109764880 pembangkil listrik tesis

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

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS DAMPAK LINGKUNGAN DAN BIAYA PEMBANGKITAN LISTRIK

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA DI PULAU SEBESI LAMPUNG SELATAN

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik

HERLINA 0706305305

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

KEKHUSUSAN TEKNIK TENAGA LISTRIK DEPOK

JULI 2009

Universitas Indonesia

ii

ii

ii


iii

iii

iii


iv

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

dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Teknik pada

Program 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 mengarahkan saya 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 membantu saya dalam menyelesaikan tesis ini.

Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan

semua pihak yang telah membantu. Semoga tesis ini membawa manfaat bagi

pengembangan ilmu.

Depok, 3 Juli 2009

Penulis

iv


v

v

v


vi

vi

ABSTRAK

Nama : Herlina Program Studi : Teknik Elektro Judul Tesis : Analisis Dampak Lingkungan dan Biaya Pembangkitan

Listrik 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 emisi terutama CO2. Secara menyeluruh, integrasi pada sistem PLTH ini merupakan sistem yang 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 diterapkan di area studi di atas adalah integrasi antara PLTB dan PLTD. Pada kondisi yang optimum ini, kontribusi PLTB sebesar 57% dan PLTD 43% dengan nilai bersih sekarang (net present cost, NPC) sebesar $ 943.957, biaya pembangkitan listrik (cost of electricity, COE) sebesar $ 0,492 per kWh, konsumsi BBM pertahun 42.630 liter, emisi CO2 yang dihasilkan sistem sebesar 112.258 kg/tahun atau berkurang sebesar 43,4%, kelebihan energinya selama setahun sebesar 44.984 kWh.

Kata kunci: PLTH, Simulasi, NPC, Emisi CO2, COE

vi


vii

vii

ABSTRACT

Nama : Herlina Studi Programme : Teknik Elektro Title of Thesis : Environmental Effects and Cost of Electricity Analysis 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 island consist 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 the 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 112.258 kg/year or decrease 43,4% from the first condition, excess electricity is 44.984 kWh/year.

Kata kunci: Hybrid Power system, Simulation, NPC, CO2 emission, COE

vii


viii

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 ...............................................................................................1

1.1 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 Komponen PLTS .............................................................................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 dan Kelemahan PLTS .................................................9 2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB).................................................10 2.3.1 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 Sumbu Vertikal.............. .............................................................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


ix

ix

2.5.2.1 PLTH Sistem Serial ........................................................22 2.5.2.2 PLTH Sistem Tersaklar (Switched) ................................24 2.5.2.3 PLTH Sistem Paralel ......................................................25 3. 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 Perhitungan Total Net Present Cost................................32 3.3.3.2 Perhitungan Levelized 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

4. 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 5. KESIMPULAN .................................................................................................49 DAFTAR REFERENSI.............................................................................................50

ix


x

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 Pulau Sebesi. .......................................27

Gambar 3.3 Clearness Index dan 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 Biaya PLTD 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


xi

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Simulasi pada Kondisi Awal...............................................38

Tabel 4.2 Data Hasil Simulasi pada Kondisi Kedua (kontribusi energi terbarukan minimum 0%).. ...................................................................39 Tabel 4.3 Konfigurasi PLTH ................................................................................40

xi


xii

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data Clearness Index dan Daily Radiation di Pulau Sebesi..................52

Lampiran 2 Data Kecepatan Angin di Pulau Sebesi.................................................53 Lampiran 3 Hasil Simulasi PLTB-PLTD 40 kW ........... .........................................54

xii


1

1


1

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 Krakatau.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 air bersih. 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 PLTD yang berbasis BBM, dengan PLTS dan PLTB yang berbasis energi

terbarukan, berupa total 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


2

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 (16.00-

00.00)

Untuk meningkatkan efisiensi pemakaian BBM (PLTD) dan waktu elektrifikasi Pulau Sebesi 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 optimasi model sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH).

Menganalisis hasil simulasi, energi yang dibangkitkan oleh PLTH, prosentase kontribusi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan Pembangkit Listrik

Tenaga Bayu (PLTB).

Mengoptimasi pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH)

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 dengan kurva 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.


3

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 bab 3.

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

1.5 Metode Penelitian

Langkah-langkah utama yang dilaksanakan dalam penelitian ini ialah :

Studi literatur, untuk mempelajari, mengembangkan dan menerapkan ilmu pengetahuan dan teknologi yang telah dikembangkan dan diterapkan sebelumnya.

Mengumpulkan data kebutuhan beban energi listrik di Pulau Sebesi dari dari PT. PLN Persero 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 perangkat 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 Listrik

Tenaga 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

Sekarang (Net Present Cost, NPC), dan biaya pembangkitan listrik per kWh (Cost of

Electricity, 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.


