TESIS MANAJEMEN INTEGRASI ENERGI SURYA DAN MUNICIPAL SOLID WASTE (MSW) UNTUK MENINGKATKAN PRODUKTIFITAS PEMBANGKIT LISTRIK DI BANGLI

Transkripsi

1 TESIS MANAJEMEN INTEGRASI ENERGI SURYA DAN MUNICIPAL SOLID WASTE (MSW) UNTUK MENINGKATKAN PRODUKTIFITAS PEMBANGKIT LISTRIK DI BANGLI ADI PRATAMA PUTRA NIM PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2015 i

2 MANAJEMEN INTEGRASI ENERGI SURYA DAN MUNICIPAL SOLID WASTE (MSW) UNTUK MENINGKATKAN PRODUKTIFITAS PEMBANGKIT LISTRIK DI BANGLI Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Udayana ADI PRATAMA PUTRA NIM PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014 ii

3 Lembar Pengesahan TESIS INI TELAH DISETUJUI TANGGAL 05 JUNI 2015 Pembimbing I Pembimbing II Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg. NIP Mengetahui, Ketua Program Magister Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Udayana Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP Prof. Dr.dr A.A Raka Sudewi,Sp.S(K) NIP iii

4 Tesis Ini Telah Diuji pada Tanggal 05 Juni 2015 Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana, No. : 1556/UN14.4/HK/2015, Tanggal 1 Juni 2015 Ketua : Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma Anggota : 1. Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg. 2. Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST.,MASc.,PhD 3. I Made Widiyarta, ST., MSc., PhD 4. Ainul Ghurri, ST., MT., PhD iv

5 SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT Yang bertanda tangan di bawah ini, Nama : ADI PRATAMA PUTRA NIM : Program Studi : Magister Teknik Mesin Universitas Udayana Judul Tesis : Manajemen Integrasi Energi Surya dan Municipal Solid Waste (MSW) Untuk Meningkatkan Produktifitas Pembangkit Listrik Di Bangli Dengan ini menyatakan bahwa Karya Ilmiah Tesis ini bebas plagiat. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam Karya Ilmiah ini, maka Saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan peraturan Menteri Pendidikan Nasional Republik Indonesia No. 17 Tahun 2010 dan Peraturan Perundang Undangan yang berlaku lainnya. Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. Denpasar, 08 Juni 2015 Yang membuat pernyataan, (Adi Pratama Putra) v

6 UCAPAN TERIMA KASIH Segala puja dan puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam yang senantiasa mencurahkan rahmat dan ridho-nya kepada semua makluk-nya di muka bumi ini. Hanya dengan karunia-nya lah penulis akhirnya dapat menyelesaikan laporan tesis ini dengan semestinya. Sholawat serta salam penulis sampaikan kepada junjungan nabi besar Muhammad SAW, yang memiliki kesempurnaan budi pekerti dan suri tauladan yang baik bagi seluruh umatnya. Laporan tesis yang berjudul : Manajemen Integrasi Energi Surya dan Municipal Solid Waste (MSW) Untuk Meningkatkan Produktifitas Pembangkit Listrik Di Bangli ini disusun sebagai gambaran dari apa yang telah penulis lakukan selama mengerjakan tesis tersebut. Dimana tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan pendidikan Strata II (S2) di Jurusan Magister Teknik Mesin, Universitas Udayana, Bali. Dalam pelaksanaannya, banyak sekali pihak yang telah berperan serta dalam memberikan dukungan dan bantuannya kepada penulis, sehingga sedikit banyak meringankan beban penulis selama mengerjakan tesis ini. Untuk itu pada kesempatan ini, dengan tulus penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuannya kepada penulis, diantaranya adalah : Prof. Dr. dr. Ketut Suastika SpPD KEMD, selaku Rektor Universitas Udayana atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program magister di Universitas Udayana. Ibu Prof. Dr.dr A.A Raka Sudewi,Sp.S(K), selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa program magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana. Tidak lupa pula penulis ucapkan terimakasih kepada Prof. Ir. I Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D, dekan fakultas Teknik Universitas Udayana atas ijin yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan program magister. Bapak Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, Selaku Ketua Program Magister Teknik Mesin Universitas Udayana sekaligus selaku Dosen Pembimbing Utama dalam penulisan tesis ini. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc., PhD. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. Bapak Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg, selaku Dosen Pembimbing II. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MASc., PhD dan I Made Widiyarta, ST., MSc., PhD dan Ainul Ghurri, ST., MT., PhD. selaku tim Dosen Penguji Tesis yang telah memberikan masukan, saran, sanggahan dan koreksi sehingga tesis ini terwujud seperti ini. Segenap Dosen yang ada di Program Magister Teknik Mesin Universitas Udayana. vi

