Renewable Energy Surya Bayu Diesel

8/19/2019 Renewable Energy Surya Bayu Diesel

1/18

MENDAYAGUNAKAN ATMOSFER SEBAGAI

ALTERNATIF ENERGI TERBARUKAN

Program Studi sains Kebumian

Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian

Institut Teknologi Bandung

2012

DINDA TRI HANDAYANI

22411306


2/18

T e k n o l o g i E n e r g i H y b r i d S u r y a - B a y u - D i e s e l

LATAR BELAKANG

ertambahnya jumlah penduduk dunia menyebabkan meningkatnya

kebutuhan untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia. Tentu saja hal ini

menjadi indikasi terjadinya krisis energi di dunia. Di Indonesia sendiri

sektor energi merupakan masalah yang serius, karena laju permintaan energi di dalam

negeri melebihi pertumbuhan pasokan energi itu sendiri. Bahan bakar fosil sebagai

bahan bakar konvensional yang selama ini menjadi prioritas penggunaan utama di

Indonesia telah lama di impor guna mengatasi permintaan yang melonjak dari tahun

ke tahun sehingga ketahanan energi nasional rentan terhadap fluktuasi harga dan

pasokan/permintaan minyak mentah dunia.

Untuk itu diperlukan langkah serius pemerintah dalam mengatasi masalah energi

seperti misalnya memaksimalkan pemanfaatan energi alternatif yaitu meningkatkan

peran energi terbarukan dalam rangka menjamin keamanan pasokan energi untuk

memenuhi pasokan energi nasional yang semakin meningkat. Hal ini disebabkan

penggunaan bahan bakar untuk pembangkit-pembangkit listrik konvensional dalam

jangka waktu yang panjang akan menguras sumber minyak bumi, gas dan batu bara

yang makin menipis dan juga dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan. Energi

baru terbarukan (EBT) harus mulai dikembangkan dan dikuasai sejak dini, dengan

mengubah pola pikir bukan sekedar sebagai energi alternatif dari bahan bakar fosil

melainkan harus menjadi penyangga pasokan energi nasional dengan porsi EBT >17%

pada tahun 2025 (Lampiran II Keppres no.5/2006 tentang Kebijakan Energi nasional)

berupa biofuel >5%, panas bumi >5%, EBT lainnya >5%, dan batubara cair >2%,

sementara energi lainnya masih tetap dipasok oleh minyak bumi 30% dan Batubara >33%. Pemerintah berkomitmen mencapai visi 25/25,

yaitu pemanfaatan EBT 25% pada tahun 2025.

B


3/18


MENDAYAGUNAKAN ATMOSFER SEBAGAI ALTERNATIF

ENERGI TERBARUKAN

tmosfer sebagai lapisan udara yang menyelubungi bumi di dalamnya

terdapat unsur-unsur cuaca dan iklim. Angin dan radiasi matahari adalah

sebagian unsur cuaca dan iklim yang menyimpan potensi sebagai sumber

energi. Pendayagunaan atmosfer sebagai salah satu alternatif energi terbarukan

merupakan tindakan yang tepat dikarenakan sumber energinya memiliki nilai lebih

bila dibandingkan dengan sumber tenaga penggerak dari bahan bakar fosil. Nilai lebih

tersebut karena sumber energi dari atmosfer tidak menghasilkan zat yang dapat

mencemari lingkungan, lestari karena selalu ada, cocok di desa yang belum terjangkau

listrik, murah karena telah disediakan alam. Contoh energi yang bersumber dari

atmosfer misalnya energi surya, energi bayu, serta perpaduan antara keduanya yang

dikenal dengan energi Hybrid Surya-Bayu.

