MAKALAH SEMINAR THESIS
PEMODELAN OPTIMASI OPERASIONAL WADUK-WADUK BESAR DI KALI BRANTAS UNTUK PRODUKSI ENERGI MENGGUNAKAN DATA DEBIT REAL TIME
MAHASISWA: DWI PANGESTUTI 3107.205.706
DOSEN PEMBIMBING: PROF.DR.Ir. NADJADJI ANWAR, MSc
KONSENTRASI HIDROIFORMATIKA PROGRAM PASCASARJANA MRSA FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010
PEMODELAN OPTIMASI OPERASIONAL WADUK-WADUK BESAR DI KALI BRANTAS UNTUK PRODUKSI ENERGI MENGGUNAKAN DATA DEBIT REAL-TIME. ABSTRAK
Seiring dengan pertumbuhan penduduk dan industri, kebutuhan akan energi listrik dari tahun ke tahun terus mengalami peningkatan. Apalagi akhir-akhir ini juga terjadi pemadaman bergilir yang sering diberlakukan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN). Maka, pemanfaatan fungsi waduk sebagai pembangkit listrik tenaga air perlu ditingkatkan. Tetapi, mengingat akan keterbatasan tersedianya air tersebut untuk berbagai kebutuhan, maka perlu dilakukan pemanfaatan air waduk dengan sebaik-baiknya. Pemodelan optimasi waduk-waduk besar di hulu brantas untuk produksi energy ini digunakan program bantu Quantitative Methods Teknik For Windows 3 (QM For Windows 3) dengan pokok bahasannya integer and mixed integer programming. Data yang digunakan untuk pemodelan adalah data debit sepuluh harian pada bulan Nopember 2006 sampai dengan bulan Oktober 2007 yang ditransformasikan menjadi volume sepuluh harian di tiap waduk, data tampungan di waduk Karangkates pada bulan Oktober 2006 untuk memverifikasi pemodelan optimasi tersebut. Optimasi produksi energy ini dititikberatkan pada produksi maksimal di tiap unit pembangkit yang terdapat di waduk, antara lain di Sengguruh sebesar 2x14,5 MW, di Karangkates 3x35 MW, wlingi 2x24 MW dan di Lodoyo sebesar 4,5 MW. Kondisi tersebut akan dimodelkan secara serial, yaitu optimasi energy secara satu kesatuan. Dikatakan optimasi maksimum adalah jika produksi pada waduk serial mencapai 192,5 MW atau seluruh unit pembangkit di waduk serial tersebut dapat beroperasi/memutar turbin. Sedangkan alternative analisa pemodelannya dilakukan dengan menggunakan pola operasional pada beban dasar dan beban puncak (6 jam), dengan asumsi kondisi tampungan awal di waduk Karangkates dianggap kosong dan kondisi penuh. Dari pemodelan ini didapatkan produksi energy pada beban dasar dengan tampungan awal di Karangkates kosong sebesar 1206,9 juta KWH sedangkan kondisi penuh dicapai 1555,95 juta KWH. Untuk operasional beban puncak menggunakan tampungan awal di Karangkates kondisi kosong dicapai produksi sebesar 1308,89 juta KWH dan pada kondisi penuh sebesar 1345,61 juta KWH. Selanjutnya untuk kondisi tampungan awal di Karangkates pada operasional beban dasar dengan periode awalnya bulan Januari 2006 diperoleh produksi energy 1907,67 juta KWH, sedangkan pada operasional beban puncak sebesar 1396,28 juta KWH sebelum ditambahkan dengan operasional di Sengguruh pada decade ke-27 sampai decade 33 beban puncak selama 5 jam, sehingga total produksi energinya menjadi 1414,58 juta KWH. Untuk memverifikasi hasil penelitian tersebut digunakan data pembanding yang ada di lapangan dengan produksi energy sebesar 706,43 juta KWH. Jadi hasil dari penelitian jauh lebih baik jika dibandingkan dengan kondisi eksistingnya. Persentase kenaikan produksinya sekitar 199,83 %. Kata kunci : optimasi, pola operasi waduk, produksi energy listrik, waduk serial
