BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang UP (Unit Pembangkitan) Brantas mengoperasikan 12 PLTA yang tersebar di sepanjang aliran Sungai Konto dan Sungai Brantas Jawa Timur, sebagian besar peninggalan jaman Belanda. Setiap tahun PLTA unit pembangkitan Brantas menghasilkan energi listrik rata-rata 1.033,56 GWh, disalurkan melalui saluran udara tegangan ekstra tinggi 500 kv ke sistem interkoneksi Jawa Bali [1]. Dalam pengoperasian pembangkit di wilayah P.T UP PJB Brantas masih tergantung pola kapasitas waduk yang tergantung pada musim sedangkan beberapa pembangkit lain tergantung pola aliran sungai sepanjang daerah aliran sungai Brantas. Hal ini mengakibatkan permasalahan dalam hal kontinuitas pembangkit tersebut. Mengoperasikan suatu sistem tenaga listrik yang terdiri dari beberapa pusat pembangkit listrik, diperlukan suatu koordinasi didalam penjadwalan pembebanan, besar daya listrik yang dibangkitkan masing-masing pusat pembangkit listrik, sehingga diperoleh biaya pembangkit yang minim[2]. Sistem tenaga listrik yang terdiri dari pusat-pusat listrik tenaga air dan pusat listrik tenaga thermal, telah diketahui bahwa biaya operasi PLTA jauh lebih kecil dari biaya operasi pembangkit listrik tenaga thermal untuk menghasilkan daya yang sama. Masalah pada operasi sistem tenaga listrik seperti di atas adalah dalam melayani beban listrik yang tertentu besarnya dan dalam selang waktu tertentu, sedangkan yang menjadi permasalahan pada PLTA adalah bilamana terjadi pengurangan kapasitas waduk pada waktu operasi mengakibatkan debit air melewati reservoir (dam) berkurang, sedangkan saat terjadi kekurangan debit air tersebut pembangkit hidro tetap mensuplai daya pada waktu beban puncak dan pembebanan yang optimal dalam kurun waktu tertentu[2]. Salah satu isu yang paling menonjol mengenai sistem operasi PLTA yaitu masalah ketersediaan air waduk dan tampungan bendungan yang digunakan untuk 1

2 aliran debit air ke turbin. Secara khusus, jenis masalah dari waduk atau bendungan tersebut adalah memperoleh skema optimal untuk memenuhi kebutuhan energi dalam menghasilkan energi listrik dengan biaya bahan bakar minim dengan penggunaan campuran unit daya yang berbeda[2]. Bendungan menjadi salah satu komponen penting dalam PLTA, bendungan merupakan tempat mengumpulkan energi air sebelum dialirkan ke turbin. Ketentuan teknis mengenai bendungan besar yang dimanfaatkan untuk PLTA diatur oleh International Commission On Large Dams (ICOLD)[3]. Peraturan teknis yang diatur tersebut berisi tentang tata pengelolaan dan cara kerja pembangkit PLTA dalam pemanfaatan tampungan air bendungan dengan mempertimbangkan lingkungan, ekosistem dan ekonomi di area sekitarnya [3]. PLTA dapat beroperasi sesuai dengan perancangan sebelumnya, apabila mempunyai Daerah Aliran Sungai (DAS) yang potensial sebagai sumber air untuk memenuhi kebutuhan dalam pengoperasian PLTA tersebut. Pada operasi PLTA perhitungan keadaan air yang masuk pada bendungan yaitu tempat penampungan air, serta besarnya tingkat volume air yang tersedia dalam bendungan dan perhitungan besaran volume air yang akan dialirkan melalui pintu saluran untuk menggerakkan turbin sebagai penggerak utama dalam memproduksi energi listrik. Hal tersebut, merupakan suatu keharusan untuk dimiliki oleh PLTA, dengan demikian kontrol terhadap air yang masuk maupun yang di distribusikan ke pintu saluran air untuk menggerakkan turbin harus dilakukan dengan baik, sehingga dalam perencanaan operasi PLTA dapat dijadikan dasar tindakan pengaturan efisiensi penggunaan air maupun pengamanan seluruh sistem, sehingga PLTA dapat beroperasi sepanjang tahun walaupun pada musim kemarau panjang. Perencanaan pengoperasian pembangkit listrik tenaga air memiliki karakteristik non-linear seperti masalah alokasi penggunaan air terdistribusi, ketidakpastian ketersedian air, ketidakpastian permintaan listrik, menimbulkan tantangan nyata dalam sistem pembangkit dengan operasi waduk[2]. Demikian juga perubahan permintaan beban oleh sistem dapat berpengaruh pada kehandalan sistem operasi pembangkit tersebut[2]. Tujuan utama dari sistem operasi 2

