laporan konversi energi HOMER

PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK HYBRID Untuk Base Tranceiver Station Di Pulau Seram, Maluku

Kelompok II

Nano warnano: 1210707060

Mugi rizki Ramdani: 1210707056

Helmi herdianto: 1210707051

Widi wahdiat: 1210707035

Ahmad Ma’ruf: 1210707045

JurusanTeknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri SGD Bandung

2012

PENDAHULUAN

1.      Latar Belakang

Telekomunikasi adalah industri yang tumbuh pesat. Tidak hanya di perkotaan, wilayah pedesaan pun sudah mulai haus akan kebutuhan komunikasi.  Para operator telekomunikasi terus berupaya untuk memperluas cakupan layanannya. Dengan demikian para operator akan berusaha membangun BTS-BTS di daerah-daerah yang jauh dipelosok. BTS-BTS tersebut tentunya membutuhkan energi agar dapat memberikan layanan bagi masyarakat.Masalahnya, tidak semua wilayah di Indonesia dapat menikmati listrik.Masih banyak dearah-daerah yang mengalami kesulitan mengakses listrik. Operator harus mencari cara agar dapat memperoleh energi yang cukup efektif dan efisien untuk mengoperasikan BTS mereka di daerah yang tidak memiliki PLN.

Saat ini, sebagian besar operator cenderung mengunakan generator atau pembangkit tenaga Diesel untuk memasok listrik bagi BTS mereka di wilayah yang tidak meliliki PLN. Generator ini menggunakan bahan bakar solar dan menghasilkan polusi yang merusak lingkungan. Selain merusak lingkungan, penggunaan genset juga membutuhkan biaya yang tidak sedikit karena harga solar terus naik dari tahun ke tahun karena solar merupakan sumber daya yang tidak terbaharukan sehingga dapat habis pada suatu waktu tertentu.Bagaimana bila sumber energi kita habis?Manusia harus terus berfikir untuk menemukan sumber daya – sumber daya baru yang terbaharukan dan ramah lingkungan, bagaimanapun juga, Bumi adalah rumah kita bersama yang kelestariannya harus kita jaga.Industri telekomunikasi juga harus menjadi industri yang ramah lingkungan.

Seiring dengan berkembangnya teknologi, muncul sumber energi – sumber energi yang ramah lingkungan.Sumber energi ini merupakan sumber energi terbaharukan yang tidak mengunakan bahan bakar dan tidak menghasilkan polusi. Sumber energi – sumber energi terbaharukan yang saat ini sudah mulai dikembangkan antara lain adalah matahari (sel surya/PV), angin (turbin angin), laut (ombak dan panas laut), biomass (kayu bakar,  metan, minyak jatropa), hidrogen (fuel cell), air (hydro) dan panas bumi (geotermal). Penggunaan sumber energi terbaharukan ini bergantung dari ketersediaannya di lingkungan kita.Sebagai contoh, untuk daerah khatulistiwa seperti Indonesia, sel surya yang membutuhkan banyak energi dari matahari dapat menjadi sumber energi terbaharukan yang potensial. Untuk wilayah yang tiupan anginnya cukup kencang dan stabil,  makan turbin angin merupakan pilihan yang potensial. Untuk wilayah yang dekat gunung berapi dan aliran sungai tentunya memiliki pilihan sumberdaya terbaharukan lain yang potensial.

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

Untuk membuat sistem pembangkit energi bagi BTS ini, digunakan software HOMER (Hybrid Optimization Model for Energy Renewable). HOMER adalah perangkat lunak yang digunakan untuk membantu pemodelan dari sebuah sistem tenaga listrik dengan menggunakan berbagai pilihan sumber daya terbaharukan. Dengan HOMER, dapat diperoleh spisifikasi paling optimal dari sumber energi – sumber energi yang mungkin diterapkan. Kita harus memasukkan data load beban, data sumber daya matahari, sumber daya angin dari daerah di mana kita akan membangun BTS (beban), data ekonomi, data constraints, system control inputs, data emisi dan data harga solar. Dari peta dapat dilihat bahwa di daerah dekat BTS, tidak dijumpai sungai, laut atau gunung berapi, maka sumber energi yang mungkin dapat dipergunakan adalah generator diesel, sel surya (PV) dan turbin angin.

