TUGAS AKHIR ANALISIS SISTEM ENERGI HIBRID DI WADUK LODAN KECAMATAN SARANG KABUPATEN REMBANG MENGGUNAKAN SOFTWARE HOMER Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh : SUDARSONO D200100097 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA Oktober 2015
ii
iii
iv
v
LEMBAR MOTTO Sesungguhnya bersama kesukaran itu ada keringanan. Karena itu bila kau sudah selesai (mengerjakan yang lain). Dan berharaplah kepada Tuhanmu (Q.S Al Insyirah : 6-8) "Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru yakin kalau kita telah berhasil melakukannya dengan baik." (Evelyn Underhill) Genius adalah 1 % inspiration, 99 % perspiration (Thomas Alva Edison) Jangan tunda sampai besok apa yang bisa engkau kerjakan hari ini, Anda tidak bisa mengubah orang lain, Anda harus menjadi perubahan yang Anda harapkan dari orang lain (Mahatma Gandhi) Learn from yesterday, Live for today, and Hope for tomorrow (Albert Einstein) Orang hebat tidak dihasilkan dari kemudahan, kesenangan, dan kenyamanan. Mereka dibentuk melalui kesulitan, tantangan dan air mata (Dahlan Iskan) Dream Plan Action Hope (Sudarsono) vi
ABSTRAKSI Penggunaan bahan bakar fosil dari tahun ke tahun semakin meningkat, padahal bahan bakar tersebut merupakan sumber energi yang tidak dapat terbaharukan (non renewable), sehingga ketergantungan akan penggunaan bahan bakar tersebut harus dibatasi dan beralih pada energi terbaharukan (renewable). Contoh dari energi terbaharukan (renewable) di antaranya adalah energi : matahari, angin, air, panas bumi dan lainnya. Sumber energi ini memiliki kekurangan diantaranya : tidak kontinyu serta ketersediaannya di beberapa tempat tidak sama, untuk memaksimalkan pemanfaatannya diperlukan penggabungan dari beberapa sumber energi menjadi satu sistem yang disebut sebagai sistem energi hibrid. Untuk mempermudah, mempercepat dan tentunya menghemat biaya, dalam perencanaan suatu sistem energi hibrid dapat dilakukan melalui simulasi menggunakan software HOMER. Penelitian ini berlokasi pada Waduk Lodan Kecamatan Sarang Kabupaten Rembang. Hasil penelitian menunjukkan lokasi sistem energi hibrid di Waduk Lodan memiliki potensi, dengan Konfigurasi sistem yang optimal berupa : 15 kw turbin air, 50 kw generator, 300 baterai, 230 kw konverter, dan 29 kw grid, dengan total NPC sebesar $2,297,084 dan biaya keekonomian (COE) sebesar $0,364/kWh dan renewable fraction sebesar 19%. Kata Kunci : Renewable, Non Renewable, Sistem Energi Hibrid, HOMER vii
KATA PENGANTAR Assalamualaikum. Wr. Wb. Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-nya sehingga penyusuna laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir berjudul Analisis Sistem Energi Hibrid di Waduk Lodan Kecamatan Sarang Kabupaten Rembang Menggunakan Software HOMER dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo B R,. ST., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Nur Aklis, ST., M.Eng., selaku Pembimbing Utama yang telah memberikan arahan dan bimbingan. 4. Bapak Nurmuntaha A N, ST., PgDip., selaku Pembimbing Pendamping yang banyak memberikan ilmu, arahan dan bimbingan. 5. Bapak, ibu dan mbak yang aku sayangi, yang senantiasa memberikan dukungan baik moral maupun spiritual. 6. Keluarga Kakak Pikat dan Mbak Dina yang telah memberikan semangat dan tempat tinggal. 7. Keluarga Paklek Lamidi dan Bulek Atik yang senantiasa memberikan semangat serta doa. 8. Bapak Gunadi selaku Pegawai Waduk Lodan yang telah berkenan meluangkan waktu untuk memberikan data dan informasi. 9. Bapak Egi Ergian selaku Pegawai PLN Rayon Rembang yang telah memberikan data dan informasi. viii
