Embed Size (px)
Citation preview
Energi Baru Terbarukan
MASALAH DAN SOLUSI PUMP STORAGE
AFIANTO
WIRAWAN A 1006788914
PROGRAM MAGISTER TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS INDONESIA
TUGAS
Energi Baru Terbarukan
MASALAH DAN SOLUSI PUMP STORAGE
OLEH :
AFIANTO 1006788574
WIRAWAN A 1006788914
PROGRAM MAGISTER TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
2010
MASALAH DAN SOLUSI PUMP STORAGE
Abstrak
Pump Storage merupakan salah satu bentuk energi terbarukan dengan
metode pembangkitan energi identik dengan hydroelectrik plant, yaitu dengan
memanfaatkan aliran air. Pemompaan air ke penampungan atas saat beban listrik
rendah dapat dikatakan sebagai penampung energi (energy storage) yang tidak
terpakai untuk kemudian digunakan pada saat yang tepat. Pump storage
memerlukan waktu yang tepat dalam penggunaannya karena daya yang digunakan
untuk memompa air ke penampungan atas akan lebih banyak dibandingkan dengan
daya yang dihasilkan. Untuk itu diperlukan solusi dari pemanfaatan Unit
Commitment dan penggunaan energi terbarukan lainnya untuk memaksimalkan
potensi yang ada pada pump storage.
Kata kunci : pump storage, energy storage, Unit Commitment
1. Pendahuluan
Kebutuhan akan listrik menjadi permasalahan tersendiri pada era global ini.
Kebutuhan akan terus meningkat dari masa ke masa seiring perkembangan
zaman. Permasalahan yang ada semakin berkembang dalam pemanfaatan
pembangkit-pembangkit konvensional karena faktor-faktor yang umum telah
diketahui seperti keterbatasan cadangan bahan bakar, peningkatan polusi, hingga
permasalahan kualitas tenaga listrik.
Untuk itu banyak pembangkit listrik terbarukan yang berkembang seperti
pembangkit listrik tenaga angin, pembangkit listrik tenaga surya, pembangkit listrik
tenaga panas bumi, dan lain sebagainya. Pembangkit-pembangkit listrik
terbarukan ini menjawab sebagian besar permasalahan umum yang ada pada
pembangkit konvensional walau skala pemanfaatannya belum bisa menyamai
pembangkit konvensional.
Salah satu energi terbarukan yang ada yaitu pump storage. Pump storage
merupakan pembangkit yang menggunakan prinsip yang sama dengan
pembangkit listrik tenaga air, yaitu dengan memanfaatkan aliran air untuk
memutar turbin sehingga menghasilkan listrik. Namun pada pump storage ini air
yang mengalir akan ditampung pada penampungan bawah dan dipompa kembali
ke penampungan atas sehingga dapat digunakan terus menerus.
Pump Storage dapat dikatakan sebagai penyimpan energi terbesar dan paling
efisien. Selain dapat menyimpan energi dari pembangkit konvensional, terkadang
pump storage juga dapat digunakan sebagai penyimpan energi dari pembengkit-
pembangkit terbarukan seperti pebangkit tenaga angin dan surya menghasilkan
energi pada saat tidak terpakai oleh beban.
1.1 Sejarah Pump Storage dan Perkembangannya
Perencanaan pertama pump storage adalah pada tahun 1890 di Italia dan
Swiss. Pump storage pertama dibuat pada tahun 1909 di Shcaffhausen,
Swiss. Pump storage ini menghasilkan daya sebesar 1,5 MW dan
menggunakan turbin dan pompa yang terpisah. Pada tahun 1929 mulai
dibangun pump storage pertama menggunakan pompa reversible (reversible
pump) adalah di Sungai Rocky, Amerika Serikat. Reversible pump-turbine ini
memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan pompa dan turbin yang
terpisah.
Pada tahun 1937 dibangunlah pump storage pertama menggunakan
reversible pump-turbine di Pedreira, Brazil dengan daya yang dihasilkan
sebesar 5,3 MW. Pada tahun 1954 dibangun sebuah pump storage terbesar
pada saat itu di Hiwasse, Amerika Serikat dengan daya yang dihasilkan
mencapai 71,5 MW. Namun pump storage ini lebih ditujukan untuk keperluan
irigasi. Baru pada tahun 1956 dibangun kembali Hiwasse unit 2 menggunakan
reversible pump-turbine dengan tujuan murni untuk kebutuhan beban listrik di
Amerika Serikat.
Pada awal penggunaannya, pump storage digunakan secara musiman.
