ANALISA ALIRAN DAYA OPTIMAL PADA SISTEM KELISTRIKAN BALI TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 ANALISA ALIRAN DAYA OPTIMAL PADA SISTEM KELISTRIKAN BALI TUGAS AKHIR Diajukan guna memenuhi sebagian persyaratan dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana S1 pada Jurusan Teknik Elektro Oleh: ETIS DWI MEILANDARI NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2012 i

2 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Denpasar, Oktober 2012 Etis Dwi Meilandari ii

3 iii

4 iv

5 v

6 KATA PENGANTAR Puja dan puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa atas karunia_nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, dengan judul ANALISA ALIRAN DAYA OPTIMAL PADA SISTEM KELISTRIKAN BALI. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Elektro, Konsentrasi Sistem Tenaga Listrik, Universitas Udayana. Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materiil. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Kedua Orang Tua tersayangg, kakak, serta seluruh keluarga besar yang telah memberikan dukungan moril, doa restu dan fasilitas sehingga penulis dapat berkonsentrasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, MASc., PhD. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 4. Bapak A.A Ngurah Amrita, ST., MT. selaku Pembimbing Akademik 5. Ibu Prof. Ir. Rukmi Sari Hartati, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu dengan sabar memberikan arahan dan bimbingan. 6. Bapak Ir. I Wayan Sukerayasa, MT. selaku Dosen Pembimbing II yang telah banyak meluangkan waktu dengan sabar memberikan arahan dan bimbingan. 7. Bapak dan Ibu dosen, para Pegawai serta Staf Teknisi Program Studi Teknik Elektro atas sumbangsih ilmu pengetahuan dan bimbingan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro. vi

7 8. Sahabat-Sahabat yang mendukung Dayu Nita, Widya Pratiwi, Dewi Arsani, Juniastra Gina, Muni Adriyani, Dian Trisnadewi, Hidana Azizah serta Septian Bagus yang telah banyak memberi banyak bantuan serta dorongan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam Tugas Akhir ini, saran-saran yang membangun sangat diharapkan untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengharapkan semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kita semua. Denpasar, Oktober 2012 vii

8 DAFTAR ISI Hal. JUDUL... i PERNYATAAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Manfaat Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 State Of The Art Review Kondisi Kelistrikan Bali Sistem Tenaga Listrik Tujuan Operasi Sistem Tenaga Listrik Manajemen Operasi Sistem Tenaga Listrik Optimasi dalam Operasi Sistem Tenaga Listrik Aliran Daya Optimal Formulasi Aliran Daya Optimal Optimasi Daya Aktif dan Daya Reaktif Metode Interior Point Optimal Power Flow (IP OPF) Algorithms viii

9 2.6.1 A Primal Dual Algorithms with Barrier Function Karakteristik Input-Output Unit Pembangkit Thermal Karakteristik Input-Output Unit Pembangkit Gabungan Karakteristik Input-Output Unit Kontrak Peramalan Beban BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Data Sumber Data Jenis Data Teknik Pengumpulan Data Analisis Data Alur Analisis BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Gambaran Umum Sistem Tenaga Listrik 150 kv di Bali Data Sistem Tenaga Listrik 150 kv di Bali Data Penghantar dan Impedansi Saluran pada Sistem Kelistrikan 150 kv di Bali Data Rencana Pengembangan Saluran Transmisi Sistem Kelistrikan 150 kv di Bali Data Rencana Pengembangan Saluran Transmisi Sistem Kelistrikan 500 kv di Bali Data Transformator Rencana SUTET 500 kv Data Pembangkitan Unit-Unit Pembangkit pada Sistem Kelistrikan Bali Data Daya Mampu Kabel Laut Jawa-Bali Data Kapasitor pada Sistem Kelistrikan Bali Data Beban Sistem Kelistrikan Bali Data Beban Puncak Malam Sistem Kelistrikan Bali pada ix