I.PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Seiring dengan pertumbuhan penduduk dan industri, kebutuhan akan energi listrik dari tahun ke tahun terus mengalami peningkatan. Apalagi akhir-akhir ini juga terjadi pemadaman bergilir yang diberlakukan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN). Pada tahun 1993/1994 konsumsi energi listrik untuk Pulau Jawa dan Bali 41.437 GWH (Giga Watt Hour) dengan beban puncak 6.821 MW (Mega Watt). (Gustiana,1998). Mengingat keterbatasan tersedianya air tersebut untuk berbagai kebutuhan di atas, maka perlu dilakukan pemanfaatan dengan sebaik-baiknya. Antara lain dengan mengoptimalkan semua elemen dan potensi waduk yang ada dengan menggunakan suatu pola operasi tertentu (NTIS, 1983) atau dengan pembangunan waduk baru. Waduk yang digunakan dalam obyek penelitian ini adalah waduk yang terletak di hulu sungai Brantas, di kabupaten Malang bagian selatan Jawa Timur. Waduk-waduk besar tersebut antara lain, waduk Sengguruh, waduk Karangkates, waduk Wlingi dan waduk Lodoyo. Dengan daya listrik terpasang saat sekarang masing-masing sebesar 2x14,5 MW; 2x35 MW-1x35 MW; 2x27 MW dan 1x 4,5 MW. Jadi diharapkan dari penelitian ini, total energy yang dapat diproduksi oleh waduk serial adalah sebesar 192,5 MW. Alasan kenapa hanya wadukwaduk tersebut yang akan digunakan dalam studi kasus ini adalah karena waduk-waduk tersebut terletak secara seri, jadi bisa dimungkinkan untuk dijadikan model yang pengoperasiannya bisa disusun secara satu kesatuan dari hulu menuju hilir. PERMASALAHAN Setelah telah diuraikan di latar belakang, maka permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini, adalah :
• Bagaimana bentuk model optimasi yang dapat digunakan di waduk-waduk di Kali Brantas tersebut? • Parameter apa saja yang dapat memberikan nilai paling optimum untuk pemodelan dan bagaimana pengaruh masing-masing parameter terhadap model yang dihasilkan jika dibandingkan dengan model pada kondisi eksisting? • Berapa energi yang dihasilkan setelah dilakukan penelitian?
TUJUAN Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini, antara lain : Didapatkan bentuk model optimasi untuk waduk-waduk besar di DAS Brantas tersebut Didapatkan parameter-parameter yang memberikan nilai optimum pada model dan dapat memberikan gambaran pengaruh tiap parameter terhadap model yang dihasilkan dibandingkan dengan model eksisting Didapatkan angka total jumlah energi yang dihasilkan dari penelitian tersebut
BATASAN MASALAH Studi penelitian ini mempunyai batasan lingkup bahasan : Waduk-waduk yang dianalisa antara lain; waduk Sengguruh, waduk Karangkates, waduk Wlingi dan waduk Lodoyo (untuk waduk di bagian hulu sungai Brantas saja). Tools yang digunakan di dalam penelitian ini adalah Program Linier dengan menggunakan program bantu Quantitative Methods For Windows 3. Data yang digunakan adalah bulan Nopember 2006 sampai dengan Oktober 2007.
MANFAAT Manfaat dari Pemodelan Optimasi Operasional Waduk-Waduk Besar di Kali Brantas Untuk
Produksi Energi Menggunakan Data Debit Real Time ini adalah nantinya model dapat diimplementasikan pada pengoperasian wadukwaduk besar di DAS Brantas tersebut, dalam hal ini untuk peningkatan produksi energi listrik (PLTA).
