OPTIMASI SISTIM PEMBANGKIT HYBRID PLTMH DAN PLTS …digilib.unhas.ac.id/uploaded_files/temporary/Digital... · 2020. 12. 26. · 6. Bapak Yusri Syam Akil,ST,MT,Ph.D sebagai Dosen

OPTIMASI SISTIM PEMBANGKIT HYBRID PLTMH DAN

PLTS DALAM MENINGKATKAN RASIO ELEKTRIFIKASI

DAN MENUJU DESA MANDIRI ENERGI DI DISTRIK BORME

THE HYBRID PLTMH AND PLTS PLANT SYSTEM

OPTIMIZATION IN IMPROVING ELECTRIFICATION RATIO

AND DIRECTING TO ENERGY SELF

AT BORME DISTRICT

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PASCA

UNIVERSITAS HASANUDIN

TESIS



DAN MENUJU DESA MANDIRI ENERGI DI DISTRIK BORME

PROPINSI PAPUA


IN IMPROVING ELECTRIFICATION RATIO

AND DIRECTING TO ENERGY SELF-SUFFICIENT VILAGE

AT BORME DISTRICT - PAPUA PROVINCE

JAKOBUS KARIONGAN

P2700214052

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS HASANUDIN

MAKASSAR

2018



DAN MENUJU DESA MANDIRI ENERGI DI DISTRIK BORME-


IN IMPROVING ELECTRIFICATION RATIO

SUFFICIENT VILAGE

ii

LEMBAR PENGESAHAN

Judul Thesis : Optimasi Sistim Pembangkit Hybrid PLTMH dan

PLTS Dalam Meningkatkan Rasio Elektrifikasi Dan Menuju Desa Mandiri Energi Di Distrik Borme,Propinsi Papua

Nama : Jakobus Kariongan Nim : P2700214052 Program Studi : Teknik Elektro

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Akademik Pada Program Pasca

Sarjana Universitas Hasanuddin Makassar

Menyetujui :

Pembimbing I, Pembimbing II, Prof.Dr.Ir.H.Nadjamuddin Harun, M.Si Prof.Dr.Ir. Ansar Suyuti, MT

Ketua Program Studi,

Prof. Dr. Eng. Syafaruddin, ST. M.Eng. NIP 19740530 199903 1 003

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang

Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga tesis yang berjudul

“Optimasi Sistim Pembangkit Hybrid PLTMH dan PLTS Dalam

Meningkatkan Rasio Elektrifikasi Dan Menuju Desa Mandiri Energi Di

Distrik Borme - Propinsi Papua” ini dapat disusun dan diselesaikan

sebagai salah satu prasyarat dalam menyelesaiakan studi di Program

Magister Jurusan Teknik Elektro di Universitas Hasanuddin.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan dan penyelesaian

tesis ini masih terdapat kelemahan yang perlu diperbaiki dan kekurangan

yang perlu di lengkapi. Karena itu, dengan kerendahan hati penulis

mengharapkan masukan, koreksi dan saran untuk memperkuat

kekurangan tersebut.

Dalam penyusunan tesis ini, banyak kendala yang dihadapi oleh

penulis, namun berkat bimbingan, dukungan serta bantuan dari berbagai

pihak sehingga Tesis ini dapat diselasaikan sebagaimana mestinya,

walaupun dengan berbagai kekurangan yang ada. Oleh karena itu, penulis

dengan penuh rasa hormat ingin menghaturkan terimakasih dan

penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Prof.Dr.Eng.Syafaruddin,ST,M.Eng selaku Ketua Program Studi

Program Magister Pascasarjana Jurusan Teknik Elektro Universitas

Hasanuddin.

iv

2. Bapak Prof.Dr.Ir.H.Nadjamuddin Harun,M.Si sebagai Dosen

Pembimbing I

3. Bapak Prof.Dr.Ir.H.Ansar Suyuti,MT sebagai Dosen Pembimbing II.

4. Bapak Prof.Dr.Ir.H.Salama Manjang,MT sebagai Dosen Penguji

5. Bapak Prof.Dr.Ir.H.Muhammad Arif,Dip.Ing. sebagai Dosen Penguji

6. Bapak Yusri Syam Akil,ST,MT,Ph.D sebagai Dosen Penguji

7. Seluruh Dosen, Kepala dan Staf Laboratorium, kepala dan Staf

Perpustakaan dan Staf Kantor Jurusan, yang tidak sempat kami sebut

namanya.

8. Kedua orang tua tercinta, istri dan anak-anakku tersayang.

9. Sahabat dan teman-teman seperjuangan mahasiswa pascasarjana

elektro Angkatan 2014, yang senantiasa memberi perhatian dan

semangat.

Kami berharap agar tesis ini bisa bermanfaat kepada dunia

pendidikan dan masyarakat. Kritik, saran, dan bimbingan senantiasa

kami nantikan dari berbagai pihak untuk kesempurnaan penyusunan

tesis ini.

Makassar, Oktober 2018

Jakobus Kariongan Penyusun

v

ABSTRAK

Jakobus Kariongan, Optimasi Sistim Pembangkit Hybrid PLTMH dan PLTS Dalam Meningkatkan Rasio Elektrifikasi Dan Menuju Desa Mandiri Energi Di Distrik Borme,Propinsi Papua (dibimbing oleh Nadjamuddin Harun, Ansar Sayuti)

Energi surya merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dimanfaatkan melalui dua macam teknologi yaitu teknologi fotovoltaik (PV) dan teknologi fototermik (surya termal), system pemamfaatannya berupa sistem terpusat (centralized), sistem tersebar (stand alone) dan system hibrida (hybrid system). Pada penelitian ini yang berlokasi di distrik Borme propinsi Papua menggunakan sistem pembangkit hybrid PLTMH dan PLTS dalam meningkatkan rasio elektrifikasi (RE) menuju desa mandiri energy (DME).

Penelitian ini bertujuan untuk mendesain sebuah system melalui simulasi homer dalam menentukan kapasitas PV yang optimal untuk memenuhi kebutuhan beban, karena PLTMH dan PLTD sudah ada, serta kajian pengembangan kapasitas potensi PLTMH melalui Resibility studi. Konfigurasi sistem dimodelkan terdiri dari PLTMH, PLTD dan PLTS beserta penyimpanan energi (baterai). Model sistem ini terdiri atas 2 bus, yaitu Bus AC dan Bus DC. PLTMH dan PLTD terhubung pada Bus AC sedangkan PLTS dan baterai terhubung pada Bus DC. Hasil simulasi ini memberikan beberapa konfigurasi yang dapat menyuplai beban secara kontinyu dalam setahun. Konfigurasi sistem yang dihasilkan ini berdasarkan keekonomian sistemnya yaitu NPC.

Hasil simulasi menempatkan sistem yang mempunyai NPC terkecil yang dianggap optimal untuk memenuhi kebutuhan beban. Berdasarkan hasil simulasi menunjukkan kapasitas PV yang optimal untuk beban adalah sebesar 58 kW, sehingga sistem baru yang optimal dapat dikembangkan adalah sistem dengan konfigurasi PLTMH 40 kW, PLTD 1 x 30 kW dan 1 x 10 kW, PLTS sebesar 58 Kw, baterai sebanyak 272 buah dan konverter sebesar 75 kW. Dan kontribusi dari hasil pengembangan kapasitas potensi PLTMH melalui resibility studi dalam mencapai rasio elektrifikasi dan desa mandiri energy sebesar 22.443 kw.

Kata Kunci : Homer, PV, PLTMH, NPC, COE, Debit, Head, Kapasitas, Optimasi, Rasio Elektrifikasi

vi

ABSTRACK

JAKOBUS KARIONGAN.The Hybrid PLTMH And PLTS Plant System Optimization In Improving Electrification Ratio And Directing To Energy Self-Sufficient Vilage At Borme District - Papua Province ( Supervised by H.NadjamuddinHarun and AnsarSayuti )

Solar energy is a renewable energy source that is utilized through two types of technology that is photovoltaic technology (PV) and photothermic technology, the utilization system in the form of a centralized system, stand alone systems and hybrid systems. In this study, located in the Borme district of Papua province, the PLTMH and PLTS hybrid plant systems were used to increase the electrification ratio (RE) to the energy independent village.

The research aimed at designing a system through the homer simulation in determining the optimal PV capacity to fulfil the load need because PLTMH and PLTD already existed, and capacity development study of PLTMH potential through the sisibility study. The system configuration was modeled which consisted of PLTMH, PLTD and PLTS as well as energy strorage( battery ). The system model consisted of 2 buses, namely : AC bus and DC bus. PLTMH and PLTD were connected with AC bus, while PLTS and battery were connected with DC bus. The simulation result provides several congfigurations which can supply the continuouas load in a year. The system configurations produced is based on system economy namely NPC. The simulation result places the system having the smallest NPC which is optimally regarded to meet the load need. The simulation result indicates the optimal PV capacity for load of 58 kw, so that the optimal new system can be developed with the configuration PLTMH 40 kW, PLTD 1 x 30 kW, and 1 x10 kW, PLTS of 58 kW, as many as 272 batteries and converter of 75 Kw. The contribution of the capacity development result of PLTMH potential through the risibility study in achieving the electrification ratio and energy self-sufficient village is 22,443 Kw. Key words : PLTS, PLTMH, NPC, COE, discharge, head, capacity, optimization, electrification ratio.

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................... ii

KATA PENGANTAR………………………………………………... ........... iii

ABSTRAK .............................................................................................. v

ABSTRACK ........................................................................................... vi

DAFTAR ISI .......................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ ix

DAFTAR TABEL ................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1

A..Latar Belakang .................................................................................. 1

B..Rumusan Masalah ............................................................................ 4

C.Tujuan Penelitian ............................................................................... 4

D..Manfaat Penelitian ............................................................................ 5

E..Batasan Masalah ............................................................................... 6

F. Sistematika Penulisan ....................................................................... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 9

A. Desa Mandiri Energi (DME) .............................................................. 9

B. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) ........................................ 9

C. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) .......................... 21

D. Perangkat Lunak Homer ................................................................ 36

E. Rasio Elektrifikasi ( RE ) ................................................................. 41

viii

F. Gambaran Umum Distrik Borme .................................................... 44

G. Penelitian Terkait……………………………………………………….52

H. Kerangka Pikir…………………………………………………………..55

BAB III METODE PENELITIAN ........................................................... 56

A.Tahapan Penelitian .......................................................................... 56

B.Perancangan Penelitian ................................................................... 58

C.Teknik Validasi ................................................................................. 60

D.Teknik Analisis Validasi .................................................................... 60

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................ 61

A. Hasil Simulas .................................................................................. 61

B. Analisa Dan Pembahasan Hasil Simulasi Sistem Optimal ............. 63

C. Analisa Pengembangan Potensi PLTMH Berdasarkan Reasibility

Studi ............................................................................................... 72

D. Analisa Kapasitas PLTS Dan Performance Dalam Mencapai Rasio

Elektrifikasi ( RE ) .......................................................................... 75

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 80

A. Kesimpulan .................................................................................... 80

B. Saran ............................................................................................. 82

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 83

LAMPIRAN - LAMPIRAN

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar .............................................................................................. Hal.