Seperti pada Rocky River, yaitu pada saat sungai, yang merupakan
penampungan bawah, dalam kondisi pasang, maka air akan dipompa keatas
untuk tujuan utama mencegah banjir. Seiring perkembangannya, pump
storage lalu digunakan untuk menyimpan energi dari pembangkit
konvensional, seperti pada negara-negara di Eropa yang menggunakan
pembangkit listrik tenaga nuklir.
Salah satu negara contoh adalah Italia yang tidak menggunakan
pembangkit tenaga nuklir. Pada saat beban rendah, Italia akan membeli
energi pembangkit nuklir dari negara tetangga dengan biaya rendah untuk
memompa air. Seiring perkembangannya, banyak pembangkit listrik tenaga
air yang menggunakan dam/waduk beralih menjadi pump storage.
Design-design pump storage pun bervariasi, biasanya tergantung dari
keadaan alam sekitarnya. Pump storage Dinorwig di Wales Utara, berlokasi di
Gunung Elidir, dengan penampungan atas berada pada perbukitan di gunung
dan penampungan bawahnya berada di lembah gunung tersebut. Pump
storage Ludington di Michigan, menggunakan danau sebagai sarana
penampungan.
Pada tahun 1999, dibangunlah pump storage pertama dengan
memanfaatkan laut sebagai penampungan bawah di Jepang. Jepang juga
sedang merencanakan pembangunan pump storage terbesar di dunia, yaitu
di Kannagawa, dengan estimasi daya yang dapat dihasilkan mencapai 2,820
MW.
Beberapa data perkembangan pembuatan pump storage dari tahun ke tahun:
1. 1908 Pumped storage plant pertama di Jerman di Voith’s hydraulic research
laboratory.
2. 1929 Reversible Pump pertama didunia di Sungai Rocky, Amerika Serikat.
3. 1937 Reversible Pump-Turbine pertama di dunia dengan output of 5.3 MW,
30 m, 212 rpm di Pedreira, Brazil.
4. 1954 Pump Turbine terbesar pada saat itu dengan kapasitas 71,5 MW di
Hiwasse, Amerika Serikat.
5. 1964 Reversible motor-generator pertama di Jerman di Roenkhausen,
Jerman.
6. 1966 Reversible pump turbine pertama di Belgia, tiga pump-turbine sebesar
145 MW, 270 m, 300 rpm di Coo-Trois Ponts 1, Belgium.
7. 1970 Pump Turbine dengan kapasitas terbesar di dunia pada waktu itu,
dengan 4 buah pump-turbine sebesar 392 MW/425 MVA, 300 rpm dengan
pendingin air di Raccoon Mountain, Amerika Serikat.
8. 1970 Sebuah motor generator sebesar 230 MVA, 333,3 rpm di Vianden 10,
Luxembourg.
9. 1971 Motor generator sinkron terbesar di dunia dengan 4 buah generator
sebesar 300 MVA di Wehr, Jerman.
10. 1974 Reversible Pump Turbine pertama di Argentina dengan 4 pump turbin
sebesar 187.5 MW di Rio Grande, Argentina
11. 1976 Pump Turbine paling besar didunia dengan 6 pump turbine masing-
masing output sebesar 458 MW/447 MVA di Bath County, Amerika Serikat.
12. 1977 Tiga motor-generator dengan output 343.2 MW/390 MVA, di Helms,
Amerika Serikat.
13. 1981 Unit pembangkit reversible pertama dan terbesar di Korea dengan
kapasitas 385 MVA, di Samrangjin, Korea Selatan.
14. 1983 Dua Pump-turbine dengan kapasitas 253 MW/250 MVA, di Palmiet,
Afrika Selatan.
