EFFISIENSI PENGGUNAAN ENERGI LISTRIK PADA SISTEM INTERKONEKSI 150 kv NANGGROE ACEH DARUSSALAM MENGGUNAKAN DISTRIBUTED GENERATION (DG)

Transkripsi

1 Effisiensi Penggunaan Energi Listrik pada...teuku Hasannuddin, dkk EFFISIENSI PENGGUNAAN ENERGI LISTRIK PADA SISTEM INTERKONEKSI 15 kv NANGGROE ACEH DARUSSALAM MENGGUNAKAN DISTRIBUTED GENERATION (DG) Teuku Hasannuddin 1, Zamzami, Said Aiyub 3, Ali Basrah Pulungan 4 1,,3 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe 4 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang teukuhasanuddin@pnl.ac.id 1, Z4mz4mi@gmail.com, saidaiyub1@gmail.com 3, alibp@ft.unp.ac.id 4 ABSTRAK Penelitian ini merupakan suatu perancangan dan perhitungan desentralisasi sistem interkoneksi 15 kv Nanggroe Aceh Darussalam yakni sistem yang berbasis distributed generation (DG) mengganti sistem yang sekarang yang masih bersifat sentralisasi baik dari sisi pengeporasian ataupun terfokusnya pembangkit dengan kapasitas yang besar pada satu daerah yaitu pembangkit Belawan. Dengan adanya sistem interkoneksi yang berbasis distributed generation ini maka dapat dioptimalkan penggunaan energi dengan teknik menganalisa ketepatan peletakkan distributed generation, menghitung besar kapasitas distributed generation dan jenis dari distributed generation. Sehingga pada akhirnya penggunaan energi yang sia-sia dapat dihindarkan atau dikurangi pada sistem interkoneksi 15 kv Nanggroe Aceh Darussalam. Dari hasil penelitian diperoleh sebuah kesimpulan bahwa effisiensi akan optimal dengan penambahan distributed generation. Namun demikian tidak selamanya penambahan distributed generation akan mendapatkan effisiensi energi, tetapi sangat dipengaruhi oleh tingkat penetrasi distributed generation yang diberikan dalam sistem tersebut. Untuk sistem interkoneksi 15 kv NAD Sumut dapat disimpulkan bahwa tingkat penetrasi yang optimal dalam penggunaaan energi adalah pada penetrasi % sampai dengan 1% dari pikul beban setiap gardu induk. Effisiensi energi yang optimal terjadi pada tingkat penetrasi 9% dengan besar energi yang terbuang adalah sebesar,39 MW dari sebelumnya energy yang terbuang sebelum adanya distributed generation sebesar 7,48. Sehingga dengan adanya penambahan distributed generation mampu diminimalisasikan energy yang terbuang sebesar 6,939 MW. Kata kunci: effisiensi energi, distrbuted generation, desentralisasi I. PENDAHULUAN Sistem tenaga listrik interkoneksi 15 kv Sumut - NAD yang terdiri dari 7 gardu induk tegangan tinggi (gitet) terjadi peningkatan kebutuhan energi listrik dengan meningkatnya jumlah penduduk dan kemajuan teknologi. Oleh karenanya kecukupan akan energi listrik perlu ditinjau sehingga mampu menampung kebutuhan energi listrik tersebut kesegenap lapisan masyarakat Aceh. Permasalahan yang ada bahwa perencanaan sistem tenaga listrik hanya dilakukan untuk beberapa tahun mendatang dan bersifat sentralisasi. Hal Ini disebabkan besarnya biaya investasi yang dibutuhkan untuk membangun sistem tenaga listrik yang berskala besar secara sekaligus. Permasalahan berikutnya adalah membangun pembangkit yang berkapasitas besar pada umumnya berpenggerak mula turbin uap dan gas membutuhkan biaya operasi yang tinggi untuk bahan bakar dan juga tingkat polusi udara yang tinggi. Sistem tenaga listrik yang bersifat sentralisasi