PERBAIKAN KEANDALAN SISTEM MELALUI PEMASANGAN DISTRIBUTED GENERATION

Transkripsi

1 PERBAIKAN KEANDALAN SISTEM MELALUI PEMASANGAN DISTRIBUTED GENERATION Wahri Sunanda 1 1) Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Bangka Belitung wahrisunanda@ubb.ac.id Abstract - The reliability of the distribution system will give direct impact to power supply availability. By adding some DG to a distribution system increase the reliability of the distribution system. The research aims to analize the impact of installing DG in a distribution system to system reliability. There were fourth case studies in this research. The first one was the study of reliability of a distribution system without DG. The second and the rest ones were DG installing to system in different bus location. In order to be able to calculate parameters needed for the distribution reliability such as system reliability index, EDSA Technical 2005 software was used. The result of research show that by installing DG to each load bus always give improvement to system reliability in each load. The optimum reliability was obtained when DG was install at bus 4. Keywords: reliability, distribution system, DG and EDSA. I. Pendahuluan Penentuan keandalan suatu sistem tenaga listrik biasanya dilakukan dengan menentukan keandalan masing-masing sub sistem yaitu pembangkitan, transmisi dan distribusi. Hal itu disebabkan penentuan keandalan sistem tenaga listrik secara keseluruhan sangat sulit dilakukan karena sistem begitu kompleks terutama untuk sistem yang besar (bulk power system). Setelah indeks keandalan masing-masing sub sistem diperoleh maka nilai-nilai tersebut digabungkan untuk mendapatkan indeks keandalan sistem secara keseluruhan. Keandalan sistem distribusi merupakan topik yang mendapat perhatian lebih banyak dibandingkan keandalan subsistem lainnya. Hal ini disebabkan karena kinerja sistem distribusi akan berdampak secara langsung ke beban (pelanggan). Dalam era kompetisi saat ini, setiap pelanggan menginginkan untuk mendapatkan layanan yang lebih terjamin baik dari sisi kontinuitas maupun kualitas daya yang diterima. Berbagai upaya dilakukan untuk memperbaiki keandalan (kontinuitas suplai energi listrik ke pelanggan). Dari sisi pelanggan digunakan UPS (uninterruptible power supply) dan juga generator stand by (genset). Dari pihak perusahaan listrik (penyedia layanan energi listrik), salah satu cara dilakukan dengan melakukan perubahan konfigurasi bentuk jaringan distribusi misalnya dari bentuk radial menjadi loop dan sebagainya. Cara lain adalah dengan membangun pembangkitpembangkit skala kecil dan menengah pada sistem distribusi. Pembangkit-pembangkit jenis ini disebut dengan nama Distributed Generation (DG). Penggunaan DG ini sudah banyak dilakukan terutama di negara-negara maju sedangkan di Indonesia DG belum begitu banyak digunakan. Keandalan dapat disederhanakan dalam empat elemen yaitu: a. Probabilitas b. Kinerja (performanse) yang memadai c. Waktu d. Kondisi pengoperasian Probabilitas, yang merupakan komponen pokok pertama, merupakan input numerik bagi pengkajian keandalan suatu sistem yang juga merupakan indeks kuantitatif untuk menilai kelayakan suatu sistem. Pada beberapa kajian yang melibatkan disiplin ilmu keandalan, probabilitas bukan merupakan satu-satunya indeks, ada beberapa indeks lain yang dapat dipakai untuk menilai keandalan suatu sistem yang sedang dikaji. Tiga komponen lain yaitu kinerja, waktu dan kondisi pengoperasian, semuanya merupakan parameter-parameter teknik dan teori probabilitas tidak banyak membantu 308

