Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di Gedung City of Tomorrow

Transkripsi

1 Sidang Tugas Akhir (Genap ) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di Gedung City of Tomorrow Nama : Dendy Yumnun Wafi NRP : Pembimbing : 1. Ir. Sjamsjul Anam, MT. 2. Heri Suryoatmojo, ST, MT, Ph.D. Page 1

2 CITY of TOMORROW Page 2

3 LATAR BELAKANG Banyaknya konsumsi energi listrik perlu dilakukan efisiensi terhadap penggunaannya. Hampir 60% konsumsi energy listrik pada gedung City of Tomorrow dipakai untuk system pendinginan terpusat (AC sentral). Page 3

4 TUJUAN Melakukan manajemen energy. Memanfaatkan energy listrik secara optimal dan efisien. Meminimalkan biaya operasional tanpa mempengaruhi aktifitas kegiatan. Page 4

5 PERMASALAHAN Bagaimana cara mengoptimalkan pemakaian energy yang terjadi pada system pengkondisian udara. Bagaimana mengatasi pemborosan pemakaian energy listrik pada sistem penerangan gedung. Bagaimana cara melakukan penghematan energy pada sistem escalator dan travelator. Page 5

6 BATASAN MASALAH Audit dilakukan pada penggunaan energy listrik pada masing-masing kelompok beban, yaitu sistem pengkondisian udara terpusat, sistem penerangan dan sistem eskalator dan travelator. Pada system pengkondisian udara dilakukan dengan cara perbandingan kurva pemakaian energy dengan hasil simulasi software untuk penambahan variable speed drive. Manajemen energy dilakukan dalam upaya memperbaiki system sehingga meminimalkan biaya operasional tanpa mempengaruhi aktifitas kegiatan di gedung. Pada tugas akhir ini hanya dibahas pada sisi mall saja. Page 6

7 LANGKAH LANGKAH PENELITIAN START PENGUMPULAN DATA DAN OBSERVASI PERHITUNGAN BEBAN A PERENCANAAN MANAJEMEN ENERGI KESIMPULAN ANALISA END A Page 7

8 MANAJEMEN ENERGI Manajemen energi merupakan kegiatan yang terstruktur untuk mengoptimalkan penggunaan energi. Manajemen energi diterapkan dengan tanpa mengurangi kualitas dan kuantitas produksi. Ada beberapa faktor mengapa diperlukan manajemen energi, diantaranya karena kenaikan harga energi, pasokan energi yang tidak menentu atau kurang handal, atau keperluan investasi peralatan energi yang ditiadakan. Sumber-sumber energy pada gedung komersial adalah energy listrik dan bahan bakar yang lain. Penggunaan energy di gedung komersial ini untuk memenuhi kebutuhan kenyamanan, kelancaran aktifitas penghuni, dan untuk memenuhi berbagai keperluan sesuai dengan fungsi bangunan. Page 8

9 SISTEM PENCAHAYAAN Pada pencahayaan ada batas/standar yang harus dipenuhi dalam penerangan untuk setiap aktifitas dalam bangunan agar tidak mengganggu produktifitas dan kenyamanan. Penerangan yang digunakan untuk bekerja berbeda dengan penerangan untuk koridor, begitu pula untuk kegiatan yang lain. Page 9

10 SISTEM PENCAHAYAAN Tabel 2.1 Tingkat Pencahayaan Minimal Page 10

11 SISTEM PENCAHAYAAN Faktor yang diperlukan dalam perhitungan, yaitu: 1. Koefisien Utilisasi ( CU = Coeffisien of Utilisation ) adalah koefisien yang menunjukkan prosentase cahaya yang dapat digunakan dari total cahaya yang dihasilkan. Harga koefisien ini antara 0 < CU < Faktor Pemeliharaan ( MF = Maintenance Factor ) adalah suatu faktor yang dipengaruhi oleh antara lain kebersihan armatur dan umur lampu. Harga faktor ini adalah 0 < MF < Untuk ruangan yang bersih dan untuk pemakaian biasa, ditetapkan harga CU = 0,6 dan MF = 0,8 atau CU x MF = 0,5. Page 11