Pembangkit listrik tenaga surya atau lebih dikenal dengan sel surya (sel fotovoltaik)

diminati karena dapat digunakan untuk berbagai keperluan yang relevan dan di

berbagai tempat seperti perkantoran, pabrik, perumahan, dan lainnya. Akan tetapi

energi listrik yang dihasilkan sel surya sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya

matahari yang diterima oleh sistem. Perbedaan intensitas radiasi matahari musim

hujan dan kemarau terjadi karenakan pada musim penghujan langit langit banyak

tertutup oleh awan sehingga menghalangi radiasi matahari. Pemanfaatan radiasi surya

untuk diubah menjadi energi listrik akan sangat sesuai pada daerah yang beriklim

tropis dengan curah hujan yang rendah. Sebagai negara yang terletak di lintang tropis

Indonesia mempunyai intensitas radiasi surya yang lebih besar yaitu sekitar 4 – 5

kWh/m²/hari sepanjang tahun, intensitas ini lebih besar dari wilayah subtropis.

Sedangkan angin sebagai sumber energi dapat digunakan untuk memutar kincir yang

dihubungkan dengan generator listrik. Kecepatan angin di Indonesia tidak tetap

sepanjang tahun, hal ini dipengaruhi oleh angin monsun yang arahnya berubah dua

kali dalam setahun. Kecepatan angin Tenggara (April-September) lebih besar dari

A


4/18


angin Barat Laut (Oktober-Maret) dikarenakan angin Tenggara bertiup dari daratan

Australia yang bersifat kering, sedangkan angin Barat Laut melewati perairan yang

luas (Samudera Pasifik) dan bersifat banyak membawa uap air sehingga kecepatannya

lebih rendah. Keadaan ini mengakibatkan sulitnya mendapatkan daya luaran listrik

yang besar dan konstan, sehingga pembangkit listrik tenaga angin akan maksimal jika

diterapkan pada desa dengan kebutuhan listrik yang masih rendah dan dekat dengan

pantai atau pesisir, selain itu daerah pesisir pantai belum banyak di padati bangunan

sehingga angin dapat bergerak bebas dengan kecepatan yang lebih besar. Seperti di

wilayah Indonesia Timur misalnya, potensi anginnya mencapai 6.6 m/s pada

ketinggian 30 m dan mencapai 7.5 m/s pada ketinggian 50 m. Hal ini tentunya adalah

potensi yang cukup baik di dukung kemajuan teknologi kincir angin telah mampumemanfaatkan energi dengan kecepatan 3 m/s.

HYBRID POWER SYSTEM

ybrid System atau Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) merupakan

salah satu alternatif sistem pembangkit yang tepat diaplikasikan pada

daerah-daerah yang sukar dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti

jaringan PLN atau PLTD. PLTH ini memanfaatkan renewable energy sebagai sumber

utama (primer) yang dikombinasikan dengan Diesel Generator sebagai sumber energi

cadangan (sekunder). PLT Hybrid Surya-Bayu-Diesel adalah suatu pembangkit listrik

yang menggunakan gabungan antara tenaga sinar matahari dan tenaga angin sebagai

sumber energi primer yaitu dengan cara memanfaatkan radiasi cahaya (teknologi

fotovoltaik) dan kecepatan angin, ditambah dengan sumber energi cadangan berupa

energi minyak dengan menggunakan Diesel-Generator .

Teknologi Hybrid Surya-Bayu-Diesel tidak sepenuhnya tergantung pada satu

komponen energi saja, namun juga dapat saling mengisi dalam keterbatasan masing-

H


5/18


masing. Energy Hybrid memanfaatkan keuntungan-keuntungan yang dihasilkan dari

komponen-komponen energi penyusunnya. Misalnya pada saat cuaca mendung dan

atau pada malam hari dimana energi matahari yang diterima bumi tidak maksimal,

pembangkit listrik akan digerakan oleh kincir dari energi angin. Penggunaan diesel di

sini diperlukan untuk memenuhi kekurangan kebutuhan yang disuplai oleh Energi

Surya dan Bayu serta pada saat terjadi beban puncak. Ketiga sumber energi tersebut

dirancang untuk pengoptimasikan sistem pembangkit guna memenuhi kebutuhan

beban yang bervariasi sebagai fungsi waktu. Dengan demikian kebutuhan akan listrik

akan tetap terpenuhi dalam kondisi apapun.