2 untuk kajian ini. Seringkali teknisi yang bertanggung jawab langsung terhadap satu sistem tertentu yang cukup akurat untuk memberikan informasi yang cukup memuaskan berkaitan dengan kajian sistem yang sedang dilakukan. Waktu yang telah ditetapkan untuk pengoperasian sistem bisa saja kontinu atau bisa juga secara sporadis, sedangkan kondisi pengoperasian bisa kondisi pengoperasian yang uniform atau bisa juga bervariabel. Sedangkan kriteria tentang kinerja yang memadai dari sebuah sistem merupakan masalah yang melibatkan permasalahana manajerial. 1.1 Fungsi Probabilitas Keandalan Dalam menentukan keandalan suatu sistem, variabel random yang dipakai umumnya adalah waktu. Jika T adalah waktu dimana gangguan terjadi pada suatu unit atau komponen maka probabilitas bahwa komponen tersebut tidak akan terganggu sebelum waktu t (merupakan keandalan komponen tersebut) adalah: R(t) = P(T>t) (1) Jadi keandalan selalu merupakan fungsi dituliskan dalam formulasi di bawah ini. waktu. Keandalan merupakan probabilitas, t maka nilai numeriknya selalu diantara 0 Qt f t dt dan 1 yaitu: 0 R(0) = 1, R( ) = 0 (2) (2.2) R(0) adalah probabilitas sebuah komponen atau sistem berfungsi dengan baik pada waktu t = 0, sedangkan R( ) adalah probabilitas komponen atau sistem berfungsi dengan baik pada t =. Pada saat t = 0 komponen atau sistem berada dalam kondisi akan beroperasi, sehingga probabilitas komponen atau sistem itu untuk mengalami kegagalan pada saat t = 0 adalah 0. Pada saat t, probabilitas untuk mengalami kegagalan dari suatu komponen atau sistem yang dioperasikan akan cenderung mendekati 1. Karakteristik ini sama dengan fungsi distribusi kumulatif. Fungsi distribusi kumulatif ini akan mengukur probabilitas kegagalan dari suatu sistem atau komponen sebagai fungsi dari waktu. Dalam terminologi keandalan, fungsi distribusi kumulatif ini dikenal sebagai fungsi distribusi kegagalan kumulatif (cumulative failure distribution function) atau disingkat distribusi kegagalan kumulatif (cumulative failure distribution). Fungsi distribusi kegagalan kumulatif ini biasanya dilambangkan dengan Q(t). Jika R(t) menyatakan fungsi keandalan dari suatu komponen atau suatu sistem sebagai fungsi waktu, maka hubungan antara fungsi keandalan R(t) dan distribusi kegagalan kumulatif atau fungsi ketakandalan Q(t) dihubungkan oleh sebuah formula di bawah ini: R(t) = 1- Q(t) (3) Dalam terminologi keandalan, fungsi distribusi probabilitas disebut dengan fungsi densitas kegagalan (failure density function). Fungsi densitas kegagalan ini, yang dinotasikan dengan f(t), dapat diturunkan baik dari fungsi ketakandalan maupun fungsi keandalan seperti pada formula di bawah ini. f dq t drt t (4) dt dt Sebaliknya fungsi ketakandalan maupun fungsi keandalan dapat diperoleh dari fungsi densitas kegagalan seperti yang dan t f t dt f t R t t (5) 1 dt (6) 0 Gambar 1 menunjukkan sebuah tipikal kurva fungsi densitas kegagalan. Sesuai dengan formulasi fungsi ketakandalan dan keandalan yang ditunjukkan pada rumus (2.5) dan (2.6), maka luasan daerah di bawah kurva untuk interval mulai dari 0 sampai t mewakili fungsi ketakandalan sedangkan luasan daerah di bawah kurva untuk interval mulai dari t sampai tak hingga adalah mewakili fungsi keandalan. 309

