Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di Gedung City of Tomorrow

Sidang Tugas Akhir (Genap 2011-2012) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di Gedung City of Tomorrow

Nama : Dendy Yumnun Wafi NRP : 2209 105 094 Pembimbing : 1. Ir. Sjamsjul Anam, MT. 2. Heri Suryoatmojo, ST, MT, Ph.D. Jurusan Teknik Elektro-ITS

Page 1

CITY of TOMORROW

Jurusan Teknik Elektro-ITS

Page 2

LATAR BELAKANG • Banyaknya konsumsi energi listrik perlu dilakukan efisiensi terhadap penggunaannya. • Hampir 60% konsumsi energy listrik pada gedung City of Tomorrow dipakai untuk system pendinginan terpusat (AC sentral).


Page 3

TUJUAN

• Melakukan manajemen energy. • Memanfaatkan energy listrik secara optimal dan efisien. • Meminimalkan biaya operasional tanpa mempengaruhi aktifitas kegiatan.


Page 4

PERMASALAHAN • Bagaimana cara mengoptimalkan pemakaian energy yang terjadi pada system pengkondisian udara. • Bagaimana mengatasi pemborosan pemakaian energy listrik pada sistem penerangan gedung. • Bagaimana cara melakukan penghematan energy pada sistem escalator dan travelator.


Page 5

BATASAN MASALAH • Audit dilakukan pada penggunaan energy listrik pada masing-masing kelompok beban, yaitu sistem pengkondisian udara terpusat, sistem penerangan dan sistem eskalator dan travelator. • Pada system pengkondisian udara dilakukan dengan cara perbandingan kurva pemakaian energy dengan hasil simulasi software untuk penambahan variable speed drive. • Manajemen energy dilakukan dalam upaya memperbaiki system sehingga meminimalkan biaya operasional tanpa mempengaruhi aktifitas kegiatan di gedung. • Pada tugas akhir ini hanya dibahas pada sisi mall saja.


Page 6

LANGKAH – LANGKAH PENELITIAN

START PENGUMPULAN DATA DAN OBSERVASI PERHITUNGAN BEBAN

A PERENCANAAN MANAJEMEN ENERGI KESIMPULAN

ANALISA END A


Page 7

MANAJEMEN ENERGI • Manajemen energi merupakan kegiatan yang terstruktur untuk mengoptimalkan penggunaan energi. Manajemen energi diterapkan dengan tanpa mengurangi kualitas dan kuantitas produksi. Ada beberapa faktor mengapa diperlukan manajemen energi, diantaranya karena kenaikan harga energi, pasokan energi yang tidak menentu atau kurang handal, atau keperluan investasi peralatan energi yang ditiadakan. • Sumber-sumber energy pada gedung komersial adalah energy listrik dan bahan bakar yang lain. Penggunaan energy di gedung komersial ini untuk memenuhi kebutuhan kenyamanan, kelancaran aktifitas penghuni, dan untuk memenuhi berbagai keperluan sesuai dengan fungsi bangunan.


Page 8

SISTEM PENCAHAYAAN • Pada pencahayaan ada batas/standar yang harus dipenuhi dalam penerangan untuk setiap aktifitas dalam bangunan agar tidak mengganggu produktifitas dan kenyamanan. Penerangan yang digunakan untuk bekerja berbeda dengan penerangan untuk koridor, begitu pula untuk kegiatan yang lain.


Page 9

SISTEM PENCAHAYAAN

Tabel 2.1 Tingkat Pencahayaan Minimal


Page 10

SISTEM PENCAHAYAAN • Faktor yang diperlukan dalam perhitungan, yaitu: 1. Koefisien Utilisasi ( CU = Coeffisien of Utilisation ) adalah koefisien yang menunjukkan prosentase cahaya yang dapat digunakan dari total cahaya yang dihasilkan. Harga koefisien ini antara 0 < CU < 1. 2. Faktor Pemeliharaan ( MF = Maintenance Factor ) adalah suatu faktor yang dipengaruhi oleh antara lain kebersihan armatur dan umur lampu. Harga faktor ini adalah 0 < MF < 1. 3. Untuk ruangan yang bersih dan untuk pemakaian biasa, ditetapkan harga CU = 0,6 dan MF = 0,8 atau CU x MF = 0,5.


