Kajian Potensi Kerugian Akibat Penggunaan BBM pada PLTG dan PLTGU di Sistem Jawa Bali

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Prin) A-1 Kajian Poensi Kerugian Akiba Penggunaan BBM pada PLTG dan PLTGU di Sisem Jawa Bali Luqman Nur Imansyah, Rony Seo Wibowo, dan Soedibyo Jurusan Teknik Elekro, Fakulas Teknologi Indusri, Insiu Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Absrak Dalam pengoperasian sisem enaga lisrik perlu dilakukan peminimalan biaya operasi aau fuel cos. Tujuannya agar daya beban eap erpenuhi, sedangkan biaya operasi dapa diekan. Fakor yang menjadi perimbangan dalam meminimalkan biaya operasi adalah harga bahan bakar. Selama ini pemakaian Bahan Bakar Minyak (BBM) dalam pengoperasian pembangki lisrik menimbulkan kerugian dari sisi biaya operasi. Hal ersebu dikarenakan poensi gas alam yang dalam penggunaannya lebih efisien dan murah oleh pemerinah Indonesia lebih dikhususkan unuk kebuuhan ekspor. Maka, kajian didalam ugas akhir ini ialah mengenai seberapa besar dampak kerugian penggunaan BBM pada pembangki lisrik. Alasan PLTG dan PLTGU dipilih yaiu karena pembangki ini memiliki efisiensi hermal yang inggi, sehingga dapa menggunakan bahan bakar dari berbagai jenis minyak. Dynamic Opimal Power Flow (DOPF) dipakai unuk menghiung biaya operasi dengan menggunakan meode Quadraic Programming. DOPF dilakukan dengan menggunakan program Mapower dan sofware malab. Sisem yang digunakan yaiu PLTG dan PLTGU yang beroperasi pada sisem kelisrikan Jawa Bali 500 kv. Kaa Kunci Kaa kunci : Biaya Operasi Pembangkian, Dynamic Opimal Power Flow (DOPF), Quadraic Programming. I. PENDAHULUAN Energi lisrik merupakan suau fakor penunjang yang sanga pening bagi perkembangan secara menyeluruh suau bangsa. Di Indonesia, dengan semakin meningkanya kegiaan indusri dan jumlah penduduknya, maka kebuuhan energi lisrik juga mengalami peningkaan. Ada beberapa fakor yang mempengaruhi keersediaan lisrik di Indonesia, anara lain keersediaan energi primer dan harga bahan bakar. Telah dikeahui bahwa biaya erbesar dari pembiayaan pembangki lisrik adalah unuk bahan baku energi (sekiar 80 %), selain iu naik/urunnya biaya pembangkian selalu erkai dari penggunaan energi lisrik oleh beban[3]. Pemakaian Bahan Bakar Minyak (BBM) dalam pengoperasian pembangki lisrik enu menimbulkan kerugian dari sisi biaya operasi. Pada 2009 pemerinah Indonesia mengeluarkan kebiijakan unuk mengkonversi penggunaan BBM ke. Kebijakan ini enu beralasan karena menginga pemakaian gas lebih murah dan Indonesia sendiri kaya akan gas bumi[3]. Merujuk pada daa yang dikeluarkan oleh kemenerian ESDM bahwa cadangan gas bumi masih sanga Udara Pengabu Ruang Bakar POROS Buang Gambar 1. Prinsip Kerja uni pembangki urbin gas Energi Lisrik GENERATOR poensial, namun pemanfaaan di dalam negeri khususnya unuk pembangki lisrik masih minimal. Hal ersebu dikarenakan lebih dari 50% gas bumi unuk kebuuhan ekspor. Hal ini menjadi menjadi soroan pemerinah bahwa penggunaan BBM pada pembangki harus dibaasi dan penggunaan gas bumi harus dimaksimalkan[4]. Oleh