3 Gambar 1. Kurva Fungsi Dentitas Keandalan Dan Kegagalan Untuk kasus yang khusus dimana laju kegagalan suatu komponen adalah konstan, z(t) = λ (14) maka persamaan (2.13) akan berubah menjadi: (15) yang merupakan ekspresi fungsi keandalan dari suatu komponen atau sistem yang mengikuti distribusi eksponensial. Satu konsep lagi yang sering dipakai dalam mengevaluasi keandalan komponen atau sistem adalah laju kegagalan (failure rate). Penjelasan berikut ini akan menjelaskan bagaimana laju kegagalan dari suatu komponen atau siatem yang memiliki fungsi densitas kegagalan f(t). Misalkan pada saat t sebuah komponen sedang bekerja. Probabilitas dari komponen itu untuk mengalami kegagalan pada interval waktu antara t dan t+ t jika komponen itu diketahui berfungsi pada saat t dapat diekspresikan oleh: Dengan membagi ekspresi probabilitas pada persamaan (7) dengan interval waktu t dan membuat t 0, maka akan diperoleh laju kegagalan dari suatu komponen dan diekspresikan dengan notasi z(t). ini diharapkan membantu layanan listrik (8) pada daerah tersebut. Gambar (2.8) 2 karena menunjukkan diagram satu garis dari sistem distribusi yang terpasang DG, = = f(t) (9) (2.9) maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi: dengan mensubsitusikan persamaan (4) ke persamaan (10), maka akan diperoleh: 1.2 Distributed Generation (DG) Distributed Generation atau biasa disebut dengan DG adalah pembangkit skala kecil dan menengah dengan kisaran daya yang dihasilkan antara 15 kw sampai dengan 10 MW, yang disambungkan pada sistem distribusi (Mithulananthan, M dkk, 2004). Biasanya DG ini ditempatkan pada bus yang langsung menyuplai pusat beban dan atau pada gardu induk distribusi. Berdasarkan fungsinya, DG dibedakan atas dua macam yaitu sebagai unit yang difungsikan untuk mengantisipasi apabila terjadi pemutusan dari suplai daya grid P( t < T t + t T > t) = (7) (stand by unit) atau difungsikan (2.7) sebagai unit yang dipasang pada jam-jam beban puncak (peaking unit). Penggunaan DG sangat bermanfaat terutama pada konsumen-konsumen yang sangat jauh dari sumber pembangkit utama misalnya pada daerah-daerah terpencil. Pemasangan DG (10) (2.10) (11) (2.11) Dengan mengintegralkan kedua ruas dari 0 sampai t, dan mensubstitusikan nilai R(0) = 1, maka persamaan (11) akan menjadi: (12) Gambar 2. Diagram Satu Garis (2.12) Sistem Distribusi dengan DG Maka: Sumber energi primer DG terdiri dari (13) (2.13) sumber terbarukan (renewable) ataupun 310

4 sumber tidak terbarukan (nonrenewable). Sumber-sumber energi terbarukan menurut Puttgen dkk (2003) adalah: a. Sinar matahari, photovoltaic b. Angin c. Geothermal d. Biomassa e. Energi laut. Sedangkan sumber energi tidak terbarukan adalah meliputi: a. Internal Combustion Engine (ICE) b. Combined cycle c. Combustion turbine d. Microturbines e. Fuel cell. Beberapa penelitian mengenai DG sudah banyak dilakukan. Pada umumnya, penelitian-penelitian ini menyimpulkan bahwa penggunaan DG mempunyai banyak dampak positif bagi industri tenaga listrik. Mithulananthan dkk (2004) menjelaskan bahwa DG mempunyai dampak posistif dari sisi ekonomis, teknis maupun lingkungan. Dampak positif DG dari sisi ekonomis adalah : 1. Mengurangi ketergantungan akan bahan bakar minyak 2. Mengurangi biaya investasi pada sistem transmisi maupun sistem distribusi 3. Mengurangi rugi-rugi Dampak positif dari sisi teknis adalah: 1. Memperbaiki kualitas tegangan 2. Memperbaiki kualitas daya 3. Mengurangi kapasitas beban transmisi maupun distribusi 4. Membantu penyediaan listrik untuk beban-beban yang jauh dari pusat pembangkit utama 5. Memperbaiki keandalan sistem distribusi. Sedangkan dampak positif dari sisi lingkungan adalah bahwa DG pada umumnya ramah lingkungan (polusi suara maupun emisi tergolong kecil) karena teknologi DG lebih banyak menggunakan sumber energi primer terbarukan. Dimasa depan, penggunaan DG ini diharapkan akan semakin banyak digunakan untuk mengurangi biaya investasi. Di luar negeri penggunaan DG sudah banyak, akan tetapi di Indonesia masih tergolong sangat sedikit. Hal ini mungkin diakibatkan potensi daya yang dihasilkan sangat kecil sehingga tidak seimbang dengan biaya investasi. II. Metode Penelitian Penelitian ini dimaksudkan untuk menganalisis pengaruh penempatan DG terhadap keandalan sistem distribusi dengan menggunakan software EDSA. Tahapan pelaksanaannya dapat diurutkan sebagai berikut: 1. Merumuskan masalah 2. Mencari buku dan artikel-artikel yang berhubungan dengan judul thesis 3. Membuat model sistem distribusi untuk setiap kasus yang akan diteliti 4. Mengumpulkan data-data keandalan komponen sistem distribusi 5. Tentukan indeks keandalan sistem distribusi untuk setiap kasus dengan menggunakan EDSA fitur Distribution Reliability. 6. Melihat hasil program 7. Melakukan analisis untuk setiap kasus 8. Membuat laporan hasil penelitian. Tahapan penelitian diatas dapat dibuat dalam suatu diagram alur seperti ditunjukkan pada gambar 3. Gambar 3. Diagram Alir Penelitian 311

