Penggunaan Metode Modified Unit Decommitment (MUD) untuk Penjadwalan Unit-Unit Pembangkit Pada Sistem Kelistrikan Jawa - Bali

Transkripsi

1 Penggunaan Meode Modfed Un Decommmen (MUD) unuk Penjadwalan Un-Un Pembangk Pada Ssem Kelsrkan Jawa - Bal Ars Her Andrawan,2, Onoseno Penangsang ) Jurusan Teknk Elekro TS, Surabaya 60, ndonesa 2) Jurusan Teknk Elekro Unag Surabaya, ndonesa ars_po@yahoo.com Absrak Dalam makalah n derapkan meode Dynamc Programmng pada Modfed Un Decommmen (MUD). Penggunaan MUD dmaksudkan unuk menyelesakan permasalahan penjadwalan un pembangk hermal pada ssem kelsrkan Jawa-Bal. Penjadwalan n dlakukan guna mendapakan kombnas un pembangk yang opmal yang ddasarkan pada konsrannya. Dengan demkan kebuuhan beban dapa dlayan secara bak dengan baya operas pembangkan mnmum. Pada MUD dasumskan bahwa semua un beroperas pada awal perode sud. Akbanya, ssem memlk cadangan perpuaran yang berlebh sehngga hasl operas ssem dak ekonoms. Sehngga, beberapa un harus dpermbangkan unuk decomm pada perode erenu selama penjadwalan. Keunungannya, bla dbandng dengan meode UC dperoleh pengurangan oal baya operas RP. 452,92 jua dengan MUD pada har Mnggu, dan menghaslkan penguranagan oal baya operas RP. 8,2 jua dengan MUD pada har Senn. Kaa kunc: Un commmen, Modfed Un Decommmen, Dynamc Programmng.. PENDAHULUAN Teknolog yang semakn berkembang saa n mengakbakan kebuuhan energ lsrk menngka. Sehngga beban selalu berubah seap saa. Konds n harus mampu dlayan oleh pembangk dengan baya pembangkan mnmal. Oleh karena u, pembangk harus melakukan penjadwalan un yang bekerja dengan anpa mengurang syara pelayanan beban, eap dengan baya yang mnmal. Oleh sebab u dperlukan suau meode un commmen unuk melakukan penjadwalan pembangk. Un commmen (UC) ddefnskan sebaga penjadwalan produks daya lsrk yang dhaslkan un pembangk pada suau perode dengan ujuan mendapakan baya ekonoms pembangkan. Telah banyak penelan yang dlakukan mengena masalah UC. D ahun 940-an sampa dengan 970-an, suau meode dgunakan unuk menyelesakan masalah UC. Meode n dsebu sebaga meode pemrograman neger campuran, dan berdasar aas dafar skala proras. Meode n memlk kelebhan pada kesederhanaan dalam penyelesaannya. Pada ahun 980-an meode Branch dan Bound Algorhm [] dan meode Dynamc Programmng [2] daplkaskan unuk menyelesakan masalah UC. Kedua meode n dapa menemukan solus yang opmal, unuk jumlah un pembangk yang kecl. Unuk jumlah un pembangk yang besar bsa dlakukan dengan meode pendekaan Lagrangan Relaxaon. Sebuah pendekaan baru yang dsebu Sequenal Un Commmen [3][4] dkembangkan unuk menyempurnakan meode Lagrangan Relaxaon dan meode Dynamc Programmng [5][6][7][8][9]. Meode n membuuhkan dafar proras heursc unuk mendapakan harga

