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
Kaltschmitt,
Martin; Streicher, Wolfgang; Wiese, Andreas.,Renewable Energy :
Technology, Economics and Environtment, Berlin, Heidelberg, Springer, 2007.
IndraSuratman, “AplikasiPembangkitListrikTenaga Surya”. Jakarta :
BPPT.2010