7 Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih yang tulus disertai penghargaan kepada seluruh guru-guru yang telah membimbing penulis mulai dari sekolah dasar sampai perguruaan tinggi dan teman-teman yang telah membantu juga memberikan masukan kepada penulis. Penulis ucapkan terimakasih kepada Moh Anwar dan Susriani ayah dan ibu yang telah mengasuh dan membesarkan penulis, memberikan dasar-dasar berfikir logik dan suasana demokratis sehingga tercipta lahan yang baik untuk berkembangnya kreatifitas. Akhirnya penulis sampaikan terimakasih kepada istri tercinta Rohmahtun Nurunia, serta anak Ahmad Waafiq Pratama tersayang, yang telah memberikan semangat untuk menyelesaikan tesis ini. Semoga Allah SWT selalu melimpahkan rahmat-nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian tesis ini, serta kepada penulis sekeluarga. Selanjutnya penulis meminta maaf apabila dalam penulisan tesis ini masih terdapat kekurangan-kekurangannya baik dalam penulisan kata maupun dalam susunannya serta dari segi bahasa yang mungkin tidak enak didengar. Akhir kata, penulis hanya bisa berharap semoga serangkaian tulisan yang penulis susun ini, dapat memberikan manfaat bagi siapa saja yang membacanya. Denpasar, Juni 2015 Penulis vii

8 ABSTRAK MANAJEMEN INTEGRASI ENERGI SURYA DAN MUNICIPAL SOLID WASTE (MSW) UNTUK MENINGKATKAN PRODUKTIFITAS PEMBANGKIT LISTRIK DI BANGLI Pemerintah pusat mencanangkan pentingnya hemat energi serta berusaha untuk mengembangkan pembangkit listrik dengan menggunakan energi alternatif. Namun pemakaian energi alternatif secara keekonomian sangatlah kurang. Untuk mengantisipasi hal tersebut maka diperlukan integrasi beberapa energi alternatif, salah satunya adalah Municipal Solid Waste (MSW) yang diintegrasikan dengan energi surya (PLTS), sehingga dapat memberikan peningkatan nilai keekonomian. Limbah MSW kabupaten Bangli sebesar 180 m 3 terdiri atas 54 m 3 berupa plastik, 36 m 3 berupa kertas/kardus yang dapat digunakan sebagai bahan baku briket, 72 m 3 berupa limbah organik, pertanian dan sisa makanan, dan sisanya merupakan limbah yang tidak bisa dimanfaatkan seperti kaca, beton dan lain sebagainya, Potensi lain pembangkit listrik juga bisa didapatkan dari limbah bambu yang dihasilkan dari industri kecil dan menengah. Luas lahan tanaman bambu 120,5 ha, yang menghasilkan limbah sebesar 36,1 ton per hari. Berdasarkan integrasi tersebut dihasilkan total energi sebesar 369,53 MWh dari energi total tersebut, energi yang dapat dimanfaatkan hanya sebagian sebesar karena adanya losses, yaitu energi yang dihasilkan sebesar 163,35 MWh atau 6,80 MW dimana PLTS membantu 0,64 MW sehingga Energi yang didapat dari integrasi adalah sebesar 7,44 MW. Berdasarkan hasil tersebut, diperoleh bahwa nilai ekonomi yang dihasilkan yaitu; NPV: USD , PWB: USD , PWC : USD dan BCR: 1,2 dengan Payback Periode: 6,6 tahun. Kata Kunci : Integrasi Energi, Manajemen Integrasi, MSW, Pembangkit viii

9 ABSTRACT MANAGEMENT INTEGRATION SOLAR ENERGY MANAGEMENT AND MUNICIPAL SOLID WASTE (MSW) TO INCREASE ELECTRICAL POWER PRODUCTIVITY POWER IN BANGLI The central government declared the importance of energy saving and trying to develop plants that use alternative energy. However, the use of alternative energy in economics is lacking. To anticipate this will require the integration of several energy alternatives, one of which is the Municipal Solid Waste (MSW) that is integrated with solar energy (PLTS), so as to provide increased economic value. MSW waste Bangli district of 180 m 3 consists of 54 m 3 in the form of plastic, 36 m 3 in the form of paper / cardboard that can be used as raw material briquettes, 72 m 3 in the form of organic waste, agricultural and food waste, and the rest is waste that can not be utilized as glass, concrete and so forth, other potential power plants can also be obtained from bamboo waste generated from small and medium industries. Land area of ha of bamboo plants, which produce 36.1 tons of waste per day. The integration is based on a total energy produced MWh of total energy, the energy that can be exploited only in part of because of the losses, the energy generated at MWh or 6.80 MW to 0.64 MW in which SPP helped to Energy obtained from the integration amounted to 7.44 MW. Based on these results, it was found that the economic value generated, namely; NPV: USD 14,275,221, PWB: USD 24,014,907, PWC: USD 30,162,993 and BCR: 1.2 with Payback Period: 6.6 years. Keywords: Energy Integration, Integration Management, MSW, Power Plant ix