2 awal. Selan proras radsonal, meode n menyeleks un yang palng mengunungkan unuk kom pada bass operas ekonoms dan permnaan ssem selama proses eras. Tahun 990an, Chaoan L menemukan meode un commmen baru berdasarkan pada prosedur decommmen [0]. Kommen ssem dawal dengan mengasumskan bahwa semua un dalam keadaaan beroperas pada perode sud. Oleh sebab u, ssem memlk cadangan perpuaran yang berlebh sehngga hasl operas ssem dak ekonoms. Unuk mencapa operas ekonoms, beberapa un harus dpermbangkan unuk decomm pada perode erenu selama penjadwalan. Fexong Hu, pada ahun 2004 melakukan modfkas meode Un Decommen[][2][3] dengan memperbak dan menambahkan beberapa konsran. Meode n dsebu dengan Modfed Un Decommmen (MUD)[4]. Meode n ddasarkan pada scedulng dan peramalan beban dar ssem enaga pada jadwal pembangkan har berkunya. Sau jadwal un dcapa dalam masng-masng eras. Proses eras berlanju sampa semua un dsesuakan aau nla dar fungs obyekf dak bsa dreduks lag. Sebuah algorma opmsas un-unggal baru dajukan unuk menggankan meode Dynamc programmng. Meode n menggunakan baasan mnmum up and down me un dan baasan cadangan dar ssem yang del unuk menangan jadwal secara efsen, sehngga ruang penelan bsa dreduks secara sgnfkan, dan perhungan menjad lebh cepa. Baasan kesembangan daya, baasan cadangan ssem, baasan mnmum up and down me, baasan level mnmum dan maksmum pembangkan dan baasan ramp rae dpermbangkan. Makalah n mengaplkaskan meode Modfed Un Decommmen dengan meode Dynamc Programmng pada penjadwalan un pembangk ssem kelsrkan Jawa-Bal. Dengan menganalss aplkas kega meode ersebu pada penjadwalan un pembangk hermal dharapkan dapa dperoleh pendekaan yang palng efsen unuk melakukan penjadwalan. 2. MODFED UNT DECOMMTMENT 2. Defns. Kelebhan cadangan berpuar: alah ddefnskan sebaga nla posf dar perbedaan (kapasas cadangan ssem demand ssem) dan cadangan berpuar ssem yang dperlukan, basanya 5-7 % dar ssem demand. 2. Kekurangan cadangan berpuar: alah ddefnskan sebaga nla negaf dar perbedaan (kapasas cadangan ssem demand ssem) dan cadangan berpuar ssem yang dperlukan. 3. Decommng sebuah un: alah suau prosedur dmana dalam sebuah un d suau ssem dengan kelebhan cadangan berpuar alah d decommed aas sebagan aau seluruh perode waku penjadwalan demkan bahwa n dak menyebabkan kekurangan cadangan berpuar. 4. Un-un ssa subse dar un-un dmana mengeluarkannya un sebelumnya d decommed sebagan aau seluruh perode waku penjadwalan. 2.2 Penyelesaan Modfed Un Decommmen Posedur decommng un dselesakan dengan langkap-langkah sebaga berku:. Ssem dawal dengan semua un anpa melanggar mnmum up-me dan mnmum down-me sebaga sarng pon U ( =, 2,...,, =, 2,..., T) o 2

3 o 2. Mengerjakan economc dspach unuk awal penjadwalan un dengan prosedur λ dan P o. Dalam kasus pelanggaran konds beban mnmum ssem (pembangkan lebh), λ o o dse unuk ssem lambda mnmum dan P unuk baas bawah un. 3. Menghung kelebhan kapasas spnnng dengan persamaan (7) 4. Unuk seap kandda un dar se un yang dssakan dluar un-un yang elah decommed (dalam eras perama un-un yang dssakan sama dengan semua unun yang erseda dalam ssem) subproblem (P ) dselesakan dengan Dynamc Programmng unuk menghaslkan penjadwalan commmen U ( =, 2,...,, =, 2,..., T). 5. Memaka krera unuk menghung penghemaan baya relaf unuk decommng un. 6. Membandngkan penghemaan baya relaf dar un-un yang dopmas dan memlh un dengan penghemaan baya relaf yang ngg dengan decomm unuk proses eras. 7. Mencaa penjadwalan dar un decommmen. 