2.1 Pembangkit PLTS Terpusat .......................................................... 10

2.2 Panel Surya .................................................................................. 11

2.3 Efek sel surya mengubah energy foton arus ................................ 12

2.4 Hub.sel surya, modul, dan aray .................................................... 12

2.5 Kurva karakteristik I-V dan P-V sel surya dengan MPP ................ 14

2.6 Solar Konterolel ............................................................................ 15

2.7 Solar battrey ................................................................................. 15

2.8 Inverter tipe SMA 120000TL ......................................................... 16

2.9 Prinsip kerja PLTS ........................................................................ 19

2.10 Gambaran Umum PLTMH .......................................................... 23

2.11 Skema teknis PLTMH ................................................................. 29

2.12 Bak penenang dan pipa pesat .................................................... 30

2.13 Daerah operasi untuk pemilihn turbin ......................................... 34

2.14 Hub. Konseptual,simulasi,optimasi, dan analisis sensitivitas

Homer ....................................................................................... 38

x

2.15 Skema pembangkit hybrid .......................................................... 40

2.16 Arsitektur simulasi dan optimasi homer ...................................... 40

2.17 Rasio elektrifikasi nasional tahun 2015...................................... 42

2.18 Percepatan elektrifikasi di Papua (2016-2019) melalui program

Indonesia terang ......................................................................... 44

2.19 Sebaran rasio elektrifikasi di 13 desa / kampong ....................... 47

2.20 Presentase jumlah KK RE dan Non RE ...................................... 48

2.21 Pengukuran debit air di lokasi ..................................................... 50

3.1 Alur diagram penelitian ................................................................. 58

3.2 Alur simulasi homer ...................................................................... 59

4.1 Model simulasi system HOMER ................................................... 61

4.2 Cost summary system .................................................................. 63

4.3 Cash flow system ......................................................................... 64

4.4 Rata-rata energy yang dihasilkan seiap bulan .............................. 65

4.5 Profil energy rata-rata bulanan PLTMH ........................................ 66

4.6 Profil energy rata-rata bulanan PLTS ........................................... 67

4.7 Histogram frekuensi SOC batrei ................................................... 68

xi

4.8 Rata-rata SOC baterei setiap bulannya ........................................ 68

4.9 Presentasi energy baterei dalam setahun .................................... 69

4.10 Profil keluaran energy dari inverter ............................................. 70

4.11 Profil keluaran energy dari rectifier ............................................. 70

4.12 Profil energy yang dihasilkan oleh PLTD 30 KW ........................ 71

4.13 Profil energy yang dihasilkan oleh PLTD 10 Kw ......................... 71

4.14 Profil beban dan energy listrik yang dibangkitkan oleh pembangkit

.................................................................................................... 72

4.15 Kontur sungai hasil pengukuran kecepatan rata-rata ................. 73

4.16 Lay out pengukuran head ........................................................... 74

4.17 Lay out system PLTS distrik Borme ............................................ 77

4.18 Kontribusi PLTS dan PLTMH untuk Rasio Elektrifikasi ............... 78

4.19 Indikator RE Berdasarkan Optimasi ........................................... 78

xii

DAFTAR TABEL

Tabel ................................................................................................ Hal.

2.1 Koefisien kekasaran (n) material untuk pipa pesat ....................... 31

2.2 Jenis-jenis turbin air menurut ketinggian jatuh air efektif .............. 32

2.3 Daerah operasi turbin air .............................................................. 33

2.4 Efisiensi Turbin Air ........................................................................ 34

2.5 Kisaran kecepatan spesifik turbin air ............................................ 34

2.6 Rumus-rumus kecepatan spesifik turbin air .................................. 35

2.7 Data Jumlah Penduduk Distrik Borme Thn 2016 .......................... 46

2.8 Radiasi Matahari distrik Borme .................................................... 49

2.9 Hasil Pengukuran Potensi PLTMH ............................................... 51

4.1 Hasil Simulasi Sistem Homer ....................................................... 62

4.2 Potensi hidrolik PLTMH Borme ..................................................... 75

4.3 Potensi daya riil PLTMH ............................................................... 75

4.4 Spesifikasi Data Modul Surya SUPSMP 20011 ............................ 76

xiii

PERNYATAAN KEASLIAN TESIS

Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Jakobus Kariongan

Nomor Mahasiswa : P2700214052

Program Studi : Teknik Elektro

Menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya tulis ini benar-

benar merupakan hasil karya saya sendiri, bukan merupakan pengembilalihan

tulisan atau pemikiran orang lain. Apabila di kemudian hari terbukti atau dapat

dibuktikan bahwa sebagaian atau keseluruhan tesis ini hasil karya orang lain,

saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan tersebut.

Makassar, Oktober 2018

Yang Menyatakan,

Jakobus Kariongan

TESIS

OPTIMASI SISTEM PEMBANGKIT ENERGI HYBRID PLTMH DAN PLTS DALAM MENINGKATKAN RASIO ELEKTRIFIKASI DAN MENUJU

DESA MANDIRI ENERGI DI DISTRIK BORME PROPINSI PAPUA

Disusun dan diajukan oleh

JAKOBUS KARIONGAN

Nomor Pokok P2700214052

Telah dipertahankan di depan Panitia Ujian Tesis

Pada tanggal 31 Oktober 2018

Dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Menyetujui

Komisi Penasehat,

Prof.Dr.Ir.H.Nadjamuddin Harun,M.Si

Ketua

Ketua Program Studi

T TeknikElektro,

Prof. Dr. Eng. Syafaruddin, ST, M. Eng

Anggota

Dekan Fakultas Teknik

U Universitas Hasanuddin,

Dr. Ir. Muhammad Arsyad Thaha, MT

Prof.Dr.Ir.Ansar Suyuti, MT

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sumber energi terbarukan memiliki potensi yang besar bila

dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik, yang dapat dipakai di

daerah-daerah yang terisolir dengan menggunakan sistem pembangkit hybrid

.Desa Mandiri Energi (DME) merupakan salah satu program untuk

pemenuhan kebutuhan energinya sendiri. Program ini dicanangkan pertama

kali oleh Presiden RI pada tahun 2007. Kriteria dari Desa Mandiri Energi

adalah desa yang mampu memenuhi minimal 60% dari total kebutuhan

energinya (listrik dan bahan bakar) dengan memberdayakan potensi sumber

daya setempat serta tumbuhnya kegiatan produktif untuk meningkatkan

perekonomian desa sebagai dampak dari ketersediaan energi lokal.

Diharapkan dengan adanya Desa Mandiri Energi ini,ketergantungan

masyarakat terhadap penggunaan sumber energi non renewable dan

penggunaan energi subsidi dari pemerintah dapat diminimalkan.

Rasio Elektrifikasi yang sangat rendah di Papua yaitu sebesar 45,93%

dengan didominasi oleh pembangkit listrik berbahan bakar minyak/PLTD

(96%) serta permintaan kebutuhan listrik yang semakin meningkat (f8%

/tahun) merupakan permasalahan utama di Provinsi Papua (PLN dan BPS

Provinsi Papua 2013). Diberlakukannya UndangUndang Otonomi Khusus

2

Tahun 2002 dan mulai digalakkannya pemanfaatan energi terbarukan di

Papua (2007) oleh Pemerintah Daerah Provinsi merupakan salah satu segi

dalam mendukung pemenuhan akan energi listrik berbasis potensi yang ada.

Penetrasi penggunaan pembangkit non Bahan Bakar Minyak di Provinsi

Papua didukung oleh kebijakan Pemerintah melalui Kementrian Sumber

Daya Energi semakin meningkat dengan banyaknya pembangunan

pembangkit energi terbarukan skala mini dan mikro terutama di daerah yang

sulit terjangkau.

Distrik Borme, Kabupaten Pegunungan Bintang, Provinsi Papua,

merupakan distrik yang berbatasan langsung dengan Negara Papua Nugini (

PNG ) yang baru 2 tahun lebih dapat menikmati fasilitas listrik Pembangkit

Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) dan Pembangkit Listrik tenaga Surya

Terpusat (PLTS Terpusat) dengan kapasitas 22 Kwp .Berdasarkan data

radiasi sinar matahari, dan debit air sungai di Distrik Borme, model sistem

pembangkit hybrid dirancang untuk mensimulasikan dan menentukan sistem

yang paling optimal untuk menyediakan energi listrik untuk beban listrik pada

pemukiman penduduk.

Optimisasi sistem energi terbarukan yang dirancang, disimulasikan

dalam rentang waktu satu tahun dengan data keluaran berupa daya yang

dihasilkan oleh masing-masing komponen sistem dan besar beban listrik

yang disuplai. Data yang dihasilkan adalah data perubahan daya yang

3

merupakan output dari sistem dan beban listrik setiap jamnya dalam rentang

waktu satu bulan.

HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewables), yang

dapat mensimulasikan sistem operasi dari sebuah sistem berdasarkan

perhitungan masing-masing energi untuk 8.760 jam dalam 1 tahun. HOMER

membandingkan beban listrik dan thermal dalam satu jam untuk energi yang

dapat disuplai oleh sistem pada waktu tersebut. Jika sistem memenuhi beban

sepanjang tahun, HOMER memperkirakan biaya siklus hidup dari sistem,

menghitung biaya modal, penggantian, operasi dan pemeliharaan, bahan

bakar dan bunga. Aliran energi perjam dapat dilihat pada masing-masing

komponen, serta biaya tahunan dan rangkuman kinerja.

Setelah mensimulasikan semua kemungkinan konfigurasi sistem,

HOMER menampilkan daftar kelayakan sistem, yang diurutkan berdasarkan

lifecycle cost. Sistem dengan biaya terendah berada di bagian atas dari

daftar sehingga dapat dengan mudah ditemukan dan juga daftar dari

kelayakan sistem lainnya dapat dicari.

Berdasarkan hal ini maka dianggap perlu dilakukan penelitian terkait

“Sistem Optimasi berdasarkan beberapa formulasi yang paling optimum”

4

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut diatas didapatkan permasalahan

berikut:

1. Bagaimana merancang Desa Mandiri Energi berbasis energi

terbarukan di Distrik Borme, kab.Pegunungan Bintang-propinsi Papua

2. Bagaimana menentukan konfigurasi sistem yang paling optimal, dilihat

dari biaya investasi awal, produksi energi, dan ketersediaan sumber

energi terbarukan.

