48731574 FILE Herlina

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

1/98

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS DAMPAK LINGKUNGAN DAN BIAYA PEMBANGKITAN LISTRIK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA DI PULAU SEBESI LAMPUNG SELATAN

TESIS

HERLINA 0706305305

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM MAGISTER TEKNIK ELEKTRO DEPOK JULI 2009

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

2/98

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS DAMPAK LINGKUNGAN DAN BIAYA PEMBANGKITAN LISTRIK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA DI PULAU SEBESI LAMPUNG SELATAN

TESISDiajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik

HERLINA 0706305305

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO KEKHUSUSAN TEKNIK TENAGA LISTRIK DEPOK JULI 2009

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

3/98

ii

ii ii

Universitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

4/98

iii

iii iii


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

5/98

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya, sya dapat menyelesaikan tesis ini. Penulisan tesis ini dilakukan dalamrangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Teknik pada Pro

gram Studi Teknik Elektro, Kekhususan Teknik Tenaga Listrik, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan tesis ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan tesis ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada : (1) Dr. Ir. Uno Bintang Sudibyo,selaku dosen pembimbing pertama dan Dr-Ing. Eko Adi Setiawan, selaku dosen pembimbing kedua yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkansaya dalam penyusunan tesis ini; (2) Research Group Renewable Energy and Microgrid, Jurusan Teknik Elektro Departemen Teknik Elektro Universitas Indonesia; (3)Pihak PT. PLN (Persero) Lampung yang telah banyak membantu dalam usaha memperoleh data yang saya perlukan; (4) Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan dukungan material dan moral; dan (5) Para sahabat yang telah banyak me

mbantu saya dalam menyelesaikan tesis ini. Akhir kata, saya berharap Tuhan YangMaha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga tesis ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.

Depok, 3 Juli 2009 Penulis

iv iv


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

6/98

v

v v


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

7/98

vi

ABSTRAK

Nama Program Studi Judul Tesis

: Herlina : Teknik Elektro : Analisis Dampak Lingkungan dan Biaya Pembangkitan L

istrik Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida di Pulau Sebesi Lampung Selatan.

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) adalah integrasi sistem pembangkit listrik berbasis energi fosil (tak terbarukan) dan pembangkit listrik terbarukan. Tujuan utamanya untuk menghemat pemakaian bahan bakar dan mengurangi emisiterutama CO2. Secara menyeluruh, integrasi pada sistem PLTH ini merupakan sistemyang multi variabel sehingga digunakan bantuan perangkat lunak, dalam hal ini HOMER versi 2.67. perangkat lunak ini mengoptimasi berdasarkan nilai NPC terendah. Dengan studi kasus optimasi sistem PLTH di Pulau Sebesi propinsi Lampung Selatan, diintegrasikan PLTD, PLTB dan PLTS. Hasil simulasi dan optimasi berbantuan PL HOMER menunjukkan bahwa secara keseluruhan PLTH yang optimum untuk diterapkandi area studi di atas adalah integrasi antara PLTB dan PLTD. Pada kondisi yang o

ptimum ini, kontribusi PLTB sebesar 57% dan PLTD 43% dengan nilai bersih sekarang (net present cost, NPC) sebesar $ 943.957, biaya pembangkitan listrik (cost ofelectricity, COE) sebesar $ 0,492 per kWh, konsumsi BBM pertahun 42.630 liter,emisi CO2 yang dihasilkan sistem sebesar 112.258 kg/tahun atau berkurang sebesar43,4%, kelebihan energinya selama setahun sebesar 44.984 kWh. Kata kunci: PLTH,Simulasi, NPC, Emisi CO2, COE

vi vi


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

8/98

vii

ABSTRACT

Nama Studi Programme Title of Thesis

: Herlina : Teknik Elektro : Environmental Effects and Cost of Electricity Analy

sis of a Hybrid Power Plant in Sebesi Island - South Lampung.

Hybrid power system is the integration of power system based on fossil fuel energy and renewable energy. The main purpose of the system is to save the fossil fuel and reduce the environmental effect, especially CO2 emission. The hybrid system is a multi-variable system. HOMER version 2.67, a micropower optimization modeling software is used to analyze data for both wind speed and solar radiation,simulating hybrid system configurations at once and rank them according to its lowest net present cost. the configuration of the hybrid system in Sebesi islandconsist of a diesel generating unit , photovoltaic modules (PV) and wind turbines. The optimum hybrid system from the simulation and optimization result is consist of wind and diesel generating set. Contribution of wind turbin is 57% and th

e contribution of diesel generating set is 43%. The optimum hybrid system has $943.957 of the total Net Present Cost (NPC), Cost of Electricity (COE) is $ 0,492 $/kWh , fuel consumption in a yearly is 42.360 litre, CO2 emission is 112.258kg/year or decrease 43,4% from the first condition, excess electricity is 44.984kWh/year. Kata kunci: Hybrid Power system, Simulation, NPC, CO2 emission, COE

vii vii


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

9/98

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ...... ................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ..........

...............................................................................iii KATA PENGANTAR..............................................................

...................................... iv HALAMAN PENGESAHAN PERSETUJUAN PUBLIKASI..................................... v ABSTRAK....................................................................................................................vi ABSTRACT ................................................................................................................vii DAFTAR ISI ............................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................x DAFTAR TABEL .......................................................................................................xi DAFTAR LAMPIRAN ..................................................

............................................xii 1. PENDAHULUAN ...............................................................................................11.1 Latar Belakang dan Permasalahan...............................................................1 1.2 Perumusan Masalah .....................................................................................2 1.3 Tujuan Penelitian .........................................................................................2 1.4 Batasan Masalah ..........................................................................................2 1.5 Metode Penelitian ........................................................................................3 1.6 Sistematika Pembahasan..............................................................................3 2. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA ............................................4 2.1 Prinsip Dasar................................................................................................4 2.2 Pembangkit Listrik Tenaga

Surya (PLTS) ..................................................5 2.2.1 KomponenPLTS .............................................................................6 2.2.2 Perhitungan Penentuan Jumlah Modul Surya..................................7 2.2.2.1 Menentukan Jumlah Hubungan Seri Modul Surya...........7 2.2.2.2 Menentukan Jumlah Modul Fotovoltaik dalam Hubungan Paralel..............................................................8 2.2.3 Prinsip Kerja PLTS..........................................................................9 2.2.4 Keunggulan danKelemahan PLTS .................................................9 2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB).................................................102.3.1 Potensi Tenaga Angin....................................................................11 2.3.2 Kecepatan Angin Rata-rata............................................................12 2.3.3 Komponen-Komponen PLTB.....................

...................................12 2.3.4 Jenis-Jenis Turbin Angin ...............................................................15 2.3.4.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal......... ...........................15 2.3.4.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal......... ...............................16 2.3.5 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin...................................17 2.3.5.1 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin Sumbu Horizontal......... ..............................................................17 2.3.5.2 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin SumbuVertikal.............. .............................................................18 2.4 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)...............................................19 2.4.1 Prinsip Kerja dan Komponen PLTD..............................................19 2.4.2 Keunggulan dan Kelemahan PLTD...............................................21 2.5 Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH).............................................22 2.5.1 Prinsip Kerja PLTH ...........

...........................................................22 2.5.2 Sistem Operasi PLTH ....................................................................22 viii viii

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

10/98


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

11/98

ix

2.5.2.1 2.5.2.2 2.5.2.3 3.

PLTH Sistem Serial ........................................................22 PLTH Sistem Tersaklar (Switched) ................................24 PLTH Sistem Paralel ......................................................25

STUDI IMPLEMENTASI PLTH DI PULAU SEBESI LAMPUNG SELATAN..................................... ....................................................................26 3.1 Kondisi Geografis dan Administrasi .........................................................26 3.2 Kondisi Meteorologi dan Kelistrikan ........................................................27 3.2.1 Angin ...................... ......................................................................27 3.2.2 Potensi Radiasi Matahari ........ ......................................................27 3.2.3 Kondisi Kelistrikan........................................................................28 3.3 Perangkat Lunak HOMER.........................................................................30 3.3.1 Perhitungan Data .....................................................................31 3.3.3.1 Perhitun

gan Total Net Present Cost................................32 3.3.3.2 PerhitunganLevelized Cost Of Energy ..........................32 3.3.3.3 Perhitungan Emisi...........................................................33 3.4 Studi Implementasi PLTH Pulau Sebesi....................................................34 3.4.1 Metode Simulasi dan Optimasi......................................................35 3.4.2. Model PLTH Pulau Sebesi.... ........................................................35 3.4.3 Komponen-Komponen Penyusun PLTH.......................................35 3.4.4 Variabel Sensitivitas... ...................................................................37 3.4.5 Batasan-Batasan Pengoperasian PLTH .........................................37 SIMULASI DAN ANALISIS ...........................................................................38 4.1 Hasil Simulasi............................................................................................38 4.1.1 Kondisi Awal (PLTD).. ................................

.................................38 4.1.2 Kondisi Kedua (PLTH)..................................................................39 4.2 Analisis Hasil Simulasi..

............................................................................40 4

.2.1 Kondisi Awal (PLTD).. .....................................................

............40 4.2.2 Kondisi Kedua (PLTH).......................................

...........................42 KESIMPULAN .......................................

..........................................................49

4.

5.

DAFTAR REFERENSI.............................................................................................50

ix ix


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

12/98

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Konversi Listrik Pada Panel Surya..............................................5 Gambar 2.2 PLTS Stand Alone dan PLTS Hybrid .....................................................5 Gambar 2.3 Skema Sistem PLTS..............

..................................................................9 Gambar 2.4 Potongan Turbin Angin............................................................

.............13 Gambar 2.5 Turbin Angin Sumbu Horizontal .......................

...................................15 Gambar 2.6 Turbin Angin Sumbu Vertikal ...