juga memberi dampak terhadap kontinuitas penyaluran energi listrik terhadap pelanggan. Hal tersebut terjadi pada sistem interkoneksi 15 kv Sumut - NAD yang terpusat di Belawan. Gangguan eksternal tersebut adalah terputusnya pengiriman energi dari Belawan (Sumatera Utara) ke NAD akibat tumbangnya tower 15 kv, sehingga sebagian NAD terjadi black out. Sistem kelistrikan yang bersifat sentralisasi pada interkoneksi Sumut- NAD juga memberi pengaruh terhadap tingginya energi yang terbuang. Ini disebabkan akibat jaringan transmisi yang sangat panjang dari Sumut- NAD dan juga tingginya energi yang dikirimkan dari sumatera utara. Oleh sebab itu sentralisasi sistem tenaga listrik mulai ditinggalkan dan beralih kepada desentralisasi sistem tenaga listrik. Desentralisasi sistem tenaga listrik juga dikenal dengan distributed generation yaitu penempatan pembangkit yang tersebar pada setiap kota dan juga pada daerah yang mengalami kekurangan atau pada pusat beban. Pembangkit tersebut dapat berfungsi sebagai pensuplai energi pada saat beban normal, beban puncak ataupun difungsikan sebagai standby generator yang akan difungsikan pada saat terjadi gangguan sehingga keandalan sistem terjaga. Generator ini biasanya berskala kecil yaitu lebih kecil dari 5 MW dan dari jenis tenaga diesel, sel surya, mikro hidro, turbin angin atau yang lainnya(1). Dengan a penempatan distributed generation pada sistem interkoneksi 15 KV Sumut - NAD, tentunya akan memberi dampak 13

2 Jurnal Litek: Jurnal Listrik Telekomunikasi Elektronika (pissn: ; eissn: ) Vol. 14 No.1, Maret 17: hal pada sistem tersebut, sehingga perlu dilakukan analisa sistem tenaga menyangkut aliran untuk mendapatkan effisiensi penggunaan energi dan juga untuk mengantisipasi kemungkinan-kemungkinan buruk yang dapat terjadi dengan sistem distributed generation pada interkoneksi 15 KV Sumut - NAD tersebut. II. TINJAUAN PUSTAKA Braker dan Mello distributed generation pada sistem tenaga listrik akan memberi dampak terhadap rugi-rugi, tegangan kedip, harmonik, sistem proteksi, memperbaiki keandalan sistem dan memperbaiki kualitas maka harus diperhatikan beberapa faktor diantaranya ukuran atau kapasitasnya, lokasi penempatan distributed generation, karakteristik dinamik dari generator dan karakteristik dari sistem distribusi tersebut(). Mithulananthan, dkk (4) menyimpulkan peletakan distributed generation akan dapat mengurangi rugi-rugi pada jaringan bila peletakan dan ukuran dari dari generator tersebut sesuai dengan kondisi sistem tersebut. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan pengurangan rugi-rugi sebesar 8,7% dari total rugi-rugi sebesar 386,5 kw. Mendez dkk, meneliti pengaruh distributed generation terhadap rugi-rugi pada jaringan distribusi. Penelitian didasarkan pada perbedaan tingkat penetrasi (penetration level), penyebaran dan teknologi dari distributed generation. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan secara umum distributed generation dengan tingkat penetrasi yang rendah akan mengurangi rugi-rugi pada sistem distribusi, tetapi untuk tingkat penetrasi yang tinggi secara garis besar rugi-rugi akan bertambah dan bahkan dapat lebih tinggi dari keadaan normal. Namun jika tingkat penyebaran dari distributed generation lebih merata maka dengan tingkat penetrasi yang tinggi akan menghasilkan rugi-rugi yang minimum(4). Slootweg dan Kling () pengaruh distributed generation terhadap stabilitas transient pada sistem tenaga listrik sangat bergantung pada tingkat penetrasi (penetration level) dan jenis dari teknologi distributed generation yang digunakan. Distributed generation dari jenis yang menggunakan elektronika (power electronic) akan mengurangi overspeeding pada generator. Dan Distributed generation dari jenis generator sinkron akan memberi pengaruh pada penurunan overspeeding pada generator tetapi meningkatkan waktu osilasinya. Sedangkan distributed generation dari jenis generator asinkron tidak memberi pengaruh pada stabiltas transient sistem tenaga listrik. III. METODE PENELITIAN 3.1.Tempat Penelitian Objek yang diteliti dalam penelitian ini adalah sistem tenaga listrik interkoneksi 15 kv Sumut - NAD yang terdiri dari 7 gardu induk tegangan tinggi (gitet). Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui effisiensi penggunaan energi 15 kv Sumut - NAD pada saat sebelum dan sesudah pemasangan distrubuted generation. 3..GI Sistem 15 kv Sumut NAD Pada sistem 15 kv Sumut NAD terdiri dari 7 (tujuh) GI yang tersebar di beberapa kota propinsi NAD yaitu 1. BANDA ACEH. SIGLI 3. BIREUN 4. LHOKSEUMAWE 5. IDI 6. LANGSA 7. TUALANG CUT Fungsi GI tersebut adalah menurunkan tegangan 15 kv menjadi kv dengan menggunakan step down transformator dengan kapasitas beragam diantaranya 3 MVA dengan rasio 15/ kv. Energi listrik dari tegangan distribusi primer kv tersebut kemudian didistribusikan kepada konsumen di lingkungan PT PLN wilayah Aceh. Jarak transfer dari GI Pangkalan brandan sampai dengan Banda Aceh melalui sirkit saluran udara tegangan tiinggi (SUTET) sejauh 471, km yang menyebabkan banyaknya energi yang terbuang berupa rugi-rugi dan drop tegangan yang besar. 3.3.Data saluran sistem 15 kv Sumut - NAD Data saluran untuk sistem 15 kv Sumut - NAD seperti ditunjukkan pada tabel 3.1. berikut: Tabel 1. Datar Saluran Sub Sistem 15 kv Sumut - NAD N Dari Bus Ke Bus Panjang (km) ACSR 4 mm BANDA ACEH SIGLI 91,9. SIGLI BIREUN 99, 3. BIREUN LHOKSEU 61,3 MAWE 3. LHOKSEU IDI 8,19 MAWE 4. LHOKSEU LANGSA 18,59 MAWE 5. IDI LANGSA 46,3 6. LANGSA P.BRAN DAN 78,7 3.4.Data beban puncak sistem 15 kv Sumut - NAD Data beban puncak Kebutuhan listrik Aceh mencapai 78 MW, dan 11 MW disuplai dari 14

3 Effisiensi Penggunaan Energi Listrik pada...teuku Hasannuddin, dkk pembangkit listrik di Sumut. Dengan berpedoman pada data diatas dan data kapasitas trafo setiap GI maka dibuat simulasi besar beban untuk setiap GI pada sistem interkoneksi 15 kv Sumut - NAD sebagai berikut: Tabel. Beban Puncak sistem 15 kv Sumut NAD 3.5.Data distributed generation Data distributed generation yang direncanakan pada NO NAMA GI MW 1. BANDA ACEH 3. SIGLI 1 3. BIREUN LHOKSEUMAWE 5. IDI 1 6. LANGSA TUALANG CUT 1 TOTAL 11 penelitian ini berupa generator sinkron dengan spesifikasi seperti ditunjukan pada tabel 3 sebagai berikut. Tabel 3. Data distributed generation 3.6.Pelaksanaan Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk mengamati No NAMA Unit Genera tor Kapasitas (MW) BANDA ACEH 1 3. SIGLI 1 3. LHOKSEUMAWE 3 4. BIREUN LANGSA IDI TUALANG CUT 7 1 penyaluran energi pada sistem interkoneksi 15 kv Sumut - NAD. Langkah-langkah pelaksanaan penelitian yang dilakukan sebagai berikut; 1. Mengumpulkan data-data sistem interkoneksi 15 kv Sumut-Nad menyangkut parameter jaringan, kebutuhan setiap GI, keluaran setiap pembangkit serta beberapa data lain.. melakukan analisis awal dan menyusunnya secara sistematis untuk kemudian dimasukkan dalam program simulasi yang akan dibuat. 