3. Bagaimana menganalisis karakteristik daya keluaran yang dihasilkan

oleh model sistem yang optimal, berdasarkan hasil konfigurasi sistem

yang optimal oleh HOMER

4. Bagaimana menentukan kapasitas PV yang optimal dalam memenuhi

kebutuhan beban serta memaksimalkan potensi radiasi sinar matahari

untuk PLTS dan aliran sungai untuk PLTMH dalam mencapai Rasio

Elektrifikasi (RE).

C. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :.

1. Merancang Desa Mandiri Energi berbasis energi terbarukan di Distrik

Borme, kab.Pegunungan Bintang-propinsi Papua

5

2. Menentukan konfigurasi sistem yang paling optimal, dilihat dari biaya

investasi awal, produksi energi, dan ketersediaan sumber energi

terbarukan.

3. Menganalisis karakteristik daya keluaran yang dihasilkan oleh model

sistem yang optimal, berdasarkan hasil konfigurasi sistem yang

optimal oleh HOMER.

4. Bagaimana menentukan kapasitas PV yang optimal dalam memenuhi

kebutuhan beban serta memaksimalkan potensi radiasi sinar matahari

untuk PLTS dan aliran sungai untuk PLTMH dalam mencapai Rasio

Elektrifikasi (RE).

D. Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan bermamfaat bagi :

1. Kepada pemda kabupaten/propinsi setempat untuk lebih

mengoptimalkan program diversifikasi energy di pembangkitan tenaga

listrik ( supply side ) melalui pengembangan energy terbarukan.

2. Sebagai masukan / informasi kepada pemda setempat akan hasil

survey dan identifikasi potensi PLTMH untuk memungkinkan

penambahan kapasitas sistim melalui Resibility studi pada

daerah/lokasi di sekitarnya yang memiliki potensi.

6

3. Mahasiswa dan peneliti lain, sebagai bahan referensi untuk

memperdalam keilmuannya tentang optimasi sistim pembangkit

energy terbarukan yang lebih focus pada solar sell dan PLTMH.

E. Batasan Masalah

Adapun batasan-batasan penelitian ini adalah :

1. Kajian dan identifikasi potensi serta analisis teknik sistim pembangkit

listrik tenaga mikro hidro ( PLTMH).

2. Analisis teknis sistim Pembangkit Listrik Tenaga Surya ( PLTS )

Tepusat kapasitas 22 Kwp.

3. Data keluaran berupa daya yang dihasilkan oleh masing-masing

komponen sistem dan besar beban listrik yang disuplai untuk

dipergukan sebagai input dalam analisis optimasi pembangkit yang

dibantu dengan menggunakan perangkat lunak (software) Hybrid

Optimization Model for Electrical Renewable (HOMER).

7

F. Sistimatika Penulisan

Sistematika penulisan pada penelitian ini yaitu :

BAB I Pendahuluan

Bab I berisi penjelasan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah,

tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah penelitian serta

sistematika penulisan.

BAB II Tinjauan Pustaka

Bab II berisi penjelasan tentang landasan teori yang digunakan dalam

penelitian dan kerangka pemikiran. Diuraikan pula tentang tinjauan pustaka

yang merupakan penjelasan tentang hasil-hasil penelitian lainnya yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan. Adapun sumber acuan dari

landasan teori adalah buku, artikel, jurnal,prosiding dan tulisan lainnya yang

berhubungan dengan judul atau tema penelitian yang dilakukan dan juga

sebagai arahan dalam memecahkan masalah yang diteliti. Dalam bab ini juga

diuraikan tentang kerangka pemikiran yang merupakan penjelasan tentang

kerangka berpikir untuk memecahkan masalah yang sedang diteliti.

BAB III Metodologi Penelitian

Bab III menjelaskan tentang tahapan penelitian yang meliputi lokasi dan

tempat penelitian, jenis penelitian, teknik pengumpulan data, alat penelitian

8

yang digunakan, rancangan penelitian, metode analisis, teknik validasi dan

jadwal rencana penelitian.

BAB IV Hasil Dan Pembahasan

BAB IV menjelaskan tentang hasil dan pembahasan penelitian optimasi dan

kajian analisis dari sistim pembangkit energy terbarukan .

BAB V Penutup

BAB V berisi kesimpulan dari keseluruhan penelitian serta saran pada pemda

setempat dan penelitian selanjutnya untuk pengembangan system berikutnya

9

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Desa Mandiri Energi ( DME )

Desa Mandiri Energi (DME) merupakan salah satu program untuk

pemenuhan kebutuhan energinya sendiri. Program ini dicanangkan

pertama kali oleh Presiden RI pada tahun 2007. Kriteria dari Desa Mandiri

Energi adalah desa yang mampu memenuhi minimal 60% dari total

kebutuhan energinya (listrik dan bahan bakar) dengan memberdayakan

potensi sumber daya setempat serta tumbuhnya kegiatan produktif untuk

meningkatkan perekonomian desa sebagai dampak dari ketersediaan

energi lokal. Diharapkan dengan adanya Desa Mandiri Energi ini

ketergantungan masyarakat terhadap penggunaan sumber energi non

renewable dan penggunaan energi subsidi dari pemerintah dapat

diminimalkan.

B. Pembangkit Listrik Tenaga Surya ( PLTS )

PLTS adalah suatu pembangkit yang mengkonversikan

energi foton dari surya menjadi energi listrik. Konversi ini terjadi

pada panel surya yang terdiri dari sel-sel surya. PLTS

memanfaatkan

Curretnt (DC)

Current (AC) a

tergantung p

sistem,dan kom

baterai, sistem

I. Komponen

Gambaran umum PLTS Terpusat dapat kita lihat seperti gambar

dibawah ini.

Gambar

Pemanfaatan tenaga surya sebagai pembangkit tenaga listrik, umumnya

terdiri dari komponen-

n cahaya matahari untuk menghasilkan lis

), yang dapat diubah menjadi listrik

apabila diperlukan. Komponen PLTS yang

pada kebutuhan fungsional dan

mponen utamanya seperti modul fotovolta

m dan pengendali baterai (Santiari, 2011; Ya

Komponen-Komponen PLTS


Gambar 2.1 Pembangkit PLTS Terpusat


-komponen sebagai berikut :

10

listrik Direct

Alternating

g diperlukan

operasional

aik, inverter,

asin, 2008).



11

1) Modul Surya

Panel surya merupakan komponen yang berfungsi untuk mengubah

energi sinar matahari menjadi energi listrik. Panel ini tersusun dari beberapa

sel surya yang dihubungkan secara seri maupun paralel. Sebuah panel surya

umumnya terdiri dari 32-40 sel surya, tergantung ukuran panel. Gabungan

dari panel-panel ini akan membentuk suatu “Array”.

Gambar 2.2 Panel Surya

Sel surya menggunakan semikonduktor yang memiliki empat elektron

di kulit terluar yang disebut elektron valensi. Semikonduktor dasar adalah

unsur kelompok IV dari tabel periodik unsur, misalnya Silikon (Si),

Germanium (Ge) atau Timah (Sn). Silikon merupakan bahan yang paling

umum digunakan dalam photovoltaik (Quaschning, 2006).

Secara fisik sel surya sangat mirip dengan dioda p-n (Gambar

2 . 3 ) Ketika cahaya mengenai permukaan sel surya, beberapa foton dari

cahaya diserap oleh atom semikonduktor untuk membebaskan elektron

dari ikatan atomnya sehingga menjadi elektron yang bergerak bebas.

12

Adanya perpindahan elektron-elektron inilah yang menyebabkan terjadinya

arus listrik (Patel, 2005).

Gambar 2.3. Efek sel surya mengubah energi foton arus (Patel, 2005).

Sel surya dijelaskan di atas adalah blok dasar dari sistem sel sistem

surya. Biasanya dalam ukuran inci persegi dan menghasilkan sekitar daya

satu Watt. Untuk memperoleh daya tinggi, banyak sel-sel tersebut

terhubung dalam rangkaian seri dan paralel pada panel seluas beberapa

meter persegi (Gambar 2.4) (Patel, 2005). Panel ini tersusun dari

beberapa sel surya yang dihubungkan secara seri maupun paralel.

Sebuah panel surya umumnya terdiri dari 32-40 sel surya, tergantung

ukuran panel. Gabungan dari panel-panel ini akan membentuk suatu

“Array” (Quaschning, 2006).

Gambar 2.4 Hubungan sel surya, modul dan array

13

Dua parameter yang paling penting banyak digunakan untuk

menggambarkan kinerja sel surya yaitu Open-circuit Voltage (Voc) yang

terjadi pada suatu titik dimana arusnya adalah nol, sehingga daya

keluaran adalah nol dan Short-circuit Current (Isc) yang terjadi pada suatu

titik dimana tegangannya adalah nol, sehingga daya keluaran adalah nol

(Santiari, 2011).

Tegangan serta arus keluaran yang dihasilkan ketika sel surya

memperoleh penyinaran merupakan karakteristik yang disajikan dalam

bentuk kurva I-V dan P-V dengan Maximum Power Point (MPP) pada

Gambar 2.5. Kurva ini menunjukkan bahwa pada saat arus dan

tegangan berada pada titik MPP, maka akan menghasilkan daya keluaran

maksimum (PMPP). Tegangan MPP (VMPP), lebih kecil dari Voc dan

arus saat MPP (IMPP) adalah lebih rendah dari arus Isc (Quaschning,

2006).Jenis panel surya yang tersedia di pasaran, antara lain adalah

(Santiari, 2011) :

1. Monokristal Silikon (Mono-crystalline Silicon) ; merupakan

panel yang paling efisien, yaitu mencapai angka sebesar 16-

25%.

2. Polikristal Silikon (Poly-crystalline Silicon) ; merupakan

panel surya yang memiliki susunan kristal acak, efisiensinya

sebesar 14-16%.

14

3. Amorphous Silicon ; tipe panel dengan harga yang paling

murah akan tetapi efisiensinya paling rendah, yaitu antara 9-

10,4%.

Gambar 2.5. Kurva karakteristik I-V dan P-V sel surya Dengan MPP (Quaschning, 2006).

2) Charge Controller

Charge Controller adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk

mengatur pengisian arus searah dari panel surya ke baterai dan mengatur

penyaluran arus dari baterai ke peralatan listrik (beban). Charge controller

mempunyai kemampuan untuk mendeteksi kapasitas baterai. Bila baterai

sudah penuh terisi maka secara otomatis pengisian arus dari panel surya

berhenti.

3) Baterai

Baterai adalah komponen PLTS yang berfungsi menyimpan energi listrik

yang dihasilkan oleh panel surya pada siang hari, untuk

dipergunakan pada malam hari dan pada saat cuaca mendung.