Page 11

SISTEM PENCAHAYAAN • Tingkat pencahayaan dari suatu sistem pencahayaan dapat diperoleh dengan persamaan :

dimana : F A CU MF N Fl E

= Jumlah cahaya yang diperlukan (lumen) = luas ruang/bidang kerja (m2) = Koefisien penggunaan = Faktor pemeliharaan = Jumlah lampu = Nilai nominal luminous pada lampu = Tingkat pencahayaan, dalam lux (lumen/m2)


Page 12

SISTEM PENYEGARAN UDARA • Pada sistem yang dibahas menggunakan sistem chiller. • Pada dasarnya prinsip kerja pendingin air atau air-cooled chiller sama seperti sistem pendingin yang lain seperti AC dimana terdiri dari beberapa komponen utama yaitu evaporator, kondensor, kompresor serta alat ekspansi.


Page 13

SISTEM PENYEGARAN UDARA

• Berikut adalah contoh chiller yang terpasang sebagai sistem pengkondisian udara pada mall City of Tomorrow.


Page 14

SISTEM PENYEGARAN UDARA • Siklus pendinginan pada chiller

Sumber :Schneider Electric HVAC Evaporator : bahwa panas ditransfer dari udara di dalam, cairan pendingin mendidih dan berubah menjadi uap yang bertekanan rendah selanjutnya dipanaskan dalam evaporator sebelum menuju ke kompresor. Kompresor : suhu uap akan ditingkatkan dengan mengompresi ke tekanan yang lebih tinggi dan dihasilkan suhu uap yang bertekanan tinggi. Kondenser : alat penukar panas yang mentransfer panas dari uap panas zat pendingin ke udara, air atau cairan lainnya. Ketika panas dihilangkan dari uap zat pendingin maka akan mengembun dan kembali berubah ke cairan tekanan tinggi. Cairan tersebut disirkulasikan kembali menuju valve ekspansi untuk mengurangi tekanan dari zat pendingin. selanjutnya pendinginan bisa d salurkan ke ruangan


Page 15


• Sistim Pendinginan Cooling Tower Cairan panas dari kondensor akan dialirkan kebawah melalui spray nozzles, kemudian panas dari cairan tersebut akan dibuang ke udara oleh fan. Selajutnya cairan yang sudah dibuang panasnya akan disirkulasikan kembali untuk mendinginkan kondensor pada chiller.

Sumber :Schneider Electric HVAC


Page 16


• Dari penjelasan-penjelasan diatas dapat dilihat mengenai blok keseluruhan sistem pendinginan udara pada mall City of Tomorrow.

Sumber :Schneider Electric HVAC


Page 17

FAKTOR DAYA

• Faktor daya sering disebut sebagai cos phi (cosine phi) dimana phi adalah sudut antara daya nyata (S) dengan daya aktif (P). P sendiri sama dengan (S*cos phi). Sedangkan Q (daya reaktif) sama dengan (S*sin phi) atau dapat juga diartikan sebagai perbandingan antara daya riil (P:MW) terhadap daya kompleks (S:MVA) pada suatu lokasi tertentu


Page 18

PERBAIKAN FAKTOR DAYA • Kapasitor adalah komponen listrik yang justru menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana kapasitor tersambung. Pada jaringan yang bersifat induktif dengan segitiga daya seperti ditunjukkan pada Gambar berikut, apabila kapasitor dipasang maka daya reaktif yang harus disediakan oleh sumber akan berkurang sebesar (Q koreksi ),yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor.


Page 19

PERBAIKAN FAKTOR DAYA • Karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen KVA dan Kvar berubah sesuai dengan faktor daya), maka dapat ditulis sebagai berikut, Daya reaktif = Daya aktif x tan Q = (P x tan ) Kvar • Sebagai contoh rating kompensator daya reaktif (kapasitor) yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya beban adalah sebagai berikut: Daya reaktif pada p.f awal Q1 = P1 x tan Daya reaktif pada p.f yang diperbaiki Q2 = P2 x tan ; dimana P2 = P1 = konstan


Page 20

∆Q

PERBAIKAN FAKTOR DAYA P1 = P2

θ 1 θ 2 Q2

Q1

P (Watt)

S2 (VA)

S1 (VA)

Q (VAR)

Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya adalah, Daya reaktif (∆Q ) = Q1 – Q2 Atau, Daya reaktif (∆Q ) = P x (tan - tan )


Page 21

SISTEM KELISTRIKAN

Sumber tenaga listrik utama Gedung City of Tomorrow mempunyai kontrak listrik PLN sebesar 8.660kVA dengan tegangan distribusi 20kV.