3 pembangkitan tenaga listrik adalah memastikan kehandalan, yang berarti pada pasokan listrik terus menerus dalam range (rentang) variasi tegangan dan frekuensi yang diperbolehkan yaitu dalam nominal kecil atau rendah[4]. Sistem pengoptimalan operasi pada dasarnya memerlukan kecocokan output dari sistem pembangkitan dengan mempertimbangkan variasi beban, biaya pembangkitan dan daya yang dibangkitkan dalam periode kurang dari satu detik hingga beberapa tahun oleh pembangkit[4]. Pengoptimalan operasi sistem tenaga hidro merupakan kegiatan perencanaan yang sangat penting dalam industri tenaga listrik. Tujuan perencanaan optimal PLTA untuk mengatur tata cara penggunaan energi air yang efisien serta mempertimbangkan total biaya operasional yang minim dan menghasilkan daya keluaran maksimal[4]. Agar didapatkan operasi yang tepat dan optimal dapat digunakan waduk storage yaitu penyimpanan energi saat beban rendah dengan cara menyimpan air kedalam bendungan (storage) kembali setelah digunakan untuk memutar turbin, ini bertujuan untuk menyimpan energi dalam bentuk air pada saat beban ringan dan menggunakan pada saat beban puncak[5]. Dengan mempertimbangkan hal diatas, maka dalam penelitian ini membahas tentang perencanaan optimal aliran turbin PLTA terhadap volume tampungan bendungan dengan memakai waduk storage (penyimpan) sebagai penyedia energi potensial PLTA. Perencanaan dilakukan dengan analisis perhitungan quadratic programming, studi kasus pada PLTA di wilayah Unit Pembangkitan Brantas dengan penggunaan data inflow debit andalan dan skema hidrologi DAW ( Daerah Aliran Waduk) hulu, penyimpan dan hilir. Perencanaan optimal PLTA dilakukan dengan simulasi memakai metode quadratic programming melalui pengontrolan aliran turbin dan tingkat penyimpanan waduk terhadap perubahan inflow waduk dan energy demand. Penggunaan simulasi bertujuan untuk pengontrolan kinerja sistem dari bendungan menggunakan pemograman kuadrat dengan menghitung potensi laju aliran turbin yang optimal berdasarkan tingkat tampungan volume bendungan. 3

