Optimasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Suryaangindiesel Untuk Desa Pulo Pusong Kota Langsa Mengunakan Software Homer

7/29/2019 Optimasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Suryaangindiesel Untuk Desa Pulo Pusong Kota Langsa Mengu

1/6

141

OPTIMASI SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HYBRID

SURYA/ANGIN/DIESEL UNTUK DESA PULO PUSONG KOTA

LANGSA MENGUNAKAN SOFTWARE HOMER

Rizal Fahmi1

, Hamdani2*

dan

Sarwo Edhy S3

1,2,3Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala

Jl. Tgk. Syech Abdurrauf No. 7 Darussalam Banda Aceh 23111, INDONESIAPhone/Fax.: +62-651- 7428069

*e-mail:[email protected]

Abstrak

Desa Pulo pusong Langsa adalah desa nelayan berpenduduk 1.629 jiwadengan 400KK salah satu daerah terpencil dan tidak memiliki jaringan listrik

PLN warga hanya menikmati listrik 12 jam dalam sehari. Seiring dengansemangat pengurangan penggunaan bahan bakar karena isu pemanasanglobal maka Membangun sebuah sistem tenaga hybrid dari sumber energiterbarukan yang tersedia menjadi salah satu solusi yang tepat untukmembantu pemenuhan kebutuhan energi masyarakat di desa tersebut.Penelitian ini betujuan untuk mengetahui potensi energi terbarukan yangtersedia di daerah tersebut yang mampu dibangkitkan demi pemenuhanenergi untuk meningkatkan kualitas hidup masyarakat Pulo Pusong.Perhitungan besarnyan potensi dari sumber energi terbarukan yang tersedia,perencanaan sitem tenaga hybrid dan optimasi dilakukan denganmengunakan HOMER Simulation. Hasil simulasi memberikan kondisi optimaldengan porsi PV 67% (338.892 kWh/yr,) turbin angin 30% (152.261 kWh/yr)dan generator diesel 2%(11.976 kWh/yr).

Kata Kunci: Optimasi, Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid, Energy Surya,Angin, Software Homer.

Pendahuluan

Ketersediaan energi untuk peningkatan kualitas hidup dan nilai ekonomis dari prosesuntuk menghasikan energi merupakan hal yang tak terpisahkan, setiap negaramemiliki masalah dan kebijakan tersendiri dalam pemenuhan energi dinegaranya,masalah kemiskinan karena sulitnya akses untuk mendapatkan energi agar dapatmelakukan kegiatan peningkatan perekonomian di daerah terpencil dan sulit

dijangkau menjadi masalah tersendiri. seiring dengan semangat penguranganpenggunaan bahan bakar karena isu pemanasan global maka alternatif energiterbarukan dan ramah lingkunagan menjadi satu hal yang sangat menarik untukdikembangkan demi pemenuhan kebutuhan energi.

Desa Pulo Pusong merupakan sebuah desa nelayan yang memiliki keterbatasandalam penyedian energi listrik dikarenakan tidak terjangkaunya jaringan listrik yangmenyebabkan terhambatnya kegiatan masyarakat baik pendidikan maupun, wargapulo pusong hanya mengandalkan sumber energi listrik dari genset yang tidakmampu melayani kebutuhan warga secara keseluruhan ditambah mahalnya biayaoprasional yang harus ditanggung warga dan warga hanya menikmati listrik 12 jamdalam sehari, sehinga perlu sebuah trobosan untuk penyedian energi listik alternatifdari sumber yang tersedia di daerah tersebut.


2/6

142

Hybrid System atau Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) merupakan salahsatu alternatif sistem pembangkit yang tepat diaplikasikan pada daerah-daerah yangsukar dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti jaringan PLN atau PLTD.PLTH ini memanfaatkan renewable energy sebagai sumber utama (primer) yangdikombinasikan dengan Diesel Generator sebagai sumber energi cadangan(sekunder).