8. Mengerjakan economc dspach unuk ssem seelah proses decommng. 9. Melakukan perhungan problem (P ) seelah proses economc dspach dlakukan, sehngga dperoleh suau solus baru. Maka solus n sebaga sarng pon baru. 0. Memperbaru se un-un ssa. Menuju ke sep 3 dan ulang lag sep 3 sep 0. Jka dua eras yang beruruan member solus yang sama, proses eras selesa. 2.3 Krera Decommmen Seelah penenuan besar beban yang harus danggung oleh ap-ap un secara ekonoms dengan Economc Dspach dan proses perhungan baya bahan bakar mnmum dengan meode Dynamc Programmng dlakukan, maka meode un decommmen dapa dlakukan. Dan seelah jalur sae yang mempunya nla mnmum dperoleh maka proses decommng dlakukan dengan memakan seap un pada sae berdasarkan hasl dar proses Dynamc programmng. Proses n dlakukan pada semua un dmula dar un da yang perama sampa yang erakhr. Adapun krera yang dgunakan adalah: UCST0, adalah baya oal dar obyekf (3.9) sebelum un decommng alah: UCST0 = Σ [ C( P )* U + S( X, U U, ) λ P * U] ( ) UCST, adalah baya oal dar obyekf (3.9) seelah un decommng alah: UCST = Σ[ C ( P )* U + S ( X, U, U ) λ P * U ] ( 2 ) Dengan: U alah jadwal un seelah un decommng. Berdasarkan hasl perhungan dengan menggunakan persamaan () dan (2), kemudan dcar selsh anara baya oal dar un sebelum dan sesudah melakukan proses un decommmen. Selsh anara baya oal n juga dsebu penghemaan baya (cos savng) mulak seelah proses decommng un. Penghemaan (savng) baya absolu decommng un ersebu adalah: SUCST = UCST 0 UCST ( 3 ) 3

4 Kemudan dhung kapasas spnnng oal decommng (DUCS) dar un yang d decommed selama perode waku: 0 DUSC = Σ {mn{ EXS },( P *( U ))}* U } ( 4 ) max Besarnya penghemaan baya relaf un (oal cos savng relave) erhadap kapasas berpuar unuk decommed un selama perode waku: RUCST = SUCST / DUSC ( 5 ) dengan : U = jadwal un seelah decommng P = pembangkan un seelah decommng λ = baya margnal ssem seelah un decommng. 2.4 Rumusan (formulas) Pada meode n dasumskan bahwa permnaan beban ssem dan permnaan cadangan ssem erseda dalam seluruh perode penjadwalan. Selanjunya bsa ddefnskan fungs objekf sebaga: mn { T T = 0 = = = F ( p T ) xu + C up, (( U + U ) + U + U ) / 2 + = 0 = C ( 6 ) down, ( U + U ( U + U )) / 2} subyek pada: req EXS = Σ R * U D R 0 ( 7 ) D = max p xu = mn p p p, xu, = 0 ( 8 ) D max R up 0 ( 9 ) p ( 0 ) p δ p p + δ ( ) on X jkau = 0 dan U ( 2 ), = off X jkau = dan U 0...( 3 ), = T adalah jumlah nerval radng dalam sau sklus dspach, adalah ndeks nerval radng, (=0,,T), adalah jumlah un pembangk adalah jumlah dar un pembangk (=,,), on, off adalah mnmum up and down me dar un p max, p mn adalah baas level pembangkan maksmum dan mnmum dar un δ +, δ - adalah baas rampng rae aas dan bawah dalam nerval radng, C up,, C down,, a baya penyalaan dan pemadaman un D adalah permnaan beban ssem dalam nerval radng, R up adalah permnaan cadangan ssem dalam nerval radng, U adalah berharga konds 0- (0 berar un ma dan berar nyala), X adalah nla dskr yang berar jumlah nerval radng anara perubahan konds erakhr un dan nerval radng sekarang, p adalah level generas un dalam nerval radng. 4

