1
BAB I
PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Sistem tenaga listrik merupakan faktor utama yang mendukung sistem
produksi dari perusahaan industri, terutama pada industri besar di Indonesia. Khususnya pada perusahaan PT.Chevron Pacific Indonesia (PT.CPI) yang menjadi objek penelitian. PT.CPI merupakan industri yang bergerak dalam bidang energi yang memproduksi minyak bumi dan produksi sampingan berupa gas alam dengan rata-rata produksi minyak mentah sebesar 200.000 barel per hari. Untuk meningkatkan produksi, perusahaan ini mengoperasikan seluruh sistem tenaga listrik, mulai dari sistem pembangkitan, transmisi, dan distribusi secara mandiri untuk menyediakan daya listrik dengan keandalan tinggi dan biaya operasi minimal tanpa melanggar keandalan dan keamanan dari sistem. Semua pembangkit listrik di PT.CPI merupakan pembangkit termal dengan bahan bakar gas alam. Kebutuhan pembangkit termal terhadap bahan bakar fosil yang semakin mahal dengan jumlah ketersediaan yang samakin menipis akan berdampak pada biaya produksi listrik yang semakin meningkat. Sementara itu, bahan bakar setiap unit pembangkit bargantung pada penyediaan bahan bakar gas yang pemasokannya dari PT.Conocophillips Indonesia (PT.COPI). Selain membeli bahan baka gas alam dari PT.COPI, bahan bakar gas yang digunakan juga berasal dari hasil eksplorasi PT.CPI yang jumlahnya sangat terbatas. 1
Untuk memenuhi keseimbangan pembangkitan dan beban dengan biaya operasi seminimal mungkin untuk memenuhi berbagai kendala operasi, terdapat batasan-batasan yang perlu diperhatikan dalam penyaluran daya listrik yaitu ketersediaan kapasitas saluran transmisi pada titik-titik tertentu, rugi-rugi daya pada saluran, batasan operasi unit pembangkit, dan keamanan tegangan pada beban. Untuk memenuhi kualitas daya yang sesuai dengan kebutuhan peralatanperalatan yang membantu proses produksi pada perusahaan ini, diperlukan operasi sistem tenaga listrik yang aman dan ekonomis. Tahun 2016 PT.CPI akan melakukan strategi penghematan penggunaan energi termasuk energi listrik, salah satu caranya adalah mengoptimalkan penyaluran daya dengan tingkat keandalan yang tinggi dan ekonomis. Selain dari sisi ekonomi, batas tegangan di sisi beban harus diperhatikan sebab akan mempengaruhi proses produksi. Agar proses produksi dapat berjalan dengan lancar, batas tegangan minimal harus dapat dipenuhi. Solusinya dengan meminimalisasi biaya menggunaan bahan bakar dari pembangkit, maupun mengoptimalkan aliran daya dengan meminimalkan rugi-rugi daya aktif dan reaktif. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah Optimal Power Flow (OPF). OPF dikenalkan pada awal tahun 1960-an sebagai pengembangan economic dispatch dengan metode konvensional untuk menentukan pengaturan yang
optimal
dengan
memperhatikan
ragam
batasan.
Pada
umumnya
permasalahan OPF adalah penggunaan pada skala besar dan batasan yang tidak linear.
2
Permasalahan OPF merupakan program yang tidak linier dan digunakan dalam mengoptimalkan keluaran generator, tegangan pada bus dan tap transformator,
pengaturan
pada
sistem
tenaga,
dengan
tujuan
untuk
meminimalkan biaya produksi secara keseluruhan. Beberapa metode sudah banyak diterapkan untuk menyelesaikan permasalahan tersebut, seperti metode berbasis gradient, metode Linier Programming, dan metode Quadratic Programming. Bagaimanapun metode-metode tersebut mempunyai keterbatasan dari tiga permasalahan utama pada aliran daya. Pertama, metode tersebut tidak dapat memberikan solusi yang optimal dan selalu terjebak pada optimisasi lokal. Kedua, metode-metode tersebut didasarkan pada asumsi kontinuitas dan diferensiabilitas dari fungsi objektif yang tidak diizinkan dalam sistem praktis. Akhirnya, semua metode tersebut tidak dapat digunakan pada variabel diskrit, seperti penggunaan tap transformator. Hasil akhir dari analisis ini berupa perbandingan biaya pembangkitan yang optimal dengan menjaga keamanan tegangan dan menjaga pasokan daya aktif maupun reaktif pada saluran saat aliran daya optimal dan saat aliran daya biasa. 1.2
Rumusan Masalah Sistem transmisi tegangan tinggi PT.CPI membutuhkan pola operasi yang
handal sehingga kontinyuitas keandalan sistem dapat tetap terjaga dengan baik. Menurunnya harga jual minyak dunia berdampak besar terhadap operasional PT.CPI
sehingga
terjadinya
penghematan
dari
segala
aspek
terutama
pengoptimalan pembelian energi primer untuk menghasilkan daya listrik. Selain
3