PLT Hybrid Surya-Bayu-Diesel ini termasuk ke dalam tiga jenis energi terbarukan

(selain Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Terpusat) yang didanai dari dana alokasi khusus bidang listrik pedesaan sebagaimana

dimaksud dalam Peraturan Menteri Keuangan Nomor 209 /PMK.07 /2011 tentang

Pedoman Umum dan Alokasi Dana Khusus Tahun Anggaran 2012 dalam rangka

mendorong percepatan pembangunan daerah.

Berikut adalah rancang sistem PLTH yang mengkombinasikan Tenaga Surya, Tenaga

Angin, dan Diesel Generator.

Gambar 1. Konfigurasi PLTH Surya-Bayu-Diesel


6/18


Secara sederhana diagram sisem pengbangkit listrik hybrid tersusun atas elemen-

elemen berikut:

Turbin angin dengan tower

Panel sel surya (PV array)

Diesel-Generator

Battery Bank

Hybrid Power Conditioner

Gambar 2. Sistem pembangkit Listrik Hybridé

SPESIFIKASI TEKNIS

Spesifikasi Umum

a)

Photovoltaic Array (PV Array) , adalah

rangkaian dari beberapa modul fotovoltaik , merupakan energi terbarukan

ramah lingkungan (clean energy) yang

pada siang hari akan menghasilkan energi

listrik, kemudian disimpan dalam baterai

sehingga sewaktu-waktu dapat

dipergunakan. Total energi yang

dihasilkan dari PV Array ini tergantung

dari : Gambar 3. Solar Panel

Jumlah Solar Panel yang dipasang

atau total watt peak module

Intensitas matahari (KW/m2/day) di tempat yang akan dipasang


7/18


8/18


oleh genset diatur sampai min 70% agar tercapai optimalisasi dan efisiensi

pemakain BBM terhadap energi yang dikeluarkan. Dengan kata lain genset pada

PLTH bekerja pada saat terjadi beban puncak atau jika kondisi energi yang

disimpan di baterai sudah pada level bawah. Pengaturan start-stop genset dan load

sharing diperintahkan oleh Sistem Control and Power Management yang ada di

Hybrid Power Conditioner .

d) Battery Bank , atau angkaian baterai adalah bagian dari PLTH yang fungsinya untuk

menyimpan energi yang diperoleh dari solar panel dan turbin angin. Baterai ini

juga dapat dicharge dari genset dengan melalui Bi-directional inverter, yang

kesemuanya diatur oleh Sistem Management energi yang ada pada Hybrid Power

Conditioner .

Gambar 6. Battery Bank

e) Hybrid Power Conditioner (HPC) merupakan sistem kontrol yang berfungsi

mengatur seluruh aliran energi pada system hybrid . HPC terdiri dari beberapa

peralatan utama yang terintegrasi menjadi sistem kontrol yang handal. Peralatan-peralatan tersebut sebagai berikut :


9/18


Gambar 7. Hybrid Power Conditioner

Solar Charge Controller

Solar Charge Controller atau disebut juga Solar Regulator adalah peralatan

kontrol untuk sistem solar panel ( photovoltaic) yang berfungsi untuk mengatur

proses pengisian dan pelepasan baterai sehingga baterai tidak akan terjadi over

charge dan over discharge yang dapat menyebabkan baterai jadi cepat rusak.

Peralatan ini merupakan bagian dari apa yang ada di HPC.

Power Management Control System

Power Management Control System adalah bagian utama dari HPC yang

mengendalikan semua proses kerja yang ada pada sistem PLTH. Jadi bagian

ini yang selalu memonitoring besarnya beban, kondisi baterai dan PV-modul

serta memerintahkan start-stop diesel. Bagian ini juga yang mengatur kerja

paralel antara inverter dengan genset dan mengatur load sharing keduanya.

Bi-Directinal Inverter

Bi-Directional Inverter adalah bagian dari HPC yang merupakan inverter dua

arah yang dapat merubah tegangan DC menjadi tegangan AC atau sebaliknyadari tegangan AC ke sistem DC untuk charge baterai. Disamping itu inverter

ini harus sanggup mensinkronisasikan dengan genset untuk dapat bekerja

paralel.