4

4

BAB 2 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA

2.1 Prinsip Dasar

Pembangkit listrik tenaga hibrida (PLTH) adalah gabungan atau integrasi antara

beberapa jenis pembangkit listrik berbasis BBM dengan pembangkit listrik berbasis

energi terbarukan umumnya sistem pembangkit yang banyak digunakan 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 dapat beroperasi 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 dibangkitkan pun berubah setiap saat. Pembangkit berikutnya,

PLTD adalah pembangkit instan yang dapat beroperasi penuh selama 24 jam. Namun

sesuai dengan tujuan pengoperasian 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, maka pemakaian 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 biaya pengoperasian lainnya serta biaya

pemeliharaan yang harus dikerjakan. Dalam penelitian ini, peninjauan akan lebih

ditekankan pada variabel harga BBM dan perubahan kecepatan angin (windspeed).

4


5

5

2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah suatu teknologi pembangkit

listrik yang mengkonversi energi foton dari surya 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 Surya Sumber : 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 PLTS tetap 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 sentralisasi

Sumber : Informasi umum PLTS PT. Azet Surya Lestari


6

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

Current, AC) apabila diperlukan. Bentuk moduler dari modul surya memberikan

kemudahan pemenuhan 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 dapat mengakibatkan tidak tertampungnya daya berlebih.


7

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 dari 10 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 sesuai 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.

Untuk memperoleh besar tegangan dan daya yang sesuai dengan kebutuhan, sel-

sel fotovoltaik tersebut harus dikombinasikan secara seri dan paralel, dengan aturan

sebagai berikut [1] :

untuk memperoleh tegangan keluaran yang dua kali lebih besar dari tegangan 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 daya keluaran 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 jumlah modul surya yang harus dihubungkan seri dan

paralel.

Jumlah modul yang harus dihubungkan seri ditentukan oleh tegangan masukan

inverter, dengan rumus dibawah ini[2] :

MF

INVs V

VJ = (2.1)

Dengan :


8

8

Js = jumlah seri modul surya

V INV = tegangan masukan inverter (volt)

V MF = 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 (2.2)

Dengan V GPV adalah tegangan generator modul surya dalam Volt.

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 generator fotovolatik sebesar P GPV, maka dibutuhkan jumlah

string, sebagai berikut [2] :

MFGPV

GPVp IV

pJ.

'= (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 dihitung

kembali menggunakan persamaan [2] :

P GPV = V GPV . I GPV (watt peak) (2.5)

Sedangkan jumlah susunan modul fotovoltaik (N) yang terpasang adalah :

N = JP . Js (2.6)

Dengan :

Jp = jumlah string modul fotovoltaik

P GPV = daya generator fotovoltaik (watt)

V GPV = tegangan generator fotovoltaik (volt)

I MF = arus maksimum modul fotovoltaik (ampere)


9

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 menghasilkan

listrik, beban sepenuhnya dicatu oleh battery. Demikian pula apabila hari mendung,

dimana modul surya menghasilkan listrik lebih rendah dibandingkan pada saat matahari

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 PLTS

Sumber : 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 sepanjang tahun, 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).


10

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 lingkungan. Tidak menimbulkan polusi suara maupun polusi asap. Tidak ada bagian yang bergerak, 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 mendapatkan penyinaran matahari (tergantung pada musim).

Memerlukan area yang luas untuk pemasangan modul surya untuk mendapatkan daya keluaran yang tinggi.

Harga modul surya (skala kecil) masih mahal sehingga biaya pembangkitan yang dihasilkan juga mahal.

2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB)

Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) adalah suatu teknologi pembangkit

listrik yang merubah potensi energi angin menjadi energi listrik. Angin adalah udara

yang bergerak/mengalir, sehingga memiliki kecepatan, tenaga dan arah. Penyebab dari

pergerakan ini adalah pemanasan bumi oleh radiasi matahari. Udara di atas permukaan

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 pada atmosfer, yang menyebabkan

perbedaan kerapatan dan tekanan atmosfer. Udara memiliki sifat untuk selalu

mencapai kesetimbangan tekanan, karena itu perbedaan kecepatan dan tekanan


11

11

atmosfer ini menyebabkan udara bergerak dari daerah yang bertekanan tinggi ke daerah

bertekanan rendah.

Pada daerah yang relatif panas, partikel udara mendapat energi sehingga udara

memuai. Akibat dari pemuaian ini, tekanan udara di daerah itu naik, namun kerapatan

udara menjadi berkurang, sehingga berat jenis udara di tempat itu menjadi relatif kecil,

akibatnya udara berekspansi ke atas dan menyebabkan terjadinya penurunan tekanan di

daerah yang ditinggalkannya. Daerah ini lalu diisi oleh udara dari daerah sekelilinginya

yang memiliki tekanan udara dan massa 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 berbanding 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] :

)(.2

..2

Wgc

VmKEmP iitot == (2.7)

Dengan :

Ptot = daya total angin (W)

m = aliran massa angin

detkg

Vi = kecepatan angin masuk

detm

Gc = faktor konversi = 1

det..