4) Inverter

Inverter adalah peralatan elektronika yang berfungsi untuk mengubah

arus listrik searah (direct current

listrik bolak-balik (alternating current

Gambar 2.6 Solar Controller


yang dihasilkan oleh panel surya pada siang hari, untuk

dipergunakan pada malam hari dan pada saat cuaca mendung.

Gambar 2.7 Solar Batrey


direct current) dari panel surya atau baterai menjadi arus

alternating current) dengan frekuensi 50Hz/60Hz.

15


yang dihasilkan oleh panel surya pada siang hari, untuk kemudian


) dari panel surya atau baterai menjadi arus

) dengan frekuensi 50Hz/60Hz.

16

Gambar 2.8 Inverter Tipe SMA 12000TL

II. Energi Keluaran Modul surya

Energi keluaran harian modul surya (Wpv) dihitung berdasarkan acuan

dari Reinders :

(2.1)

Dimana :

G i,ref = radiasi matahari (W/m 2 )

l = data yang digunakan (jam)

m = jumlah data yang digunakan

nSTC = efisiensi modul surya pada standar pengujian (%)

AAc = luas permukaan modul surya (m 2 )

17

Effesiensi dari sel surya adalah perbandingan antara daya maksimum

yang mampu di bangkitkan panel PV dengan perkalian antara nilai insolasi

harian matahari dan luas penampang dari modul PV. Persamaan yang

digunakan untuk menentukan effesiensi modul adalah sebagai berikut:

(2.2)

Dimana :

VSTC = Efisinesi Modul Surya (%)

Pm = Daya peak Panel surya

Ac = Luas Panel

E = radiasi harian matahari saat STC (1000 W/m 2 )\

III. Teknologi Energi Surya

Energi surya merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang

dimanfaatkan melalui dua macam teknologi yaitu teknologi fotovoltaik (PV)

dan teknologi fototermik (surya termal).Teknologi PV mengkonversi langsung

cahaya matahari menjadi listrik melalui perangkat semikonduktor yang

disebut sel surya, sedangkan teknologi surya termal memanfaatkan panas

dari radiasi matahari dengan menggunakan alat pengumpul panas atau yang

biasa disebut kolektor surya. Teknologi PV dimanfaatkan untuk pembangkit

18

listrik tenaga surya (PLTS) berupa sistem terpusat (centralized), sistem

tersebar (stand alone) dan system hibrida (hybrid system).Centralized PV

sistem adalah pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) yang mensuplai listrik

secara terpusat untuk berbagai lokasi/ beban yang bersifat on grid maupun

off grid. Sistem stand alone hanya mensuplai listrik khusus untuk kebutuhan

beban yang tersebar di masing-masing lokasi dan bersifat off grid. Pada

sistem hybrid, PLTS digunakan bersama-sama dengan sistem pembangkit

lainnya dalam mensuplai listrik.Komponen sistem umumnya terdiri dari

rangkaian sel surya yang membentuk modul surya (PV Panel) dan beberapa

komponen pendukung seperti baterai, inverter, sistem kontrol dan lain-lain

yang disebut juga sebagai balance of system / BOS.

Aplikasi teknologi PV antara lain:PLTS pedesaan / perkotaan (on grid /

offgrid), Solar Home System (SHS), solarstreet lighting, solar pumping, BST

solar,solar refrigerator.Pada sistem surya termal, kolektor surya menyerap

radiasi matahari dan mengkonversinya menjadi energi panas yang digunakan

untuk memanaskan medium fluida seperti air atau udara yang dapat

digunakan secara langsung atau pun tidak langsung untuk berbagai aplikasi

seperti ; pemanas air (waterheater), pengering hasil pertanian (solardryer),

distilasi / desalinasi, memasak(solar cooker), pendingin surya (solar cooling),

pembangkit listrik (solar thermalpower plant), etc. Selain itu teknologi surya

termal juga berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai sumber pemanas

19

tambahan untuk proses-proses produksi pada industri yang membutuhkan

energi termal.

Gambar 2.9. Prinsip kerja PLTS (Patricia H. J., 2012)

Kendala yang dihadapi pada penerapan PLTS di Indonesia adalah

tingginya biaya investasi, piranti utama PLTS yaitu modul fotovoltaik masih

diimpor dari negara lain dan efisiensi dari modul fotovoltaik hanya sebesar

16% yang menyebabkan harga PLTS per kW masih tinggi.

IV. Analisa Potensi Energi Surya

Perencanaan potensi energi surya dihitung dengan menggunakan

modul yang paling efisien, yaitu modul monokristal Silikon (16 – 25%), ini

lebih tinggi dari Polikristal dengan efisiensi 14 – 16% dan Amorphous silicon

dengan efisiensi paling rendah 9 – 10,4 % dan berharga paling murah.

Intensitas radiasi matahari yang diterima oleh panel surya berpengaruh

terhadap daya keluaran panel, semakin rendah intensitasnya maka semakin

rendah daya yang dihasilkan.

20

Orientasi panel surya sangat penting untuk mencapai energi

maksimum.Untuk panel surya di lokasi belahan bumi utara katulistiwa maka

panel diorientasikan ke selatan dan demikian juga sebaliknya.Sudut

kemiringan panel akan menyebabkan daya maksimum jika sudut

kemiringannya sama dengan lintang lokasinya. Dalam simulasi penelitian ini,

diasumsikan daya maksimum diperoleh dengan memenuhi persyaratan di

atas.

Rumus perhitungan daya PLTS :

1. Menghitung PV Area :

(2.3)

Dimana :

EL adalah pemakaian energi (kWh/hari)

Gav adalah insolasi harian matahari rata-rata (kWh/m2/hari)

ƞ pv adalah efisiensi panel surya

TCF adalah temperatur correction factor

ƞOut adalah efisiensi inverter

2. Menghitung daya yang dibangkitkan PLTS (Watt peak)

P Watt peak = Area array x PSI x ƞpv (2.4)

Dimana :

PSI adalah peak solar insolation = 1000 W/m2

21

Ƞ pv= efisiensi panel surya

3. Menghitung jumlah panel PLTS (unit)

P watt peak Jumlah Panel Surya = --------------- P MPP (2.5)

Dimana :

PMPP adalah daya maksimum keluaran (output) panel surya (W).

C. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

1. Gambaran Umum Pembangkit Listrik Tenaga Air

Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) merupakan pembangkit

yang dapat mengubah energi dari air yang bergerak dalam jumlah

tertentu menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin air yang di

hubungkan pada generator listrik. Umumnya PLTA merupakan pusat

pembangkit tenaga listrik yang mengubah energi potensial air (energi

gravitasi air) menjadi energi listrik. Dimana hal tersebut air memiliki

tenaga potensial. Dalam proses aliran di dalam pipa pesat (penstock)

energi potensial berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetik, di

dalam turbin energi kinetik air di ubah menjadi tenaga mekanis di mana

air memutar roda turbin yang akan memutar generator untuk

menghasilkan energi listrik. Apabila dilihat dari daya yang dimanfaatkan

dari tenaga air, maka dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

22

- PLTA (kapasitas besar) = lebih dari 100 MW

- PLTA (kapasitas sedang) = 15 -100 MW

- PLTA (kapasitas kecil) = 1 – 15 MW

- PLTMH ( Mini Hidro) = 100 KW – 1 MW

- PLTMH ( Mikro Hidro) = 1 KW - 100 KW

- PLTPH (Piko Hidro) = kurang dari 1 KW

Pusat listrik tenaga air ini dapat di bangun apabila tiga hal utama yang

menjadi dasar yaitu:

1. Curah hujan dan debit air.

2. Daerah aliran sungai.

3. Tinggi terjun air.

2. Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Air Mikro ( PLTMH )

Pembangkit Listrik Tenaga Air Mikro (PLTMH) juga merupakan

pembangkit yang dapat mengubah energi air yang bergerak dalam

jumlah tertentu berskala kecil menjadi energi listrik yang berskala kecil

pula dengan menggunakan turbin air yang di hubungkan pada generator

listrik. Pusat listrik tenaga air mikro ini juga dapat di bangun apabila tiga

hal utama seperti pada PLTA secara umum.

Gambar

3. Prinsip Kerja PLTMH.

Sebuah pusat listrik tenaga air terdiri dari bendungan, waduk,

saluran-saluran air, dan sentral daya beserta semua perlengkapannya.

Deskripsi kerja suatu PLTMH meliputi aliran sungai, air sungai

yang mengalir akan di tampung di sebuah waduk yang di lengka

dengan intake gate

dalam saluran penghantar. Air akan mengalir di dalam pipa pesat

(Penstock) yang setelah melalui katup pintu masuk (

Gambar 2.10 Gambaran Umum PLTMH

Prinsip Kerja PLTMH.


saluran air, dan sentral daya beserta semua perlengkapannya.


yang mengalir akan di tampung di sebuah waduk yang di lengka

intake gate (Pintu Pengambilan Air) yang selanjutnya masuk ke


(Penstock) yang setelah melalui katup pintu masuk (Inlet Valve

23


saluran air, dan sentral daya beserta semua perlengkapannya.


yang mengalir akan di tampung di sebuah waduk yang di lengkapi

(Pintu Pengambilan Air) yang selanjutnya masuk ke


Inlet Valve) air akan

24

terus mengalir menuju roda turbin (Runner), runner akan akan memutar

poros turbin air, yang pada gilirannya akan menggerakan sebuah

generator listrik.

4. Proses Perubahan Energi Pada PLTAM

Energi tidak dapat di ciptakan dan tidak dapat di hilangkan

tetapi energi dapat di ubah dari bentuk satu ke bentuk energi yang lain

(Hukum Thermo-dinamika) Hukum thermo-dinamika inilah yang

mendasari prinsip kerja dari sebuah PLTAM. PLTAM merupakan pusat

pembangkit tenaga listrik yang mengubah energi potensial air (Energi

Gravitasi Air) menjadi energi listrik. Dimana hal tersebut air memiliki

tenaga potensial yang memanfaatkan ketinggian tertentu terhadap

bidang sehingga timbul gaya gravitasi karena adanya gaya tarik bumi.

Dalam proses aliran di dalam pipa pesat energi potensial

berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetik. Tekanan suhu ialah

konstant dan sama dengan tekanan atmosfir, sehingga pemindahan

energi semata-mata terjadi karena perubahan energi kinetik tanpa

perubahan ke bentuk lain.

Didalam turbin energi kinetik air di ubah menjadi energi mekanik

dimana air memutar roda turbin yang akan memutar generator untuk

menghasilkan energi listrik. Dimana proses perubahan energi listrik ini

25

terjadi dalam medium medan magnet dan bagian generator yang

membangkitkan GGL (Gaya Gerak Listrik) adalah stator karena

kumparan jangkar ada pada bagian tersebut, sedangkan medan

magnet timbul akibat adanya arus penguatan pada kumparan medan

rotor.