5 2.5 Algorma Solus Proses uama dar MUD hampr sama dengan meode un decommen, eap perbakan dbua dengan lebh banyak baasan, seper ramp rae, dan lan-lan, yang dpermbangkan. Penjadwalan har berkunya dkerjakan menuru konds awal un. Solus awal dmungknkan menuru konds awal dar un yang dkerjakan sebaga berku. Jka off X aau X > ( 4 ) Selanjunya deapkan 0 U, = {,..., T} ( 5 ) Sehngga, solus awal yang mungkn dan rangkaan awal un kandda dperoleh. Seelah u, subprogram opmsas un-unggal dgunakan unuk masng-masng kandda un unuk menenukan dekommen opmal (dekommen sebagan) un dalam perode waku yang del sehngga ddapakan baya produks mnmum. Harus dlakukan juga sebuah sub program economc dspach unuk mendapakan nla mnmum yang berhubungan dar fungs obyekf. Jadwal dengan nla palng rendah dplh sebaga hasl dar eras sekarang. Proses eras berlanju sampa dak ada perubahan jadwal yang bsa dreduks lag nla fungs obyekfnya. 2.6 Pelaksanaan Algorma Algorma bsa dpecah menjad ahap-ahap berku n:. nsalsas daa dan meneapkan solus awal (U 0, X 0, P 0 ) dan meneapkan un kandda. 2. Unuk seap un kandda dgunakan program penjadwalan Dynamc Programmng unuk mendapakan jadwal opmal un selanjunya menjalankan subprogram economc dspach unuk mendapakan solus (U, X, P ), demkan juga unuk mendapakan nla fungs objekf yang berhubungan. 3. Solus yang mungkn dar penjadwalan opmal un ndvdual dan dspach dengan nla palng rendah dar fungs obyekf dplh sebaga sebuah k awal unuk eras berkunya. 4. eras sekarang yang dak memlk perbakan pada fungs obyekf bla dbandngkan dengan eras erakhr, perhungan berakhr. Jka sebalknya, maka eras berlanju dengan memperbaharu rangkaan un kandda dan berlanju ke ahap HASL DAN ANALSS 3. Smulas dan Analss dengan MUD Unuk melakukan smulas prosedure modfed un decommmen algormanya adalah: a. Memasukan daa yang melpu parameer-parameer un hermal dan pembebanan. b. Melakukan perhungan daya yang harus dbangkkan dar ap-ap un menggunakan Economc Dspach dengan eras lambda unuk penjadwalan awal dan menghung kelebhan cadangan puar (EXS ). c. Melakukan decommmen dengan Forward Dynamc Programmng berdasarkan krera ekonoms unuk memperoleh kombnas yang opmal. d. Melakukan proses decommmen secara konnyu dan danggap selesa bla dak mungkn lag dlakukan reduks erhadap baya oal. Daa yang dperlukan unuk smulas penjadwalan adalah menggunakan daa parameer pembangk hermal un pembangk yang dkelola PT. PLN (Persero) ndonesa Power dan 5

6 Pembangkan Jawa Bal. dan daa beban menggunakan daa beban pada har Mnggu, 4 Januar2009 dan beban Senn, 5 Januar 2009 (Gambar.) Beban Mnggu, 4 Januar 2009 Beban Senn, 5 Januar 2009 Beban (MW) 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000, Perode Beban Beban (MW) 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000, Gambar. Kurva Beban Senn 5 Januar Perode Seelah dlakukan smulas dengan meode modfed un decommmen dperoleh schedule penjadwalan yang erlha pada