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).

2.3  Data Pulau Seram Provinsi Maluku Indonesia

Pulau Seram terletak di sebelah utara Pulau Ambon 69” LS – 4º 38” LS dan antara 127º 44” BT – 131º 32” BT, Provinsi Maluku, Indonesia. Kota utamanya ialah Masohi, ibukota kabupaten Maluku Tengah. Di pulau ini terdapat beberapa pelabuhan: Amahai, Masohi, Kairatu, dan pelabuhan rakyat seperti Tehoru, Bula, Geser, Wahai, Kobisadar dan Piru.

Pulau Seram memiliki wilayah seluas 18.625 km² , dengan panjang 340 km dan lebar 60 km. Titik tertingginya ialah Gunung Binaiya, setinggi 3.019m di atas permukaan laut.

Pulau Seram memiliki alam pegunungan dan hutan tropis. Produk-produk yang dihasilkan antara lain cengkih, pala, kopra, damar, sagu,ikan, dan minyak. Terdapat satu taman nasional yaitu Taman Nasional Manusela yang terkenal karena banyak hewan dan tumbuhan endemiknya. Untuk mencapai tempat ini dapat ditempuh melalui Desa Yaputih atau Hatu di Kecamatan Tehoru, kurang lebih 100km dari Masohi. Bisa juga melalui Desa Wahai, dibagian Seram Utara, yang rutenya melewati beberapa desa yaitu Hoaulu, Kanikeh, dan desa-desa kecil lainnya.

3.        Perancangan Sistem

Pada tulisan ini akan dipaparkan pemilihan komponen dan parameter untuk membuat suatu sistem pembangkit energi pada suatu koordinat di wilayah tertentu di daerah pulau seram. Sistem ini akan digunakan untuk memberikan energi bagi perangkat BTS yang sudah ditentukan load bebannya per jam. Dalam simulasi ini dimisalkan BTS memiliki inputan AC walau dalam kenyataannya kami sering menjumpai BTS yang inputanya DC. Koordinat dari BTS tersebut adalah Latitude: 2º 69” LS – 4º 38” LS dan antara 127º 44” BT – 131º 32” BT.

Untuk membuat sistem pembangkit energi bagi BTS ini, digunakan software HOMER (Hybrid Optimization Model for Energy Renewable).HOMER adalah perangkat lunak yang digunakan untuk membantu pemodelan dari sebuah sistem tenaga listrik dengan menggunakan berbagai pilihan sumber daya terbaharukan. Dengan HOMER, dapat diperoleh spisifikasi paling optimal dari sumber energi – sumber energi yang mungkin diterapkan. Kita harus memasukkan data load beban, data sumber daya matahari, sumber daya angin dari daerah di mana kita akan membangun BTS (beban), data ekonomi, data constraints, system control inputs, data emisi dan data harga solar. Dari peta dapat dilihat bahwa di daerah dekat BTS, tidak dijumpai sungai, laut atau gunung berapi, maka sumber energi yang mungkin dapat dipergunakan adalah generator diesel, sel surya (PV) dan turbin angin.

3.1 Pemilihan Komponen

Gambar diatas menunjukkan window pemilihan komponen pada HOMER. Berbagai komponen yang dibutuhkan dalam membuat sistem Pembangkit Listrik Hybrid yang dipilih yaitu beban primer, photovoltaic, turbin angin, converter, generator, dan baterai.

Berikut adalah tampilan diagram pembangkit hybrid pada homer setelah memilih komponen-komponen yang di perlukan

 

3.2 Data Komponen

Untuk membuat sistem pembangkit energi bagi BTS ini, digunakan software HOMER (Hybrid Optimization Model for Energy Renewable).HOMER adalah perangkat lunak yang digunakan untuk membantu pemodelan dari sebuah sistem tenaga listrik dengan menggunakan berbagai pilihan sumber daya terbaharukan. Dengan HOMER, dapat diperoleh spisifikasi paling optimal dari sumber energi – sumber energi yang mungkin diterapkan. Kita harus memasukkan data load beban, data sumber daya matahari, sumber daya angin dari daerah di mana kita akan membangun BTS (beban), data ekonomi, data constraints, system control inputs, data emisi dan data harga solar.