Nmkg


12

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 :

=

== ni

i

n

iii

t

tVV

1

1.

(2.8)

Dengan :

V = kecepatan angin rata rata (m/s).

Vi = kecepatan angin yang terukur (m/s)

Ti = lamanya angin bertiup dengan kecepatan Vi (m/s)

N = banyaknya data pengukuran

Kecepatan angin rata rata untuk tiap satu jam digunakan untuk mengetahui

variasi kecepatan harian. Dengan mengetahui variasi harian dari kecepatan angin, dapat

diketahui saat saat dimana angin bertiup kencang dalam satu hari, sehingga dapat

digunakan 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 ada seperti 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 listrik maksimal


13

13

pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin diluar

digunakan 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 Angin

Sumber : 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.


14

14

Generator Generator pembangkit listrik, biasanya sekarang alternator arus bolak-balik. Ini

adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin.

Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya

dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya,

(mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan

material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang

bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros

generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya

karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu.

Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik

untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus 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

bertambah 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

turbin disesuaikan dengan arah angin.


15

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 listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah

baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin berukuran

besar pada 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 Horizontal Source: DOE/NREL

Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya

diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka

tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan,


16

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 dengan

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 dari

berbagai arah.

Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat

tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses 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 Vertikal Source: AWI (www.awi-bremerhaven.de)[5]


17

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 yang lain

mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai

permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan dan bearing wear

yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau mempersingkat umur turbin angin.

Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara turbin kira-kira 50% dari tinggi

bangunan, 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)

Keunggulan TASH

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.


18

18

Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang disebabkan oleh turbulensi.

TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.

2.3.5.2 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin Sumbu Vertikal (TASV)

Keunggulan TASV

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 bagian-

bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.

TASV memiliki 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 empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter

tertentu daripada 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 tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga

lebih kecil kemungkinannya rusak 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 dari berbagai 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.


19

19

TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di elevasi yang 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 dibebankan pada 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 dekat Persediaan 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

dipergunakan untuk 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.


20

20

Gambar 2.7 skema Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

Sumber : 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 booster

5. Diesel motor : menghidupkan mesin diesel untuk mempunyai energi untuk bekerja

6. Turbo charger : menaikkan efisiensi udara yang dicampur dengan bahan bakar dan

menaikkan tekanan serta temperaturnya.

7. Air intake filter : Perangkat untuk mengalirkan udara

8. Exhaust gas silincer : Peredam dari sisa gas yang digunakan

9. Generator : Menghasilkan energi listrik

10. Pengubah utama : Alat pengubah utama 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] :

a

nivPeP.450000

...= (2.9) Dengan :


21

21

Pe adalah tekanan efektif yang bekerja

v adalah volume langkah silinder yang dapat dicapai

i adalah jumlah silinder

n adalah putaran permenit atau kecepatan putar mesin

a bernilai 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 dari

pembakaran bahan bakar. Adapun daya yang dihasilkan akan berubah menjadi [6] :

Daya manfaat 40% Panas yang hilang untuk pendingin 30% Panas yang hilang untuk pembuangan gas 24% Panas yang hilang dalam pergeseran, radiasi dan sebagainya 6%

2.4.2 Keunggulan dan Kelemahan PLTD PLTD 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

tenaga listrik. [8]

Keunggulan jika menggunakan PLTD

Daya listrik tersedia sesuai dengan kebutuhan Secara teknis handal Layanan purna jual 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.


22

22

2.5 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) 2.5.1 Prinsip Kerja PLTH

PLTH adalah suatu sistem pembangkit listrik (PL) yang memadukan beberapa

jenis PL, pada umumnya antara PL berbasis BBM dengan PL berbasis EBT.

Merupakan solusi untuk mengatasi krisis BBM dan ketiadaan listrik di daerah terpencil,

pulau-pulau kecil dan pada daerah perkotaan. Umumnya terdiri atas : modul surya,

turbin angin, generator diesel, baterai, dan peralatan kontrol yang terintegrasi. Tujuan

PLTH 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 PLTH Sistem 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 Serial

Semua pembangkit daya mensuplai daya DC ke dalam baterai, setiap komponen

harus dilengkapi dengan charge controller sendiri, untuk menjamin operasi yang handal

sistem 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.


23

23

Gambar 2.8 PLTH Sistem Serial Sumber : 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 saklar AC diantara sumber energi, menyederhanakan komponen antar muka keluaran, daya yang disuplai ke beban tidak terinterupsi ketika genset di

start.

Kelemahan Kelemahan PLTH Sistem Serial

Kelemahan 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 ke beban, kecuali

beban dapat disuplai dengan genset emergency.


