Metode Sederhana Pengukuran Potensi Mikrohidro

Latar Belakang
Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang menggunakan air dengan kapasitas daya yang dihasilkan berkisar mulai beberapa ratus watt sampai 100 kW. Sedangkan bila daya yang dihasilkan berkisar antara 100 kW sampai 1 MW instalasi tersebut dapat digolongkan sebagai minihidro. Parameter penting dalam pengembangan suatu Pembangkit Listrik Tenaga Mikro/Minihidro (PLTMH) adalah kapasitas aliran air (debit) dan tinggi jatuh (head) dari sungai yang akan dikembangkan menjadi PLTMH.

Tahap awal pengembangan pembangkit listrik mikro/minihidro tersebut dimulai dengan mengadakan survei lapangan untuk mengetahui potensi sungai yang akan dikembangkan menjadi PLTMH. Untuk dapat melakukan survei tersebut perlu dilakukan beberapa persiapan yang matang sehingga survei dapat dilaksanakan dengan baik dengan hasil sesuai yang diharapkan.
Hal-hal yang harus dipersiapkan tersebut meliputi:
1. Jadual pelaksanaan
Survei harus direncanakan dengan sangat matang sehingga dapat diperoleh hasil yang memuaskan. Pemilihan waktu survei yang tepat adalah sangat penting mengingat di daerah kita terdapat dua musim yang sangat mempengaruhi perilaku aliran sungai, yaitu musim penghujan dan musim kemarau. Pelaksanaan survei untuk satu lokasi tertentu sebaiknya dilakukan minimal sebanyak 2 (dua) kali, yaitu saat puncak musim penghujan dan puncak musim kemarau sehingga laju aliran (debit) sungai maksimum dan minimum dapat diukur.
2. Tenaga pelaksana
Untuk dapat melaksanakan survei dengan baik minimal diperlukan:
a.3 (tiga) orang pelaksana survei yang mempunyai kecakapan mengoperasikan peralatan survei serta melakukan perhitungan dan analisis hasil survei.
b.1 (satu) orang pemandu penduduk setempat/lokal.
c.2 (dua) orang sopir perahu jukung untuk lokasi survei yang jauh ke arah hulu sungai, selain itu mereka juga berfungsi sebagai tenaga perintisan jalan.
3. Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam survei lapangan adalah sebagai berikut:
a. Perahu jukung untuk menjangkau lokasi survei.
b. 1 (satu) set peralatan GPS (Global Positioning System), misalnya Garmin III Plus yang dipergunakan untuk mengukur      koordinat posisi lokasi survei.

c. 1 (satu) set peralatan Current Meter Counter Hydrological Services P/L Liverpool N.S.W Australi Type CMC       200/93-15 dengan Kincir No. 4-92.02 untuk mengukur laju aliran (debit) sungai.

d. 1 (satu) unit Stop Watch untuk mengukur lama pengambilan data pengukuran laju aliran (debit) sungai.
e. 1 (satu) set peralatan Theodolite, misalnya TOPCON TL-20 DP SN. A 75222 untuk mengukur profil/kontur lokasi survei.
f. 1 (satu) buah Bak Ukur.
g. 1 (satu) meteran kecil.
h. 1 (satu) buah Roll Meter Yamayo Million I2 100 m x 300 ft.
i. 2 (dua) buah Patok meter/Yalon.
j. 1 (satu) set alat tulis.
k. 1 (satu) pasang radio komunikasi.
l.  Perangkat lunak (software) pemetaan atau program aplikasi Google Earth™.

Metode Pengukuran
1.Pengukuran laju aliran (debit) sungai
Pengukuran debit aliran sungai dilakukan dengan menggunakan alat Current Meter Counter dengan memakai Kincir No. 4-92.02. Mengingat terjadi kerusakan penunjuk/display waktu pada peralatan Current Meter Counter maka digunakan Stop Watch untuk menghitung waktu pengukuran. Pengukuran dilakukan di sepanjang penampang melintang sungai dengan interval pengukuran setiap 1 (satu) meter lebar sungai.