4 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan yang telah dipaparkan, maka dalam penelitian tersebut dapat dirumuskan masalah sebagai berikut: 1. Pengontrolan aliran turbin PLTA terhadap volume bendungan dengan cara simulasi memakai metode quadratic programming. 2. Simulasi dilakukan berdasarkan skema hidrologi dengan pemakaian data inflow debit andalan dan tingkat kapasitas tampungan bendungan terhadap energy demand. 3. Alokasi penggunaan lepasan dan pengontrolan penggunaan debit aliran terhadap tingkat penyimpanan volume bendungan oleh turbin PLTA yang tepat guna dan efisien. 4. Memaksimalkan potensi aliran turbin terhadap volume tampungan air pada bendungan untuk penyedia energi potensial PLTA dengan metode pemecahan pemograman kuadrat. 5. Penerapan waduk storage (penyimpan) sebagai perkembangan dari energi terbarukan dalam peningkatan kontinuitas pembangkitan PLTA. 1.3 Keaslian Penelitian Dalam penelitian sebelumnya membahas tentang penjadwalan operasi optimal dan efisien pada PLTA dengan sistem kaskade melalui pendekatan solusi berdasarkan power characteristic surface menggunakan metode linear programming (LP) [2]. Penelitian ini memperhitungkan penjadwalan karakteristik input-output pada PLTA kaskade melalui skenario water balance dengan memakai perhitungan LP dengan menghasilkan penjadwalan optimal jangka panjang dan pendek[2]. Penelitian lain membahas tentang permasalahan pemanfaatan tenaga jatuh air pada bendungan PLTA dalam menghasilkan energi listrik dan ketersediaan air yang terbatas dalam reservoir (kolam tandon)[6]. Keterbatasan ini mempengaruhi energi listrik yang dibangkitkan oleh PLTA, dalam penelitian tersebut menyajikan metodelogi optimalisasi operasi PLTA jangka menengah untuk memaksimalkan 4

5 energi yang dihasilkan dengan memperhatikan ketersediaan air di reservoir sebagai batasan operasinya[7]. Permasalahan optimasi operasi PLTA ini diformulasikan ke dalam model linear programming dan diselesaikan dengan simulasi software[7]. Dalam penelitian ini dilakukan pengoptimalan volume tampungan waduk untuk penyedia energi PLTA yang optimal dengan memperhitungkan debit aliran inflow ke waduk dan pengontrolan laju debit air yang masuk ke turbin dengan memperhitungkan debit andalan dan tingkat ketinggian volume air dalam tiap waduk dalam kurun waktu pemakaian tertentu dan berdasarkan skema hidrologi DAW masing-masing waduk. Pengoptimalan PLTA membutuhkan pemodelan detail karakteristikkarakteristik setiap unit pembangkit yang saling terhubung. Alokasi penggunaan air terdistribusi, koordinasi penggunaan air antar unit pembangkit, ketidakpastian ketersedian air, ketidakpastian permintaan listrik, meminimalkan air yang melalui spillway, efisiensi penggunaan air, mengoptimalkan daya yang dihasilkan, menjaga ketersediaan air sepanjang tahun, mencegah terjadinya banjir di hulu dan hilir sungai, waduk atau danau, kebutuhan air untuk keperluan manusia, dan kebijakan pemerintah adalah berbagai masalah yang menimbulkan tantangan nyata dalam sistem pembangkit listrik tenaga air sekarang ini[2]. Dengan pemakaian penyimpan energi yaitu waduk storage (peyimpan) diharapkan dapat mengurangi permasalahan tersebut dimana penggunaan biaya rendah, ramah lingkungan dan pengoptimalan output daya yang dihasilkan[5]. Atas telaah yang dimaksud maka dilakukan penelitian tentang perencanaan optimal PLTA dengan memaksimalkan potensi aliran turbin terhadap volume tampungan waduk sebagai penyedia energi potensial PLTA menggunakan penyimpan energi berupa waduk storage dengan memperhitungkan inflow waduk berdasarkan skema hidrologi dengan cara pemakaian data aliran debit andalan dan kapasitas tampungan bendungan dengan metode quadratic programming. 5

