kapasitas air (m3 /det) He = head efektif (m) ηt = efesiensi turbin (%) 3) Perhitungan Daya Generator
Daya  adalah  laju  atau  kemampuan  dalam  melakukan  kerja atau  laju  pengeluaran  energi.  Dalam  satuan  SI,  satu  watt didefinisikan  sebagai  sesuatu  yang  sama  dengan  kerja  yang dilakukan  pada  laju  satu  joule  setiap  detik  .  Watt  juga didefinisikan sebagai energi yang dikeluarkan atau kerja yang dilakukan setiap detik oleh arus 1 A yang tidak berubah yang mengalir pada tegangan 1 volt. Atau:
P = I V                                                                                     (7) Dimana:
P = daya listrik (watt) I = arus listrik (amper) V = tegangan (volt)
Dengan  kata  lain,  watt  adalah  ukuran  laju  muatan  listrik bergerak melaui suatu perbedaan potensial. Dari hukum Ohm dinyatakan:
V = IR                                                                                    (8) Maka dapat disubtitusikan, bahwa rumus lain dari daya adalah P = IV = I XIR
P = I 2 R                                                                                   (9)
4) Perencanaan Daerah Tangkapan Air
Dalam  merencanakan  sebuah  PLTMH  dapat  diketahui  dulu karakteristik  dari  sungai  dimana  lokasi  PLTMH  akan dibangun. Dengan kata lain harus diketahui keadaan hidrologi serta  daerah  tangkapan  tempat  air  tersebut.  Maksud  dari pemantauan daerah tangkapan air ini adalah untuk mengetahui luas  wilayah  daerah  aliran  air  dan  tangkapan  air  guna memberikan informasi karakteristik aliran sungai. Pemantauan  ini  didasarkan  pada  ramalan-ramalan  dari  data terdahulu  dan  masukan  atau  wawancara  dengan  penduduk setempat yang tinggal disekitar sungai/lokasi.
e-ISSN : 2715-5064
Gbr. 6 Saluran Tangkapan Air dan Teknik Penyaluran Air pada PLTMH yang Direncanakan
Gambar  6  menunjukkan  bahwa  aliran  sungai  yang dialihkan sebagian  kerencana  pengalihan  serta  pengambilan  air  untuk PLTMH

## IV.HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Analisis Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
1) Potensi Sungai Desa Negeri Gugung Sibolangit Dari hasil pengukuran di lapangan diperoleh debit total Qt = 0,95 m3 /det dan debit air (Q) pada saluran pembelokan = 0,38 m3 /det dengan Tinggi terjun (H) yang didapat adalah = 7,5 meter.  Untuk  menghitung  potensi  tenaga  air  dalam  besaran tenaga  kuda  (hp)  yang  dapat  dihasilkan  oleh  sebuah  turbin dapat dihitung dengan Persamaan (5).
P = 9,8 X Q X H (kW)
Jadi  potensi  daya  air  yang  tersedia  dengan  perbedaan ketinggian yang ada di Desa Negeri Gugung Sibolangit adalah sebesar
P = 9,8 X 0.95 X 7.5 = 69,82 kW Dalam perencanaan ini akan dibangun satu unit turbin air yang mampu menggerakkan generator dengan daya output sebesar 25 kW. Jadi besar daya input yang ada pada PLTMH Tingkem adalah:
P input = 9.8 X 0.38 X 7.5 = 27,93 kW
Daya  input  adalah  daya  yang  masuk  ke  dalam  sistem pembangkit
2) Turbin
Apabila  turbin  dan  generator  digabungkan  maka  rata-rata kecepatan dari turbin sama dengan kecepatan generator, jadi kecepatan turbin yang direncanakan sesuai dengan kecepatan generator yang direncanakan. Untuk mengetahui daya turbin dapat digunakan rumus pada persamaan (6). yaitu:
75 85 , 0 . 5 , 7 . 38 , 0 . 1000 = t N = 32.3 HP
PEMILIHAN JENIS TURBIN UNTUK PLTMH
Tinggi Air (M) Debit m 3 /detik Kapasitas (KW) Jenis Turbin 0.5–10 - - Simple  wood  and metal wheel 0.5– 2 0.05 – 8 - Scheider Hydro Engine 2 – 50 2 – 15 1.25 - 25 3 – 20 1.5 – 40 3 – 25 - 0–5000 150-3500 Axial Flow a. Straflo b. Turbular c. Bulb 1 – 70 3 – 40 - Kaplan 8 – 300 0.3 – 20 500-5000 Francis 45 – 300 1 – 8 - Turgo 1 – 200 0.03 – 9 50–1000 Cross Flow, Banki, Mitchel or Obserger 45 - 1000 0.06 – 3 100-5000 Pelton
Adapun  spesifikasi  turbin  yang  direncanakan untuk  PLTMH Desa Negeri Gugung Sibolangit adalah sebagai berikut:
• Jenis/tipe : Impuls / Cross Flow • Putaran : 500 rpm • Daya : 32,3 HP • Tinggi jatuh : 7,5 m • Kapasitas aliran : 0,38 m 3 /det
3) Generator
Generator  Sinkron  adalah  suatu  jenis  generator  listrik  yang berputar  dengan  kecepatan  sinkron  yang  putaran  generator ditentukan oleh jumlah kutub yang terpasang pada generator dan  besarnya  frekuensi  yang  dinginkan,  putaran  generator sinkron dapat ditentukan dengan rumus:

## 𝑁 120
𝑃
Dimana: N = Putaran generator f = Frekuensi listrik yang diinginkan p = Jumlah kutub Jadi
Jadi:
𝑁 120.50

## 4
= 1500 Rpm
Maka  pada  PLTMH  Tingkem  generator  yang  direncanakan adalah generator singkron dengan spesifikasi sebagai berikut: • Generator : Sinkron
• Kapasitas : 25 kW
• Putaran : 1500 rpm
• Jumlah fasa : 1 fasa
• Tegangan : 220 V
• Frekuensi : 50 Hz
• Kutub : 4 kutub
4) Distribusi
e-ISSN : 2715-5064
Adapun one  line  diagram yang  direncanakan  pada  sistem Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro  dapat  dilihat  pada Gambar
Gbr. 7 One Line Diagram PLTMH Desa Negeri Gugung Sibolangit
5) Prakiraan Beban
Untuk  memperkirakan  jumlah  beban  yang  dilayani  oleh PLTMH di desa tersebut adalah sebagi berikut:
1. Penerangan rumah penduduk
a. Kamar tidur 2 buah @ 25 watt = 50 watt
b. Kamar tamu = 50 watt c. Dapur = 50 watt d. Kamar mandi/WC = 25 watt
e. Penerangan luar/teras = 50 watt f. TV/tape, lain-lain = 175 watt g. Jumlah = 400 watt
Maka jumlah beban untuk penerangan rumah penduduk adalah P = 400 X 48 = 19,200 W P = 19,2 kW.
2. Jadi  jumlah  daya  keseluruhan  yang  digunakan  oleh konsumen adalah
P = 19.200 + 800 P = 20 kW
Adapun  besarnya  beban  puncak/maksimum  yang  digunakan oleh  warga  tersebut  adalah  sebesar  20  kW.  Dengan memperhatikan  tingkat  perkembangan  penduduk  sebesar 4%/tahun  maka  perencanaan  sebuah  PLTMH  untuk  6  tahun mendatang  dapat  dihitung  dengan  rumus  sebagai  berikut: Daya = (100% + 4%) 6-1 . 20.000 watt = 25,3 kW maka dalam perencanaan ini keperluan energi listrik untuk 6 tahun mendatang diambil sebesar 25 kW.

## V.KESIMPULAN
Dari  penjelasan  dan  hasil  analisa  di  atas  dapat  disimpulkan sebagai berikut:
1) Potensi air yang ada pada sungai waih tingkem di Desa Negeri  Gugung  Sibolangit  adalah  sebesar  0,93  m3  /det maka  sangat  memungkinkan  untuk  membuat  suatu Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
2) Debit  air  sebesar  0.38  m3  /det  digunakan  untuk pembangkit dengan ketinggian 7,5 m maka menghasilkan daya sebesar 27,93 kW. Dengan demikian maka PLTMH Desa  Negeri  Gugung  Sibolangit  mampu  melayani kebutuhan daya kekonsumen.
DAFTAR PUSTAKA
[1] V.  Dwiyanto,  “Analisis  Pembangkit  Listrik  Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Studi Kasus: Sungai Air Anak (Hulu Sungai Way Besai),” 2016.
[2]
A. Purnama, “Analisis Kelayakan Pembangkit Listrik
Tenaga  Mikro  Hidro  (Pltmh)  Tinjauan  Teknis,” J.  Ris.  Kaji. Teknol. dan Lingkung. , vol. 1, no. 2, pp. 124–130, 2018.
[3] T. E. Venus et al. , “The public’s perception of run-of- the-river hydropower across Europe,” Energy Policy , vol. 140,
p. 111422, 2020. [4]
A. W. Dametew, “Design and analysis of small hydro power for rural electrification,” Glob. J. Res. Eng. , vol. 16, no. 6, 2016. [5] Dinas Pertambangan dan Energi, Diktat Pembangkit Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro,  Banda  Aceh .  Jakarta:  UI-Press, 1999. [6]
A.  Syafi,  K.  Yusuf,  and  J.  Arfiandi,  “Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro di Desa Tingkem,” Malikussaleh J. Mech. Sci. Technol. , vol. 6, no. 1, pp. 8–14, 2022.
[7] O. F. Patty, “Mesin Tenaga Air,” Penerbit Erlangga, Jakarta , 1995.
[8] K.  N.  Sharma  and  M.  M.  Dandekar,  “Pembangkit Listrik Tenaga Air.” Jakarta: Universitas Indonesia (UI-Press),
1991.
[9] E.  C.  Lister,  “Mesin  dan  Rangkaian  Listrik  Edisi
Keenam,” Penerbit Erlangga, Jakarta , 1993.