10 tanggal 28 Mei Data Peramalan Beban Sistem Kelistrikan Bali Data Historis Beban Puncak Sistem Bali Tahun Data Historis Beban Puncak pada Masing-Masing Gardu Induk Tahun Peramalan Beban Sistem Kelistrikan Bali Hingga Tahun Analisa Peramalan Beban Sistem Kelistrikan Bali Hingga Tahun Analisa Peramalan Beban Masing-Masing Gardu Induk Sistem Kelistrikan Bali pada Tahun Pemodelan Karakteristik Unit Pembangkit Karakteristik Input-Output Unit PLTD dan PLTG Karakteristik Input-Output Unit-Unit Pembangkit Pesanggaran, Pemaron dan Gilimanuk Karakteristik Input-Output Unit Kontrak Karakteristik Input-Output Unit Pembangkit Gabungan Analisa Aliran Daya Optimal pada Sistem Kelistrikan Bali Analisa Aliran Daya Optimal pada Kondisi Existing di Sistem Kelistrikan Bali Analisa Aliran Daya Optimal pada Sistem Kelistrikan Bali Saat Beroperasinya Empat Sirkuit Kabel Laut Analisa Aliran Daya Optimal pada Sistem Kelistrikan Bali Saat Beroperasinya SUTET 500 kv BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR GAMBAR Hal. Gambar 2.1 Kurva Input-Output dari Unit Pembangkit Termis Gambar 2.2 Kurva Input-Output dari Unit Pembangkit Gabungan Gambar 3.1 Diagram Alir Alur Analisis Gambar 4.1 Beban Puncak Sistem Bali Tahun Gambar 4.2 Pemodelan Persamaan Beban Puncak Sistem Bali Tahun Gambar 4.3 Pertumbuhan Beban Sistem Bali Tahun Gambar 4.4 Karakteristik Input-Output PLTD 1 Pesanggaran Gambar 4.5 Karakteristik Input-Output PLTD BOO Pesanggaran Unit Gambar 4.6 Karakteristik Input-Output Pembangkit Gabungan Pesanggaran. 52 Gambar 4.7 Karakteristik Input-Output Pembangkit Gabungan BOT Pesanggaran Gambar 4.8 Karakteristik Input-Output Pembangkit Gabungan BOO Pesanggaran Gambar 4.9 Karakteristik Input-Output Pembangkit Gabungan Pemaron Gambar 4.10 Karakteristik Input-Output Pembangkit Gabungan BOO Pemaron xi

12 DAFTAR TABEL Hal. Tabel 4.1 Spesifikasi Teknis Saluran Transmisi 150 kv di Bali Tabel 4.2 Impedansi Urutan serta Line Charging Saluran Transmisi 150 kv Bali Tabel 4.3 Data Teknis Pengembangan Saluran Transmisi Pada Sistem Kelistrikan 150 kv di Bali Tabel 4.4 Impedansi Penghantar Pengembangan Saluran Transmisi Pada Sistem Kelistrikan 150 kv di Bali Tabel 4.5 Spesifikasi Teknis Rencana SUTET 500 kv di Bali Tabel 4.6 Impedansi Rencana Saluran SUTET 500 kv di Bali Tabel 4.7 Rencana IBT (Inter Bus Transformer) pada Sistem SUTET 500 kv di Bali Tabel 4.8 Daya Pembangkitan Pembangkit Pesanggaran Tabel 4.9 Daya Pembangkitan Pembangkit Pemaron Tabel 4.10 Daya Pembangkitan Pembangkit Gilimanuk Tabel 4.11 Daya Hantar Kabel Laut Interkoneksi Jawa Bali Tabel 4.12 Kapasitor Terpasang Pada Sistem 150 kv Kelistrikan Bali Tabel 4.13 Data Beban Puncak Malam pada Masing-Masing Gardu Induk Tanggal 28 Mei Tabel 4.14 Data Historis Beban Puncak Sistem Bali Tahun Tabel 4.15 Data Historis Beban Puncak Sistem Masing-Masing Gardu Induk Tahun Tabel 4.16 Hasil Peramalan Beban Sistem Kelistrikan Bali Tabel 4.17 Persentase Pertumbuhan Beban Sistem Kelistrikan Bali Tahun Tabel 4.18 Hasil Peramalan Beban Puncak Gardu Induk Sistem Kelistrikan Bali Tahun (dalam satuan MW) Tabel 4.19 Hasil Peramalan Beban Puncak Gardu Induk Sistem Kelistrikan Bali Tahun (dalam satuan MVAR) Tabel 4.20 Data Performance Test PLTD 1 Pesanggaran xii

13 Tabel 4.21 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output PLTD 1 Pesanggaran Tabel 4.22 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Masing-Masing Unit Pembangkit Tabel 4.23 Data Performance Test PLTD BOO Pesanggaran Unit Tabel 4.24 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output PLTD BOO Pesanggaran Unit Tabel 4.25 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Unit-Unit Pembangkit Kontrak Tabel 4.26 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Kabel Laut Tabel 4.27 Hasil Input Output Gabungan Pembangkit Pesanggaran Tabel 4.28 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Gabungan Pembangkit Pesanggaran (1) Tabel 4.29 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Gabungan Pembangkit Pesanggaran (2) Tabel 4.30 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Gabungan Pembangkit BOT Pesanggaran Tabel 4.31 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Gabungan Pembangkit BOO Pesanggaran Tabel 4.32 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Gabungan Pembangkit Pemaron Tabel 4.33 Hasil Perhitungan Karakteristik Input-Output Gabungan Pembangkit BOO Pemaron Tabel 4.34 Persamaan Karakteristik Input-Output Semua Unit Pembangkitan Bali Tabel 4.35 Hasil Optimasi dan Fuel Cost pada Masing-Masing Pembangkit Saat Kondisi Existing Tabel 4.36 Persamaan Karakteristik Input-Output Semua Unit Pembangkitan Bali Tabel 4.37 Hasil Optimasi dan Fuel Cost pada Masing-Masing Pembangkit Saat Beroperasinya 4 Sirkuit Kabel Laut xiii