karena iu, di ugas akhir ini akan dikaji mengenai seberapa besar dampak kerugian penggunaan BBM pada pembangki lisrik yang erhubung dengan sisem 500 kv. PLTG dan PLTGU dipilih karena pembangki ini memiliki efisiensi hermal yang inggi, sehingga dapa menggunakan bahan bakar dari jenis minyak. Dalam Tugas Akhir ini, fokus perhiungan pada perbedaan biaya operasi ahunan penggunaan minyak HSD dan alam pada PLTG dan PLTGU yang erhubung dengan sisem 500 kv. Perhiungan fuel cos dilakukan dengan DOPF (Dynamic Opimal Power Flow) dan dengan menggunakan meode quadraic programming yang dilakukan pada enam pembangki hermal yang erhubung langsung dengan sisem Jawa Bali 500 kv. II. DYNAMIC OPTIMAL POWER FLOW A. Pusa Lisrik Tenaga Prinsip kerja pembangki lisrik enaga gas ialah berawal dari udara yang masuk ke kompresor unuk dinaikkan ekannannya, kemudian udara ersebu dialirkan ke ruang bakar. Di dalam ruang bakar, udara yang elah dinaikkan ekanannya ini dicampur dengan bahan bakar dan dibakar. Apabila digunakan Bahan Bakar (BBG), maka gas dapa langsung dicampur dengan udara unuk dibakar, eapi apabila digunakan Bahan Bakar Minyak (BBM), maka BBM ini harus dijadikan kabu erlebih dahulu kemudian baru dicampur

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Prin) A-2 Udara Pengabu Ruang Bakar Buang Energi Lisrik dengan P i adalah injeksi daya akif semua saluran ij yang erhubung di bus-i saa, P gi adalah injeksi daya akif generaor pada bus-i saa, sedangkan P di adalah daya akif beban pada bus- i saa. X ij adalah reakansi saluran ij dan θ i adalah sudu bus i. POROS GENERATOR - inequaliy consrain dengan udara unuk dibakar. P i min P i P i (5) UAP GENERATOR GENERATOR GENERATOR POROS POROS POROS Keel Uap Keel Uap Keel Uap Buang Buang Buang Header Uap Header Air AIR UAP POROS GENERATOR UAP Kondensor AIR POMPA Air Lau P i merupakan daya keluaran dari uni ke-i, P i min dan P i merupakan kapasias pembangkian minimum dan maksimum uni generaor ke i. P ij P ij P ij (6) P ij adalah daya akif yang mengalir di saluran ij saa, sedangkan P ij adalah kapasias saluran ij. δ i P i(+1) P i δ i (7) P i merupakan daya keluaran dari uni ke-i, δ adalah ramp limi dari generaor i. Gambar 2. Skema sebuah blok PLTGU yang erdiri dari 3 uni PLTG dan sebuah uni PLTU B. Dynamic Opimal Power Flow (DOPF) Dynamic Opimal Power Flow Arus Searah merupakan pengembangan dari OPF Arus Searah yang digunakan unuk melakukan penjadwalan pembangki dengan beban bersifa dinamis. Dalam permasalahan realime, pembangkian generaor harus disesuaikan dengan perubahan beban. Di sisi lain perubahan daya pembangkian generaor harus dijaga pada baas erenu yang disebu dengan ramp rae, hal ini berfungsi unuk menjaga life ime dari pembangki dan peralaan pendukung pembangki. Cos funcion dari uni Generaor ke-i pada level waku ke- dimodelkan dengan persamaan : T minimize C = i=1 N F i (P i ) i=1 dengan, F (2) i (P i ) = a i P 2 i + b i P i + c i Keerangan :T adalah jumlah level beban, N adalah jumlah generaor, P i adalah daya keluaran dari uni ke i dan a i, b i dan c i adalah