1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam kehidupan sehari-hari, listrik telah menjadi salah satu kebutuhan utama bagi setiap orang. Ketergantungan masyarakat terhadap listrik menunjukkan trend yang semakin meningkat setiap tahunnya. PT Perusahaan Listrik Nasional (PLN) menyebutkan bahwa pada periode tahun 2015-2024 kebutuhan listrik diperkirakan akan meningkat dari 219,1 TWh pada tahun 2015 menjadi 464,2 TWh pada tahun 2024, atau tumbuh rata-rata 8,7% per tahun(esdm, Prakiraan Kebutuhan Tenaga Listrik 2015-2024, 2015). Hal ini membuktikan bahwa masyarakat tidak bisa terlepas dari keberadaan energi listrik,. sehingga kapasitas pembangkitan di Indonesia harus ditingkatkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Kondisi Indonesia yang terdiri dari pulau-pulau serta adanya keterbatasan secara ekonomi menyebabkan penyaluran listrik tersentralisasi belum bisa melingkupi semua daerah yang membutuhkan energi listrik. Pemasalahan ini memaksa pulau-pulau terpencil harus bisa mandiri untuk mendapatkan listrik tanpa tergantung pada jaringan nasional. Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Sudirman Said menyebutkan, saat ini 12.659 dari total 74.754 desa di Indonesia belum dialiri listrik. Sebesar 65% dari desa yang belum berlistrik tersebut, terletak di 6 provinsi kawasan Timur Indonesia. Selama 10 tahun terakhir, negara telah membelanjakan anggaran sebesar Rp2.600 triliun 1
dalam bentuk subsidi Bahan Bakar Minyak (BBM) yang notabene hanya untuk habis dikonsumsi, mencemari lingkungan, dan memperbesar keran impor. Sementara dalam sepuluh tahun ke depan, Program Indonesia Terang (PIT) hanya perlu 10% dari anggaran subsidi yang telah ada. Dana 10% ini akan menghasilkan Energi Baru Terbarukan (EBT) yang lebih bersih sesuai dengan komitmen nasional yang sudah tertuang dalam Kebijakan Energi Nasional (Fajriah, 2016). Microgrid dapat dijadikan suatu solusi untuk mewujudkan daerah mandiri energi bagi yang tidak terjangkau listrik. Microgrid merupakan penggunaan jaringan listrik dengan kapasitas relatif kecil yang terdiri dari beberapa pembangkit serta tidak terinterkoneksi dengan jaringan listrik nasional. Pembangkitan listrik di Indonesia sebagian besar masih menggunakan bahan bakar fosil seperti batu bara. Hal ini juga dapat menimbulkan masalah kedepannya. Penggunaan bahan bakar fosil secara terus menerus akan membuat persedian bahan bakar semakin menipis sehingga akan berdampak pada melemahnya ketahanan energi nasional. Selain itu, penggunaan bahan bakar fosil juga akan meningkatkan emisi gas karbon yang menyebabkan terjadinya global warming. Untuk mengatasi masalah ini maka salah satu pilihan yang dapat dilakukan ialah menggunakan sumber energi terbarukan (renewable energy). Berdasarkan data dari kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) diketahui bahwa pada tahun 2014 kapasitas terpasang pembangkit listrik dengan sumber energi terbarukan, baru mencapai 12,6% dari total keseluruhan kapasitas terpasang pembangkit listrik(esdm, Power Plant Installed Capacity, 2015). Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan sumber energi terbarukan mendukung 2
kebijakan energi nasional pada Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 79 tahun 2014 tentang Kebijakan Energi Nasional dimana ditargetkan pada tahun 2025 peran energi baru dan terbarukan paling sedikit 23% dari total penggunaan energi nasional (Indonesia, 2014). Untuk mengatasi masalah di atas maka konsep microgrid dengan menggunakan sumber energi terbarukan dapat diterapkan. Penerapan konsep ini mampu mengurangi ketergantungan terhadap jaringan listrik nasional serta pencemaran udara yang telah terjadi sebelumnya. Oleh karena itu, dilakukan penelitian terkait dengan unjuk kerja pembangkit listrik pada sistem microgrid yang dapat menyalurkan daya menggunakan sumber energi terbarukan. Sumber energi terbarukan untuk pembangkit listrik dapat berupa angin, air, atau radiasi matahari. Energi angin dan air diubah menjadi energi mekanik melalui turbin dan dicoupling dengan rotor generator sinkron agar dapat dikonversi menjadi energi listrik. Adapun radiasi matahari dapat dikonversi menjadi energi listrik dengan photovoltaic (PV). 