Sumber Tenaga Listrik Cadangan Sumber tenaga listrik cadangan pada gedung menggunakan pembangkit tenaga listrik bertenaga diesel. Mall City of Tomorrow memiliki genset utama yang terdiri dari : – Dua buah genset 2000kVA yang melayani supplai mall – Dua buah genset 700kVA yang menyuplai anchor tenant yaitu hypermart dan matahari


Page 22

SISTEM KELISTRIKAN

Berikut sistem kelistrikan yang terpasang :


Page 23

KELOMPOK BEBAN • Pengelompokan beban yang terpasang pada mall terdiri dari 7 bagian, yaitu sebagai berikut :


Page 24

PROSENTASE BEBAN

• Dari tabel tersebut dapat diketahui total kebutuhan listrik untuk melayani aktifitas mall sebesar 5,002.13kVA. Sehingga prosentase penggunaan energinya seperti gambar berikut :


Page 25

KURVA PEMAKAIAN LISTRIK JANUARI 2012

TANGGAL


Page 26

KURVA PEMAKAIAN LISTRIK HARIAN


Page 27

SISTEM PENERANGAN

• Sistem penerangan koridor mall


Page 28

SISTEM PENERANGAN • Jenis lampu yang digunakan saat ini, yaitu PHILIP jenis PLL4P 36 W/840, 2900 lm Luasan wilayah tiap petak lampu = 17.28 m2 Jumlah cahaya sesuai standart penerangan yaitu : = 3456 lumen

sehingga jumlah lampu diperlukan : = 1.19 (2 pasang lampu)


Page 29

SISTEM PENERANGAN • Jenis lampu yang dianjurkan, yaitu jenis LED OSRAM SubstiTUBE ST8-HA2-120-840 12W/840, 1200lm sehingga jumlah lampu yang dibutuhkan : = 2.88 (3 pasang lampu)

Pada pelaksanaannya akan tetap menggunakan 4 buah lampu agar tidak mengganggu kenyamanan pengunjung. Perancanaan jenis lampu

PLL-4P PHILIP 36W


LED OSRAM 12W Page 30

KURVA PERBANDINGAN ENERGI • Perbandingan energi selama 1 bulan pada seluruh lantai :

LANTAI


Page 31


Page 32

SISTEM ESKALATOR

• Sistem eskalator yang terpasang

Kondisi ini eskalator jalan terus meskipun tanpa dibebani, maka kebutuhan energy listrik bisa diturunkan dengan penambahan alat start stop otomatis.


Page 33

• Untuk menentukan jumlah energy yang diperlukan pada setiap eskalator otomatis dapat diketahui melalui perhitungan sebagai berikut : Daya motor eskalator = 7.5 kW Arus tanpa beban = 30.3 A Tegangan operasi = 380 V Waktu operasi = 12 jam / hari Asumsi traffic (15 kali pengunjung lewat) = 15 kali / jam Waktu dalam 1 kali traffic = 50 detik (Pengunjung naik sampai lantai berikutnya) Overlap traffic (jarak lewat) = 33 %


Page 34

Analisa nyala per jam

•

= ( 15kali x 50detik ) + 33 %(15kali x 50detik ) = 750 + 247 = 997 detik = 16.6 menit / jam Untuk waktu tidak nyala per jam = 60 menit – 16.6 menit = 43.4 menit Jam tidak nyala / hari = 43.4 x 12 = 502.8 menit = 8.4 jam / hari Penghematan energy yang didapat satu unit escalator perhari yaitu : kWH = (30.3 x 380 x 0.6 x 8.4) / 1000 = 58.03 kWH / hari Penghematan energy satu unit eskalator perbulan yaitu : kWH = 58.03 x 30 = 1740.9 kWH / bulan


Page 35

Jadi penghematan energy yang didapat untuk total semua unit escalator selama satu bulan yaitu : kWH = 1740.9 x 27 unit = 47,004.3 kWH / bulan


Page 36

SISTEM TRAVELATOR

• Sistem travelator yang terpasang


Page 37

• Untuk menentukan jumlah energy yang diperlukan pada setiap travelator otomatis dapat diketahui melalui perhitungan sebagai berikut : Daya motor travelator

= 15 kW

Arus tanpa beban = 55.8 A Tegangan operasi = 380 V Waktu operasi = 12 jam / hari Asumsi traffic (10 kali pengunjung lewat) = 15 kali / jam Waktu dalam 1 kali traffic = 50 detik (Pengunjung naik sampai lantai berikutnya) Overlap traffic (jarak lewat) = 33 %