...........................................................16 Gambar 2.7 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ............................................20 Gambar 2.8 PLTH Sistem Serial .......... ...................................................................23 Gambar 2.9 PLTH Sistem Tersaklar ........................................................................24 Gambar 2.10 PLTH Sistem Paralel.............................................................................25 Gambar 3.1 Peta Lokasi Pulau Sebesi.... ..................................................................26 Gambar 3.2 Kecepatan Angin Rata-Rata di Pu

lau Sebesi. .......................................27 Gambar 3.3 Clearness Indexdan Solar Radiation di Pulau Sebesi...........................28 Gambar 3.4 Profil Beban Harian Pulau Sebesi.........................................................29 Gambar 3.5 Profil Beban Bulanan Pompa................................................................29 Gambar 3.6 Diagram Alir Simulasi dan Optimasi PLTH.........................................34 Gambar 3.7 Model Sistem PLTH Pulau Sebesi........................................................35 Gambar 4.1 Kondisi Beban harian Daya Keluaran PLTD 40 kW, 50 kW dan Kelebihan Listrik yang Tidak Terpakai..................... ....................41 Gambar 4.2 Aliran BiayaPLTD 40 kW, 50 kW selama 25 tahun............................42 Gambar 4.3 Kondisi Beban harian Daya Keluaran PLTB - PLTD 40 kW dan Kelebihan Listrik yang Tidak Terpakai............................. ............43 Gambar 4.4 Kontribusi PLTB - PLTD................... ..................................................44

Gambar 4.5 Konsumsi BBM Diesel 40 kW..............................................................45 Gambar 4.6 Kelebihan Energi Listik Kontribusi ET Total Produksi Energi Listrik PLTH.................... .........................................................45 Gambar 4.7 Aliran Biaya PLTD 40 kWdan PLTD selama 25 tahun........................46 Gambar 4.8 Emisi CO2 - Kontribusi ET Biaya Listrik (COE).......... ...................47 Gambar 4.9 Emisi CO2 - Kontribusi ET Emisi SOx.............................................47 Gambar 4.10 NPC Konsumsi Bahan Bakar Minyak.......... ....................................48

x x


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

13/98

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tabel 4.2

Data Hasil Simulasi pada Kondisi Awal...........................................

....38 Data Hasil Simulasi pada Kondisi Kedua (kontribusi energi terbarukan minimum 0%).. ...................................................................39Konfigurasi PLTH ................................................................................40

Tabel 4.3

xi xi


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

14/98

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3

Data Clearness Index dan Daily Radiation di Pulau Sebesi..................52 Dat

a Kecepatan Angin di Pulau Sebesi.................................................53 Hasil Simulasi PLTB-PLTD 40 kW ........... .........................................54

xii xii


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

15/98

1

1


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

16/98

1

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang dan Permasalahan Pulau Sebesi adalah salah satu pulau di Indonesia yang terletak di mulut Teluk Lampung dengan posisi geografis 5o 55 37,43 - 5o 5844,48 LS dan 105o 27 30,50 - 105o 30 47,54 BT, berdekatan dengan Kepulauan Kraka

u.yang terpencil dan terisolasi. Total luas Pulau Sebesi 2620 ha dihuni oleh lebih dari 2500 jiwa, aktivitas ekonomis masyarakat bertumpu pada pertanian dan perikanan. Disamping itu penduduk di pulau ini juga kesulitan untuk mendapatkan airbersih. Meskipun demikian pemerintah Provinsi Lampung menetapkan Pulau Sebesi sebagai salah satu daerah tujuan pariwisata. Saat ini energi listrik di Pulau Sebesi dipasok oleh 2 unit Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) yang masing-masing memiliki kapasitas terpasang 40 kW dan 50 kW. Namun demikian PLTD hanya beroperasi selama 8 jam per hari yaitu mulai dari jam 16.00 sampai jam 00.00 dengan beban puncak sebesar 49 kW. Mengingat Pulau Sebesi merupakan salah daerah wisata,maka infrastruktur kelistrikannya perlu diperhatikan lebih komprehensif untuk mendorong pertumbuhan ekonomi masyarakat di Pulau tersebut. Sesuai program pemerintah dalam hal hemat energi dan karena PLTD menghasilkan banyak emisi CO2, maka

penyediaan energi listrik diusahakan memanfaatkan seoptimum mungkin sumber-sumber energi terbarukan setempat (Pulau Sebesi), dalam hal ini energi surya dan energi angin. Untuk itu perlu dilakukan studi terlebih dahulu guna pengoperasian PLTD yang diintegrasikan dengan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Secara keseluruhan integrasi ketiga macam pembangkit listrik tersebut dinamakan Pembangkit Listrik Tenaga Hidrida (PLTH). Keluaran studi ini berupa unjuk kerja atau kemampuan PLTH, yaitu integrasi antara PLTDyang berbasis BBM, dengan PLTS dan PLTB yang berbasis energi terbarukan, berupatotal daya PLTH, jumlah BBM yang dapat dihemat, kelebihan energi listrik yang dihasilkan, biaya pembangkitan listrik dan keluaran emisinya. Pengolahan data dalam studi ini seluruhnya berbantuan perangkat lunak HOMER.

1 1


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

17/98

2

1.2 Perumusan Masalah Masalah yang dirumuskan pada penelitian ini adalah : elektrifikasi di pulau Sebesi kurang efisien untuk menunjang aktivitas ekonomis masyarakat pulau Sebesi, karena hanya disuplai oleh 2 PLTD berkapasitas total 90 kW,dengan beban puncak sebesar 49 kW dan waktu suplainya hanya 8 jam (16.0000.00) Untuk meningkatkan efisiensi pemakaian BBM (PLTD) dan waktu elektrifikasi Pulau S

ebesi menjadi 24 jam dan penambahan beban deferrable berupa pompa air untuk suplai kebutuhan air bersih. Menerapkan metode pembangkit listrik hibrida antara Pembangkit Listrik Energi Terbarukan dan Pembangkit Listrik Energi Tak Terbarukan (konvensional).

1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian yang berupa studi ini adalah sebagai berikut : Merancang model sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) berdasarkan potensi alam di Pulau Sebesi Lampung Selatan. Melakukan simulasi dan optimasimodel sistem Hibrida (PLTH). Menganalisis hasil simulasi, energi yang dibangkitkan oleh PLTH, prosentase kontribusi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) danPembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Mengoptimasi pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) Pembangkit Listrik Tenaga

1.4 Batasan Masalah Pada penelitian ini, masalah dibatasi pada : Kasus hanya dilihat pada daerah studi yaitu Pulau Sebesi, Lampung Selatan, Provinsi Lampung. Beban yang diperhitungkan adalah beban aktual yang dipikul oleh PLTD sesuai dengankurva beban harian di Pulau Sebesi. Data beban harian yang digunakan adalah data beban harian pada bulan Januari 2009. Pembangkit tenaga listrik utama adalah PLTD, di bawah koordinasi dan dikelola langsung oleh PT. PLN Persero Wilayah Lampung Ranting Kalianda. Sedangkan pembangkit listrik lain yang diintegrasikan adalah PLTB dan PLTS.

2


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

18/98

3

Parameter-parameter yang ditinjau dalam pengolahan data dengan menggunakan Perangkat Lunak HOMER adalah : batasan ekonomi, dispatch strategy, pengaturan generator, dan sistem operasi PLTH. Penjelasan lebih rinci batasan ini dimuat dalam bab3.

Semua harga komponen PLTH adalah harga pada bulan April 2009 yang diperoleh dariwebsite masing-masing komponen PLTH.

1.5 Metode Penelitian Langkah-langkah utama yang dilaksanakan dalam penelitian ini ialah : Studi literatur, untuk mempelajari, mengembangkan dan menerapkan ilmupengetahuan dan teknologi yang telah dikembangkan dan diterapkan sebelumnya. Mengumpulkan data kebutuhan beban energi listrik di Pulau Sebesi dari dari PT. PLNPersero Wilayah Lampung Ranting Kalianda, data beban kecepatan angin, data radiasi sinar matahari dan menentukan besaran beban deferrable berupa pompa air untuk memenuhi kebutuhan air bersih di Pulau Sebesi. Mempelajari prinsip kerja peran

gkat lunak HOMER. Mensimulasi dan mengoptimasi model PLTH dengan menggunakan perangkat lunak HOMER. Simulasi akan dijalankan dengan kondisi yang berbeda. Menganalisis hasil simulasi dan menarik kesimpulan dari analisis tersebut.

1.6 Sistematika Pembahasan Pada bab 1 membahas tentang latar belakang penelitian, perumusan permasalahan, tujuan penelitian, pembatasan masalah, metode penelitian, dan sistematika pembahasan ; bab 2 membahas tentang konsep dasar yang meliputi gambaran mengenai Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Pembangkit ListrikTenaga Bayu (PLTB), Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) dan gabungannya berupa Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) ; bab 3 membahas tentang kondisi kelistrikan di Pulau Sebesi Lampung Selatan, potensi sumber daya alam Pulau Sebesi,cara kerja perangkat lunak HOMER, algoritma simulasi dan optimasi PLTH untuk kondisi yang berbeda, menguraikan prinsip-prinsip dasar perhitungan Nilai Bersih S

ekarang (Net Present Cost, NPC), dan biaya pembangkitan listrik per kWh (Cost ofElectricity, COE) ; bab 4 membahas hasil simulasi dan optimasi sistem kelistrikan kondisi awal dimana hanya PLTD yang beroperasi, serta perhitungan biaya pembangkitan listrik. ; bab 5 kesimpulan. 3Universitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

19/98

4

BAB 2 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA

2.1 Prinsip Dasar Pembangkit listrik tenaga hibrida (PLTH) adalah gabungan atauintegrasi antara beberapa jenis pembangkit listrik berbasis BBM dengan pembangkit listrik berbasis energi terbarukan umumnya sistem pembangkit yang banyak digun

akan untuk PLTH adalah generator diesel, pembangkit listrik tenaga surya (PLTS),mikrohidro, pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB). Dalam studi ini, PLTH terdiri dari PLTD, PLTB dan PLTS. Ketiga jenis pembangkit ini dioperasikan bersamaan dan dihubungkan pada satu rel (busbar) untuk memikul beban. Kontribusi daya masing-masing jenis pembangkit setiap saat tidak tetap, mengingat PLTB dan PLTS sangat tergantung dari kondisi alam. Pada siang hari, ketika cuaca cerah, PLTS dapatberoperasi maksimum dan pada malam hari PLTS sama sekali tidak beroperasi, tetapi digantikan oleh baterai yang menyimpan energi listrik dari PLTS sepanjang siang hari. Sedangkan PLTB dapat beroperasi selama 24 jam penuh setiap hari, namun PLTB tergantung tergantung dari kecepatan angin, sehingga daya yang dibangkitkanpun berubah setiap saat. Pembangkit berikutnya, PLTD adalah pembangkit instan yang dapat beroperasi penuh selama 24 jam. Namun sesuai dengan tujuan pengoperasia

n PLTH, yaitu menghemat BBM dan mengurangi emisi CO2, maka pengoperasian PLTD merupakan variabel terakhir yang mengikuti perubahan suplai daya PLTB dan PLTS, sehinga kontribusi dayanya pun tergantung dari suplai daya kedua pembangkit listrik tersebut. Dengan pengoperasian PLTB dan PLTS yang terintegrasi pada PLTH, makapemakaian BBM dan emisi CO2 dapat dikurangi. Pada prinsipnya peninjauan kontribusi daya dari masing-masing pembangkit listrik dalam PLTH ditinjau setiap saat,namun peninjauan pengoperasian jenis-jenis pembangkit listrik, khususnya PLTD, dapat pula ditinjau berdasarkan biaya bahan bakar minyak (BBM) dan komponen biayapengoperasian lainnya serta biaya pemeliharaan yang harus dikerjakan. Dalam penelitian ini, peninjauan akan lebih ditekankan pada variabel harga BBM dan perubahan kecepatan angin (windspeed).