1.2 Rumusan Masalah Secara umum, permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah mengenai unjuk kerja microgrid yang bersumber dari pembangkit listrik photovoltaic dan generator sinkron yang kemudian dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Bagaimana model microgrid yang dapat menyalurkan energi listrik dari sumber pembangkit ke beban? 3
2. Bagaimana pengaruh parameter saluran terhadap unjuk kerja sistem microgrid? 3. Bagaimana pengendalian tegangan pada unjuk kerja paralel generator sinkron dan PV dalam sistem microgrid? 1.3 Batasan Masalah Batasan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Perangkat lunak simulasi yang digunakan adalah PSIM versi 9.0 dan data hasil penelitian disajikan dalam bentuk gelombang oleh SimView. 2. Parameter PV dan generator sinkron disesuaikan dengan data yang tersedia pada datasheet dan nameplate. Untuk parameter yang lebih detail pada pengujian di PSIM, nilainya disesuaikan dengan penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya. 3. Kecepatan putar rotor dari generator sinkron konstan. 4. Torsi dari generator sinkron tidak dibatasi. 5. Radiasi matahari dan suhu udara pada PV dianggap konstan. 6. Jenis Maximum Power Point Tracking (MPPT) yang digunakan adalah Perturb & Observe. 7. Tidak membahas masalah yang timbul saat terjadi hubung singkat. 8. Tidak membahas pengaturan peralatan proteksi. 9. Beban yang diuji berupa beban resistif dan induktif 3 fase murni dan nilainya konstan. 4
10. Tidak membahas perlengkapan kontrol otomatis untuk pengaturan eksitasi generator sinkron, daya penggerak mula generator induksi, dan nilai kapasitor. 11. Tidak dilakukan pengujian lanjutan dengan perangkat keras. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk mengetahui model serta unjuk kerja sistem microgrid yang bersumber dari pembangkit listrik photovoltaic dan generator sinkron yang selanjutnya dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Memperoleh model microgrid yang dapat menyalurkan energi listrik dari sumber pembangkit ke beban. 2. Mengetahui pengaruh penambahan parameter saluran pada sistem microgrid. 3. Mengetahui pengendalian tegangan pada unjuk kerja paralel generator sinkron dan PV dalam sistem microgrid. 1.5 Sistematika Penulisan Penulisan laporan penelitian ini terdiri dari lima bab, yaitu: Bab 1 merupakan pendahuluan yang berisi latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan masalah dalam penelitian, tujuan penelitian dan sistematika penulisan laporan. Tinjauan pustaka dan landasan teori terdapat pada bab 2. Bab ini berisi teori dan persamaan matematis mengenai microgrid, PV, generator sinkron, generator induksi, dan beban. 5
Bab 3 merupakan metodologi penelitian yang berisi sumber data yang digunakan dalam penelitian, alat dan bahan penelitian, serta alur dan proses yang dilakukan dalam penelitian. Hasil pembahasan akan dijelaskan pada bab 4 yang meliputi unjuk kerja PV dan generator sinkron secara mandiri dalam kondisi tanpa beban dan berbeban. Selain itu, pada bab ini juga berisi unjuk kerja paralel PV dan generator sinkron dalam sistem microgrid dengan nilai beban tertentu, pengaruh perubahan jarak terhadap tegangan microgrid, serta pengaruh perubahan beban terhadap tegangan microgrid. penelitian ini. Bab 5 merupakan penutup yang berisi kesimpulan akhir dan saran pada 6