12 SISTEM PENCAHAYAAN Tingkat pencahayaan dari suatu sistem pencahayaan dapat diperoleh dengan persamaan : dimana : F = Jumlah cahaya yang diperlukan (lumen) A = luas ruang/bidang kerja (m2) CU = Koefisien penggunaan MF = Faktor pemeliharaan N = Jumlah lampu Fl = Nilai nominal luminous pada lampu E = Tingkat pencahayaan, dalam lux (lumen/m 2 ) Page 12

13 SISTEM PENYEGARAN UDARA Pada sistem yang dibahas menggunakan sistem chiller. Pada dasarnya prinsip kerja pendingin air atau air-cooled chiller sama seperti sistem pendingin yang lain seperti AC dimana terdiri dari beberapa komponen utama yaitu evaporator, kondensor, kompresor serta alat ekspansi. Page 13

14 SISTEM PENYEGARAN UDARA Berikut adalah contoh chiller yang terpasang sebagai sistem pengkondisian udara pada mall City of Tomorrow. Page 14

15 Siklus pendinginan pada chiller SISTEM PENYEGARAN UDARA Sumber :Schneider Electric HVAC Evaporator : bahwa panas ditransfer dari udara di dalam, cairan pendingin mendidih dan berubah menjadi uap yang bertekanan rendah selanjutnya dipanaskan dalam evaporator sebelum menuju ke kompresor. Kompresor : suhu uap akan ditingkatkan dengan mengompresi ke tekanan yang lebih tinggi dan dihasilkan suhu uap yang bertekanan tinggi. Kondenser : alat penukar panas yang mentransfer panas dari uap panas zat pendingin ke udara, air atau cairan lainnya. Ketika panas dihilangkan dari uap zat pendingin maka akan mengembun dan kembali berubah ke cairan tekanan tinggi. Cairan tersebut disirkulasikan kembali menuju valve ekspansi untuk mengurangi tekanan dari zat pendingin. selanjutnya pendinginan bisa d salurkan ke ruangan Page 15

16 SISTEM PENYEGARAN UDARA Sistim Pendinginan Cooling Tower Cairan panas dari kondensor akan dialirkan kebawah melalui spray nozzles, kemudian panas dari cairan tersebut akan dibuang ke udara oleh fan. Selajutnya cairan yang sudah dibuang panasnya akan disirkulasikan kembali untuk mendinginkan kondensor pada chiller. Sumber :Schneider Electric HVAC Page 16

17 SISTEM PENYEGARAN UDARA Dari penjelasan-penjelasan diatas dapat dilihat mengenai blok keseluruhan sistem pendinginan udara pada mall City of Tomorrow. Sumber :Schneider Electric HVAC Page 17

18 FAKTOR DAYA Faktor daya sering disebut sebagai cos phi (cosine phi) dimana phi adalah sudut antara daya nyata (S) dengan daya aktif (P). P sendiri sama dengan (S*cos phi). Sedangkan Q (daya reaktif) sama dengan (S*sin phi) atau dapat juga diartikan sebagai perbandingan antara daya riil (P:MW) terhadap daya kompleks (S:MVA) pada suatu lokasi tertentu Page 18

19 PERBAIKAN FAKTOR DAYA Kapasitor adalah komponen listrik yang justru menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana kapasitor tersambung. Pada jaringan yang bersifat induktif dengan segitiga daya seperti ditunjukkan pada Gambar berikut, apabila kapasitor dipasang maka daya reaktif yang harus disediakan oleh sumber akan berkurang sebesar (Q koreksi ),yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor. Page 19

20 PERBAIKAN FAKTOR DAYA Karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen KVA dan Kvar berubah sesuai dengan faktor daya), maka dapat ditulis sebagai berikut, Daya reaktif = Daya aktif x tan Q = (P x tan ) Kvar Sebagai contoh rating kompensator daya reaktif (kapasitor) yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya beban adalah sebagai berikut: Daya reaktif pada p.f awal Q1 = P1 x tan Daya reaktif pada p.f yang diperbaiki Q2 = P2 x tan ; dimana P2 = P1 = konstan Page 20

21 Q PERBAIKAN FAKTOR DAYA θ 1 θ 2 P1 = P2 P (Watt) Q2 S2 (VA) Q1 S1 (VA) Q (VAR) Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya adalah, Daya reaktif ( Q ) = Q1 Q2 Atau, Daya reaktif ( Q ) = P x (tan - tan ) Page 21