24

24

2.5.2.2 PLTH Sistem Tersaklar (Switched) Prinsip Kerja PLTH Sistem Tersaklar

Pada 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, genset dimatikan,

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 Tersaklar

Keunggulan yang dapat diperoleh jka menggunakan sistem ini adalah :

Inverter dapat membangkitkan gelombang sinus, kotak termodifikasi atau kotak tergantung pada aplikasi

genset dapat mensuplai beban secara langsung, sehingga meningkatkan efisiensi sistem total dan mengurangi konsumsi BBM.

Kelemahan Kelemahan PLTH Sistem Tersaklar

Sedangkan kelemahannya adalah :

daya ke beban terinterupsi sesaat ketika terjadi pemindahan sumber listrik AC, genset dan inverter didisain untuk dapat mensuplai beban puncak, berakibat

menurunnya efisiensi pada sebagian operasi beban.


25

25

2.5.2.3 PLTH Sistem Paralel Prinsip Kerja PLTH Sistem Paralel

Pada 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 DC-

AC converter, 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 Paralel

Sumber : Rosyid, A., (2008) PLTH Wini. Balai Besar Teknologi Energi BPPT. Tangerang


26

26

BAB 3 STUDI IMPLEMENTASI PLTH DI PULAU SEBESI

LAMPUNG SELATAN

3.1 Kondisi Geografi dan administrasi

Pulau 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. Pulau Sebesi termasuk dalam wilayah administrasi Desa Tejang

Pulau Sebesi Kecamatan Raja Basa Kabupaten Lampung Selatan. Desa Tejang Pulau

Sebesi terdiri dari empat dusun yaitu; Dusun I Bangunan, Dusun II Inpres, Dusun III

Regahan Lada, dan Dusun IV Segenom. Luas wilayah Pulau Sebesi adalah 2620 ha

dengan panjang pantai 19,55 km. [9]

Sebagian besar daratan Pulau Sebesi tersusun dari endapan gunung api muda

dan merupakan daratan perbukitan. Bukit tertinggi di Pulau Sebesi mencapai 884 meter

dari permukaan laut dengan bentuk kerucut yang mempunyai tiga puncak. Akses

menuju 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 yang

biasanya mengangkut kelapa dan kopra.

Gambar 3.1 Peta Lokasi Pulau Sebesi

Sumber : google earth. (2009)

26


27

27

Sebagian daratan Pulau Sebesi tersusun dari endapan gunung api muda yang

terdiri dari lava (andesit-basal), breksi, dan tuf. Pantai Timur Pulau Sebesi tersusun

dari 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 Kelistrikan

Kondisi meteorologi dan oseanografi di Pulau Sebesi tidak begitu berbeda

dengan kondisi meteorologi dan oseanografi Teluk Lampung. Angin yang bertiup di

sekitar 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 bulanan

sebesar 28,5C dengan perbedaan suhu maksimum dan minimum sebesar 11,8C

3.2.1 Angin

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

rata-rata kecepatan angin di Pulau Sebesi diukur dengan ketinggian 10 meter dari

permukaan tanah adalah 4,17 m/s[11]. Data kecepatan angin Pulau Sebesi selama satu

tahun dapat dilihat pada gambar 3.2.

6,290

5,040

4,220

2,9202,590

3,870 3,8904,220

3,5603,010

4,190

6,280

-

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agust Sept Okt Nov Des

Kec

epat

an A

ngin

(m/d

etik

)

Gambar 3.2 Kecepatan Angin Rata Rata di Pulau Sebesi

Sumber : www.weatherbase.com. (2009).

3.2.2 Potensi Radiasi Matahari Data yang diperlukan HOMER untuk melakukan optimasi sistem pembangkit

tenaga listrik adalah clearness index dan daily radiation (kWh/m2/day) selama satu


28

28

tahun di Pulau Sebesi. Data indeks kecerahan (Clearness Index) dan radiasi sinar

matahari (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 langsung 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 Sebesi Sumber : http://eosweb.larc.nasa.gov. (2009)

3.2.3 Kondisi Kelistrikan

Kebutuhan 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 pulau

tersebut. Pulau Sebesi termasuk pulau terpencil, untuk mencapainya harus

menggunakan 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 harian

dan beban deferrable. Data beban utama berupa data beban harian di Pulau Sebesi yang

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.


29

29

Beban Harian Beban 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, gambar berikut

adalah kurva beban harian yang diprediksikan sesuai dengan kebutuhan penduduk di

Pulau Sebesi.

Gambar 3.4 Kurva Beban Harian Pulau Sebesi Sumber : 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

berikut ini adalah profil beban pompa sebagai beban teralihkan.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agust Sept Okt Nov Des

Beb

an P

ompa

(kW

h/ha

ri)

Gambar 3.5 Profil Beban Bulanan Pompa

Sumber : HOMER, NREL


30

30

3.3. Perangkat Lunak HOMER Perangkat lunak HOMER adalah suatu perangkat lunak yang digunakan untuk

optimasi model 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 setiap

konfigurasi 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.