Untuk keakuratan data pengukuran maka pengukuran laju aliran (debit) ini dilakukan di 2 (dua) lokasi yang berlainan. Pengukuran dilakukan oleh 3 orang petugas, yaitu 1 orang mengoperasikan Current Meter Counter, 1 orang mengoperasikan kincir dengan stik pemegangnya, dan 1 orang sebagai pengukur jarak dan kedalaman ukur sekaligus sebagai pencatat hasil pengukuran. Hasil pengukuran disajikan dalam tabel sebagai berikut:

Berdasarkan hasil pengukuran di atas maka dapat dibuat gambar profil melintang sungai yang sedang diukur seperti yang ditunjukkan dalam gambar dibawah ini:

Dari pengukuran yang dilakukan dapat diperoleh hasil:
Lebar sungai di Lokasi Q2 = 7,0 m
Kedalaman maksimum = 0,39 m
Laju aliran (debit) air di Lokasi Q2 = 0,574 m3/s

2 .Pengukuran profil/kontur sungai
Pengukuran profil/kontur sungai dilakukan dengan menggunakan Theodolite. Dengan alat ini dapat pula diukur jarak antar titik pengukuran tanpa menggunakan roll meter lagi. Untuk beberapa lokasi pengukuran yang sulit/terkendala kondisi geografis maka pengukuran jarak dilakukan dengan menggunakan Global Positioning System (GPS), walapun akan diperoleh hasil pengukuran yang kurang akurat. Pengukuran ini dilakukan oleh 3 orang petugas, yaitu 1 orang mengoperasikan Thedolite, 1 orang memegang patok meter/Yalon, 1 orang memasang/memegang bak ukur di patok meter/Yalon yang sedang dibidik.

Pengukuran posisi koordinat lokasi dilakukan dengan menggunakan Global Positioning System (GPS).

Dengan menggunakan bantuan perangkat lunak/software pemetaan atau menggunakan program aplikasi Google Earth™ maka arah mata angin dan peta lokasi pada denah jalur pengukuran dapat ditentukan.

Posisi pengukuran koordinat lokasi survei sebagai berikut:
Lokasi pengukuran Lokasi Q2: South 03°36’25.4″ East 115°05’00.8″

Profil/kontur alur sungai dapat digambarkan sebagai berikut:

3. Pengukuran tinggi jatuh (head)
Pengukuran beda ketinggian (head) dilakukan dengan menggunakan Theodolite merk TOPCON tipe TL-20 DP. Pengukuran dilakukan di sepanjang sungai dari hulu sungai, yang diperkirakan merupakan lokasi dam, sampai hilir, yang diperkirakan tempat instalasi mesin pembangkit. Jalur pengukuran digambarkan sebagai berikut:

Dari pengukuran tersebut dapat diperoleh hasil:
Tinggi jatuh (head) antara titik I dan F1 = 2,68 m
Tinggi jatuh (head) antara titik I dan B = 3,68 m

4. Pengamatan demografis
Lokasi survei terletak 2,5 km arah tenggara dari Desa Belangian atau sekitar 12,8 km arah tenggara dari dam PLTA Ir. P.M. Noor. Desa terdekat lain dari lokasi survei adalah Desa Paau (berjarak sekitar 4 km) dan Desa Kalaan (berjarak sekitar 7 km). Desa Belangian sekarang dihuni oleh sekitar 300 kepala keluarga/KK. Mata pencaharian utama penduduk desa ini adalah bercocok tanam/berladang, mencari ikan, mendulang intan dan berkebun karet. Selama ini penduduk menikmati aliran listrik dari mesin diesel yang diusahakan oleh PT PLN (Persero). Namun aliran listrik ini hanya dapat dinikmati pada waktu malam hari.