4 4


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

20/98

5

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah suatu teknologi pembangkit listrik yang mengkonversi energi foton darisurya menjadi energi listrik. Konversi ini dilakukan pada panel surya yang terdiri dari sel sel fotovoltaik. Sel sel ini merupakan lapisan lapisan tipis dari silikon (Si) murni atau bahan semikonduktor lainnya yang diproses sedemikian rupa,

sehingga apabila bahan tersebut mendapat energi foton akan mengeksitasi elektron dari ikatan atomnya menjadi elektron yang bergerak bebas, dan pada akhirnya akan mengeluarkan tegangan listrik arus searah. [1]

Gambar 2.1 Proses Konversi Energi Listrik Pada Panel SuryaSumber : http://science.howstuffworks.com/solar-cell.htm

PLTS memanfaatkan cahaya matahari untuk menghasilkan listrik DC (direct current), yang dapat diubah menjadi listrik AC (alternating current) apabila diperlukan.Oleh karena itu meskipun cuaca mendung, selama masih terdapat cahaya, maka PLTStetap dapat menghasilkan listrik. PLTS pada dasarnya adalah pecatu daya (alat yang menyediakan daya), dan dapat dirancang untuk mencatu kebutuhan listrik yang

kecil sampai dengan besar, baik secara mandiri, maupun dengan hybrid, baik dengan metoda desentralisasi (satu rumah satu pembangkit) maupun dengan metoda sentralisasi (listrik didistribusikan dengan jaringan kabel).

(a)

(b)

Gambar 2.2 (a) PLTS stand alone (mandiri), desentralisasi. (b) PLTS Hybrid dengan genset sentralisasiSumber : Informasi umum PLTS PT. Azet Surya Lestari

5


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

21/98

6

2.2.1 Komponen PLTS PLTS terdiri dari tiga komponen utama: Modul Surya Modul surya berfungsi merubah cahaya matahari menjadi listrik arus searah (Direct Current, DC), tenaga listrik yang dihasilkan tersebut harus mempunyai besar tegangan tertentu yang sesuai dengan tegangan yang diperlukan inverter kemudian inverter dapat dengan mudah merubahnya menjadi listrik arus bolak balik (Alternating Curren

t, AC) apabila diperlukan. Bentuk moduler dari modul surya memberikan kemudahanpemenuhan kebutuhan listrik untuk berbagai skala kebutuhan. Kebutuhan kecil dapat dicukupi dengan satu modul atau dua modul, dan kebutuhan besar dapat dicatu oleh bahkan ribuan modul surya yang dirangkai menjadi satu. Alat Pengatur Alat pengatur merupakan perangkat elektronik yang mengatur aliran listrik dari modul surya ke baterai dan aliran listrik dari baterai ke peralatan listrik seperti lampu, TV atau radio/tape. Charge-Discharge pengontrol melindungi baterai dari pengisian berlebihan dan melindungi dari korsleting atau pengiriman muatan arus berlebih ke input terminal. Alat ini juga mempunyai beberapa indikator yang akan memberikan kemudahan kepada pengguna PLTS dengan memberikan informasi mengenai kondisi baterai sehingga pengguna PLTS dapat mengendalikan konsumsi energi menurut ketersediaan listrik yang terdapat didalam baterai. Selain itu terdapat 3 indikator

lainnya yang menginformasikan status pengisian, adanya muatan berlebih dan pengisian otomatis pada saat baterai kosong. Baterai / Accu Baterai berfungsi menyimpan arus listrik yang dihasilkan oleh modul surya sebelum dimanfaatkan untuk menggerakkan beban. Beban dapat berupa lampu penerangan atau peralatan elektronik dan peralatan lainnya yang membutuhkan listrik. Ukuran baterai yang dipakai sangat tergantung pada ukuran genset, ukuran solar panel, dan load pattern. Ukuran baterai yang terlalu besar baik untuk efisiensi operasi tetapi mengakibatkan kebutuhan investasi yang terlalu besar, sebaliknya ukuran baterai terlalu kecil dapatmengakibatkan tidak tertampungnya daya berlebih.

6


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

22/98

7

2.2.2 Perhitungan Penentuan Jumlah Modul Surya Rangkaian dari sel sel yang disusun seri dan paralel tersebut dinamakan modul. Biasanya setiap modul terdiri dari10 36 unit sel. Apabila tegangan, arus dan daya dari suatu modul tidak mencukupi untuk beban yang digunakan, maka modul modul tersebut dapat dirangkaikan seri,paralel ataupun kombinasi keduanya untuk menghasilkan besar tegangan dan daya s

esuai kebutuhan. Rangkaian modul yan dihubungkan seri tersebut dinamakan rangkaian cabang (branch circuit) dan modul modul total yang terpasang disebut dengan susunan modul (array) yang terdiri dari kumpulan paralel rangkaian cabang. Untukmemperoleh besar tegangan dan daya yang sesuai dengan kebutuhan, selsel fotovoltaik tersebut harus dikombinasikan secara seri dan paralel, dengan aturan sebagaiberikut [1] : untuk memperoleh tegangan keluaran yang dua kali lebih besar daritegangan keluaran sel fotovoltaik, maka dua buah sel fotovoltaik harus dihubungkan secara seri. untuk memperoleh arus keluaran yang dua kali lebih besar dari arus keluaran sel fotovoltaik, maka dua buah sel fotovoltaik harus dihubungkan secara paralel. Untuk memperoleh daya keluaran yang dua kali lebih besar dari dayakeluaran sel fotovoltaik dengan tegangan yang konstan, maka dua buah sel fotovoltaik harus dihubungkan secara seri dan paralel.

2.2.21 Menentukan Jumlah Hubungan Seri Modul Surya Daya generator modul surya yang telah dihitung diatas harus dinyatakan terlebih dahulu sebagai hasil perhitungan sementara. Generator modul surya merupakan bentuk kombinasi hubungan seri dan paralel modul modul surya. Langkah penting berikutnya adalah menentukan jumlahmodul surya yang harus dihubungkan seri dan paralel. Jumlah modul yang harus dihubungkan seri ditentukan oleh tegangan masukan inverter, dengan rumus dibawah ini[2] :Js = V INV VMF

(2.1)

Dengan :

7


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

23/98

8

Js V MF

= jumlah seri modul surya

V INV = tegangan masukan inverter (volt) = tegangan maksimum modul surya (volt)

Bilangan Js harus merupakan bilangan bulat (integer). Bila didapatkan bilangan pecahan, maka bilangan tersebut harus dibulatkan, sehingga diperoleh [2] : V GPV= Js . V MF Dengan V GPV adalah tegangan generator modul surya dalam Volt. (2.2)

2.2.2.2 Menentukan Jumlah Modul Surya Dalam Hubungan Paralel Suatu string terdiri dari Js modul surya dalam hubungan seri. Untuk memperoleh daya total generatorfotovolatik sebesar P string, sebagai berikut [2] :GPV,

maka dibutuhkan jumlah

Jp =p

GPV VGPV .I MF

(2.3)

Bila diperoleh bilangan pecahan, Jp dibulatkan keatas, arus nominal generator fotovoltaik (I GPV) dapat dihitung kemudian dengan rumus sebagai berikut : I GPV =Jp . I MF (2.4)

Setelah ditentukan Js dan Jp, maka daya generator fotovoltaik terpasang dihitungkembali menggunakan persamaan [2] : P GPV = V GPV . I GPV (watt peak) (2.5)

Sedangkan jumlah susunan modul fotovoltaik (N) yang terpasang adalah : N Dengan: Jp = jumlah string modul fotovoltaik = JP . Js (2.6)

P GPV = daya generator fotovoltaik (watt) V GPV = tegangan generator fotovoltaik(volt) I MF = arus maksimum modul fotovoltaik (ampere)

8


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

24/98

9

2.2.3 Prinsip Kerja PLTS

Pada siang hari modul surya menerima cahaya matahari yang kemudian diubah menjadi listrik melalui proses fotovoltaik. Listrik yang dihasilkan oleh modul dapat langsung disalurkan ke beban ataupun disimpan dalam baterai sebelum digunakan ke

beban: lampu, radio, dll. Pada malam hari, dimana modul surya tidak menghasilkanlistrik, beban sepenuhnya dicatu oleh battery. Demikian pula apabila hari mendung, dimana modul surya menghasilkan listrik lebih rendah dibandingkan pada saatmatahari benderang. Modul surya dengan kapasitas tertentu dapat menghasilkan jumlah listrik yang berbeda-beda apabila ditempatkan pada daerah yang berlainan. Secara skematis sistem PLTS dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.3 Skema sistem PLTSSumber : Informasi umum PLTS PT. Azet Surya Lestari

2.2.4 Keunggulan dan Kelemahan PLTS

Keunggulan-keunggulan PLTS : Tidak memerlukan bahan bakar, karena menggunakan sumber energi matahari yang dapat diperoleh dimana saja secara cuma-cuma sepanjangtahun, sehingga hampir tidak memerlukan biaya operasi. Tidak memerlukan konstruksi yang berat dan menetap, sehingga dapat dipasang dimana saja dan dapat dipindahkan bilamana dibutuhkan. Dapat diterapkan secara sentralisasi (PLTS ditempatkan di suatu area dan listrik yang dihasilkan disalurkan melalui jaringan distribusi ke tempat-tempat yang membutuhkan) maupun desentralisasi (sistem PLTS dipasang pada setiap rumah, dengan demikian tidak diperlukan jaringan distribusi). 9Universitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

25/98

10

Pada pola desentralisasi, gangguan pada satu sistem tidak akan mempengaruhi sistem yang lain dan tidak banyak energi yang terbuang pada jaringan distribusi. Bersifat moduler; kapasitas listrik yang dihasilkan dapat disesuaikan dengan kebutuhan dengan cara merangkai modul secara seri dan paralel. Dapat dioperasikan secara otomatis (unattendable) maupun menggunakan operator (attendable). Ramah lingk

ungan. Tidak menimbulkan polusi suara maupun polusi asap. Tidak ada bagian yangbergerak, sehingga hampir tidak memerlukan biaya pemeliharaan, yang diperlukan hanya membersihkan modul apabila kotor dan menambah air accu (aquades).