Page 38

Analisa nyala per jam

= ( 10kali x 50detik ) + 33 %(10kali x 50detik ) = 500 + 165 = 665 detik = 11 menit / jam Untuk waktu tidak nyala per jam = 60 menit – 11 menit = 49 menit Jam tidak nyala / hari = 49 x 12 = 588 menit = 9.8 jam / hari Penghematan energy yang didapat satu unit travelator perhari yaitu : kWH = (55.8 x 380 x 0.6 x 9.8) / 1000 = 124.68 kWH / hari Penghematan energy yang didapat satu unit travelator perbulan yaitu : kWH = 124.68 x 30 = 3740.4 kWH / bulan


Page 39

•

Jadi penghematan energy yang didapat untuk total semua unit travelator selama satu bulan yaitu : kWH = 3740.4 x 8 unit = 29,923.2 kWH / bulan


Page 40

SISTEM CHILLER

• Perbandingan pola pemakaian energi


Page 41

•

•

Pemakaian rata-rata energi listrik harian pada chiller selama jam operasional kWH = = 505.16kWH / hari Kebutuhan energi dengan merubah jadwal penyalaan yaitu : KWH = = 418.58kWH / hari Dengan merubah jadwal operasional penyalaan, maka pemakaian energi chiller bisa diturunkan menjadi 12,557.40 kWH / bulan.


Page 42


• Sistem penyegaran udara pada kondisi awal menggunakan sistem pengaturan konvensional pada setiap unit AHU yaitu dengan cara mengatur bukaan valve damper sehingga jumlah aliran udara dingin sesuai yang diinginkan.


Page 43

• Pada sistem pengaturan konvensional hanya megatur jumlah aliran udara dingin yang dihembuskan tetapi fan motor tetap bekerja maksimal, sehingga masih dibutuhkan daya yang besar selama jam operasional setiap unit AHU. Dalam pembahasan ini dilakukan peghematan energi dengan cara penambahan komponen variable speed drive pada setiap unit AHU. Untuk mengetahui konsumsi daya tiap unit AHU dengan penambahan variabel speed drive, dilakukan simulasi dengan software ECO2 yang telah terbukti digunakan oleh pihak Schneider Electric.


Page 44

Rata-rata kunjungan pengunjung perbulan


Page 45

• Simulasi software ECO2


Page 46

• Data jumlah AHU yang terpasang pada mall


Page 47

• Sehingga kebutuhan energi listrik AHU pada semua lantai bisa diturunkan sebesar 70% untuk pemakaian perbulan


Page 48

Grafik hasil manajemen energi


Page 49

PERBAIKAN FAKTOR DAYA

• Kondisi kelistrikan sebelum dilakukan tindakan manajemen energi menunjukkan tingkat power quality yang masih rendah sekitar 0.83. • Hasil simulasi etap kondisi awal yaitu :


Page 50

• Perhitungan filter kapasitor Bus PDTR-1.M cos φ = 82 % S = 1474 + j997 Untuk pemasangan kapasitor digunakan cos φ 90 % Q1 = 1474 tan ( arc cos 0,82 ) = 1028.8 kvar Q2 = 1474 tan ( arc cos 0.9 ) = 713.89 kvar Maka Qc yang digunakan untuk memperbaiki adalah sebesar Qc = Q1 – Q2 = 1028.8 – 713.89 = 315 kvar Cos φ menjadi 91%


Page 51

• Sehingga dari hasil perhitungan didapat :


Page 52

• Hasil simulasi dari etap setelah pemasangan kapasitor


Page 53

Kesimpulan 1. Konsumsi energi listrik pada sistem penerangan dapat diturunkan hingga sebesar

2.

3.

4.

5.