10/18


Spesifikasi Khusus Komponen

Adapun spesifikasi masing-masing komponen pada Sistem PLTH-SBD digambarkan pada

diagram blok berikut :

Gambar 8. Blok Diagram PLTH-SBD


11/18


PRINSIP KERJA PLTH-SBD

Cara kerja Pembangkit Listrik Sistim Hybrida Surya-Bayu-Diesel (PLTH-SBD)

sangat tergantung dari bentuk beban atau fluktuasi pemakain energi (load profile)

yang mana selama 24 jam distribusi beban tidak merata untuk setiap waktunya. Load

profil ini sangat dipengaruhi penyediaan energinya. Untuk mengatasi permasalahan

tersebut maka kombinasi sumber energi antara sumber energi terbarukan dan Diesel

Generator atau disebut Pembangkit Listrik Sistem Hibrida adalah salah satu solusi

paling cocok untuk sistem pembangkitan yang terisolir dengan jaringan yang lebih

besar seperti jaringan PLN. Pada umumnya PLTH bekerja sesuai urutan sebagai

berikut:

1. Pada kodisi beban rendah (


12/18


2. Untuk beban diatas 75% (> 50% beban puncak)

Pada kondisi ini dan baterai sudah kosong sampai level bawah yang disyaratkan, maka

diesel secara otomatis mulai beroperasi untuk mensuplai beban dengan sebagianmengisi baterai sampai beban yang disyaratkan diesel mencapai 70-80% kapasitasnya.

Jadi pada kondisi ini inverter bekerja sebagai charger (merubah tegangan AC dari

generator menjadi tegangan DC) untuk mengisi baterai (fungsi bi-directional

Inverter ). Setelah baterai sudah penuh dan dirasa cukup untuk mensuplai beban maka

secara otomatis diesel akan dimatikan dan beban di handel oleh Baterai dan Inverter

tersebut. Jika pada saat beban menengah 50% seperti di atas tetapi baterai masih

mencukupi, maka diesel tidak akan beroperasi dan beban tetap disuplai oleh baterai

melaui inverter yang akan merubah tegangan dc ke tegangan ac 50 Hz.

Gambar 10. Aliran Daya pada Beban Menengah

3. Pada kondisi beban puncak

Pada kondisi ini baik diesel maupun inverter akan beroperasi dua-duanya untuk

menuju paralel sistem dan ini terjadi apabila kapasitas terpasang diesel atau inverter

tidak mampu sampai beban puncak. Jika kapasitas genset cukup untuk mensuplai

beban puncak, maka inverter tidak akan beroperasi paralel dengan genset. Apabila

baterai sudah mulai penuh energinya maka secara otomatis genset akan dimatikan dan

beban disuplai dari baterai melalui inverter.

,


13/18


Gambar 11. Aliran Daya pada Beban Puncak

Ketiga proses kerja sistem pembangkit di atas dikendalikan oleh sistem yang

dinamakan HPC ( Hybrid Power Conditioner ). Proses kontrol ini bukan sekedar

mengaktifkan dan menonaktifkan diesel tetapi yang utama adalah pengaturan energi

agar pemakaian BBM diesel menjadi efisien. Energi angin utamanya diperuntukan

untuk mengisi baterai bank karena keluarannya adalah tegangan DC. Kontrol

pengisian ada pada sistem turbin angin itu sendiri, sehingga HPC hanya memonitoring

besaran arus yang masuk ke baterai bank . Jadi pada pembangkit PV-Bayu-Diesel

yang utama adalah pengaturan aliran energi (manajemen energi) sehingga sistem

pembangkit menjadi efisien dalam pemakaian BBM, bukan hanya sekedar paralel

sistem dan atau switch over ke diesel atau inverter.

PEMANFAATAN

Pulau kecil selama ini dialiri listrik oleh pembangkit listrik tenaga diesel yang

menggunakan bahan bakar solar. Ketergantungan pada BBM itu belakangan

memunculkan masalah yang tidak hanya menghambat keberlanjutan pengoperasian

PLTD, tetapi juga program nasional elektrifikasi di pulau-pulau kecil selanjutnya.

