ANALISA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA UNTUK PEMENUHAN KEBUTUHAN ENERGI LISTRIK DI PULAU PRAMUKA

Transkripsi

1 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : ISSN ANALISA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA UNTUK PEMENUHAN KEBUTUHAN ENERGI LISTRIK DI PULAU PRAMUKA HYBRID POWER PLANT ANALYSIS TO FULFILL THE ELECTRICITY NEED IN PRAMUKA ISLAND Rina Irawati, Zuhaidi Puslitbangtek Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi Jl. Ciledug Raya Kav. 109, Telp. (021) , Cipulir Keb. Lama Jakarta Selatan r_yina96@yahoo.com ABSTRAK Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) adalah integrasi sistem pembangkit listrik berbasis energi fosil (tak terbarukan) dengan pembangkit listrik berbasis terbarukan. Tujuan utamanya untuk menghemat pemakaian bahan bakar dan mengurangi emisi terutama CO 2. Secara menyeluruh, integrasi pada sistem PLTH ini merupakan sistem yang multi variabel sehingga digunakan bantuan perangkat lunak, dalam hal ini HOMER versi Perangkat lunak ini mengoptimasi berdasarkan nilai Net Present Cost (NPC) terendah. Pada penelitian analisa PLTH untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik di Pulau Pramuka, Kabupaten Administrasi Kepulauan Seribu, Provinsi DKI Jakarta, diintegrasikan PLTD, PLTB dan PLTS. Hasil simulasi dan optimasi berbantuan HOMER menunjukkan bahwa secara keseluruhan PLTH yang optimum untuk diterapkan di Pulau Pramuka adalah integrasi antara PLTS dan PLTD. Pada kondisi yang optimum ini, kontribusi PLTS sebesar 20% dan PLTD 80% dengan nilai bersih sekarang (net present cost, NPC) sebesar $ , biaya pembangkitan listrik (cost of electricity, COE) sebesar $0,408 per kwh, konsumsi BBM pertahun liter, emisi CO 2 yang dihasilkan sistem sebesar kg/tahun atau berkurang sebesar 4,35%, kelebihan energinya selama setahun sebesar kwh. Kata kunci: PLTH, NPC, Emisi CO 2, COE ABSTRACT Hybrid Power System is a system integration of fossil fuel-based electricity generation with renewable electricity generation. The main objective is to conserve fuel and reduce emissions, especially CO 2. The overall system is a multi-variable system that requires the support of software, in this case is the HOMER version 2.81 which optimizes on the basis of the lowest Net Present Cost (NPC). On research in Pulau Pramuka Kabupaten Administrasi Kepulauan Seribu Provinsi DKI Jakarta, diesel power plant, wind power plant and solar photovoltaic (PV) are integrated. Simulation and optimization results show that the optimum overall system to be implemented in Pulau Pramuka is a solar PV and diesel hybrids, but the use of wind power plant is not optimal. In this condition, the contribution of solar PV is about 16% and 84% of diesel with a net present value (net present cost, NPC) of $4,839,968. The cost of generating electricity (cost of electricity, COE) is $0.408 per kwh, the fuel consumption per year is 398,554 liters, the resulting CO 2 emissions is 1,049,525 kg/year or 4.35% less, and the excess energy during the year is amounting to kwh. Keywords: Hybrid Power System, NPC, CO 2 emission, COE 81

2 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 81 Vol No. 2 Desember 2012 : PENDAHULUAN Latar Belakang dan Permasalahan Pulau Pramuka adalah salah satu pulau di Wilayah Kepulauan Seribu Provinsi DKI Jakarta dengan posisi geografis 5 o 44 19,02-5 o 45 10,46 LS dan 106 o 36 31, o 37 18,34 BT, yang merupakan pusat administrasi dan pemerintahan Kabupaten Administrasi Kepulauan Seribu. Total luas Pulau Pramuka adalah 16 hektar yang dihuni oleh lebih dari jiwa, aktivitas ekonomis masyarakat bertumpu pada perikanan/nelayan. Penduduk di pulau ini masih kesulitan untuk mendapatkan air bersih. Walaupun di Pulau Pramuka sudah terdapat instalasi penyediaan air bersih sistem RO, tapi