STUDI PEMILIHAN SUMBER ENERGI LISTRIK DI PABRIK GULA PT. PERKEBUNAN NUSANTARA (PTPN) XI SITUBONDO TUGAS AKHIR Diajukan guna memenuhi sebagian persyaratan dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana S1 pada Jurusan Teknik Elektro Disusun oleh : Fichy Cahyo Prastyo NIM. 0604405089 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN - BALI 2011
ABSTRAK Pabrik Gula PT. Perkebunan Nusantara (PG PTPN) XI Situbondo dalam satu tahun memiliki dua periode kegiatan yaitu periode Luar Masa Giling (LMG) dan periode Dalam Masa Giling (DMG). Pada saat Luar Masa Giling (LMG) kebutuhan listrik tidak terlalu besar karena tidak ada kegiatan pengolahan gula sehingga hanya satu sumber listrik yang dihidupkan yaitu PLN, sedangkan pada saat Dalam Masa Giling (DMG) kebutuhan listrik sangat besar karena adanya kegiatan pengolahan gula sehinga ketiga sumber listrik dihidupkan (PLN, genset uap, dan genset diesel). Hal teresebut menyebabkan biaya listrik mengalami peningkatan yang sangat besar. Untuk mengatasi masalah tersebut, dalam Tugas Akhir ini akan dilakukan usaha untuk menghemat biaya listrik yang dilakukan dengan cara pemilihan sumber energi listrik dengan tiga variasi pola, yaitu pola satu (PLN on on dengan daya 197 kva, genset uap on, genset diesel off), pola dua (PLN on dengan daya 240 kva, genset uap on, genset diesel off), dan pola tiga (PLN on dengan daya 1.385 kva, genset uap off, genset diesel off). Menurut hasil analisis yang telah dilakukan, besar biaya listrik pertahunnya pada pola satu adalah Rp. 5.789.674.675, pada pola dua adalah Rp. 4.936.391.232, dan pada pola tiga adalah Rp. 3.646.750.343. Pola pemilihan yang paling efisien adalah pola tiga (PLN on dengan daya 1.385 kva, genset uap off, genset diesel off). Pada pola tersebut pihak pabrik hanya tinggal memakai listrik tanpa perlu melakukan perawatan terhadap sumber listrik karena listrik sudah disediakan oleh PLN. Genset uap dan genset diesel pun masih bisa digunakan sebagai sumber energi listrik cadangan ketika terjadi gangguan dari PLN. Kata kunci : Energi Listrik, Sumber Energi Listrik, Biaya Pemakaian Energi Listrik iv
ABSTRACT Pabrik Gula PT. Perkebunan Nusantara (PG PTPN) XI Situbondo within one year has two periods of activity, a period of Period Foreign Milled (LMG) and the period of In The Grind (DMG). At Outside The Grind (LMG) electricity demand is not too big because there is no sugar processing activities so that only one power source is turned on PLN, whereas during the period Milled (DMG) was greater demand for electricity is due to the sugar processing activities so that all three sources power is turned on (PLN, steam generators and diesel generators). As a result the cost of electricity also experienced a huge increase. To overcome this problem, in this Final will be an effort to save electricity costs by way of selection of electric energy source with three variations of the pattern, the pattern of one (PLN on with electrical power 197 kva, steam generators on, diesel generators on), the pattern of two (PLN on with electrical power 240 kva, steam generators on, diesel generators off), and the pattern of three (PLN on with electrical power 1385 kva, steam generators off, diesel generators off). According to the results of the analysis has been done, the cost of electricity annually at a single pattern is Rp. 5,789,674,675, on the pattern of the two is Rp. 4,936,391,232, and the pattern of three is Rp. 3,646,750,343. Selection of the most efficient pattern is the pattern of three (PLN on with electrical power 1385 kva, steam generator off, diesel generator off). At the factory pattern only use electricity without the need to perform maintenance on a power source for electricity supplied by PLN. Steam generators and diesel generators can still be used as a backup source of electrical energy in the event of disruption of the PLN. Key words : Electrical Energy, Electrical Energy Sources, Electrical Energy Consumption Costs v
