BAB I 1.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Salah satu kebutuhan energi yang hampir tidak dapat dipisahkan lagi dalam kehidupan
manusia pada saat ini adalah kebutuhan energi listrik. Banyak masyarakat aktifitasnya bergantung pada energi listrik. Sebagaimana telah diketahui untuk memperoleh energi listrik ini harus melalui suatu proses yang panjang dan rumit, namun mengingat sifat dari energi listrik ini yang mudah disalurkan dan mudah untuk dikonversikan (convertible) ke dalam bentuk energi lain seperti menjadi energi cahaya, energi kalor, energi kimia, energi mekanik, suara, gambar (visual), dan sebagainya. Pemanfaatan energi listrik ini secara luas telah digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, komersial, instansi – instansi pemerintah, industri kecil maupun besar, dan sebagainya. Keadaan ini membuat energi listrik mejadi salah satu energi yang perlu diperhatikan keberadaannya. Karena kebutuhan manusia terhadap listrik yang begitu besar, maka dibangunlah pembangkit listrik. Energi listrik dihasilkan/dibangkitkan dengan cara mengubah sumber energi dari alam menjadi energi listrik. Sumber energi tersebut antara lain adalah batubara, minyak bumi, gas alam, nuklir dan sumber energi baru terbarukan (radiasi matahari, angin, biomassa, air, dan panas bumi). Sampai saat ini sebagian besar pembangkitan energi listrik di Indonesia menggunakan minyak bumi, gas alam dan batubara, yang mana merupakan sumber energi tidak terbarukan. Merupakan suatu kenyataan bahwa kebutuhan akan energi listrik di Indonesia semakin meningkat seiring dengan pesatnya pertumbuhan dan pembangunan di bidang teknologi, industri dan informasi. Namun pelaksanaan penyediaan energi listrik yang dilakukan oleh PT.PLN (Persero), selaku lembaga resmi yang ditunjuk oleh pemerintah untuk 1
mengelola masalah kelistrikan di Indonesia, sampai saat ini masih belum dapat memenuhi kebutuhan masyarakat akan energi listrik secara keseluruhan. Kondisi geografis negara Indonesia yang terdiri atas ribuan pulau dan kepulauan, tersebar dan tidak meratanya pusatpusat beban listrik, rendahnya tingkat permintaan listrik di beberapa wilayah, tingginya biaya marginal pembangunan sistem suplai energi listrik, serta terbatasnya kemampuan finansial, merupakan faktor-faktor penghambat penyediaan energi listrik dalam skala nasional. Sehingga masih terdapat cukup banyak daerah-daerah maupun pulau-pulau terluar Indonesia yang masih belum mendapatkan pasokan energi listrik (Ramani,K.V,1992). Kebutuhan energi dewasa ini semakin meningkat seiring dengan meningkatnya kebutuhan manusia. Hal ini menyebabkan adanya indikasi terjadinya krisis energi di dunia. Salah satu penyebab dari krisis energi tersebut adalah masih besarnya tingkat ketergantungan pada sumber energi fosil terutama minyak bumi. Seperti diketahui bahwa cadangan minyak bumi yang tersedia dibumi terbatas. Semakin berkurangnya ketersediaan sumber daya energi fosil, khususnya minyak bumi, yang sampai saat ini masih merupakan tulang punggung dan komponen utama penghasil energi listrik di Indonesia, serta makin meningkatnya kesadaran akan usaha untuk melestarikan lingkungan, menyebabkan kita harus berpikir untuk mencari altematif penyediaan energi listrik yang memiliki karakter,dapat mengurangi ketergantungan terhadap pemakaian energi fosil, khususnya minyak bumi dapat menyediakan energi listrik dalam skala lokal regional mampu memanfaatkan potensi sumber daya energi setempat, serta cinta lingkungan, dalam artian proses produksi dan pembuangan hasil produksinya tidak merusak lingkungan hidup disekitarnya. Oleh karena itu perlu dilakukan upaya agar tercipta keseimbangan energi yang baik. Sistem penyediaan energi listrik yang dapat memenuhi kriteria di atas adalah sistem konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, seperti: matahari, angin, air, biomas dan lain sebagainya (Djojonegoro,1992). Sistem ini merupakan penggunaan
2