Simulasi

Perangkat 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 listrik ke

sistem energi yang dapat memasok dalam jam tersebut, dan menghitung energi yang

mengalir dari dan ke setiap komponen dari sistem. Untuk sistem yang mencakup

baterai atau bahan bakar - powered generator, HOMER juga memutuskan jam operasi

generator, apakah akan dikenakan biaya atau mengosongkan baterai.

Optimasi

Setelah disimulasi, tahapan selanjutnya adalah mengoptimasi semua

kemungkinan sistem konfigurasi kemudian diurutkan berdasarkan Nilai Sekarang

Bersih ( Net Present Value ) yang dapat digunakan untuk membandingkan

sistem desain pilihan.

Analisis Sensitivitas

Ketika 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

konfigurasi untuk berbagai kecepatan angin yang telah ditetapkan.


31

31

Kelebihan perangkat lunak ini adalah penggunaannya mudah, bisa mensimulasi,

mengoptimasi suatu model kemudian secara otomatis bisa menemukan konfigurasi

sistem optimum yang bisa mensuplai beban dengan biaya sekarang terendah (NPC),

dan bisa menggunakan 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 Data Persamaan-persamaan berikut ini digunakan sebagai dasar perhitungan energi

yang disuplai 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 Bayu

35.0 rpagww VACP = (3.1)

Persamaan Daya Pembangkit Tenaga Surya

pvpvpvspvpgpvpv IVNNP = (3.2)

Persamaan Total Daya Pembangkit Tenaga Terbarukan

==

+= swn

ss

n

ww PPtP

11)( (3.3)

Persamaan Pengosongan Baterai

[ ])(/)()1()1()( tPtPtPtP bibibhbb = (3.4)

Persamaan Pengisian Baterai

[ ] bbbibibhbb tPtPtPtP = /)()()1()1()( (3.5)


32

32

Dengan :

pvI adalah arus panel PV

bP adalah energi baterai dalam interval waktu

bhP adalah total energi yang dibangkitkan oleh PV array

adalah faktor pengosongan sendiri baterai biP total beban pada interval waktu

bb Efisiensi baterai

3.3.3.1 Biaya Net Total Masa Kini (Total Net Present Cost ) Biaya Net Total Masa Kini (Total Net Present Cost ; NPC) adalah keluaran

ekonomi yang paling utama untuk nilai suatu sistem PLTH, HOMER akan

mengurutkan data hasil keluaran simulasi dan optimasi berdasar nilai NPC terendah.

Total NPC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

)

,

,( projtotann

NPC RiCRFC

C = (3.6)

Dengan :

Cann,tot adalah total biaya tahunan ($/tahun)

CRF( ) adalah faktor penutupan modal

i adalah suku bunga (%)

Rproj adalah lama waktu suatu proyek

N adalah jumlah tahun

Sedangkan faktor penutupan modal bisa didapatkan dengan menggunakan rumus

sebagai berikut :

1)1()1(),( +

+= NN

iiiNiCRF (3.7)

3.3.3.2 Syarat Batas Biaya Energi (Levelized Cost of Energy) levelized cost of energy (COE) didefinisikan sebagai biaya rata per kWh

produksi enegi listrik yang terpakai oleh sistem. Untuk menghitung COE, biaya

produksi energi listrik tahunan dibagi dengan total energi listrik terpakai yang

diproduksi, dengan persamaan sebagai berikut :


33

33

salesgriddefDCprimACprim

thermalboilertotann

EEEEECC

COE,,,

,

+++= (3.8)

Dengan :

Cann,tot adalah biaya total sistem tahunan ($/tahun)

cboiler adalah marjin biaya boiler ($/kWh)

Ethermal adalah Total beban thermal yang terpenuhi (kWh/tahun)

Eprim,AC adalah beban AC utama yang terpenuhi (kWh/tahun)

Eprim,DC adalah beban DC utama yang terpenuhi (kWh/tahun) Edef adalah beban deferrable yang terpenuhi (kWh/tahun)

Egrid,sales adalah total penjualan grid (kWh/tahun)

3.3.3.3 Perhitungan Emisi

HOMER menggunakan rumus berikut untuk menghitung penalti emisi sistem

PLTH.

10002222 NoxNoxSoSoPMPMUHCUHCcocococo

emisi

McMcMcMcMcMcC

+++++= (3.9) Dengan :

cCO2 penalti emisi CO2 ($/ton)

cCO penalti emisi CO ($/ton)

cUHC penalti emisi UHC ($/ton)

cPM penalti emisi PM ($/ton)

cSO2 penalti emisi SO2 ($/ton)

cNOx penalti emisi NOx ($/ton)

MCO2 emisi CO2 (kg/tahun)

MCO emisi CO (kg/tahun)

MUHC emisi UHC (kg/tahun)

MPM emisi PM (kg/tahun)

MSO2 emisi SO2 (kg/tahun)

MNOx emisi NOx (kg/tahun)


