PEMODELAN OPTIMASI OPERASIONAL WADUK-WADUK BESAR DI KALI BRANTAS UNTUK PRODUKSI ENERGI MENGGUNAKAN DATA DEBIT REAL TIME

Transkripsi

1 MAKALAH SEMINAR THESIS PEMODELAN OPTIMASI OPERASIONAL WADUK-WADUK BESAR DI KALI BRANTAS UNTUK PRODUKSI ENERGI MENGGUNAKAN DATA DEBIT REAL TIME MAHASISWA: DWI PANGESTUTI DOSEN PEMBIMBING: PROF.DR.Ir. NADJADJI ANWAR, MSc KONSENTRASI HIDROIFORMATIKA PROGRAM PASCASARJANA MRSA FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010

2 PEMODELAN OPTIMASI OPERASIONAL WADUK-WADUK BESAR DI KALI BRANTAS UNTUK PRODUKSI ENERGI MENGGUNAKAN DATA DEBIT REAL-TIME. ABSTRAK Seiring dengan pertumbuhan penduduk dan industri, kebutuhan akan energi listrik dari tahun ke tahun terus mengalami peningkatan. Apalagi akhir-akhir ini juga terjadi pemadaman bergilir yang sering diberlakukan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN). Maka, pemanfaatan fungsi waduk sebagai pembangkit listrik tenaga air perlu ditingkatkan. Tetapi, mengingat akan keterbatasan tersedianya air tersebut untuk berbagai kebutuhan, maka perlu dilakukan pemanfaatan air waduk dengan sebaik-baiknya. Pemodelan optimasi waduk-waduk besar di hulu brantas untuk produksi energy ini digunakan program bantu Quantitative Methods Teknik For Windows 3 (QM For Windows 3) dengan pokok bahasannya integer and mixed integer programming. Data yang digunakan untuk pemodelan adalah data debit sepuluh harian pada bulan Nopember 2006 sampai dengan bulan Oktober 2007 yang ditransformasikan menjadi volume sepuluh harian di tiap waduk, data tampungan di waduk Karangkates pada bulan Oktober 2006 untuk memverifikasi pemodelan optimasi tersebut. Optimasi produksi energy ini dititikberatkan pada produksi maksimal di tiap unit pembangkit yang terdapat di waduk, antara lain di Sengguruh sebesar 2x14,5 MW, di Karangkates 3x35 MW, wlingi 2x24 MW dan di Lodoyo sebesar 4,5 MW. Kondisi tersebut akan dimodelkan secara serial, yaitu optimasi energy secara satu kesatuan. Dikatakan optimasi maksimum adalah jika produksi pada waduk serial mencapai 192,5 MW atau seluruh unit pembangkit di waduk serial tersebut dapat beroperasi/memutar turbin. Sedangkan alternative analisa pemodelannya dilakukan dengan menggunakan pola operasional pada beban dasar dan beban puncak (6 jam), dengan asumsi kondisi tampungan awal di waduk Karangkates dianggap kosong dan kondisi penuh. Dari pemodelan ini didapatkan produksi energy pada beban dasar dengan tampungan awal di Karangkates kosong sebesar 1206,9 juta KWH sedangkan kondisi penuh dicapai 1555,95 juta KWH. Untuk operasional beban puncak menggunakan tampungan awal di Karangkates kondisi kosong dicapai produksi sebesar 1308,89 juta KWH dan pada kondisi penuh sebesar 1345,61 juta KWH. Selanjutnya untuk kondisi tampungan awal di Karangkates pada operasional beban dasar dengan periode awalnya bulan Januari 2006 diperoleh produksi energy 1907,67 juta KWH, sedangkan pada operasional beban puncak sebesar 1396,28 juta KWH sebelum ditambahkan dengan operasional di Sengguruh pada decade ke-27 sampai decade 33 beban puncak selama 5 jam, sehingga total produksi energinya menjadi 1414,58 juta KWH. Untuk memverifikasi hasil penelitian tersebut digunakan data pembanding yang ada di lapangan dengan produksi energy sebesar 706,43 juta KWH. Jadi hasil dari penelitian jauh lebih baik jika dibandingkan dengan kondisi eksistingnya. Persentase kenaikan produksinya sekitar 199,83 %. Kata kunci : optimasi, pola operasi waduk, produksi energy listrik, waduk serial