37,290.24kWH/bulan. Dengan dilakukannya penggantian bola lampu jenis PLL-4P menjadi jenis LED, dimana bola lampu yang terpasang pada kondisi awal dengan konsumsi daya 36 Watt dan tingkat efikasi 80.5 Lumen/Watt lebih kecil dari pada bola lampu jenis LED dengan konsumsi daya 12 Watt dan tingkat efikasi sebesar 100 Lumen/Watt. Pada sistem eskalator dan travelator tidak seharusnya beroperasi secara terus-menerus, dikarenakan jumlah pengunjung yang naik jumlahnya bervariasi sehingga pada saat tidak terbebani akan beroperasi terus dan membutuhkan konsumsi energi listrik yang besar. Dari penambahan sensor didapatkan peghematan energi listrik pada sistem eskalator sebesar 47,004.3kWH/bulan sedangkan pada sistem travelator sebesar 30,163.2kWH/bulan. Pada sistem chiller dapat diturunkan kebutuhan energi listriknya hingga mencapai 2597.4kWH/bulan. Hal ini dilakukan dengan cara merubah jam operasional pada sistem chiller dikarenakan aktifitas pengunjungnya. Pada sistem AHU dilakukan penambahan alat variable speed drive sehingga didapatkan penghematan energy listrik sebesar 70 % dari pemakaian normal dengan pemakaian energy listrik 91,003.08kWH/bulan. Faktor daya pada sistem kelistrikan gedung City of Tomorrow rata-rata masih jauh dari standar yang ditetapkan PLN (lebih besar dari 85%). Pemasangan filter kapasitor yang dilakukan pada simulasi menghasilkan faktor daya rata-rata pada bus utama sebesar 90%.


Page 54

Rekomendasi • Penggantian bola lampu pada sistem penerangan koridor yang awalnya jenis PLL-4P menjadi LED. • Pemasangan sensor pada sistem eskalator dan travelator. • Merubah jam operasional penyalaan pada sistem chiller. • Pemasangan variable speed drive pada semua unit AHU yang terpasang. • Pemasangan kompensasi kapasitif pada bus utama sehingga dapat menghindari denda yang harus dibayarkan ke PLN.


Page 55

Referensi 1. Ir. Sunarno,M.Eng., Ph.D., “Dasar Teori Sistem Penyegaran Udara Gedung”, Mekanikal Elektrikal Lanjutan, Juli 2005. 2. Ir. Sunarno,M.Eng., Ph.D., “Rekomedasi Pencahayaan Dalam Gedung”, Mekanikal Elektrikal Lanjutan, Februari 2006. 3. SPLN 1:1995 – Ketentuan Variasi Tegangan Pelayanan. 4. CARA PERHITUNGAN DAYA ESKALATOR DAN TRAVELATOR _ PT. Bercha Schindler. 5. Diktat Sistem Penyegaran Udara (HVAC Building) Schneider Electric HVAC. 6. R. H. Miller, J.H Malinowski, “Power System Operation”, New York : McGraw-Hill Inc, 1994.2.1 Faktor Daya


Page 56

SEKIAN dan

TERIMA KASIH


Page 57

JAWABAN PERTANYAAN Struktur organisasi manajemen energi


Page 58

Tugas Manajer Energi : • Memantau penggunaan energi • Membuat catatan rinci penggunaan energi • Membuat target, standar atau benchmark • Mereview kinerja penggunaan energi • Berinisiatif pada teknologi hemat energi • Mencari peluang penghematan • Mempersiapkan perhitungan ekonomi • Menginformasikan ke seluruh bagian


Page 59

Hasil audit yang dilakukan


Page 60

Kebutuhan energi kondisi awal


Page 61

Usulan dari hasil audit yaitu : • Pada sistem koridor dilakukan penggantian bola lampu • Pada sistem eskalator dan travelator dilakukan dengan penambahan alat sensor • Pada sistem AHU dilakukan dengan penambahan komponen VSD • Pada sistem Chiller dilakukan dengan merubah jadwal operasional penyalaan Jurusan Teknik Elektro-ITS

Page 62

Standar efisiensi penggunaan energi Standar ACE (Asean Centre of Energy) menyatakan bahwa gedung hemat energi bila penggunaan listriknya maksimal 200kWH per meter persegi per tahun.


Page 63

Chiller • Energi pakai saat kondisi awal

• Energi terpakai saat perubahan jadwal penyalaan


Page 64

Monitoring temperatur ruangan


Page 65


Page 66

Berdasarkan standar ACE Sebelum dilakukan manajemen energi

Setelah dilakukan manajemen energi


Page 67

BEP LAMPU


Page 68

Hasil manajemen energi


Page 69

• Grafik hasil manajemen energi


Page 70

Tagihan listrik bulan Juni 2012


Page 71

TARIF Berdasarkan tagihan listrik PLN bulanan : Tarif LWBP = Rp.800.00 Tarif WBP = Rp.1,200.00 Keterangan : LWBP = Luar Waktu Beban Puncak (pk.22.00 - pk.18.00) WBP = Waktu Beban Puncak (pk.18.00 - pk.22.00)


Page 72

Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di Gedung City of Tomorrow

Recommend Documents