14 Tabel 4.38 Persamaan Karakteristik Input-Output Semua Unit Pembangkitan Bali Tabel 4.39 Hasil Optimasi dan Fuel Cost pada Masing-Masing Pembangkit Saat Beroperasinya SUTET 500 kv Tabel 4.40 Hasil Optimasi dan Fuel Cost pada Tiga Skenario Optimasi Sistem Kelistrikan Bali xiv

15 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR JUDUL : ANALISA ALIRAN DAYA OPTIMAL PADA SISTEM KELISTRIKAN BALI NAMA : ETIS DWI MEILANDARI NIM : BIDANG STUDI : SISTEM TENAGA LISTRIK JURUSAN : TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS : TEKNIK DIUJI TANGGAL : 12 OKTOBER 2012 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II Prof. Ir. Rukmi Sari Hartati, MT., Ph.D. Ir. I Wayan Sukerayasa, MT. NIP NIP Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana Ir. I Nyoman Setiawan, MT. NIP iii

16 ABSTRAK Dalam suatu pengoperasian sistem tenaga listrik terdapat beberapa persoalan-persoalan yang sering terjadi diantaranya masalah biaya bahan bakar yang tinggi. maka diperlukan suatu metode analisa yang bertujuan untuk mengoptimalkan daya yang dibangkitkan oleh masing-masing unit pembangkit dengan tujuan untuk meminimalkan biaya pembangkitan. salah satu metode optimasi yang dapat digunakan adalah metode optimasi aliran daya dengan menggunakan Interior Point Optimal Power Flow (IP OPF) A Primal Dual Algorithms with Barrier Function. Optimasi dilakukan dengan tujuan meminimumkan fungsi biaya pembangkitan (Fuel Cost) dengan tetap memenuhi keseimbangan beban dan tidak melanggar kendala yang ditentukan diantaranya batas atas dan bawah daya aktif, daya reaktif serta tegangan. Optimasi aliran daya dilakukan pada sistem kelistrikan Bali menggunakan tiga skenario yaitu saat kondisi existing, saat beroperasinya 4 kabel laut pada akhir tahun 2012 serta saat beroperasinya SUTET 500 kv pada tahun Optimasi dilakukan dengan mengoptimalkan daya pembangkitan pada 6 unit pembangkit yang ada di sistem kelistrikan Bali yaitu PLTG Gilimanuk, PLTG Pemaron, PLTD BOO (Built Operated Owned) Pemaron, PLTD dan PLTG Pesanggaran, PLTD BOO (Built Operated Owned) Pesanggaran serta PLTD BOT (Built Operated Transfer) Pesanggaran ditambah dengan transfer Kabel Laut Jawa-Bali serta SUTET 500 kv yang baru akan beroperasi pada tahun Sehingga didapat hasil optimasi berupa Fuel Cost untuk masing-masing skenario berturut-turut sebesar Rp. 654,365, Rp. 895,894, serta Rp. 818,483, Kata Kunci : Optimasi, Aliran Daya Optimal, Fuel Cost iv

17 ABSTRACT In the operation of electric power systems there are some problems that often occur including high fuel costs issue. Based on such issue, a method for minimizing fuel cost to find the optimal generations that satisfy demand is needed. One of the optimization methods that can be used is the power flow optimization using Interior Point Optimal Power Flow (OPF IP) A Primal Dual Algorithms with Barrier Function. The objective function of optimization is for minimizing the generation costs (Fuel Cost) subject to the specified constraints boundaries which are satisfy the load balance, upper and lower active power constraints limit, reactive power and voltage. Optimization of power flow performed on Bali electricity system using three scenarios which are existing condition, when four submarine cables operates in late 2012 and when SUTET 500 kv operates in Optimization is done by optimizing the power generated by six existing generating units i.e PLTG Gilimanuk, PLTG Pemaron, PLTD BOO (Built Operated Owned) Pemaron, PLTD and PLTG Pesanggaran, PLTD BOO (Built Operated Owned) Pesanggaran and PLTD BOT (Built Operated Transfer) Pesanggaran coupled with the Java-Bali Submarine Cable transfer and SUTET 500 kv which expected to operate in From the result, the minimum cost of those three scenarios are Rp. 654,365, Rp. 895,894, and Rp. 818,483, respectively. Keywords: Optimization, Optimal Power Flow, Fuel Cost v