3 I.PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Seiring dengan pertumbuhan penduduk dan industri, kebutuhan akan energi listrik dari tahun ke tahun terus mengalami peningkatan. Apalagi akhir-akhir ini juga terjadi pemadaman bergilir yang diberlakukan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN). Pada tahun 1993/1994 konsumsi energi listrik untuk Pulau Jawa dan Bali GWH (Giga Watt Hour) dengan beban puncak MW (Mega Watt). (Gustiana,1998). Mengingat keterbatasan tersedianya air tersebut untuk berbagai kebutuhan di atas, maka perlu dilakukan pemanfaatan dengan sebaik-baiknya. Antara lain dengan mengoptimalkan semua elemen dan potensi waduk yang ada dengan menggunakan suatu pola operasi tertentu (NTIS, 1983) atau dengan pembangunan waduk baru. Waduk yang digunakan dalam obyek penelitian ini adalah waduk yang terletak di hulu sungai Brantas, di kabupaten Malang bagian selatan Jawa Timur. Waduk-waduk besar tersebut antara lain, waduk Sengguruh, waduk Karangkates, waduk Wlingi dan waduk Lodoyo. Dengan daya listrik terpasang saat sekarang masing-masing sebesar 2x14,5 MW; 2x35 MW-1x35 MW; 2x27 MW dan 1x 4,5 MW. Jadi diharapkan dari penelitian ini, total energy yang dapat diproduksi oleh waduk serial adalah sebesar 192,5 MW. Alasan kenapa hanya wadukwaduk tersebut yang akan digunakan dalam studi kasus ini adalah karena waduk-waduk tersebut terletak secara seri, jadi bisa dimungkinkan untuk dijadikan model yang pengoperasiannya bisa disusun secara satu kesatuan dari hulu menuju hilir. PERMASALAHAN Setelah telah diuraikan di latar belakang, maka permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini, adalah : Bagaimana bentuk model optimasi yang dapat digunakan di waduk-waduk di Kali Brantas tersebut? Parameter apa saja yang dapat memberikan nilai paling optimum untuk pemodelan dan bagaimana pengaruh masing-masing parameter terhadap model yang dihasilkan jika dibandingkan dengan model pada kondisi eksisting? Berapa energi yang dihasilkan setelah dilakukan penelitian? TUJUAN Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini, antara lain : Didapatkan bentuk model optimasi untuk waduk-waduk besar di DAS Brantas tersebut Didapatkan parameter-parameter yang memberikan nilai optimum pada model dan dapat memberikan gambaran pengaruh tiap parameter terhadap model yang dihasilkan dibandingkan dengan model eksisting Didapatkan angka total jumlah energi yang dihasilkan dari penelitian tersebut BATASAN MASALAH Studi penelitian ini mempunyai batasan lingkup bahasan : Waduk-waduk yang dianalisa antara lain; waduk Sengguruh, waduk Karangkates, waduk Wlingi dan waduk Lodoyo (untuk waduk di bagian hulu sungai Brantas saja). Tools yang digunakan di dalam penelitian ini adalah Program Linier dengan menggunakan program bantu Quantitative Methods For Windows 3. Data yang digunakan adalah bulan Nopember 2006 sampai dengan Oktober MANFAAT Manfaat dari Pemodelan Optimasi Operasional Waduk-Waduk Besar di Kali Brantas Untuk

4 Produksi Energi Menggunakan Data Debit Real Time ini adalah nantinya model dapat diimplementasikan pada pengoperasian wadukwaduk besar di DAS Brantas tersebut, dalam hal ini untuk peningkatan produksi energi listrik (PLTA). II. DASAR TEORI DAN PUSTAKA 2.1 TINJAUAN PUSTAKA Penyusunan pola operasi waduk yang terletak secara seri perlu disusun secara satu kesatuan. Jika tidak, maka permasalahan yang akan timbul adalah (Gunawan, 2005) : 1) Jika air disimpan terlalu banyak pada waduk yang terletak pada bagian hulu maka pada waduk bagian hilir waduk akan mengalami kekurangan air. 2) Jika air yang dilepas terlalu banyak maka resiko keruntuhan bisa terjadi pada waduk yang ada di hilir. 2.2 DASAR TEORI DAYA TURBIN Daya yang dihasilkan oleh turbin (dalam system metric) adalah sebagai berikut: γ = 1000 kg/m 3. (2.2) Di mana, E= kilowatt Jam (KWH) t = waktu (jam) KARAKTERISTIK WADUK 1. Kapasitas mati (dead storage zone) dipergunakan untuk pengumpulan sediment. 2. Kapasitas efektif (effective/usefull storage) merupakan kapasitas yang dipergunakan untuk konservasi sumber air (penyediaan air baku, irigasi, PLTA, dll), sehingga setiap pemanfaatan waduk dalam konservasi waduk dapat memenuhi kapasitas efektif waduk. 3. Kapasitas penahan banjir (flood control) merupakan kapasitas waduk yang bertujuan untuk menahan kelebihan air guna mengurangi potensi kerusakan akibat banjir. OPTIMASI DENGAN PROGRAM LINIER Persamaan linier dapat digunakan untuk persoalan optimasi yang mempunyai bentuk ketidaksamaan dengan syarat fungsi tujuan dan fungsi kendala merupakan persamaan linier. Berikut adalah bentuk standar program simpleks: (2.8) Q = debit (m 3 /dt) H = head/ tinggi air jatuh (m) η = efisiensi turbin % = 88% PS = PferdStarke = HP = 1/1,341 KW N= daya yang dihasilkan (KW) Sedangkan untuk perhitungan energy yang dihasilkan oleh pembangkit di tiap-tiap waduknya adalah sebagai berikut: (2.3)