1.2 Tujuan dan manfaat pump storage
• Tujuan dan Manfaat Utama
- memasok listrik pada beban puncak
- mengefesiensikan spinning reserve/surplus energi dari pembangkit-
pembangkit konvensional pada saat beban rendah
- mengurangi energi yang terbuang dari pembangkit konvensional
- dapat digunakan untuk menyimpan energi dari pembangkit
terbarukan yang memasok energi pada saat tidak ada beban
- sebagai energy storage dan pembangkit darurat/cadangan
• Tujuan dan Manfaat Lain
- mencegah banjir
- menguranngi polusi oleh pembangkit konvensional
- sarana irigasi
- sarana rekreasi
- membuka lowongan pekerjaan
1.3 Statistik Lokasi Pump Storage dengan Kapasitas Lebih Dari 1000MW
Tabel 1.1 Negara-Negara Pemanfaat Pump Storage
Berdasarkan statistik, negara pemanfaat pump storage terbesar didunia
adalah sebagai berikut (berdasarkan jumlah energi yang dibangkitkan oleh
pump storage berbanding jumlah total energi yang dihasilkan oleh semua
pembangkit yg ada di negara tersebut) :
1. Jepang 10%
2. Amerika Serikat 2,5%
3. Eropa 5%
4. Kanada < 0,1%
1.4 Keunggulan Pump Storage dibanding Pembangkit Terbarukan Lain
• Merupakan penyimpan energi terbesar yang dapat digunakan secara
fleksibel
• TIdak terlalu bergantung kepada keadaan cuaca dan alam
• Dapat digunakan dengan cepat (estimasi menghasilkan tenaga hanya
dalam 4-10 detik)
• Pembangkitan dapat dengan mudah mengikuti beban atau dapat
terjadwal
2. Dasar-dasar pump storage
2.1 Syarat umum
• Membutuhkan 2 tempat penampungan air/reservoir, yaitu
penampungan atas dan bawah
• Membutuhkan ketinggian tertentu antara penampungan atas dan
bawah
• Membutuhkan batas ketinggian air tertentu baik penampungan atas
maupun bawah
• Membutuhkan debit air minimal agar dapat memaksimalkan turbin
dalam menghasilkan listrik
• Membutuhkan perhitungan yang tepat dalam memilih turbin
pembangkit agar dapat beroperasi maksimum sesuai dengan struktur
alam
• Membutuhkan pompa yang dapat beroperasi sesuai dengan kebutuhan
• Diusahakan agar dekat dengan jaringan interkoneksi agar dapat
dimanfaatkan dengan optimal
2.2 Prinsip Kerja Pump Storage
Pump storage bekerja dengan prinsip pembangkit listrik tenaga air,
yaitu dengan memanfaatkan aliran air dengan kecepatan tertentu untuk
menggerakkan turbin sehingga dapat menghasilkan listrik.
Gambar 2.1 Skema Umum Pump Storage
Pump storage membutuhkan 2 tempat penampungan air/reservoir
yaitu atas dan bawah. Tujuannya yaitu agar air yang mengalir dari
penampungan atas yang menggerakkan turbin dapat ditampung kembali
di penampungan bawah untuk kemudian di pompa kembali ke
penampungan atas sehingga dapat digunakan terus menerus.
Secara umum, prinsip kerja pump storage yaitu sebagai berikut :
a. Air dari penampungan atas dialirkan ke penampungan bawah sehingga
aliran air dapat menggerakkan turbin, sehingga generator bisa
menghasilkan listrik.
b. Pada saat ketinggian air di penampungan atas mencapai ketinggian
tertentu hingga minimum, air akan dihentikan alirannya dengan
menutup aliran air tersebut.
c. Air yang ditampung pada penampungan bawah akan kembali dialirkan
ke penampungan atas dengan cara dipompa.
Karena air pada penampungan atas dan bawah dapat dikatakan terus
menerus bervolume sama (dengan mengabaikan faktor resapan tanah,
penguapan air, dll) maka pump storage ini dapat digunakan secara terus
menerus dari hari kehari.
Pump storage harus dimanfaatkan pada waktu yang tepat karena
pump storage memiliki keterbatasan karena air pada penampungan atas
mempunyai keterbatasan volume dan ketinggian efektif. Sementara itu air
pada penampungan bawah yang volumenya bertambah harus dipompa
kembali ke atas. Pemompaan air dari bawah ke atas ini membutuhkan
tenaga listrik dari pembangkit lain. Oleh karena itu pump storage biasanya
akan dioperasikan sebagai pembangkit listrik tambahan pada saat beban
mencapai puncaknya dan dioperasikan untuk memompa air dari bawah ke
atas pada saat beban terendah dalam suatu sistem interkoneksi jaringan
listrik.
2.3 Karakteristik Beban
Seperti yang kita ketahui, dalam Unit Committment dan Economic
Dispatch, dalam pembangkitan pembangkit listrik konvensional,
dibutuhkan ketepatan dan perhitungan agar pembangkit dapat beroperasi
secara efisien dalam mensupply beban. Hal ini tidak terlepas dari prinsip
dasar ekonomi untuk mencapai efisiensi tertinggi.
Pada saat beban mencapai puncak, dibutuhkan lebih banyak
pembangkitan dari unit pembangkit listrik agar beban dapat terpenuhi.