cos coefficien uni generaor ke i. (1) Fungsi objekif ersebu diminimalkan melalui baasan : - equaliy consrain : acive power balance P i + P gi = P di (3) P 1 i = n j=1 θ X i θ j (4) ij C. Quadraic Programming Quadraic programming (QP) merupakan masalah opimasi dari fungsi objekif berupa persamaan kuadra dengan consrains linear. Baasan linear digunakan unuk membaasi nilai variabel yang diopimasi.. Secara umum algorima quadraic programming dapa diulis sebagai : Meminimalkan fungsi : F(x) = f+g T x xt Hx (8) Sesuai dengan consrain sisem linier lb Ax ub (9) x min x x (10) III. SISTEM JAWA BALI 500 KV A. Flowchar Penyesaian Tugas Akhir Pada ugas akhir ini dilakukan dengan mempelajari sisem 500 kv dalam keadaan sabil. Daa-daa yang dibuuhkan dalam pengerjaan ugas akhir ini didapa dari P3B pusa jakara pada sepember Proses pengolahan daa melalui beberapa ahapan, yakni daa pembangkian yang diperoleh dikali dengan daa lain yang kemudian dikalikan dengan harga bahan bakar yang digunakan di iap-iap pembangki. Seelah didapa suau nilai koefisien biaya operasi dari hasil pengalian dengan harga bahan bakar erserbu, kemudian daa dimasukkan ke dalam program pada sofware malab. Dari hasil running didapa nilai biaya operasi keseluruhan pada sisem 500 kv. Dari hasil perbandingan, kemudian dianalisis dan disimpulkan sebagai kesimpulan ugas akhir. Flowchar pengerjaan ugas akhir ini seperi pada gambar 3.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Prin) A-3 Mulai Sudi lieraur dan pengumpulan daa Sisem Inerkoneksi Jawa Bali 500 KV Menenukan Cos funcion seiap pembangki hermal di Jawa Bali 500 kv Menghiung biaya operasi pembangki yang erhubung di sisem Jawa bali 500 kv dalam kondisi normal anara penggunaan BBM dan dengan menggunakan program DOPF Cek Performansi Ya Perbandingan hasil biaya, operasional pembangki anara penggunaan BBM dan GAS Analisa hasil perbandingan Tidak Tabel 1. Daa beban Sisem Jawa bali 500 kv (lanjuan) Beban No Nama Bus Type Bus P Q Bus (MW) (MVar) 9 Cibau Load Ciraa Generaor Saguling Generaor Bandung Selaan Load Mandiracan Load Ungaran Load Tanjung Jai Generaor Surabaya bara Load Gresik Generaor Depok Load Tasik Malaya Load Pedan Load Kediri Load Paion Generaor Grai Generaor Balaraja Load Ngimbang Load Kesimpulan Selesai Gambar 3. Flowchar penyelesaian ugas akhir Tabel 1. Daa beban Sisem Jawa bali 500 kv Beban No Nama Bus Type Bus Bus P Q (MW) (MVar) 1 Suralaya Slack Cilegon Load Kembangan Load Gandul Load Cibinong Load Cawang Load Bekasi Load MuaraTawar Generaor 0 0 B. Daa Pembebanan Sisem pembangki 500 kv erdiri dari beberapa bus yang memiliki daa beban berbeda pada masing masing busnya. Daa pembebanan pada masing-masing bus dapa diliha pada abel 1. Pada sisem 500kV Jawa Bali memiliki 8 pembangki, 30 saluran dan 25 bus. Bus ersebu erdiri dari 1 bual slack bus, 7 buah generaor bus, dan 17 load bus.toal beban maksimal yang erpasang adalah 9493 MW dan 3678 MVAR. Jumlah Uni Pembangki di Sisem 500 kv Gambar 5 merupakan daa jumlah uni pembangki pada sisem Jawa Bali 500 kv. Jumlah uni pembangki