22 Sumber tenaga listrik utama SISTEM KELISTRIKAN Gedung City of Tomorrow mempunyai kontrak listrik PLN sebesar 8.660kVA dengan tegangan distribusi 20kV. Sumber Tenaga Listrik Cadangan Sumber tenaga listrik cadangan pada gedung menggunakan pembangkit tenaga listrik bertenaga diesel. Mall City of Tomorrow memiliki genset utama yang terdiri dari : Dua buah genset 2000kVA yang melayani supplai mall Dua buah genset 700kVA yang menyuplai anchor tenant yaitu hypermart dan matahari Page 22

23 SISTEM KELISTRIKAN Berikut sistem kelistrikan yang terpasang : Page 23

24 KELOMPOK BEBAN Pengelompokan beban yang terpasang pada mall terdiri dari 7 bagian, yaitu sebagai berikut : Page 24

25 PROSENTASE BEBAN Dari tabel tersebut dapat diketahui total kebutuhan listrik untuk melayani aktifitas mall sebesar 5,002.13kVA. Sehingga prosentase penggunaan energinya seperti gambar berikut : Page 25

26 KURVA PEMAKAIAN LISTRIK JANUARI 2012 TANGGAL Page 26

27 KURVA PEMAKAIAN LISTRIK HARIAN Page 27

28 Sistem penerangan koridor mall SISTEM PENERANGAN Page 28

29 SISTEM PENERANGAN Jenis lampu yang digunakan saat ini, yaitu PHILIP jenis PLL- 4P 36 W/840, 2900 lm Luasan wilayah tiap petak lampu = m 2 Jumlah cahaya sesuai standart penerangan yaitu : = 3456 lumen sehingga jumlah lampu diperlukan : = 1.19 (2 pasang lampu) Page 29

30 Jenis lampu yang dianjurkan, yaitu jenis LED OSRAM SubstiTUBE ST8-HA W/840, 1200lm sehingga jumlah lampu yang dibutuhkan : = 2.88 (3 pasang lampu) SISTEM PENERANGAN Pada pelaksanaannya akan tetap menggunakan 4 buah lampu agar tidak mengganggu kenyamanan pengunjung. Perancanaan jenis lampu PLL-4P PHILIP 36W LED OSRAM 12W Page 30

31 KURVA PERBANDINGAN ENERGI Perbandingan energi selama 1 bulan pada seluruh lantai : LANTAI Page 31

32 Page 32

33 Sistem eskalator yang terpasang SISTEM ESKALATOR Kondisi ini eskalator jalan terus meskipun tanpa dibebani, maka kebutuhan energy listrik bisa diturunkan dengan penambahan alat start stop otomatis. Page 33

34 Untuk menentukan jumlah energy yang diperlukan pada setiap eskalator otomatis dapat diketahui melalui perhitungan sebagai berikut : Daya motor eskalator Arus tanpa beban Tegangan operasi Waktu operasi = 7.5 kw = 30.3 A = 380 V = 12 jam / hari Asumsi traffic (15 kali pengunjung lewat) = 15 kali / jam Waktu dalam 1 kali traffic (Pengunjung naik sampai lantai berikutnya) = 50 detik Overlap traffic (jarak lewat) = 33 % Page 34

35 Analisa nyala per jam = ( 15kali x 50detik ) + 33 %(15kali x 50detik ) = = 997 detik = 16.6 menit / jam Untuk waktu tidak nyala per jam = 60 menit 16.6 menit = 43.4 menit Jam tidak nyala / hari = 43.4 x 12 = menit = 8.4 jam / hari Penghematan energy yang didapat satu unit escalator perhari yaitu : kwh = (30.3 x 380 x 0.6 x 8.4) / 1000 = kwh / hari Penghematan energy satu unit eskalator perbulan yaitu : kwh = x 30 = kwh / bulan Page 35

36 Jadi penghematan energy yang didapat untuk total semua unit escalator selama satu bulan yaitu : kwh = x 27 unit = 47,004.3 kwh / bulan Page 36

37 SISTEM TRAVELATOR Sistem travelator yang terpasang Page 37

38 Untuk menentukan jumlah energy yang diperlukan pada setiap travelator otomatis dapat diketahui melalui perhitungan sebagai berikut : Daya motor travelator = 15 kw Arus tanpa beban = 55.8 A Tegangan operasi = 380 V Waktu operasi = 12 jam / hari Asumsi traffic (10 kali pengunjung lewat) = 15 kali / jam Waktu dalam 1 kali traffic = 50 detik (Pengunjung naik sampai lantai berikutnya) Overlap traffic (jarak lewat) = 33 % Page 38