masih belum memadai untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan air bersih. Meskipun demikian Pulau Pramuka adalah salah satu daerah tujuan pariwisata di Wilayah Kepulauan Seribu. Gambar 1. Peta Lokasi Pulau Pramuka Sumber : Google earth Pulau Pramuka termasuk pulau terpencil, hal ini menyebabkan pasokan bahan bakar termasuk solar langka sehingga harganya menjadi sangat mahal. Sekarang ini energi listrik di Pulau Pramuka dipasok oleh 2 unit Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) yang masingmasing memiliki kapasitas terpasang 250 kw dan 500 kw. Namun demikian PLTD hanya beroperasi selama 15 jam per hari yaitu mulai dari jam sampai jam dengan beban puncak sebesar 307 kw. Mengingat Pulau Pramuka merupakan salah daerah wisata, maka infrastruktur kelistrikannya perlu diperhatikan lebih komprehensif untuk mendorong pertumbuhan ekonomi masyarakat di Pulau tersebut, dan sesuai dengan program pemerintah (Peraturan Pemerintah Nomor 3 Tahun 2005) dalam hal penyediaan tenaga listrik dan pemanfaatan potensi energi baru terbarukan, maka penyediaan energi listrik juga diusahakan dengan memanfaatkan seoptimum mungkin sumber-sumber energi terbarukan setempat dan dalam hal ini untuk Pulau Pramuka adalah energi surya dan energi angin. Untuk itu dilakukan penelitian terlebih dahulu yang dalam hal ini adalah pengoperasian PLTD yang diintegrasikan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Secara keseluruhan integrasi ketiga tipe pembangkit listrik tersebut dinamakan pembangkit listrik hidrida atau sistem hibrida. Keluaran dari penelitian ini berupa unjuk kerja atau kemampuan sistem hibrida yaitu integrasi antara PLTD yang berbasis BBM dengan PLTS dan PLTB yang berbasis energi terbarukan, berupa total daya sistem hibrida, jumlah BBM yang dapat dihemat, kelebihan energi listrik yang dihasilkan, biaya pembangkitan listrik dan keluaran emisinya. 82

3 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Analisis Pembangkit Sistem Hibrid Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : untuk 81-92Penyediaan Listrik di Pulau Pramuka Pengolahan data dalam penelitian ini seluruhnya dibantu dengan perangkat lunak HOMER. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : Merancang model sistem pembangkit listrik sistem hibrida berdasarkan potensi surya dan angin di Pulau Pramuka Kepulauan Seribu. Melakukan simulasi dan optimasi model sistem pembangkit listrik hibrida. Menganalisis hasil simulasi, energi yang dibangkitkan oleh sistem hibrida, prosentase kontribusi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Mengoptimasi pengoperasian pembangkit listrik hibrida METODOLOGI Metoda yang dilaksanakan dalam penelitian ini ialah : Penelitian literatur untuk mempelajari, mengembangkan dan menerapkan ilmu pengetahuan dan teknologi yang telah dikembangkan dan diterapkan sebelumnya. Mengumpulkan data kebutuhan beban energi listrik di Pulau Pramuka dari dari PT. PLN Persero DKI Jakarta, data kecepatan angin, dan data radiasi sinar matahari. Mensimulasi dan mengoptimasi model sistem hibrida dengan menggunakan perangkat lunak HOMER. Simulasi akan dijalankan dengan kondisi yang berbeda. Menganalisis hasil simulasi dan menarik kesimpulan dari analisis tersebut. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di Pulau Pramuka Kabupaten Administrasi Kepulauan Seribu Provinsi DKI Jakarta, pada tahun Tinjauan Pustaka Pembangkit listrik hibrida adalah gabungan atau integrasi antara beberapa jenis pembangkit listrik berbasis BBM dengan pembangkit listrik berbasis energi terbarukan. Sistem pembangkit yang digunakan umumnya adalah generator diesel, Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Mikrohidro, dan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Dalam penelitian ini, yang disimulasikan adalah dari PLTD, PLTB dan