## Daya Optimal Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Terhadap Studi Kelayakan dan Perancangan Turbin pada Proyek Mikrohidro
Optimal Power of Micro Hydro Power Plant on Feasibility Study and Turbine Design in Microhydrous Projects
Wisnaningsih 1* , Achmad Tarmizi 1
1 Fakultas Teknik Universitas Sang Bumi Ruwa Jurai
Email : Wisnanigsih@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  meneliti  dan  merancang  jenis  turbin  yang  sesuai  pada  proyek  pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) di Kabupaten OKU Selatan sehingga dapat menghasilkan daya yang optimal.  Batasan permasalahan dibatasi pada studi kelayakan dan perancangan turbin pada proyek mikrohidro di Kabupaten OKU Selatan Provinsi  Sumatera Selatan. Penelitian ini didasarkan pada hasil studi kelayakan  yang  dilakukan  penulis  dengan  melakukan  studi  lapangan  untuk  mengambil  data-data  di  lokasi dengan memperhatikan aspek teknis, ekonomis dan sosial, kemudian dilakukan studi literatur dan analisis data untuk menentukan jenis turbin dan karakteristik yang paling tepat untuk PLTMH dilokasi tersebut. Dari hasil analisis data dan dengan melakukan perhitungan yang teliti serta dengan memperhatikan kondisi lokasi proyek PLTMH tersebut, turbin yang paling tepat untuk digunakan adalah turbin tipe turbin propeller, turbin ini selain memiliki konstruksi yang sederhana, dapat pula didesain untuk kapasitas yang cukup besar dan lebih mudah dalam proses fabrikasi.
Kata kunci : Mikrohidro, Turbin Propeller, Oku Selatan

## Abstract
This  study  aims  to  research  and  design  the  appropriate  type  of  turbine  in  the  Micro  Hydro  Power  Plant (PLTMH) development project in South OKU Regency so that it can produce optimal power. The limitation of the  problem  is  limited  to  the  feasibility  study  and  turbine  design  on  a  micro  hydro  project  in  South  OKU Regency, South Sumatra Province. This research is based on the results of a feasibility study conducted by the author by conducting a field study to collect data at the location by paying attention to technical, economic and social aspects, then literature studies and data analysis are carried out to determine the type of turbine and the most appropriate characteristics for MHP at that location. From the results  of data analysis and by doing  careful  calculations  and  taking  into  account  the  conditions  of  the  PLTMH  project  site,  the  most appropriate  turbine  to  use  is  a  propeller  turbine  type  turbine,  this  turbine  in  addition  to  having  a  simple construction, can also be designed for a large enough capacity and easier in the manufacturing process..
Keywords: Microhydro, Propeller Turbine, South OKU

## PENDAHULUAN
Energi  listrik  telah  menjadi  kebutuhan pokok dan memainkan peranan yang penting dalam kehidupan manusia, di Indonesia PLN baru mampu menyuplai 53% dari total kebutuhan listrik masyarakat, sementara  47  %  penduduk  Indonesia  hidup di  daerah  yang  tidak  terjangkau  jaringan listrik  [1].  hal  ini  dikarenakan  keterbatasan infrastruktur dan  kapasitas  pembangkit listrik yang tersedia, padahal sumber energi pembangkit  tidak  melulu  dari  bahan  bakar fosil,  seperti  halnya  pemakaian  solar  dan batubara  dari  PLTD  dan  PLTU.  Potensi tenaga  air  yang  sangat  besar  di  Indonesia yang  diperkirakan  mencapai  75.000    MW, sebenarnya  dapat  dimanfaatkan  untuk pengembangan  sistem  pembangkit  listrik tenaga air, sedangkan saat ini baru 2,5 % saja potensi tersebut telah dikembangkan [2].