34

34

3.4 Studi Implementasi PLTH Pulau Sebesi

studi ini menggunakan bantuan PL HOMER dengan algoritma seperti terlihat

pada gambar berikut :

Gambar 3.6. Diagram Alir Simulasi dan Optimasi PLTH


35

35

3.4.1 Metode Simulasi dan Optimasi

Untuk optimasi disain sistem PLTH ini dibuat dua kondisi dengan mengikuti

kurva beban harian, yaitu :

kondisi pertama simulasi dijalankan untuk mengetahui kondisi awal sistem pensuplaian beban di Pulau Sebesi dengan menggunakan 2 unit PLTD kapasitas

40 kW dan 50 kW.

kondisi kedua simulasi dijalankan dengan menambahkan batas minimum kontribusi PLTS dan PLTB adalah 0%.

3.4.2 Model PLTH Pulau Sebesi

Model PLTH yang akan disimulasi dan dioptimasi terdiri dari panel surya

(photovoltaik), turbin angin, diesel generator 40 kW, 50 kW, inverter dan baterai.

Gambar berikut adalah model PLTH yang akan disimulasi dan dioptimasi oleh

HOMER.

Gambar 3.7 Model Sistem PLTH Pulau Sebesi

Sumber : HOMER, NREL

3.4.3 Komponen-komponen penyusun PLTH Komponen-komponen penyusun PLTH terdiri dari panel photovoltaic, turbin

angin, generator diesel, inverter dan baterai. Semua harga yang digunakan pada

simulasi ini didapat dari situs internet yang diakses pada bulan April 2009.


36

36

Modul Surya Modul surya terdiri dari 10 modul yang tersusun seri dan diparalelkan, kapasitas

tiap-tiap modul surya adalah 60 Wp. Harga untuk 12 kWp modul surya adalah $

66.000[15], biaya penggantian $ 66.000, biaya operasional dan pemeliharaan dengan

diasumsikan $ 400 pertahun, masa pakai modul surya selama 25 tahun.

Data spesifikasi Modul MSX-60 :

Panjang : 43,63 inch

Lebar : 19,75 inch

Daya maksimum (Ppp) : 64 W

Tegangan saat daya maksimum (Vpp) : 17 V

Tegangan saat daya maksimum (Ipp) : 3,5 A

Turbin Angin

Turbin angin yang digunakan adalah type BWC Excel-R dengan daya nominal

7,5 kW DC. Biaya modal untuk 1 unit turbin angin 7,5 kW DC adalah sebesar $

39.745[16], biaya penggantian $ 26.845, biaya operasi dan pemeliharaan diasumsikan

sebesar $ 1000 pertahun. Masa pakai turbin angin selama 15 tahun, pemasangan turbin

angin di ketinggian 20 meter dari permukaan tanah.

Generator Diesel Generator Diesel yang digunakan adalah dua unit generator diesel dengan

kapasitas 40 kW dan 50 kW. Waktu operasi untuk masing masing generator

diperkirakan 15.000 jam dan pembebanan minimumnya adalah 30 %. Untuk generator

diesel kapasitas 40 kW biaya investasi sebesar $ 22.000[17], biaya penggantian $

18.000, biaya operasi dan pemeliharaan perhari diasumsikan sebesar $ 0,07 untuk

generator diesel kapasitas 40 kW sedangkan untuk generator diesel kapasitas 50 kW

biaya investasi sebesar $ 27.000, biaya penggantian $ 22.000, biaya operasi dan

pemeliharaan perhari sebesar $ 0.72 untuk generator diesel kapasitas 50 kW

Inverter Inverter yang digunakan adalah Bidirectional Inverter (Inverter Rectifier) tipe

XW4024 dengan efisiensi inverter sebesar 90%, lama waktu pengoperasiannya 10

tahun. Sedangkan efisiensi Rectifier adalah 85 % capacity relative to inverter sebesar

100%. Biaya investasi untuk Bidirectional inverter untuk 8 kW sebesar $ 5.960[18],


37

37

biaya penggantian sebesar $ 5.960 dan biaya operasi dan pemeliharaan pertahun

diasumsikan sebesar $ 596.

Baterai Baterai yang digunakan adalah baterai lead acid type L16P, biaya investasi

untuk baterai ini sebesar $ 620[19], biaya penggantian sebesar $ 620 dan biaya operasi

dan pemeliharaan pertahun diasumsikan sebesar $ 50. Karakteristik baterai lead acid

adalah sebagai berikut :

Kapasitas nominal 360 Ah

Tegangan nominal 6 V

Efisiensi 85 %

Minimum state of charge 30 %

Waktu pakai 10 tahun

Arus pengisian maksimum 18 A

3.4.4 Variabel Sensitivitas

Sensitivitas kecepatan angin berkisar antara 3 m/detik 7 m/detik, ditetapkan berdasarkan data kecepatan angin rata rata di Pulau Sebesi yang diperoleh dari

situs www.weatherbase.com pada bulan April 2009.