Perhitungan dan Analisis Potensi Mikrohidro
1. Perhitungan daya listrik
Secara teoritis daya listrik yang dapat dihasilkan dari tenaga air mengikuti persamaan berikut:
Daya Teoritis (P) = Debit Air (Q) x Head (H) x konstanta gravitasi (g)
Dengan P dalam kW, Q dalam m3/s dan g = 9,81 m/s2
Atau;
P = 9,81 x Q x H (kW)
Bagaimanapun, tidak ada sistem yang sempurna sehingga selalu terjadi kehilangan energi sewaktu energi potensial air diubah menjadi energi listrik. Besarnya energi yang hilang ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu:
Kerugian/losses pipa pesat/penstock
– Efisiensi turbin
– Efisiensi generator
– Efisiensi trafo
– Efisiensi jaringan
– Efisiensi sistem kontrol
– Efisiensi konstruksi sipil
Sehingga persamaan di atas menjadi:
Pnetto = 9,81 x Q x H x Et (kW)
Dengan Pnetto adalah Daya listrik yang dapat dimanfaatkan, Et = Efisiensi total sistem

Dari beberapa referensi dapat diketahui bahwa untuk sistem pembangkit kecil, sebagai acuan kasar dapat digunakan harga Et = 50% (http://www.itdg.com)

Dari hasil pengukuran yang telah dilaksanakan di atas maka dapat dihitung potensi mikrohidro yang dapat dihasilkan:
Pnetto = 9,81 x 0,574 x 3,62 x 50%
= 10,4 kW

2. Penambahan kapasitas mikrohidro
Untuk meningkatkan daya listrik yang dihasilkan PLTMH dapat digunakan tiga cara, yaitu:
Meningkatkan laju aliran (debit) air.
Meningkatkan tinggi jatuh (head).
Meningkatkan efisiensi sistem pembangkit.
Dari ketiga cara untuk meningkatkan daya output di atas, cara kedua dirasa paling memungkinkan untuk diterapkan di lapangan.
Beberapa cara dapat digunakan untuk meningkatkan tinggi jatuh (head) ini, diantaranya adalah dengan cara membendung hulu sungai dengan membangun suatu bendungan (dam) kecil. Dengan cara ini tinggi jatuh (head) total sistem instalasi pembangkit dapat ditingkatkan. Seberapa besar tinggi jatuh (head) dapat ditingkatkan tergantung dari besar dan tingginya bendungan (dam) yang dibangun.

KAJIAN KELAYAKAN FINANSIAL

Asumsi

Suku Bunga Bank

Diasumsikan BI rate sebesar 8,00%

Biaya Operasi dan Pemeliharaan

–      Pendapatan kotor

Apabila PLTMH direncanakan dengan kapasitas 100 kVA, cos phi 0.91, harga jual listrik sebesar Rp.600,00 per kWh dan mesin dioperasikan dengan Capacity Factor sebesar 70%, maka besarnya pendapatan kotor selama 1 tahun adalah:

Jual        = 0.7 x 0.91 x 100 kVA x 8760 jam/tahun x Rp.600/kWh

=  Rp. 334.807.200,00

–      Biaya operasional

Apabila untuk pengoperasian PLTMH untuk kapasitas 100 kVA tersebut diasumsikan diperlukan 1 (satu) orang supervisor dan 2 (dua) orang operator untuk kegiatan operasional dan maintenance, maka besarnya upah untuk 1 tahun adalah:

Upah       = 12 x ((1 x Rp. 1.500.000,00) + (2 x Rp. 1.000.000,00))

= Rp. 42.000.000,00 per tahun

–      Biaya pemeliharaan

Apabila besarnya ongkos pemeliharaan/maintenance sebesar 20% dari pendapatan, maka:

Mntc       = 0.20 x Rp. 334..000,00

= Rp. 66.961.440,00,00 per tahun

Sehingga total biaya operasi dan pemeliharaan selama 1 tahun adalah:

Biaya      = Rp. 42.000.000,00 + Rp. 66.961.440,00

= Rp. 108.961.440,00 per tahun

Untuk berbagai skema harga Capacity Factor lain diuraikan pada pembahasan selanjutnya.

Kurs / Nilai Tukar Mata Uang

Berdasarkan data dari Bank Indonesia, diasumsikan nilai tukar mata uang US $ (DOLLAR) untuk 1 Rupiah nya adalah:

Kurs Jual     : 9.736

Kurs Beli      : 8.736

Sehingga Kurs Tengah 1 US $ = Rp. 9.236

Pendekatan Analisis

Cost adalah terdiri atas Capital Cost (Componen A), Fuel Cost (Componen C) dan O&M Cost (Componen B dan D).