Sebenarnya Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro  (PLTMH)  memiliki  potensi besar untuk dikembangkan di daerah-daerah pedesaan  yang  belum  terjangkau  oleh infrastruktur PLN,  PLTMH  memanfaatkan aliran sungai setempat dengan cara mengalihkan    sebagian  aliran  air  menuju turbin,  lalu  selepas  dari  turbin,  air dikembalikan  kealiran  semula,  sehingga keberadaannya  tidak  berdampak  pada lingkungan setempat.
Gambar 1. Peta kabupaten OKU Selatan
PLTMH kebanyakan dibangun didaerah-daerah  pelosok  yang  memiliki potensi air sehingga dalam pemakaian turbin
air para perancang banyak yang menyarankan  bahwa  turbin  air  tipe Turbin propeller cocok untuk PLTMH, dikarenakan fasilitas didaerah pelosok sangat terbatas dan juga turbin air tipe Turbin propeller ini lebih muda dalam fabrikasi [3] .
Untuk  memenuhi  kebutuhan  listrik masyarakat  yang  terus  tumbuh,  Pemerintah sedang mengupayakan penambahan kapasitas listrik sebesar 7.000 MW per tahun 35.000  MW  dalam  5  tahun.  Pembagian pengadaan  tambahan  tenaga  listrik  dibagi berdasarkan  zona,  Sumatera  direnacanakan sebesar  8,75  GW,  Kalimantan  1,87  GW, Sulawesi  2,70  GW,  Jawa-Bali  20,91  GW, Nusa Tenggara 0,70 GW, Maluku 0,28 GW dan Papua 0,34 GW [4].
Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya Mineral (ESDM) merilis Keputusan Menteri ESDM Nomor  43K/20/MEM/2019 tentang Rencana Umum Ketenagalistrikan Nasional Tahun  2019  sampai  dengan  Tahun  2038. Dalam keputusan itu, ESDM memproyeksikan  rata-rata  pertumbuhan kebutuhan energi listrik nasional sekitar 6,9 persen per tahun. Proyeksi tersebut tercapai apabila  rata-rata  pertumbuhan  ekonomi nasional  sekitar  6  persen,  rata-rata  inflasi sekitar  3,5  persen,  rata-rata  pertumbuhan penduduk  sekitar  0,8  persen,  target  rasio elektrifikasi  sekitar  99,9 persen  pada  2019 dan  100 persen  pada  2020.  Selain  itu juga mengakomodasi semua potensi demand untuk  kawasan  ekonomi  khusus  (KEK), kawasan  industri, smelter ,  dan  kendaraan listrik [4].
Pertumbuhan  konsumsi  energi  sektor rumah tangga masih menjadi yang tertinggi dibanding  sektor  lainnya  selama  semester I/2019, yakni sebesar 5,85 persen. Pertumbuhan  penjualan  kedua,  yakni  pada sektor bisnis sebesar 5,75 persen. Sementara itu,  pertumbuhan  industri  menjadi  yang paling rendah, yakni 1,28 persen [4].
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro (PLTMH)
Mikrohidro atau yang dimaksud dengan Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro (PLTMH)  adalah  suatu  pembangkit  listrik skala  kecil  yang  menggunakan  tenaga  air sebagai tenaga penggeraknya seperti, saluran  irigasi,  sungai  atau  air  terjun  alam dengan  cara  memanfaatkan  tinggi  terjunan ( head )  dan  jumlah  debit  air.  Mikrohidro merupakan  sebuah  istilah  yang  terdiri  dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti  air.  Secara  teknis,  mikrohidro memiliki  tiga  komponen  utama  yaitu  air (sebagai  sumber  energi),  turbin  dan generator.  Mikrohidro  mendapatkan  energi dari  aliran  air  yang  memiliki  perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, mikrohidro  memanfaatkan  energi  potensial jatuhan air ( head ) [5].