Umur pakai (life time) lebih dari 25 tahun

Kelemahan kelemahan PLTS : Modul surya memiliki efisiensi konversi yang rendah dibandingkan jenis

pembangkit lainnya. Untuk bekerja dengan baik, modul surya harus cukup mendapatk

an penyinaran matahari (tergantung pada musim). Memerlukan area yang luas untukpemasangan modul surya untuk mendapatkan daya keluaran yang tinggi. Harga modulsurya (skala kecil) masih mahal sehingga biaya pembangkitan yang dihasilkan jugamahal.

2.3

Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB)

Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) adalah suatu teknologi pembangkit listrikyang merubah potensi energi angin menjadi energi listrik. Angin adalah udara yang bergerak/mengalir, sehingga memiliki kecepatan, tenaga dan arah. Penyebab daripergerakan ini adalah pemanasan bumi oleh radiasi matahari. Udara di atas permu

kaan bumi selain dipanaskan oleh matahari secara langsung, juga mendapat pemanasan oleh radiasi matahari bumi tidak homogen, maka jumlah energi matahari yang diserap dan dipancarkan kembali oleh bumi berdasarkan tempat dan waktu adalah bervariasi. Hal ini menyebabkan perbedaan temperatur perbedaan pada atmosfer, yang menyebabkan

kerapatan dan tekanan atmosfer. Udara memiliki sifat untuk selalu

mencapai kesetimbangan tekanan, karena itu perbedaan kecepatan dan tekanan

10


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

26/98

11

atmosfer ini menyebabkan udara bergerak dari daerah yang bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Pada daerah yang relatif panas, partikel udara mendapatenergi sehingga udara memuai. Akibat dari pemuaian ini, tekanan udara di daerahitu naik, namun kerapatan udara menjadi berkurang, sehingga berat jenis udara ditempat itu menjadi relatif kecil, akibatnya udara berekspansi ke atas dan menye

babkan terjadinya penurunan tekanan di daerah yang ditinggalkannya. Daerah ini lalu diisi oleh udara dari daerah sekelilinginya yang memiliki tekanan udara danmassa jenis lebih tinggi. Udara yang berekspansi ke atas lalu mengalami penurunan suhu, sehingga terjadi penyusutan dan massa jenisnya kembali naik. Udara ini akan turun kembali di tempat lain yang memiliki tekanan yang lebih rendah. Hal ini berlangsung terus menerus sepanjang waktu, sehingga pergerakan udara terus berlangsung.

2.3.1 Potensi Tenaga Angin

Angin adalah udara yang memiliki massa dan bergerak dengan kecepatan tertentu. Akibat pergerakan ini, angin memiliki daya yang sebanding dengan massanya dan ber

banding lurus dengan kuadrat kecepatannya. Secara ideal kecepatan angin yang menggerakkan kincir angin ada tiga, yaitu kecepatan aliran angin masuk (Vi) atau kecepatan aliran angin menuju blade, kecepatan aliran angin saat mengenai blade (Va) dan kecepatan aliran angin ketika meninggalkan blade (Ve)., yaitu : Angin mempunyai tenaga yang sama besarnya dengan energi kinetik dari aliran angin tersebut, yaitu[2] :Ptot = m.KE i = m. Vi 2 (W ) 2.gc

(2.7)

Dengan : Ptot m = daya total angin (W)

kg = aliran massa angin det

m = kecepatan angin masuk det

Vi

Gc

kg.m = faktor konversi = 1 N . det

11


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

27/98

12

2.3.2 Kecepatan Angin Rata Rata

Langkah awal dalam menghitung energi angin adalah mengetahui kecepatan angin rata rata. [2] Kecepatan angin rata rata tersebut dapat dihitung dengan rumus :

V =

V .ti =1 n i

n

i

ti =1

(2.8)i

Dengan :

VVi Ti N

= kecepatan angin rata rata (m/s). = kecepatan angin yang terukur (m/s) = lamanya angin bertiup dengan kecepatan Vi (m/s) = banyaknya data pengukuran

Kecepatan angin rata rata untuk tiap satu jam digunakan untuk mengetahui variasikecepatan harian. Dengan mengetahui variasi harian dari kecepatan angin, dapat

diketahui saat saat dimana angin bertiup kencang dalam satu hari, sehingga dapatdigunakan untuk menentukan berapa jam dalam sehari semalam energi angin di daerah tersebut dapat dipergunakan untuk menggerakkan turbin.

2.3.3 Komponen Komponen PLTB

Komponen-komponen PLTB dari ukuran besar, pada umumnya dapat terlihat dalam gambar 2.4 berikut ; sedangkan untuk ukuran kecil biasanya tidak semua komponen adaseperti yang terlihat dalam gambar [3]. Anemometer

Mengukur kecepatan angin, dan mengirim data angin ini ke alat pengontrol.

Blades (Bilah Kipas)Kebanyakan turbin angin mempunyai 2 atau 3 bilah kipas. Angin yang menghembus menyebabkan turbin tersebut berputar. Brake (Rem)

Suatu rem cakram yang dapat digerakkan secara mekanis, dengan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau saat keadaan darurat. Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrikmaksimal

12


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

28/98

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

29/98

13

pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin diluardigunakan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya : overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus, karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

Gambar 2.4 Potongan Turbin AnginSumber : DOE / NREL

Controller (Alat Pengontrol)

Alat Pengontrol ini menstart turbin pada kecepatan angin kira-kira 12-25 km/jam,dan mematikannya pada kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak beroperasi di atas 90 km/jam, karena angin terlalu kencang dapat merusakkannya. Gear box (Roda Gigi)

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60. Roda gigi menaikkan putaran dari 30-60 rpm menjadi kira-kira 1000-1800 rpm yaitu putaran yang biasanya disyaratkan untuk memutar generator listrik. High-speed shaft (Poros Putaran Tinggi)

Berfungsi untuk menggerakkan generator.Low-speed shaft (Poros Putaran Rendah)

Poros turbin yang berputar kira-kira 30-60 rpm. 13Universitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

30/98

14

Generator

Generator pembangkit listrik, biasanya sekarang alternator arus bolak-balik. Iniadalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya d

apat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang denganmaterial ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat statoryang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketikaporos generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan aruslistrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan danarus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current)yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal.

Nacelle (Rumah Mesin)

Rumah mesin ini terletak di atas menara . Di dalamnya berisi gear-box, poros putaran tinggi / rendah, generator, alat pengontrol, dan alat pengereman. Pitch (Sudut Bilah Kipas):

Bilah kipas bisa diatur sudutnya untuk mengatur kecepatan rotor yang dikehendaki, tergantung angin terlalu rendah atau terlalu kencang. Rotor

Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor.Tower (Menara)

Menara bisa dibuat dari pipa baja, beton, rangka besi. Karena kencangnya angin b

ertambah dengan ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar tenaga yang didapat. Wind direction (Arah Angin)

Gambar diatas adalah turbin yang menghadap angin, desain turbin lain ada yang mendapat hembusan angin dari belakang. Wind vane (Tebeng Angin)

Mengukur arah angin, berhubungan dengan penggerak arah yang memutar arah turbindisesuaikan dengan arah angin.

14


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

31/98

15

Yaw drive (Penggerak Arah)

Penggerak arah memutar turbin ke arah angin untuk desain turbin yang menghadap angina. Untuk desain turbin yang mendapat hembusan angina dari belakang tak memerlukan alat ini.

Yaw motor (Motor Penggerak Arah)

Motor listrik yang menggerakkan penggerak arah.

2.3.4 Jenis Jenis Turbin Angin

Jenis-jenis turbin angin berdasarkan arah / poros perputarannya dibedakan menjadi dua jenis yaitu turbin angin sumbu horizontal dan turbin angin sumbu vertikal.[4]2.3.4.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal

Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan generator li

strik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin berukuran besarpada umumnya menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar.

Gambar 2.5 Turbin Angin Sumbu HorizontalSource: DOE/NREL

Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar merekatidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan,15


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

32/98

16

bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan. Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar TASH merupakan mesin upwind (melawan arah angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind (menurut jurusan angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme tambahan agar mereka tetap sejalan de

ngan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu.

2.3.4.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal

Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. TASV mampu mendayagunakan angin dariberbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakse

s untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut. Drag (gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar.

Gambar 2.6 Turbin Angin Sumbu VertikalSource: AWI (www.awi-bremerhaven.de)[5]

16


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

33/98

17

Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan obyek yanglain mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai per

masalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan dan bearing wearyang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau mempersingkat umur turbin angin.Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara turbin kira-kira 50% dari tinggibangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.

2.3.5 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin

Masing-masing jenis turbin angin yang terlah diuraikan diatas memiliki keunggulan dan kekurangan. [4]2.3.5.1 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin Sumbu Horizontal (TASH) KeunggulanTASH

Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfir bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.

Kelemahan TASH

Menara yang tinggi serta bilah yang panjangnya bisa mencapai 90 meter sulit diangkut. Diperkirakan besar biaya transportasi bisa mencapai 20% dari seluruh biaya

peralatan turbin angin.

TASH yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang tampil. Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator. TASH yang tinggi bisa mempengaruhi radar airport. Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu penampilan pemandangan.

17


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

34/98

18 2.3.5.2 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV) Keunggulan TASV

Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang disebabkan oleh turbulensi. TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincirke arah angin.

Tidak membutuhkan struktur menara yang besar. Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme yaw. Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagianbagiannya yang bergerak jadi lebih mudah. TASVmemiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.

Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empatpersegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentudaripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya TASH.

TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada TASH. Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada 10km/jam (6 m.p.h.) TASV biasanya memiliki tipspeed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil kemungkinannyarusak di saat angin berhembus sangat kencang.

TASV bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun. TASV yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dariberbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),

TASV tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah. Kincir pada TASV mudah dilihat dan dihindari burung.

Kelemahan TASV

Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi TASH karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.

18


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

35/98

19

TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di elevasiyang lebih tinggi. Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar. Sebuah TASV yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankanpada bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya dorong

ke bawah saat angin bertiup.