6 1.4 Pembatasan Masalah Dengan mempertimbangkan keterbatasan tenaga, biaya, waktu dan kemampuan serta mencegah pembahasan yang menyimpang maka penulis membatasi hanya pada: 1). Memaksimalkan potensi aliran turbin PLTA dengan menggunakan skema hidrologi dan data debit andalan pada bendungan di wilayah unit pembangkitan Brantas. 2). Pengoperasian bendungan dengan memperhitungkan debit aliran masuk (inflow) ke waduk menggunakan metode quadratic programming pada pembangkit di wilayah UP Brantas. 3). Membahas tentang pengaruh inflow waduk terhadap pengoptimalan potensi aliran turbin dan tingkat kapasitas volume bendungan terhadap perubahan nilai energy demand. 4). Penelitian dilakukan melalui simulasi pola operasi bendungan untuk PLTA menggunakan pendekatan analisis large scale hydroelectric problem dengan perangkat lunak Mathlab. 5). Penelitian ini tidak membahas kualitas daya, power flow dan sistem interkoneksi pembangkit di wilayah UP Brantas. 6). Adapun hasil penelitian tidak membahas tentang perhitungan unit commitment dan economy dispatch dan pengaruh pembebanan secara interkoneksi di PLTA wilayah UP Brantas. 1.5 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Perencanaan operasi optimal PLTA dengan penggunaan waduk storage (penyimpan) dengan metode quadratic programming. 2. Memberikan rekomendasi solusi tentang pengoperasian dan pengontrolan lepasan debit air yang efisien untuk PLTA dan memaksimalkan pemanfaatan ketersediaan air yang berdampak pada penghematan total biaya operasi di unit pembangkitan Brantas. 6

7 3. Memberikan solusi untuk menyelesaikan persoalan konflik sosial yang terjadi di water demand area dan manajemen energi yang dihadapi oleh pembangkit, khususnya PLTA. 4. Membantu pengontrolan penggunaan aliran debit air inflow waduk dari aliran sungai dan tingkat penyimpanan bendungan untuk penyedia energi PLTA. 5. Meningkatkan kehandalan PLTA terhadap pembebanan secara keseluruhan dan pengaturan sistem di pembangkit dalam memperbaiki respon permintaan saat beban puncak di sistem dengan cara penggunaan waduk storage (penyimpan). 6. Meningkatkan capacity atau reserve planning terhadap kapasitas volume bendungan untuk mengantisipasi perubahan beban energi listrik dalam waktu jangka panjang pada PLTA. Reserve capacity dibuat akibat adanya ketidakpastian (resiko) pada sisi ketersediaan kapasitas dan beban dalam dalam kurun waktu tertentu. 1.6 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapakan akan memberikan manfaat antara lain : 1. Pencapaian kehandalan dalam membuat perencanaan operasi optimal PLTA dengan cara memaksimalkan potensi aliran turbin. 2. Penambahan penerapan manajemen energi bagi pembangkit PLTA terutama dalam hal penggunaan volume tampungan waduk yang tepat guna dan efisien. 3. Penerapan bidang pengoptimalan pada hydropower dalam penghematan sumber energi melalui waduk storage (penyimpan). 4. Memberikan perhitungan penambahan cadangan operasi yang merupakan bagian dan kriteria untuk sistem PLTA, cadangan ini merupakan salah kapasitas tambahan yang tersedia di unit pembangkit tersebut. 5. Memberikan pertimbangan terhadap siklus tahunan aliran DAS di sekitar waduk yang dapat di manfaatkan oleh water demand area. 7

8 6. Penerapan tentang perkembangan renewable energy pada industri ketenagaan listrik di indonesia terhadap pemanfaatan energi dari air. 7. Mendapatkan sebuah perencanaan dalam menyusun penjadwalan pembangkit PLTA supaya kontinuitas operasi terwujud. 8. Menambah pemikiran tentang pemanfaatan penggunaan energi air sebagai sumber energi yang murah, ramah lingkungan dan melimpah untuk digunakan sebagai bahan bakar pembangkit listrik non fosil. 9. Memberikan analisis keekonomian pembangkitan dengan menunjukkan sebuah proyeksi atau prediksi keekonomian dari operasi sistem pembangkitan dengan cara membuat pengontrolan operasi dengan mempertimbangkan berbagai pilihan fasilitas pembangkitan di masa mendatang guna melayani beban yang ditentukan. 8