Semakin  tinggi  jatuhan  air  maka semakin  besar  energi  potensial  air  yang dapat  diubah  menjadi  energi  listrik.  Di samping faktor geografis (tata letak sungai), tinggi  jatuhan  air  dapat  pula  diperoleh dengan  membendung  aliran  air  sehingga permukaan air menjadi tinggi. Air dialirkan melalui  sebuah  pipa  pesat  kedalam  rumah pembangkit yang pada umumnya dibagun di bagian  tepi  sungai  untuk  menggerakkan turbin atau kincir air mikrohidro [6].
Energi  mekanik  yang  berasal  dari putaran  poros  turbin  akan  diubah  menjadi energi  listrik  oleh  sebuah  generator. Mikrohidro  bisa  memanfaatkan  ketinggian air yang tidak terlalu besar, misalnya dengan ketinggian  air  2.5  meter  dapat  dihasilkan listrik 400 watt. Relatif kecilnya energi yang dihasilkan mikrohidro dibandingkan dengan PLTA skala besar, berimplikasi pada relatif sederhananya  peralatan  serta  kecilnya  areal yang diperlukan guna instalasi dan pengoperasian mikrohidro.
Hal  tersebut  merupakan  salah  satu keunggulan mikrohidro, yakni tidak menimbulkan kerusakan lingkungan. Perbedaan antara Pembangkit Listrik Tenaga  Air  (PLTA)  dengan  mikrohidro terutama  pada  besarnya  tenaga  listrik  yang
dihasilkan, PLTA di bawah ukuran 200 KW digolongkan  sebagai  mikrohidro.  Dengan demikian,  sistem  pembangkit  mikrohidro cocok  untuk  menjangkau  ketersediaan jaringan  energi  listrik  di  daerah-daerah terpencil dan pedesaan [7].
Beberapa  keuntungan  yang  terdapat pada  pembangkit  listrik  tenaga  listrik mikrohidro adalah sebagai berikut [5]: 1. Dibandingkan dengan pembangkit listrik jenis yang lain, PLTMH ini cukup murah  karena  menggunakan  energi alam.
2. Memiliki  konstruksi  yang  sederhana dan  dapat  dioperasikan  di  daerah terpencil dengan tenaga terampil penduduk  daerah  setempat  dengan sedikit latihan.
3. Tidak menimbulkan pencemaran.
4. Dapat  dipadukan  dengan  program lainnya seperti irigasi dan perikanan.
5. Dapat  mendorong  masyarakat  agar dapat menjaga kelestarian hutan sehingga ketersediaan air terjamin.

## Pengukuran Debit air
Terdapat  banyak  metode  pengukuran debit  air.  Sistem  konversi  energi  air  skala besar  pengukuran  debit  dapat  berlangsung bertahun-tahun.  Sedangkan  untuk  sistem konversi  energi  air  skala  kecil  waktu pengukuran  dapat  lebih  pendek,  misalnya untuk beberapa musim yang berbeda saja.

## Dam / Bendungan Pengalih dan Intake
Bendungan berfungsi untuk menaikkan/mengontrol  tinggi  air  dalam sungai  secara  signifikan  sehingga  memiliki jumlah  air  yang  cukup  untuk  dialihkan  ke dalam  intake  pembangkit  mikro  hidro  di bagian  sisi  sungai  ke  dalam  sebuah  bak pengendap ( Settling Basin ). Sebuah bendung dilengkapi dengan pintu air untuk membuang kotoran/lumpur yang mengendap.  Perlengkapan  lainnya  adalah penjebak/saringan sampah. PLTMH umumnya  merupakan  pembangklit  tipe  run
off  river  sehingga  bangunan  bendung  dan intake dibangun berdekatan. Dengan pertimbangan  dasar  stabilitas  sungai  dan aman  terhadap  banjir,  dapat  dipilih  lokasi untuk bendung ( Weir ) dan intake .