Gambar 2. Tabel. menunjukkan un-un yang mengalam shudown dan Sandby selama perode penjadwalan har Mnggu dan Senn. Un 26, 27, dan 28 mengalam shudown selama 24 jam, un 3 shudown 8 jam, dan un 32 shudown selama 5,5 jam. Dan un 32 mengalam sandby,5 jam, un 3 sandby 3 jam. Sedangkan pada har Senn un yang mengalam sandby sebagan perode adalah: 32, 3, 28, 27, 26, 23, 22, dan 2. Beban Tabel. Un-un yang mengalam shudown dan sandby pada perode Senn, 5 Januar 2009 Har/anggal Mnggu, 4 Januar 2009 Senn, 5 Januar 2009 No. Un Nama Un Perode waku Keerangan ,5 jam(shudown) 32 PLTGU Gresk # B ,5 jam (sandby) ,5 jam (sandby) ,5 jam (sandby) 3 PLTGU Gresk # B jam (shudown) jam (sandby) 26 PLTU Paon # jam (shudown) 27 PLTU Gresk # jam (shudown) 28 PLTU Gresk # jam (shudown) 32 PLTGU Gresk # B ,5 jam (sandby) 3 PLTGU Gresk # B jam (sandby) jam (sandby) jam (sandby) 28 PLTU Gresk # jam (sandby) ,5 jam (sandby) jam (sandby) 27 PLTU Gresk # jam (sandby) ,5 jam (sandby) jam (sandby) jam (sandby) 26 PLTU Paon # ,5 jam (sandby) ,5 jam (sandby) ,5 jam (sandby) 23 PLTU M. Karang # jam (sandby) 22 PLTU M. Karang # jam (sandby) 2 PLTU M. Karang #B jam (sandby) 6

7 Perbandngan pembebanan ap Un PLN dengan MUD ( 7087 MW) Perbandngan Pembebanan ap Un PLN dengan MUD (5586 MW) Daya pembangkan ap un (MW) PLN Modf Daya pembangkan ap Un (MW) PLN Modf Un Pembangk Un Pembangk Gambar. Grafk Perbandngan Pembebaban ap Un Penjadwalan PLN dengan Penjadwalan Meode Modfed Un Decommmen pada Beban Maksmum Berdasarkan hasl pembebanan pada masng-masng un oleh PLN, bahwa semua un dperahankan eap comm dan hanya beberapa un saja yang decomm pada beban erenu, MUD cukup banyak un yang decomm pada beban-beban erenu. Perbandngan pembebanan ap un oleh PLN dengan MUD dunjukkan pada Gambar. Hal n dapa dambl kesmpulan bahwa penjadwalan dengan MUD lebh ekonoms oal baya operasnya bla dbandng dengan penjadwalan PLN. Sehngga ke-ga meode n dapa dpermbangkan dpaka unuk penjadwalan unuk menghaslkan oal baya operas yang lebh efsen. Tabel 2. Perbandngan Baya operasonal anara Un Commmen, Modfed Un Decommmen Perode 4 Januar 2009 Meode Penjadwalan Toal Baya Operas Mnggu, 4 Januar 2009 Toal Baya Operas Senn, 5 Januar 2009 ($) (Rp) ($) (Rp) Un , , , ,00 Commmen Un , , , ,00 Decommmen Penghemaan , , , ,00 Modfed Un , , , ,00 Decommmen Penghemaan , , , ,00 Keerangan: $ US = Rp ,- Tabel 2. menunjukkan perbandngan baya operasonal anara Un Commmen, dan Modfed Un Decommmen. Dar abel ersebu erlha bahwa dengan un commmen baya operasnya palng ngg sedangkan Modfed Un Decommmen baya operasnya lebh murah. Berdasarkan Tabel 2. dhaslkan penghemaan baya erhadap baya operas un commmen, Rp. 452,92 jua dengan modfed un decommmen pada penjadwalan Mnggu 4 Januar Penghemaan sebesar Rp. 8,2 jua dengan modfed un decommmen pada penjadwalan Senn, 5 Januar Sehngga, dar analss smulas penjadwalan yang dlakukan member konrbus kepada PLN bahwa ke-ga meode penjadwalan pada penelan n dapa dpermbangkan oleh PLN dpaka unuk penjadwalan dengan ujuan menghema baya operas pembangk. 7

