OPTIMASI PEMBAGIAN BEBAN PLTU SURALAYA MENGGUNAKAN METODE ANT COLONY OPTIMIZATION

Transkripsi

1 OPTIMASI PEMBAGIAN BEBAN PLTU SURALAYA MENGGUNAKAN METODE ANT COLONY OPTIMIZATION Suhendar 1, Ika Want Tusyan 2, Almuddn 3 1,2,3 Jurusan Teknk Elektro, Fakutas Teknk Unverstas Sultan Ageng Trtayasa Jl. Jenderal Sudrman Km. 03 Kota Clegon - Banten emal: suhendar_tebet@yahoo.com; kawanttusyan@gmal.com; almudyuntrta@yahoo.com Abstrak Sektar 70% baya operasonal dar keseluruhan total baya yang harus dkeluarkan oleh PLTU Suralaya adalah baya bahan bakar. Angka n termasuk pemborosan untuk jangka waktu yang lama. Sehubungan dengan tu, peneltan n dtujukan untuk mengetahu optmas operas pembangkt yang efsen. Salah satu usaha untuk memnmalkan baya dengan mengoptmalkan operas pembangkt atau dsebut dengan Economc Dspatch. Economc dspatch adalah pengoperasan pembagan beban pada pembangkt-pembangkt yang ada dengan baya mnmum, pada harga beban sstem tertentu. Peneltan n, dtujukan untuk mengoptmalkan pengoperasan pembangkt d PLTU Suralaya unt 1-7 agar efsen menggunakan metode Ant Colony Optmzaton (ACO). Hasl peneltan menunjukkan bahwa angka rata-rata pembebanan Januar 2013 sebesar Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 0.861% dan penghematan rata-rata baya sebesar Rp /h. Bulan November Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 1.201% penghematan baya Rp /h. Bulan September Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 1.101% serta penghematan rata-rata bahan bakar sebesar Rp /h. Bulan Jul Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 0.616% dan penghemtan rata-rata bahan bakar sebesar Rp /h. Bulan Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 0.786% serta rata-rata penghematan bahan bakar sebesar Rp /h. Oleh karena tu total penghematan bahan bakar selama 5 bulan sebesar Rp /h. Dengan demkan hasl peneltan menunjukkan bahwa peggunaan karakterstk pembangkt yang berbeda-beda selama 1 bulan, 6 bulan, 1 tahun berbantu analss metode Ant Colony Optmzaton (ACO) mampu menghaslkan konsums bahan bakar yang mnmum. Kata Kunc : Optmas, Economc Dspatch, Ant Colony Optmzaton. 1. PENDAHULUAN Bahan baku energ merupakan bagan terbesar dalam pembayaan operas stem tenaga lstrk, sektar 80% dar baya operas secara keseluruhan. Baya n sangat mempegaruh nak turunnya pemakaan bahan bakar dar penggunaan energ lstrk oleh beban [1]. Pada PLTU Suralaya baya bahan bakar sektar 70% dar baya operas secara keseluruhan. Sehngga sangat dperlukan cara pengoperasan total pembangkt yang efsen. Usaha untuk memnmalkan baya pembangktan dsebut Economc Dspatch. Economc dspatch adalah pengoperasan pembagan beban pada pembangkt-pembangkt yang ada dengan baya mnmum, pada harga beban sstem tertentu [12]. Dalam tugas akhr n pengoperasan pembangkt mnmum dlakukan d PLTU Suralaya unt 1-7 menggunakan ant colony optmzaton (ACO). Algortma n berdasarkan atas perlaku sekelompok semut dalam mencar jalur terpendek dar sarang kesuatu sumber makanan. Karakterstk unt pembangkt thermal terdr dar gross nput dan net output. Gambar 1 menjelaskan pada unt pembangkt terdr dar sebuah boler untuk menghaslkan uap sehnga turbn akan terkopel dengan rotor dar generator. Gross nput adalah total nput dan dukur dalam dolar per jam, atau ton bahan bakar per jam atau kubk gas per jam atau bentuk unt yang lannya. Sedangkan net output adalah output daya lstrk yang terseda untuk penggunaan pada sstem tenaga. Karakterstk dar unt turbn uap dgunakan beberapa konstanta sebaga berkut [17]: H = Btu per jam nput panas pada unt (Mbtu/h) 440