5. Pemilihan Lokasi PLTAM.

Untuk membangun sebuah Pusat Lstrik Tenaga Air Mikro

(PLTAM) di perlukan suatu aliran air atau sungai. Jika sepanjang tahun

ternyata sungai tidak pernah kering dan debit minimum masih cukup

besar. Aliran air yang deras menandakan cukupnya kemiringan pada

sungai tersebut, berarti adanya perbedaan tinggi muka air antara dua

tempat tertentu di bagian hulu da hilir sungai.

Tersedianya debit dan tinggi terjun yang mencukupi, berarti di

tempat tersebut sungai mempunyai cukup daya guna membangkitkan

tenaga listrik. Kendati demikian yang paling perlu di perhatikan dalam

menentukan pilihan pembangunan PLTMH adalah sebagai berikut:

1. Besarnya kapasitas tiap PLTMH harus di tentukan sedemikian

rupa sehingga tenaga airnya dapat di manfaatkan secara efektif.

2. Penentuan item pembangunan mana yang akan di dahulukan

pelaksanaannya harus di lakukan sesudah di adakan

26

pertimbangan terhadap kebutuhan secara menyeluruh dan

setempat serta lokasi yang ekonomis, disesuaikan dengan lokasi

kebutuhan.

6. Kapasitas Pembangkit

Untuk ini di tentukan aliran air dan debit di tempat itu serta tinggi

jatuh (head) dan besarnya waduk yang dapat di bangun sesuai dengan

keadaan geografisnya. Dari data ini kemudian di tentukan jumlah dan

jenis turbin air serta unit dari generator dan tenaga yang di hasilkan tiap

tahun.

Lebih lanjut sangat penting di perhatikan penentuan besarnya

kapasitas pembangkit tenaga, hal ini tergantung pada kecenderungan

kebutuhan tenaga dalam masa yang akan datang. Pembangkit-

pembangkit tenaga dengan kapasitas yang sama mungkin berbeda

biaya konstruksinya, tergantung dari beberapa keadaan misalnya letak

geografis, keadaan geologis dan lain-lain.

Dengan pertimbangan tersebut di atas, hal-hal berikut yang

sebaiknya sejauh mungkin di penuhi guna memperoleh biaya

pembangunan serendah mungkin:

1. Tinggi terjun air (head) yang mudah di peroleh, jumlah air yang

berlimpah-limpah dan daerah aliran sungai yang bagus.

27

2. Letak geografis dan geologis yang baik untuk bendungan dan gardu

sentral (Power House).

3. Letaknya bagus untuk pengangkutan bahan dan peralatan.

4. Biaya distribusi yang rendah.

Pada pengukuran debit ini tidak di ukur secara langsung dengan

suatu alat ukur atau metode tertentu, tetapi yang diukur langsung

adalah parameter-parameter sebagai berikut (metode cross section):

1. Kecepatan aliran sungai atau saluran.

2. Kedalaman sungai.

3. Luas penampang aliran.

4. Kondisi dasar sungai.

7. Prinsip Pembangkitan Energi Listrik dengan Pembangkitan Listrik

Tenaga Mikrohidro

Pembangkitan energi listrik dengan PLTMH merupakan proses

konversi energi mekanik yang dihasilkan oleh tenaga air menjadi energi

listrik. Ketinggian jatuh air efektif (Hnet) dari tingkat yang paling tinggi ke

tempat yang paling rendah dimanfaatkan untuk memutar turbin yang

selanjutnya akan memutar generator. Ketinggian jatuh air efektif dapat

dihitung dengan persamaan di bawah ini :

Hnet = Hgross – (hf sb + hf forebay) (2.6)

dimana : Hnet = Ketinggian jatuh air efektif (m)

28

Hgross = Ketinggian jatuh air maksimum terukur (m)

hf sb = Head fraction terhitung di bak pengendap (m)

hf forebay = Head fraction terhitung di bak penenang (m)

Persamaan umum untuk debit air adalah sebagai berikut :

Q = A . v (2.7)

dengan : Q = Debit air (m3/detik)

A = Luas penampang melintang saluran (m2)

v = Kecepatan rata-rata aliran air (m/detik)

Persamaan umum dari daya yang dihasilkan dalam semua

pembangkit tenaga air adalah sebagai berikut :

P = g H Q ηt ηg ηtr ( 2.8 )

dengan : P = Daya yang dihasilkan (Watt)

g = Gravitasi (9,81 m/detik2)

H = Ketinggian jatuh air maksimum (meter)

Q = Debit air (m3/detik)

ηt = Efisiensi dari turbin

ηg = Efisiensi dari generator

ηtr = Efisiensi dari transmisi mekanik

Berdasarkan persamaan di atas, maka usaha memperoleh

daya yang maksimal tergantung dari usaha memperoleh tinggi jatuh

air maksimal dan debit air secara maksimal.

8. Kelayakan Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

1. Kelayakan lokasi pembangkitan

Kelayakan pemilihan lokasi PLTMH berpedoman pada kondisi

geografis yang memenuhi skema teknis sebagai berikut :

a. Air yang berasal dari sungai dialirkan atau dimasukan ke dalam

bendungan.

b. Untuk pembangkitan dengan kapasitas sedang atau besar, air

dialirkan secara horisontal melalui saluran menuju bak

penampungan.

c. Setelah memutar turbin generator, air akan diali

pembuangan kembali ke sungai.

Gambar

2. Komponen-komponen pembangkit listrik tenaga mikrohidro

a. Komponen pekerjaan sipil

. Kelayakan Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro

Kelayakan lokasi pembangkitan



Air yang berasal dari sungai dialirkan atau dimasukan ke dalam

Untuk pembangkitan dengan kapasitas sedang atau besar, air


penampungan.

Setelah memutar turbin generator, air akan dialirkan melalui saluran

pembuangan kembali ke sungai.

Gambar 2.11 Skema teknis PLTMH

komponen pembangkit listrik tenaga mikrohidro

Komponen pekerjaan sipil

29

. Kelayakan Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro



Air yang berasal dari sungai dialirkan atau dimasukan ke dalam

Untuk pembangkitan dengan kapasitas sedang atau besar, air


rkan melalui saluran

30

Komponen pekerjaan sipil meliputi pekerjaan bangunan-bangunan

antara lain :

- Bangunan Pengelak

Bangunan pengelak berfungsi untuk mengalihkan aliran sungai

melalui sebuah saluran pembuka pada sisi bagian sungai menuju

ke dalam bak pengendap

- Saluran Pelimpah (spillway)

- Bak Pengendap (sattling basin)

- Saluran Pembawa (headrace)

Gambar 2.12 Bak Penenang dan pipa pesat

Perencanaan dimensi saluran pembawa berdasarkan persamaan

Manning di bawah ini :

� = � �� ⁄ �� ⁄ (2.9) dengan : Q = Debit air yang mengalir (m3/detik)

A = Luas penampang basah (m2)

31

n = Koefisien kekasaran material

R = Jari-jari hidrolis (m)

S = Kemiringan saluran

- Bak Penenang (forebay)

- Pipa Pesat (penstock)

Diameter minimum pipa pesat dapat dihitung dengan persamaan :

� = 2,69 �� ,��

(2.10)

dengan : D = Diameter minimum pipa pesat (meter)

n = koefisien kekasaran (roughness) bahan

Q = Debit desain (m3/detik)

L = Panjang pipa pesat (meter)

Hnet = Tinggi jatuh efektif air (meter)

Tabel 2.1. Koefisien kekasaran (n) material untuk pipa pesat

No Material Koefisien Kekasaran

1. Welded steel 0,012

2. Polyethylene 0,009

3. Polyvinyl chloride 0,009

4. Asbestos cement 0,011

5. Cast iron 0,014

6. Ductile iron 0,015

Sumber : Layman, 1998

32

Sedangkan ketebalan minimum pipa pesat dapat dihitung dengan

persamaan :

tmin = 2,5 D + 1,2 mm (2.11)

dengan : t min = Ketebalan minimum pipa pesat (mm)

- Rumah Pembangkit (power house)

- Saluran Pembuangan (rail race)

b. Komponen pekerjaan mekanikal dan elektrikal

Komponen pekerjaan ini meliputi pengerjaan peralatan mekanikal dan

elektrikal antara lain :

- Turbin Air

Pemilihan jenis turbin air dapat diperhitungkan dengan

mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang

mempengaruhi sistem operasi turbin, antara lain ketinggian jatuh

air efektif (Hnet) dan besarnya debit air (Q) yang akan

dimanfaatkan.

Tabel 2.2. Jenis-jenis turbin air menurut ketinggian jatuh air efektif

Jenis

Turbin

Ketinggian Jatuh Air Efektif

Tinggi

(> 100 m)

Sedang

(10 – 15 m)

Rendah

(

33

Multi-jet Pelton Multi-jet Pelton

Reaksi Francis (spiral

case)

Francis (open-

flume)

Propeller

Kaplan


Tabel 2.3. Daerah operasi turbin air

No Jenis Turbin Variasi Ketinggian (H)

1. Kaplan dan Propeller 2 < H < 20 meter

2. Francis 10 < H < 350 meter

3. Pelton 50 < H < 1000 meter

4. Crossflow 6 < H < 100 meter

5. Turgo 50 < H < 250 meter


Pengaruh ketinggian jatuh air efektif (Hnet) dan besarnya

debit air (Q) dalam pemilihan turbin air dapat dilihat pada pada

gambar daerah operasi turbin di bawah ini.

34

Gambar 2.13. Daerah operasi untuk pemilihan turbin air

Efesiensi turbin yang diinginkan berkait dengan tinggi

jatuh efektif dan besar debit air yang tersedia.

Tabel 2.4. Efesiensi turbin air No. Jenis Turbin Efisiensi (η)

1. Crossflow 0,7 – 0,8

2. Francis 0,8 – 0,9

3. Pelton 0,8 – 0,85

4. Propeller dan Kaplan 0,8 – 0,9


Kecepatan putaran turbin air yang akan ditransmisikan

ke generator.

Tabel 2.5. Kisaran kecepatan spesifik turbin air No. Jenis Turbin Kecepatan Spesifik Ns (rpm)

1. Crossflow 40 ≤ Ns ≤ 200

35

2. Francis 60 ≤ Ns ≤ 300

3. Pelton 12 ≤ Ns ≤ 25

4. Propeller dan Kaplan 250 ≤ Ns ≤ 1000


Beberapa rumus untuk mencari kecepatan spesifik turbin

dikembangkan dari berbagai penelitian.