3. Membuat one line diagram interkoneksi Sumut NAD pada software Edsa 4. Penempatan distributed generation, yaitu distributed generation dipasang pada tegangan menengah kv di GI. 5. Menentukan besarnya tingkat penetrasi dengan menggunakan persamaan berikut; PDG PL PBebanPuncak 1%, dimana PL adalah tingkat penetrasi. (6) Simulasi aliran sistem tenaga listrik interkoneksi 15kV Sumut- NAD untuk mengetahui tegangan dan yang dibangkitkan oleh generator-generator pada beban puncak sistem tanpa distributed generation. (7) Menghitung effisiensi pemakaian energi tanpa adanya sistributed generation (8) Simulasi aliran sistem tenaga listrik interkoneksi 15kV Sumut- NAD untuk mengetahui tegangan,rugi-rugi pada jaringan dan yang dibangkitkan oleh generatorgenerator pada beban puncak sistem dengan distributed generation (9) Menghitung effisiensi pemakaian energi dengan adanya distributed generation. (1) Menyusun hasil perhitungan penggunaan energi pada sistem interkoneksi 15 kv Sumut NAD dengan distributed generator dan tanpa distributed generator kemudian mengambil sebuah kesimpulan effisiensi penggunaan energi pada sistem tersebut. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.Aliran pada keadaan sebelum pemasangan distributed generation. Simulasi aliran pada keadaan normal pada sistem 15 kv NAD dilakukan dengan metode Newton-Repson dengan menggunakan data beban puncak pada tanggal 1 Nopember 7 pukul 19. WIB. Simulasi aliran ini ini dilakukan untuk mengetahui besarnya dan tegangan pada setiap bus pada sistem 15 kv NAD dan diperoleh hasil seperti ditunjukkan pada tabel 4. Tabel 4. Hasil Aliran Daya Tanpa DG No FEEDER RUGI - RUGI DAYA (MW) 1 BIREUN - SIGLI,99 IDI LHOKSEUMAWE 5,97 3 LANGSA - IDI 4,55 4 LANGSA - TUALANG CUT,3 5 LHOKSEUMAWE - BIREUN,45 6 PANGKALAN BRANDAN- 11,44 LANGSA 7 SIGLI - BANDA ACEH 1,79 4. Analisa hasil simulasi sistem 15 kv Sumut-NAD sebelum dan setelah pemasangan distributed generation 4..1.Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang 15

4 Jurnal Litek: Jurnal Listrik Telekomunikasi Elektronika (pissn: ; eissn: ) Vol. 14 No.1, Maret 17: hal Rugi-rugi yang terjadi pada setiap penyulang sistem tenaga listrik interkoneksi 15 kv Sumut NAD sebelum dan setelah pemasangan distributed generation untuk setiap penetrasi dapat di jelaskan sebagai berikut: (a) Penyulang BIREUN - SIGLI Sigli Bireun yang berjarak 99, km sebelum dan setelah pemasangan distributed generation seperti ditunjukan pada grafik berikut 6 4 Gambar 1. Rugi-Rugi Daya Penyulang Bireun Sigli Dari grafik pada gambar 1. terlihat bahwa penetrasi 3% sampai dengan 1%. Sedangkan pada penetrasi 1% dan % rugi-rugi semakin membesar dengan penambahan distributed generation. Sehingga dapat diambil sebuah optimal pada penetrasi 3% sampai 1% (b) Penyulang IDI - LHOKSEUMAWE IDI - LHOKSEUMAWE yang berjarak 8,19 km sebelum dan setelah pemasangan distributed generation seperti ditunjukan pada grafik gambar % PENYULANG