Di mana, E= kilowatt Jam (KWH) t = waktu (jam) KARAKTERISTIK WADUK 1. Kapasitas
mati
(dead
storage
zone)
dipergunakan untuk pengumpulan sediment. 2. Kapasitas efektif (effective/usefull storage) II. DASAR TEORI DAN PUSTAKA
merupakan kapasitas yang dipergunakan
2.1 TINJAUAN PUSTAKA
untuk konservasi sumber air (penyediaan air
Penyusunan pola operasi waduk yang terletak secara seri perlu disusun secara satu kesatuan. Jika tidak, maka permasalahan yang akan timbul adalah (Gunawan, 2005) :
baku, irigasi, PLTA, dll), sehingga setiap pemanfaatan waduk dalam konservasi waduk dapat memenuhi kapasitas efektif waduk. 3. Kapasitas penahan banjir (flood control)
1) Jika air disimpan terlalu banyak pada waduk yang terletak pada bagian hulu maka pada waduk bagian hilir waduk akan mengalami kekurangan air. 2) Jika air yang dilepas terlalu banyak maka resiko keruntuhan bisa terjadi pada waduk yang ada di hilir. 2.2 DASAR TEORI DAYA TURBIN Daya yang dihasilkan oleh turbin (dalam system metric) adalah sebagai berikut:
merupakan kapasitas waduk yang bertujuan untuk
menahan
kelebihan
air
guna
mengurangi potensi kerusakan akibat banjir.
OPTIMASI DENGAN PROGRAM LINIER
Persamaan linier dapat digunakan untuk persoalan optimasi yang mempunyai bentuk ketidaksamaan dengan syarat fungsi tujuan dan fungsi kendala merupakan persamaan linier. Berikut adalah bentuk standar program simpleks:
……. (2.2) γ = 1000 kg/m3
…… (2.8)
Q = debit (m3/dt) H = head/ tinggi air jatuh (m) η = efisiensi turbin ≈ 84-94 % = 88% PS = PferdStarke = HP = 1/1,341 KW N= daya yang dihasilkan (KW) Sedangkan untuk perhitungan energy yang dihasilkan oleh pembangkit di tiap-tiap waduknya adalah sebagai berikut: …… (2.3)
mempunyai guna untuk memproduksi energi listrik tenaga air/ PLTA.
III. METODOLOGI Mulai
Inflow dari Kali Jari, Ewuh, Bambang, dan Lekso
Persiapan Studi Literatur & Survei Lapangan
Outflow akhir
Data-data Inflow, Outflow dan Tampungan tiap-tiap waduk
PLTA 1x4.5 MW
Energi Maksimum??
Inflow dari kali Lahor
PLTA 2x35 MW
PLTA 2x14.4 MW
Pengendali banjir dan penyedia air baku
Inflow awal
Waduk sengguruh
Waduk sutami
Waduk wlingi
Pengendali pasir G. Kelud dan irigasi
Pengatur debit air PLTA Wlingi
Tidak
Analisa Hasil
PLTA 2x27 MW
Waduk Lodoyo
Optimasi menggunakan Program Linier (untuk tiap-tiap waduk)
Tambahan PLTA di Sutami 1x35 MW
Pengendali sedimen waduk Sutami
Berikut adalah model yang dihasilkan dari penelitian ini: Ya
Dimana: Z = nilai tujuan yang akan dicapai (maksimalkan Selesai
energy MW) dalam 1 tahun. = besar daya yang dibangkitkan oleh satu unit pembangkit di waduk Sengguruh pada
IV. KONDISI DAERAH STUDI
interval waktu per dekade (MW) = besar daya yang dibangkitkan oleh satu
Waduk Karangkates adalah waduk dengan fungsi desainnya sebagai waduk tahunan sedangkan yang ketiga waduk lainnya (waduk Sengguruh, waduk Wlingi dan waduk Lodoyo) adalah waduk harian.
unit pembangkit di waduk Karangkates pada interval waktu per dekade (MW) = besar daya yang dibangkitkan oleh satu unit pembangkit di waduk Wlingi pada interval
Adapun batas wilayah lokasi studi ini adalah
waktu per dekade (MW)
sebagai berikut :
= besar daya yang dibangkitkan oleh satu unit pembangkit di waduk Lodoyo pada
• Batas Utara : Kota Malang, Kab. Kediri • Batas Selatan: Samudera Indonesia
interval waktu per dekade (MW) ,
= unit pembangkit yang beroperasi di
• Batas Timur : Kabupaten Lumajang
tiap waduk pada dekade ke-i selama tahun 2006
• Batas Barat
sampai 2007.
