p-ISSN: 2301-6949 e-ISSN : 2715-5064

## ANALISIS POTENSI DAYA LISTRIK ALIRAN SUNGAI CIBUNI

## Riyani Prima Dewi
Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Cilacap Jl Dokter Soetomo No.1, Cilacap 53212 riyanipadewi@gmail.com

## Abstrak
Perkebunan  Sinumbra  yang  terletak  di  Rancabali Kabupaten  Bandung  merupakan  perkebunan  dengan daerah  pegunungan  dan  memiliki  potensi  air  yang baik. Dengan adanya rencana pembangunan Agowisata  di perkebunan  area  PTPN  VIII,  termasuk di  perkebunan  Sinumbra  maka  kebutuhan  listrik daerah perkebunan akan meningkat. Dengan mencoba memanfaatkan  potensi  air  dari  sungai  Cibuni  yang mengalir  di  sepanjang  perkebunan  Sinumbra  maka analisis  hidrologi,  perencanaan  lokasi  PLTM,  dan pemilihan  jenis  turbin  guna  mengetahui  daya  listrik terbangkitkan  dipaparkan  dalam  paper  ini.  dengan bantuan  software  simulator  diketahui  debit  desain sebesar  3,2  m 3 /s,  head  efektif  sebesar  59,4  m  dapat menghasilkan daya sebesar 1689 kW.
kata kunci : Debit desain, head efektif, PLTM.

## 1. PENDAHULUAN
Indonesia  yang  merupakan  negara  agraris  dan memiliki  kekayaan  air  yang  berlimpah  sangat potensial  dikembangkannya  air  sebagai  energi alternatif untuk menghasilkan energi listrik baik skala besar maupun kecil. Potensi tenaga air tersebar hampir di  seluruh  Indonesia  dan  diperkirakan  mencapai 75.000  MW,  sementara  pemanfaatanya  baru  sekitar 2,5 persen dari potensi yang ada [1]. Potensi tersebut dapat  dimanfaatkan  untuk  percepatan  pembangunan daerah-daerah  terpencil  yang  sulit  dijangkau  jaring PLN.
Salah satu daerah yang memiliki potensi air yang besar adalah kabupaten Bandung, yang merupakan wilayah pegunungan.  Kecamatan  Rancabali  salah  satu kecamatan di kabupaten Bndung berjarak 60 KM dari kota Bandung, terletak di dataran tinggi yang memiliki Iklim  sejuk  karena  di  kelilingi  oleh  pegunungan, hamparan  perkebunan  teh  dan  lahan  pertanian masyarakat.  Salah  satu  perkebunan  BUMN  yang berada  di  kecamatan  Rancabali  adalah  perkebunan sinumbra.
Perkebunan sinumbra merupakan salah satu perkebunan BUMN dibawah manajement PTPN VIII. Karena  letak  geografis  perkebunan  khususnya  di
perkebunan  di  wilayah  PTPN  VIII  yang  memiliki pemandangan yang indah membuat PTPN mengembangkan bisnis mereka di bidang agrowisata. Beberapa agrowisata telah didirikan di perkebunan teh PTPN VIII contohnya agrowisata Rancabali. Dengan dibangunnya  agrowisata  di  daerah  Rancabali, kebutuhan  listrik  daerah  tersebut  meningkat.  Untuk memenuhi kebutuhan listrik dan melihat potensi air di perkebunan  sinumbra,  maka  penulis menyusun  suatu kajian  potensi  listrik  di  perkebunan  sinumbra  dari aliran sungai Cibuni. Kajian ini dilakukan dengan data sekunder  dan  bantuan software simulator sebagai bahan  pertimbangan  kajian  pembangunan  PLTM  di wilayah perkebuanan Sinumbara.