2 F = Baya bahan bakar dkalkan H sehngga hasl yang ddapatkan R per jam (R/h) nput pada unt untuk bahan bakar. Boler Turbn G Gross Netto A/P Gambar 1. Pemodelan boler-turbn-generator pada pembangkt thermal [17] Sedangkan Gambar 2 merupakan karakterstk output-nput dar unt pembangkt tenaga uap yang deal. Input unt dnyatakan dalam energ panas (MBtu/jam) atau bentuk baya total per jam (R/jam). Sedangakan outputnya adalah daya lstrk dar unt tersebut. Bentuk karakterstk outputnput tampak halus berupa kurva cembung.[20] H (MBtu/jam) atau F (R/jam) H ΔP ΔH /ΔF P Pmn Pmax Gambar 2. Kurva nput output pembangkt tenaga uap [17] 1.1 Persamaan Economc Dspatch n C t C 1 (1) Atau C P P (2) 2 keterangan : Ct = total baya produks ($) C = fungs baya nput-output pembangkt ($/hour) P = daya yang dbangktkan pembangkt (MW),, = konstanta nput output pembangkt n = jumlah pembangkt Kombnas daya output yang dbangktkan oleh tap-tap generator pada sstem harus memenuh kebutuhan daya dar sstem (equalty constrant), dengan persamaan [17][18]: n 1 P P D (3) 441

3 Daya output pembangkt harus memenuh batasan mnmum serta maksmum dar daya yang dapat dbangktkan oleh masng-masng generator (nequalty constrant) dengan persamaan [17]18]: P mn P P (4) max 1.2 Ant Colony Optmzaton Ant Colony Optmzaton merupakan algortma yang mengkut prlaku kolon semut (sstem semut). Prlaku kolon semut dsn adalah semut mampu menemukan rute terpendek dalam perjalanan dar sarang ke tempat-tempat sumber makanan [12]. Algortma n basa dgunakan untuk menyelesakan masalah komputas melalu grafk yang ternspras dar prlaku semut dalam menemukan jalur dar sarang menuju makanan.[15] Semut yang melalu suatu lntasan dpengaruh oleh feromon. Feromon n akan menguap, jka semakn banyak semut melalu jalan tersebut. Maka semakn jelas lntasan yang dlalu. Sehngga lntasan yang dlalu semut dalam jumlah sedkt, semakn lama semakn berkurang kepadatan semut yang melewatnya, atau bahkan akan tdak dlewat sama sekal. Sebalknya lntasan yang dlalu semut dalam jumlah banyak, semakn lama akan semakn bertambah kepadatan semut yang melewatnya, atau bahkan semua semut melalu lntasan tersebut. Stgmergy adalah proses pennggalan feromon, proses n bertujuan untuk mengngat jalan pulang ke sarang dan komunkas semut dengan kolonnya. Secara lengkap algortma atau langkah-langkah dalam Ant Colony Optmzaton, yatu: 1. Insalsasa parameter algortma Ant Colony Optmzaton Tetapan sklus-semut (Q), Jumlah semut (m), dan Ketahan feromon (alpha) (ρ) 2. Setelah nsalsas kota pertama semut dlakukan, kemudan jumlah semut (m) dtempatkan pada kota pertama tertentu secara acak. 3. Transs status (state transton rule) Semut memutuskan ke ruas mana a akan perg serta dapat memlh untuk perg ke ruas baru (ruas yang belum dkunjung semut lannya) atau ruas yang terbak (ruas yang mempunya jumlah feromon terbanyak dan jarak terpendek) secara probablstk. Transs status yang dgunakan oleh ant system dnama random proportonal rule.semut memlh suatu jalur yang akan dlalu mula dar ttk r menuju ke ttk s dalam suatu perjalanan dengan probabltas [12]: p(r,s) (r,s) s,l N (r,l) t k r (5) matrx γ(r,s) merepresentaskan jumlah ntenstas feromon antara ttk r dan s. Setelah tu feromon akan dperbaharu melalu persamaan berkut[12] : (r,s) (r,s) y k (r,s) (6) nla α memlk nterval 0 < α < 1 n merupakan daya tahan suatu feromon, maka (1- α) merepresentaskan penguapan yang terjad pada feromon dan Δγ k (r,s) merupakan jumlah feromon yang semut k jatuhkan pada jalur (r,s). 4. Pheromone lokal (local pheromone updatng) Jejak feromon (r,s) dar perjalanan terbak yang telah dlakukan semut akan dperbaharu [12] Q ( r,s) (r,s) r,s J f best k best (7) Q merupakan sebuah konstanta postf yang sangat besar nlanya. 5. Pembaruan feromon global (global pheromone updatng) 442