Sedangkan pada saat beban rendah, maka unit-unit pembangkit yang ada
akan dipadamkan agar biaya bahan bakar dapat ditekan. Namun,
biasanya pada saat beban rendah ini masih terdapat pembangkit yang
beroperasi tidak pada pengoperasian optimumnya atau dalam kata lain
masih terdapat spinning reserve pada pembangkit-pembangkit tersebut.
Gambar 2.2 Kurva Karakteristik Beban
Pump Storage memanfaatkan hal tersebut. Dalam kata lain pump
storage berfungsi untuk mengoptimumkan pembangkitan dari unit-unit
pembangkit tersebut untuk disimpan energinya untuk digunakan pada saat
yang tepat, yaitu pada saat beban puncak.
Pada saat beban puncak, pump storage akan bekerja sebagai
pembangkit untuk memenuhi permintaan beban yang ada karena secara
ekonomis memiliki biaya paling rendah dibanding dengan unit pembangkit
konvensional lain, sehingga unit-unit pembangkit konvensional lain yang
biasanya digunakan pada saat beban puncak dapat dibiarkan padam.
Dengan kata lain, biaya-biaya yang harus dikeluarkan untuk
menghidupkan unit pembangkit pada saat beban puncak ini dapat
disimpan.
Pada saat beban rendah, spinning reserve dari unit-unit pembangkit
yang ada dapat digunakan untuk memompa air kembali ke penampungan
atas. Dengan begitu, unit-unit pembangkit yang ada dapat dioptimalkan
penggunaannya sehingga mencapai keadaan yang efisien.
Gambar 2.3 Kurva Karakteristik Beban dengan Pemanfaatan Pump Storage
2.4 Reversible Pump turbine
Merupakan penggabungan fungsi dari turbin dan pompa dalam satu
unit. Reversible pump turbin akan bekerja sebagai turbin generator untuk
menghasilkan listrik dan akan menjadi pompa bila berputar pada arah
yang berlawanan.
Gambar 2.4 Diagram Blok Sistem Power Pump Storage
Diagram diatas menggambarkan sistem power pada pump storage
yaitu pada saat air dilepas dari upper reservoir menuju lower reservoir unit
yang bekerja adalah turbin yang menggerakkan rotor generator untuk
menghasilkan daya listrik yang selanjutnya dikirimkan kejaringanproses ini
digambarkan pada anak panah yang berwarna abu-abu. Adapun proses
air dipompa dari lower reservoir menuju ke upper reservoir adalah dengan
cara dipompa dengan gaya penggeraknya dari motor yang mendapat
supply daya dari power jaringan. Sistem pump storage tersebut dapat
dikontrol kecepatan motor/generatornya dengan menggunakan sistem
seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Diagram Blok Sistem Kontrol Pump Storage
Rumusan dasar bagi reversible pump turbine adalah perhitungan
berdasarkan rumusan generator induksi, yaitu :
� � � . � . l
Dimana :
F = gaya medan magnet
i = arus listrik
l = panjang kumparan
Disaat ada arus listrik yang mengalir , maka akan terjadi medan
magnet yang akan menggerakkan rotor sehingga pump turbine akan
bekerja sebagai pompa.
Disaat terjadi gaya medan magnet, dalam artian generator sedang
bergerak, maka akan dihasilkan arus listrik sehingga pump turbine akan
bekerja sebagai generator.
Pada perkembangannya, hampir semua pump storage yang ada
sekarang menggunakan reversible pump turbine karena lebih efisien
dalam penggunaannya.
Gambar 2.6 Reversible Pump Turbine
3. Parameter Pump Storage
Seperti yang telah dibahas sebelumnya, dalam pembuatannya pump storage
membutuhkan beberapa parameter secara umum seperti ketinggian, debit air,
ukuran pump-turbine yang tepat, dan lain-lain. Parameter tersebut dapat
dijadikan acuan secara umum dalam menentukan faktor-faktor teknis, disamping
memperhitungkan faktor keadaan struktural dan demografis lokasi serta faktor-
faktor lain seperti peresapan air, penguapan, curah hujan, dan lain sebagainya.