39 Analisa nyala per jam = ( 10kali x 50detik ) + 33 %(10kali x 50detik ) = = 665 detik = 11 menit / jam Untuk waktu tidak nyala per jam = 60 menit 11 menit = 49 menit Jam tidak nyala / hari = 49 x 12 = 588 menit = 9.8 jam / hari Penghematan energy yang didapat satu unit travelator perhari yaitu : kwh = (55.8 x 380 x 0.6 x 9.8) / 1000 = kwh / hari Penghematan energy yang didapat satu unit travelator perbulan yaitu : kwh = x 30 = kwh / bulan Page 39

40 Jadi penghematan energy yang didapat untuk total semua unit travelator selama satu bulan yaitu : kwh = x 8 unit = 29,923.2 kwh / bulan Page 40

41 SISTEM CHILLER Perbandingan pola pemakaian energi Page 41

42 Pemakaian rata-rata energi listrik harian pada chiller selama jam operasional kwh = = kWH / hari Kebutuhan energi dengan merubah jadwal penyalaan yaitu : KWH = = kWH / hari Dengan merubah jadwal operasional penyalaan, maka pemakaian energi chiller bisa diturunkan menjadi 12, kwh / bulan. Page 42

43 SISTEM PENYEGARAN UDARA Sistem penyegaran udara pada kondisi awal menggunakan sistem pengaturan konvensional pada setiap unit AHU yaitu dengan cara mengatur bukaan valve damper sehingga jumlah aliran udara dingin sesuai yang diinginkan. Page 43

44 Pada sistem pengaturan konvensional hanya megatur jumlah aliran udara dingin yang dihembuskan tetapi fan motor tetap bekerja maksimal, sehingga masih dibutuhkan daya yang besar selama jam operasional setiap unit AHU. Dalam pembahasan ini dilakukan peghematan energi dengan cara penambahan komponen variable speed drive pada setiap unit AHU. Untuk mengetahui konsumsi daya tiap unit AHU dengan penambahan variabel speed drive, dilakukan simulasi dengan software ECO2 yang telah terbukti digunakan oleh pihak Schneider Electric. Page 44

45 Rata-rata kunjungan pengunjung perbulan Page 45

46 Simulasi software ECO2 Page 46

47 Data jumlah AHU yang terpasang pada mall Page 47

48 Sehingga kebutuhan energi listrik AHU pada semua lantai bisa diturunkan sebesar 70% untuk pemakaian perbulan Page 48

49 Grafik hasil manajemen energi Page 49

50 PERBAIKAN FAKTOR DAYA Kondisi kelistrikan sebelum dilakukan tindakan manajemen energi menunjukkan tingkat power quality yang masih rendah sekitar Hasil simulasi etap kondisi awal yaitu : Page 50

51 Perhitungan filter kapasitor Bus PDTR-1.M cos φ = 82 % S = j997 Untuk pemasangan kapasitor digunakan cos φ 90 % Q1 = 1474 tan ( arc cos 0,82 ) = kvar Q2 = 1474 tan ( arc cos 0.9 ) = kvar Maka Qc yang digunakan untuk memperbaiki adalah sebesar Qc = Q1 Q2 = = 315 kvar Cos φ menjadi 91% Page 51