PLTS. Ketiga jenis pembangkit ini dioperasikan bersamaan dan dihubungkan pada satu rel (busbar) untuk memikul beban. Kontribusi daya masing-masing jenis pembangkit setiap saat tidak tetap, mengingat PLTB dan PLTS sangat tergantung padai kondisi alam. Pada siang hari ketika cuaca cerah, PLTS dapat beroperasi maksimum dan pada malam hari PLTS sama sekali tidak beroperasi, tetapi digantikan oleh baterai yang menyimpan energi listrik dari PLTS sepanjang siang hari. Sedangkan PLTB dapat beroperasi selama hampir 24 jam penuh setiap hari, tergantung pada kecepatan angin, sehingga daya yang dibangkitkan pun berubah setiap saat. Pembangkit berikutnya, PLTD adalah 83

4 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 81 Vol No. 2 Desember 2012 : pembangkit listrik yang dapat beroperasi penuh selama 24 jam. Namun sesuai dengan tujuan pengoperasian sistem hibrida yaitu menghemat BBM dan mengurangi emisi CO 2, maka pengoperasian PLTD merupakan variabel terakhir yang mengikuti perubahan suplai daya PLTB dan PLTS. Dengan demikian, kontribusi dayanya pun tergantung dari suplai daya kedua pembangkit listrik tersebut. Dengan pengoperasian PLTB dan PLTS yang terintegrasi pada sistem hibrida, maka pemakaian BBM dan emisi CO 2 dapat dikurangi bila potensi surya dan angin memenuhi. Pembangkit hibrida ini merupakan solusi untuk mengatasi krisis BBM dan ketiadaan listrik di daerah terpencil, pulau-pulau kecil dan pada daerah perkotaan. Tujuannya adalah mengkombinasikan keunggulan dari setiap pembangkit sekaligus menutupi kelemahan masing-masing pembangkit untuk kondisikondisi tertentu, sehingga secara keseluruhan sistem dapat beroperasi lebih ekonomis, efisien, dan mampu menghasilkan daya listrik secara efisien pada berbagai kondisi pembebanan. Untuk mengetahui unjuk kerja sistem pembangkit hibrida ini, hal hal yang perlu dipertimbangkan antara lain adalah karakteristik beban pemakaian dan karakteristik pembangkitan daya khususnya dengan memperhatikan potensi energi alam yang ingin dikembangkan berikut karakteristik kondisi alam itu sendiri, seperti pergantian siang malam, musim dan sebagainya. Perangkat Lunak HOMER Perangkat lunak HOMER adalah suatu perangkat lunak yang digunakan untuk optimasi model sistem pembangkit listrik skala kecil (micropower). Perangkat lunak ini mempermudah evaluasi disain sistem pembangkit listrik untuk berbagai jenis pembangkit listrik skala kecil baik yang tersambung ke jaringan listrik ataupun tidak. Perangkat lunak ini melakukan perhitungan keseimbangan energi untuk setiap konfigurasi sistem yang akan dipertimbangkan dan kemudian menentukan konfigurasi yang layak, apakah dapat memenuhi kebutuhan listrik dalam kondisi yang ditentukan, serta perkiraan biaya instalasi dan sistem operasi selama masa proyek. Sistem perhitungan biaya antara lain adalah biaya modal, penggantian, operasi dan pemeliharaan, bahan bakar, dan bunga. Perangkat lunak ini bekerja berdasarkan tiga langkah utama, yaitu simulasi, optimasi dan analisis sensitifitas. Perangkat lunak ini akan mensimulasikan pengoperasian sistem pembangkit listrik tenaga hibrida dengan membuat perhitungan keseimbangan energi selama jam dalam satu tahun. Untuk setiap jam, HOMER membandingkan kebutuhan listrik ke sistem energi yang dapat memasok dalam jam tersebut, dan menghitung energi yang mengalir dari dan ke setiap komponen dari sistem. Untuk sistem yang mencakup baterai atau bahan bakar, HOMER juga memutuskan jam operasi generator, apakah akan dikenakan biaya atau mengosongkan baterai. Diterima 84 redaksi : 7 Maret 2012, dinyatakan layak muat : 27 November 2012