5 III. Hasil dan Pembahasan Sebuah model sistem distribusi radial dengan 6 bus dan 11 beban seperti yang ditunjukkan pada gambar 4 merupakan pemodelan awal. Sistem ini hanya disuplai oleh sebuah sumber grid. ketersediaan sistem menyuplai Pendahuluan seluruh beban adalah sebesar %. 1. DG dipasang pada bus 1 Pemodelan rangkaian sistem ketika DG dipasang pada bus 1 ditunjukkan pada gambar 5. Gambar 4. Model rangkaian sistem tanpa DG. Ketika sistem distribusi belum terpasang DG, indeks keandalan sistem hasil eksekusi program EDSA ditunjukkan oleh tabel 1. Tabel 1. Indeks keandalan sistem tanpa DG Gambar 5. Model rangkaian sistem ketika DG dipasang pada Bus 1 Indeks keandalan sistem setelah DG dipasang pada bus 1, ditunjukkan pada tabel 2. Tabel 2. Indeks keandalan sistem ketika DG dipasang pada Bus 1 Data pada tabel 1 menunjukkan bahwa ketika DG belum dipasang pada sistem, setiap beban rata-rata mengalami pemutusan sebanyak atau hampir 8 kali dalam setahun dengan durasi setiap pemutusan rata-rata selama jam. Hal itu berarti setiap beban rata-rata mengalami ketidaktersediaan suplai daya selama atau 0.85 % selama satu tahun. Dari jumlah tersebut maka tingkat Tabel 3. Perbandingan indeks keandalan system tanpa DG dan setelah DG dipasang pada Bus1 312

6 Tabel 3 menunjukkan bahwa setelah DG dipasang pada Bus1, keandalan sistem mengalami peningkatan yang sangat signifikan. Hal itu ditunjukkan oleh penurunan nilai-nilai SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASUI atau peningkatan nilai ASAI. Frekwensi pemutusan rata-rata sistem (SAIFI) berkurang sebanyak kali atau hampir 4 kali (sekitar 50 %), durasi setiap pemutusan (CAIDI) juga berkurang jam atau sekitar %, total durasi pemutusan rata-rata untuk setiap pelanggan (SAIDI) berkurang jam atau sekitar 58,8 % sehingga ketersediaan suplai daya (ASAI) meningkat 0.5 % menjadi % atau ketidaktersediaan suplai daya (ASUI) menurun 0.5 % dibandingkan pada saat sistem belum dipasang DG. 2. DG dipasang pada bus 2 Pemodelan rangkaian sistem ketika DG dipasang pada bus 2 ditunjukkan pada gambar 1.4 Indeks keandalan sistem setelah DG dipasang pada bus 2 ditunjukkan pada tabel 4. Tabel 4. Indeks keandalan sistem ketika DG dipasang pada Bus 2 Tabel 4 menunjukkan bahwa ketika DG dipasang pada Bus2, frekwensi pemutusan rata-rata yang dialami oleh setiap beban adalah setiap tahunnya dengan durasi rata-rata setiap pemutusan jam sehingga setiap pelanggan mengalami total durasi pemutusan rata-rata selama jam dalam 1 tahun. Oleh karena itu tingkat ketersediaan suplai daya sistem adalah atau 99.7 %. Perbandingan indeks keandalan sistem ketika belum dipasang DG dan setelah DG dipasang pada Bus2 ditunjukkan pada tabel 5. Tabel 5. Perbandingan indeks keandalan system tanpa DG dan setelah DG dipasang pada Bus 2 Tabel 5 menunjukkan bahwa ketika DG dipasang pada Bus2, frekwensi pemutusan rata-rata untuk setiap beban berkurang sebanyak kali atau turun sebesar % dibandingkan sebelum DG dipasang. Total durasi pemutusan rata-rata untuk setiap beban turun sebanyak jam atau sekitar % sedangkan durasi rata-rata untuk setiap pemutusan berkurang jam atau %. Ketersediaan suplai daya sistem meningkat menjadi 99.7 % atau naik sebesar 0.52 %. Gambar 6. Model rangkaian sistem ketika DG dipasang pada Bus 2 3. DG dipasang pada bus 3 Model rangkaian sistem dengan memasang DG pada bus 3 ditunjukkan pada gambar