Tujuan  dari  intake  adalah  untuk memisahkan  air  dari  sungai  atau  kolam untuk dialirkan  ke  dalam  saluran,  penstock atau  bak  penampungan.  Tantangan  utama dari  bangunan  intake  adalah  ketersediaan debit  air  yang  penuh  dari  kondisi  debit rendah  sampai  banjir.  Juga  sering  kali adanya lumpur, pasir dan kerikil atau puing- puing  dedaunan  pohon  sekitar  sungai  yang terbawa  aliran  sungai.  Berikut  gambar  sari dam/ intake pada gambar di bawah ini .
Gambar 2. Bendungan atau penampungan air

## Pipa Pesat (Penstock)
Penstock  dihubungkan  pada  sebuah elevasi  yang  lebih  rendah  ke  sebuah  turbin air.  Kondisi topografi dan pemilihan skema PLTMH  mempengaruhi  tipe  pipa  pesat ( penstock ).  Umumnya  sebagai  saluran  ini harus didesain/dirancang secara benar sesuai kemiringan ( head ) sistem PLTMH [8].
Pipa  penstock  merupakan  salah  satu komponen  yang  mahal  dalam  pekerjaan PLTMH  dan  bahan  yang  digunakan  harus dipertimbangkan  juga,  oleh  karena  itu desainnya  perlu  dipertimbangkan  terhadap keseimbangan antara kehilangan energi dan biaya  yang  diperlukan.  Parameter  yang penting  dalam  desain  pipa penstock terdiri dari material  yang digunakan, diameter dan ketebalan  pipa  serta  jenis  sambungan  yang digunakan,gambar dari pipa pesat ( penstock )  dapat  diihat  pada  gambar  di
bawah ini.
Gambar 3. Pipa pesat ( penstock )

## Turbin
Turbin  air  berperan  untuk  mengubah energi  air  (energi  potensial,  tekanan  dan energi  kinetik)  menjadi  energi  mekanik dalam  bentuk  putaran  poros.  Putaran  poros turbin  ini  akan  diubah  oleh  generator menjadi  tenaga  listrik.  Berdasarkan  prinsip kerjanya,  turbin  air  dibagi  menjadi  dua kelompok [3].
1. Turbin implus ( cross-flow , pelton & turgo) Untuk  jenis  ini,  tekanan  pada  setiap  sisi sudu  gerak  runnernya  pada  bagian  turbin yang  berputar  sama.Jenis  turbin impuls  ini dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 4. Turbin Impuls
2. Turbin Reaksi (francis, kaplan propeller ).  Untuk  jenis  ini,  digunakan untuk  berbagai  keperluan  ( wide  range )
dengan tinggi terjun menengah ( medium head ).
Gambar 5. Turbin Reaksi
Turbin  merupakan  bagian  penting  dari sistem  mikro  hidro  yang  menerima  energi potensial dari air dan mengubahnya menjadi energi  putaran  (mekanik). Kemudian  energi mekanik  ini  akan  memutar  sumbu  turbin pada  generator.  Terdapat  beberapa  jenis turbin menurut teknologinya, antara lain [8]:
1. Turbin  Tradisional,  biasanya  terbuat dari bambu atau kayu.
2. Turbin  Modern,  biasanya  digunakan pada proyek – proyek PLTMH berdana besar.  Turbin  jenis  ini  yang  paling banyak  digunakan  adalah  turbin  jenis Kaplan,  Francis,  Cross  Flow  dan Pleton
3. Turbin  Modifikasi,  di  buat  dengan memodifikasi  jenis  turbin  yang  telah ada.  Di  Indonesia,  Balitbang  telah membuat beberapa turbin jenis ini. Dari  hasil-hasil  penelitian  tersebut diatas,  para  peneliti  hanya  melakukan penelitian dan perencanaan tanpa melakukan kegiatan  studi  kelayakan  dan  meskipun dilaksanakan akan tetapi tidak diimplementasikan  pada  proyek  PLTMH, pada  kegiatan  penelitian  ini  penulis melakukan  kegiatan  studi  kelayakan  untuk merancang  turbin  pada  proyek  PLTMH  di Kabupaten OKU Selatan.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  di  Kabupaten Ogan  Komering  Ulu  Selatan  yang  dialiri
oleh dua sungai besar yaitu Sungai Selabung dan  Sungai  Saka  yang  bermuara  ke  Sungai Komering. Selain itu, masih terdapat sekitar 20  sungai  dan  anak  sungai  lainnya  yang tersebar di seluruh wilayah Kabupaten Ogan Komering  Ulu  Selatan.  Di  Kabupaten  ini juga terdapat beberapa air terjun dan danau, baik  yang  besar  maupun  kecil,  sehingga daerah  ini  merupakan  daerah  pariwisata potensial di Provinsi Sumatera Selatan.