5 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Analisis Pembangkit Sistem Hibrid Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : untuk Penyediaan Listrik di Pulau Pramuka Setelah disimulasi, tahapan selanjutnya adalah mengoptimasi semua kemungkinan sistem konfigurasi kemudian diurutkan berdasarkan Nilai Sekarang Bersih (Net Present Cost, NPC) yang dapat digunakan untuk membandingkan sistem desain pilihan. Ketika variabel sensitivitas ditambahkan, HOMER mengulangi proses optimasi untuk setiap sensitivitas variabel yang ditentukan. Misalnya, jika kecepatan angin ditetapkan sebagai sensitivitas variabel, HOMER akan mensimulasikan sistem konfigurasi untuk berbagai kecepatan angin yang telah ditetapkan. Kelebihan perangkat lunak ini adalah penggunaannya mudah, dapat mensimulasi, mengoptimasi suatu model kemudian secara otomatis bisa menemukan konfigurasi sistem optimum yang bisa mensuplai beban dengan biaya sekarang (NPC) terendah, dan dapat menggunakan parameter sensitifitas untuk hasil yang lebih bagus. Sedangkan kelemahannya adalah bahwa keluaran utama berupa perangkat lunak ini parameter ekonomi (NPC, COE) bukan model sistem yang terperinci. Beberapa teknologi energi terbarukan antara lain mikrohidro, biomass, fuelcell, masih belum bisa disimulasikan dengan perangkat lunak ini. Persamaan-persamaan berikut ini digunakan sebagai dasar perhitungan energi yang disuplai oleh pembangkit energi terbarukan, pengisisan baterai dan pengosongan baterai serta perhitungan total nilai bersih sekarang (Total Net Present Cost, TNPC). Persamaan Daya Pembangkit Tenaga Bayu adalah: P = h * h * r * (1) w w g 3 0.5* a * C p * A Vr Persamaan Daya Pembangkit Tenaga Surya: P = h * h * N * N * V * I (2) pv pv g pvp Persamaan Total Daya Pembangkit Tenaga Terbarukan: n å w= 1 å w n s P( t) = P w + P (3) s= 1 s pvs Persamaan Pengosongan Baterai: pv pv [ P ( t) / P ( )] P ( t) = P ( t -1) * (1 -s ) - h t (4) b b bh bi - Persamaan Pengisian Baterai: b b [ Pbh ( t) - Pbi ( t) hbi ] hbb P ( t) = P ( t -1) * (1 -s ) / * (5) dengan: I pv = arus panel PV P b P bh s P bi h bb = energi baterai dalam interval waktu = total energi yang dibangkitkan oleh PV array = faktor pengosongan sendiri baterai = total beban pada interval waktu = Efisiensi baterai Biaya Net Total Sekarang (Total Net Present Cost ) Biaya Net Total Sekarang (Total Net Present Cost ; NPC) adalah keluaran ekonomi yang paling utama untuk nilai suatu sistem hibrida, dan HOMER akan mengurutkan data hasil keluaran simulasi dan optimasi berdasar nilai NPC terendah. Total NPC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : C C NPC = (6) CRF dengan: ann, tot ( i, R proj) bi 85

6 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 81 Vol No. 2 Desember 2012 : C ann,tot CRF = total biaya tahunan ($/tahun) = faktor penutupan modal i = suku bunga (%) R proj N = lama waktu suatu proyek (tahun) = jumlah tahun Sedangkan faktor penutupan modal bisa didapatkan dengan menggunakan rumus sebagai berikut : N i(1 + i) CRF ( i, N) = (7) N (1 + i) -1 Syarat Batas Biaya Energi (Cost of Energy) Syarat batas cost of energy (COE) didefinisikan sebagai biaya rata per kwh produksi enegi listrik yang terpakai oleh sistem. Untuk menghitung COE, biaya produksi energi listrik tahunan dibagi dengan total energi listrik terpakai yang diproduksi, dengan persamaan sebagai berikut : COE ann, tot boiler thermal = (8) E prim, AC C + E - C prim, DC E + E def + E grid, sales Perhitungan Emisi HOMER menggunakan rumus berikut untuk menghitung penalti emisi sistem hibrida. C emisi c = dengan: M c CO2 c CO c UHC c PM c SO2 c NOx + c M + c M + c co2 co2 co co UHC UHC PM PM So2 So2 Nox Nox 1000 M + c M + c = penalti emisi CO 2 ($/ton) = penalti emisi CO ($/ton) = penalti emisi UHC ($/ton) = penalti emisi PM ($/ton) = penalti emisi SO 2 ($/ton) = penalti emisi NO x ($/ton) M CO2 = emisi CO 2 (kg/tahun) M CO = emisi CO (kg/tahun) M UHC = emisi UHC (kg/tahun) M PM = emisi PM (kg/tahun) M (9) M SO2 = emisi SO 2 (kg/tahun) M NOx = emisi NO x (kg/tahun) Algoritma yang digunakan HOMER dalam penelitian ini terlihat pada Gambar 2 berikut: dengan: C ann,tot = biaya total sistem tahunan ($/tahun) C boiler E thermal = marjin biaya boiler ($/kwh) = Total beban thermal yang terpenuhi (kwh/tahun) E prim,ac = beban AC utama yang terpenuhi (kwh/tahun) E prim,dc = beban DC utama yang terpenuhi (kwh/tahun) E def = beban deferrable yang terpenuhi (kwh/tahun) E grid,sales = total penjualan grid (kwh/tahun) Gambar 2. Diagram Alir Simulasi dan Optimasi Sistem Hibrida 86

