Analisa Operasi Ekonomis Pembangkit Termal untuk Melayani Beban Puncak Sistem Kelistrikan Sumbar

Transkripsi

1 Jurnal Nasonal Teknk Elektro, Vol. 7, No. 1, Maret 018 p-issn: , e-issn: Analsa Operas Ekonoms Pembangkt Termal untuk Melayan Beban Puncak Sstem Kelstrkan Sumbar Syaf * dan Kartka Ika Putr Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknk, Unverstas Andalas * Correspondng author, e-mal: syaf@ft.unand.ac.d Abstrak Operas ekonoms sstem tenaga lstrk merupakan aspek pentng dalam manajemen sstem energ. Peneltan n bertujuan melakukan analsa operas ekonoms pembangkt termal dengan melakukan perhtungan untuk mendapatkan daya yang optmal serta baya pembangktan mnmum, dengan menggunakan metode teras lamda. Stud kasus operas pembangkt dalam melayan beban puncak dambl pada sstem kelstrkan Sumbar dengan asums unt pembangkt termal yang dgunakan adalah PLTD, PLTG Pauh Lmo, dan PLTU Ombln. Besar daya beban (PD) yang akan dlayan oleh pembangkt termal tersebut dambl 15 % dar kurva lama beban haran maksmum 51 MW yatu 76,8 MW. Pembagan pembebanan untuk masng-masng unt pembangkt termal dperoleh melalu perhtungan economc dspatch. Hasl perhtungan operas ekonoms untuk masng-masng pembangkt termal tersebut adalah P 1 = 1,5 MW, P = 15,867 MW, dan P 3 = 59,683 MW dengan total baya pembangktan Rp ,57 per jam. Hasl perhtungan dan perbandngan dengan konfguras penjadwalan lannya memperlhatkan bahwa dengan menggunakan perhtungan operas ekonoms dalam penjadwalan pembangkt, telah dperoleh konfguras pembangktan yang efsen dengan baya operas mnmum untuk melayan beban puncak. Dengan demkan baya pembangktan dapat dhemat sekrannya kapastas pembangktan dapat doptmalkan atau doperaskan sesua dengan hasl perhtungan operas ekonoms. Kata Kunc : Pembangkt Termal, Penjadwalan Ekonoms, Metode Iteras Lamda Abstract The economcal operaton of electrc power systems s an mportant aspect n energy system management. The research am s analyzng the economcal operaton of thermal generators by performng calculatons to obtan optmal power and mnmum generaton costs, usng the lamda teraton method. The case study of the operaton of the plant n servng the peak load s taken on the West Sumatera electrcal system wth the assumpton that the thermal generator unts used are the PLTD, PLTG Pauh Lmo, and PLTU Ombln power plant. The power demand (PD) to be servced by the thermal generator s 76.8 MW taken from 15% of maxmum load duraton curve 51 MW. The dstrbuton of load demand for each thermal generatng unt obtaned through the economc dspatch calculaton. The resulted of economcal operaton of the thermal generator P 1 = 1,5 MW, P = 15,867 MW, and P 3 = 59,683 MW wth total generaton cost 57,95, IDR/h. The calculaton and comparson wth other confguraton schedulng results showed that by usng economc dspatch method n power generaton schedulng, has obtaned effcent generaton confguraton wth mnmum operatng cost to serve the peak load. Thus, the generaton cost can be saved as the generaton capacty can be optmzed or operated n accordance wth the calculaton of economc operaton. Keywords : Thermal Power Plant, Economc Dspatch, Lamda Iteraton Method 1. Pendahuluan Serng dengan kenakan tarff lstrk, pengurangan/penghapusan subsd, dperlukan usaha-usaha konservas dan dversfkas energ lstrk. Optmas baya pembangktan untuk menurunkan baya operas pembangkt merupakan salah satu usaha konservas energ dss pembangktan. Penyeda tenaga lstrk bertujuan untuk memenuh kebutuhan beban lstrk secara efsen dengan baya mnmum. Untuk mencapa tujuan tersebut dperlukan penjadwalan unt pembangkt dengan baya mnmum, namun tetap dapat memenuh kebutuhan daya beban dengan kualtas yang bak. Pengoperasan pembangkt secara ekonoms dpengaruh oleh karakterstk pembangkt, lmt daya output pembangktan, baya bahan bakar untuk mengoperaskan pembangkt, dan rug-rug saluran transms dan dstrbus [1]. Receved date , Revsed date , Accepted date jnte.v7n Ths work s lcensed under a Creatve Commons Attrbuton-ShareAlke 4.0 Internatonal Lcense

2 Sstem tenaga lstrk yang sehat harus dapat memberkan keuntungan terhadap baya yang dnvestaskan pada operas pembangktan. Konsums bahan bakar pembangkt menjad suatu masalah yang perlu mendapat perhatan serus, mengngat komponen baya penyedaan tenaga lstrk terbesar adalah baya bahan bakar yatu sektar 60% dar baya total. Dar 60% baya bahan bakar tersebut 85% dantaranya adalah baya bahan bakar untuk pembangkt termal []. Pengaturan pembangktan dlakukan agar proses pengrman daya dapat berjalan dengan lancar. Pengaturan pembangktan juga dlakukan untuk memperoleh baya pembangktan yang mnmal yang dkenal dengan Economc Dspatch (ED) [3]. ED juga merupakan suatu proses untuk menentukan besar daya yang harus dsupla oleh setap unt pembangkt dengan baya total pembangktan mnmum. Untuk memenuh beban tertentu dlakukan dengan cara membag beban tersebut pada unt-unt pembangkt pada sstem secara optmal dan ekonoms dengan memperhatkan batasan-batasan operasonal sstem dan pembangkt [4]. Sstem kelstrkan Sumbar sebaga salah satu bagaan dar sstem kelstrkan d Indonesa perlu melakukan stud operas ekonoms dar waktu ke waktu mengngat adanya perubahan permntaan beban dan penambahan/perubahan ms operas pembangktan. Pasokan sstem kelstrkan Provns Sumatera Barat dluar kepulauan Mentawa berasal dar sstem nterkoneks 150 kv Sumatera Bagan Tengah (Jamb-Sumbar-Rau) melalu 16 Gardu Induk dengan kapastas total 744 MVA dan beban puncak sebesar 51 MW [5]. Pembangkt pada sstem Sumbar terdr dar 3 sektor yatu sektor Ombln, sektor Teluk Srh, sektor Bukttngg. Dmana pada masng-masng sektor terdr dar beberapa unt pembangkt yatu sektor Ombln terdr dar unt PLTU, unt PLTG Pauh Lmo. Sektor Teluk Srh terdr dar PLTU Teluk Srh unt. Sektor Bukttngg terdr dar PLTA Mannjau 4 unt, PLTA Batang Agam 3 unt, dan PLTA Sngkarak 4 unt. Untuk memproduks tenaga lstrk yang optmal terhadap suatu permntaan beban oleh sejumlah unt pembangkt termal (PLTU, PLTG, PLTD), dperlukan suatu perhtungan operas ekonoms. Peneltan sebelumnya terkat operas ekonoms pembangkt termal d Sumatera Barat dan Jamb telah dlakukan [6,7]. Operas ekonoms Pembangkt Lstrk Tenaga Sampah (PLTSa) dan PLTG Dalam Melayan Beban