 

Input Diesel

 

Harga solar saat ini adalah Rp 4.500 atau $0,47

Economic Inputs

 

Biaya O&M sistem ini adalah fixed $1200/tahun. Berarti biaya untuk melakukan perawatan perangkat-perangkat yang digunakan pada sistem pembangkit energi bagi BTS ini sudah dianggarkan dengan besaran tetap yaitu sebesar $1200 setiap tahun.

Input Data Constraints

 

Dengan nilai maximum annual capacity shortage sebesar 0%, maka nilai unmet electric load atau nilai dimana daya listrik dari BTS tidak terpenuhi oleh sistem dibatasi agar selalu lebih kecil dari 0,09% sehingga mendekati 0%. Dengan demikian kombinasi yang dihasilkan oleh sistem selalu dapat memenuhi kebutuhan listrik bagi BTS

Input Data System Control

Dengan dipilihnya cycle charging dan setpoint state of charge sebesar 80%, maka daya generator selain dipergunakan untuk menyuplai load (BTS), digunakan pula untuk menyuplai baterai hingga baterai terisi 80% dari kapasitas maksimumnya.

Solar Resource Inputs

Data matahari yang dipergunakan kami ambil dari NASA. Berdasarkan data ini dapat terlihat bahwa intensitas matahari di wilayah Kuantan cukup baik sehingga kita layak untuk menggunakan sel surya atau PV di sana. Rata-rata dari intensitas matahari bernilai 5,896, namun kita semua tahu bahwa ini hanyalah nilai rata-rata dan belum tentu nilainya akan pasti seperti ini sepanjang tahun.

Wind resource inputs

Nilai rata-rata angin pada lokasi BTS ini 4,584 m/s. Nilai ini cukup sehingga bisa digunakan untuk menghasilkan energi listrik yang bisa menopang BTS.

Generator input

Generator yang dipergunakan adalah generator kubota yang penggunaannya bersifat standby, tidak dibatasi hanya hari-hari tertentu.

Converter input

Data Dimensi Sel Surya

Data Input Sel Surya

PV yang dipergunakan adalah PV Schuco. Berapapun nilai kW dari perangkat dimasukkan, asalkan dapat memenuhi perhitungan HOMER, pasti akan terus diizinkan. HOMER belum memperhitungkan dimensioning dan biaya beli/sewa tanah sehingga pengiraan apakah ukuran komponen yang terpilih dapat digunakan atau tidak dilokasi harus dilakukan dengan manual atau tool dimensioning lain seperti planet dan sebagainya. Padahal pada kenyataannya luas lahan untuk 1 BTS terbatas karena harga tanah atau sewa tanah tidaklah murah, maka pada simulasi ini besar PV saya batasi 85 kW walau dengan nilai ini PV yang dipergunakan adalah PV Schuco. Berapapun nilai kW dari perangkat dimasukkan, asalkan dapat memenuhi perhitungan HOMER, pasti akan terus diizinkan. HOMER belum memperhitungkan dimensioning dan biaya beli/sewa tanah sehingga pengiraan apakah ukuran komponen yang terpilih dapat digunakan atau tidak dilokasi harus dilakukan dengan manual atau tool dimensioning lain seperti planet dan sebagainya. Padahal pada kenyataannya luas lahan untuk 1 BTS terbatas karena harga tanah atau sewa tanah tidaklah murah, maka pada simulasi ini besar PV saya batasi 85 kW walau dengan nilai ini

Battery input

Simulasi, Optimasi, & Analisa

Dengan menggunakan data-data dan desain yang sudah dimasukkan di HOMEr, maka selanjutnya dilakukan simulasi yang akan menghasilkan konfigurasi paling optimal dari sistem pembangkit energi yang akan dibangun.

