BAB I PENDAHULUAN. Salah satu bagian penting dari sistem tenaga listrik adalah operasi sistem

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Salah satu bagian penting dari sistem tenaga listrik adalah operasi sistem tenaga listrik. Operasi sistem tenaga listrik mencakup tentang bagaimana daya listrik dibangkitkan kemudian dikirimkan kepada konsumen. Masalah yang ditemui dalam operasi sistem tenaga listrik mencakup pembangkit, saluran transmisi, saluran distribusi, hingga beban itu sendiri. Permasalahan yang ada menjadi sangat rumit bila suatu sistem tenaga listrik terdiri dari banyak pembangkit dengan berbagai macam karakteristik dan beban yang tidak menentu. Agar dapat berjalan dengan baik, suatu sistem yang terdiri dari banyak pembangkit harus dapat melakukan koordinasi antar pembangkit dengan baik dalam merespon perubahan beban. Oleh karena itu, hubungan antar komponen tersebut harus diatur agar dapat bekerja sama mendukung berjalannya sebuah sistem tenaga listrik. Keterbatasan sumber daya fosil atau sumber daya yang tidak terbarukan menjadi salah satu kendala dalam penyediaan tenaga listrik. Hal ini dikarenakan sebagian besar pembangkit listrik yang digunakan merupakan pembangkit listrik termal dengan bahan bakar yang berasal dari sumber daya yang tidak terbarukan. Cadangan energi dari sumber daya yang tidak terbarukan semakin berkurang dan tidak mungkin diperbarui dalam waktu yang singkat. Oleh karena itu, diperlukan adanya optimasi efisiensi penggunaan energi yang tidak terbarukan. Salah satunya 1

2 2 dengan cara menambahkan sistem penyimpanan energi. Selain itu, pada microgrid atau sistem pembangkit tenaga surya dan tenaga angin, suatu sistem penyimpanan energi sangat penting untuk menjaga keandalan penyediaan energi oleh pembangkit tersebut yang sifatnya fluktuatif. Untuk mendapatkan biaya total pembangkitan yang minimal, sistem penyimpanan energi harus dioperasikan dengan baik. Oleh karena itu, penjadwalan unit pembangkit termal dengan melibatkan sistem penyimpanan energi menjadi penting. Sistem penyimpanan energi merupakan suatu sistem yang terdiri dari suatu elemen penyimpanan energi dan suatu elemen penghubung dengan sistem tenaga. Sistem penyimpanan energi dapat berupa baterai, pumped-storage, superconducting magnetic energy storage (SMES), advanced capacitor, flywheel energy storage, dan lain-lain. Pada penelitian ini, sistem penyimpanan energi yang digunakan berupa baterai. Namun, dalam penggunaan metode ini, sistem penyimpanan energi yang digunakan dapat diganti dengan jenis lain yang memiliki karakteristik serupa dengan baterai. Profil beban sistem tenaga listrik yang berubah-ubah merupakan tantangan dalam operasi sistem tenaga listrik karena sifat utama dari listrik yang harus langsung digunakan ketika dibangkitkan. Oleh karena itu, kontribusi pembangkitpembangkit yang ada haruslah diatur, mulai dari status pembangkit hingga besar daya yang dibangkitkan sesuai dengan karakteristik dari tiap-tiap pembangkit agar terjadi keseimbangan antara permintaan daya dari beban dengan daya yang dibangkitkan oleh pembangkit, serta adanya cadangan yang memungkinkan sistem tenaga listrik dapat tetap bertahan saat terjadi gangguan pada salah satu