2.4 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)

Pusat Listrik Tenaga Diesel (PLTD) sesuai untuk diimplementasikan pada lokasi dimana pengeluaran bahan bakar rendah, persediaan air terbatas, minyak sangat murah dibandingkan dengan batubara dan semua beban dasarnya adalah seperti yang dapat ditangani oleh mesin pembangkit dalam kapasitas kecil, serta dapat berfungsi dalam waktu yang singkat. Kegunaan utama PLTD adalah penyedia daya listrik yang dapat berfungsi untuk pusat pembangkit, cadangan (stand by plant), beban puncak dan cadangan untuk keadaan darurat (emergency) [6]. Faktor-faktor yang merupakan

pertimbangan pilihan yang sesuai untuk PLTD antara lain : Jarak dari beban dekatPersediaan areal tanah dan air Pondasi, tidak diperlukan untuk PLTD jenis mobile Pengangkutan bahan bakar Kebisingan dan kesulitan lingkungan

2.4.1 Prinsip Kerja dan Komponen Komponen PLTD

Bagian-bagian utama pada PLTD adalah mesin (motor) diesel dan generator. Mesin diesel adalah motor bakar berfungsi menghasilkan tenaga mekanis yang dipergunakanuntuk memutar rotor generator. Mesin diesel menggunakan bahan bakar minyak diesel dengan kecepatan tinggi, bekerja dengan prinsip pembakaran kompresi dan menggunakan dua langkah putaran dalam operasi, ini digunakan bilamana mesin berkapasitas tinggi.

19


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

36/98

20

Gambar 2.7 skema Pembangkit Listrik Tenaga DieselSumber : http://www.pln.co.id/InfoUmum/ElectricityEvocation

Komponen Komponen PLTD (Keterangan gambar) [7]:

1. Fuel Tank 2. Fuel oil separator 3. Daily tank 4. Fuel oil booster5. Diesel motor : menghidupkan mesin diesel untuk mempunyai energi untuk bekerja6. Turbo charger : menaikkan efisiensi udara yang dicampur dengan bahan bakar dan menaikkan tekanan serta temperaturnya. 7. Air intake filter : Perangkat untukmengalirkan udara 8. Exhaust gas silincer : Peredam dari sisa gas yang digunakan 9. Generator : Menghasilkan energi listrik 10. Pengubah utama : Alat pengubahutama untuk menjadi energi listrik 11. Jalur transmisi : Penyaluran energi listrik ke konsumen

Daya yang dihasilkan oleh kerja mesin diesel ditentukan faktor-faktor sebagai berikut[5] :P= Dengan : Pe.v.i.n 450000.a (2.9)

20


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

37/98

21

Pe v i n a

adalah tekanan efektif yang bekerja adalah volume langkah silinder yang dapat dicapai adalah jumlah silinder adalah putaran permenit atau kecepatan putar mesinbernilai 2 untuk tipe mesin 4 langkah bernilai 1 untuk tipe mesin 2 langkah

Untuk jenis 2 langkah daya keluarannya adalah 2 kali jenis 4 langkah, tetapi jenis 4 langkah banyak dipilih karena efisiensi bahan bakar yang digunakan lebih besar. Mesin diesel adalah motor bakar dimana daya yang dihasilkan diperoleh daripembakaran bahan bakar. Adapun daya yang dihasilkan akan berubah menjadi [6] : Daya manfaat Panas yang hilang untuk pendingin Panas yang hilang untuk pembuangangas Panas yang hilang dalam pergeseran, radiasi dan sebagainya 40% 30% 24% 6%

2.4.2 Keunggulan dan Kelemahan PLTDPLTD sebagai pembangkit tenaga listrik yang instan, saat ini paling banyak digunakan sebagai sumber pembangkitan tenaga listrik. Berikut ini adalah beberapa keunggulan dan kelemahan apabila menggunakan PLTD sebagai sumber pembangkitan tenag

a listrik. [8]Keunggulan jika menggunakan PLTD Daya listrik tersedia sesuai dengan kebutuhan Secara teknis handal Layanan purnajual relatif mudah diperoleh Biaya investasi (Rp/kW) relatif murah.

Kelemahan jika menggunakan PLTD Biaya operasi dan pemeliharaan mahal Memerlukan transportasi penyediaan dan penyimpanan BBM Menimbulkan polusi udara, kebisingan, dan bau, Memerlukan pemeliharaan rutin Sistem operasi tidak efisien (boros) pada kondisi beban rendah.

21


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

38/98

22

2.5 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) 2.5.1 Prinsip Kerja PLTHPLTH adalah suatu sistem pembangkit listrik (PL) yang memadukan beberapa jenis PL, pada umumnya antara PL berbasis BBM dengan PL berbasis EBT. Merupakan solusiuntuk mengatasi krisis BBM dan ketiadaan listrik di daerah terpencil, pulau-pulau kecil dan pada daerah perkotaan. Umumnya terdiri atas : modul surya, turbin an

gin, generator diesel, baterai, dan peralatan kontrol yang terintegrasi. TujuanPLTH adalah mengkombinasikan keunggulan dari setiap pembangkit sekaligus

menutupi kelemahan masing-masing pembangkit untuk kondisi-kondisi tertentu, sehingga secara keseluruhan sistem dapat beroperasi lebih ekonomis dan efisien. Mampu menghasilkan daya listrik secara efisien pada berbagai kondisi pembebanan[8] Untuk mengetahui unjuk kerja sistem pembangkit hibrida ini, hal hal yang perlu dipertimbangkan antara lain : karakteristik beban pemakaian dan karakteristik pembangkitan daya khususnya dengan memperhatikan potensi energi alam yang ingin dikembangkan berikut karakteristik kondisi alam itu sendiri, seperti pergantian siang malam, musim dan sebagainya.

2.5.2 Sistem Operasi PLTHSistem operasi pada PLTH dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu sistem serial, sistem tersaklar, dan sistem paralel[8].

2.5.2.1 PLTH Sistem Serial Prinsip Kerja PLTH Sistem SerialSemua pembangkit daya mensuplai daya DC ke dalam baterai, setiap komponen harusdilengkapi dengan charge controller sendiri, untuk menjamin operasi yang handalsistem ini, generator dan inverter harus didisain agar dapat melayani beban puncak. Pada sistem ini sejumlah besar energi yang dibangkitkan dilewatkan melalui baterai, siklus baterai bank menjadi naik dan mengurangi efisiensi sistem, daya listrik dari genset di DC kan dan diubah kembali menjadi AC sebelum disuplai ke beban sehingga terjadi rugi-rugi yang signifikan.

22


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

39/98

23

Gambar 2.8 PLTH Sistem SerialSumber : Rosyid, A., (2008) PLTH Wini. Balai Besar Teknologi Energi BPPT. Tangerang

Keunggulan Keunggulan PLTH Sistem Serial

PLTH sistem serial ini memiliki beberapa keunggulan antara lain : Genset dapat didisain untuk dapat dibebani secara optimal, sewaktu mensuplai beban juga mengisi baterai hingga mencapai State of Charge (SOC) 70-80%, Tidak diperlukan saklarAC diantara sumber energi, menyederhanakan komponen antar muka keluaran, daya yang disuplai ke beban tidak terinterupsi ketika genset di start.

Kelemahan Kelemahan PLTH Sistem SerialKelemahan atau kerugian apabila menggunakan sistem ini adalah : Inverter tak dapat beroperasi paralel dengan genset, sehingga inverter harus didisain untuk mensuplai beban puncak, siklus baterai menjadi tinggi, sehingga mengurangi umur baterai, profil siklus membutuhkan baterai bank yang besar, untuk membatasi DOD (Depth of Discharge) Efisiensi total rendah, karena genset tak dapat mensuplai beban

secara langsung, kerusakan inverter akan mengakibatkan kehilangan daya total kebeban, kecuali beban dapat disuplai dengan genset emergency.

23


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

40/98

24

2.5.2.2 PLTH Sistem Tersaklar (Switched) Prinsip Kerja PLTH Sistem TersaklarPada sistem PLTH tersaklar (switched), genset dan inverter dapat beroperasi sebagai sumber AC, pada sistem yang tidak memiliki operasi paralel, genset dan sumber energi terbarukan dapat mengisi (charging) baterai. Pada sistem ini beban dapat langsung disuplai genset sehingga meningkatkan efisiensi total, kelebihan daya

dari genset dapat digunakan untuk mengisi baterai, ketika beban rendah, gensetdimatikan, beban disuplai dari ET bersama energi yang tersimpan.

Gambar 2.9 PLTH Sistem Tersaklar (Switched)Sumber : Rosyid, A., (2008) PLTH Wini. Balai Besar Teknologi Energi BPPT. Tangerang

Keunggulan Keunggulan PLTH Sistem TersaklarKeunggulan yang dapat diperoleh jka menggunakan sistem ini adalah : Inverter dapat membangkitkan gelombang sinus, kotak termodifikasi atau kotak tergantung padaaplikasi genset dapat mensuplai beban secara langsung, sehingga meningkatkan efisiensi sistem total dan mengurangi konsumsi BBM.

Kelemahan Kelemahan PLTH Sistem TersaklarSedangkan kelemahannya adalah : daya ke beban terinterupsi sesaat ketika terjadipemindahan sumber listrik AC, genset dan inverter didisain untuk dapat mensuplai beban puncak, berakibat menurunnya efisiensi pada sebagian operasi beban. 24Universitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

41/98

25

2.5.2.3 PLTH Sistem Paralel Prinsip Kerja PLTH Sistem ParalelPada PLTH yang menggunakan sistem ini, beban dapat disuplai baik dari genset maupun inverter secara paralel. Bi-directional inverter (BDI) digunakan untuk menjembatani antara baterai dan sumber AC, BDI dapat mengisi baterai dari genset (AC-DC converter) maupun sumber energi terbarukan, juga dapat beraksi sebagai DCAC c

onverter, sumber ET dihubungkan pada sisi DC, sistem ini terbagi lagi menjadi dua jenis yaitu sistem paralel AC Coupling dan sistem paralel DC Coupling.