Tabel 2.6. Rumus-rumus kecepatan spesifik turbin air Jenis

Turbin

Rumus Kecepatan

Spesifik Ns (rpm) Peneliti dan Tahun

Propeller Ns = 2702 / H0,5 USBR, 1976

Pelton Ns = 85,49 / H0,243 Siervo dan Lugaresi, 1978

Crossflow Ns = 513,25/ H0,505 Kpordze dan Warnick, 1983

Francis Ns = 3763 / H0,854 Schweiger dan Gregory,1989

Kaplan Ns = 2283 / H0,486 Schweiger dan Gregory,1989


Persamaan kecepatan spesifik dari turbin air adalah :

�� = � √!��" #⁄ (2.12) dengan : ns = Kecepatan spesifik turbin air (rpm)

n = Kecepatan putar turbin air (rpm)

36

P = Daya yang dibangkitkan (kW)

Hnet = Tinggi jatuh air efektif (m).

Diameter runner minimum dari sebuah turbin air dapat

ditentukan dengan persamaan di bawah ini :

�$%��&$ = ' ��,�(�� (2.13)

dengan : Drunner = Diameter minimum runner (mm)

Q = Debit air terhitung (m3/detik)

D. PERANGKAT LUNAK HOMER

HOMER® adalah singkatan dari the Hybrid Optimisation Model for

Electric Renewables, salah satu tool populer untuk desain sistem PLTH

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 dalam melayani beban listrik.

HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewables),

merupakan software optimasi model sistem tenaga listrik mikro. Beberapa

fungsi dari HOMER adalah:

37

1. Mencari kombinasi komponen sistem dengan biaya terendah yang sesuai

dengan beban.

2. Mensimulasikan ribuan kemungkinan konfigurasi sistem.

3. Optimasi dari biaya keseluruhan sesuai dengan umur sistem dan analisis

sensitifitas dari beberapa input.

HOMER bekerja berdasarkan 3 (tiga) hal, yaitu simulasi, optimisasi,

dan analisa sensitifitas. Ketiga hal tersebut bekerja secara berurutan,

dan memiliki fungsi masing-masing, sehingga didapatkan hasil yang

optimal (Prityatomo, 2009).

1. Simulasi

HOMER melakukan simulasi pengoperasian sistem pembangkit

listrik tenaga hibrid dengan membuat perhitungan keseimbangan energi

selama 8.760 jam dalam satu tahun. Untuk setiap jamnya, HOMER

membandingkan kebutuhan listrik dengan energi yang dapat dipasok oleh

sistem pada jam tersebut, dan menghitung aliran energi dari dan ke

setiap komponen dari sistem. Untuk sistem dengan baterai atau

generator bahan bakar, HOMER juga memutuskan kapan akan

mengoperasikan generator dan mengisi atau mengosongkan baterai.

38

2. Optimasi

Setelah disimulasi, tahapan selanjutnya adalah mengoptimasi semua

kemungkinan konfigurasi sistem kemudian diurutkan berdasarkan NPC

yang digunakan untuk membandingkan pilihan desain sistem.

3. Analisa Sensitivitas

Ketika variabel sensitivitas ditambahkan, HOMER mengulangi proses

optimasi untuk setiap variabel sensitivitas yang ditentukan. Misalnya jika

ditetapkan radiasi matahari atau kecepatan angin sebagai sensivitas

variabel, HOMER akan mensimulasikan sistem konfigurasi untuk berbagai

radiasi matahari atau kecepatan angin yang telah ditetapkan.

Gambar 2.14. Hubungan konseptual antara simulasi, optimasi, dan analisis sensitivitas HOMER (Lambert et al., 2006).

Pada gambar 2 . 1 4 menggambarkan hubungan antara simulasi,

optimasi, dan analisis sensitivitas. Optimasi melingkupi simulasi untuk

mewakili fakta bahwa optimasi tunggal terdiri dari beberapa simulasi.

39

Demikian pula, analisis sensitivitas melingkupi optimasi karena analisis

sensitivitas tunggal terdiri dari beberapa optimasi (Lambert et al., 2006).

HOMER mensimulasikan sistem operasi dari sebuah sistem

berdasarkan perhitungan masing-masing energi untuk 8.760 jam dalam 1

tahun. HOMER membandingkan beban listrik dan thermal dalam satu jam

untuk energi yang dapat disuplai oleh sistem pada waktu tersebut. Jika

sistem memenuhi beban sepanjang tahun, HOMER memperkirakan biaya

siklus hidup dari sistem, menghitung biaya modal, penggantian, operasi dan

pemeliharaan, bahan bakar dan bunga. Aliran energi perjam dapat dilihat

pada masing-masing komponen, serta biaya tahunan dan rangkuman kinerja

sistem.

Setelah mensimulasikan semua kemungkinan konfigurasi sistem,

HOMER menampilkan daftar kelayakan sistem, yang diurutkan berdasarkan

lifecycle cost. Sistem dengan biaya terendah berada di bagian atas dari

daftar sehingga dapat dengan mudah ditemukan dan juga daftar dari

kelayakan sistem lainnya dapat dicari. Skema HOMER ditunjukkan pada

gambar berikut :

40

Gambar 2.15. Skema pembangkit hybrid

Gambar 2.16. Arsitektur simulasi dan optimasi HOMER

41

E. Rasio Elektrifikasi ( RE )

Penetrasi infrastruktur kelistrikkan di suatu daerah dapat dilihat dari 2

(dua) indikator yaitu Rasio Elektrifikasi dan Konsumsi Energi Per Kapita.

Rasio elektrifikasi merupakan persentasi dari jumlah rumah tangga

pengguna listrik terhadap keseluruhan rumah tangga yang ada di suatu

daerah. Sedangkan Konsumsi energy per Kapita adalah rata-rata konsumsi

energy listrik tahunan untuk setiap penduduk dalam suatu daerah tertentu.

Berdasarkan data dari Dirjen Ketenagalistrikkan Kementrian ESDM

(Ketenagalistrikkan, 2016), rasio elektrifikasi di Indonesia pada tahun 2015

sebesar 88.03%. Untuk Provinsi Papua nilai Rasio Elektrifikasi sebesar 45,93

% pada tahun 2015. Berdasarkan laporan BAPPEDA tentang profil

Infrastruktur di Papua, kontribusi nilai yang paling besar untuk rasio

elektrifikasi berasal dari daerah-daerah pesisir. Untuk daerah pegunungan,

nilai RE sangat kecil (Bappeda Papua, 2015).

42

Gambar 2.17 Rasio Elektrifikasi Nasional Tahun 2015

Rencana Pengembangan Pembangkit melalui Program Indonesia Terang

Pemerintah melalui Kementrian ESDM telah mencanangkan Program

Indonesia Terang (PIT) pada 21 April, sebagai upaya pemerintah

menyediakan akses listrik bagi 12.659 desa yang belum memperoleh aliran

listrik secara memadai. Prioritas diberikan bagi 2.519 desa di di Nusa

Tenggara Timur, Nusa Tenggara Barat, Maluku, Maluku Utara, Papua, dan

Papua Barat yang benarbenar masih gelap, karena belum tersentuh aliran

listrik.

PIT berfokus pada perluasan transmisi listrik ke 10.300 desa dan

pembangunan penyediaan listrik bagi 2.519 desa yang tergolong masih gelap

tersebut. Saat mencanangkan PIT di Kabupaten Maybrat, Papua Barat,

43

Menteri ESDM Sudirman Said menjelaskan total kapasitas yang perlu

terpasang sebesar 350 MW, denganasumsi konsumsi rata-rata listrik per hari

1,5 kWh per keluarga. Dalam hubungan dengan PIT ini, dibutuhkan dana

sebesar Rp100 triliun. Anggaran sebesar itu, diharapkan dapat dipenuhi oleh

investor korporasi sebesar 80 persen, serta 20 persen sisanya atau sekitar

Rp20 triliun bersumber dari APBN untuk kebutuhan investasi. Dalam tahun

anggaran 2016 ini, pemerintah telah mengalokasikan dana dari APBN

sebesar Rp441 miliar untuk pembangunan jaringan listrik berkapasitas 9,4

MW di enam provinsi tersebut. PIT dalam pandangan Menteri ESDM menjadi

dasar untuk memacu pembangunan energi baru terbarukan (EBT), karena

jenis energi tersebut paling cocok untuk mengatasi kesenjangan di wilayah

yang jauh dari jaringan listrik nasional. (Endang K, 2016).

Program ini bukan merupakan bagian dari Program 35.000 MW, tetapi

program Indonesia Terang lebih bertujuan pada peningkatan rasio

Elektrifikasi. Kabupaten Yahukimo merupakan salah satu wilayah yang

menjadi target dari program tersebut. Dari rencana yang telah disusun oleh

Pemerintah dapat dilihat bahwa daerah-daerah yang belum terlistriki

termasuk di Kabupaten Yahukimo sampai tyahun 2019 akan di berikan akses

listrik melalui pembanguinan pembangkit-pembangkit listrik baru yang

bersumber pada Energi terbarukan. Gambar berikut memjelaskan tentang

rencana pemerintah untuk meningkatkan rasio elektrifikasi di daerah-daerah

44

yang sulit terjangkau termasuk Kabupaten Pegunungan Bintang. (ESDM,

2016)

Gambar 2.18 Percepatan Elektrifikasi di Papua (2016-2019) melalui Program Indosesia Terang

F. GAMBARAN UMUM DISTRIK BORME

1. Kondisi Geografis dan Administratif

Secara Geografis distrik Borme merupakan salah satu distrik di

Kabupaten Pegunungan Bintang propinsi Papua dimana kabupaten ini

terletak di antara 140 00’00’’ BT dan 3 04’00” – 5 20’00” LS. Luas kabupaten

Pegunungan Bintang adalah sebesar 15.683 km2 atau sekitar 4,01 % dari

luas Provinsi Papua.

Batas Wilayah Kabupaten Pegunungan Bintang adalah :

� Sebelah Utara : Berbatasan dengan distrik Kaureh

kabupaten Jayapura, serta distrik Web kabupaten Keerom.

45

� Sebelah Timur : Berbatasan dengan Negara Papua New

Gugini (PNG).

� Sebelah Selatan : Berbatasan dengan distrik Waropko dan

distrik Kouh kabupaten Boven digoel.

� Sebelah Barat : Berbatasan dengan distrik Suator

kabupaten Asmat, distrik Ninia dan distrik anggruk kabupaten

Yahukimo.

