1 BAB I PENDAHULUAN A. PERUMUSAN MASALAH Saat ini energi listrik adalah kebutuhan utama bagi semua orang di dunia. Di setiap negara termasuk di Indonesia, kebutuhan akan energi listrik dipenuhi oleh perusahaan-perusahaan listrik. Energi listrik tersebut oleh sebuah jaringan interkoneksi transmisi dan distribusi disalurkan dari unit-unit pembangkit yang besar menuju ke setiap bangunan yang terjangkau jaringan atau grid listrik ini. Pembangunan jaringan listrik di Indonesia sangat terkendala dengan faktor alam. Kontur alam berupa pegunungan, tebing, jurang, perairan atau jarak yang terlalu jauh menjadi penghalang pembangunan jaringan. Apabila dipaksakan untuk dibangun jaringan untuk menembusnya pun akan sangat tidak ekonomis. Gambar 1. Skema mikrogrid [1]. 1
2 Solusi dari permasalahan tersebut adalah pembangunan jaringan listrik yang terpisah dari jaringan utama di daerah terisolasi tersebut. Jaringan ini biasa disebut dengan mikrogrid (Gambar 1). Indonesia sebagai negara kepulauan yang luas tentu perlu akan pembangunan mikrogrid ini di berbagai pelosok negeri. Potensi pengembangan energi terbarukan sebagai sumber energi mikrogrid di Indonesia sangat tinggi. Potensi energi terbarukan di Indonesia cukup melimpah seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Konfigurasi pembangkit hibrida antara tenaga surya (PV) dan mikrohidro (PLTMH) menjadi konfigurasi yang sangat berpotensi untuk dieksploitasi di Indonesia [2]. Tabel 1. Potensi energi terbarukan di Indonesia [2]. Pembangkit tenaga surya sangat berpotensi karena kemudahan instalasi dan kehandalan tinggi untuk beroperasi di wilayah Indonesia yang disinari matahari sepanjang tahun dengan radiasi matahari rata-rata 4,8 kwh/m2/hari [2]. Data hasil pengukuran intensitas radiasi tenaga surya di seluruh Indonesia yang sebagian besar dilakukan oleh BPPT dan sisanya oleh BMG dari tahun 1965 hingga 1995 ditunjukkan pada Tabel 2 [3].
3 Tabel 2. Intensitas Radiasi Matahari di Indonesia [3]. PLTMH juga mempunyai potensi yang besar untuk dikembangkan di Indonesia. Potensi total PLTMH di Indonesia tahun 2002 adalah sebesar 500 Mega Watt (MW), yang sudah dimanfaatkan baru 84 MW. Potensi tersebut masih akan meningkat sejalan dengan intensitas studi potensi yang dilakukan untuk menemukan lokasi-lokasi baru. Jika potensi PLTMH dapat dikembangkan maka minimal 12.000 MWh (Mega Watt hour) atau sebesar 14 % dari kebutuhan energi total Indonesia tahun 2005 dapat disumbang dari PLTMH. Jika studi potensi PLTMH dapat diintensifkan, maka prosentase sumbangan PLTMH terhadap kebutuhan energi nasional akan meningkat juga [4]. Jika PV dan generator sinkron pada PLTMH bekerja bersamaan terdapat satu hal yang harus diperhatikan, yaitu kemampuan PV yang hanya bisa memproduksi daya aktif (watt). Padahal daya reaktif tentu dibutuhkan pada mikrogrid ini dikarenakan banyaknya beban induktif yang beroperasi seperti
4 motor dan lampu-lampu baik di perumahan maupun fasilitas umum lainnya [5]. Dengan kondisi ini maka daya reaktif untuk beban resistif akan ditanggung oleh baik PV dan generator sinkron, sedangkan daya reaktif untuk beban induktif sepenuhnya hanya akan ditanggung oleh generator sinkron. Kondisi ini kemungkinan akan berpengaruh pada kinerja generator sinkron maupun sistem secara keseluruhan khususnya apabila pada permintaan daya reaktif yang tinggi. Pada penelitian ini akan diamati dan dibahas mengenai karakteristik kinerja suatu sistem hibrida PV dengan generator sinkron yang khususnya pada berbagai variasi pembebanan. Berbagai skenario pembebanan baik variasi pada faktor daya maupun besaran daya total akan dilakukan. Penelitian dilakukan dengan simulasi pada perangkat lunak PSIM. Pemodelan sistem dibuat semirip mungkin dengan kondisi riil di lapangan untuk menghasilkan data dan analisis yang maksimal.