Hasil Optimasi

Konfigurasi komponen yang paling optimal pada Global Solar 5.896kWh/m²/d  dan harga bahan bakar $0.47/L adalah 5.20 kW PV, 5 kW Generator, 10 Baterai, 4 kW Converter. Konfigurasi yang paling optimal adalah yang NPC-nya paling kecil, bukan COE.NPC (Net Present Cost) merupakan nilai saat ini dari semua biaya yang muncul selama masa pakai dikurangi semua pendapatan yang diperoleh selama masa pakai sedangkan COE (Cost of Energy) merupakan biaya rata-rata per kWh dari energi listrik tergunakan yang dihasilkan oleh sistem.

Cost Summary

Ket :

Grafik diatas adalah grafik perbandingan yang menunjukkan bahwa biaya pengeluaran dalam merencanakan pembangkit system hybrid, biaya pengeluaran yang paling tinggi diantara komponen-komponen yang lain adalah Generator yang memiliki harga total $ 47,353. Generator tersebut adalah jenis generator berjenis Kubota SQ 3300.

Cash Flow

Ket :

Pengeluaran terbesar adalah pada awal project untuk membeli perangkat, kemudian pengeluaran rutin per tahun adalah biaya operasional. Sesuai data sheet baterai, pada tahun ke-20 terdapat pengeluaran untuk mengganti baterai. Pada tahun ke-25 terdapat pemasukan berupa nilai sisa dari generator dan baterai.

Elektrical Summary

Ket :

Produksi energi pada sistem ini didominasi oleh pembangkit angin, hal ini dapat kita lihat dari warna hijau yang dominan setiap bulannya.wind turbin dari sistem ini adalah sebesar 43%.

Grafik Time Series

Gambar di atas menunjukkan bahwa listrik untuk BTS pada siang hari diberikan oleh sel surya, sedang pada malam hari diberikan oleh baterai, namun ketika sel surya tidak beroperasi dan baterai kekurangan energi, maka listrik untuk BTS diberikan oleh generator diesel.

Optimal System Tipe

Ket :

Pada gambar di atas terlihat bahwa bagian yang berwarna hijau, yaitu pada kondisi saat panas matahari 5.90kWh/m²/d – 6.20kWh/m²/d dan kecepatan angin 3.8m/s-3.19m/s, energi listrik yang digunakan bisa  turbin angin atau Generator atau juga baterai.

Sedangkan bagia yang berwarna biru yaitu pada kondisi saat panas matahari 5.90kWh/m²/d – 6.20kWh/m²/d dan kecepatan angin 4.19 m/s-5.0 m/s, energi listrik yang digunakan bisa  turbin angin atau Generator atau PV atau juga baterai.

KESIMPULAN

Sistem tenaga listrik yang paling optimal pada lokasi yang telah ditentukan yaitu pulau seram yang letaknya ada di provinsi Maluku adalah dengan menggunakan Sel Surya, Generator, Turbin Angin dan Baterai dengan pemilihan konfigurasi yang mampu menghasilkan  NPC terendah. Semakin besar energi yang berasal dari sumber daya terbaharukan pada suatu sistem, semakin besar biaya awalnya, namun sebaliknya biaya operasinya semakin kecil. Penggunaan sumber daya terbaharukan dapat mengurangi konsumsi dan biaya BBM (Solar). Penggunaan sumber daya terbaharukan dalam suatu sistem sumber listrik BTS dapat menjadikan industri telekomunikasi sebagai industri yang lebih ramah lingkungan.

DAFTAR PUSTAKA

http://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi?&num=308093&lat=2&submit=Submit&hgt=100&veg=17&sitelev=&email=ahmadmaruf.ahmad@ymail.com&p=grid_id&p=wspd50m&step=2&lon=127

http://pacifictoolcompany.com/index.php?main_page=product_info&cPath=13_74_128&products_id=3771

http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Ceram_tpc_1967.jpg

Kaltschmitt, Martin; Streicher, Wolfgang; Wiese, Andreas.,Renewable Energy :                 Technology, Economics and Environtment, Berlin, Heidelberg, Springer, 2007.

IndraSuratman, “AplikasiPembangkitListrikTenaga Surya”. Jakarta : BPPT.2010