Kabupaten Pegunungan Bintang secara administrasi memiliki 10

distrik dan 91 Kampung / desa . Dan distrik Borme merupakan salah satu dari

10 distrik di Pegunungan Bintang, yang secara geografis terletak antara

140.1833 ’ – 140.5333’ BT dan 3.96677’ – 4.4833’ LS, dengan luas wilayah

5.548,54 km2. Secara administrasi ibukotanya adalah Bormel, yang terdiri

dari 13 kampung, distrik ini merupakan salah satu distrik yang terletak jauh

dari pusat kota, yang tidak mendapat pasokan energi listrik dari PLN karena

letak pembangkit dengan beban sangat jauh. Karena pada daerah ini belum

tersedianya energi listrik, maka sangatlah tepat untuk menggunakan

teknologi dari energi terbarukan yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro ( PLTMH ). Distrik Borme terdiri dari

4383 jumlah penduduk dan 1087 jumlah kk seperti tabel 2.7

46

Tabel 2.7 DATA JUMLAH PENDUDUK DISTRIK BORME THN 2016

NO DESA/KAMPUNG JMLH PENDUDUK JMLH KK

1 BORME 663 162

2 OMBAN 342 85

3 SIKUBUR 380 94

4 ONYA 487 121

5 ARINA 473 119

6 BORDAMBAN 457 114

7 ARINGGON 205 51

8 BUKAM 234 58

9 KWIME 216 53

10 KOLGIR 254 63

11 CANGDAMBAN 165 41

12 LAYDAMBAN 290 72

13 SEBAN 217 54

JUMLAH 4383 1087

Letak Geografis Decimal Degree DMS

Lintang 3.9667 LS - 4.4833 LS 3º58'00" S - 4º29'00"S

Bujur 140.1833 BT - 140.5333 BT

140º11'00"E - 140º32'00"E

Titik Bandara Borme

47

Lintang 4.3945 LS 4º23'40.2"S

Bujur 140.4361 BT 140º26'9.96"E Sumber : Statistik Kab.Peg.Bintang thn 2015

2. Kondisi Kelistrikan ( Existing System )

Kelistrikan di distrik Borme ini disuplai oleh 2 b u a h genset dengan

kapasitas 30 KVA dan 10 KVA, PLTMH 40 KVA dan PLTS Terpusat 22 KWp

dengan jumlah pelanggan sebesar 1087 rumah tangga, yang dikelola

secara perorangan. Gambar grafik dibawah ini dapat menjelaskan gambaran

rasio elektrifikasi ( RE ) di 13 desa /kampung di distrik Borme.

Gambar 2.19.Sebaran Rasio Elektrifikasi di 13 desa/kampong

Karena minimnya infrastruktur kelistrikan, sebagian besar wilayah di

perkampungan / desa distrik Borme masih dibawah RE 50 %. Hal ini karena

tingkat medan geografis yang sulit. Seperti pada gambar dibawah ini terlihat

presentase jumlah KK yang sudah terlistriki (RE) dan jumlah KK yang non

RE.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

KK

RE

Gambar 2

Dengan membandingkan

jumlah KK yang belum terlistriki ( Non RE) seperti pada gambar diatas, maka,

dapat kita lihat presentase KK yang sudah RE sebesar 58,79 % dan

presentase KK yang belum terlistriki (Non RE ) sebesar 41,21 %,

menunjukkan bahwa

dibawah rata-rata RE nasional

di Papua adalah wilayah yang luas dengan situasi yang terkurung daratan

dan pegunungan serta kepadatan penduduk rendah. Tapi sekali lagi, kendala

geografis dan demografis membuat energi listrik tidak tersebar baik di Papua.

3. Potensi Energi Terbarukan

Intensitas radiasi

menentukan latitude

longitude ini digunaka

setiap harinya berdas

terletak pada 4° 3 9 4 5

Gambar 2.20. Presentase Jumlah KK RE dan Non RE

membandingkan jumlah KK yang sudah terlistriki (RE) dan


presentase KK yang sudah RE sebesar 58,79 % dan


menunjukkan bahwa secara keseluruhan tingkat RE di distrik Borme

rata RE nasional sebesar 88.30%. Alasan utama RE terend




Potensi Energi Terbarukan di Distrik Borme

iasi matahari dalam HOMER didapatk

dan longitude dari suatu daerah. Dari l

an untuk menghasilkan pola intensitas radiasi

sarkan data rata-rata bulanan. Distrik Borme

3 9 4 5 ’ LS dan 140° 4 3 6 1 ’ BT maka intensit

NON RE

41.21 %

R E

58.79 %

48

.20. Presentase Jumlah KK RE dan Non RE

jumlah KK yang sudah terlistriki (RE) dan


presentase KK yang sudah RE sebesar 58,79 % dan


secara keseluruhan tingkat RE di distrik Borme masih

88.30%. Alasan utama RE terendah




kan dengan

latitude dan

iasi matahari

Distrik Borme y a n g

sitas radiasi

49

matahari dapat dilihat pada Tabel 2 . 8 dengan rata-rata 5.098

KWh/m2/hari. Nilai ini mendekati nilai yang dilakukan referensi (Permana,

2008) sebesar 5.14 KWh/m2/hari, perbedaannya adalah 0.041

KWh/m2/hari atau 0.798%.

Tabel 2.8 Radiasi matahari Distrik Borme (NASA, 2015)

Sedangkan untuk potensi PLTMH di distrik Borme dapat digambarkan

sebagai berikut :

Sebuah lokasi mengandung potensi tenaga listrik yang dapat

dimamfaatkan menjadi PLTMH apabila mempunyai karakter sebagai berikut :

Bulan

RRadiasi Harian

(KWh/m2/d)

Suhu S u h u rata-rata (oC)

Kecepatan rata-

rata (m/s)

Januari 4.990 25.74 4.68

Februari 5.000 25.76 4.81

Maret 5.150 25.81 4.23

April 4.870 25.8 4.09

Mei 4.550 25.52 4.75

Juni 4.330 24.93 4.67

Juli 4.600 24.46 4.9

Agustus 5.230 24.82 4.87

September 5.860 25.8 4.69

Oktober 6.010 26.66 4.05

November 5.550 26.59 3.85

Desember 5.040 25.89 4.31

Rata-rata 5.098 25.65 4.49

50

a.Debit Air

Besarnya debit air sangat tergantung pada banyaknya air yang

mengalir, kecepatan air yang mengalir dan besarnya penampang dari air

mengalir persatuan waktu. Semakin cepat aliran air semakin besar tenaga

listrik yang bisa dibangkitkan.

Pengukuran Debit Air di Lokasi Sungai Borme :

Gambar 2.21. Pengukuran debit air di lokasi

b.Head

Semakin besar tinggi terjun maka daya yang bisa dibangkitkan

semakin besar pula, dan semakin terjal lokasi terjunan akan semakin

ekonomis sebab dapat mengurangi panjang penstock.

Pada kondisi tertentu dimana tidak dapat ditemukan head yang cukup

besar, maka dapat juga dimungkinkan dengan syarat lokasi tersebut

mempunyai debit air cukup memadai untuk dapat memutar turbin, seperti

51

halnya pada lokasi perencanaan ini dengan head yang tidak terlalu tinggi

tetapi didukung oleh debit air yang memungkinkan.

c.Jangkauan

Potensi air yang menjanjikan cenderung mahal untuk disadap apabila

terletak sangat jauh dari lokasi pelayanannya (load source). Jarak power

house dengan arel pemukiman penduduk yang akan dilayani mempunyai

batasan optimum, kelau terlalu jauh akan membuat panjang jaringan kabel

transmisi terlalu besar serta mengalami hambatan berupa rugi effiseinsi

sehingga kurang ekonomis.

Berdasarkan beberapa prasyarat di atas dapat disimpulkan bahwa

lokasi perencanaan di Borme mempunyai potensi dari head yang tidak

terlalu besar namun didukung oleh debit air yang cukup memadai serta lokasi

pembangkit yang jaraknya tidak terlalu jauh dari pemukiman penduduk.

Berdasarkan pengukuran di lokasi didapatkan parameter-parameter

sebagai berikut :

Tabel 2.9 Hasil Pengukuran Potensi PLTMH

NO PARAMETER NILAI

1 Kecepatan aliran rata-rata (m/s) 0.2

2 Kedalaman Rata-rata (m) 0.82

3 Luas Penampang (m2) 0.78

4 Lebar Penampang Sungai (m) 7.6

5 Debit Ar ( m3 ) 0.58

6 Head (m) 15,5

52

G. Penelitian Terkait

Upaya meningkatkan rasio elektrifikasi di kab.Pegunungan Bintang ini

telah dilakukan oleh Pemerintah Daerah melalui pembangunan beberapa

pembangkit listrik energy terbarukan yang dibangun bersama dengan

beberapa kementrian dan juga bekerjasama dengan PLN diantaranya

dengan membangun Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH) Surya-

Diesel 300kWp pada tahun 2011. Melalui kajian mengenai Analisis

Tekno-Ekonomis Sistem Pembangkit Listrik Hibrid (PLTH) Surya-Disel

300kWp di Oksibil Kabupaten Pegunungan Bintang, memberikan

gambaran dari hasil penelitian ini adalah menganalisa kinerja dari PLTH

ditinjau dari sisi teknis (optimasi operasi pembangkit) dan sisi ekonomis

(harga jual energi yang dihasilkan pembangkit berdasarkan sumber energi

yang terpakai). Faktor penggunaan pembangkit dilihat dari factor utilitas

sudah sangat besar sehingga dapat berakibat pada lama operasi

pembangkit yang semakin cepat apabila ada penambahan beban

pelanggan meskipun dengan persentasi yang kecil. Belum adanya

kejelasan mengenai pembiayaan bahan bakar disel, disebabkan sumber

dana bahan bakar disediakan pemda, tetapi biaya konsumen dibayarkan

langsung ke PLN. ( Herbert Innah, dkk.2014)

Penelitian terkait oleh AF Juwito, 2015, journal UMY.” Optimalisasi

Energi Terbarukan Pada Pembangkit Tenaga Listrik Dalam Menghadapi

53

Desa Mandiri Energi Di Margajaya”. Pada Penelitian tersebut dengan

menggunakan software homer dan hasil rancangan simulasi yang

dilakukan terhadap model sistem pembangkit hybrid yang terdiri dari

sistem mikrohidro, PV Array, biomassa dan grid menyimpulkan bahwa :

hasil optimisasi energi terbarukan untuk pembangkit listrik hybrid, jumlah

energi listrik yang dihasilkan oleh model sistem hybrid ini dapat memenuhi

kebutuhan energi listrik di Desa Margajaya. Dan sistem optimal

menunjukkan bahwa energi listrik yang dihasilkan dapat disalurkan ke grid

(PLN), sehingga dapat menjadi pemasukan kas di Desa Margajaya.

Penelitian selanjutnya oleh Rony Rewansa dkk 2014 yaitu

”Refesiability studi PLTMH Iwur di kab.Pegunungan Bintang ”

menggambarkan bahwa Program pembangunan PLTMH Iwur sangat

strategis untuk mengembangkan dan mendorong kegiatan pembangunan

masyarakat. Keberadaan PLTMH dikemudian hari bukan sekedar

memenuhi kebutuhan pelistrikan desa, tetapi berpotensi untuk mendorong

kegiatan ekonomi produktif melalui program “Community & Business

Development Services”.