BIREUN - SIGLI 3% 5% 7% 9% Tanpa PENYULANG IDI - LHOKSEUMAWE 1% 3% 5% 7% 9% Tanpa Rugi -Rugi Daya (MW) Rugi Sehingga dapat diambil sebuah kesimpulan bahwa effisiensi penyaluran energi baru optimal pada penetrasi % sampai 1% (c) Penyulang LANGSA - IDI LANGSA - IDI yang berjarak 46,3 km sebelum dan setelah pemasangan distributed generation seperti ditunjukan pada grafik gambar Gambar 3. Rugi-Rugi Daya Penyulang LANGSA - IDI Dari grafik pada gambar 3. terlihat bahwa penetrasi 3% sampai dengan 1%. Sedangkan pada penetrasi 1% dan % rugi-rugi semakin membesar dengan penambahan distributed generation. Sehingga dapat diambil sebuah optimal pada penetrasi 3% sampai 1% (d) Penyulang LANGSA - TUALANG CUT LANGSA - TUALANG CUTyang berjarak 4,1 km sebelum dan setelah pemasangan distributed generation seperti ditunjukan pada grafik gambar 4. Berikut PENYULANG LANGSA - IDI PENYULANG LANGSA - TUALANG CUT Gambar 4.. Rugi-Rugi Daya Penyulang IDI - LHOKSEUMAWE Dari grafik pada gambar 4.. terlihat bahwa penetrasi 3% sampai dengan 1%. Sedangkan pada penetrasi 1% rugi-rugi semakin membesar dengan penambahan distributed generation. Gambar 4. Rugi-Rugi Daya Penyulang LANGSA - TUALANG CUT Dari grafik pada gambar 4.4. terlihat bahwa penetrasi 1% sampai dengan 1%. Sedangkan pada keadaan tanpa distributed generation rugi-rugi 16

5 Effisiensi Penggunaan Energi Listrik pada...teuku Hasannuddin, dkk semakin membesar. Sehingga dapat diambil sebuah optimal pada penetrasi 1% sampai 1%. (e) Penyulang LHOKSEUMAWE - BIREUN LHOKSEUMAWE BIREUN yang berjarak 61,3 km sebelum dan setelah pemasangan distributed generation seperti ditunjukan pada grafik gambar 5. Berikut; PENYULANG LHOKSEUMAWE - BIREUN Gambar 5. Rugi-Rugi Daya Penyulang LHOKSEUMAWE BIREUN Dari grafik pada gambar 5. terlihat bahwa penetrasi 1% sampai dengan 1%. Sedangkan pada keadaan tanpa distributed generation rugi-rugi semakin membesar. Sehingga dapat diambil sebuah optimal pada penetrasi 1% sampai 1% (f) Penyulang PANGKALAN BRANDAN- LANGSA PANGKALAN BRANDAN-LANGSA yang berjarak 78,7 km sebelum dan setelah pemasangan distributed generation seperti ditunjukan pada grafik gambar 6. Berikut. Dari grafik pada gambar 6. terlihat bahwa penetrasi % sampai dengan 1%. Sedangkan pada penetrasi 1% rugi-rugi semakin membesar dengan penambahan distributed generation. Sehingga dapat diambil sebuah kesimpulan bahwa effisiensi penyaluran energi baru optimal pada penetrasi % sampai 1% (g) Penyulang SIGLI - BANDA ACEH SIGLI - BANDA ACEH yang berjarak 91,9 km sebelum dan setelah pemasangan distributed generation seperti ditunjukan pada grafik gambar 7. Berikut % PENYULANG SIGLI - BANDA ACEH 3% 5% 7% 9% Tanpa DG Gambar 7. Rugi-Rugi Daya Penyulang SIGLI - BANDA ACEH Dari grafik pada gambar 7. terlihat bahwa penetrasi % sampai dengan 1%. Sedangkan pada penetrasi 1% rugi-rugi semakin membesar dengan penambahan distributed generation. Sehingga dapat diambil sebuah kesimpulan bahwa effisiensi penyaluran energi baru optimal pada penetrasi % sampai 1% PENYULANGPANGKALAN BRANDAN-LANGSA 4.3.Effisiensi Sistem Interkoneksi 15 kv NAD - Sumut Dari hail simulasi yang dilakukna didapatkan tingkat effisiensi pada system tenaga listrik Interkoneksi 15 kv NAD Sumut untuk setiap penetrasi energy total yang terbuang seperti ditunjukan pada grafik gambar 8 berikut: Gambar 4.6. Rugi-Rugi Daya Penyulang PANGKALAN BRANDAN-LANGSA 17