7 berkurang selama jam/tahun atau turun sekitar 67 %. Durasi rata-rata setiap pemutusan juga berkurang selama jam/pemutusan atau turun %. Ketersediaan suplai daya juga meningkat menjadi % atau naik 0.57 % dibandingkan ketika DG belum dipasang. Tabel 7. Perbandingan indeks keandalan system tanpa DG dan setelah DG dipasang pada Bus 3 Gambar 7. Model Rangkaian Sistem ketika DG dipasang pada Bus 3 4. DG dipasang pada bus 4 Model rangkaian sistem dengan memasang DG pada bus 4 ditunjukkan pada gambar 8. Indeks keandalan sistem setelah DG dipasang pada bus 3 ditunjukkan pada tabel 6. Tabel 6. Indeks keandalan sistem ketika DG dipasang pada Bus 3 Tabel 6. menunjukkan bahwa apabila DG dipasang pada Bus3, setiap pelanggan mengalami pemutusan rata-rata sebanyak pemutusan/tahun dengan durasi setiap pemutusan rata-rata sekitar jam. Dengan demikian total durasi pemutusan yang dialami setiap pelanggan adalah jam/tahun atau tingkat ketersediaan suplai daya untuk setiap pelanggan adalah atau %. Tabel 1.9 menunjukkan bahwa apabila DG dipasang pada Bus3, frekwensi pemutusan rata-rata pada setiap pelanggan berkurang pemutusan/tahun atau sekitar % dibandingkan ketika sistem belum dipasang DG, sedangkan total durasi pemutusan untuk setiap pelanggan Gambar 8. Model rangkaian sistem ketika DG dipasang pada Bus 4 314

8 Indeks keandalan sistem setelah DG terpasang pada bus 4 ditunjukkan pada tabel 8. Tabel 8. Indeks Keandalan Sistem ketika DG dipasang pada Bus 4 Tabel 8 menunjukkan bahwa ketika DG dipasang pada Bus4, setiap pelanggan mengalami pemutusan rata-rata sebanyak 3.14 pemutusan/tahun dengan durasi ratarata setiap pemutusan adalah 7.39 jam. Sehingga total durasi pemutusan yang dialami setiap pelanggan adalah jam/tahun. Tingkat ketersediaan suplai daya sistem adalah atau %. Tabel 9 menunjukkan bahwa apabila DG dipasang pada Bus4 maka frekwensi pemutusan rata-rata pada setiap pelanggan akan berkurang sebanyak pemutusan/tahun atau turun sebesar % dibandingkan ketika DG belum dipasang. Total durasi pemutusan pada setiap pelanggan juga berkurang selama jam/tahun atau turun % sedangkan durasi rata-rata untuk setiap pemutusan berkurang jam atau turun % dibandingkan sebelum dipasang DG. Tabel 9. Perbandingan indeks keandalan sistem tanpa DG dan setelah DG dipasang pada Bus 4 dilakukan, perbaikan indeks keandalan (indeks keandalan sistem maupun indeks keandalan setiap beban) yang paling optimum terjadi ketika DG dipasang pada bus4. Nilai indeks keandalan sistem pada kondisi tersebut adalah a. SAIFI = 3.14 pemutusan/pelanggan b. SAIDI = jam/pelanggan c. CAIDI = 7.39 jam/pemutusan d. ASAI = atau % e. ASUI = atau 0.26 % Daftar Pustaka Brown, E, R., 2007, Reliability Benefits of Distributed Generation On Heavily Loaded Feeders, IEEE Trans IEEE, 2007, IEEE Recommended Practice for The Design of Reliable Industrial and Commercial Power System, IEEE Std 49 Sunanda, Wahri., 2013, Evaluasi Pengaruh Cuaca Terhadap Keandalan Sistem Distribusi, Jurnal Foristek, Vol. 3, No. 1, Palu. Yang, F., 2007, A Comprehensive Approach for Bulk Power System Reliability Assessment-Thesis, Georgia Institute Of Technology. IV. Kesimpulan Dari hasil dan analisis hasil penelitian yang sudah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan bahwa dari semua studi kasus yang sudah 315