Penelitian selanjutnya oleh Herbert Innah, Jakobus Kariongan, ( 2016)

tentang “ Electrification ratio and renewable energy in Papua propinsi “ (

Published by the American Instituti of Physics ) menggambarkan bahwa

pemerintah Indonesia melalui Kementerian Energi dan Sumber Daya

Mineral, pada awal tahun 2016 memperkenalkan sebuah program

54

bernama “Indonesia Terang” . Tujuan dari program ini adalah untuk

mempercepat Ratio Elektrifikasi (RE) dengan prioritas pada enam

provinsi di wilayah timur Indonesia termasuk Provinsi Papua. Target dari

RE di Indonesia pada 2019 adalah 97%. Sementara RE nasional

Indonesia sudah mencapai 88.30% di tahun 2015, Papua masih

menunjukkan RE terendah (45.93%) di antara provinsi yang lain. Skenario

untuk meningkatkan RE di wilayah Timur dengan menghubungkan

konsumen di desa-desa yang belum diberi sumber Energi Terbarukan

(Renewable Energy). Penelitian ini menunjukkan sebuah gambaran

situasi saat ini dari Infrastruktur dan operasional Ketenagalistrikan

terutama di daerah pegunungan yang berpenduduk tinggi dibandingkan

dengan daerah pesisir meskipun rata-rata RE di bawah 10%. Studi kasus

profil infrastruktur ketenagalistrikan dari wilayah pegunungan dilakukan

untuk mengidentifikasi dan mengungkap tantangan demi mencapai tujuan

Indonesia Terang. Selain itu, penilaian visibilitas sesuai target yang tinggi

dari program ini akan ditunjukkan.

55

H. Kerangka Pikir

PROBLEM

Terbatasnya Kapasitas pembangkit dan kurang optimal

HASIL

TARGET IMPLEMENTASI

OLAH DATA

Optimasi dan Divertifikasi energi

State dan Dinamik

Analisis tentang karakteristik daya keluaran yang dihasilkan

oleh model sistim yang optimal,berdasarkan hasil konfigurasi

sistim yang optimal oleh homer serta analisa identifikasi potensi

pengembangan kapasitas pembangkit

Energi listrik yang dihasilkan oleh model sistim homer ini

dapat memenuhi kebutuhan energy listrik dan tercapainya

desa mandiri energy serta peningkatan rasio Elektrifikasi

elektrifikasiAnalisis sebelum dan sesudah injeksi daya baru

56

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Tahapan Penelitian

1. Waktu dan Tempat Penelitian

Waktu penelitian akan dilaksanakan dari Oktober 2016 hingga April

Oktober 2018.

Adapun lokasi penelitian akan dilaksanakan di :

1. Distrik Borme, Kab.Pegunungan Bintang Propinsi Papua

2. Laboratorium Teknik Energi Listrik, Jurusan Elektro, Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin , Makassar.

2. Jenis Penelitian

Jenis penelitian ini merupakan penelitian eksperimental yang bersifat

analisis sehingga dari ruang lingkup masalah dapat dilakukan dengan

metode studi pustaka (library research), metode pengumpulan data (field

research) dan analisis.

3. Teknik Pengumpulan Data

Teknik pengumpulan data terdiri dari pengumpulan data primer dan

pengumpulan data sekunder:

a. Data Primer

Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data parameter-

parameter pada kedua sistim pembangkit, data beban dan juga

57

kajian/identifikasi potensi PLTMH jika memungkinkan untuk pengembangan

kapasitas pembangkit.

b. Data Sekunder

Dalam metode ini dilakukan pencarian sebanyak mungkin literature

yang ada, baik dari buku, jurnal maupun internet.

4. Parameter Ukur

Parameter ukur yang akan digunakan pada penelitian ini yaitu simulasi

dengan menggunakan software homer untuk menentukan konfigurasi system

berdasarkan keekonomian sistemnya yaitu NPC, menentukan kapasitas PV

yang optimal, pengukuran debit (Q), pengukuran head (H) untuk

pengembangan potensi kapasitas PLTMH.

5. Alat Penelitian

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah :

a. Software :

- Windows 8

- Aplikasi Homer versi 8.1

b. Hardware :

- Laptop Asus Processor Core i7

- Hardisk1 TB HDD

- RAM DDR3 4GB

- Kamera Cannon

- Alat Ukur Clamp Meter Aditeg ADC-1000

- Alat Ukur Energi Meter

58

B. Perancangan Penelitian

Perancangan untuk menyelesaikan penelitian ini dapat dilihat pada

Gambar 3.1 sebagai berikut :

Gambar 3.1 Alur Diagram Penelitian

DIVERGEN

KONVERGEN

START

STUDI LITERATUR DAN

SURVEI LAPANGAN

DATA PRIMER DATA SEKUNDER

DATA UNTUK

PERHITUNGAN DAN

SIMULASI

PERHITUNGAN

DAN SIMULASI

HOMER

IDENTIFIKASI POTENSI /

MODIFIKASI BEBAN

ANALISA HASIL

STOP

59

Selanjutnya untuk mendapatkan hasil simulasi Homer secara khusus

dapat dibuatakan alur diagramnya sebagai berikut :

Gambar 3.2 Alur Simulasi Homer

60

C. Teknik Validasi Data

Validasi data dilakukan dengan 4 teknik yaitu :

1. Terhadap ahli dan praktis dilakukan melalui diskusi intensif

terhadap teori – teori yang berhubungan dengan judul penelitian.

2. Pengumpulan teori – teori yang berhubungan dengan penelitian.

3. Menelaah teori – teori yang berhubungan dengan penelitian yang

relevan.

4. Menggunakan pengalaman atau intuisi peneliti sendiri

D. Teknik Analisis Validasi Data

Dari hasil validasi tersebut, selanjutnya dianalisis dengan cara

mensimulasikan data – data yang sudah diperoleh dengan bantuan aplikasi

software Homer versi 8.1, dan juga dengan analisis tekno photovoltaic array

serta analisis identifikasi potensi pengembangan kapasitas pembangkit

mikrohidro.

61

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Simulasi

Konfigurasi sistem dimodelkan terdiri dari PLTMH, PLTD dan PLTS beserta

penyimpanan energi (baterai). Model sistem ini disajikan pada Gambar 4., dimana

sistem ini terdiri atas 2 bus, yaitu Bus AC dan Bus DC. PLTMH dan PLTD terhubung

pada Bus AC sedangkan PLTS dan baterai terhubung pada Bus DC. Hasil simulasi

ini memberikan beberapa konfigurasi yang dapat menyuplai beban secara kontinyu

dalam setahun. Hasilnya disajikan pada Tabel 4.1 dibawah ini. Konfigurasi sistem

yang dihasilkan ini berdasarkan keekonomian sistemnya yaitu NPC. Hasil simulasi

menempatkan sistem yang mempunyai NPC terkecil yang dianggap optimal untuk

memenuhi kebutuhan beban.

Gambar 4.1 Model simulasi sistem pada HOMER.

62

Tabel 4.1. Hasil simulasi system

No.

PLTS

(kW)

PLTMH

(kW)

PLTD

(kVA)

Converter

(kW)

Baterai

(buah)

Biaya

Awal

($)

NPC

($)

COE

($)

1 52 40 1 x 10 75 268 429,751 981,662 0.199

2 58 40 1 x 30

1 x 10 75 272 445,547 1,200,265 0.238

3 58 40 1 x 30 80 272 446,797 1,228,600 0.244

4 40 1 x 30

1 x 10 65 256 301,459 1,341,701 0.269

Hasil simulasi berdasarkan Tabel 4.1, memberikan sistem yang optimal adalah

sistem yang dengan konfigurasi PLTMH 40 kW, PLTD 1 x 10 kW, PLTS sebesar 52

kW, baterai sebanyak 268 buah. Konfigurasi ini memberikan NPC paling kecil dari

pada konfigurasi sistem yang lain yaitu sebesar $ 981,662. Akan tetapi tujuan yang

akan dicapai dalam penelitian ini yaitu mendesain sebuah sistem untuk menentukan

kapasitas PV yang optimal untuk memenuhi kebutuhan beban, karena PLTMH dan

PLTD sudah ada.

Berdasarkan hasil simulasi pada Tabel IV.1 di atas, kapasitas PV yang optimal

untuk beban adalah sebesar 58 kW, sehingga sistem baru yang optimal dapat

dikembangkan adalah sistem dengan konfigurasi PLTMH 40 kW, PLTD 1 x 30 kW

dan 1 x 10 kW, PLTS sebesar 58 Kw, baterai sebanyak 272 buah dan konverter

sebesar 75 kW.

63

B. Analisis dan Pembahasan Hasil Simulasi Sistem Optimal

1. Faktor Ekonomi

Sistem konfigurasi PLTMH 40 kW, PLTD 1 x 30 kW dan 1 x 10 kW, PLTS

sebesar 58 Kw, baterai sebanyak 272 buah dan konverter sebesar 75 kW,

menghasilkan biaya investasi sebesar $ 445,547, NPC $ 1,200,265, COE, 0.238

$/kWh dan biaya operasi 65,800 $/thn. Gambar 4. menujukan cost summary sistem

ini, berdasarkan gambar tersebut biaya awal sebesar 37% yang meliputi biaya

pengadaan panel surya beserta kelengkapnnya, baterai konverter dan biaya sipil

untuk pembangunan sistem PLTS sebesar $445,547, biaya penggantian 36

%sebesar $ 440,826 yang merupakan biaya penggantian baterai dan konverter,

biaya O & M 6% sebesar 78,485 yang meliputi baiaya O & M untuk PLTD, serta gaji

dan biaya bahan bakar sebesar 21% untuk PLTD dengan total sebesar $ 257,170.

Biasa sisa (salvage) merupakan nilai sisa dari sistem yang terdiri dari komponen

PLTD, baterai dan konverter sebesar $ 21,762. Besarnya biaya penggantian ini

disebabkan karena, baterai mengalami penggantian sebanyak 8 kali selama umur

sistem perencanaan. Berdasarkan hasil simulasi umur baterai selama 2.63 tahun.

Gambar 4.2. Cost summary sistem

Capital Replacement Operating Fuel Salvage-100,000

0

100,000

200,000

3

Documents

OPTIMASI SISTIM PEMBANGKIT HYBRID PLTMH DAN PLTS …digilib.unhas.ac.id/uploaded_files/temporary/Digital... · 2020. 12. 26. · 6. Bapak Yusri Syam Akil,ST,MT,Ph.D sebagai Dosen