Puncak Kelstrkan Sumbar telah dpaparkan dalam referens [6]. Sedangkan operas ekonoms dan unt commtment pembangkt termal pada sstem kelstrkan Jamb dberkan dalam referens [7]. Pada artkel n akan dpaparkan hasl analsa operas ekonoms pembangkt termal untuk melayan beban puncak sstem kelstrkan Sumbar untuk skenaro tga unt pembangkt termal melayan beban puncak tahun Operas Ekonoms Sstem Kelstrkan Sumbar Pembebanan sstem kelstrkan Sumbar dsesuakan dengan karakterstk dar unt pembangktan. Secara umum, jens prortas pembangkt dalam sstem tenaga lstrk dbag menjad tga bagan yatu: a. Pembangktan beban dasar (base load) mempunya karakterstk baya operas murah. Pembangktan jens n tdak dapat dhdupkan atau dmatkan dalam waktu yang sngkat dan lambat dalam menakan atau menurunkan daya terbangktkan. b. Pembangkt beban menegah (load follower): pembangkt tpe load follower merupakan pembangkt yang memlk karakterstk lebh fleksbel namun juga lebh mahal baya pengoperasaannya apabla dbandngkan dengan pembangkt beban dasar. c. Pembangkt beban puncak (Peaker): merupakan pembangkt yang memlk karakterstk yang fleksbel sehngga responsf dalam hal kecepatan perubahan pembebanan dan pengaturan konds operasonal dan non operasonal dar pembangkt tersebut. Pembangkt untuk melayan beban puncak basanya dplh pembangkt termal dengan baya operas yang relatf mahal. Stud operas ekonoms sstem kelstrkan Sumbar dambl untuk pembebanan 51 MW sepert karekterstk kurva lama beban Gambar 1. Berdasarkan ms pembangkt melayan permntaan beban dengan asums operas beban puncak berduras 8 jam, beban menengah 16 jam dan beban dasar 4 jam dperoleh operas beban dasar dan menengah 435, MW yang dtanggung oleh pembangkt PLTA, dan pembangkt PLTU Teluk Srh serta pembangkt lannya, sedangkan beban puncak 76,8 MW djadwalkan untuk

3 pembangkt termal. Operas sstem kelstrkan Sumbar tersebut dperlhatkan pada Gambar PLTD X 40 MW F1 PLTG 3 X 1,35 MW F PLTU X 100 MW F3 P1 P P3 PD Gambar 3. Unt pembangkt termal Gambar 1. Kurva lama beban sstem kelstrkan Sumbar. (ddspatch) Pembangkt Thermal (PLTA, PLTU Teluk srh dan Pembangkt lan PLTD PLTG Pauh Lmo PLTU Ombln PLTA PLTU Teluk Srh Pembangkt lan 76,8 MW 51 MW-76,8 MW =435, MW Gambar. Operas sstem kelstrkan Sumbar Pembangkt termal yang dgunakan dalam memenuh permntaan beban pucak dasumskan sebaga berkut : PLTD unt PLTG Pauh Lmo 3 unt PLTU Ombln unt Sstem kelstrkan dengan tga jens unt pembangktan termal yang akan djadwal untuk ms melayan beban puncak dengan batasan generator yang dberkan dan mengabaan rugrug jarngan dapat dmodelkan sepert Gambar 3 berkut: 3. Metode Iteras Lamda Perhtungan operas ekonoms untuk penjadwalan pembangkt dlakukan menggunakan metode teras lamda. Data yang dbutuhkan yatu persamaan baya bahan bakar (Rp/jam) dar masng-masng unt pembangkt termal, batasan daya pembangkt serta permntaan daya beban (PD). Metode teras lamda merupakan salah satu metode yang dapat dgunakan untuk penjadwalan ekonoms [8]. Pada metode n nla awal lamda (λ) dasumskan terlebh dahulu, kemudan dengan menggunakan syarat optmum, dhtung daya output setap pembangkt (P). Dengan mempertmbangkan kendala pembangkt dperksa apakah jumlah total dar output sama dengan kebutuhan beban sstem, bla belum lamda (λ) dtentukan kembal sepert alur gambar 4. Proses dalam perhtungan penjadwalan ekonoms menggunakan metode teras lamda secara rngkas dlakukan dengan langkah perhtungan berkut: () mengansumskan lamda (λ); () menghtung output daya masng-masng dar ketga unt, dperoleh harga P 1, P, P 3, untuk harga λ yang pertama;() bla harga P 1+P +P 3 lebh kecl dar PD maka akan dtentukan kembal harga λ yang lebh besar dar harga λ yang pertama (dan sebalknya), (v) kemudan dhtung penyelesaannya. Dengan dperoleh dua kal perhtungan maka secara ekstrapolas dapat dtentukan harga λ selanjutnya sampa dcapa harga yang dkehendak P 1+P +P 3 PD. 3

4 Harga lamda (λ) baru Tdak Start Set harga awal λ dengan rumus Menghtung P untuk =1...N Menghtung Ya Gambar 4. Metode teras lamda N P Pload P 1 P Tolerans Hasl End Ketka terjad konds pembagan daya dluar dar batasan daya unt pembangkt, maka untuk proses teras berkutnya dsettng daya pembangktan berada pada batasan daya unt pembangkt tersebut, dan besaran daya total pembangktan sama dengan kebutuhan beban dkurang daya pembangkt yang dset pada batas maksmum atau mnmum ( P = PD-P (mak/mn)). Proses berkutnya adalah perhtungan baya pembangkt menggunakan fungs baya yang telah dtentukan dengan persamaan: F ( P ) P P (1) Persamaan untuk mendapatkan lamda awal menggunakan persamaan berkut: PD () 1 Berdasarkan nla lambda tersebut dapat dketahu nla pembangktan untuk setap unt pembangkt. ( k ) ( k ) P (3) Untuk beroperas secara ekonoms, maka seluruh unt pembangkt harus beroperas pada nla ncreamental cost yang sama dan memenuh batasan kendala pertdaksamaan. Jka daya unt pembangkt lebh kecl dar batasan mnmum maka akan ddapatkan solus persamaan (5). P Pmn (4) P P mn (5) Jka hasl perhtungan daya suatu unt pembangkt lebh besar dar batasan maksmum maka akan ddapatkan solus persamaan (7). P Pmax (6) P Pmax (7) Nla total daya pembangktan ( P ) pada awal teras tdak selalu sesua dengan total daya beban (PD). Untuk menghtung besar perbedaan tersebut dhtung menggunakan persamaan berkut: P PD P (8) Jka nla selsh P belum dalam batas tolerans (konvergen) yang dzkan maka dlakukan proses perhtungan ulang untuk teras berkutnya. Proses perhtungan dteruskan sampa selsh daya mendekata nol sesua dengan krtera penghentan yang d berkan. 4. Deskrps Data Data Sstem pembangkt termal menggunakan tpkal data Tabel 1 berkut: Unt Tabel 1. Fungs baya pembangkt termal Fungs Baya (Rp/jam) PLTD F , ,99 P , 448P PLTG F , , P ,36579 P PLTU F 0,534 0,31P 5.343P Dengan batasan daya generator masng-masng unt termal untuk nla daya mnmum (P mn) dan daya maksmum (P mak), sepert pada Tabel. Tabel. Batasan Daya Pembangktan Unt Pembangkt Pmn (MW) Pmak (MW) PLTD 1,5 3 PLTG Pauh Lmo 6, PLTU Ombln