3 3 unit pembangkit. Integrasi sistem penyimpanan energi ke dalam sistem merupakan sebuah keuntungan karena memungkinkan dilakukannya perataan beban puncak dan pemodelan kurva beban. Penambahan sistem penyimpanan energi ini juga menjadi masalah tersendiri. Unit ini memiliki karakteristik tersendiri yang berbeda sehingga akan memunculkan permasalahan dan kendala operasional yang berbeda dalam pengoperasiannya. Salah satu strategi untuk mengoperasikan sistem tenaga listrik sesuai dengan tujuan operasi sistem tenaga listrik adalah dengan melakukan penjadwalan unit pembangkit atau unit commitment. Unit commitment merupakan penentuan kombinasi unit-unit pembangkit yang tersedia dengan mengatur daya yang dibangkitkan oleh masing-masing unit pembangkit sehingga diperoleh biaya operasi total yang minimum tanpa melanggar kekangan sistem dan kekangan unit pembangkit pada suatu periode tertentu. Kekangan sistem terdiri atas permintaan daya dari beban yang harus seimbang dengan daya yang dibangkitkan serta adanya cadangan berputar ( spinning reserve). Sementara, kekangan unit pembangkit terdiri atas kekangan untuk unit termal, sel surya dan baterai. Kekangan untuk unit termal meliputi daya mampu netto (DMN), minimum up and down time, dan ramp rate limit. Kekangan untuk sistem penyimpanan energi meliputi state of charge, depth of discharge dan charging and discharging rate. Biaya total operasi sistem tenaga listrik terdiri atas biaya bahan bakar dan biaya start-up. Komposisi terbaik antara kedua komponen biaya tersebut harus dicari agar didapat suatu operasi dengan biaya total minimum tanpa melanggar kekangan yang ada.

4 4 Pengujian metode yang diajukan pada penelitian ini dilakukan dengan simulasi pada data test system yang digunakan pada penelitian sebelumnya. Komponen sistem yang digunakan menyesuaikan dengan data pada test system tersebut. Namun, dalam penggunaan metode ini tidak terbatas untuk data tersebut saja. Metode yang diajukan ini juga dapat diterapkan pada sistem nyata dengan memasukkan data komponen sistem nyata beserta karakteristiknya yang relevan. Hasil yang diperoleh pada penelitian ini juga merupakan hasil dari simulasi pada test system tersebut. Hasil yang diperoleh pada penerapan metode ini di sistem nyata akan berbeda dari hasil yang diperoleh pada simulasi. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian ini adalah: 1. Mampukah algoritma genetika mendapatkan solusi yang optimal dalam penjadwalan unit pembangkit termal dengan sistem penyimpanan energi? 2. Bagaimana pengaruh ditambahkannya baterai pada sistem terhadap biaya total pembangkitan? 3. Bagaimanakah operasi kerja baterai pada sistem? 1.3 Batasan Masalah 1. Penelitian dilakukan pada sistem yang terdiri dari pembangkit termal, dan baterai. 2. Diasumsikan keseluruhan unit pembangkit terhubung dalam satu bus dengan beban sehingga rugi saluran tidak diperhitungkan. 3. Kurva beban dapat diprediksi dengan baik selama durasi penjadwalan.

5 5 4. Data sistem pembangkit beserta parameternya, data beban, dan kekangankekangan sistem maupun unit pembangkit mengacu pada paper berjudul A Technique for Unit Commitment With Energy Storage System dari Elsevier Electrical Power and Energy Systems 29 (2007). 5. Fungsi biaya yang diminimisasi terdiri dari biaya start-up dan biaya bahan bakar. 6. Biaya yang diperhitungkan hanyalah biaya operasi. Biaya investasi awal, biaya perawatan, dan biaya penggantian komponen tidak diperhitungkan dalam penelitian ini. 7. Algoritma Genetika pada penelitian ini disusun dan dioperasikan menggunakan perangkat lunak komersial MATLAB. 1.4 Tujuan Penelitian 1. Mengetahui pola penjadwalan unit pembangkit termal untuk beban tertentu. 2. Mengetahui pengaruh masuknya unit baterai dalam penjadwalan pembangkit termal untuk beban tertentu. 1.5 Sistematika Penelitian Sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut: BAB I : Pendahuluan Bab ini berisi tentang latar belakang dan tujuan penelitian, serta batasan masalah dan sistematika penulisan. BAB II : Dasar Teori

6 6 Bab ini berisi tentang teori yang mendukung penelitian ini dari literatur, terutama mengenai penjadwalan, pemodelan komponen sistem, dan algoritma genetika. BAB III : Metodologi Bab ini berisi tentang penjelasan metodologi yang digunakan dalam penelitian ini, asumsi yang digunakan, formulasi permasalahan, serta metode penyelesaian permasalahan. BAB IV : Hasil Penelitian dan Pembahasan Bab ini berisi tentang hasil dan analisis pemecahan masalah dengan metode yang diajukan. BAB V : Kesimpulan dan Saran Bab ini berisi tentang kesimpulan penelitian ini, serta saran untuk pengembangan penelitian ke depannya.