Dengan asumsi untuk melakukan perhitungan berdasarkan parameter yang
mungkin dilakukan seperti debit air, ketinggian (jarak) head, dan daya serta
efisiensi pump turbine yang bisa diperoleh dari spesifikasi teknik mesin pump
turbine, maka perhitungan dasar yang dapat diperhitungkan secara teoritis
adalah perhitungan daya output dari turbin maupun pompa dalam Mega Watt
(MW), yaitu :
��� �� . �. �� . �� � ���
1000 . ���. ���
������� �� . �. �� . �� � ���
1000 . ������� . ���
Keterangan :
Ppump = daya yang diperlukan oleh pompa, (kW)
Pturb = daya yang dihasilkan oleh turbin, (kW)
ρ = berat jenis air (x 1000), (kg/m3
)
g = percepatan gravitasi (9.81 m/s2
)
Q = debit air, (m3
/s )
H = head/jarak, (m)
hf = rugi-rugi head/jarak dalam pipa
ηpump = efisiensi pompa
ηturb = efisiensi turbin
ηel = efisiensi elektrikal motor/generator
dimana :
ρ = didapat 1 (berat jenis air = 1)
hf = dapat diasumsikan 0 (tanpa rugi-rugi gesekan pada pipa air)
ηel = dapat diasumsikan 1 (efisiensi electrical 100%)
sehingga perumusan tersebut dapat disederhanakan menjadi :
��� � � . . �
1000 . ���
������� � � . . �
1000 . �������
Data-data mengenai daya keluaran dan efisiensi turbin serta daya yang
diperlukan dan efisiensi pompa biasanya terdapat dalam spesifikasi mesin
pump-turbine tersebut. Sedangkan ketinggian/head dapat diukur berdasarkan
lokasi perkiraan pump storage akan dirancang. Dari rumusan tersebut, maka
didapatkan perumusan untuk mengetahui kecepatan minimal debit air pada saat
air mengalir dari penampungan atas ke penampungan bawah (Q pada turbin)
agar turbin dapat bekerja optimal dan kecepatan perkiraan debit air pada saat
dipompa dari penampungan bawah ke penampungan atas (Q pada pompa),
yaitu :
�� � ��� . ��� . 1000
� . �
������ � ������� . 1000
� . � . �������
Perhitungan dasar yang dilakukan berdasarkan perumusan ini hanya
merupakan asumsi sederhana untuk dapat melihat atau menentukan berbagai
parameter dari segi non-teknis seperti keadaan lingkungan (alam) dimana pump
storage akan dibangun. Karena dengan melihat perhitungan dasar ini dapat
dinilai apakah lingkungan (alam) sekitar berpotensi untuk dibangun pump
storage atau tidak serta dapat menentukan pump-turbine yang tepat agar dapat
beroperasi secara maksimal, juga dapat untuk menggambarkan secara
sederhana keefektifan dari pump storage yang akan dibangun.
Contoh kasus yang akan dibahas berikut merupakan gambaran umum
mengenai pump storage, dimana terdapat spesifikasi teknis mengenai pump-
turbine dan ketinggian (head) sehingga akan dilakukan penghitungan sederhana
mengenai jumlah daya yang dihasilkan bila sebagai generator dan jumlah daya
yang digunakan bila sebagai pompa dengan volume air yang sama antara air
yang mengalir dari penampungan atas kebawah (sebagai generator) dan air
yang dipompa dari penampungan bawah ke penampungan atas (sebagai
pompa).
Contoh kasus :
Sebuah pump-turbine memiliki perencanaan untuk didesign dengan spesifikasi
berikut :
- Output = 100 MW
- Efisiensi Turbin = 89%
- Efisiensi Pompa = 92%
- Ketinggian efektif = 305 meter
Maka :
Debit air minimal pada saat menghidupkan turbin :
������ � ������� . 1000
� . . � . �������
������ � �100�. �1000�
�9,8�. �305�. �0,89�
������ � 37,6 &'/)
Debit air perkiraan pada saat dipompa :
�� � ��� . ��� . 1000
� . �
�� � �100� . �0,92� . 1000
�9,8�. �305�
�� � 30,8 &'/)
Bila diasumsikan daya yang dihasilkan dan yang diperlukan untuk memompa
adalah sama, yaitu 100 MW, dan pump storage akan digunakan untuk
memenuhi permintaan beban untuk 4 jam, maka :
waktu = t = 4 jam
= 14.400 detik
Total air yang mengalir = 14.400 ) x 37,6 &'/)
= 541.440 &'
Total daya yang dihasilkan = 4 x 100 MW
= 400 MW
Maka, untuk memompa air ke atas sebanyak volume air yang turun kebawah
yaitu :
waktu pompa = +,-.,,.