Oleh karena itu penerapan pembangkit listrik tenaga Hybrid merupakan solusi yang


14/18


tepat untuk mengatasi masalah energi di daerah-daerah tertinggal. Beberapa sistem

PLTH yang diresmikan pengoperasiannya oleh Menteri Negara Riset dan Teknologi

Kusmayanto Kadiman ada di Nusa Tenggara Timur, yaitu di Nemberala, Kabupaten

Rote Ndao dan di Wini, Kabupaten Timor Tengah Utara. Selain itu di Pulau Rote

sudah ada PLTH-SBD dengan kapasitas 50 kW yang dikelola oleh PLN cabang Rote,

dengan pola operasi selam 12 jam per hari. PLTH Surya-Bayu dalam kapasitas besar

juga telah terpasang di Kabupaten Bantul Pantai Baru Yogjakarta.

Ada beberapa manfaat dari penerapan PLTH, yaitu mengurangi penggunaan minyak

solar secara signifikan. Kebutuhan solar dapat lebih ditekan dengan mengintroduksi

minyak bahan bakar nabati (BBN) yang bersumber dari tanaman lokal yang melimpah

seperti jarak, kesambi, nyamplung, dan kelapa. Penggunaan energi bayu dan surya

pada PLTH akan menekan polusi udara dari pembakaran solar. Sebagai salah satu

alternatif energi terbarukan tentu saja energi ini ramah lingkungan dan memiliki sifat

berkelanjutan (suistainable). Dampak positif lain adalah terbukanya lapangan kerja

bukan hanya dalam pengoperasiannya, tapi juga budidaya dan pengolahan BBN. Ini

bisa mengurangi jumlah orang miskin di pulau kecil.

Dengan mempertimbangkan faktor-faktor yang menguntungkan itu, PLTH menjadi

solusi kompetitif daripada pembangkit listrik konvensional, terutama di daerah yang

tidak terhubung ke jaringan listrik nasional dan memiliki sumber daya energi lokal

yang melimpah. Selain itu Energi Hybrid memerlukan area yang relatif kecil jika

dibandingkan energi surya Photo-voltage; ramah lingkungan (environmental friendly),

praktis digunakan pada wilayah pesisir pantai, tidak memerlukan perawatan khusus,

teknologinya tidak rumit, disainnya dari bahan yang tidak mudah karatan (korosi),

serta mudah mengoperasikannya. Tetapi sayangnya energi tenaga Hybridmembutuhkan biaya yang cukup besar untuk investasi awal serta suku cadang yang

masih relatif terbatas.


15/18


Perkiraan Kebutuhan Beban: Studi Kasus Desa Nembarala Pulau Rote

Berikut adalah kebutuhan beban di lokasi PLTH SBD yang dikelola PLN cabang Rote

untuk Desa Nembrala dengan kapasitas 50 kW per hari dengan pola operasi 12 jam

(18.00-06.00 WIT).

Secara umum data-data kebutuhan

beban dalam 12 jam adalah:

Beban puncak per hari: 35- 42 kW

Beban dasar per hari : 15-17 kW

Kebutuhan energi: 280-310 kWh

Jumlah pelanggan : 190 rumah

Gambar 12. Kurva Beban Desa Nemberala 2009

Data tersebut adalah kebutuhan beban listrik di Desa Nembrala pada tahun 2009. Saat

ini tengah dipasang pembangkit yang direncanakan beroperasi 24 jam per hari.

Estimasi perhitungan beban dilakukan untuk sekitar 269 pelanggan. Angka estimasi

yang akan dipakai dalam perancangan adalah sebagai berikut:

Beban puncak : 63 kW

Energi harian : 548 kWh

Beban rata-rata : 22.8 kW

Beban dasar : 6.7 kW

Gambar 13. Estimasi kurva beban

Desa Nemberala Paska Pembangunan


16/18


Dari bentuk kurva di atas dapat digeneralisir bahwa :

1. Beban puncak terjadi hanya selama 2-4 jam yaitu antara jam 19.00 sampai dengan

jam 23.00

2. Pada jam 24.00 sampai jam 16.00 beban relatif kecil karena pada jam tersebut

masyarakat tidak menggunakan listrik (mengurangi pemakaian penerangan)

3. Pada jam-jam beban rendah tersebut beban akan disuplai dari baterai yang berasal

dari PV modul dan turbin angin, sehingga diperlukan estimasi kebutuhan energi

sesuai kurva di atas.