Gambar 2.10 PLTH Sistem ParalelSumber : Rosyid, A., (2008) PLTH Wini. Balai Besar Teknologi Energi BPPT. Tangerang

25


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

42/98

26

BAB 3 STUDI IMPLEMENTASI PLTH DI PULAU SEBESI LAMPUNG SELATAN

3.1 Kondisi Geografi dan administrasiPulau Sebesi terletak di Teluk Lampung dan dekat Gunung Krakatau (Pulau Rakata)tepatnya pada posisi 055537.43"-055844.48" LS dan 1052730.50" 1053047.54" BT. Pula

si termasuk dalam wilayah administrasi Desa Tejang Pulau Sebesi Kecamatan Raja Basa Kabupaten Lampung Selatan. Desa Tejang Pulau Sebesi terdiri dari empat dusunyaitu; Dusun I Bangunan, Dusun II Inpres, Dusun III Regahan Lada, dan Dusun IVSegenom. Luas wilayah Pulau Sebesi adalah 2620 ha dengan panjang pantai 19,55 km. [9] Sebagian besar daratan Pulau Sebesi tersusun dari endapan gunung api mudadan merupakan daratan perbukitan. Bukit tertinggi di Pulau Sebesi mencapai 884 meter dari permukaan laut dengan bentuk kerucut yang mempunyai tiga puncak. Aksesmenuju Pulau Sebesi adalah dari pelabuhan Canti yang ada di Kalianda Lampung Selatan. Transportasi dari Canti ke Pulau Sebesi menggunakan perahu motor (ojek) yang berangkat satu kali dalam sehari. Selain dari Canti, ke Pulau Sebesi juga dapat ditempuh dari Cilegon, Provinsi Banten dengan menggunakan perahu motor yangbiasanya mengangkut kelapa dan kopra.

Gambar 3.1 Peta Lokasi Pulau SebesiSumber : google earth. (2009)

26 26


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

43/98

27

Sebagian daratan Pulau Sebesi tersusun dari endapan gunung api muda yang terdiridari lava (andesit-basal), breksi, dan tuf. Pantai Timur Pulau Sebesi tersusundari formasi alluvium yang terdiri dari : kerakal, kerikil, lempung, dan gambut.Pulau Sebesi memiliki lokasi bahan galian jenis besi di kaki Gunung Sebesi di wilayah Segenom dan memiliki batu-batuan (dalam ukuran besar) yang tersusun rapi

dan diduga berasal dari letusan gunung berapi .[10]

3.2

Kondisi Meteorologi dan KelistrikanKondisi meteorologi dan oseanografi di Pulau Sebesi tidak begitu berbeda

dengan kondisi meteorologi dan oseanografi Teluk Lampung. Angin yang bertiup disekitar Pulau Sebesi merupakan angin musim yang berubah arah dua kali dalam setahun dengan rata-rata kecepatan 3 7 m/detik. Rata-rata curah hujan di sekitar Pulau Sebesi adalah 230 mm dengan jumlah hari hujan 11 kali. Rata-rata suhu bulanansebesar 28,5C dengan perbedaan suhu maksimum dan minimum sebesar 11,8C

3.2.1

AnginBerdasarkan data yang didapat melalui situs internet www.weatherbase.com

rata-rata kecepatan angin di Pulau Sebesi diukur dengan ketinggian 10 meter daripermukaan tanah adalah 4,17 m/s[11]. Data kecepatan angin Pulau Sebesi selama satu tahun dapat dilihat pada gambar 3.2.

7,000

6,290 5,040

6,280

Kecepatan Angin (m/detik)

6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 -

4,220 2,920

3,870 2,590

3,890

4,220 3,560 3,010

4,190

Jan

Feb

Mar

Apr

Mei

Jun

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

44/98

Jul

Agust

Sept

Okt

Nov

Des

Gambar 3.2 Kecepatan Angin Rata Rata di Pulau SebesiSumber : www.weatherbase.com. (2009).

3.2.2 Potensi Radiasi MatahariData yang diperlukan HOMER untuk melakukan optimasi sistem pembangkit tenaga listrik adalah clearness index dan daily radiation (kWh/m2/day) selama satu

27


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

45/98

28

tahun di Pulau Sebesi. Data indeks kecerahan (Clearness Index) dan radiasi sinarmatahari (Solar Radiation) adalah rata-rata global radiasi matahari pada permukaan horisontal, dinyatakan dalam kWh/m2, untuk setiap hari dalam tahun. Clearness Index rata rata sebesar 0.477 dan daily radiation rata rata untuk di Pulau Sebesi adalah 4.761 kWh/m2/day. Sumber data dapat diperoleh dengan pengukuran langs

ung atau melalui bantuan HOMER yang akan menghubungkan ke satelit NASA melalui koneksi internet dengan memberikan letak lintang dan bujur lokasi penelitian[12].Gambar berikut adalah data clearness index dan daily radiation.

Gambar 3.3 Clearness Index dan Solar Radiation di Pulau SebesiSumber : http://eosweb.larc.nasa.gov. (2009)

3.2.3 Kondisi KelistrikanKebutuhan listrik di pulau Sebesi hanya disuplai oleh PLTD dengan kapasitas 40 kW dan 50 kW dari pukul 16.00 hingga pukul 00.00 dengan beban puncak sebesar 49 kW. Apabila suplai listrik terputus, maka tidak ada listrik sama sekali di pulautersebut. Pulau Sebesi termasuk pulau terpencil, untuk mencapainya harus menggun

akan kapal perintis yang hanya beroperasi 1 kali dalam sehari, hal ini menyebabkan pasokan bahan bakar termasuk solar pun langka sehingga harganya menjadi sangat mahal. Model PLTH di Pulau Sebesi akan disimulasikan dengan kurva beban hariandan beban deferrable. Data beban utama berupa data beban harian di Pulau Sebesiyang diperoleh dari PT. PLN Persero Wilayah Lampung Cabang Tanjung Karang Ranting Kalianda. Sedangkan data beban deferrable adalah beban pompa yang akan ditambahkan pada sistem pembangkit listrik tenaga hibrida.

28


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

46/98

29

Beban HarianBeban utama disini berupa beban untuk konsumsi rumah tangga yang sebagian

besar adalah penerangan, TV, dan lain-lain. Beban rata rata harian untuk Pulau Sebesi sebesar 490 kWh/hari dengan beban puncaknya sebesar 49 kW terjadi pada jam

19.00 20.00. [13] Data yang diperoleh dari PT. PLN Persero Wilayah Lampung Cabang Tanjung Karang Ranting Kalianda adalah data beban harian selama 8 jam, gambarberikut adalah kurva beban harian yang diprediksikan sesuai dengan kebutuhan penduduk di Pulau Sebesi.

Gambar 3.4 Kurva Beban Harian Pulau SebesiSumber : HOMER, NREL

Data Beban Teralihkan (Deferrable Load)Untuk memenuhi konsumsi air bersih dan keperluan lainnya, maka

ditambahkan pompa sebagai beban teralihkan pada disain sistem PLTH. Beban ini adalah berupa pompa air dengan beban puncak sebesar 400 watt beroperasi selama 6 jam setiap hari. Dengan batas perbandingan minimum pembebanan sebesar 50%, maka energi yang dikonsumsi pompa rata rata perhari untuk mengisi bak penampungan sebesar 2.4 kWh/hari dengan total kapasitas bak penampungan 4.8 kWh. Gambar berikutini adalah profil beban pompa sebagai beban teralihkan.

3 B eban Pom (kW pa h/hari) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul AgustSept Okt Nov Des

Gambar 3.5 Profil Beban Bulanan PompaSumber : HOMER, NREL Universitas Indonesia

29

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

47/98

30

3.3. Perangkat Lunak HOMERPerangkat lunak HOMER adalah suatu perangkat lunak yang digunakan untuk optimasimodel sistem pembangkit listrik skala kecil (micropower), perangkat lunak ini mempermudah evaluasi disain sistem pembangkit listrik untuk berbagai jenis pembangkit listrik skala kecil baik yang tersambung ke jaringan listrik atau pun tidak

. Perangkat lunak ini melakukan perhitungan keseimbangan energi ini untuk setiapkonfigurasi sistem yang akan dipertimbangkan. Kemudian menentukan konfigurasi yang layak, apakah dapat memenuhi kebutuhan listrik di bawah kondisi yang

ditentukan, perkiraan biaya instalasi dan sistem operasi selama masa proyek. Sistem perhitungan biaya seperti biaya modal, penggantian, operasi dan pemeliharaan, bahan bakar, dan bunga.[14] Perangkat lunak ini bekerja berdasarkan tiga langkah utama, yaitu simulasi, optimasi dan analisis sensitifitas.

SimulasiPerangkat lunak ini akan mensimulasikan pengoperasian sistem pembangkit

listrik tenaga hibrida dengan membuat perhitungan keseimbangan energi selama 8.760 jam dalam satu tahun. Untuk setiap jam, HOMER membandingkan kebutuhan listrikke sistem energi yang dapat memasok dalam jam tersebut, dan menghitung energi yang mengalir dari dan ke setiap komponen dari sistem. Untuk sistem yang mencakupbaterai atau bahan bakar - powered generator, HOMER juga memutuskan jam operasigenerator, apakah akan dikenakan biaya atau mengosongkan baterai.

OptimasiSetelah disimulasi, tahapan selanjutnya adalah mengoptimasi semua

kemungkinan sistem konfigurasi kemudian

diurutkan

berdasarkan Nilai Sekarang untuk membandingkan

Bersih ( Net Present Value ) yang dapat sistem desain pilihan.

digunakan

Analisis SensitivitasKetika variabel sensitivitas ditambahkan, HOMER mengulangi proses optimasi

untuk setiap sensitivitas variabel yang menentukan. Misalnya, jika ditetapkan kecepatan angin sebagai sensitivitas variabel, HOMER akan mensimulasikan sistem ko

nfigurasi untuk berbagai kecepatan angin yang telah ditetapkan.30


8/3/2019 48731574 FILE Herlina

48/98

31

Kelebihan perangkat lunak ini adalah penggunaannya mudah, bisa mensimulasi, mengoptimasi suatu model kemudian secara otomatis bisa menemukan konfigurasi sistemoptimum yang bisa mensuplai beban dengan biaya sekarang terendah (NPC), dan bisamenggunakan parameter sensitifitas untuk hasil yang lebih bagus. Sedangkan kelemahannya adalah perangkat lunak ini keluaran utamanya berupa parameter ekonomi (

NPC, COE) bukan model sistem yang terperinci, dan beberapa teknologi energi terbarukan masih belum bisa disimulasikan dengan perangkat lunak ini.