5 III. METODOLOGI Mulai mempunyai guna untuk memproduksi energi listrik tenaga air/ PLTA. Persiapan Studi Literatur & Survei Lapangan Data-data Inflow, Outflow dan Tampungan tiap-tiap waduk Outflow akhir PLTA 1x4.5 MW Waduk Lodoyo Inflow dari Kali Jari, Ewuh, Bambang, dan Lekso PLTA 2x27 MW Waduk wlingi Tambahan PLTA di Sutami 1x35 MW PLTA 2x35 MW Waduk sutami Inflow dari kali Lahor PLTA 2x14.4 MW Waduk sengguruh Inflow awal Optimasi menggunakan Program Linier (untuk tiap-tiap waduk) Tidak Pengatur debit air PLTA Wlingi Pengendali pasir G. Kelud dan irigasi Pengendali banjir dan penyedia air baku Pengendali sedimen waduk Sutami Energi Maksimum?? Analisa Hasil Selesai IV. KONDISI DAERAH STUDI Waduk Karangkates adalah waduk dengan fungsi desainnya sebagai waduk tahunan sedangkan yang ketiga waduk lainnya (waduk Sengguruh, waduk Wlingi dan waduk Lodoyo) adalah waduk harian. Adapun batas wilayah lokasi studi ini adalah sebagai berikut : Batas Utara : Kota Malang, Kab. Kediri Batas Selatan: Samudera Indonesia Batas Timur : Kabupaten Lumajang Batas Barat V. ANALISA HASIL Ya : Kabupaten Tulungagung SISTEM PERMODELAN Waduk Sengguruh, Sutami-Lahor, Wlingi dan Lodoyo adalah waduk yang terletak secara seri yang pembangunannya mempunyai kesamaan manfaat. Yaitu masing-masing Berikut adalah model yang dihasilkan dari penelitian ini: Dimana: Z = nilai tujuan yang akan dicapai (maksimalkan energy MW) dalam 1 tahun. = besar daya yang dibangkitkan oleh satu unit pembangkit di waduk Sengguruh pada interval waktu per dekade (MW) = besar daya yang dibangkitkan oleh satu unit pembangkit di waduk Karangkates pada interval waktu per dekade (MW) = besar daya yang dibangkitkan oleh satu unit pembangkit di waduk Wlingi pada interval waktu per dekade (MW) = besar daya yang dibangkitkan oleh satu unit pembangkit di waduk Lodoyo pada interval waktu per dekade (MW), = unit pembangkit yang beroperasi di tiap waduk pada dekade ke-i selama tahun 2006 sampai Batasan/kendala yang digunakan adalah sebagai berikut: Jumlah turbin

6 Operasi turbin VI. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian tersebut antara lain:, 0 dan integer 0 dan real Model yang digunakan untuk menyelesaikan pemodelan optimasi waduk-waduk besar di hulu Brantas untuk produksi energy menggunakan data debit real time yaitu sebagai berikut: Jumlah turbin Program bantu QM for Windows 3 digunakan untuk menyelesaikan persamaan model di atas dengan asumsi beberapa alternative operasional, antara lain: 1) Operasional beban dasar dengan tamp awal di Karangkates kosong 2) Operasional beban puncak dengan tamp awal di Karangkates kosong 3) Operasional beban dasar dengan tamp awal di Karangkates penuh 4) Operasional beban puncak dengan tamp awal di Karangkates penuh 5) Operasional beban dasar dengan tamp awal di Karangkates 119,88 juta meter kubik 6) Operasional beban puncak dengan tamp awal di Karangktaes 119,88 juta meter kubik 7) Oerasional beban dasar dengan tamp awal di Karangkates 113,41 juta meter kubik 8) Operasional beban puncak dengan tamp awal di Karangkates 113,41 juta meter kubik Operasi turbin, 0 dan integer 0 dan real Parameter yang dapat memberikan nilai optimal pada pemodelan tersebut antara lain: 1. Unit pembangkit yang dapat beroperasi. 2. Data inflow di Sengguruh, air yang melimpah dari Karangkates dan lateral inflow di tiap-tiap waduk serial tersebut. 3. Periode waktu yang digunakan. 4. Kondisi operasional, dalam hal ini beroperasi pada beban dasar atau beban puncak. Karena volume untuk memutar satu unit turbin juga berbeda pada kedua kondisi tersebut.