5 5. Hasl dan Pembahasan Menggunakan perhtungan penjadwalan ekonoms metode teras lamda, harga awal lamda dhtung terlebh dahulu dengan persamaan (), dengan nla PD sebesar 78,8 MW sebaga nla total beban yang sama dengan nla jumlah daya yang akan dbangktkan oleh unt termal (PLTU, PLTD dan PLTG). Proses dlanjutkan dengan mencar selsh daya ( P) sesua dengan teras konvergens, dmana proses teras akan dberhentkan apabla selsh antara total daya pembangkt dengan total daya permntaan beban mendekat nol. Hasl perhtungan penjadwalan ekonoms dperoleh nla pembangktan masngmasng unt termal adalah: P 1 = -1,089 MW P = 15,87 MW dan P 3 = 6,01 MW dengan total daya yang dbangktkan tetap sama dengan total beban 78,8 MW, namun P 1 = -1,089 MW berada dbawah batasan mnmal. maka P 1 dset 1,5 MW sesua batasan mnmal dan datur tetap konstan untuk teras berkutnya.. Dengan menghlangkan P 1 dar unt termal yang djadwalkan, nla ΔP menjad: -,339. Sehngga proses perhtungan dlanjutkan untuk teras ke- dhtung kembal keluran untuk daya P dan P 3 dengan harga lamda yang baru yatu sebesar: ,57 Rp/MWh maka dperoleh: P = 15,867 MW dan P 3 = 59,683 MW Selanjutnya dlakukan proses perhtungan total baya pembangktan dan dperoleh hasl sebesar Rp ,57 per jam. Hasl perhtungan baya operas untuk masng-masng unt pembangkt termal dberkan pada Tabel 3. Dar hasl tersebut terlhat bawa pembangkt desel dengan baya operas palng mahal akan mendapatkan jatah pembangktan mnmum atau pada batas bawahnya yatu 1.5 MW. Sedangkan pembangkt pembangkt dengan baya yang lebh murah akan d dspatch pada nla yang lebh besar atau optmal. Tabel 3. Hasl perhtungan baya operas (F) Unt Kapastas Baya Operas (Rp/h) Pembangkt (MW) PLTD 1, ,75 PLTG Pauh 15, ,87 Lmo PLTU 59, ,57 Ombln Total 78, ,57 Tabel 3 terlhat bahwa setelah dlakukan perhtungan penjadwalan ekonoms dengan teras lamda ddapatkan total baya tga jens unt pembangkt termal tersebut adalah sebesar Rp ,57 per jam. Hasl perhtungan operas ekonoms pembangkt termal tersebut dbandngkan dengan nla penjadwalan operas pembangktan lannya konfguras 1, dan 3. Dperoleh hasl sepert terlhat pada Tabel 4. Tabel 4. Baya operas tanpa penjadwalan ekonoms (penjadwalan perkraan) Unt Pembangkt Kapastas (MW) Konfguras -1 Baya Operas (Rp/jam) PLTD ,1 PLTG Pauh Lmo 18, ,8 PLTU Ombln 56, ,5 Total 76, ,5 Konfguras- PLTD ,1 PLTG Pauh Lmo ,33 PLTU Ombln 37, ,7 Total 76, ,4 Konfguras-3 PLTD ,1 PLTG Pauh Lmo ,10 PLTU Ombln 54, ,9 Total 76, ,1 Dar hasl perhtungan Tabel 3 dan 4 dperoleh bahwa dengan menggunakan perhtungan penjadwalan ekonoms, telah dperoleh baya operas mnmum untuk melayan beban puncak. Dengan demkan baya pembangktan dapat dhemat sekrannya kapastas pembangktan dapat doptmalkan atau doperaskan sesua dengan hasl perhtungan penjadwalan ekonoms. Perbandngan baya pembangktan dan besar baya penghematan yang dperoleh dapat dlhat pada Gambar 5. Dar hasl tersebut terlhat bahwa penjadwalan ekonoms unt pembangkt termal, khususnya untuk pelayanan puncak sangat pentng dalam rangka penghematan baya pembangktan sehngga dapat menekan baya pokok penyedaan pembangktan. Untuk mendapatkan hasl perhtungan yang akurat dperlukan nput data khususnya fungs baya unt pembangkt termal yang vald sesua dengan konds real dlapangan 5