yang ada diasumsikan selalu erdapa 35 generaor dan selalu dalam keadaan menyala. Daya Mampu Neo (MW) Gambar 4.. Grafik Jumlah Uni Pembangki 500 kv Kemudian dari sisi penggunaan bahan bakar, pembangki yang erhubung di Sisem 500 kv 43% menggunakan baubara. Dimana penggunaan erbesar baubara dipakai di pembangki PLTU. Unuk pembangki PLTG dan PLTGU, masing uni pembangkinya menggunakan dual bahan bakar, yakni menggunakan gas dan HSD. Dari kurva dapa diliha bahwa penggunaan HSD masih dominan dipakai unuh bahan bakar dalam operasi pembangki. B. Kurva Beban Harian Pada ugas akhir ini dibuuhkan daa beban selama 1 ahun. Daa beban diolah agar didapa beban harian dalam seahun. Beban ersebu kemudian dibagi dalam 4 layer, yakni daa beban senin sampai kamis, daa beban juma, daa beban sabu, dan daa beban minggu. Daa beban senin sampai kamis dijadikan 1 layer karena dalam 4 hari iu diasumsikan bebannya sama. Daa beban yang dipakai pada layer senin 700 PLTU PLTG PLTGU PLTA

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Prin) A-4 Gambar 5. Prosenase penggunaan bahan bakar pada uni pembangki yang erhubung di Sisem 500 Kv. Daya (MW) % 17% 11% 43% Baubara pada PLTU GAS pada PLTU GAS/HSD pada PLTG dan PLTGU AIR pada PLTA Waku (Jam) Gambar 6. Kurva beban harian dalam seahun yang mewakili hari senin sampai kamis. sampai kamis adalah daa beban hari rabu. Hari rabu adalah kondisi dimana beban paling besar dan beban puncak erjadi pada pukul Daa beban dibuuhkan unuk mengeahui biaya pembangkian iap jam. Unuk daa beban pada layer senin sampai kamis dapa diliha pada Gambar 6. Pada kurva erliha bahwa beban pada saa jam 19:00 merupakan beban puncak. Kemudian beban akan urun lagi seelah jam 19:00. Beban pada jam adalah beban yang erbesar dalam 1 minggu. IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISIS A. Perhiungan Fungsi Biaya Pembangki Thermal Hal yang paling mendasar dalam operasi ekonomis adalah membua kurva fungsi biaya pembangki. Fungsi biaya pembangki ersebu berasal dari karakerisik inpu-oupu pada masing-masing uni pembangki yang erhubung pada Sisem 500 kv. Perhiungan karakerisik inpu- oupu pembangki hermal pada abel 2. Berdasarkan abel 2 dan abel 3 didapakan koefisien biaya dengan cara memasukkan daa hearae dan baasan daya ke dalam program Malab. yang erera pada abel 4 dan ebel 5 adalah hasil bagi anara harga gas dan HSD dengan kandungan kalori, maka harga gas dan HSD yang digunakan adalah 0,274 Rp/kkal dan 1,4546 Rp/kkal,kemudian menenukan karakerisik inpu-oupu dalam R/h : Daya (MW) Tabel 2. Koefisien biaya pembangki PLTG Muara Tawar blok 3 Hearae (kcal/mwh) (kcal/h) Koefisien biaya pembangki (kcal/h) ap^2+bp+c a= -1869, b= ,7375 c= , Daya (MW) Tabel 3. Koefisien biaya pembangki PLTGU Muara Tawar Blok1 Hearae (kcal/mwh) (kcal/h) Koefisien biaya pembangki (kcal/h) ap^2+bp+c a= 1583, b= ,3781 c= , Tabel 4. bahan bakar pembangki PLTG Muara Tawar blok 3 Pemakaian gas (Rp/MMBTU) (kcal/mmbtu) , ,274 Tabel 5. bahan bakar pembangki PLTG Muara Tawar blok 3 Pemakaian HSD (Rp/MMBTU) (kcal/mmbtu) , ,274 Tabel 6. Bahan