View
185
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
NAMA : Muhammad Iqbal Harahap
NIM : 1209707030
PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK HYBRID
DI INSTALASI KOMUNIKASI BTS
1. PENDAHULUAN
Istilah sistem pembangkit listrik hybrid (hibrida) – PLH, digunakan pada
pembangkit listrik yang mengandung lebih dari satu generator – biasanya
gabungan antara generator konvensional (mesin diesel atau gas) dan energi
terbarukan (PLTS, PLTB atau PLTMH). Di seluruh dunia kini ada ribuan sistem
PLH beroperasi dan jumlahnya terus bertambah, mulai dari ukuran beberapa
puluh watt hingga puluhan kilowatt. Beberapa keuntungan sistem PLH adalah:
(1) meningkatkan kehandalan sistem dalam memenuhi beban,
(2) mengurangi emisi dan polusi,
(3) menyediakan suplai listrik kontinyu,
(4) meningkatkan usia sistem, dan
(5) mengurangi biaya-biaya dan meningkatkan efisiensi penggunaan energi listrik
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sistem Pembangkit Listrik Hibrida
Suatu sistem PLH biasanya dibangun dari:
(1) inverter dengan rating daya kontinyu 60% dari daya beban,
(2) satu atau dua mesin dan generator diesel yang biasanya memiliki kapasitas
sama hingga 1,5 kali rating daya inverter dan dilengkapi sistem control otomatis,
(3) sistem penyimpanan yang biasnya berupa bank baterai leadacid dengan
kapasitas penyimpanan minimum tertentu,
(4) sistem pembangkit energi terbarukan seperti photovoltaic dilengkapi regulator,
dan
(5) sistem kontrol berbasis mikroprosesor untuk keperluan monitoring dan
otomasi managemen sistem
2.2. HOMER
HOMER adalah singkatan dari the hybrid optimisation model for electric
renewables, salah satu tool populer untuk desain sistem PLH menggunakan energi
terbarukan. HOMER mensimulasikan dan mengoptimalkan sistem pembangkit
listrik baik stand-alone maupun grid-connected yang dapat terdiri dari kombinasi
turbin angin, photovolaic, mikrohidro, biomassa, generator (diesel/bensin),
microturbine, fuel-cell, baterai, dan penyimpanan hidrogen, melayani beban listrik
maupun termal (Lambert, Gilman, dan Lilienthal 2006).
HOMER mensimulasikan operasi sistem dengan menyediakan perhitungan
energy balance untuk setiap 8,760 jam dalam setahun. Jika sistem mengandung
baterai dan generator diesel/bensin, HOMER juga dapat memutuskan, untuk
setiap jam, apakah generator diesel/bensin beroperasi dan apakah baterai diisi atau
dikosongkan. Selanjutnya HOMER menentukan konfigurasi terbaik sistem dan
kemudian memperkirakan biaya instalasi dan operasi sistem selama masa
operasinya (life time costs) seperti biaya awal, biaya penggantian komponen-
komponen, biaya O&M, biaya bahan bakar, dan lain-lain.
Saat melakukan simulasi, HOMER menentukan semua konfigurasi sistem
yang mungkin, kemudian ditampilkan berurutan menurut net presents costs - NPC
(atau disebut juga life cycle costs). Jika analisa sensitivitas diperlukan, HOMER
akan mengulangi proses simulasi untuk setiap variabel sensitivitas yang
ditetapkan. Error relatif tahunan sekitar 3% dan error relative bulanan sekitar 10%
(Sheriff dan Ross 2003).
3. PERANCANGAN SISTEM
Gambar 1 menunjukkan window pemilihan komponen pada HOMER.
Berbagai komponen khas sistem PLH dipilih yaitu beban primer, photovoltaic,
turbin angin, converter, generator, dan bank baterai.
Kemudian masukan detail loadnya, dengan rincian:
Januari sampai Juni,
Tiap bulan dibagi menjadi weekday dan weekend.