5 B. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN Tujuan dilakukannya penelitian ini difokuskan pada: 1. melakukan perancangan model dan simulasi sistem hibrida PV dan generator sinkron dengan perangkat lunak PSIM, 2. mengamati karakteristik sistem tersebut pada variasi pembebanan, 3. menentukan solusi apabila terdapat permasalahan pada pembebanan sistem, dan 4. mengevaluasi dan menganalisis pembangkit listrik hibrida. Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain: 1. memahami karakteristik sistem hibrida PV dengan generator sinkron, 2. menemukan permasalahan pada sistem ini yang mungkin terjadi berikut dengan solusinya, 3. melakukan penelitian menggunakan simulasi perangkat lunak memudahkan dan menekan anggaran pada penelitian lanjutan menggunakan perangkat keras, 4. sebagai dasar pada aplikasi nyata sistem hibrida ini, dan 5. sebagai referensi pada penelitian lain berupa pengembangan dari penelitian ini.
6 C. BATASAN MASALAH Agar penelitian jelas dan fokus pada objek yang diteliti sehingga tercapainya tujuan penelitian maka perlu adanya batasan penelitian. Penelitian yang akan dilakukan terbatas pada model sistem mikrogrid yang disimulasikan pada perangkat lunak PSIM. Pemodelan sistem mencakup: 1. turbin air : model beban mekanik dengan torsi konstan yang ada di PSIM, 2. generator : model generator sinkron magnet permanen tipe sumber tegangan yang ada di PSIM, 3. ELC : model rangkaian ELC dengan saklar 2 IGBT seri per fase dan kendali PWM, berdasarkan sebuah penelitian [6] dengan PSIM, 4. sel surya : model sel surya yang ada di PSIM dengan parameter disesuaikan dengan sel surya Solarex MSX-60, 5. MPPT : model rangkaian MPPT Perturb & Observe yang ada di paket example PSIM, 6. inverter : model rangkaian inverter 3 fase yang ada di paket example PSIM, 7. beban : model resistor dan induktor 3 fase dengan saklar 3 fase yang ada di PSIM,
7 Batasan penelitian lainnya antara lain: 1. besaran daya yang dihasilkan PLTS dan PLTMH diasumsikan konstan, 2. pembebanan hanya berupa pembebanan linear, yaitu resistif dan induktif, sedangkan pembebanan non-linear tidak dilakukan, 3. pembebanan diasumsikan dengan beban seimbang tiga fase, dan 4. tidak dilakukan percobaan lanjutan dengan perangkat keras.
8 D. SISTEMATIKA PENULISAN Penulisan laporan tugas akhir ini dibagi dalam 5 bab. Dimulai dengan BAB I yang akan menjelaskan tentang latar belakang dilakukannya penelitian, perumusan masalah yang akan dibahas, tujuan dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan. Dilanjutkan dengan tinjauan pustaka dan dasar teori dalam BAB II. Dalam tinjauan pustaka akan dijelaskan beberapa penelitian lain sebagai pendukung penelitian ini. Kemudian akan diuraikan teori-teori yang menjadi dasar penelitian pada dasar teori mengenai mikrogrid, PLTMH, PLTS, generator sinkron magnet permanen, ELC, MPPT, inverter dan karakteristik pembebanan jaringan listrik. Berikutnya yang akan dijelaskan dalam BAB III tentang metode penelitian meliputi rancangan penelitian yang akan dilakukan menggunakan perangkat lunak PSIM, sumber data baik primer maupun sekunder, alat yang akan digunakan, metode analisis data hasil simulasi SimView dan diagram alir penelitian. Dalam Bab IV akan diuraikan pembahasan pemodelan sistem mikrogrid dengan PSIM secara keseluruhan dan per komponen, pengujian model sistem dengan hasil yang dapat dilihat pada SimView, langkah pengembangan sistem beserta analisis ulang serta analisis dan evaluasi keseluruhan simulasi mikrogrid dengan PSIM mengenai hasil simulasi dan kelayakan listrik untuk digunakan terkait dengan parameternya yaitu frekuensi, tegangan dan harmonik. Dalam bab terakhir yaitu BAB V akan disampaikan kesimpulan dari penelitian ini berdasarkan hasil analisis, ketercapaian tujuan penelitian dan saran terkait kelanjutan dan pengembangan penelitian.