3.3.1 Perhitungan DataPersamaan-persamaan berikut ini digunakan sebagai dasar perhitungan energi yangdisuplai oleh pembangkit energi terbarukan, pengisisan baterai dan pengosongan baterai serta perhitungan total nilai bersih sekarang (Total Net Present Cost, TNPC) [14]. Persamaan Daya Pembangkit Tenaga BayuPw = w g 0.5 a C p A V 3

(3.1)

Pe

samaan Daya Pembangkit Tenaga Su

ya

Ppv = pv g N pvp N pvs V pv I pvPe

samaan Total Daya Pembangkit Tenaga Te

ba

ukanP (t ) = Pw + Psw =1 s =1 nw ns

(3.2)

(3.3)

Pe samaan Pengosongan Bate aiPb (t ) = Pb (t 1) (1 ) [Pbh (t ) / bi Pbi (t )] Pe

samaan Pengisian Bate ai

4)

Pb (t ) = Pb (t 1) (1 )[Pbh (t ) Pbi (t ) / bi ] bb

(3.5)

31

Unive

sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

49/98

32

Dengan :I pv Pb Pb

adala

a us panel PV adala

ene gi bate ai dalam inte val waktu adala

total ene

gi yang dibangkitkan ole

PV a

ay adala

fakto

pengosongan sendi

i bate

ai to

tal beban pada inte

val waktu Efisiensi bate

ai

Pbi

bb

3.3.3.1 Biaya Net Total Masa Kini (Total Net P

esent Cost )

Biaya Net Total Masa Kini (Total Net P esent Cost ; NPC) adala

kelua an ekonomiyang paling utama untuk nilai suatu sistem PLTH, HOMER akan mengu utkan data

asil kelua

an simulasi dan optimasi be

dasa

nilai NPC te

enda

. Total NPC dapat

di

itung dengan menggunakan pe

samaan sebagai be

ikut :

C NPC = Dengan : Cann,tot CRF( ) i Rp oj N

C ann ,tot CRF (i, R p oj )

(3.6)

adala

total biaya ta

unan ($/ta

un) adala

fakto penutupan modal adala

suku bunga (%) adala

lama waktu suatu p oyek adala

jumla

ta

un

Sedangkan fakto penutupan modal bisa didapatkan dengan menggunakan umus sebagai be ikut : CRF (i, N ) = i (1 + i) N (1 + i) N 1 (3.7)

3.3.3.2 Sya

at Batas Biaya Ene

gi (Levelized Cost of Ene

gy)

levelized cost of ene

gy (COE) didefinisikan sebagai biaya

ata pe

kW

p

oduksienegi list

ik yang te

pakai ole

sistem. Untuk meng

itung COE, biaya

p

oduksi ene

gi list

ik ta

unan dibagi dengan total ene

gi list

ik te

pakai yangdip

oduksi, dengan pe

samaan sebagai be

ikut :

32

Unive

sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

50/98

33C ann ,tot C boile Et

e mal E p im, AC + E p im , DC + E def + E g id , sales

COE =

(3.8)

Dengan : Cann,tot cboile

Et

e

mal Ep

im,AC Ep

im,DC Edef Eg

id,sales adala

biaya total sistem ta

unan ($/ta

un) adala

ma jin biaya boile ($/kW

) adala

Total beban t

e mal yang te penu

i (kW

/ta

un) adala

beban AC utama yang te penu

i(kW

/ta

un) adala

beban DC utama yang te

penu

i (kW

/ta

un) adala

beban defe

able yang te

penu

i (kW

/ta

un) adala

total penjualan g

id (kW

/ta

un)

3.3.3.3 Pe

itungan Emisi

HOMER menggunakan umus be ikut untuk meng

itung penalti emisi sistem PLTH.C emisi = cco2 M co2 + cco M co + cUHC M UHC + c PM M PM + c So2 M So2 + c Nox MNox

1000

(3.9)

Dengan : cCO2 cCO cUHC cPM cSO2 cNOx MCO2 MCO MUHC MPM MSO2 MNOx penalti emisi CO2 ($/ton) penalti emisi CO ($/ton) penalti emisi UHC ($/ton) penalti emisi PM ($/ton) penalti emisi SO2 ($/ton) penalti emisi NOx ($/ton) emisi CO2 (kg/ta

un)emisi CO (kg/ta

un) emisi UHC (kg/ta

un) emisi PM (kg/ta

un) emisi SO2 (kg/ta

un) emisi NOx (kg/ta

un)

33

Unive sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

51/98

34

3.4 Studi Implementasi PLTH Pulau Sebesi

studi ini menggunakan bantuan PL HOMER dengan algo itma sepe ti te li

at pada gamba be ikut :

Gamba

3.6. Diag

am Ali

Simulasi dan Optimasi PLTH

34

Unive

sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

52/98

35

3.4.1 Metode Simulasi dan Optimasi

Untuk optimasi disain sistem PLTH ini dibuat dua kondisi dengan mengikuti ku vabeban

a ian, yaitu :

kondisi pe tama simulasi dijalankan untuk mengeta

ui kondisi awal sistem pensuplaian beban di Pulau Sebesi dengan menggunakan 2 unit PLTD kapasitas 40 kW dan 50kW.

kondisi kedua simulasi dijalankan dengan menamba

kan batas minimum kont

ibusi PLTS dan PLTB adala

0%.

3.4.2 Model PLTH Pulau Sebesi

Model PLTH yang akan disimulasi dan dioptimasi te

di

i da

i panel su

ya (p

otovoltaik), tu bin angin, diesel gene ato 40 kW, 50 kW, inve te dan bate ai. Gamba be ikut adala

model PLTH yang akan disimulasi dan dioptimasi ole

HOMER.

Gamba 3.7 Model Sistem PLTH Pulau SebesiSumbe : HOMER, NREL

3.4.3 Komponen komponen penyusun PLTH

Komponen

komponen penyusun PLTH te di i da i panel p

otovoltaic, tu bin angin, gene ato diesel, inve te dan bate ai. Semua

a ga yang digunakan pada simulasiini didapat da i situs inte net yang diakses pada bulan Ap il 2009.

35

Unive

sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

53/98

36

Modul Su

ya

Modul su ya te di i da i 10 modul yang te susun se i dan dipa alelkan, kapasitastiap tiap modul su

ya adala

60 Wp. Ha

ga untuk 12 kWp modul su

ya adala

$ 66.

000[15], biaya penggantian $ 66.000, biaya ope

asional dan pemeli

a

aan dengan diasumsikan $ 400 pe ta

un, masa pakai modul su ya selama 25 ta

un. Data spesifikasi Modul MSX

60 : Panjang Leba Daya maksimum (Ppp) Tegangan saat daya maksimum(Vpp) Tegangan saat daya maksimum (Ipp)Tu bin Angin

: 43,63 inc

: 19,75 inc

: 64 W : 17 V : 3,5 A

Tu bin angin yang digunakan adala

type BWC Excel R dengan daya nominal 7,5 kW DC. Biaya modal untuk 1 unit tu bin angin 7,5 kW DC adala

sebesa $ 39.745[16],biaya penggantian $ 26.845, biaya ope

asi dan pemeli

a

aan diasumsikan sebesa

$

1000 pe

ta

un. Masa pakai tu

bin angin selama 15 ta

un, pemasangan tu

bin angindi ketinggian 20 mete da i pe mukaan tana

.Gene

ato

Diesel

Gene ato Diesel yang digunakan adala

dua unit gene ato diesel dengan kapasitas 40 kW dan 50 kW. Waktu ope asi untuk masing masing gene ato dipe ki akan 15.000 jam dan pembebanan minimumnya adala

30 %. Untuk gene

ato

diesel kapasitas 40 kW biaya investasi sebesa $ 22.000[17], biaya penggantian $ 18.000, biaya ope

asi dan pemeli

a aan pe

a i diasumsikan sebesa $ 0,07 untuk gene ato dieselkapasitas 40 kW sedangkan untuk gene ato diesel kapasitas 50 kW biaya investasisebesa $ 27.000, biaya penggantian $ 22.000, biaya ope asi dan pemeli

a aan pe

a i sebesa $ 0.72 untuk gene ato diesel kapasitas 50 kW

Inve

te

Inve

te

yang digunakan adala

Bidi

ectional Inve

te

(Inve

te

Rectifie

) tipeXW4024 dengan efisiensi inve

te

sebesa

90%, lama waktu pengope

asiannya 10 ta

un. Sedangkan efisiensi Rectifie

adala

85 % capacity

elative to inve

te

sebesa

100%. Biaya investasi untuk Bidi

ectional inve

te

untuk 8 kW sebesa

$ 5.960[18],

36

Unive

sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

54/98

37

biaya penggantian sebesa

$ 5.960 dan biaya ope

asi dan pemeli

a

aan pe

ta

un diasumsikan sebesa

$ 596.Bate ai

Bate

ai yang digunakan adala

bate

ai lead acid type L16P, biaya investasi untukbate ai ini sebesa $ 620[19], biaya penggantian sebesa $ 620 dan biaya ope asi dan pemeli

a aan pe ta

un diasumsikan sebesa $ 50. Ka akte istik bate ai leadacid adala

sebagai be

ikut : Kapasitas nominal Tegangan nominal Efisiensi Minimum state of c

a

ge Waktu pakai A

us pengisian maksimum 360 A

6V 85 % 30 % 10 ta

un 18 A

3.4.4 Va

iabel Sensitivitas

Sensitivitas kecepatan angin be

kisa

anta

a 3 m/detik 7 m/detik, ditetapkan be

dasa

kan data kecepatan angin

ata

ata di Pulau Sebesi yang dipe

ole

da

i situs www.weat

e base.com pada bulan Ap il 2009.

Sensitivitas

a ga ba

an baka anta a 0,4 1 $/lite , ditetapkan be dasa kan

a ga nyata ba

an baka di Pulau Sebesi pada bulan Ap il 2009.

3.4.5 Batasan Batasan Pengope asian PLTH

Batasan ekonomi yang digunakan untuk semua pe

itungan ketika sistem PLTH disimu

lasikan adala

annual

eal inte

est

ate 8%, jangka waktu p

oyek 25 ta

un,Dispatc

st

ategy yang digunakan adala

cycle c

a

ging dengan setpoint state ofc

a

ge 80%, maximum annual capacity s

o

tage 0%.

untuk pengatu

an gene

ato

nya sistem diizinkan be

ope

asi dengan bebe

apa gene

ato

dan sistem juga diizinkan untuk mengope

asikan gene

ato

dibawa

beban puncak

Sistem ope

asi PLTH yang digunakan adala

sistem PLTH Pa

alel.

Setela

melalui langka

langka

diatas, HOMER akan mensimulasi dan mengoptimasimodel PLTH yang tela

ditentukan.