52 Sehingga dari hasil perhitungan didapat : Page 52

53 Hasil simulasi dari etap setelah pemasangan kapasitor Page 53

54 Kesimpulan 1. Konsumsi energi listrik pada sistem penerangan dapat diturunkan hingga sebesar 37,290.24kWH/bulan. Dengan dilakukannya penggantian bola lampu jenis PLL-4P menjadi jenis LED, dimana bola lampu yang terpasang pada kondisi awal dengan konsumsi daya 36 Watt dan tingkat efikasi 80.5 Lumen/Watt lebih kecil dari pada bola lampu jenis LED dengan konsumsi daya 12 Watt dan tingkat efikasi sebesar 100 Lumen/Watt. 2. Pada sistem eskalator dan travelator tidak seharusnya beroperasi secara terus-menerus, dikarenakan jumlah pengunjung yang naik jumlahnya bervariasi sehingga pada saat tidak terbebani akan beroperasi terus dan membutuhkan konsumsi energi listrik yang besar. Dari penambahan sensor didapatkan peghematan energi listrik pada sistem eskalator sebesar 47,004.3kWH/bulan sedangkan pada sistem travelator sebesar 30,163.2kWH/bulan. 3. Pada sistem chiller dapat diturunkan kebutuhan energi listriknya hingga mencapai kWH/bulan. Hal ini dilakukan dengan cara merubah jam operasional pada sistem chiller dikarenakan aktifitas pengunjungnya. 4. Pada sistem AHU dilakukan penambahan alat variable speed drive sehingga didapatkan penghematan energy listrik sebesar 70 % dari pemakaian normal dengan pemakaian energy listrik 91,003.08kWH/bulan. 5. Faktor daya pada sistem kelistrikan gedung City of Tomorrow rata-rata masih jauh dari standar yang ditetapkan PLN (lebih besar dari 85%). Pemasangan filter kapasitor yang dilakukan pada simulasi menghasilkan faktor daya rata-rata pada bus utama sebesar 90%. Page 54

55 Rekomendasi Penggantian bola lampu pada sistem penerangan koridor yang awalnya jenis PLL-4P menjadi LED. Pemasangan sensor pada sistem eskalator dan travelator. Merubah jam operasional penyalaan pada sistem chiller. Pemasangan variable speed drive pada semua unit AHU yang terpasang. Pemasangan kompensasi kapasitif pada bus utama sehingga dapat menghindari denda yang harus dibayarkan ke PLN. Page 55

56 Referensi 1. Ir. Sunarno,M.Eng., Ph.D., Dasar Teori Sistem Penyegaran Udara Gedung, Mekanikal Elektrikal Lanjutan, Juli Ir. Sunarno,M.Eng., Ph.D., Rekomedasi Pencahayaan Dalam Gedung, Mekanikal Elektrikal Lanjutan, Februari SPLN 1:1995 Ketentuan Variasi Tegangan Pelayanan. 4. CARA PERHITUNGAN DAYA ESKALATOR DAN TRAVELATOR _ PT. Bercha Schindler. 5. Diktat Sistem Penyegaran Udara (HVAC Building) Schneider Electric HVAC. 6. R. H. Miller, J.H Malinowski, Power System Operation, New York : McGraw-Hill Inc, Faktor Daya Page 56

57 SEKIAN dan TERIMA KASIH Page 57

58 JAWABAN PERTANYAAN Struktur organisasi manajemen energi Page 58

59 Tugas Manajer Energi : Memantau penggunaan energi Membuat catatan rinci penggunaan energi Membuat target, standar atau benchmark Mereview kinerja penggunaan energi Berinisiatif pada teknologi hemat energi Mencari peluang penghematan Mempersiapkan perhitungan ekonomi Menginformasikan ke seluruh bagian Page 59

60 Hasil audit yang dilakukan Page 60

61 Kebutuhan energi kondisi awal Page 61

62 Usulan dari hasil audit yaitu : Pada sistem koridor dilakukan penggantian bola lampu Pada sistem eskalator dan travelator dilakukan dengan penambahan alat sensor Pada sistem AHU dilakukan dengan penambahan komponen VSD Pada sistem Chiller dilakukan dengan merubah jadwal operasional penyalaan Page 62

63 Standar efisiensi penggunaan energi Standar ACE (Asean Centre of Energy) menyatakan bahwa gedung hemat energi bila penggunaan listriknya maksimal 200kWH per meter persegi per tahun. Page 63

64 Chiller Energi pakai saat kondisi awal Energi terpakai saat perubahan jadwal penyalaan Page 64

65 Monitoring temperatur ruangan Page 65

66 Page 66

67 Berdasarkan standar ACE Sebelum dilakukan manajemen energi Setelah dilakukan manajemen energi Page 67

68 BEP LAMPU Page 68

69 Hasil manajemen energi Page 69

70 Grafik hasil manajemen energi Page 70

71 Tagihan listrik bulan Juni 2012 Page 71

72 TARIF Berdasarkan tagihan listrik PLN bulanan : Tarif LWBP = Rp Tarif WBP = Rp.1, Keterangan : LWBP = Luar Waktu Beban Puncak (pk pk.18.00) WBP = Waktu Beban Puncak (pk pk.22.00) Page 72