## 2. KAJIAN PUSTAKA
Sungai  adalah  aliran  air  yang  besar  dan  memanjang yang  mengalir  secara  terus-menerus  dari  hulu (sumber) menuju hilir (muara). Kemanfaatan terbesar sebuah  sungai  adalah  untuk  irigasi  pertanian,  bahan baku  air  minum,  sebagai  saluran  pembuangan  air hujan  dan  air  limbah,  bahkan  potensial  untuk dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga air.
Konsep kerja pembangkit listrik tenaga air itu sendiri cukup sederhana, yaitu mengubah energi potensial air pada ketinggian menjadi energi putar mekanis dengan menggunakan turbin air dan kemudian energi mekanis tersebut  diubah  menjadi  energi  listrik  menggunakan generator.
Pada gambar 2.1 dapat dilihat skema dari pembangkit listrik tenaga air. Air pada sungai mengalir menuruni suatu  ketinggian,  di  salah  satu  titik  ketinggian  air
p-ISSN: 2301-6949 e-ISSN : 2715-5064
dibendung untuk dialirkan pada saluran (pipa/penstock). Energi  potensial air  pada  ketinggian tersebut  kemudian  dialirkan  menuju  turbin  melalui penstock  sehigga  turbin  berputar.  Putaran  turbin  itu akan  menggerakkan  rotor  generator  yang  akan menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan tersebut kemudian  disesuaikan  tegangannya  dengan  tegangan jaringan menggunakan transformator untuk disalurkan kepada konsumen.
Dari  skema  pembangkitan  listrik  tenaga  air,  dapat diambil  besaran-besaran  utama  yang  penting  dalam analisis  pembangunan  PLTA  tersebut.  Besaran- besaran  utama  tersebut  antara  lain: head ,  debit  air, potensi daya, dan efisiensi.
Head adalah  perbedaan  ketinggian  dua  titik  pada kolom  cairan  dan  menghasilkan  tekanan  pada  titik yang  lebih  rendah.  Atau  dikenal  dengan  perbedaan ketinggian  permukaan air  bagian  atas  dengan  bagian bawah  tempat  turbin  diletakkan.  Debit  adalah kapasitas aliran  (Q)  yang merupakan  sejumlah  kubik (volume)  cairan  yang  dipindahkan  dalam  waktu tertentu,  biasanya  diberikan  satuan  m 3 /s.  Umumnya suatu  sumber  air,  kapasitas  alirannya  berubah-ubah tergantung  dari  besar  kecilnya  curah  hujan  dan beberapa faktor lainnya.
Sedangkan  daya  yang  dapat  dikonversikan  adalah energi per satuan waktu, dalam hal ini per detik, dan volume  per  detik  adalah  debit,  sehingga  persamaan daya menjadi:
𝑃 = ( 𝜌 . 𝑄 . 𝑔 . 𝐻 ) η 𝑘𝑊
Dengan :
P = Potensi daya listrik (kW)
𝜌 = massa jenis air [ kg/m 3 ]
H = head (ketinggian jatuh air) [m]
Q = debit air [ m 3 /s]
g = percepatan gravitasi bumi [ m/s 2 ]
η =  efisiensi total  efisiensi  sistem  (turbin,  generator, dan pekerjaan sipil )
Kini  telah  banyak  dilakukan  penelitian  tentang pembangkit  listrik  tenaga  minihidro  terutama  tetang kajian  kelayakan  pembangunan  PLTM.  Penelitian mengenai  analisis  daya  pembangkit  listrik  tenaga minihidro di Perkebunan Malabar menyimpulkan daya terbangkitkan 2700 KW dengan debit rata-rata 3 m 3 /s dan head efektif 100 m [2].
Penelitian  mengenai Matlab Based Simulation of
Components
of Small Hydro-Power Plants
mengembangkan  model  pembangkit  listrik  tenaga mikrohidro  skala  kecil  untuk  listrik  pedesaan menggunakan  simulasi  MATLAB.  Hasil  simulasi menunjukkan  kemungkinan  bahwa  sumber  energi terbarukan atau alternatif akan menggantikan sumber energi  konvensional  di  masa  depan  untuk  daerah pedesaan [3].

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1 Tahap Penelitian
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan. Tahapan- tahapan  pelaksanan  penelitian  ini  adalah  sebagai berikut:
1. Tinjauan  Pustaka,  dilakukan  dengan  mempelajari buku referensi, makalah, artikel, maupun sumber- sumber  lainnya  yang  berhubungan  dengan pembangkit listrik tenaga air.
2. Pengambilan  sample  data  lokasi  dari  pihak-pihak yang berwenang.
3. Melakukan  analisis  debit  desain  menggunakan flow curve duration .
4. Melakukan  pendekatan  pengukuran  lapangan dengan software untuk  mendapatkan  data  yang belum tercatat seperti:
 Mengidentifikasi  kemungkinan  site  untuk dibangun menjadi area pembangkit
 Mengukur head yang tersedia dari site
 Mengidentifikasi lokasi kemungkinan penempatan power house
5. Penghitungan  potensi  daya  listrik  yang  dapat dihasilkan.
6. Kesimpulan dan penulisan laporan penelitian
Berikut adalah flowchart penelitian :
p-ISSN: 2301-6949 e-ISSN : 2715-5064
Gambar 3.1 Flowchart Penelitian

## 3.2 Data dan Software
Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Data debit harian sungai Cibuni selama 10 tahun terakhir  yang  diperoleh  dari  BMKG  Kabupaten Bandung
2. Data  ketinggian  wilayah  perkebunan  Sinumbra yang diperoleh dari Google Earth
Software yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Ms. Excle digunakan dalam mengolah data debit sungai untuk menghasilkan debit desain
2. TURBNPRO  untuk  memilih  turbin  yang digunakan dan estimasi daya terbangkitkan