37

Unive

sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

55/98

38

BAB 4 SIMULASI DAN ANALISIS

4.1

Hasil Simulasi

Simulasi dan optimasi dengan menggunakan HOMER meng

asilkan bebe apa konfigu asiyang be beda sesuai dengan batasan minimum kont ibusi ene gi te ba ukannya.4.1.1 Kondisi Awal (PLTD)

Simulasi yang dilakukan dengan kondisi awal adala

sebagai pembanding untuk kondisi kedua. Kondisi awal ini sistem PLTH te di i da i dua unit PLTD dengan kapasitas 40 kW dan 50 kW, dengan

asil simulasi sebagai be

ikut :

Tabel 4.1 Data Hasil Simulasi pada Kondisi Awal Pa amete NPC ( $ ) Initial Capital Cost ( $ ) Ope ating Cost ( $/ta

un ) COE ( $/kW

) Kont ibusi ET ( % ) Total Konsumsi Ba

an Baka

( L ) Diesel 40 kW Diesel 50 kW Waktu Ope

asi Pembangkit

(jam/ta

un) PLTD 40 kW PLTD 50 kW Total P

oduksi Ene

gi List

ik ( kW

/ta

un ) PLTD 40 kW PLTD 50 kW kelebi

an ene gi list ik ( kW

/ta

un ) emisi ( kg/ta

un ) Ka bondioksida, CO2 Ka bonmonoksida, CO Hyd oka bon, HC PM Sulfu dioksida, SOx Nit

ogen oksida, NOx PLTD 965.552 49.000 85.861 0,503 0% 75.332 62.892 12.440

8.030 1.095 181.040 148.798 32.242 1.314

198.374 490 54 37 398 4.369

38 38

Unive sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

56/98

39

4.1.2 Kondisi Kedua (PLTH)

Simulasi yang dilakukan pada kondisi kedua dengan batasan minimum kont ibusi ene gi te ba ukan adala

0%. Simulasi pada kondisi ini didapatkan bebe apa konfigu

asi optimum, sepe

ti te

li

at dalam tabel be

ikut :

Tabel 4.2 Data Hasil Simulasi pada Kondisi Kedua (Kont ibusi Ene gi Te ba ukan Minimum 0%) Pa amete NPC ( $ ) Initial Capital Cost ( $ ) Ope ating Cost ( $/ta

un ) COE ( $/kW

) Kont

ibusi ET ( % ) PLTB PLTS PLTD 40 kW Total Konsumsi Ba

anBaka

( L ) Diesel 40 kW Waktu Ope

asi Pembangkit (jam/ta

un) PLTD 40 kW PLTB PLTS Total P oduksi Ene gi List ik ( kW

/ta

un ) PLTB PLTS PLTD 40 kW kelebi

an ene gi list ik ( kW

/ta

un ) Emisi Ka bondioksida, CO2 Ka bonmonoksida, CO Hyd oka

bon, HC PM Sulfu

dioksida, SOx Nit

ogen oksida, NOx PLTBPLTD 943.957 259.44564.124 0,492 57% 57 43 PLTSPLTD 1.039.546 207.600 77.936 0,542 20% 20 80 PLTBPLTSPLTD 974.452 325.445 60.798 0,508 62% 54 8 38

42.630

59.270

39.512

5.400 8.422

6.499 4.380

4.945 8.422 4.380 246.639 133.062 18.822 94.755 56.496

234.465 133.062 101.402 44.984

191.537 37.643 153.894 5.448

112.258 277 31 21 225 2.473

156.076 385 43 29 313 3.438

104.048 257 28 19 209 2.292

39

Unive

sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

57/98

40

Da

i

asil simulasi diambil 3 konfigu

asi yang mewakili kombinasi PLTH yaitu PLTS PLTD, PLTB PLTD, dan PLTS PLTB PLTS. Pada tabel 4.3 be

ikut dapat dili

at masing masing kapasitas komponen yang digunakan pada konfigu asi PLTH. Tabel 4.3 Konfigu asi PLTH Komponen Fotovoltaik Tu bin angin Diesel gene ato Bate ai Konve te

PLTS PLTD 24 40 48 32 Kapasitas (kW) PLTB PLTD PLTS PLTB PLTD 12 37,5 3

7,5 40 40 24 24 32 32

4.2

Analisis Hasil Simulasi

simulasi dilakukan dengan dua kondisi, yaitu kondisi awal dimana

anya te dapatdua PLTD kapasitas 40 kW dan 50 kW, sedangkan kondisi kedua adala

model PLTH yang te di i da i PLTS PLTB PLTD dengan pelengkap bate ai dan inve te . Hasil simulasi yang dianalisis adala

p oduksi list ik, biaya list ik, dampak lingkungan (emisi CO2, SOx, dll), konsumsi BBM ole

PLTD, kelebi

an list ik yang tidak te se

ap ole

beban. Be

ikut adala

analisis selengkapnya untuk kedua kondisi simulas

i.

4.2.1 Kondisi Awal (PLTD)

Analisis

asil simulasi pada kondisi awal ini adala

sebagai pembanding atau yang akan dijadikan patokan untuk menganalisis sistem PLTH optimal

asil simulasi kondisi kedua.P oduksi List ik

Total p oduksi list ik yang di

asilkan ole

PLTD kapasitas 40 kW dan 50 kW adala

181.040 kW

/ta

un, kont ibusi PLTD kapasitas 40 kW sebesa 148.798 kW

/ta

un atau 82% dan kont ibusi sebesa 32.2421 kW

/ta

un atau 12% ole

PLTD 50 kW.

40

Unive

sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

58/98

41

Gamba

4.1 Kondisi beban

a

ian daya kelua

an PLTD 40 kW dan 50 kW kelebi

an list

ik yang tidak te

pakai Gamba

di atas adala

kondisi suplai list

ik pada tanggal 5 janua i 2009, dapat dili

at PLTD 40 kW be ope asi

ampi sepanjang

a i kecuali pada jam 18.30 dan jam 20.30 be

enti be ope asi dan digantikan ole

PLTD 50 kW. kelua

an daya maksimum PLTD 40 kW adala

sebesa

34 kW, minimumnya 12 kW.

Sedangkan kelua

an daya maksimum PLTD 50 kW sebesa

38,3 kW dan minimumnya 15 kW. Pada jam 07.00 sampai dengan jam 13.00 te dapat kelebi

an list ik. Kelebi

an list ik ini te jadi ka ena list ik yang dip oduksi ole

PLTD 40 kW selama satu ta

un be

lebi

an dibandingkan dengan beban yang ada. Pada kondisi awal ini kelebi

an ene

gi list

ik te

sebut tidak dapat dimanfaatkan, ka

ena tidak te

dapat bate

ai sebagai tempat penyimpanan ene gi list ik pada sistem ini.Konsumsi BBM

Total BBM yang dikonsumsi ole

sistem ini selama 1 ta

un adala

75.332 lite , konsumsi ole

PLTD 40 kW sebesa 82% atau 62.892 lite , sedangkan sisanya

sebesa

12% atau 12.440 dikonsumsi ole

PLTD 50 kW.Kelebi

an list ik yang tidak te pakai

kelebi

an list ik yang te dapat pada sistem ini adala

sebesa 1.314 kW

pe ta

un atau sekita 0,73%. Kelebi

an list ik ini adala

selisi

total p oduksi ene gilist ik selama satu ta

un yang di

asilkan ole

kedua PLTD dan total beban yangdisuplai. 41Unive sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

59/98

42

Biaya Biaya

Biaya biaya yang didapatkan da i

asil simulasi sistem kondisi awal ini adala

:modal awal yang diinvestasikan untuk sistem ini sangat mu

a

yaitu sebesa

$ 49

.000, biaya pengope

asian sebesa

$ 85.861 pe

ta

un, nilai be

si

seka

ang (NPC)sebesa $ 965.552 dan biaya list ik (COE) sebesa $ 0,503 pe kW

. Sepe ti yangte li

at pada gamba 4.2, biaya te besa yang

a us dikelua kan selama 25 ta

unadala

biaya ba

an baka

yang dikonsumsi ole

PLTD, penggantian PLTD 40 kW dilakukan setiap dua ta

un ka

ena tela

melampaui jam ope

asinya selama 15.000 jam,sedangkan penggantian PLTD 50 kW dilaksanakan pada ta

un keempat belas. total NPC disini dipe ole

dengan tidak mempe

itungkan sisi

pendapatan da i penjualan list ik.

Gamba 4.2 Ali an biaya PLTD 40 kW dan 50 kW selama 25 ta

un

4.2.2 Kondisi Kedua (PLTH)

Pada kondisi kedua, simulasi sistem PLTH meng

asilkan bebe apa konfigu asi yangbe

beda yaitu PLTB PLTD, PLTS PLTD, PLTS PLTB PLTD. HOMER mensimulasikan sistemPLTH dan mengu utkannya dengan skala p io itas be tumpu pada NPC te enda

. Da ibe ikut : 42Unive sitas Indonesia

asil simulasi, dipe ole

u utan nilai NPC te enda

adala

sebagai

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

60/98

43

PLTB PLTD sebesa

adala

untuk $ 943.957 PLTB PLTS PLTD sebesa

$ 974.452 PLTS PLTD sebesa $ 1.039.546 K ite ia yang ditetapkan penulis untuk mendapatkan suatusistem PLTH yang

optimum adala

:

Nilai NPC nya te

enda

Memiliki dampak lingkungan yang sedikit (emisinya

enda

)Be

dasa

kan

asil simulasi dan k

ite

ia di atas, konfigu

asi yang memenu

i

sya at sebagai sistem PLTH optimum adala

sistem PLTH yang te di i da i PLTBPLTD. Konfigu

asi sistem PLTH optimum te

di

i da

i :

unit PLTB 7,5 kW DC dengan kapasitas total 37,5 kW DC 1 unit PLTD kapasitas 40 kW 24 bua

bate

ai 6 V 360 A

Inve

te

kapasitas total 32 kW

analisis selengkapnya sebagai be ikut :

P oduksi List ik

Total p oduksi list ik yang di

asilkan ole

PLTB

PLTD adala

234.465 kW

/ta

undengan kont

ibusi PLTB sebesa

57% atau 133.062 kW

/ta

un sedangkan kont

ibusiPLTD sebesa 43% atau 101.402 kW

/ta

un.

Gamba 4.3 Kondisi beban

a ian daya kelua an PLTB

PLTD 40 kW

kelebi

an list

ik yang tidak te pakai 43Unive sitas Indonesia

8/3/2019 48731574 FILE Herlina

61/98

Documents

48731574 FILE Herlina