Pemodelan Komponen Sistem Tenaga Hybrid

Output energi per jam (EPVG) dari generator PV dapat dihitung menurut persamaanberikut :

Energi yang dihasilkan per jam (EWEG) oleh generator angin dengan nilai daya output(PWEG) ini didefinisikan oleh persamaan berikut):

Energi dihasilkan perjam (EDEG) oleh generator diesel dengan nilai daya output (PDEG)didefinisikan oleh persamaan berikut:

Untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi yang lebih tinggi generator diesel akanselalu beroperasi antara 80 dan 100% dari rating kW mereka.

Model inverter untuk generator fotovoltaik dan bank baterai diberikan dalampersamaan dibawah ini:

[ ]

Penyearah ini digunakan untuk mengubah listrik AC surplus dari unit generatorenergi angin dan diesel generator listrik untuk daya DC dari tegangan konstan, ketikaenergi yang dihasilkan oleh sistem hibrida energi melebihi kebutuhan beban. Modelpenyearah diberikan di bawah ini:

Pada setiap jam t,

Untuk mencegah pengisian baterai yang berlebihan, digunakan sebuah kontrolpengisian untuk menditeksi saat baterai terisi penuh dan untuk menghentikan ataumengurangi jumlah energi yang mengalir dari sumber energi ke baterai. Model daricharge controller adalah sebagai berikut (Deepak1 et all) :

Keadaan baterai charge (SOC) adalah jumlah kumulatif biaya harian /debittransfer. Pada setiap jam t keadaan baterai berkaitan dengan keadaan sebelumpengisian dan ke produksi energi dan situasi konsumsi sistem selama waktu dari t -1


3/6

143

ke t. Selama proses pengisian, ketika output total dari semua generator melebihibeban permintaan, kapasitas bank baterai yang tersedia pada t jam dapatdigambarkan oleh persamaan berikut(Deepak1 et all),

Kapasitas bank baterai yang tersedia pada t jam dapat dinyatakan sebagai:

Metode simulasi

Pada penelitian ini sistem tenga hybrid dimodelkan Berdasarkan ketersediaan danpotensi energi terbarukan yang tersedia didesa pulo pusong sistem energi hybriddimodelkan terdiri dari turbin angin, panel PV didukung oleh Diesel generatorsebagai tenaga sekuder dan baterai sebagai media penyimpan. data dari berbagaiparameter seperti potensi sumber daya matahari dan angin, profil beban kebutuhandaya listrik dari kebutuhan masyarakan dan keterangan komponen dari berbagaiparameter, yaitu ukuran, jumlah dan biaya turbin angin, panel PV, generator diesel,

baterai, konverter telah diambil dari berbagai sumber untuk dimasukan dalam skemaperencenaan sistem hybrid.

Gambar 1 Skema pembangkit listrik hybrid untuk Pulo Pusong Langsa

Data radiasi matahari pada koardinat 4 55 menit lintang utara dan 98 7 menit bujurtimur pada zona waktu GMT +07:00 seperti diperlihatkan grafik 2.3. kapasitas daya245 watt/panel, biaya pengadaan, pergantian dan biaya O&M dari panel surya dapatdilihat pada tabel3.1. perencanaan waktu pemakaian panel surya 25 tahun, instalasipanel PV tidak mengunakan sistem tracking.

Pada penelitian ini harga bahan bakar generator digunakan harga jual solar industriberdasarkan harga jual pertaminana per november 2012 ditambah pajak dan biayatranportasi. Maka biaya bahan bakar yang dimasukan dalam simulasi sebesar$1.00/L. Biaya pengadaan, pergantian dan O&M generator diesel dapat dilihat padatabel 3.1

Dalam penyedian energi listrik yang sesuai dengan kebutuhan pemakaiankonsumen, pembangkit listrik tenaga matahari dan angin tidak dapat melayani bebansecara langsung sesuai kebutuhan, oleh karenanya untuk menyempurnakan haltersebut dibutuhkan media penyimpanan arus listrik berupa baterai untuk mensuplailistrik yang sesuai kebutuhan. Dalam simulasi ini jumlah baterai yang digunakanberkisar antara 0 3000 unit. Baterrai yang dipilih dengan tegangan 12 V dengankapasitas 200Ah(2.4kWh), biaya pengadaan , pergantian dan biaya O&M yangdimasukan dalam simulasi.