8 5. KESMPULAN. Penjadwalan pembangk dengan MUD dapa dgunakan unuk penyelesaan dalam rangka memperoleh kombnas penjadwalan pembangk yang relaf feasble. 2. Dar 32 un yang beroperas dan dlakukan penjadwalan dengan Modfed Un Decommmen dmungknkan dlakukan proses decommng sebanyak 3 un PLTU shudown selama 24 jam dan 2 PLTGU shudown 5,5-8 jam dan 0,5-3 jam sandby pada har mnggu. 6 PLTU sandby selama 0,5 8 jam dan 2 PLTGU sandby selama 0 8 jam pada har senn. 3. Bla dbandngkan dengan penjadwalan meode UC, dhaslkan penghemaan baya sebasar Rp. 452,92 jua dengan MUD pada penjadwalan Mnggu 4 Januar Penghemaan sebesar Rp. 8,2 jua dengan MUD pada penjadwalan Senn, 5 Januar Dar analss smulas penjadwalan yang dlakukan member konrbus kepada PLN bahwa meode MUD dapa dpermbangkan oleh PLN dpaka unuk penjadwalan dengan ujuan menghema baya operas pembangk. DAFTAR PUSTAKA [] A.. Cohen, M. A. Yoshmura, "Branch and Bound Algorhm for Un Commmen," EEE Transacons on Power Apparaus and Sysems, PAS-02 (2), pp. 444~45, 983 [2] W. J. Hobbs, G. Hermon, S. Warner, G. B. Sheble, "An Enhanced Dynamc Programmng Approach for Un Commmen," EEE Transacons on Power Sysems, vol.3, No.3, pp. 20~205,988. [3] F. L. Zhuang, F. D. Galana, "Towards a More Rgorous and Praccal Un Commmen by Lagrangan Relaxaon," EEE Transacons on Power Sysems, vol. 3, No. 2, pp. 763~773,988. [4] C. K. Pang, H. C. Chen, "Opmal Shor Term Thermal Un Commmen," EEE Transacons on Power Apparaus and Sysems, PAS-95 (4), pp. 336~346, 976. [5] F. N. Lee, "Shor-Term Thermal Un Commmen A New Approach," EEE Transacons on Power Sysems, vol. 3, No.2, pp. 42~428, 988. [6] C. K. Pang, G. B. Sheble, F. Albuyeh, "Evaluaon of Dynamc Programmng Based Mehods and Mulple Area Represenaon for Thermal Un Commmens," EEE Transacons on Power Apparus and Sysems, PAS-00 (3), pp. 22~28, 98 [7] W. L. Snyder, H. D. Powell, J. C. Payburn, "Dynamc Programmng Approach o Un Commmen," EEE Transacons on Power Sysems, vol. 2, No.2, pp. 339~350,987 [8] F. N. Lee, "A Fuel Consraned Un Commmen Mehod," EEE Transacons on Power Sysems, vol. 4, No. 3, pp. 208~28, 989. [9] A. J. Wood, B. F. Wollenberg, "Power Generaon Operaon, and Conrol", Second edon, New York: John Wley & Sons, 996. [0] C. A. L R. B. Johnson, A. J. Svobada, "A New Un Commmen Mehod," EEE Transacons on Power Sysems, vol. 2, No., pp. 3~9,

9 [] Chung L Tseng and S Oren, Alva JS and Raymond B Johnson, A Un Decommmen Mehod n Power Sysem Schedulng, Elecrcal Power & Energy Sysems, Elsever Scece, vol. 9, no. 6, pp , 997. [2] Wrahanolo, Tr OpmalsasPenjadwalan Un Termal Pada PT. PLN (Persero) Pembangkan Tenaga Lsrk Jawa Bal Menggunakan Meode Un Decommmen, Tess Program Pasca Sarjana, nsu Teknolog Sepuluh Nopember Surabaya, 200. [3] Wdodo, Gao, Penjadwalan Jangka Pendek Pembangk Thermal pada Beban Mnmum Menggunkan Meode Un Commmen dengan Prosedur Un Decommmen, Tess Program Pasca Sarjana, nsu Teknolog Sepuluh Nopember Surabaya, [4] Fexong Hu, Zheng Yan, Yxn N "Un Commmen Based on Modfed Un Decommmen Mehod," EEE Transacons on Power Sysems,