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Analisis Hidrologi
Analisis  ini  dilakukan  untuk  memperoleh  nilai  debit desain.  debit  desain  ini  dihitung  berdasarkan  metode flow curve duration .  Rata-rata  debit  harian  sungai Cibuni selama 10 tahun terakhi adalah sebagai berikut:
Gambar 4.1 Rata-rata Debit Sungai Cibuni Sepuluh Tahun Terakhir
Rata-rata  debit  sungai  terendah  terjadi  di  bulan Agustus  yaitu  sebesar  2,02  m 3 /s  sedangkan  rata-rata debit tertinggi terjadi dibulan April sebesar 12,48 m 3 /s. Berdasarkan  grafik  diketahui  bahwa  sungai  Cibuni tidak  pernah  mengalami  kekeringan  selama  sepuluh tahun  terakhir.  Hal  ini  merupakan  potensi  yang  baik bagi  pembangunan  PLTM.  Untuk  menentukan  debit desain, maka dibuat flow curve duration dari rata-rata debit harian sungai Cibuni. Berikut adalah flow curve duration sungai Cibuni.
Gambar 4.2 Flow Curve Duration Sungai Cibuni
7.57
9.50 11.9212.48 7.65 4.20 5.28 2.02 2.19 3.44 6.51 10.44 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agst Sept Okt Nov Des D EB IT (M 3 /S ) BULAN Rata-Rata  Debit Sungai  Cibuni 10  Tahun  Terakhir
32.26 18.23 12.84 10.82 9.568.828.197.636.766.095.444.954.283.9 3,2 2.64 2.36 1.991.430.720.5 0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 10 0 D eb it (m 3 /s ) Prosentasi Kejadian (%) Flow Curve Duration Sungai Cibuni
p-ISSN: 2301-6949 e-ISSN : 2715-5064
Dari  analsis  flow  curve  duration  diatas  dengan kejadian  70%  yang  digunakan  untuk  pembangkit listrik maka nilai debit desain adalah sebesar 3,2 m3/s, debit ini mencukupi dan terjamin ketersediaannya.

## 4.2 Analisis pemilihan Lokasi
Daerah  yang  dipilih  untuk power house berdasarkan pengukuran head yang  paling  optimum  dan pembangunan tailwater untuk  mengalirkan  air  yang keluar  dari  turbin.  Nilai head ini  akan  berpengaruh salah  satunya  untuk  penentuan  jenis  turbin  dan  nilai daya listrik yang dapat dibangkitkan.
Gambar 4.3 Rencana Lokasi Power House
Gambar 4.3 menjelaskan rancangan pemilihan lokasi untuk power house . Dari aliran sungai akan dibendung sehingga  air  bisa  dipisah  antara  air  yang  digunakan untuk  PLTM  dan  air  yang  mengalir  di  sungai  untuk kebutuhan perkebuanan. Dari bendungan air dialirkan menuju bak penampungan melalui waterway . Rencana pembangunan waterway berdasarkan  survey  lokasi ditunjukkan oleh garis kuning pada gambar 4.3. Head di  hitung  dari  bak  penampungan  sampai  ke powerhouse , sedangkan head efektif dihitung setelah mengurangi head terukur dengan rugi-rugi [referensi]. Head efektif dari rencana PLTM ini terhitung sebesar 59,4 m.
Setelah di ketahui debit dan head maka secara teoritis kapasitas  daya  terbangkitkan  dapat  dihitung  dengan sebagai berikut:
𝑃 = ( 𝜌 . 𝑄 . 𝑔 . 𝐻 . η)
𝑃 = (997. 3,2. 9,8. 59,4. 0,8)
𝑃 = 1.671 kW

## 4.3 Simulasi menggunakan TURBNPRO
Berdasarkan head dan debit yang telah diperoleh maka untuk pemilihan turbin didasarkan pada grafik turbine application  chart .  Turbin  yang  sesuai  untuk pembangkit ini adalah turbin Francis. Turbin Francis merupakan  salah  satu  turbin  reaksi  yang  memiliki blade  (sudu  putar)  statis namun guide-vane nya  dapat bergerak. Guide-vane (sudu pengatur aliran) ini sangat berguna  pada  kondisi  dengan  debit  air  yang  tidak tetap.  Maka  dilakukan  simulasi  pada  TURBNPRO dengan memilih menu Turbin Francis.
Berikut data hasil simulasi :
A. Data input
Gambar 4.4 Data Entri pada TURBNPRO