: Kabupaten Tulungagung
Batasan/kendala yang digunakan adalah sebagai
V. ANALISA HASIL SISTEM PERMODELAN Waduk Sengguruh, Sutami-Lahor, Wlingi dan Lodoyo adalah waduk yang terletak secara seri yang pembangunannya mempunyai kesamaan manfaat. Yaitu masing-masing
berikut: Jumlah turbin
Operasi turbin
VI. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian tersebut antara lain: Model yang digunakan untuk menyelesaikan
,
≥ 0 dan integer ≥ 0 dan real
pemodelan optimasi waduk-waduk besar di hulu Brantas untuk produksi energy menggunakan data debit real time yaitu sebagai berikut:
Program bantu QM for Windows 3 digunakan untuk menyelesaikan persamaan model di atas dengan asumsi beberapa alternative operasional, antara lain: 1) Operasional beban dasar dengan tamp awal di Karangkates kosong 2) Operasional beban puncak dengan tamp awal di Karangkates kosong 3) Operasional beban dasar dengan tamp awal di Karangkates penuh 4) Operasional beban puncak dengan tamp awal di Karangkates penuh 5) Operasional beban dasar dengan tamp awal di Karangkates 119,88 juta meter kubik 6) Operasional beban puncak dengan tamp awal di Karangktaes 119,88 juta meter kubik 7) Oerasional beban dasar dengan tamp awal di Karangkates 113,41 juta meter kubik 8) Operasional beban puncak dengan tamp awal di Karangkates 113,41 juta meter kubik
Jumlah turbin
Operasi turbin
,
≥ 0 dan integer ≥ 0 dan real
Parameter yang dapat memberikan nilai optimal pada pemodelan tersebut antara lain: 1. Unit pembangkit yang dapat beroperasi. 2. Data inflow di Sengguruh, air yang melimpah dari Karangkates dan lateral inflow di tiap-tiap waduk serial tersebut. 3. Periode waktu yang digunakan. 4. Kondisi operasional, dalam hal ini beroperasi pada beban dasar atau beban puncak. Karena volume untuk memutar satu unit turbin juga berbeda pada kedua kondisi tersebut.
Berikut adalah besar energy yang dihasilkan dari pemodelan optimasi waduk-waduk besar di
untuk beban puncak: Xsd, Xsp, Xkd, Xkp, Xwd, Xwp, Xld, Xlp Tiap variabel dianggap sebagai unit turbin:
hulu Brantas untuk produksi energy: Hasil perhitungan menggunakan program bantu energi (kWH) beban dasar beban puncak
S1, S2, K1, K2, K3, W1, W2, L1, dengan syarat
No.
awal periode
tampungan awal di Kr.kates
1
Nop 2006
Kosong (Nol)
1,206,921,600
1,308,895,200
integer 0/1.
2
Nop 2006
Penuh (175 juta meter kubik)
1,552,953,600
1,345,615,200
3) Perlu
3
Nop 2006
119.88 juta meter kubik
1,531,785,600
1,359,406,800
Hasil perhitungan menggunakan data eksisting No.
awal periode
tampungan awal di Kr.kates
1
Jan'2006
113.41 juta meter kubik
2
Jan'2006
kondisi eksisting
energi (kWH) beban dasar beban puncak 1,907,668,800 -
1,396,278,000 707,968,540
dilakukan
penelitian
dengan terlebih dahulu
selanjutnya
memperhitungkan
peramalan data debit inflow di tiap-tiap waduk tersebut sehingga target produksi energy untuk tahun yang akan datang dapat diketahui.