energi alternatif sebagai solusi untuk meningkatkan peran energi terbarukan dalam rangka menjamin keamanan pasokan energi untuk memenuhi kebutuhan energi nasional yang semakin meningkat secara berkelanjutan. Kecenderungan untuk mengembangkan dan memanfaatkan potensi sumber-sumber daya energi terbarukan dewasa ini telah meningkat dengan pesat, khususnya di negara-negara sudah berkembang, yang telah menguasai rekayasa dan teknologinya, serta mempunyai dukungan finansial yang kuat. Oleh sebab itu, merupakan hal yang menarik untuk disimak lebih lanjut, bagaimana peluang dan kendala pemanfaatan sumber-sumber daya energi terbarukan ini di negara-negara sedang berkembang, khususnya di Indonesia. Ketersediaan sumber energi terbarukan di Indonesia seperti tenaga surya (matahari) dan angin cukup melimpah yang dapat dijadikan alternatif pilihan dalam pembangkitan energi listrik. Selain bersifat terbarukan dan ketersediaannya yang melimpah di Indonesia, tenaga surya dan angin merupakan sumber energi yang murah, bersih dan ramah lingkungan. Pembangkit listrik tenaga surya dan angin dapat pula dibangun dalam skala kecil dan bersifat lokal (stand-alone). Hal ini menguntungkan bagi Indonesia yang merupakan negara kepulauan, karena tidak memerlukan saluran distribusi listrik yang panjang antar pulau – pulau yang mana hal ini tidak efisien dari sisi teknis maupun ekonomis. Salah satu pulau di Indonesia yang pasokan energi listrik belum merata adalah Pulau Nusa, yang sekaligus akan penulis bahas di tugas akhir ini. Pulau Nusa adalah salah satu dari beberapa pulau yang ada di bagian utara Sulawesi. Pulau Nusa adalah sebuah pulau yang berada di Kabupaten Kepulauan Sangihe, Nusa Tabukan, Sulawesi Utara, Indonesia. Dikarenakan letak geografisnya, pulau ini memliki potensi tenaga surya dan angin yang mencukupi yang bisa dijadikan sebagai sumber energi terbarukan untuk menghasilkan energi listrik. Namun potensi ini belum dimaksimalkan, karena sampai dengan saat ini pemenuhan
3
kebutuhan listrik di Pulau Nusa masih menggunakan pembangkit listrik diesel dengan bahan bakar solar. Lokasi Pulau Nusa dapat dilihat pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1 Gambar Lokasi Pulau Nusa Sumber: Google Maps
Pembangkitan tenaga listrik menggunakan bahan bakar solar di pulau ini terhitung tidak efisien dikarenakan biaya pembangkitannya yang tinggi. Biaya pembangkitan yang tinggi tersebut menyebabkan pembangkit tidak dapat beroperasi selama 24 jam. Untuk memenuhi kebutuhan energi di Pulau Nusa diperlukan pembangkit listrik yang baru dengan memanfaatkan sumber energi terbarukan yang tersedia di Pulau Nusa, yaitu tenaga surya dan angin. Pusat pembangkit listrik tenaga hybrid (PLTH) PV/Angin/Diesel dapat menjadi solusi permasalahan tersebut. Pada tugas akhir ini, penulis akan mendesain sebuah PLTH PV/Angin yang dikombinasikan dengan sumber energi cadangan berupa energi minyak dengan menggunakan Diesel-Generator dengan menggunakan software HOMER. Dimana perancangan dari model ini mempertimbangkan beberapa aspek penting seperti potensi energi terbarukan, harga bahan bakar, pertumbuhan beban, serta komponen dan kapasitas sistem pembangkit hybrid. 1.2
Rumusan Masalah Sebuah pembangkit listrik tenaga hybrid terdiri dari berbagai komponen-komponen
yang saling berkoordinasi dalam melayani beban. Untuk melakukan hal tersebut, energi 4
listrik yang dibangkitkan oleh PLTH diharapkan sesuai atau melebihi energi listrik yang diminta oleh beban. Untuk dapat membangkitkan energi listrik sesuai dengan yang diharapkan, ukuran kapasitas dari masing-masing komponen pembangkit hybrid harus tepat/optimal agar sistem dapat melayani beban selama 24 jam setiap harinya. Dalam menentukan ukuran kapasitas komponen-komponen pembangkit tenaga hybrid perlu diperhatikan parameter-parameter yang mempengaruhi nilai keluaran daya/ energi listrik yang dibangkitkan oleh suatu pembangkit hybrid. Untuk sistem pembangkit hybrid PV/Wind/Diesel misalnya, diperlukan data-data mengenai insolasi (insolation : incident solar radiation), suhu, latitude, altitude, wind speed pada lokasi PLTH. Data tersebut sangat diperlukan dalam melakukan perancangan sistem pembangit hybrid. Terdapat beberapa rumusan permasalahan mengenai perancangan serta desain dari sebuah pembangkit tenaga listrik hybrid di Pulau Nusa yakni: 1.
Bagaimana profil beban di Pulau Nusa dan prediksi pertumbuhan beban yang terjadi hingga 20 tahun kedepan
2.
Kinerja suatu sistem pembangkit listrik tenaga hybrid yang optimal untuk memenuhi kebutuhan beban litrik di Pulau Nusa
3.
Parameter-parameter apa saja yang digunakan dalam perancangan untuk menentukan kelayakan suatu sistem pembangkit tenaga hybrid dari sisi teknis, ekonomi, lingkungan dan sosial
4.