Energy sales adalah Energy production dikurang rugi-rugi jaringan dan pemakaian sendiri (PS) dari energi produksi yang tidak terjual

Dalam hal ini, dalam hal ini perhitungan untuk PS diabaikan karena jumlah energi untuk pemakaian sendiri dianggap kecil.

Hasil Analisis

Bagi proyek pembangunan yang bersifat kompleks dan melibatkan dana yang besar diperlukan  analisis dan pengkajian aspek-aspek ekonomi dengan metode tertentu sebelum diambil keputusan  lebih lanjut. Beberapa metode yang dikenal luas pemakaiannya diantaranya adalah Pay Back Period, ROR dan  IRR.

a. Pay Back Period (Periode Pengembalian)

Periode pengembalian suatu investasi adalah periode dimana jumlah keuntungan yang didapat dari suatu proyek sama dengan investasi total yang ditanamkan. Investasi mempunyai prestasi baik bila periode pengembaliannya pendek. Kekurangan metode ini adalah tidak mempertimbangkannya pemasukan pada waktu periode pengembalian yang telah terlampaui, dan nilai waktu dari uang.

Pay Back Period dirumuskan dengan:

PB = I/Laba Tahunan

Dimana:

PB   = Pay Back Period

I      = Biaya Investasi

–   Perhitungan Biaya Investasi (I)

Merupakan perkiraan detil dari biaya investasi untuk proyek yang terdiri dari :

a. Biaya engineering design dan manajemen

b. Biaya pekerjaan sipil

c. Biaya transmisi

d. Biaya peralatan elektro mekanik

Seluruh komponen biaya yang terlibat dapat diuraikan sebagai berikut:

a. Engineering design dan pengawasan pembangunan

Kegiatan tersebut dalam proyek PLTMH meliputi:

• Studi kelayakan
• Detil enjiniring desain
• Pengawas pembangunan di lokasi
• Commissioning

b. Pekerjaan sipil bangunan Air

Meliputi:

• Pembuatan bendungan, pintu penyalur, pelimpah (intake dam) : beton/pasangan batu
• Pembuatan bak penenang pintu air pada inlet dan outlet : pasangan batu bertulang beton dilengkapi dengan pintu air dan saringan sampah.
• Saringan sampah : baja.
• Saluran air intake ke turbin : Pasangan batu bertulang beton.
• Bangunan rumah turbin/ pebangkit listrik (power house) : Pasangan batu bertulang dan pasangan bata.
• Pembuatan dudukan/ pondasi pipa pesat saluran air dari saluran ke turbin.
• Saluran buang : Pasangan batu, beton bertulang.

c. Pekerjaan Mekanikal

• Pipa pesat: Baja roll dengan sambungan flens
• Katup pintu air/ kran         : Baja
• Turbin : Cross flow, Francis, Kaplan, Very Low Head Axial Turbine
• Generator Synchronous : 3 phase 380 V, 50 Hz
• Katup : Besi Cor, Bronze

d. Pekerjaan Elektrikal

• Panel instrumen/ pengukur tegangan dan arus listrik
• AVR (automatic voltage regulator)
• Electronic load controller
• Dummy load, 3 phase, 380 V
• Kabel jaringan utama BC 16 twisted
• Kabel jaringan distribusi BC 16
• Transformator
• Pembatas daya MCB
• Tiang listrik

e. Training

Training meliputi training operator dan manajerial sebagai berikut:

• Pelatihan operator
• Pelatihan pengelola PLTMH

Besarnya investasi pembangunan PLTMH ditentukan oleh kapasitas daya yang akan dibangkitkan, desain sistem, dan jenis turbin yang akan dipasang. Harga standar untuk pembangkit listrik tenaga air mikro hidro adalah berkisar antara Rp.15.000.000 – Rp.25.000.000 per kVA terpasang.

Apabila kapasitas daya rencana adalah 100 kVA, maka perkiraan biaya investasi adalah sebesar (asumsi dengan biaya investasi Rp. 20.000.000,00 per kVA):

I               = 100 kVA x Rp. 20.000.000,00 / kVA

= Rp. 2.000.000.000,00

 

 

–   Perhitungan Laba Tahunan

Berikut ini diajukan 4 (empat) skema operasi PLTMH Rantau Balai yang berkapasitas 100 kVA dengan berbagai pola operasi: dengan harga Capacity Factor 40%, 50%, 60% dan 70%.