6 dengan mempertmbangkan baya nverstas, baya bahan bakar baya operas dan pemelharaan yang terbaru. Baya Operas (Rp/h) , , , ,57 Penjadwalan perkraan Penjadwalan ekonoms Daya (MW) 76.8 Konfg -3 Gambar 5. Perbandngan baya operas 6. Kesmpulan Konfg -. Konfg- -1. Hasl analss dan perhtungan dengan menggunakan metode teras lamda dperoleh daya output masng-masng pembangkt P 1 = 1,5 MW, P = 15,867 MW, dan P 3 = 59,683MW. Total baya pembangktan mnmum adalah Rp ,57 per jam. Perbandngan dengan nla penjadwalan pembangktan lannya mengaslkan baya operasa yang lebh mahal dar yang dperoleh dengan perhtungan ED. Dar hasl perhtungan tersebut dperoleh bahwa dengan menggunakan perhtungan operas ekonoms, telah dperoleh konfguras pembangktan yang palng efsen dengan baya operas mnmum untuk melayan beban yang sama. Dengan demkan baya pembangktan dapat dhemat sekrannya kapastas pembangktan dapat doptmalkan atau doperaskan sesua dengan hasl perhtungan operas ekonoms. Ucapan Terma Kash Penuls mengucapkan terma kash kepada Jurusan Teknk Elektro Fakultas Teknk Unverstas Andalas atas bantuan pendanaan peneltan yang dberkan melalu kontrak peneltan No. 09/UN D/PL/017. Daftar Pustaka [1] Adrant, Penjadwalan Ekonoms Pembangkt Thermal dengan memperhtungkan Rug-Rug Saluran Transms Menggunakan Metode Algortma Genetk, Jurnal Teknka, vol. 1, no. 33, pp , 010. [] Asmar, Yassr, and H. Tengku, Pembuatan Aplkas Untuk Analss Economc Dspatch Stasun Pembangkt Tenaga Lstrk, Jurnal Electrchsan, vol. 1, no. 1, Me 014. [3] B. T. Arozaq, R. S. Wbowo, and O. Penangsang, Analss Pembebanan Ekonoms pada Jarngan 500 kv Jawa Bal Menggunakan Software PowerWorld, Jurnal Teknk ITS, vol. 1, no. 1, pp. 1 6, Sep 01. [4] A. Volta, A. Pryad, and I. Roband, Optmsas Economc Dspatch pada Sstem Kelstrkan Jawa Bal 500 kv menggunakan Dfferental Evolutonary Algorthm, Jurnal Teknk ITS, vol. 1, no. 1, pp , Sep 01. [5] RUPTL (016), Rencana Usaha Penyeda Tenaga Lstrk PT PLN (Persero) Tahun 016 s.d. 05, Lampran KepMen ESDM No K/0/MEM/016 Tanggal 10 Jun 016. [6] Monce and Syaf, Operas Ekonoms (Economc Dspatch) Pembangkt Lstrk Tenaga Sampah (PLTSa) dan (PLTG) Dalam Melayan Beban Puncak Kelstrkan Sumbar, Jurnal Teknk Elektro, vol., pp , November 013. [7] Delma dan Syaf, "Operas Ekonoms dan Unt Commtment Pembangkt Thermal pada Sstem Kelstrkan Jamb", Jurnal Nasonal Teknk Elektro, Vol 5, No 3, November 016 [8] A. J. Wood and B. F. Wollenberg, "Power Generaton, Operaton, and Control", 1st ed. Canada: John Wlley & Sons Inc, Bodata Penuls Syaf, menamatkan S1 d Jurusan Teknk Elektro Unverstas Sumatera Utara (USU) tahun Penddkan S bdang Energ Elektrk dselesakan d Insttute Teknolog Bandung (ITB) tahun 00. Penddkan S3 bdang Electrcal Power System, dperoleh dar Unverst 6

7 Teknolog Malaysa (UTM) Malaysa tahun 011. Sejak tahun 1998 penuls terdaftar sebaga dosen d Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknk, Unverstas Andalas, Padang. Mnat peneltannya adalah: Komputas Sstem Tenaga dan Pembangkt Energy Terbarukan. Kartka Ika Putr, menamatkan S1 d Jurusan Teknk Elektro Unverstas Andalas, Padang tahun 017 dalam bdang Sstem Tenaga Lstrk. Mnat peneltannya adalah: Optmalsas Sstem Tenaga Lstrk. 7