'.,/
= 17.579 detik
= 4,883 jam
Total daya yang diperlukan = 4,883 x 100 MW
= 488,3 MW
Dari perhitungan diatas, jelas bahwa daya yang diperlukan untuk memompa
lebih besar daripada yang dihasilkan. Jelas bahwa pump storage tidak dapat
digunakan seperti pembangkit listrik konvensional pada umumnya. Pump
storage masih bergantung pada pembangkit listrik lainnya, umumnya
pembangkit konvensional, sehingga tidak dapat berdiri sendiri seperti
pembangkit-pembangkit terbarukan lainnya. Oleh karena itu pump storage
hanya digunakan sebagai penyimpan energi pada saat pembangkit
konvensional memiliki cukup banyak spinning reserve.
4. Pembahasan
Dari permasalahan-permasalahan yang ada, pump storage harus digunakan
pada waktu yang tepat agar dapat berfungsi secara maksimal. Bila penggunaan
pump storage tidak tepat, bisa jadi akan timbul permasalahan baru, yaitu pump
storage sebagai pengkonsumsi daya atau dengan kata lain sebagai penambah
beban yang ada.
4.1 Pump Storage dengan Perhitungan harga Jual-Beli Listrik
Dengan mengetahui kondisi daya yang diperlukan untuk pompa
sebesar 488,3 MW dan daya yang dihasilkan oleh generator sebesar 400 MW
maka kalau kita merujuk pada kondisi harga jual – beli listrik di Indonesia
maka tidak dapat digunakan sebagai peluang bisnis yang mendapatkan profit
sebab kita ketahui berdasar PerMen ESDM No 44 Th 2006 ditetapkan harga
jual listrik sebesar $ 0,0495 per KWh didapat nilai jual 400.000 KW x $0.0495
= $19.800. Sedangkan harga beli kalau kita menggunakan Tarif Dasar Listrik
bidang Industri diatas 30.000 kVA seharga $ 0,0605 ( $ 1 = Rp 10.000,- )
sesuai PerMen ESDM no 7 tahun 2010, sehingga nilai beli sebesar 488.300
kW x $ 0.0605 = $ 29.542.
Namun dibeberapa negara wilayah Eropa, USA serta Jepang bisnis
pump storage ini bisa menghasilkan profit sebab harga jual lebih besar
beberapa kali harga beli bahkan ada yang mengkalim sampai 7 kali lipat
harga beli, hal ini banyak disebabkan karena pada saat beli, produsen
tersebut menggunakan sumber tenaga nuklir yang secara biaya produksi
memang sangat murah, meskipun ada dampak resiko yang besar.
4.2 Pump Storage dengan Unit Commitment
Pump storage berkaitan erat dengan Unit Commitment dan Economic
Dispatch, yaitu sebagai penyimpan energi. Penyimpan energi yang
dimaksud adalah sebagai pengoptimum pembangkit yang hidup dengan
memanfaatkan spinning reserve dari unit-unit pembangkit untuk memompa
air dari penampungan bawah ke penampungan atas. Energi yang telah
digunakan pada saat memompa air dari penampungan bawah ke
penampungan atas akan dilepaskan kembali dalam bentuk energi yang
didapatkan putaran turbin generator oleh aliran air saat air dilepaskan dari
penampungan atas ke penampungan bawah.
Dengan asumsi bahwa pembangkit konvensional yang digunakan
adalah pembangkit yang lebih efisien bila dibiarkan terus menerus hidup,
misalnya Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir, maka pump storage akan dapat
dimaksimalkan. Namun bila pembangkit konvensional yang digunakan
adalah pembangkit listrik bertenaga fossil fuel, maka diperlukan
penghitungan kembali akan penggunaan bahan bakar dan karakteristik
beban yang ada. Hal ini tidak terlepas karena pump storage memiliki
kelemahan dasar, yaitu sangat bergantung kepada pembangkit listrik
konvensional. Oleh karena itu, pertimbangan mengenai jenis pembangkit
konvensional yang digunakan serta perhitungan biaya dan jumlah daya yang
digunakan dibanding dengan daya yang dihasilkan oleh pump storage
sangat mutlak dipertimbangkan.
Sebagai contoh, suatu siklus beban listrik disuatu daerah yang
menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir memerlukan 600 MW
sebagai beban puncak pada jam 18.00 hingga jam 02.00 setiap harinya, dan
beban terendah dirata-ratakan sekitar 350 MW pada jam 02.00 hingga jam
18.00. Diperlukan 3 unit generator untuk mensupply beban pada saat beban
puncak dan diperlukan 2 generator pada saat beban rendah. Kurva beban
setiap harinya adalah sebagai berikut :
Gambar 4.1 Contoh Kurva Beban
Dari kurva terlihat jelas bahwa bila generator 1 dan 2 dihidupkan dapat
menghasilkan output sebesar 500 MW. Namun pada saat beban rendah,
generator 2 dihidupkan hanya untuk mensupply daya sebesar 50 MW
(minimum), sedangkan generator 2 harus tetap dihidupkan untuk memenuhi
kebutuhan beban. Dengan kata lain, generator 2 ini tidak mencapai
pembangkitan optimumnya karena masih banyak spinning reserve yang
disimpan.