Bakar Pembangki PLTGU Muara Tawar Blok 1 pemakaian gas (Rp/MMBTU) (kcal/mmbtu) , ,274 Tabel 7. Bahan Bakar Pembangki PLTGU Muara Tawar Blok 1 pemakaian HSD HSD (Rp/Lier) (kcal/lier) , ,4546 F PLTG blok 3 pemakaian gas = H i = 512,888 P ,49P ,62Rp/h F PLTG blok 3pemakaian HSD = H i = 2718,9 P ,7P ,9Rp/h yang erera pada abel 6 dan abel 7 hasil bagi anara harga gas dan HSD dengan kandungan kalori, maka harga gas dan HSD yang digunakan adalah 0,274 Rp/kkal dan 1,4546 Rp/kkal,kemudian menenukan karakerisik inpuoupu dalam R/h : F PLTGU blok 1 pemakaian gas = H i = 434, P ,18533P Rp/h F PLTGU blok 1 pemakaian HSD = H i = 2303, P ,5743P ,8 Rp/h Pada Tabel 8 dapa dikeahui nilai Pmin dan P dari uni pembangki Gresik. Daa ini juga akan diproses di malab

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Prin) A-5 Tabel 8. Daa baasan generaor pembangki Muara Tawar Uni Pembangki P min (MW) P (MW) PLTU PLTU ; 17% ; 6% ; 19% ; 58% Gambar 7 Prosenase Energi (MWh) pada hari Senin-Kamis Baubara agar daya yang dibangkikan oleh generaor idak melampai kapasiasnya dan sesuai baasan ramp rae pada DOPF. B. Perhiungan Energi (MWh) Tahunan Pada Sisem Jawa Bali 500 kv Unuk menenukan energi, maka dibuuhkan daya generaion pada masing-masing layer. Seelah dikeahui daya generaion yang disimulasikan pada DOPF, maka dihiung energi berdasarkan bahan baku primer pada pembangki lisrik yang erhubung di sisem 500 kv. Selanjunya dicari energi ahunan. Energi ahunan dapa dirumuskan pada persamaan 11 dan 12 Energi Mingguan = 4 x energi hari senin-kamis (11) Energi Tahunan = Energi mingguan x 52 minggu (12) Gambar 7 merupakan hasil perhiungan energi ahunan yang dilakukan pada hari senin sampai kamis dengan daya generaion yang diwakili oleh kurva beban senin sampai kamis. C. Simulasi Biaya Operasi 1) Simulasi Biaya Operasi Harian Dalam Seahun Penggunaan Bahan Bakar Dalam ugas akhir ini perhiungan biaya operasi keadaan sisem sabil dan diasumsikan semua generaor dalam keadaan menyala. Biaya akan disimulasikan dengan beban yang ampak pada kurva beban senin-kamis, kurva beban juma, kurva beban sabu dan kurva beban minggu. Gambar 8 merupakan hasil simulasi dari biaya operasi pada senin-kamis saa PLTG dan PLTGU menggunakan gas. Biaya pada jam adalah yang erbesar. Biaya operasi mencapai puncak eringgi pada saa beban puncak. /HSD Air Biaya (Milliar) 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Waku (jam) Gambar 8 biaya pembangkian pada hari senin-kamis () Biaya (Milliar) 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0, Waku (Jam) Gambar 9 biaya pembangkian pada hari senin-kamis (HSD) 1) Simulasi Biaya Operasi Harian Dalam Seahun Penggunaan Bahan Bakar HSD Biaya operasi mengalami kenaikan sekiar dua kali lipa dibanding penggunaan gas. Hali ini disebabkan oleh harga beli bahan bakar yang besar dan berdampak kepada biaya operasi yang juga iku meningka. Kenaikan beban saa beban puncak berimbas langsung kepada biaya operasi yang juga meningka. 