10. Seluruh Dosen Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang tidak bisa disebut satu-persatu, yang telah memberikan ilmu. 11. Sahabatku (Afif Mubarok, Fariz Ardiansyah, Shodiqin) yang telah mendukung dan membantu. 12. Kuniyati, yang selalu memberikan inspirasi dan semangat untuk menyelesaikan tugas ini. 13. Rekan-rekan Teknik Mesin angkatan 2010 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang tidak bisa disebut satu-persatu yang telah membantu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati. Wassalamualaikum. Wr. Wb. Surakarta, Oktober 2015 Penyusun ix
DAFTAR ISI Hal Halaman Judul... i Halaman Keaslian Skripsi... ii Halaman Persetujuan... iii Halaman Pengesahan... iv Lembar Soal Tugas Akhir... v Lembar Motto... vi Abstraksi... vii Kata Pengantar... viii Daftar Isi... x Daftar Gambar... xiii Daftar Tabel... xv Daftar Lampiran... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Penelitian... 1 1.2. Tujuan Penelitian... 2 1.3. Manfaat Penelitian... 3 1.4. Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kajian Pustaka... 4 2.2. Landasan Teori... 5 2.2.1. Energi... 5 2.2.2. Sistem Energi Hibrid... 7 2.2.3. HOMER... 10 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian... 23 3.2. Lokasi Desain Sistem Energi Hibrid... 24 x
3.3. Survei Pemakaian Listrik dan Potensi Energi... 24 3.3.1. Survei Pemakaian Listrik... 24 3.3.2. Survei Potensi Energi... 25 3.7. Komponen Sistem Energi Hibrid... 25 3.7.1. Photovoltaic (PV)... 26 3.7.2. Turbin Angin... 26 3.7.3. Turbin Air... 27 3.7.4. Generator... 27 3.7.5. Konverter... 28 3.7.6. Baterai... 28 3.7.7. Bahan Bakar... 29 3.7.8. Grid... 29 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Optimisasi... 31 4.2. Analisa Sensitifitas... 32 4.2.1. Analisa Sensitifitas Harga Listrik Terhadap Kecepatan Angin, Debit Air dan Harga Bahan Bakar Diesel... 32 4.2.2. Analisa Sensitifitas Harga Bahan Bakar Diesel Terhadap Kecepatan Angin, Debit Air dan Harga Listrik... 34 4.2.3. Analisa Sensitifitas Debit Air Terhadap Kecepatan Angin, Harga Bahan Bakar Diesel dan Harga Listrik... 37 4.2.4. Analisa Sensitifitas Kecepatan Angin Terhadap Debit Air, Harga Bahan Bakar Diesel dan Harga Listrik... 40 xi
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan... 45 5.2. Saran... 46 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii
DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1. Sistem Pembangkit Listrik Hibrid Seri... 8 Gambar 2.2. Sistem Pembangkit Listrik Hibrid Paralel... 9 Gambar 2.3. Sistem Pembangkit Listrik Hibrid tersaklar (Switched)... 10 Gambar 2.4. Data Beban Utama... 12 Gambar 2.5. Data Beban Tunda... 13 Gambar 2.6. Data Beban Panas (Thermal Load)... 13 Gambar 2.7. Parameter Masukan Sumber Daya Energi Matahari (Solar Resources)... 14 Gambar 2.8. Parameter Masukan Sumber Daya Energi Angin (Wind Resources)... 15 Gambar 2.9. Parameter Masukan Sumber Daya Energi Air (Hydro Resources)... 15 Gambar 2.10. Parameter Masukan Sumber Daya Energi Biomassa (Biomass Resources)... 16 Gambar 2.11. Parameter Masukan Bahan Bakar (Fuel)... 17 Gambar 2.12. Parameter Masukan PV... 18 Gambar 2.13. Parameter Masukan Turbin Angin... 19 Gambar 2.14. Parameter Masukan Turbin Air... 20 Gambar 2.15. Parameter Masukan Biaya Generator... 