Januari – Juni pada WeekDay
1. Rectifier 480watt x 2buah = 960 watt = 0,96 kW
2. AC 650watt x 1buah = 650 watt = 0,65 kW
3. Antena Microwave 300watt x 3buah = 900 watt = 0,90 kW
4. Antena Sectoral 100watt x 3buah = 300 watt = 0,30 kW
5. Alarm 40 watt x 1buah = 40 watt = 0,04 kW
6. Lampu 400watt x 1buah = 400 watt = 0,40 kW +
Jumlah Daya = 3250watt= 3,25 kW
3,25 kW x 1 jam = 3,25 kWh
Rincian Beban :
00.00-05.00 3,25 kWh
05.00-07.00 3,25 kWh + 0,1 kWh = 3,35 kWh (Antenna Sectoral nyala 1 lagi)
07.00-10.00 3,35 kWh – 0,4 kWh = 2,95 kWh (Lampu mati)
10.00-17.00 2,95 kWh+0,65 kWh= 3,60 kWh (AC menyala)
17.00-23.00 3,60 kWh–0,65 kWh+0,4kWh = 3,35 kWh ( AC dimatikan lampu
outdoor dinyalakan)
23.00-00.00 3,35 kWh-0,1 kWh = 3,25 kWh (Antenna Sectoral dimatikan)
Juli – Desember pada WeekDay
1. Rectifier 480watt x 2buah = 960 watt = 0,96 kW
2. AC 650watt x 2buah = 1300watt= 1,30 kW
3. Antena Microwave 300watt x 3buah = 900 watt = 0,90 kW
4. Antena Sectoral 100watt x 3buah = 300 watt = 0,30 kW
5. Alarm 40 watt x 1buah = 40 watt = 0,04 kW
6. Lampu 400watt x 1buah = 400 watt = 0,40 kW +
Jumlah Daya = 3900 watt= 3,9 kW
3,9 kW x 1 jam = 3,9 kWh
Rincian Beban
00.00-05.00 3,9 kWh
05.00-07.00 3,9 kWh+0,1 kWh = 4 kWh (Antenna Sectoral dinyalakan)
07.00-10.00 4 kWh-0,4 kWh = 3,6 kWh ( Lampu dimatikan)
10.00-17.00 3,6 kWh+1,3 kWh = 4,9 kWh (AC dinyalakan 2)
17.00-23.00 4,9 kWh-1,3 kWh+0,4 kWh = 4kWh (AC dimatikan 2 lampu
outdoor dinyalakan)
23.00-00.00 4 kWh-0,1kWh = 3,9 kWh (Antenna Sectoral dimatikan)
Januari – Juni pada WeekEnd
Januari – Juni pada WeekEnd
1. Rectifier 480watt x 2buah = 960 watt = 0,96 kW
2. AC 650watt x 1buah = 650 watt = 0,65 kW
3. Antena Microwave 300watt x 3buah = 900 watt = 0,90 kW
4. Antena Sectoral 100watt x 3buah = 300 watt = 0,30 kW
5. Alarm 40 watt x 1buah = 40 watt = 0,04 kW
6. Lampu 400watt x 1buah = 400 watt = 0,40 kW +
Jumlah Daya = 3250watt= 3,25 kW
3,25 kW x 1 jam = 3,25 kWh
Rincian Beban :
00.00-05.00 3,25 kWh
05.00-07.00 3,25 kWh + 0,1 kWh = 3,35 kWh (Antenna Sectoral nyala 1 lagi)
07.00-11.00 3,35 kWh – 0,4 kWh = 2,95 kWh (Lampu mati)
11.00-17.00 2,95 kWh+0,65 kWh= 3,60 kWh (AC menyala)
17.00-23.00 3,60 kWh–0,65 kWh+0,4kWh = 3,35 kWh ( AC dimatikan lampu
outdoor dinyalakan)
23.00-00.00 3,35 kWh-0,1 kWh = 3,25 kWh (Antenna Sectoral dimatikan)
Juli – Desember pada WeekEnd
1. Rectifier 480watt x 2buah = 960 watt = 0,96 kW
2. AC 650watt x 2buah = 1300watt= 1,30 kW
3. Antena Microwave 300watt x 3buah = 900 watt = 0,90 kW
4. Antena Sectoral 100watt x 3buah = 300 watt = 0,30 kW
5. Alarm 40 watt x 1buah = 40 watt = 0,04 kW
6. Lampu 400watt x 1buah = 400 watt = 0,40 kW +
Jumlah Daya = 3900 watt= 3,9 kW
3,9 kW x 1 jam = 3,9 kWh
Rincian Beban
00.00-05.00 3,9 kWh
05.00-07.00 3,9 kWh+0,1 kWh = 4 kWh (Antenna Sectoral dinyalakan)
07.00-11.00 4 kWh-0,4 kWh = 3,6 kWh ( Lampu dimatikan)
11.00-17.00 3,6 kWh+1,3 kWh = 4,9 kWh (AC dinyalakan 2)
17.00-23.00 4,9 kWh-1,3 kWh+0,4 kWh = 4kWh (AC dimatikan 2 lampu
outdoor dinyalakan)
23.00-00.00 4 kWh-0,1kWh = 3,9 kWh (Antenna Sectoral dimatikan)
Beban DC sepanjang tahun sama dengan 192 watt,
Karena beban DC hanya pada komponen BTS.