4 Global pheromone updatng dgunakan untuk menghndar terjadnya stagnan (suatu stuas dmana semut akan mengkut jalur yang sama), maka kekuatan jejak feromon dbatas pada nterval: mn f (r,s) mn (r,s) max f (r,s) max (8) Batas atas dan batas bawahnya adalah sebaga berkut[12] : max 1 f best (9) M adalah jumlah semut mn M max 2 (10) 2. METODOLOGI Gambar 3 menjelaskan tentang dagram blok peneltan dengan 3 parameter yatu nput, proses dan parameter output. Parameter nput dalam peneltan n terdapat 2 yatu nput economc dspatch dan ant colony optmzaton. 1. Input economc dspatch terdr dar a. batas mnmum dan batasan maksmum daya yang dbangktkan dar masng-masng generator. b. nla karakterstk dar pembangkt (alfa,beta,gamma). Nla n ddapatkan dar kurva polynomal pembangkt dengan kordnat (x,y). Kordnat x adalah daya yang dbangtkan sedangkan koordnat y adalah bahan bakar yang dgunakan. Lebh jelasnya dapat dlhat pada gambar 5 flowchart untuk menghtung α, β dan γ. Nla karakterstk n yang akan masuk dalam perhtungan algortma ant colony optmazton. 2. Input Ant Colony Optmazton Dalam tugas akhr n, nput-an yang dgunakan pada algortma Ant Colony Optmazton terdr dar nsalsas parameter yang dgunakan yatu jumlah semut sebanyak 10, teras maksmum sebsar 500, ketahanan feromon sebesar Permntaan Daya Maksud dar permntaan daya adalah jumlah pemntaan daya yang akan dkrmkan ke sstem. Sehngga hasl smulas dar masng-masng daya yang dbangktkan generator totalnya sama dengan permntaan daya sesua dengan equalty constrant persamaan 3 a. Proses Pada bagan n merupakan proses yang dlakukan dengan menggunakan Ant Colony Optmazton untuk mendapatkan pemakaan bahan bakar yang mnmum. Ddalam proses semua parameter nput yang dmasukan dhtung sehngga menghaslkan penghematan pemakan bahan bakar. Input dar nsalsas parameter ACO dgunakan untuk mendapatkan daya yang dbangktkan. Sehngga nla daya yang terbangktkan dapat dmasukkan dalam perhtungan persamaan matemats dar economc dspatch persamaan (1) dengan melhat batasan nequalty constran persamaan (4) dan equalty constran persamaan (3). b. Output Hasl yang dharapkan adalah kombnas dar masng-masng daya yang terbangktkan dengan melhat penggunaan konsums bahan bakar yang mnmum dan tdak terlepas dar batasan nequalty constran persamaan (4) dan equalty constran persamaan (3). 443