6 Jurnal Litek: Jurnal Listrik Telekomunikasi Elektronika (pissn: ; eissn: ) Vol. 14 No.1, Maret 17: hal Gambar 4.8. Rugi-Rugi Daya Interkoneksi 15 kv NAD Sumut Dari grafik gambar 8 terlihat bahwa energy yang paling besar terbuang pada saat penetrasi 1% yaitu sebesar 33,37 MW. Ini menunjukkan bahwa penambahan distributed generation belum tentu mendapatkan energy yang effiisien dibandingkan dengan tanpa menggunakan didtributed generation yang mana besar energy yang terbuang adalah 7,48 MW. Namun demikian penambahan distributed generation memberikan sebuah pengaruh yang besar terhadap system tenaga listrik Interkoneksi 15 kv NAD Sumut khususnya untuk tingkat penetrasi antara % sampai dengan 1%. Effisiensi energy yang paling optimal terjadi pada penetrasi 9% dengan tingkat energy yang terbuang sebesar,39 MW. Ini menunjukan bahwa adanya minimalisasi dari pada energy yang terbuang yaitu sebesar 6,939 MW. Secara grafik dapat ditunjukan seperti pada grafik gambar 9 berikut: Gambar 9. Rugi-Rugi Daya Interkoneksi 15 kv NAD Sumut V. KESIMPULAN Rugi -Rugi Daya (MW) Tanpa DG 7.48 Energi (MW).39 DG Setelah melakukan penelitian penggunaaan distributed generation pada system tenaga listrik interkoneksi 15 kv Nanggroe Aceh Darussalam Sumut dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya: 1. Penambahan distributed generation pada system interkoneksi 15 kv Nanggroe Aceh Darussalam Sumut tidak selamanya akan memberi pengaruh yang baik yaitu mengurangi rugi-rugi pada jaringan. Karena pada penetrasi 1% dari beban pikul setiap GI terjadi kenaikkan total rugi-rugi pada jaringan yaitu dari 7,48 MW menjadi 33,37 MW. Ini menunjukkan bahwa ada kenaikkan rugi-rugi sebesar 6,1 MW.. Penamabahan distributed generation pada system interkoneksi 15 kv Nanggroe Aceh Darussalam Sumut didapatkan pengaruh yang baik yaitu mengurangi rugi-rugi pada jaringan. Ini terjadi pada penetrasi diatas % sampai dengan 1%. Ini menunjukkan bahwa telah terjadi effisiensi pemakaian energy pada system interkoneksi 15 kv Nanggroe Aceh Darussalam Sumut. 3. Effisiensi tertinggi terjadi pada penetrasi 9% yang menghasilkan rugi-rugi sebesar,39 MW, yang sebelum adanya distributed generation rugi-rugi sebesar 7,48 MW. Ini menunjukkan bahwa telah terjadi pengurangan rugi-rugi sebesar 6,393 MW 4. Effisiensi terendah terjadi pada penetrasi % yang menghasilkan rugi-rugi sebesar 13,383 MW, yang sebelum adanya distributed generation rugi-rugi sebesar 7,48 MW. Ini menunjukkan bahwa telah terjadi pengurangan rugi-rugi sebesar 13,865 MW REFERENSI (1) Anonim.,, White Paper on Distributed Generation., National Rural Electric Cooperative Association. () Barker and R. W. de Mello.,, Determining the Impact of Distributed Generation on Power Sistems: Part 1 Radial Distribution Sistems, IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, Seattle, Washington. (3) Mithulananthan dkk., 4, Distributed Generator Placement in Power Distribution Sistem Using Genetic Alogaritm to Reduce Losses, Thammasat Int.J.Sc.Tech Vol.9,No3. (4) Mendez dkk. Impact of Distributed Generation on Distribution Losses, Spain (5) Slootweg dan Kling.,, Impacts of Distributed Generation on power Sistem Transient Stability, IEEE. 18