7 Berikut adalah besar energy yang dihasilkan dari pemodelan optimasi waduk-waduk besar di hulu Brantas untuk produksi energy: Hasil perhitungan menggunakan program bantu No. awal periode tampungan awal di Kr.kates energi (kwh) beban dasar beban puncak 1 Nop 2006 Kosong (Nol) 1,206,921,600 1,308,895,200 2 Nop 2006 Penuh (175 juta meter kubik) 1,552,953,600 1,345,615,200 3 Nop juta meter kubik 1,531,785,600 1,359,406,800 Hasil perhitungan menggunakan data eksisting No. awal periode tampungan awal di Kr.kates energi (kwh) beban dasar beban puncak 1 2 Jan'2006 Jan' juta meter kubik kondisi eksisting 1,907,668,800-1,396,278, ,968,540 Produksi energy sesuai eksisting sebesar kwh, dapat ditingkatkan menjadi beban puncak kwh ditambah dengan pemanfaatan air untuk produksi energy di waduk Sengguruh dengan beban puncak pengoperasian 5 jam pada decade yang menghasilkan energy kwh. Sehingga produksi energy total sebesar kwh atau meningkat menjadi 200,2 % dari produksi eksisting. SARAN Berdasarkan pada kesimpulan tersebut di atas, maka perlu dilakukan: 1) Penelitian dengan periode waktu harian atau per-jam-an, agar dihasilkan produksi energy yang lebih detail lagi sehingga hasil yang didapatkan lebih mendekati dengan keadaan yang ada di lapangan. 2) Untuk studi lebih lanjut, bisa dikembangkan dengan kombinasi operasional pada beban puncak dan beban dasar. Yaitu dengan menambahkan/menganggap variable X-nya ada 8, masing-masing empat untuk operasional pada beban dasar dan empat untuk beban puncak: X sd, X sp, X kd, X kp, X wd, X wp, X ld, X lp Tiap variabel dianggap sebagai unit turbin: S 1, S 2, K 1, K 2, K 3, W 1, W 2, L 1, dengan syarat integer 0/1. 3) Perlu dilakukan penelitian selanjutnya dengan terlebih dahulu memperhitungkan peramalan data debit inflow di tiap-tiap waduk tersebut sehingga target produksi energy untuk tahun yang akan datang dapat diketahui. DAFTAR PUSTAKA Anis, Muchlison dkk Optimasi Perencanaan Produksi Dengan Metode Goal Programming. Jurnal Ilmiah Teknik Industri Universitas Muhammadiyah Surakarta vol.5 No.3. Surakarta Arismunandar, Wiranto Penggerak Mula: Turbin. ITB, Bandung. Buras, Nathan Scientific Allocation Of Water Resources. American Elsevier Publising Company, Inc. New York. Gunawan, Gusta Evaluasi pola operasi multi waduk sebagai upaya untuk memberikan nilai tambah pada waduk yang terletak secara serial. Jurnal Penelitian UNIB vol.ix No.1. Bengkulu. Juwono, Pitoyo.T handout kuliah : Manajemen Sumber Daya Air. FTSP, ITS, Surabaya. Hadihardaja, Iwan K Analisis Kehandalan Pengoperasian Optimal Waduk Kaskade Citarum Untuk Pemenuhan air Baku. Jurnal Desain dan Konstruksi vol.5 No.1. Bandung. Luknanto, Djoko bahan kuliah hidrolika komputasi: Model Matematika. Fakultas Teknik UGM, Jogjakarta.

8 Lund, Jay. R and Joel Guzman Some Derived Operating Rules for Reservoirs in Series or in Parallel. Jurnal of Water Resources Planning and Management, vol.125 No.3. University of California. Marsudi, Djiteng Operasi Sistem Tenaga Listrik. Graha Ilmu, Yogyakarta. Mays, Larry W. dkk Hydrosystems Engineering and Management. McGraw-Hill, Inc. Subekti, Imam Studi Hidrologi Pada Beberapa PLTM Penjajagan Untuk Kemungkinan Peningkatan Kapasitas Terpasangnya. Jurnal Energi dan Listrik, vol.v No.2. PT.PLN (Persero) PPMK. S, Petrus Antisipasi Banjir Dan Limpasan Melalui Pola Operasi Waduk Kaskade Citarum. Jurnal Energi Dan Listrik, vol.vii No.4. Puslitbang Pengairan, Bandung. Sumarno, Pendekatan dan Pemodelan Sistem. UNIBRAW, Malang. Wangsadipura, Mulyana. 2006, Penggunaan Program Dinamik Deterministik dalam Penentuan Kurva Peengatur Pengoperasian waduk Berdasarkan Kondisi Musim Tahun Air. Jurnal Infrastruktur dan Lingkungan Binaan.