Konverter yang digunakan disini dapat befungsi sebagai inverter dan rectifier sesuaiarus listrik, dalam silmulasi ini dimasukan konverter antara 0 300 kW.


4/6

144

Pemakaian total beban listrik diukur per jam dari pemakaian listrik rumah wargadidesa pulo pusong, dengan profil konsumsi beban seperti diperlihatkan grafik 2.1.dengan pengunaan beban harian 1923 kWh per hari dan dengan beban puncakpada 257 kW.

Tabel 1. Biaya pengadaan, pergantian dan biaya O&M dari masing masingkomponen

Jenis komponen Biayapengadaan ($)

Biayapergantian ($)

Biaya O&M($/yr)

Turbin Angin 1.120.462 1.120.462 3.734Panel PV (0.245 kW) 380 380 1Generator diesel (30kW) 9.555 9.555 1,5 $/hBaterai (12V, 2.4kWh) 111 111 0.1Konverter (50kW) 27.398 27.398 18

Hasil dan Pembahasan

Penggunaan beban pada penelitian ini diklasifikasi pada beban rumah tangga,fasilitas umum dan industri rumahan. Beban rumah tangga seperti tv, kipas angindan bola lampu, fasilitas umum seperti sekolah dan kantor desa, indutri rumahanseperti pembuatan ES untuk kebutuhan nelayan. Jumlah penduduk di desa pulopusong kota langsa 1.662 Jiwa dengan 400 KK ( BPS9 ), Penggunaan beban secarakeseluruhan diukur per jam dan diplot seperti pada Grafik berikut.

Radiasi matahari rata-rata perbulan sepanjang tahun didapatkan dari HOMERseperti tetera pada grafik 2 berikut. data diambil pada koordinat 4 55 menit lintangutara dan 98 7 menit bujur timur pada zona waktu GMT +07:00

Grafik 2. Potensi energi surya dan angin Desa Pulo Pusong

HOMER mensimulasikan data dengan mengkonfigurasi semua input dari kombinasi

tiap komponen, dengan melakukan ratusan atau bahkan ribuan kombinasi untukmencocokan kalkulasi terbaik sesuai permintaan. Simulasi yang dilakukan HOMER


5/6

145

dengan memastikan pembangkit listrik memberikan daya yang cukup sesuaipermintaan hal ini dilakukan untuk menentukan kelayakan dari sistem. Sistem inijuga disimulasikan dalam rangka mengevaluasi karakteristik operasional, produksienergi listrik tahunan, Beban listrik tahunan yang harus dipenuhi, kelebihan listrik,fraksi energi terbarukan, kekurangan kapasitas dan beban listrik yang belumterpenuhi.

Dalam penelitian ini peneliti memvariasikan kekurangan kapasitas listrik yangdihasilkan sebesar 0%, 10%, 20%, 30% dan 40% untuk melihat perbandingkanbesar daya listrik yang dihasikan dengan jumlah biaya yang dikeluarkan untukmenghasikan listrik tersebut hasil dari variasi tersebut dapat dilihat pada tabel 21berikut.

Tabel. 2. Hasil simulasi Panel PV, Turbin Angin, dan Generator Diesel

Dari tabl terlihat pada pengurangan kapasitas hingga 40 % total biaya dari sistemdalam memproduksi listrik menjadi rendah $903.475 dan listrik sepenuhnya ditopangoleh panel PV namun disini beban listrik yang tidak terpenuhi sangat besar yaknisebesar 34.2 % (115.116 kWh/yr) sehingga sistem ini mejadi tidak layak.

Pada kekurangan kapasitas 30% keseluruhan beban listrik paling optimum jugahanya dilanyani oleh energi surya dengan beban yang tidak terpenuhi 23.7 %(79.813 kWh/yr) total biaya dari sistem dapat dilihat pada gambar 4.1 sebesar$1.029.899 sistem dengan kekurangan produksi 30% ini juga tidak layak.