Produksi energy sesuai eksisting sebesar 707.68.540 kwh, dapat ditingkatkan menjadi beban puncak 1.399.096.800 kwh ditambah
DAFTAR PUSTAKA
dengan pemanfaatan air untuk produksi energy
Anis, Muchlison dkk. 2007. “Optimasi Perencanaan
di waduk Sengguruh dengan beban puncak
Produksi
pengoperasian 5 jam pada decade 27-33 yang
Programming”. Jurnal Ilmiah Teknik Industri
menghasilkan energy 18.270.000 kwh. Sehingga
Universitas Muhammadiyah Surakarta vol.5
produksi energy total sebesar 1.417.366.800 kwh
No.3. Surakarta
atau meningkat menjadi 200,2 % dari produksi
Dengan
Metode
Goal
Arismunandar, Wiranto. 2004. “Penggerak Mula: Turbin”. ITB, Bandung.
eksisting.
Buras, Nathan. 1975. “Scientific Allocation Of Water Resources”. American
Elsevier
Publising
Company, Inc. New York.
SARAN
Gunawan, Gusta. 2005. “Evaluasi pola operasi multi
Berdasarkan pada kesimpulan tersebut di atas, maka perlu dilakukan:
waduk sebagai upaya untuk memberikan nilai tambah
pada waduk yang terletak secara
serial”. Jurnal Penelitian UNIB vol.IX No.1.
1) Penelitian dengan periode waktu harian atau
Bengkulu.
per-jam-an, agar dihasilkan produksi energy
Juwono, Pitoyo.T. 2008. handout kuliah : Manajemen
yang lebih detail lagi sehingga hasil yang
Sumber Daya Air. FTSP, ITS, Surabaya.
didapatkan lebih mendekati dengan keadaan
Hadihardaja, Iwan K. 2006. “Analisis Kehandalan
yang ada di lapangan.
Pengoperasian
2) Untuk studi lebih lanjut, bisa dikembangkan
Citarum Untuk Pemenuhan air Baku”. Jurnal
dengan kombinasi operasional pada beban
Desain dan Konstruksi vol.5 No.1. Bandung.
puncak dan beban dasar. Yaitu
dengan
menambahkan/menganggap
variable X-nya ada 8, masing-masing empat untuk operasional pada beban dasar dan empat
Optimal
Waduk
Kaskade
Luknanto, Djoko. 2003. bahan kuliah hidrolika komputasi: ”Model Matematika”. Fakultas Teknik UGM, Jogjakarta.
Lund, Jay. R and Joel Guzman. 1999. ”Some Derived Operating Rules for Reservoirs in Series or in Parallel”. Jurnal of Water Resources Planning and Management, vol.125 No.3. University of California. Marsudi, Djiteng. 2006. ”Operasi Sistem Tenaga Listrik”. Graha Ilmu, Yogyakarta. Mays,
Larry
W.
dkk.
1992.
“Hydrosystems
Engineering and Management”. McGraw-Hill, Inc. Subekti, Imam. 1995. “Studi Beberapa
PLTM
Kemungkinan
Hidrologi
Penjajagan
Peningkatan
Pada Untuk
Kapasitas
Terpasangnya”. Jurnal Energi dan Listrik, vol.V No.2. PT.PLN (Persero) PPMK. S, Petrus. 1997. “Antisipasi Banjir Dan Limpasan Melalui
Pola
Operasi
Waduk
Kaskade
Citarum”. Jurnal Energi Dan Listrik, vol.VII No.4. Puslitbang Pengairan, Bandung. Sumarno, 2003. ”Pendekatan dan Pemodelan Sistem”. UNIBRAW, Malang. Wangsadipura, Program
Mulyana.
2006,
“Penggunaan
Dinamik
Deterministik
dalam
Penentuan Kurva Peengatur Pengoperasian waduk Berdasarkan Kondisi Musim Tahun Air”. Jurnal Infrastruktur dan Lingkungan Binaan.