5 Parameter nput: 1..Economc Dspatch: 2. Ant Colony Optmzaton 3. Permntaan Daya Proses : Ant Colony Optmzaton output: 1.Daya 2.Pemakaa n bakar bakar mnmum Gambar 3. Dagram blok peneltan Tabel 1.Karakterstk Pembangkt Selama 1 dan 6 Bulan 1 Bulan Unt Alfa Beta Gamma Unt Alfa Beta Gamma UNIT UNIT UNIT UNIT UNIT UNIT Bulan UNIT UNIT UNIT UNIT UNIT UNIT UNIT UNIT Tabel 2.Karakterstk Pembangkt Selama 12 Bulan Unt Alfa Beta Gamma UNIT UNIT Bulan UNIT UNIT UNIT UNIT UNIT Langkah selanjutnya adalah perancangan program smulas optmas menggunakan metode ACO (Ant Colony Optmzaton). 444

6 Start Insalsas Parameter ACO Insalsas Poss Awal Pheromone Htung Daya yang dbangktkan Htung Objectve Functon Update Local Pheromone Update Global Pheromone Iteras=Maksmum? Tdak Ya Menamplkan Pemakaan Bahan Bakar Mnmum End Gambar 4. Dagram Alr Penggunaan Ant Colony Optmzaton 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Operas optmal pada pembangkt dapat dketahu dengan melhat karakterstk pembangkt. Karakterstk pembangkt dgunakan untuk mengetahu konsums bahan bakar yang optmal. Nla karakterstk pembangkt penuls dapatkan dar data laporan haran d PLTU UBP Suralaya unt 1-7. Pengamblan karakterstk pembangkt penuls membag dalam 3 yatu dalam 1 bulan, 6 bulan dan 12 bulan. Nla karaterstk n dgunakan untuk mencar kombnanas pembangkt yang akan doperaskan berdasarkan pada batasan fungs objektf sehngga mendapatkan pengunaan konsums bahan bakar yang mnmum. Pengujan n dlakukan pada bulan Januar 2013 dengan menggunakan karakterstk 1 bulan, bulan September dan bulan November 2012 menggunakan karakterstk 6 bulan. Sedangakan karakterstk 12 bulan pengujan n dlakukan pada bulan Jul dan Februar Pada pembebanan bulan Januar 2013 ddapatkan kombnas unt-unt pembangkt yang optmal yatu: 445

7 Tabel 3. Model pembebanan Unt Pembangkt Suralaya Januar 2013 Pdemand (Mwaat) Data Pembebanan Indonesa Power UBP Suralaya Januar 2013 Unt 1 Unt 2 Unt 3 Unt 4 Unt 5 Unt 6 Unt 7 Bahan Bakar (Mmbtu) Tabel 4. Pembebanan Suralaya Januar 2013 Menggunakan ACO Pdemand (Mwaat) Data Pembebanan smulas ACO Januar 2013 Unt 1 Unt 2 Unt 3 Unt 4 Unt 5 Unt 6 Unt 7 Bahan Bakar (Mmbtu) Tabel 5. Penghematan yang dhaslkan Bulan Januar 2013 Pembebanan Bulan Januar 2013 Pdemand (MW) Pemakaan BAHAN BAKAR(Mmbtu/h) Lapangan ACO Selsh Hasl rata-rata penghematan bahan bakar bulan Januar 2013 ddapatkan sebesar Mmbtu/h dengan baya Rp /h dan effsensnya sebesar 0.861%. Sedangkan hasl rata-rata penghematan bahan bakar bulan Februar 2012 ddapatkan sebesar Mmbtu/h dengan baya Rp /h dan effsensnya sebesar 0.786%. 4. PENUTUP Dar hasl pengujan yang dlakukan dengan menggunakan smulas ACO pada varas nla karakterstk pembangkt yang berbeda, ddapatkan rata-rata penghematan bahan bakar yatu : 1) Januar Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 0.861% 2) November Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 1.201% 3) September Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 1.101% 4) Jul Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 0.616% 5) Februar Mmbtu/h dengan efsens bahan bakar sebesar 0.786% 446