7 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Analisis Pembangkit Sistem Hibrid Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : untuk Penyediaan Listrik di Pulau Pramuka IMPLEMENTASI SISTEM HIBRIDA DI PULAU PRAMUKA Berdasarkan data yang didapat melalui situs internet esrl.noaa.gov, rata-rata kecepatan angin di Pulau Pramuka diukur pada ketinggian 10 meter dari permukaan tanah adalah 2,66 m/s. Data kecepatan angin Pulau Pramuka selama satu tahun dapat dilihat pada Gambar 3. Wind Speed (m/s) Wind Resource Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Gambar 3. Kecepatan Angin Rata Rata di Pulau Pramuka Sumber : (2011). Data potensi radiasi matahari yang diperlukan HOMER untuk melakukan optimasi sistem pembangkit listrik tenaga surya adalah clearness index dan daily radiation (kwh/m2/day) selama satu tahun di Pulau Pramuka. Data indeks kecerahan (Clearness Index) dan radiasi sinar matahari (Solar Radiation) adalah rata-rata global radiasi matahari pada permukaan horisontal, dinyatakan dalam kwh/m 2, untuk setiap hari dalam tahun. Clearness Index rata rata sebesar dan daily radiation rata rata untuk di Pulau Pramuka adalah kwh/m2/day. Sumber data dapat diperoleh dengan pengukuran langsung atau melalui bantuan HOMER yang akan menghubungkan ke satelit National Aeronautics and Space Administration (NASA) melalui koneksi internet dengan memberikan letak lintang dan bujur lokasi penelitian. Gambar berikut adalah data clearness index dan daily radiation. Daily Radiation (kwh/m²/d) Global Horizontal Radiation Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Daily Radiation Clearness Index Gambar 4. Clearness Index dan Solar Radiation di Pulau Pramuka Sumber : (2011) Model sistem hibrida di Pulau Pramuka akan disimulasikan dengan kurva beban harian. Data beban utama berupa data beban harian di Pulau Pramuka yang diperoleh dari PT. PLN Persero DKI Jakarta. Beban utama disini berupa beban untuk konsumsi rumah tangga yang sebagian besar adalah penerangan, TV, dan lain-lain. Beban rata rata harian untuk Pulau Pramuka sebesar 2,5 MWh/hari dengan beban puncaknya sebesar 307 kw terjadi pada jam Data yang diperoleh dari PT. PLN Persero adalah data beban harian selama 15 jam. Gambar 5 memperlihatkan kurva beban harian yang diprediksikan sesuai dengan kebutuhan penduduk di Pulau Pramuka. Load (kw) Daily Profile Hour Gambar 5. Kurva Beban Harian Pulau Pramuka Metode Simulasi dan Optimasi Untuk optimasi desain sistem sistem hibrida ini dibuat dua kondisi dengan mengikuti kurva beban harian, yaitu : Clearness Index 87

8 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : kondisi pertama simulasi dijalankan untuk mengetahui kondisi awal sistem pensuplaian beban di Pulau Pramuka dengan menggunakan 2 unit PLTD kapasitas 250 kw dan 500 kw. kondisi kedua simulasi dijalankan dengan menambahkan komponen PLTS, PLTB, Inverter dan Baterai dengan batas minimum kontribusi energi baru terbarukan adalah 15%. Gambar berikut adalah model sistem hibrida yang akan disimulasi dan dioptimasi oleh HOMER. Dispatch strategy yang digunakan adalah cycle charging dengan setpoint state of charge 80%, maximum annual capacity shortage 0%. untuk pengaturan generatornya sistem diizinkan beroperasi dengan beberapa generator dan sistem juga diizinkan untuk