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa karena atas karunia-nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini berjudul STUDI PEMILIHAN SUMBER ENERGI LISTRIK DI PABRIK GULA PT. PERKEBUNAN NUSANTARA (PTPN) XI SITUBONDO. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Elektro, Konsentrasi Sistem Tenaga Listrik, Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, MA.Sc,Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana dan juga selaku Pembimbing Akademik yang selalu memberikan motivasi, semangat dan bimbingan dengan sabar. 3. Bapak Anak Agung Ngurah Amrita, ST. MT. selaku Dosen pembimbing I yang selalu memberikan motivasi, semangat dan bimbingan dengan sabar. 4. Bapak Ir. Ida Bagus Alit Swamardika, M.Erg. selaku Dosen pembimbing II yang selalu memberikan motivasi, semangat dan bimbingan dengan sabar. 5. Segenap Dosen Teknik Elektro yang banyak memberikan ilmu. 6. Seluruh anggota keluarga yang telah memberikan dukungan moril dan material selama penyusunan Tugas Akhir ini. 7. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Elektro 2006 yang telah memberikan banyak bantuan, informasi, dan masukan dalam penyusunan Proposal Tugas Akhir ini. 8. Pabrik Gula PT. Perkebunan Nusantara (PTPN) XI Situbondo yang telah memberikan kesempatan untuk melakukan penelitian dan pencarian data. vi
9. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam Tugas Akhir ini, saran-saran yang membangun sangat diharapkan untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengharapkan semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kita semua. Denpasar, Nopember 2011 Penulis vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii SURAT PERNYATAAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACK... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... xii DAFTRA TABEL... xiii DAFTAR SINGKATAN... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Listrik... 5 2.2 Generator Listrik... 5 2.2.1 Generator AC (arus bolak balik)... 6 2.2.2 Prisnsip kerja generator arus bolak balik... 7 2.3 Generator Set (Genset)... 9 2.4 Generator Set Mesin Diesel... 9 2.4.1 Perlengkapan pada generator set diesel... 9 viii
2.4.2 Mesin Diesel... 12 2.4.2.1 Sistem suplay bahan bakar... 12 2.4.2.2 Sistem pendingin... 12 2.4.2.3 Turbocharging / Supercharging... 13 2.4.2.4 Prinsip kerja mesin diesel... 13 2.4.2.5 Perawatan periodik mesin diesel... 14 2.5 Generator Set Mesin Uap... 15 2.5.1 Turbin uap... 15 2.5.1.1 Jenis-jenis turbin uap... 16 2.5.1.2 Komponen utama turbin uap... 16 2.5.2 Ketel Uap... 18 2.5.2.1 Komponen utama ketel uap... 18 2.5.2.2 Bagian-bagian ketel uap... 18 2.5.2.3 Cara kerja ketel uap... 21 2.5.2.4 Perawatan periodik ketel uap... 22 2.6 Daya Listrik... 23 2.6.1 Daya semu (S)... 23 2.6.2 Daya aktif (P)... 24 2.6.3 Daya reaktif (Q)... 24 2.7 Metode Perhitungan Pemakaian Penggunaan Bahan Bakar... 25 2.7.1 Metode Regresi Linier Sederhana... 25 2.8 Perhitungan Biaya Penggunaan Listrik PLN... 26 2.8.1 Biaya beban PLN... 26 2.8.2 Teori mendapatkan besar biaya pemakaian listrik PLN... 27 2.9 Depresiasi (Penyusutan)... 27 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 29 3.2 Data... 29 3.2.1 Sumber data... 29 3.2.2 Jenis data... 29 ix
3.3 Analisis Data... 29 3.4 Alur Analisis... 31 BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Pabrik Gula PT. Perkebunan Nusantara (PG PTPN) XI Situbondo... 33 4.1.1 Profil perusahaan Pabrik Gula PTPN XI Situbondo... 33 4.1.2 Sistem kelistrikan Pabrik Gula PTPN XI Situbondo... 34 4.1.3 Jumlah daya dan beban terpasang di PG PTPN XI Situbondo... 35 4.2 Analisi Kebutuhan Energi Listrik di PG PTPN XI Situbondo... 36 4.2.1 Analisis kebutuhan energi listrik di PG PTPN XI Situbondo pada Periode Luar Masa Giling (LMG)... 36 4.2.2 Analisis kebutuhan energi listrik di PG PTPN XI Situbondo pada Periode Dalam Masa Giling (DMG)... 43 4.3 Analisis Pemilihan Pola Sumber Energi Listrik Di PG PTPN XI Situbondo... 54 4.3.1 Analisis pola pemilihan sumber energi listrik di PG PTPN XI Situbondo pada periode Dalam Masa Giling (DMG)... 55 4.3.1.1 Pola pemilihan ketiga sumber listrik On ( PLN on dengan daya 197 kva, Genset Uap on, Genset Diesel on)... 55 4.3.1.2 Pola pemilihan dua sumber listrik On ( PLN on dengan daya 240 kva, Genset Uap on, Genset Diesel off)... 61 4.3.1.3 Pola pemilihan satu sumber listrik On ( PLN on dengan daya 1.385 kva, Genset Uap off, Genset Diesel off)... 62 4.3.2 Analisis pola pemilihan sumber energi listrik di PG PTPN XI Situbondo pada periode Luar Masa Giling (LMG)... 64 x
