1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini Indonesia berada di ambang krisis energi. Lebih dari 37 juta penduduk Indonesia, atau setara sekitar 15% dari total jumlah penduduk, saat ini tidak memiliki akses listrik untuk kebutuhan mendasar seperti penerangan dan kesehatan. Angka ini belum termasuk pemadaman bergilir dan gangguan yang sering terjadi di sejumlah daerah di seantero Indonesia. Proyeksi kelistrikan menyebutkan indeks elastisitas energi Indonesia diperkirakan sekitar 1,6. Hal ini menunjukkan bahwa untuk meningkatkan satu persen gross domestic product national (National GDP) dibutuhkan 1,6 persen pertumbuhan energi. Dengan kata lain, untuk menopang pertumbuhan ekonomi sebesar 6% per tahun diperlukan setidaknya peningkatan energi sebesar 9,6% setiap tahunnya. Sementara itu, kapasitas listrik terpasang sampai akhir tahun 2015 baru mencapai 56.857 MW dengan rasio elektrifikasi nasional sebesar 84.3 % [1]. Kondisi ini tentu saja sangat mengkhawatirkan, pasalnya ketersediaan dan keandalan pasokan listrik mutlak dibutuhkan dalam pergerakan ekonomi suatu negara. Untuk mengatasi krisis kelistrikan, pemerintah mencanangkan program pembangunan pembangkit listrik dengan kapasitas 35.000 MW beserta infrastruktur ketenagalistrikan lainnya yang akan dilaksanakan selama tahun 2015-2025 untuk mengatasi krisis kelistrikan. Penambahan kapasitas tersebut saat ini sedang dalam tahap konstruksi, total penambahan kapasitas pembangkit hingga tahun 2025 diharapkan akan mencapai 58,2 GW. Total kapasitas pembangkit listrik ini terdiri dari pembangkitan dengan sumber energi minyak bumi sebesar 25%, gas bumi sebesar 22%, batubara sebesar 30%, dan energi baru dan terbarukan sebesar 23% [2]. Selama ini sumber energi utama yang dikonversi menjadi energi listrik 1
berasal dari sumber energi fosil. Berdasarkan data Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM), untuk tahun 2005 hingga 2011 produksi listrik terbesar dilakukan oleh pembangkit listrik tenaga uap batubara (PLTU batubara) yaitu sebesar 42%, kemudian pembangkit listrik tenaga gas uap (PLTGU) sebesar 26%. Padahal sumber energi tersebut saat ini jumlahnya terus menipis dan semakin terbatas. Salah satunya dikarenakan permintaan akan energi listrik yang terus meningkat dari waktu ke waktu, terutama dari sektor industri yang terus berkembang dalam beberapa tahun belakangan ini. Oleh karena itu, perlu dicari sumber energi alternatif yang dapat dihasilkan melalui proses alamiah sehingga tidak akan habis atau dengan cepat dapat dipulihkan kembali jika diperlukan. Dengan kata lain, sumber energi alternatif tersebut haruslah merupakan energi terbarukan. Selain itu, penelitian Greenpeace dan Universitas Harvard terbaru mengungkapkan fakta yang mengejutkan. Hasil penelitian itu memperkirakan sebanyak 15.600 jiwa/tahun akan mengalami kematian dini akibat terpapar polusi yang dikeluarkan oleh PLTU batubara. Di samping itu, isu pengurangan emisi gas rumah kaca diangkat oleh negara-negara di seluruh dunia pada KTT G20 Pittsburgh tahun 2009 dan Indonesia telah berkomitmen untuk mengurangi emisi gas karbon sebesar 26% pada tahun 2020. Sesuai dengan arah kebijakan energi nasional dan visi kementerian ESDM untuk mengembangkan penggunaan energi baru dan terbarukan sebesar 25% dari total penggunaan energi nasional. Pemerintah terus melakukan usaha peningkatan kapasitas pembangkitan listrik yang berasal dari sumber energi baru dan terbarukan yang ada di Indonesia. Beberapa sumber energi terbarukan yang kini sedang terus dikembangkan, antara lain adalah energi angin, energi surya, energi panas bumi, dan lain-lain. Diantara sumber energi terbarukan tersebut, energi angin merupakan sumber energi yang paling kecil tingkat pemanfaatannya, yakni hanya sebesar 3,07 MW atau sekitar 0,03% potensi yang ada [3]. Indonesia merupakan negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga angin, namun 2