itu, untuk menjaga agar hasil produksi tidak menurun dibutuhkannya sistem yang tingkat keandalan tinggi sehingga kontinuitas pelayanan dapat terjaga dengan cara mengoptimalkan aliran daya. Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, rumusan masalah pada tugas akhir ini dirumuskan sebagai berikut : a. Penentuan nilai efisiensi termal dan fungsi biaya bahan bakar setiap unit pembangkit. b. Pengaruh aliran daya menggunakan persamaan biaya bahan bakar setiap unit pembangkit. Dalam hal ini untuk mencari nilai pembangkitan dengan batasan kepasitas pembangkit dan kapasitas saluran. c. Pengaruh penerapan aliran daya optimal dengan batasan keamanan tegangan dan efisiensi biaya bahan bakar. Dalam hal ini untuk mencari nilai pembangkitan dan aliran daya yang optimal. d. Membandingkan hasil aliran daya dengan aliran daya optimal terhadap kapasitas saluran, tegangan pada setiap gardu induk, besarnya rugi-rugi pada saluran, dan biaya bahan bakar yang digunakan. 1.3
Batasan Masalah Batasan-batasan yang digunakan untuk penulisan tugas akhir ini yaitu : 1. Data pembebanan, pembangkitan dan saluran yang digunakan sesuai sistem PT.CPI pada 1 Februari 2015 jam 10.00 WIB. 2. Data pemakaian bahan bakar setiap unit pembangkit yang digunakan sesuai sistem PT.CPI pada bulan Januari 2015. 4
3. Penulisan menggunakan asumsi pada keadaan tunak (steady state) dan simulasi pembebanan dengan sistem 3 fase seimbang. 4. PLTG bekerja berdasarkan siklus Brayton sederhana dengan sudut pandang termodinamika dengan open cycle turbine. 5. Mengoptimalkan aliran daya dan meminimalkan biaya pembangkitan dengan menjaga keamanan tegangan dan mengurangi rugi saluran menggunakan metode Optimal Power Flow. 6. Konfigurasi sistem sebagai studi kasus dalam penelitian ini adalah sistem kelistrikan PT. Chevron Pacific Indonesia yang terdiri dari 20 mesin dan 33 bus 115 kV. 7. Pembahasan tidak mencakup aspek-aspek gejala tegangan tinggi dan stabilitas sistem. 8. Pembahasan tidak meliputi sebab-sebab terjadinya gangguan pada saluran. 1.4 1.4.1
Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan Penelitian Tujuan dilaksanakannya penelitian ini adalah : 1. Menentukan nilai heat rate, efisiensi termal, dan persamaan penggunaan bahan bakar setiap unit pembangkit. 2. Menjaga nilai tegangan setiap bus pada batas yang telah ditentukan. 3. Membandingkan kondisi operasi pembangkit saat kondisi eksisting dan kondisi optimal.
5
4. Membandingkan besarnya biaya pembangkitan saat kondisi eksisting dan kondisi optimal. 1.4.2
Manfaat Penelitian Secara umum, tujuan dari penelitian ini adalah untuk meninjau dan
menganalisa kondisi sistem kelistrikan PT.CPI sebagai objek penelitian saat ini dan dimasa yang akan datang. Secara khusus, berikut merupakan tujuan dari penelitian ini. 1. Memformulasikan suatu program optimal power flow yang sesuai dengan kebutuhan sistem. 2. Mengeahui besarnya efisiensi termal setiap unit pembangkit PT.CPI di wilayah sumatera pada tahun 2015. 3. Mengetahui besar rugi-rugi daya aktif maupun reaktif pada saluran, besarnya biaya bahan bakar gas yang dapat diminimalkan, dan meningkatkan keamanan tegangan pada sistem kelistrikan PT.CPI 4. Mengetahui kombinasi pembangkit untuk mengoptimalkan harga pembangkitan dan meningkatkan keandalan sistem. Hasil penelitian ini dapat diharapkan mampu memberikan alternatif solusi dan juga manfaat bagi perusahaan maupun penulis. Bagi perusahaan, penelitian ini diharapkan dapat membantu peninjauan kualitas sistem kelistrikannya saat ini dan dalam mempertimbangkan salah satu opsi solusi perusahaan agar diperoleh operasi sistem yang optimal dengan biaya pembangkitan minimum dengan tetap menjaga batasan-batasan operasi yang telah ditentukan berdasarkan aturan sistem kelistrikan di PT.CPI. 6
1.5
Sistematika Penulisan Sistematika yang akan digunakan untuk menyusun penulisan tugas akhir
ini yakni sebagai berikut: 1. Bab I Pendahuluan Berisi mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan. 2. Bab II Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori Berisi mengenai konsep penyaluran dari sistem pembangkitan menuju sistem distribusi secara umum.
Dipaparkan pula mengenai konsep
kinerja pembangkit, incremental rate, konsep analisis aliran daya beserta aspek-aspek terkait secara umum. 3. Bab III Metodologi Penelitian Dalam bab ini dipaparkan tahapan penelitian, metode penghitungan aliran daya pada bus dan saluran, metode perhitungan efisiensi termal pembangkit, dan metode perhitungan fungsi biaya pembangkit. 4. Bab IV Hasil dan Pembahasan Berisi analisis hasil simulasi untuk menunjukkan tingkat efisiensi termal suatu pembangkit dan performa sistem pada kondisi eksisting dan sesudah aliran daya optimal. 5. Bab V Penutup Berisi kesimpulan dan saran dari penulis.
7