10 RINGKASAN MANAJEMEN INTEGRASI ENERGI SURYA DAN MUNICIPAL SOLID WASTE (MSW) UNTUK MENINGKATKAN PRODUKTIFITAS PEMBANGKIT LISTRIK DI BANGLI Adi Pratama Putra., Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, Pembimbing I., dan Dr. Ir. I Wyn. Bandem Adnyana, M.Erg, Pembimbing II. Energi listrik sangat dibutuhkan oleh penduduk dunia begitu juga oleh rakyat di Indonesia, terlebih di Bali, yang tidak memiliki sumber energi yang cukup untuk memenuhi kebutuhannya sendiri. Dengan pertumbuhan kebutuhan listrik yang pesat itu dimana pasokan listrik berasal dari kabel bawah laut dari Jawa yang sudah tidak mencukupi, maka perlu ditingkatkan daya dari energi pembangkit di Bali. Untuk mengantisipasi hal tersebut, maka diperlukan integrasi beberapa energi alternatif dalam pemanfaatan dengan menggunakan kembali potensi energi non fosil khususnya Municipal Solid Waste (MSW) atau limbah perkotaan dengan energi alternatif lainnya, yakni energy surya (PLTS). Bangli juga memiliki potensi energi lain yang cukup besar selain limbah MSW yang belum termanfaatkan sebagai energi secara optimal, limbah bambu juga berpotensi sebagai bahan baku (raw material) energi listrik. Sistem integrasi dalam penelitian ini merupakan studi kasus lokasi di Kabupaten Bangli, integrasi sumber energi ditinjau dengan beberapa parameter; parameter teknik, parameter ekonomi, parameter lingkungan dan parameter sosial. Dengan mengintegrasikan subsistem PLTS dan PLTBm Dimana pengukuran parameter teknik terdiri atas aspek materi dan energi, pengukuran parameter ekonomi terkait metode nilai bersih sekarang (NPV), dan PBP. Kondisi TPA Bangli saat ini belum dimanfaatkan secara optimal dalam penggunaanya. Debit sampah perkotaan yang dihasilkan di bangli saat ini sebesar 180 m 3 perhari, Potensi lain pembangkit listrik juga bisa didapatkan dari limbah bambu yang dihasilkan dari industri kecil dan menengah. Luas lahan tanaman bambu 120,5 ha, yang menghasilkan limbah sebesar 38,3 ton per hari, Industri energi di Bangli terdapat Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) 1 Mw dengan daya yang dihasilkan sebesar 0,64 MW. x

11 Berdasarkan integrasi tersebut dihasilkan total energi sebesar 369,53 MWh dari energi total tersebut, energi yang dapat dimanfaatkan hanya sebagian sebesar karena adanya losses, yaitu energi yang dihasilkan sebesar 163,35 MWh atau 6,80 MW dimana PLTS membantu 0,64 MW sehingga Energi yang didapat dari integrasi adalah sebesar 7,44 MW. Berdasarkan hasil tersebut, diperoleh bahwa nilai ekonomi yang dihasilkan yaitu; NPV: USD , PWB: USD , PWC : USD dan BCR: 1,2 dengan Payback Periode: 6,6 tahun. xi

12 DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DALAM... i SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT... iii LEMBAR PERSETUJUAN... iv PENETAPAN PANITIA PENGUJI... v UCAPAN TERIMAKASIH... vi ABSTRAK... vii ABSTRACT... vii RINGKASAN... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR GAMBAR... xvi DAFTAR TABEL...xvi DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 5 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Kajian Pustaka Penyediaan Energi Kajian Perencanaan Energi xii

13 2.3.1 Perencanaan Sederhana Perencanaan Terpadu Sistem Data Dasar Energi Menyusun Skenario Pertumbuhan Ekonomi Menyusun Proyeksi Permintaan Energi Mengkaji Sumber Daya Energi Mengevaluasi Teknologi Sisi Persediaan Neraca penawaran dan permintaan Melakukan Analisis Dampak Teknik Perencanaan Energi Landasan Teori BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS 3.1 Kerangka Berpikir Konsep Pengembangan Integrasi Sumber Energi Parameter Optimalisasi Integrasi Hipotesis BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Metodologi Penelitian Batasan Lokasi Penelitian Diagram Alir Penelitian Bahan dan Alat Yang Diperlukan xiii