Jalannya  penelitian  dengan  melakukan survey  awal  lapangan  keseluruh  kecamatan di Kabupaten OKU Selatan, mengumpulkan data-data  dari  instansi  terkait  dan  literatur tentang  semua  yang  berhubungan  dengan PLTMH,  setelah  itu  melakukan  studi kelayakan dan survey detail pada salah satu lokasi, untuk mengetahui kelayakan pembangunan proyek pada lokasi tersebut.
Selanjutnya peneliti melakukan analisis data  yang  didapat  untuk  menentukan  dan merancang jenis turbin yang tepat digunakan pada  pembangunan  PLTMH  di  Kabupaten OKU  Selatan,  hasil  rancangan  turbin  pada proyek,  mengingat  kegiatan  penelitian  ini adalah  salah  satu  kegiatan  yang  menyatu dengan  proyek,  maka  dapat  dengan  cara dibuat  sendiri  ataupun  dengan  melakukan pemesanan  pada  pihak  yang  memproduksi turbin Turbin propeller .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan  hasil  pengukuran  debit pembangkitan  adalah  500  l/  dt  dan  tinggi jatuh  hidrolik  3,6  m.  Sehingga  jenis  turbin ditetapkan tipe propeller, turbin tipe ini bisa menggunakan  poros  vertikal  ataupun  poros horizontal.  Analisa  desain  turbin  hidro propeller (dimensi sudu turbin, poros turbin dan  lainnya)  didasarkan  pada  kriteria kecepatan spesifik, kecepatan putaran turbin dan rencana daya terbangkit.
Gambar 6. Proses pembuatan dudukan poros turbin propeller
Gambar 7. Hasil pembuatan turbin propeller
Pabrikasi  komponen  turbin  dikerjakan oleh  bengkel  mekanik  lokal.  Hampir  90% pekerjaan  dikerjakan  oleh  mekanik  lokal, sehingga dengan adanya tambahan pengalaman ini, diharapkan dapat
meningkatkan  perkembangan  pembuatan turbin  propeller  di  Indonesia.  Mengingat, Indonesia merupakan negara yang memiliki sumber  daya  air  yang  potensial  sebagai sumber  energi  pembangkit  listrik  tenaga mikrohidro. Gambar  8 adalah  salah  satu gambar  hasil  akhir  penelitian  terhadap desain turbin propeller:
Gambar 8. Desain perletakan turbin propeller pada perencanaan PLTMH
Secara  teknis,  mikrohidro  mempunyai tiga  komponen  utama  yaitu  air  sumber energi,  turbin  dan  generator.  Air  yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan  dengan  ketinggian  tertentu melalui  pipa  pesat  menuju  rumah  instalasi ( power  house ).  Di  rumah  instalasi,  air tersebut  akan  menumbuk  turbin  sehingga akan  menghasilkan  energi  mekanik  berupa berputarnya  poros  turbin.  Putaran  poros turbin ini akan memutar generator sehingga dihasilkan  energi  listrik.  Secara  skematis ditunjukkan pada gambar berikut ini :
Gambar 9. Proses Pembangkitan Listrik Tenaga
Air
Gambar 10. Skema PLTMH
Gambar 11. Skema PLTMH
Gambar 13. Prinsip Kerja PLTMH
Gambar 14. Skema Kerja PLTMH