mengoperasikan generator dibawah beban puncak. HASIL DAN PEMBAHASAN Simulasi dan optimasi dengan menggunakan HOMER menghasilkan beberapa konfigurasi yang berbeda sesuai dengan batasan minimum kontribusi energi terbarukannya. Gambar 6. Model Sistem Hibrida Pulau Pramuka Sumber : HOMER, NREL Semua nilai peralatan hibrida yang digunakan pada simulasi ini didapat dari situs internet yang diakses pada bulan September Batasan Batasan Pengoperasian SISTEM HIBRIDA Batasan ekonomi yang digunakan untuk semua perhitungan ketika sistem hibrida disimulasikan adalah annual real interest rate 8%, jangka waktu proyek 25 tahun, Kondisi Awal (PLTD) Simulasi yang dilakukan dengan kondisi awal adalah sebagai pembanding untuk kondisi kedua. Dalam kondisi awal, ini sistem hibrida terdiri dari dua unit PLTD dengan kapasitas 250 kw dan 500 kw, dengan hasil simulasi sebagai berikut : Tabel 1. Data Hasil Simulasi Kondisi Awal Parameter PLTD NPC ( $ ) Initial Capital Cost ( $ ) Operating Cost ( $/tahun ) COE ( $/kwh ) 0,954 Kontribusi ET ( % ) 0% Total Konsumsi Bahan Bakar ( L ) Waktu Operasi Pembangkit (jam/tahun) PLTD 250 kw PLTD 500 kw 0 Total Produksi Energi Listrik ( kwh/tahun ) PLTD 250 kw PLTD 500 kw 0 kelebihan energi listrik ( kwh/tahun ) emisi ( kg/tahun ) Karbondioksida, CO Karbonmonoksida, CO Hydrokarbon, HC 300 PM 204 Sulfur dioksida, SOx Nitrogen oksida, NOx Diterima 88 redaksi : 7 Maret 2012, dinyatakan layak muat : 27 November 2012

9 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Analisis Pembangkit Sistem Hibrid Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : untuk 81-92Penyediaan Listrik di Pulau Pramuka Kondisi Kedua (Sistem Hibrida) Simulasi yang dilakukan pada kondisi kedua dengan batasan minimum kontribusi energi terbarukan adalah 0%. Tabel 2. Data Hasil Simulasi Kondisi Kedua (Kontribusi Energi Terbarukan Minimum 15%) Parameter PLTS-PLTD NPC ( $ ) Initial Capital Cost ( $ ) Operating Cost ( $/tahun ) COE ( $/kwh ) 0,408 Kontribusi ET ( % ) 16% PLTS 120 PLTD 250 kw 250 akan dijadikan patokan untuk menganalisis optimasi sistem sistem hibrida pada hasil simulasi kondisi kedua. Total produksi listrik yang dihasilkan oleh PLTD kapasitas 250 kw dan 500 kw adalah kwh/tahun, kontribusi PLTD kapasitas 250 kw sebesar kwh/tahun atau 100% dan kontribusi sebesar 0 kwh/tahun atau 0% oleh PLTD 500 kw. Total Konsumsi Bahan Bakar ( L ) Diesel 250 kw Waktu Operasi Pembangkit (jam/tahun) PLTD 250 kw PLTS Total Produksi Energi Listrik ( kwh/tahun ) PLTS PLTD 250 kw kelebihan energi listrik ( kwh/tahun ) Emisi Karbondioksida, CO Karbonmonoksida, CO Hydrokarbon, HC 287 PM 195 Sulfur dioksida, SOx Nitrogen oksida, NOx Analisis Hasil Simulasi Simulasi dilakukan dengan dua kondisi, yaitu kondisi awal di mana hanya terdapat dua PLTD kapasitas 250 kw dan 500 kw; sedangkan kondisi kedua adalah model sistem hibrida yang terdiri dari PLTS-PLTD dengan pelengkap baterai dan inverter. Hasil simulasi yang dianalisis adalah produksi listrik, biaya listrik, dampak lingkungan (emisi CO 2, SOx, dll), konsumsi BBM oleh PLTD, kelebihan listrik yang tidak terserap oleh beban. Berikut adalah analisis selengkapnya untuk kedua kondisi simulasi. (1)Kondisi Awal (PLTD) Analisis hasil simulasi pada kondisi awal ini adalah sebagai pembanding atau yang Gambar 7. Kondisi beban harian daya keluaran PLTD 250 kw -kelebihan listrik yang tidak terpakai Gambar 7 di atas adalah kondisi suplai listrik pada tanggal 2 juli 2011 dan dapat dilihat bahwa PLTD 250 kw beroperasi hampir sepanjang hari. Keluaran daya maksimum PLTD 250 kw adalah sebesar 140 kw, minimumnya 76 kw. Pada jam sampai dengan jam terdapat kelebihan listrik. Kelebihan listrik ini terjadi karena listrik yang diproduksi oleh PLTD 250 kw selama satu tahun berlebihan dibandingkan dengan beban yang ada. Pada kondisi awal ini kelebihan energi listrik tersebut tidak dapat dimanfaatkan, karena tidak terdapat baterai sebagai tempat penyimpanan energi listrik pada sistem ini. 89