14 4.4.1 Pengumpulan Data Primer Pengumpulan Data Sekunder Analisis Data Analisis Teknik Analisis Ekonomi Evaluasi Hasil Evaluasi Teknik Evaluasi Ekonomi BAB V HASIL PENELITIAN 5.1 Karakteristik Lokasi Penelitian Limbah perkotaan Bangli (MSW) Kondisi TPA Sekarang Kondisi Industri Energi Potensi Sumber Energi Lain di Bangli BAB VI PEMBAHASAN 6.1 Optimalisasi Energi Produksi Energi dari Limbah Perkotaan (MSW) Produksi energi MSW kering Produksi energi MSW organik basah Studi Kelayakan limbah bambu menjadi energi Potensi energi total Neraca energi xiv

15 6.2.6 Energi final Spesifikasi alat Upaya Integrasi PLTS dan PLTBm Analisis Ekonomi Tinjauan Kajian Energi Permintaan dan Penawaran Energi Optimalisasi dari sumber MSW Integrasi Dalam Penyedia Energi BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xv

16 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1.Neraca Penawaran dan PermintaanBBM di Indonesia Gambar 2.2. Neraca Permintaan-Penyediaan Listrik di Indonesia Gambar 2.3. Neraca Permintaan-Penyediaan LPG di Indonesia Gambar 2.4. Perbandingan Penggunaan Briket dengan Minyak Tanah Gambar 2.5. Proses Perencanaan Energi yang dikaitkan dengan Formulasi Kebijakan EnergiNasional Gambar 2.6. Diagram Perencanaan Energi Terpadu Gambar 2.7. Proses energi primer sekunder dan pemanfaatan Gambar 2.8. Aliran Energi dalam Rantai Industri Gambar 3.1. kerangka berfikir Integrasi Sumber Energi Gambar 3.2. Terminologi Energi Fosil dan Non Fosil Gambar 4.1. Integrasi Flow Process Electricity Gambar 4.2. Diagram Alir Penelitian Gambar 4.3. Potensi Energi Biomassa dalam jumlah ton kering Gambar 5.1. Kondisi limbah perkotaan TPA Bangli Gambar 5.2. Grafik Fluktuasi Sampah Perhari Gambar 5.3 Kondisi PLTS Bangli Gambar 5.4. Bambu potensi energi Gambar 5.5. Aliran produksi biomasa bambu Gambar 6.1 Neraca Massa Limbah msw Gambar 6.2 Grafik Energi Total Gambar 6.3. Neraca Energi msw Gambar 6.4. Grafik Energi Final Gambar 6.5. Integrasi PLTS dan PLTBm Gambar 6.6. Sumber enegri BIPV Gambar 6.7. Lay Out pemanfaatan energi MSW Gambar 6.8. Supply and demand energy Gambar 6.4. Sistimatika integrasi pembangkit xvi

17 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1 Perkiraan produksi limbah biomasa dan sejumlah sumber daya Tabel 3.2 Konversi kesetaraan penggunaan biogas Tabel 5.1 Klasifikasi Limbah Perkotaan Tabel 5.2 Perkiraan perhitungan potensi bambu-limbah yang dihasilkan oleh responden HH household handicraft Tabel 5.3 Perkiraan perhitungan limbah bambu yang diproduksi oleh responden- MSSHH Micro-Small Scale Household Handycraft Tabel 5.3 Perkiraan perhitungan dari produk sampingan dari responden-msshh (Gedeg) Tabel 6.1 Neraca Massa limbah MSW Tabel 6.2 Biaya investasi alat pembangkit dan pembuatan pembangkit Tabel 6.3 Biaya Tahunan (Annual cost) Tabel 6.4 Pendapatan tahunan (Benefit cost) Tabel 6.5 Penelitian sebelumnya xvii

18 DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG PLTS MSW PLTU PLTGU TPA PLTBm SBM TPH TWh GW MW kwh MWh kj Kg Lt NPV B/C / BCR PBP PWB PWC Q m LHV Ƞ ρ : Pembangkit listrik tenaga surya : Municipal Solid Waste atau sampah perkotaan : Pembangkit listrik tenaga uap : Pembangkit listrik tenaga gas-uap : Tempat pembuangan akhir : Pembangkit listrik tenaga biomassa : Setara barel minyak : Ton per hour : Terawatt hours : Gigawatt : Megawatt : Kilowatt hours : Megawatt hours : Kilo Joule : Kilogram : liter : Net Present Value (Nilai bersih sekarang) : Benefit Cost Ratio : Pay Back Period : Present Worth Benefits : Present Worth Costs : Kalor : Massa : Lower Heating Value (Nilai kalor bawah bahan) : Efisiensi : Massa Jenis xviii