8 Sedangkan penghematan rata-rata baya bahan bakar yang ddapatkan sebesar: 1) Januar Rp /h 2) November Rp /h 3) September Rp /h 4) Jul Rp /h 5) Februar Rp /h Total penghematan bahan bakar selama 5 bulan adalah Rp /h DAFTAR PUSTAKA Harun, Nadjamuddn. Perancangan Pembangkt Tenaga Lstrk program stud teknk elektro jurusan fakultas teknk Unverstas Hasanuddn,Makassar,2011. Pudjo W,Prabowo dan Rahmadya. Penerapan soft computng dengan matlab Rekayasa Sans, Bandung,2009. Cekdn,Cekmas. Sstem tenaga lstrk contoh soal dan penyelesaannya mengunakan matlab,and,yogyakarta,2006. Sswanto,Marmo, Mengoptmalkan pembagan beban pada unt pembangkt PLTGU Tambak,lorok dengan metode lagrang multpler.tugas akhr jurusan Teknk Elektro Unverstas Dponegoro,2001. Basuk,Cahyo Ad, Analsa konsums bakan bakar pada pembangkt lstrk tenaga uap dengan menggunakan metode least square. Tugas akhr jurusan Teknk Elektro Unverstas Dponegoro,2008. Lucana,Erlne, Smulas perhtungan pembebanan ekonoms pada pusat lstrk tenaga desel dengan metode Dynamc Programmng (Stud kasus d PT.Artera Daya Mula). Tugas akhr jurusan Teknk Elektro Unverstas Dponegoro,2009. Sukma,Dan Yayan. Optmas Pembangkt Termal Menggunakan Metode Dynamc Programmng. Jurusan Teknk Elektro Unverstas Rau. Pothya,Saravuth.Ngamroo Issarach & K.Waree. Ant colony optmzaton for economc dspatch problem wth non-smooth cost functons. Electrcal Power and Energy Systems 2010:32: Song,Y.H. Chou,C.S.V.& Mn.Y.Large Scale Economc Dspatch by Artfcal Ant Colony Search Algorthms.IEEE Electrc Machnesand Power Systems 1999:27: Krsna,Ida Bagus. Economc Dspatch Menggunakan Ant Colony Optmzaton pada sstem Transms 500 KV Jawa Bal.Jurusan Teknk Elektro Insttut Teknolog Sepuluh November Stevano. Pembebanan Ekonoms Pada Pusat Pembangkt Termal Menggunakan Partcle Swarm Optmzaton dan Iteras Lamda.Jurusan Teknk Elektro Unverstas Sultan Ageng Trtayasa Hlmawan,Ryan. Sstem Pendukung Pengambl Keputusan Optmas Penjadwalan Pembangkt Lstrk Tenaga Termal Menggunakan Metode Pengal Langrang.Jurusan Teknk Elektro Unverstas Sultan Ageng Trtayasa Ward,Ibnu Sna. Penggunaan Graf dalam Algortma Semut Untuk Melakukan Optmas. Program Stud Teknk Informatka Insttut Teknolog Bandung. Hermanto,Eko. Perancangan Sstem Pnejadwalan Ujan Semester Berbass Web Menggunakan Algortma Semut.Jurusan Teknk Elektro Unverstas Sultan Ageng Trtayasa Agus, Hand. Operas Sstem Tenaga Lstrk Resume.Jurusan Penddkan Teknk Elektro Falkultas Penddkan Teknolog dan Keuruan Unverstas Penddkan Indonesa Saadat,Had. Power Syatem Analyss.McGraw Hll, New York Musrn,Ismal Ant Colony Optmzaton (ACO) Technque n Economc Power Dspatch Problems. Internatonal Multconference of Engneers and Computer Scentsts.Hongkong.2008.Volume 2. Fahlusyanto. Operas Ekonoms PLTU PT.KDL Dengan Metode Dynamc Programmng.Jurusan Teknk Elektro Unverstas Sultan Ageng Trtayasa Marsud,Djteng. Operas Sstem Tenaga Lstrk,Graha Ilmu,Yogyakarta,