Pump storage memanfaatkan hal ini sebagai pengoptimum generator 2
agar mencapai keadaan yang efisien, yaitu dengan memanfaatkan spinning
reserve pada generator 2 untuk memompa air dari penampungan bawah ke
penampungan atas.
Gambar 4.2 Kurva Beban pada Saat Digunakan untuk Memompa
Warna hijau pada grafik diatas yaitu pada saat generator 2 digunakan
spinning reservenya untuk memompa air dari penampungan bawah ke
penampungan atas.
Pada saat beban puncak, energi dari generator 2 yang tersimpan
dalam bentuk air yang dipompa keatas dapat digunakan untuk membantu
generator 1 dan 2 dalam mencukupi beban yang ada. Dalam hal ini,
perminataan beban akan dapat dipenuhi tanpa harus menghidupkan
pembangkit 3. Oleh karena itu, biaya penghidupan dan biaya bahan bakar
pada generator 3 dapat disimpan.
Gambar 4.3 Kurva Beban pada Saat Pump Storage digunakan
Warna biru merupakan energi yang dihasilkan oleh pump storage
untuk memenuhi kebutuhan beban pada saat beban puncak sehingga
generator 3 tidak perlu dinyalakan.
Penghitungan tersebut tentu saja belum memperhitungkan mengenai
permasalahan biaya dan faktor-faktor lain. Namun, prinsip dasar mengapa
pump storage tetap bertahan, bahkan semakin dipertimbangkan sebagai
salah satu energi terbarukan yang sangat potensial, tidak terlepas dari
prinsip diatas yaitu dengan memanfaatkan energi yang tidak terpakai
sewaktu beban rendah. Hal ini yang dilakukan oleh banyak negara di Eropa,
Amerika, Jepang dan Cina yang rata-rata menggunakan Pembangkit Listrik
Tenaga Nuklir sebagai pembangkit listrik utamanya.
4.3 Hybrid Pump Storage – Wind Turbine
Seperti pembangkit listrik konvensional maupun pembangkit listrik
terbarukan lainnya, pump storage memungkinkan untuk dikombinasikan
dengan pembangkit terbarukan lainnya, salah satunya adalah pembangkit
listrik tenaga angin.
Hybrid Pump Storage – Wind merupakan pemanfaatan energi angin
yang berlebih untuk memompa sebagian air dari penampungan bawah ke
penampungan atas. Hal ini bertujuan agar proses pemompaan tidak hanya
bergantung kepada generator konvensional sehingga dapat mengurangi
besar biaya untuk menaikkan air dari penampungan bawah ke
penampungan atas.
Gambar 4.4 Hybrid Pump Storage – Wind Turbine
Pemanfaatan tenaga angin ini tentu saja belum dapat dilakukan secara
realistis karena keterbatasan daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik
tenaga angin untuk dapat memompa air dari penampungan bawah ke
penampungan atas. Namun, salah satu kombinasi pembangkit energi
terbarukan yang dapat digunakan dengan pump storage adalah pembangkit
tenaga angin ini dengan pertimbangan kondisi lingkungan (alam) dimana
pump storage dibuat biasanya merupakan dataran tinggi yang tentu saja
memiliki potensi angin yang cukup besar.
4.4 Potensi Pump Storage di Indonesia
Pembangunan pump storage telah direncanakan di Indonesia oleh
PLN sejak tahun 2009 lalu dengan rencana pembuatan di Sungai Cisokan,
Jawa Barat dengan pump turbine sebesar 260 MW sebanyak 4 buah.
Pertimbangan yang dilakukan PLN adalah untuk memaksimalkan
pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap pada saat beban rendah,
yaitu siang hari. Selain itu, juga dengan pertimbangan fungsi lain pump
storage yaitu sebagai pencegah banjir yang disebabkan oleh luapan air
sungai yang telah melewati ambang batas kemampuan sungai sehingga
berpotensi menyebabkan banjir.
Namun, berdasarkan data hidrografi tahunan, ternyata Sungai Cisokan
mempunyai debit air yang kecil selama enam bulan dalam satu tahun.
Dikhawatirkan dalam waktu tersebut Sungai Cisokan tidak dapat mengisi
penampungan pump storage, bahkan ada kemungkinan penampungan
pump storage akan kosong.