4. Untuk mengestimasi kebutuhan energi harian suatu pembangkit perlu analisa

ekstrapolasi dari kurva di atas dan “Faktor Beban” rata-rata dimana pembangkit

tersebut mensuplai beban.

KESIMPULAN

Energi baru dan yang terbarukan mempunyai peran yang sangat penting dalam

memenuhi kebutuhan energi. Hal ini disebabkan penggunaan bahan bakar untuk

pembangkit listrik konvensional dalam jangka waktu yang panjang akan menguras

sumber minyak bumi, gas dan batu bara yang makin menipis dan juga dapatmengakibatkan pencemaran lingkungan. Salah satu upaya yang telah dan sedang

dikembangkan adalah Pembangkit Listrik tenaga Hybrid Surya-Bayu-Diesel (PLTH-

SBD).

PLTH-SBD adalah alternatif energi terbarukan yang mendayagunakan sumber energi

dari atmosfer sebagai energi primer yang dikombinasikan dengan mesin diesel sebagai

energi sekunder. Penerapan pembangkit listrik tenaga Hybrid merupakan solusi yang

tepat untuk mengatasi masalah energi di daerah-daerah tertinggal seperti misalnya

pada daerah-daerah pesisir pantai dimana penggunaan beban listrik masih rendah,

pertimbangan lain adalah karena pada daerah pesisir pantai memiliki potensi angin

yang lebih besar.


17/18


Prinsip kerja dari PLTH-SBD sangat tergantung dari bentuk beban atau fluktuasi

pemakaian energi (load profile) yang mana selama 24 jam distribusi beban tidak

merata untuk setiap waktunya, sehingga PLTH-SBD akan bekerja sesuai beban yang

dibutuhkan yakni pada beban rendah, beban menengah, dan beban puncak. Pada

PLTH -SBD yang utama adalah pengaturan aliran energi (manajemen) sehingga

sistem pembangkit menjadi efisien dalam pemakaian BBM.

TINJAUAN PUSTAKA

Badan Rehabilitasi dan Rekonstruksi (BRR) NAD-NIAS. 2008. Laporan Akhir: Studi

Potensi Energi Listrik alternatif di Pedesaan Sebagai Upaya dalam

Mendukung Percepatan Diversifikasi Energi di Propinsi Nangroe Aceh

Darussalam. NAD-NIAS

Fauziah, Wiandini. 2009. Laporan Kerja Praktek: Sistem pembangkit, Instalasi,

Operasi dan Pemeliharaan Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida Surya Bayu

dan Diesel PT. Len Industri. Jurusan Teknik Elektro. UNIKOM Bandung

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. 2006. Blueprint Pengelolaan Energi

Nasional 2006-2025. Jakarta

Peraturan Menteri ESDM RI No 02 Tahun 2012 Tentang Petunjuk TeknisPenggunaan

Dana Alokasi KhususBidang Listrik Pedesaan Tahun Anggaran 2012

Slamet. S. Lilik. _____. Mendayagunakan Atmosfer Untuk Sumber Energi.Bidang

Aplikasi Klimatologi dan Lingkungan Atmosfer. LAPAN

Tim Contained Energy Indonesia. 2011. Buku Panduan: Energi yang Terbarukan.

Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat (PNPM)


18/18


Irawan. 2011. Pembangkit Listrik Hybrid di Pantai Pandansimo Bantul. Fakultas

Sains dan Teknologi. Universitas Teknologi Yogyakarta

Diunduh dari http://irawancorporation.blogspot.com/2011/12/pembangkit-

listrik-hybrid.html [16 April 2012]

Komunitas Mahasiswa Sentra Energi. 2011. Studi Ekskursi ke PLTH di Pantai Baru

Bantul. Diunduh dari http://www.kamase.org [16 April 2012]

PT. Surya Energi Indotama. 2012. Hybrid Power System.

Diunduh dari http://suryaenergi.com/in/sys/hybrid.php [16 April 2012]

Documents

Renewable Energy Surya Bayu Diesel