Sensitivitas harga bahan bakar antara 0,4 1 $/liter, ditetapkan berdasarkan harga nyata bahan bakar di Pulau Sebesi pada bulan April 2009.

3.4.5 Batasan Batasan Pengoperasian PLTH

Batasan ekonomi yang digunakan untuk semua perhitungan ketika sistem PLTH disimulasikan adalah annual real interest rate 8%, jangka waktu proyek 25 tahun,

Dispatch strategy yang digunakan adalah cycle charging dengan setpoint state of charge 80%, maximum annual capacity shortage 0%.

untuk pengaturan generatornya sistem diizinkan beroperasi dengan beberapa generator dan sistem juga diizinkan untuk mengoperasikan generator dibawah

beban puncak

Sistem operasi PLTH yang digunakan adalah sistem PLTH Paralel. Setelah melalui langkah langkah diatas, HOMER akan mensimulasi dan

mengoptimasi model PLTH yang telah ditentukan.


38

38

BAB 4 SIMULASI DAN ANALISIS

4.1 Hasil Simulasi Simulasi dan optimasi dengan menggunakan HOMER menghasilkan beberapa

konfigurasi yang berbeda sesuai dengan batasan minimum kontribusi energi

terbarukannya.

4.1.1 Kondisi Awal (PLTD)

Simulasi yang dilakukan dengan kondisi awal adalah sebagai pembanding untuk

kondisi kedua. Kondisi awal ini sistem PLTH terdiri dari dua unit PLTD dengan

kapasitas 40 kW dan 50 kW, dengan hasil simulasi sebagai berikut :

Tabel 4.1 Data Hasil Simulasi pada Kondisi Awal

Parameter PLTD NPC ( $ ) 965.552 Initial Capital Cost ( $ ) 49.000 Operating Cost ( $/tahun ) 85.861 COE ( $/kWh ) 0,503 Kontribusi ET ( % ) 0% Total Konsumsi Bahan Bakar ( L ) 75.332 Diesel 40 kW 62.892 Diesel 50 kW 12.440 Waktu Operasi Pembangkit (jam/tahun) PLTD 40 kW 8.030 PLTD 50 kW 1.095 Total Produksi Energi Listrik ( kWh/tahun ) 181.040 PLTD 40 kW 148.798 PLTD 50 kW 32.242 kelebihan energi listrik ( kWh/tahun ) 1.314 emisi ( kg/tahun ) Karbondioksida, CO2 198.374 Karbonmonoksida, CO 490 Hydrokarbon, HC 54 PM 37 Sulfur dioksida, SOx 398 Nitrogen oksida, NOx 4.369

38


39

39

4.1.2 Kondisi Kedua (PLTH)

Simulasi yang dilakukan pada kondisi kedua dengan batasan minimum

kontribusi energi terbarukan adalah 0%. Simulasi pada kondisi ini didapatkan beberapa

konfigurasi optimum, seperti terlihat dalam tabel berikut :

Tabel 4.2 Data Hasil Simulasi pada Kondisi Kedua (Kontribusi Energi Terbarukan Minimum 0%)

Parameter PLTB-PLTD PLTS-PLTD

PLTB-PLTS-PLTD

NPC ( $ ) 943.957 1.039.546 974.452 Initial Capital Cost ( $ ) 259.445 207.600 325.445 Operating Cost ( $/tahun ) 64.124 77.936 60.798 COE ( $/kWh ) 0,492 0,542 0,508 Kontribusi ET ( % ) 57% 20% 62% PLTB 57 54 PLTS 20 8 PLTD 40 kW 43 80 38 Total Konsumsi Bahan Bakar ( L ) Diesel 40 kW 42.630 59.270 39.512 Waktu Operasi Pembangkit (jam/tahun) PLTD 40 kW 5.400 6.499 4.945 PLTB 8.422 8.422 PLTS 4.380 4.380

Total Produksi Energi Listrik ( kWh/tahun ) 234.465

191.537 246.639 PLTB 133.062 133.062 PLTS 37.643 18.822 PLTD 40 kW 101.402 153.894 94.755 kelebihan energi listrik ( kWh/tahun ) 44.984 5.448 56.496 Emisi Karbondioksida, CO2 112.258 156.076 104.048 Karbonmonoksida, CO 277 385 257 Hydrokarbon, HC 31 43 28 PM 21 29 19 Sulfur dioksida, SOx 225 313 209 Nitrogen oksida, NOx 2.473 3.438 2.292


40

40

Dari hasil simulasi diambil 3 konfigurasi yang mewakili kombinasi PLTH yaitu

PLTS PLTD, PLTB PLTD, dan PLTS PLTB PLTS. Pada tabel 4.3 berikut

dapat dilihat masing masing kapasitas komponen yang digunakan pada konfigurasi

PLTH.