## B. Pilihan Solusi Hasil Simulasi
Gambar 4.5 Alternatif solusi hasil Simulasi
Dari kelima pilihan solusi diatas, dalam penelitian ini dipilih solusi no 1 yaitu turbin dengan ukuran diameter runner 714 mm, kecepatan raya-ratanya 750 rpm, dan kecepatan spesifik nya sebesar 187 NS. Pemilihan ini dengan  pertimbangan  bahwa  dengan  diameter  turbin yang lebih kecil maka biaya akan lebih murah, desain lebih  mudah,  diameter  pipa  pesat  tidak  terlalu  besar dana head rugi-rugi nya tidak besar. Sedangkan untuk kecepatan  putar  turbin  yang  lebih  cepat  maka  akan lebih  mudah  dalam  mengubah  kecepatan  putaran turbin ke putaran generator. Hal ini disebabkan karena lebih  mudah  mencari  jenis  transmisi  mekanik  untuk meningkatkan  kecepatan  dan  jenis  generator  yang digunakan.
C. Karakter dan Daya Guna Turbin
p-ISSN: 2301-6949 e-ISSN : 2715-5064
Gambar 4.6 Karakteristik dan Daya Guna Turbin
Efisiensi  terbaik  justru  dicapai  saat  nominal head efektif rata-rata dengan nilai 98% pada debit 3,14 m 3 /s dengan daya yang diperoleh sebesar 1689 kW. Selain itu,  Gambar  4.6  diatas  juga  memberikan  informasi bahwa  pada  debit  3,30  m 3 /s,  turbin  masih    bisa dioperasikan  akan  tetapi  nilai  ini  telah  masuk  pada
kategori overcapacity sehingga  nilai  ini  dihindari dalam prakteknya.
Saat  beban  nol  pada head efektif maksimum, kecepatan  putaran  turbin  bernilai  1334  rpm.  Ini merupakan  rating overspeed turbin  yang  harus diperhatikan saat pemilihan generator. Sedangkan saat guide vane nya  terbuka  maksimum pada head efektif rata-rata,  debit  yang  mengalir  lewat  turbin  sebesar  2 m 3 /s.
Kecepatan  spesifik  turbin  saat  efisiensi  puncak  pada head efektif rata-rata adalah 186,9 NS sedangkan saat 100% output adalah sebesar 188,7 NS. Dari data diatas dapat diamati bahwa perbedaan elevasi tempat, besar head ,  dan  besar  rugi-rugi  head  berpengaruh  pada besarnya nilai kecepatan spesifik turbin.

## 5. KESIMPULAN
Dari  penelitian  ini  dapat  ditarik  kesimpulan  sebagai berikut:
1. Berdasarkan data debit harian dari Pos Duga Sungai  Cibuni,  debit  rata-rata  bulanan  10 tahun  terakhir  sungai  Cibuni  diatas  2  m 3 /s, dengan  nilai  terendah  2,02  m 3 /s  dan  nilai tertinggi 12,48 m 3 /s.
2. Debit  desain  PLTM  ditentukan  dengan analisis flow curve duration sebesar 3,2 m3/s .
3. Head efektif yang  di  peroleh  di  lokais pembangkit adalah sebesar 59,4 meter.
4. Melalu  perhitungan  manual  menggunakan persamaan  empiris  diperoleh  besarnya  daya listrik  yang  dapat  dihasilkan  adalah  sebesar 1.671 kW.
5. Dengan  nilai head sebesar  59,4  meter  jenis turbin  yang  cocok  untuk  pembangkit  ini adalah  turbin  Francis,  dan  dengan  bantuan software  TURBNPRO  telah  disimulasikan menggunakan  data  masukan  yang ada maka didapatkan  karakter  turbin  Francis  sebagai berikut; ukuran diameter 714 mm, kecepatan putar  rata-rata  750  rpm,  kecepatan  spesifik turbin 187 NS.
6. Berdasarkan simulasi, karakteristik dayaguna turbin memiliki nili efisiensi terbaik sebesar
98 % pada debit 3,14 m 3 /s dengan head efektif sebesar 59,4 m.
7. Pade head efektif sebesar 59,4 m turbin akan mengalami  kavitasi  bila  nili  debit  yang mengalir pada turbin lebih dari 3,30 m3/s.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
[1]  LIPI, Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro , 2005.
[2]  Riyani  Prima  Dewi.  2017. Studi  Potensi  Energi Listrik  Aliran  Sungai  Cilaki  di  Perkebunan Malabar . Bandung: ITB.
[3] Saka, A. 2008. Studi Perencanaan PLTMH 1 x 12 kW  sebagai  Desa  Mandiri  Energi  di  Desa Karangsewu,  Cisewu,  Garut,  Jawa  Barat . Surabaya: ITS Surabaya.
[4]  Mukmin  Widyanto  Atmopawiro. PLTM  Curug Malela, Studi Kelayakan. Pusat Studi Mikrohidro ITB . Bandung: 2008.
[5] Danny Samuel Pelupessy, Pemilihan Type Turbin pada  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikro  Hidro (PLTMH) , Jurnal Teknologi Volume 9, 2012.