20 Gambar 2.16. Parameter Masukan Bahan Bakar Generator... 21 Gambar 2.17. Parameter Masukan Baterai... 21 Gambar 2.18. Parameter Masukan Konverter... 22 Gambar 3.1. Lokasi Desain Sistem Energi Hibrid (Google Earth ). 24 Gambar 3.2. Parameter Masukan Photovoltaic (PV)... 26 Gambar 3.3. Parameter Masukan Turbin Angin... 27 Gambar 3.4. Parameter Masukan Turbin Air... 27 Gambar 3.5. Parameter Masukan Generator... 28 Gambar 3.6. Parameter Masukan Konverter... 28 xiii
Gambar 3.7. Parameter Masukan Baterai... 29 Gambar 3.8. Parameter Masukan Bahan Bakar... 29 Gambar 3.9. Parameter Masukan Grid... 30 Gambar 3.10. Sistem Energi Hibrid tenaga PV-Turbin Angin- Turbin Air-Generator dengan On Grid... 30 Gambar 4.1. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan Angin Dengan Harga Listrik $0,119/kWh... 33 Gambar 4.2. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan Angin Dengan Harga Listrik $0,144/kWh... 33 Gambar 4.3. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan Angin Dengan Harga Bahan Bakar $0,83/L... 35 Gambar 4.4. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan Angin Dengan Harga Bahan Bakar $0,94/L... 36 Gambar 4.5. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan Angin Dengan Debit Air 7,8 L/s... 38 Gambar 4.6. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan Angin Dengan Debit Air 114 L/s... 38 Gambar 4.7. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Debit Air Dengan Kecepatan Angin 3,16 m/s... 40 Gambar 4.8. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Debit Air Dengan Kecepatan Angin 6,3 m/s... 41 Gambar 4.9. Grafik OST Kecepatan Angin Terhadap Debit Air Dengan Radiasi Matahari 4,38 kwh/m 2 /day... 43 Gambar 4.10. Grafik OST Kecepatan Angin Terhadap Debit Air Dengan Radiasi Matahari 6,69 kwh/m 2 /day... 43 xiv
DAFTAR TABEL Hal Tabel 4.1. Total Biaya NPC Sistem... 31 Tabel 4.2. Total Produksi Listrik... 32 Tabel 4.3. Perbandingan Kondisi Sensitifitas Harga Listrik Terhadap Radiasi Matahari, Kecepatan Angin, Debit Air dan Harga Diesel Yang Besarnya Sama... 34 Tabel 4.4. Perbandingan Kondisi Sensitifitas Harga Diesel Terhadap Radiasi Matahari, Kecepatan Angin, Debit Air dan Harga Listrik Yang Besarnya Sama... 37 Tabel 4.5. Perbandingan Kondisi Sensitifitas Debit Air Terhadap Radiasi Matahari, Kecepatan Angin, Harga Diesel dan Harga Listrik Yang Besarnya Sama... 39 Tabel 4.6. Perbandingan Kondisi Sensitifitas Kecepatan Angin Terhadap Radiasi Matahari, Debit Air, Harga Diesel dan Harga Listrik Yang Besarnya Sama... 42 Tabel 4.7. Perbandingan Kondisi Sensitifitas Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan Angin, Debit Air, Harga Diesel dan Harga Listrik Yang Besarnya Sama... 44 xv
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Daftar Pelangggan RBM (Rute Baca Meter) Lampiran 2. Data Pemakaian Listrik Waduk Lodan dan Rumah disekitar Lampiran 3. Tarif Harga Listrik Bulan Juni 2015 Lampiran 4. Laporan Operasional Waduk Lodan Rembang Tahun 2014 Lampiran 5. Data Sumber Daya Air Lampiran 6. Data Sumber Daya Matahari Lampiran 7. Data Sumber Daya Angin Lampiran 8. Spesifikasi Photovoltaic Lampiran 9. Spesifikasi Turbin Angin Lampiran 10. Spesifikasi Turbin Air Lampiran 11. Spesifikasi Generator Lampiran 12. Spesifikasi Konverter Lampiran 13. Spesifikasi Baterai Lampiran 14. Tabel Biaya Komponen Sistem Energi Hibrid xvi