Rancangan  Turbin  kemudian  dibuat rancangan  turbin  seperti  ditunjukkan  pada gambar berikut:
Gambar 15. Turbin propeller-Vanes Rumah Turbin
Gambar 16 . Sudu Pengarah
Gambar 17. Dudukan bantalan generator
Gambar 18. Dudukan sudu jalan
Gambar 19. Generator

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian diperoleh kesimpulan yaitu : 1) Dengan potensi debit desain  turbin propeller dapat  digunakan diameter  sudu  (D1)  =  332  mm,  diameter hubung/leher  poros  (DN)  =  133  m  dan diameter  sudu  pengarah  (Do)  =  398,5  mm; 2)  Desain  jumlah  putaran  turbin  per  menit adalah  500  radial  per  menit  (rpm)  yang menghasilkan kecepatan spesifik (nq) = 203; dan  3)  Turbin  di  pabrikasi  di  bengkel mekanik lokal sehingga dapat meningkatkan pengalaman dalam pembuatan turbin propeller untuk PLTMH.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A. Purnama, “STUDI KELAYAKAN PEMBANGUNAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA  MIKROHIDRO  Studi Kasus:  PLTMH  Minggir  pada saluran irigasi Minggir di Padukuhan Klagaran Desa Sendangrejo  Kecamatan  Minggir Kabupaten  Sleman,” J.  UNSA Prog. , vol. 10, no. 15, pp. 93–111, 2011, doi: 10.31227/osf.io/9nkym.
[2] D.  Mulyani  and  D.  Hartono, “Pengaruh  Efisiensi  Energi  Listrik pada Sektor Industri dan Komersial terhadap  Permintaan  Listrik  di Indonesia,” J.  Ekon.  Kuantitatif Terap. , p. 1, 2018, doi: 10.24843/jekt.2018.v11.i01.p01.
[3] K. Nissa and S. Suwignyo, “Desain dan  Pembuatan  Turbin  Propeller,”
Pros.  SENTRA  (Seminar  Teknol. dan  Rekayasa) ,  no.  4,  pp.  90–96,
2019, [Online].
Available:
http://research- report.umm.ac.id/index.php/sentra/ article/view/2196.
[4] Kementerian  Energi  dan  Sumber Daya  Mineral, Rencana  Umum Ketenagalistrikan  Nasional  2019  - 2038 . 2019.
[5] I. R. dan W. Hermawati and Pusat, “Dampak  listrik  PLTMH  terhadap
kehidupan sosial ekonomi masyarakat  di  Dusun  Gunung Sawur, Desa Sumber Rejo, Candipuro, Lumajang,” in
Prosiding  Konferensi  dan Seminar
Nasional  Teknologi  Tepat  Guna ,
2014, pp. 456–507.
[6] V. Dwiyanto, D. Indriana K., and S. Tugiono,  “Analisis  Pembangkit
Listrik Tenaga Mikro Hidro
(PLTMH) Studi Kasus : Sungai Air
Anak (Hulu Sungai Way Besai),” J.
Rekayasa Sipil dan Desain , vol. 4,
no. 3, pp. 407–422, 2018.
[7] E. Ariyanto, I. Setiono, P.
Sasmoko,  and  Z.  A.  Pamungkas, “Eksistensi  PLTMH  Cinta  Mekar Dalam  Pemberdayaan  Masyarakat Melalui  Koperasi  Mekar  Sari  di Desa  Cinta  Mekar  Kecamatan Serang Panjang Kabupaten Subang Provinsi  Jawa  Barat,” Gema Teknol. ,  vol.  19,  no.  4,  pp.  31–36,
2018, doi:
10.14710/gt.v19i4.19154.
[8] M.  D.  Trisno,  M.  Firdausi,  and  D. Dahlan, “Perancangan Turbin
Mikrohidro  Tipe  Propeler  Vanes Kapasitas  1000  Watt,”  in Seminar Nasional Teknik Mesin 7 , 2012, pp.
3–8.