Komposisi dari desain sistem pembangkit tenaga listrik hybrid yang cocok dan optimal serta menghasilkan nilai cost of energy (COE) seminimal mungkin atau lebih kecil biaya COE existing sebesar Rp5000 untuk memenuhi kebutuhan beban listrik di Pulau Nusa yang bersifat off-grid dengan mempertimbangkan ketersediaan sumber daya alam di tempat tersebut
5
1.3
Batasan Masalah Beberapa batasan masalah yang diterapkan dalam tugas akhir ini adalah: 1.
Penelitian ini terbatas pada nilai parameter-parameter yang diperoleh dari Arkmek Hybrid Power System yang merupakan perusahaan swasta asal Swedia yang bekerja sama dengan UGM dalam perancangan sistem hybrid PV/Angin/Diesel di Pulau Nusa, Sulawesi Utara.
2.
Penentuan ukuran kapasitas optimal komponen pembangkit listrik tenaga hybrid terbatas pada: array PV, turbin angin, baterai penyimpanan, generator diesel, dan biaya energi per-kWh
3. Desain pembangkit listrik tenaga hybrid yang dirancang mampu menghasilkan nilai energi per-kWh (cost of energy) lebih kecil dari Rp5000 4.
Penelitian ini tidak mempertimbangkan bagaimana bentuk konfigurasi secara detail dari sistem tenaga.
5.
Penelitian ini terbatas hanya pada simulasi skenario off-grid dari sistem.
6.
Penelitian ini tidak mempertimbangkan analisis tegangan dan proteksi pada jaringan.
7.
Hasil optimasi manajemen energi didapatkan dari simulasi perangkat lunak HOMER.
8. Data biaya komponen sistem tenaga dan hasil simulasi biaya pembangkitan sistem tenaga listrik adalah dalam satuan Dolar Amerika, dengan kurs dollar terhadap rupiah saat ini yakni Rp13.000/USD. 1.4
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan model desain ukuran kapasitas yang
optimal pada pembangkit listrik tenaga hybrid PV/Wind/Diesel dengan adanya pembatasan array PV, jumlah turbin angin, baterai penyimpanan,dan kapasitas diesel generator. 6
Secara rinci, tujuan dari penelitian ini dapat dijabarkan sebagai berikut: 1.
Mendapatkan profil beban, profil radiasi matahari, dan kecepatan angin di Pulau Nusa.
2.
Mengetahui jumlah energi listrik yang dapat diproduksi dari potensi sumber energi terbarukan yang ada,yakni radiasi matahari dan angin.
3.
Menentukan desain kapasitas optimal sistem pembangkit listrik tenaga hybrid PV/Angin/Diesel dengan simulasi menggunakan perangkat lunak HOMER sehingga diperoleh sistem pembangkit hybrid yang handal dalam melayani beban selama 24 jam sehari.
4.
Mengetahui jumlah produksi listrik, konsumsi bahan bakar diesel, serta biaya total dari desain sistem pembangkit listrik tenaga hybrid.
5.
Mengetahui pengaruh perubahan beban, harga bahan bakar, dan jumlah pemakaian baterai terhadap nilai cost of energy (COE).
1.5
Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran dan memudahkan pemahaman materi, penulis
menggunakan sistematika penulisan yang terdiri dari lima bab. Bab tersebut adalah Pendahuluan, Tinjauan Pustaka, Metode Penelitian, Analisis dan Pembahasan, serta Kesimpulan dan Saran. 1. Bab I adalah Pendahuluan, berisi tentang hal-hal yang mencakup latar belakang masalah, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penulisan. 2. Bab II adalah Tinjauan Pustaka, berisi pembahasan tentang potensi energi terbarukan di Indonesia, konversi energi terbarukan ke energi listrik, sistem pembangkitan tenaga listrik tenaga hybrid dan perangkat lunak HOMER, serta tinjauan ekonomi teknik dalam pembangkitan energi terbarukan.
7
3. Bab III adalah Metode Penelitian, berisi tentang data biaya dan parameter yang digunakan dalam penelitian, input data yang mempengaruhi optimasi sistem hybrid, analisis sensitivitas, langkah-langkah penelitian yang dilakukan yakni simulasi dengan menggunakan perangkat lunak HOMER. 4. Bab IV adalah Analisis dan Pembahasan, berisi tentang deskripsi dari objek penelitian yakni Pulau Nusa antara lain potensi energi terbarukan yang ada, radiasi sinar matahari, kecepatan angin, serta profil beban yang digunakan dalam penelitian serta hasil dari simulasi menggunakan perangkat lunak HOMER dan analisis dari hasil simulasi optimasi model manajemen energi dan dibandingkan satu sama lain. 5. Bab V adalah Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran dari penelitian yang telah dilakukan.
8