10 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : Vol No. 2 Desember 2012 : Total BBM yang dikonsumsi oleh sistem ini selama 1 tahun adalah liter, konsumsi oleh PLTD 250 kw. Kelebihan listrik yang terdapat pada sistem ini adalah sebesar kwh per tahun. Kelebihan listrik ini adalah selisih total produksi energi listrik selama satu tahun yang dihasilkan oleh kedua PLTD dan total beban yang disuplai. Biaya biaya yang didapatkan dari hasil simulasi sistem dengan kondisi awal ini adalah: modal awal yang diinvestasikan untuk sistem ini sangat murah yaitu sebesar $ , biaya pengoperasian sebesar $ pertahun, nilai bersih sekarang (NPC) sebesar $ dan biaya listrik (COE) sebesar $ 0,954 per kwh. Gambar 8. Aliran biaya PLTD 250 kw 25 tahun (2)Kondisi Kedua (Sistem Hibrida) Pada kondisi kedua, simulasi sistem hibrida menghasilkan beberapa konfigurasi yang berbeda yaitu PLTS-PLTD, dan PLTS- PLTB-PLTD. HOMER mensimulasikan sistem hibrida dan mengurutkannya dengan skala prioritas bertumpu pada NPC terendah. Dari hasil simulasi, diperoleh urutan nilai NPC terendah adalah sebagai berikut : PLTS-PLTD sebesar $ PLTB-PLTS-PLTD sebesar $ Kriteria yang ditetapkan untuk mendapatkan suatu sistem hibrida yang optimum adalah : Nilai NPC nya terendah Memiliki dampak lingkungan yang sedikit (emisinya rendah) Berdasarkan hasil simulasi dan kriteria di atas, konfigurasi yang memenuhi syarat sebagai sistem yang optimum adalah sistem hibrida yang terdiri dari PLTS dan PLTD. Konfigurasi sistem hibrida optimum terdiri dari : PLTS 0,5 kw dc dengan kapasitas total 120 kw dc PLTD kapasitas 250 kw 60 buah baterai 12 V 200 Ah (2.4 kwh) Inverter kapasitas total 50 kw Total produksi listrik yang dihasilkan oleh PLTS - PLTD adalah kwh/tahun dengan kontribusi PLTS sebesar 16% atau kwh/tahun sedangkan kontribusi PLTD sebesar 84% atau kwh/tahun. Gambar 9. Kondisi beban harian daya keluaran PLTS- PLTD 250 kw - kelebihan listrik yang tidak terpakai Gambar 9 di atas adalah kondisi suplai listrik pada tanggal 2 juli 2011 dan dapat dilihat bahwa PLTS beroperasi hampir sepanjang hari kecuali pada jam sampai dengan jam dan jam sampai dengan berhenti beroperasi dan Diterima 90 redaksi : 7 Maret 2012, dinyatakan layak muat : 27 November 2012

11 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Analisis Pembangkit Sistem Hibrid Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : untuk 81-92Penyediaan Listrik di Pulau Pramuka digantikan oleh PLTD 250 kw. Keluaran daya maksimum PLTS adalah sebesar 50 kw terjadi pada pukul Kelebihan listrik yang tidak terpakai pada sistem ini cukup besar yaitu kwh per tahun atau 14,7%. Hal ini terjadi karena listrik yang diproduksi oleh PLTS dan PLTD selama satu tahun berlebihan dibandingkan dengan beban yang ada. 60 buah baterai digunakan untuk menyerap kelebihan listrik ini. Selain menggunakan baterai, kelebihan listrik dapat juga diserap dengan menambahkan menambahkan beban deferrable ke sistem ini. bakar dapat dikurangi sebesar liter pertahun atau 4,35 %. Pada gambar 11 dapat dilihat penggantian PLTD 250 kw dilaksanakan setiap dua tahun karena telah melampaui jam operasinya selama jam (Gambar 11). Gambar 11. Aliran biaya PLTB - PLTD 250 kw selama 25 tahun Gambar 10. Kontribusi PLTS - PLTD Konsumsi BBM pada konfigurasi sistem hibrida yang terdiri dari PLTS-PLTD adalah sebesar liter/tahun. Pada konfigurasi ini penggunaan BBM bisa dihemat sebesar liter/tahun atau 4,35 % pertahun. Dengan beban harian yang tetap, kelebihan listrik yang tidak terpakai memiliki nilai yang berfluktuasi seiring dengan total produksi listrik pada sistem hibrida. Biaya biaya yang didapatkan dari hasil simulasi adalah