Selain itu, pertimbangan akan perhitungan kembali mengenai biaya
daya listrik yang dihasilkan dan yang digunakan untuk pump storage juga
harus dikaji ulang. Seperti yang telah dibahas, secara kasar dapat dijelaskan
bahwa daya yang digunakan untuk memompa air ke penampungan atas
akan lebih besar dibandingkan daya yang dihasilkan oleh generator.
Oleh karena itu, evaluasi pemilihan lokasi pembangunan pump storage
dan kajian ulang mengenai biaya dan fungsi pump storage di Indonesia
sangat penting untuk dipertimbangkan kembali.
Sungai besar yang berhulu di Jawa Barat dan bermuara atau melalui
DKI Jakarta adalah Sungai Ciliwung dan Sungai Cisadane. Bila fungsi
pencegahan banjir menjadi salah satu pertimbangan pemilihan lokasi, maka
lokasi pembangunan pump storage yang tepat adalah di wilayah Bogor -
Sukabumi. Tentu saja pemilihan lokasi yang mempertimbangkan fungsi
pencegahan banjir dapat pula dilakukan untuk mencegahbanjir di wilayah
Bandung Selatan yang merupakan daerah industri tekstil jawa Barat. Sungai
Cisadane dan Sungai Ciliwung yang mempunyai debit minimum tahunan
kurang lebih enam puluh meter kubik per detik. Dengan debit air Sungai
Cisadane dan Sungai Ciliwung tersebut, maka dimungkinkan pengisian
penampungan air pada pump storage dapat dibantu oleh debit air yang
mengalir secara alami tersebut, sehingga pemompaan pump storage yang
membutuhkan daya listrik dapat dikurangi.
5. Kesimpulan
Pump Storage dapat menjadi andalan sebagai pembangkit terbarukan untuk
memenuhi kebutuhan listrik saat ini. Pump storage merupakan salah satu
pembangkit terbarukan yang sangat efektif dan efisien karena dapat menghasilkan
hingga ratusan Mega Watt dan dapat dikontrol penggunaannya.
Pump Storage juga menjadi solusi untuk mengoptimalkan pemakaian
pembangkit konvensional yang ada dengan bentuk penyimpanan energi dari
pembangkit konvensional tersebut. Dengan kata lain, pump storage dapat dijadikan
sebagai penyimpan energi terbesar hingga saat ini.
Namun dalam penggunaannya pump storage masih bergantung kepada
pembangkit-pembangkit lain, terutama pembangkit konvensional. Penggunaan
pump storage harus diperhitungkan dengan tepat kapan akan digunakan untuk
membangkitkan enegi dan kapan akan digunakan untuk memompa air.
Perhitungan yang tepat akan menjadikan pump storage sebagai solusi yang efisien
dalam mengatasi kebutuhan beban. Tapi bila perhitungan tidak tepat, bisa jadi
pump storage malah berbalik menjadi penambah beban yang ada. Perhitungan ini
tentu saja berhubungan erat dengan Unit Commitment karakteristik beban dan
faktor-faktor lingkungan yang ada.
Solusi lain untuk mengatasi ketergantungan pump storage terhadap
pembangkit konvensional yaitu dengan menggunakan metoda hybrid, yaitu
menggunakan pump storage dengan pembangkit terbarukan lainnya, seperti
pembangkit tenaga angin, dengan tujuan agar kebutuhan daya pada saat
memompa air dapat dibantu oleh tenaga yang dihasilkan oleh pembangkit
terbarukan lainnya sehingga biaya dapat ditekan.
Daftar Pustaka
http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/EM/EM39.pdf
http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5567.pdf
http://users.ntua.gr/stpapath/Paper_2.49.pdf
http://www.hydro.org/member/leg/Pumped_Storage-BCSE_Briefing_042409%20-
%20FinalPGE.pdf
http://www.peia.biz/images/PDF/Pumped%20Storage%20in%20Hydro%20-
%202009-04-01%20MG%20public.pdf
http://www.andritz.com/hydro-media-media-center-large-hydro-goldisthal_en.pdf
http://www.voithhydro.com/media/VSHP090009_Pumped_Storage_72dpi.pdf
http://www.symbioticsenergy.com/projects/pumped/pumped-history.html
http://www.indonesiapower.co.id/index.php?option=com_content&view=article&id=83
1%3Atepatkah-qpump-storageq-di-cisokan-atas-jabar&Itemid=1
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_pumped-storage_hydroelectric_power_stations