Dengan kekurangan 20% kapasitas beban yang tidak terpenuhi 13.8% (46.378) dankeseluruhan beban listrik ditopang oleh Energi surya dengan angka kekuranganbeban tidak terpenuhi 13.38% masih belum layak untuk dibangun. Pada kekurangankapasitas 10% dari gambar 3 terlihat perbedaan cukup tajam dimana biaya yangdikeluarkan jauh lebih rendah dengan produksi listrik yang dihasilkan terjadikelebihan produksi listrik sebesar 11,2 % (51.430 kWh/yr) namun dari segi

lingkungan sistem ini tidak baik dikarenakan produksi karbon yang tinggi karenapemakaian bahan bakar diesel yang besar 22.957 lt/yr.

Pada 0% kekurangan kapasitas ketersediaan listrik yang dihasilkan menujukankombinasi paling optimum seperti yang ditunjukan oleh diagram 4.1 dimanakelebihan listrik sebasar 15% (76,618 KWh/yr) dan porsi dari energi terbarukancukup besar dimana panel PV 67% (338.892 kWh/yr) Turbin angin 30% (152.261kWh/yr) dan generator diesel 2%(11.976 kWh/yr) sebagai pembangkit tenagaskunder.

Dengan 0% kekurangan kapasitas produksi arus listrik dari segi biaya dan produksilistrik yang dihasikan menujukan perbedan yang tidak terlalu jauh seperti yang

terlihat pada gambar 4.2. hal ini megindikasikan dari segi biaya dengan kekurang


6/6

146

kapasitas 0% kurang efisien dibandingkan dengan pengurangan kapasita padaangka 10% namun dari segi jaminan ketersedian arus listrik sangat memadai.

Kesimpulan

1. Dari hasil pembahasan diatas terlihat bahwa komposisi sumber energiterbarukan yang dapat menopang pemenuhan kebutuhan energi bagimasyarakat desa Pulo Pusong sangat besar sehingga pembangunanpembangkit listrik sistem tenaga hybrid ini sangat cocok untuk dibangun didaerah tersebut

2. Secara ekonomi hasil simulasi menunjukkan bahwa biaya energi dalamskema yang diusulkan lebih tinggi dibandingkan megunakan sumber energikonvesional dan juga total COE / kWh dari listrik yang dihasikan masih diatasharga beli listrik dari energi baru terbarukan (EBT) Rp 3.135/Kwh yangditetapkan oleh pemerintah.

Referensi

[1] Deepak K.L , Bibhuti B.D, A.K. Akella, 2011, Optimization Of PV/Wind/Micro-Hydro/Diesel Hybrid Power Sistem in HOMER for the Study Area, International Journalon Elektrical Engineering and informatics volume 3, Number 3.

[2] Juhari A.R, Kamaruzzaman Sopian, Yusoff Ali, Mohammad A.A, Azami Zaharim, IbrahimAhmad, 2009, Optimization Of PV-Wind-Hydro-Diesel Hybrid System by minimizingExcess Capacity, European Journal of Scientific Research ISSN 1450-216X Vol.25 No.4.

[3] Klimis C.K, 2008, Modular simulation of a hybrid power system with diesel,photovoltaicinverter and wind turbine generation, Journal of Engineering Science and TechnologyReview 1 (2008) 38-40

[4] EMA(Energy Market Authortiy), 2011. Handbook for Solar Photovoltaic (PV Systems.

Singapore[5] Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins and Ervin Bossanyi, 2001, Wind Energy

Handbook, John Wley & Sons, Ltd, England

[6] DNV/Ris, 2002. Guidelines for Design of Wind Turbines, Denmark

[7] www.worldweatheronline.com,diakses 10 30 November 2012

[8] www.eosweb.larc.nasa.gov, diakses 18 November 2012

[9] Statistik Daerah Kecamatan Langsa Barat 2012, termuat diwww.langsakota.bps.go.id,diakses 14 Juni 2012
http://www.worldweatheronline.com/http://www.worldweatheronline.com/http://www.eosweb.larc.nasa.gov/http://www.eosweb.larc.nasa.gov/http://www.langsakota.bps.go.id/http://www.langsakota.bps.go.id/http://www.langsakota.bps.go.id/http://www.langsakota.bps.go.id/http://www.eosweb.larc.nasa.gov/http://www.worldweatheronline.com/

Documents

Optimasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Suryaangindiesel Untuk Desa Pulo Pusong Kota Langsa Mengunakan Software Homer