sebagai berikut: modal awal yang diinvestasikan sebesar $ , biaya pengoperasian sebesar $ pertahun, nilai bersih sekarang (NPC) sebesar $ , biaya listrik (COE) sebesar $ 0,408 per kwh. Pada sistem ini biaya investasi awal tinggi namun selama 25 tahun biaya bahan KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Secara keseluruhan dalam penelitian kasus ini, sistem hibrida yang optimal adalah kombinasi dari PLTS-PLTD. Kontribusi PLTS terhadap sistem hibrida sebesar 16% sedangkan PLTD sebesar 84%. Konfigurasi ini ditetapkan sebagai yang paling optimal berdasarkan nilai NPC terendah yaitu sebesar $ dan biaya listrik (COE) sebesar $ 0,408 per kwh. Kelebihan energinya selama setahun sebesar kwh. Dampak lingkungan dapat dikurangi dengan menerapkan sistem PLTS-PLTD, emisi CO 2 yang dihasilkan pada sistem ini adalah sebesar ton pertahun, terjadi penurunan jumlah emisi CO 2 sebesar 48 ton pertahun atau 4,38% dari kondisi awal dengan jumlah emisi CO 2 sebesar ton pertahun. Konsumsi BBM PLTD 250 kw pada sistem PLTS-PLTD adalah liter pertahun, terjadi penghematan pemakaian BBM sebesar

12 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 81 Vol No. 2 Desember 2012 : liter pertahun atau 4,35 % dari pemakaian BBM PLTD 250 kw pada kondisi awal yaitu sebesar liter pertahun. Saran Dengan melihat kondisi diatas, disarankan untuk pemenuhan kebutuhan energi listrik di Pulau Pramukan dapat dipilih sistem hibrida dengan konfigurasi PLTS - PLTD dengan nilai COE terendah. DAFTAR PUSTAKA [1]. Henryson, M., Svensson, M. (2004). Renewable Power for the Swedish Antarctic Station Wasa. SWEDARP, Swedish Polar Research. Department of Energy Technology Stockholm, Sweden. [2]. Sulasno. (2001). Teknik dan Sistem Distribusi Tenaga Listrik. Semarang. Badan Penerbit Universitas Diponegoro. [3]. Rosyid, A., (2008). Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH) Wini. Tangerang. Balai Besar Teknologi Energi BPPT. [4]. Wind speed for Pramuka Island. (2011). [5]. NASA Surface meteorology and Solar Energy. (2011). [6]. Gilman, P., Lambert, T. (2005). Homer the micropower optimization model software started guide. National Renewable Energy Laboratory of United States Government. [7]. SMA America corp. (2009). product and price off grid inverter. Renewable Energy Laboratory of United States Government. [9]. Google earth. Dmapas. Pramuka Island. Tele Atlas Europe Technologies. [10]. Milani. N.P. (2006). Performance optimization of a hybrid wind turbine diesel microgrid power system. A Master of Science Thesis. North Carolina State University. [11]. Nayar. C., Tang. M,, Suponthana. W. (2007). An AC Coupled PV/Wind/Diesel Microgrid System Implemented in A Remote Island in The Republic of Maldives. Paper presented at Proceedings of the AUPEC Conference. Perth. [12]. Setiawan, A.A., Nayar, C.H. (2006). Design of Hybrid Power System for a Remote Island in Maldives. Department of Electrical and Computer Engineering Curtin University of Technology. Australia. [13]. Seelling, Gabriele. (1999). Optimization of Hybrid Energy System Sizing and Operation Control. A Dissertation presented for Kassel University Germany. [14]. Herlina.Thesis Analisis Dampak Lingkungan dan Biaya Pembangkitan Listrik Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida di Pulau Sebesi Lampung Selatan. Universitas Indonesia [15]. Ryszard Strzelecki, Grzegorz Benysek. Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks. Springer-Verlag. London [16]. Clark W Gellings. The Smart Grid: Enabling Energy Efficiency and Demand Response. CRC Press. New York [8]. Gilman, P., Lambert, T. (2005). Homer (Version 2.67) [Computer software]. United State of America. National Diterima 8 redaksi : 7 Maret 2012, dinyatakan layak muat : 27 November

13 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 81-92