sayang potensi ini belum banyak dilihat oleh berbagai pihak. Potensi energi angin di Indonesia umumnya berkecepatan lebih dari 5 m/s. Hasil pemetaan Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) pada 120 lokasi menunjukkan, beberapa wilayah memiliki kecepatan angin di atas 5 m/s, diantaranya adalah Nusa Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Sulawesi Selatan, dan Pantai Selatan Jawa. Adapun kecepatan angin 4 m/s hingga 5 m/s tergolong berskala menengah dengan potensi kapasitas 10-100 kw. Salah satu faktor penghambat dari pemanfaatan energi angin menjadi energi listrik adalah ketidak-optimalan rancangan sistem pembangkitan listrik tenaga angin yang disebabkan oleh kecepatan angin di Indonesia relatif berubah dengan cepat sedangkan daya yang dapat diserap oleh pembangkit listrik tenaga angin responnya relatif lambat. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, beberapa penelitian sudah dan telah dilakukan. Secara umum, berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, untuk mengoptimalkan daya keluaran dari turbin angin, sistem pembangkit listrik tenaga angin perlu dilengkapi dengan MPPT. Terdapat bermacam-macam metode yang dapat digunakan untuk mendapatkan titik operasi maksimum dari sistem turbin angin, diantaranya adalah kendali tip speed ratio (TSR), kendali power signal feedback (PSF), hill climbing search (HCS), gradient approximation, dan sebagainya. Akan tetapi, metode-metode tersebut memiliki ketidakefektifan dan kelemahan, misalnya metode kendali TSR dan PSF memerlukan anemometer dan data historis daya maksimum turbin angin. Sedangkan metode HCS tidak memerlukan alat bantu tambahan, akan tetapi respon yang diberikan sistem masih belum cukup cepat. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh [4], metode PSO mampu memberikan respon yang lebih baik untuk input sistem yang berubah-ubah dan memiliki range osilasi yang lebih kecil, bahkan mendekati nol. Oleh karena itu, dalam penelitian ini digunakan metode PSO untuk mencari titik operasi optimum dari sistem turbin angin. 1.2 Perumusan Masalah Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimanakah desain sistem turbin angin dengan MPPT yang dapat 3
beradaptasi dengan kecepatan angin yang berubah-ubah? 2. Berapakah efisiensi yang dapat diperoleh sistem turbin angin yang dilengkapi dengan MPPT menggunakan metode PSO? 3. Bagaimanakah pengaruh perubahan kecepatan angin terhadap daya keluaran dari sistem turbin angin? 1.3 Batasan Masalah Batasan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Data sistem turbin angin yang menjadi objek dari penelitian ini disesuaikan dengan spesifikasi turbin angin low wind speed (LWS). 2. Pada penelitian ini pitch angle dari turbin angin bernilai konstan. 3. Data angin yang dipakai pada penelitian ini merupakan rated kecepatan angin dari turbin angin 1kW FUTURENERGY. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mendapatkan desain sistem turbin angin yang dilengkapi MPPT dengan metode PSO yang dapat beradaptasi dengan kecepatan angin yang berubah-ubah, yang mana dalam penelitian ini sistem turbin angin dimodelkan secara matematis. 2. Mengetahui seberapa besar peningkatan efisiensi sistem turbin angin setelah dilengkapi dengan MPPT. 3. Mengetahui performansi turbin angin pada kecepatan angin yang berubah-ubah. 1.5 Sistematika Penulisan Penulisan laporan penelitian ini terdiri dari lima bab, antara lain: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan masalah dalam penelitian, tujuan penelitian dan 4
sistematika penulisan laporan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI Bab ini berisi teori-teori mengenai angin dan proses pembentukannya, turbin angin, permanent magnet synchronous generator, maximum power point tracking, dan buck-boost converter. BAB III METODOLOGI PENELITIAN Bab ini berisi sumber data yang digunakan dalam penelitian, alat dan bahan penelitian serta alur dan proses yang dilakukan dalam penelitian. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi pembahasan hasil penelitian, yang meliputi desain sistem turbin angin yang dilengkapi MPPT dengan metode PSO dan simulasinya menggunakan software MATLAB, daya keluaran sistem turbin angin, dan efisiensi sistem turbin angin. BAB V PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan akhir dan saran pada penelitian ini. 5