Tabel 4.3 Konfigurasi PLTH

Kapasitas (kW) Komponen PLTS - PLTD PLTB PLTD PLTS - PLTB - PLTD

Fotovoltaik 24 - 12 Turbin angin - 37,5 37,5 Diesel generator 40 40 40 Baterai 48 24 24 Konverter 32 32 32

4.2 Analisis Hasil Simulasi simulasi dilakukan dengan dua kondisi, yaitu kondisi awal dimana hanya

terdapat dua PLTD kapasitas 40 kW dan 50 kW, sedangkan kondisi kedua adalah

model PLTH yang terdiri dari PLTS-PLTB-PLTD dengan pelengkap baterai dan

inverter.

Hasil simulasi yang dianalisis adalah produksi listrik, biaya listrik, dampak

lingkungan (emisi CO2, SOx, dll), konsumsi BBM oleh PLTD, kelebihan listrik yang

tidak terserap oleh beban. Berikut adalah analisis selengkapnya untuk kedua kondisi

simulasi.

4.2.1 Kondisi Awal (PLTD) Analisis hasil simulasi pada kondisi awal ini adalah sebagai pembanding atau

yang akan dijadikan patokan untuk menganalisis sistem PLTH optimal hasil simulasi

kondisi kedua.

Produksi Listrik

Total produksi listrik yang dihasilkan oleh PLTD kapasitas 40 kW dan 50 kW

adalah 181.040 kWh/tahun, kontribusi PLTD kapasitas 40 kW sebesar 148.798

kWh/tahun atau 82% dan kontribusi sebesar 32.2421 kWh/tahun atau 12% oleh PLTD

50 kW.


41

41

Gambar 4.1 Kondisi beban harian daya keluaran PLTD 40 kW dan 50 kW -kelebihan listrik yang tidak terpakai

Gambar di atas adalah kondisi suplai listrik pada tanggal 5 januari 2009, dapat

dilihat PLTD 40 kW beroperasi hampir sepanjang hari kecuali pada jam 18.30 dan jam

20.30 berhenti beroperasi dan digantikan oleh PLTD 50 kW. keluaran daya maksimum

PLTD 40 kW adalah sebesar 34 kW, minimumnya 12 kW. Sedangkan keluaran daya

maksimum PLTD 50 kW sebesar 38,3 kW dan minimumnya 15 kW.

Pada jam 07.00 sampai dengan jam 13.00 terdapat kelebihan listrik. Kelebihan

listrik ini terjadi karena listrik yang diproduksi oleh PLTD 40 kW selama satu tahun

berlebihan dibandingkan dengan beban yang ada. Pada kondisi awal ini kelebihan

energi listrik tersebut tidak dapat dimanfaatkan, karena tidak terdapat baterai sebagai

tempat penyimpanan energi listrik pada sistem ini.

Konsumsi BBM

Total BBM yang dikonsumsi oleh sistem ini selama 1 tahun adalah 75.332 liter,

konsumsi oleh PLTD 40 kW sebesar 82% atau 62.892 liter, sedangkan sisanya

sebesar 12% atau 12.440 dikonsumsi oleh PLTD 50 kW.

Kelebihan listrik yang tidak terpakai

kelebihan listrik yang terdapat pada sistem ini adalah sebesar 1.314 kWh

pertahun atau sekitar 0,73%. Kelebihan listrik ini adalah selisih total produksi energi

listrik selama satu tahun yang dihasilkan oleh kedua PLTD dan total beban yang

disuplai.


42

42

Biaya Biaya Biaya biaya yang didapatkan dari hasil simulasi sistem kondisi awal ini

adalah : modal awal yang diinvestasikan untuk sistem ini sangat murah yaitu sebesar $

49.000, biaya pengoperasian sebesar $ 85.861 pertahun, nilai bersih sekarang (NPC)

sebesar $ 965.552 dan biaya listrik (COE) sebesar $ 0,503 per kWh.

Seperti yang terlihat pada gambar 4.2, biaya terbesar yang harus dikeluarkan

selama 25 tahun adalah biaya bahan bakar yang dikonsumsi oleh PLTD, penggantian

PLTD 40 kW dilakukan setiap dua tahun karena telah melampaui jam operasinya

selama 15.000 jam, sedangkan penggantian PLTD 50 kW dilaksanakan pada tahun

keempat belas. total NPC disini diperoleh dengan tidak memperhitungkan sisi

pendapatan dari penjualan listrik.

Gambar 4.2 Aliran biaya PLTD 40 kW dan 50 kW selama 25 tahun

4.2.2 Kondisi Kedua (PLTH) Pada kondisi kedua, simulasi sistem PLTH menghasilkan beberapa konfigurasi

yang berbeda yaitu PLTB-PLTD, PLTS-PLTD, PLTS-PLTB-PLTD. HOMER

mensimulasikan sistem PLTH dan mengurutkannya dengan skala prioritas bertumpu

pada NPC terendah.

Dari h

109764880 pembangkil listrik tesis

Documents