2) Perbandingan Biaya Operasi Pada Saa PLTG dan PLTGU menggunakan Bahan Bakar dan Biaya Operasi saa menggunakan Bahan Bakar HSD Perbandingan biaya dilakukan pada saa PLTG dan PLTGU pada sisem 500 kv menggunakan dengan menggunakan HSD. Dari hasil simulasi dapa erbuki penggunaan gas lebih murah dari penggunaan HSD.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Prin) A-6 Tabel 9. Hasil Simulasi Biaya Pada Hari Senin-Kamis Jam Biaya operasi hari senin - kamis Penggunaan Penggunaan HSD Selisih 1 Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Toal Rp Rp Rp Tabel 10. Hasil Simulasi Biaya gabungan pada Hari Senin-Kamis Jam Biaya Operasi hari Senin-Kamis Penggunaan Bahan Bakar Gabungan 1 Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp ) Simulasi Biaya Operasi Harian Dalam Seahun Penggunaan Bahan Bakar Gabungan. Penggunaan bahan bakar gabungan ini diasumsikan jika pada jam pembangkian menggunakan dan pada jam pembangkian menggunakan HSD sera pada jam kembali menggunakan. Pada jam adalah beban puncak. Jadi, hal ini dimaksudkan unuk meminimalkan biaya pembangkian saa erjadi keerbaasan gas dan dengan pemakaian gabungan diharapkan bisa mengurangi kerugian pemakaian bahan bakar minyak. Tabel 10. Hasil Simulasi Biaya Pada Hari Senin-kamis (lanjuan) Jam Biaya Operasi hari Senin-Kamis Penggunaan Bahan Bakar Gabungan 15 Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Toal Rp Tabel 11. Biaya Tahunan penggunaan gas, HSD, dan Gabungan Toal Biaya Toal Biaya Seahun Seminggu GAS Rp Rp HSD Rp Rp Gabungan Rp Rp D. Analisa Hasil Simulasi Pada abel 11 dapa diliha perbandingan biaya ahunan anara penggunaan gas, penggunaan HSD, dan penggunaan gabungan. V. KESIMPULAN Dari hasil simulasi dapa disimpulakan bahwa penggunaan HSD sebagai bahan bakar pembangki lebih mahal daripada penggunaan. Akan eapi penggunaan bahan bakar gabungan dalam sehari dapa mengurangi kerugian yang besar jika pemakaian HSD dalam sehari. Dari hasil simulasi menunjukkan biaya operasi pembangkian dengan menggunakan bahan bakar gabungan dalam seahun adalah Rp Sedangkan biaya operasi pembangkian dengan menggunakan gas dalam seahun adalah Rp Jika memang keersediaan pasokan gas sedang mengalami keerbaasan maka penggunaan bahan bakar gabungan dapa meminimalkan biaya operasi pembangkian. DAFTAR PUSTAKA [1] Sidarjano, Dika Kuliah Manajemen Sisem Tenaga Lisik,Jurusan Teknik Eleko FTI ITS. [2] Allen J.W. dan Bruce F.W., Power Generaion, Operaion and Conrol, John Willey & Sons Inc, America, 1996 [3] Onoseno, Penangsang, Dika Kuliah Pengoperasian Opimum Sisem Tenaga Lisik,Jurusan Teknik Eleko FTI ITS. [3] Suryoamojo,Heri, Dika kuliah Pembangki Sisem Tenaga Lisrik, Jurusan Teknik Eleko FTI ITS. [4] hp:// beria/komisi7/2013/feb/06/5062/penggunaanpembangki-bbm-harus-dibaasi [5] Cerdin, Cermas, Sisem Tenaga Lisrik, Andi,Yogyakara,2006 [6] Nursidi, Direc Curren Dynamic Opimal Power Flow Using Quadraic Programming, Jurusan Teknik Elekro FTI ITS,2013. [7] PT PLN(Persero), Saisik PLN 2012 dan RUPTL [8] Marsudi, Djieng, Pembangki Energi Lisrik,Erlangga, Jakara,2005 [9] Marsudi, Djieng, Operasi Sisem Tenaga Lisrik, Graha Ilmu,Yogyakara,2006