4.3.2.1 Pola pemilihan ketiga sumber listrik On ( PLN on dengan daya 197 kva, Genset Uap on, Genset Diesel on)... 65 4.3.2.2 Pola pemilihan dua sumber listrik On ( PLN on dengan daya 240 kva, Genset Uap on, Genset Diesel off)... 66 4.3.3.3 Pola pemilihan satu sumber listrik On ( PLN on dengan daya 1.385 kva, Genset Uap off, Genset Diesel off)... 66 4.4 Analisis Perbandingan Biaya Listrik Pada Ketiga Pola Pemilihan Sumber Energi Listrik... 67 4.5 Analisis Investasi Untuk Penambahan Daya Listrik dari PLN dan Pembelian Kapasitor Bank... 68 BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan... 70 4.2 Saran... 70 DAFTAR PUSTAKA... 72 LAMPIRAN... 73 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstruksi Generator Singkron... 7 Gambar 2.2 Skema Lilitan Stator Tiga Fasa... 8 Gambar 2.3 Bentuk Fisik Genset Diesel... 9 Gambar 2.4 Panel Indikator Pada Genset... 11 Gambar 2.5 Bagian-bagian Mesin Diesel... 14 Gambar 2.6 Bentuk Fisik Genset Uap... 15 Gambar 2.7 Bentuk Turbin Uap... 16 Gambar 2.8 Cara Kerja Ketel Uap... 21 Gambar 2.9 Segitiga Daya... 23 Gambar 3.1 Alur Analisis... 31 Gambar 4.1 Pabrik Gula PTPN XI Situbondo... 33 Gambar 4.2 Single Line Diagram Sistem Kelistrikan PG PTPN XI... 34 Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Kebutuhan Daya Listrik Selama Satu Hari Pada Periode LMG dan DMG... 54 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Kebutuhan Daya Listrik Selama Enam Bulan Pada Periode LMG dan DMG... 54 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Biaya Listrik Dari Ketiga Pola... 67 xii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data Beban di PG PTPN XI Situbondo... 35 Tabel 4.2 Arus Yang Mengalir Dari PLN Pada Periode LMG... 36 Tabel 4.3 Daya Semu Harian di PTPN XI Pada Periode LMG... 39 Tabel 4.4 Daya Aktif Harian di PG PTPN XI Pada Periode LMG... 40 Tabel 4.5 Daya Reaktif Harian di PG PTPN XI Pada Periode LMG... 41 Tabel 4.6 Total Daya Semu, Daya Aktif, dan Daya Reaktif Pada Periode LMG... 42 Tabel 4.7 Arus Yang Mengalir Pada Ketiga Sumber Listrik Pada Periode DMG.... 44 Tabel 4.8 Daya Semu Harian di PTPN XI Pada Periode DMG... 47 Tabel 4.9 Daya Aktif Harian di PG PTPN XI Pada Periode DMG... 48 Tabel 4.10 Daya Reaktif Harian di PG PTPN XI Pada Periode DMG... 49 Tabel 4.11 Total Daya Semu Pada Periode DMG... 50 Tabel 4.12 Total Daya Aktif Pada Periode DMG... 51 Tabel 4.13 Total Daya Reaktif Pada Periode DMG... 52 Tabel 4.14 Kebutuhan Bahan Bakar Genset Uap... 57 Tabel 4.15 Konsumsi Solar Genset Diesel... 58 Tabel 4.16 Biaya Bahan Bakar Genset Diesel... 58 Tabel 4.17 Persamaan Sistem Regresi Linier Sederhana... 59 Tabel 4.18 Perbandingan Biaya Listrik... 67 xiii
DAFTAR SINGKATAN A : Ampere DMG : Dalam Masa Giling kv : Kilo Volt kva : Kilo Volt Ampere kvah : Kilo Volt Ampere Hours kvar : Kilo Volt Ampere Reaaktif kvarh : Kilo Volt Ampere Reaktif Hours kw : Kilo Watt kwh : Kilo Watt Hours LMG : Luar Masa Giling PG : Pabrik Gula PTPN XI : PT. Perkebunan Nusantara XI V : Volt VA : Volt Ampere W : Watt xiv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Perhitungan Penambahan Daya PLN... 74 Lampiran 2 Simulasi Biaya Listrik PLN Saat Periode DMG... 75 Lampiran 3 Simulasi Biaya Listrik PLN Saat Periode LMG... 76 Lampiran 4 Tarif Daftar Listrik (TDL) 2010... 77 Lampiran 5 Surat Keterangan Penelitian... 79 Lampiran 6 Data Arus Yang Mengalir Pada Sumber Energi Listrik Saat Periode DMG... 80 Lampiran 7 Data Arus Yang Mengalir Pada Sumber Energi Listrik Saat Periode LMG... 81 Lampiran 8 Data Bahan Bakar Yang Digunakan Di PG PTPN XI... 82 Lampiran 9 Spesifikasi Dan Harga Kapasitor Bank... 83 Lampiran 10 Harga Solar Industri... 84 Lampiran 11 Biodata... 85 xv