Hasil simulasi untuk perhitungan laba tahunan yang diperoleh tiap tahunnya disajikan dalam tabel  dibawah ini:

Sehingga harga Pay Back Period (PBP) didapat sebesar:

Artinya, sebagai contoh, investasi yang ditanamkan sebesar Rp.2.000.000.000,00 akan kembali selama 10,66 tahun untuk PLTMH berkapasitas 100 kVA yang dioperasikan dengan CF sebesar 60%.

Rate of Return  (ROR)

ROR menunjukan  perbandingan laba tahunan terhadap investasi. Dengan demikian merupakan cara sederhana untuk mengukur keberhasilan suatu investasi. Bank Dunia menetapkan suatu proyek dianggap layak jika mempunyai ROR lebih dari 8%. Kelemahan kriteria ini tidak mempertimbangkan nilai waktu dari uang.

ROR dirumuskan dengan:

ROR = Laba Tahunan/Investasi Awal * 100%

Dari perhitungan sebelumnya (poin a) dan dengan menggunakan persamaan di atas maka harga ROR dapat dihitung sebagai berikut:

Berdasarkan data dari Bank Dunia yang menetapkan batas minimum harga ROR sebesar 8,0% dianggap layak, maka proyek PLTMH untuk skema 3 dan 4 dianggap layak/feasible.

c. Net Present Value (NPV) dan Internal Rate of Return

Metode ini memperhitungkan nilai waktu dari uang dengan analisis compound interest rate. Rumus yang dipakai adalah :

Dimana :

NPV = Net Present Value (nilai sekarang)

At    = Laba pada tahun ke- t

n     = umur proyek (dalam tahun)

r      = interest (suku bunga)

I      = Investasi

Persamaan di atas memperlihatkan bahwa untuk umur proyek tertentu besar NPV sangat dipengaruhi oleh besarnya harga bunga ( r ). Dengan mengubah-ubah besar harga r, akan diperoleh suatu keadaan dimana NPV sama besar dengan I. Harga bunga yang didapat pada keadaan  ini disebut dengan Interrnal Rate of Return (IRR). Makna r dalam kriteria ini adalah besar suku bunga pinjaman komersial maksimal yang dijinkan agar BEP tercapai pada akhir umur proyek yang direncanakan. Konsekuensinya adalah jika besar suku bunga pinjaman sama dengan  besarnya  IRR maka pemasukan dari proyek tersebut akan habis hanya untuk membayar hutang pokok dan bunganya saja. Laba akan diperoleh  jika harga IRR berada diatas suku bunga pinjaman.

Ringkasan hasil simulasi yang telah dilakukan disajikan dalam tabel berikut:

Ringkasan hasil simulasi analisis NPV untuk bunga majemuk r = 8%
No.	CF (%)	Periode (tahun)
1	40	>24
2	50	>24
3	60	24
4	70	16

Dari hasil simulasi dapat diketahui bahwa apabila suku bunga pinjaman yang diambil sebesar 8,00% untuk proyek PLTMH Rantau Balai berkapasitas 100 kVA dan dioperasikan dengan CF 60%, proyek akan feasibel apabila umur proyek minimal 24 tahun. Apabila dioperasikan dengan CF 70% maka proyek akan feasibel apabila umur proyek minimal 16 tahun.

Kemudian berdasar hasil simulasi di atas dibuat satu buah simulasi lagi sebagai pembanding. Dari hasil simulasi diketahui bahwa untuk periode proyek selama 17 tahun dan PLTMH Rantau Balai dioperasikan dengan CF 70% maka suku bunga pinjaman yang boleh diambil adalah maksimal 8,45% .

Dibuat satu buah simulasi untuk berbagai kapasitas rencana untuk PLTMH Rantau Balai untuk melihat berbagai aspek ekonominya. Analisis dilakukan dengan metode PBP, ROR dan NPV&IRR dengan suku bunga r=8%. Hasil simulasi disajikan dalam tabel berikut ini:

Untuk keperluan pembangunan PLTMH perlu dilakukan study kelayakan yang lebih mendalam, menyangkut kajian teknis, ekonomi dan lingkungan.