Kemudian atur Generator Set :
Kemudian di calculate menghasilkan :
Hasil dari sistem menghasilkan :
System Report
System architecture
PV Array 5 kWWind turbine 1 Generic 10kWGenerator 10 kWBattery 1,152 Hoppecke 4 OPzS 200Inverter 8 kWRectifier 8 kWDispatch strategy Cycle Charging
Cost summary
Total net present cost $ 135,094Levelized cost of energy $ 0.305/kWhOperating cost $ 7,689/yr
Net Present Costs
ComponentCapital Replacement O&M Fuel Salvage Total
($) ($) ($) ($) ($) ($)PV 10,000 2,806 77 0 -1,573 11,310Generic 10kW 8,700 3,380 2,557 0 -629 14,007Generator 7,800 8,051 46,557 34,233 -1,461 95,180Hoppecke 4 OPzS 200 2,304 431 1,473 0 -242 3,966
Converter 8,000 2,604 511 0 -485 10,630System 36,804 17,272 51,174 34,233 -4,390 135,094
Annualized Costs
ComponentCapital Replacement O&M Fuel Salvage Total($/yr) ($/yr) ($/yr) ($/yr) ($/yr) ($/yr)
PV 782 220 6 0 -123 885Generic 10kW 681 264 200 0 -49 1,096Generator 610 630 3,642 2,678 -114 7,446Hoppecke 4 OPzS 200 180 34 115 0 -19 310Converter 626 204 40 0 -38 832System 2,879 1,351 4,003 2,678 -343 10,568
Electrical
ComponentProduction Fraction
(kWh/yr)PV array 12,101 29%Wind turbine 11,998 29%Generator 17,977 43%Total 42,075 100%
LoadConsumption Fraction
(kWh/yr)AC primary load 32,923 95%DC primary load 1,683 5%Total 34,606 100%
Quantity Value UnitsExcess electricity 464 kWh/yrUnmet load 0.000160 kWh/yrCapacity shortage 0.00 kWh/yrRenewable fraction 0.481
PV
Quantity Value UnitsRated capacity 5.00kWMean output 1.38kWMean output 33.2kWh/dCapacity factor 27.6%Total production 12,101kWh/yr
Quantity Value UnitsMinimum output 0.00kWMaximum output 5.34kWPV penetration 35.0%Hours of operation 4,433hr/yrLevelized cost 0.0731$/kWh
DC Wind Turbine: Generic 10kW
Variable Value UnitsTotal rated capacity 10.0kWMean output 1.37kWCapacity factor 13.7%Total production 11,998kWh/yr
Variable Value Units
Minimum output 0.00kWMaximum output 10.0kWWind penetration 34.7%Hours of operation 6,706hr/yrLevelized cost 0.0913$/kWh
Generator
Quantity Value UnitsHours of operation 1,821hr/yrNumber of starts 54starts/yrOperational life 8.24yrCapacity factor 20.5%Fixed generation cost 2.79$/hrMarginal generation cost 0.112$/kWhyr
Quantity Value UnitsElectrical production 17,977kWh/yrMean electrical output 9.87kWMin. electrical output 3.00kWMax. electrical output 10.0kW
Quantity Value UnitsFuel consumption 5,951L/yrSpecific fuel consumption 0.331L/kWhFuel energy input 58,557kWh/yrMean electrical efficiency 30.7%
Battery
Quantity ValueString size 48Strings in parallel 24Batteries 1,152Bus voltage (V) 96
Quantity Value UnitsNominal capacity 461kWhUsable nominal capacity 323kWhAutonomy 81.7hrLifetime throughput 783,360kWhBattery wear cost 0.002$/kWhAverage energy cost 0.075$/kWh
Quantity Value UnitsEnergy in 18,432kWh/yrEnergy out 15,928kWh/yrStorage depletion 1.76kWh/yrLosses 2,502kWh/yrAnnual throughput 17,175kWh/yrExpected life 20.0yr
Converter
Quantity Inverter Rectifier UnitsCapacity 8.00 8.00kWMean output 2.95 1.06kWMinimum output 0.00 0.00kWMaximum output 7.27 7.62kWCapacity factor 36.9 13.2%
Quantity Inverter Rectifier UnitsHours of operation 6,971 1,788hrs/yrEnergy in 28,696 10,880kWh/yrEnergy out 25,826 9,248kWh/yrLosses 2,870 1,632kWh/yr
Emissions
Pollutant Emissions (kg/yr)Carbon dioxide 15,671Carbon monoxide 38.7Unburned hydocarbons 4.28Particulate matter 2.92Sulfur dioxide 31.5Nitrogen oxides 345