Pemodelan Pembangkit Listrik Hybrid Berbasis Energi Terbarukan Menuju Desa Mandiri Energi Di Kecamatan Pinolosian Kabupaten Bolaang Mongondow Selatan 1)
Sabhan Kanata*
2)
Rifriyanto Buhohang
Jurusan Teknik Elektro, Universitas Ichsan Gorontalo Jl. Raden Saleh No 17 Kota Gorontalo, Indonesia *
)email:
[email protected]
ABSTRAK Desa Pinolosian terletak di Kabupaten Bolaang Mongondow Selatan Provinsi Sulawesi utara, memiliki jumlah penduduk mencapai 1165 jiwa dan terus berkembang, dengan konsumsi energi listrik sebesar 1246,572 kWh/hari. Desa Pinolosian memiliki potensi energi terbarukan yang belum pernah diterapkan sebelumnya. Studi ini mengusulkan pembangkit hybrid di desa Pinolosian yang terdiri atas PV dan Microhydro dengan tujuan agar dapat memenuhi kebutuhan listrik perharinya. Software HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) digunakan untuk simulasi dan analisis dengan tujuan menghasilkan perencanaan pembangkit listrik hybrid yang optimal di desa Pinolosian, mengacu pada NPC (Net Present Cost), modal awal dan biaya operasional. Hasil simulasi menunjukkan daya yang dihasilkan PV sebesar 19.080kWh/tahun dan daya yang dihasilkan Microhydro sebesar 566.868kWh/tahun. sehingga jumlah daya yang dihasilkan ini cukup untuk memenuhi kebutuhan energi listrik di desa Pinolosian yang hanya sebesar 450.774kWh/tahun. Kata kunci : Pembangkit hybrid desa Pinolosian HOMER.
ABSTRACT Pinolosian village is located in the district of South Bolaang Mongondow of north Sulawesi province. It has 1165 population with consumption of electrical energy 1246.572 kWh/day. Pinolosian village has the potential of renewable energy that has not been applied before. This study proposes an instigator of hybrid in Pinolosian village, consisting of PV and Micro hydro in order to satisfy the electricity requirement per a day. Software HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewable) is used for simulation and analysis with the aim to generate the plan of hybrid instigator electricity optimally in Pinolosian village which refers to the NPC (Net Present Cost), initial capital and operational cost. As a result of stimulation showed the power generated by PV 19.080kWh/year and Micro hydro power generated by 566.868kWh/year. In conclusion base on the power amount which is generated, it can be enough to satisfy the electricity requirement in Pinolosian village which only 450.774 kwh/year. keywords: Hybrid instigator, Pinolosian village Homer
A. Pendahuluan Dewasa ini perkembangan dunia semakin maju pesat, negara-negara maju dan negara berkembang berbondongbondong ingin mensejahterahkan dan memakmurkan rakyatnya dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Dengan perkembangan dunia
yang semakin maju tersebut, permintaan akan sumber energi khususnya energi listrik semakin besar pula. Namun, permintaan energi dunia tersebut berbanding terbalik dengan sumber bahan dasar dari pembangkitan energi yaitu bahan bakar fosil. Sebagian besar negara berkembang masih menggunak bahan
ELECTRICHSAN, VOL. 01, NO.02, DESEMBER 2014 bakar fosil sebagai sumber pembangkit energi listrik. Isu yang berkembang di dunia sekarang adalah krisis akan bahan bakar fosil semakin berkurang dan pencemaran lingkungan yang dihasilkan dari gas pembuangan bahan bahan bakar fosil tersebut. Dengan adanya isu krisis bahan bakar fosil dan pencemaran lingkungan tersebut, banyak negara yang yang mengembangkan ilmu pengetahuan dibidang pembangkit listrik alternatif dengan memafaatkan potensi sumber daya alam terbarukan yang berada disekitarnya seperti energi matahari, energi angin, energi air, energi panas bumi, energi pasang surut air laut, dan sebagainya. Indonesia sebagai negara yang berkembang tidak luput dari permintaan energi tersebut. Sebagai negara kepulauan yang berada di lintas garis katulistiwa, Indonesia memiliki keuntungan dengan hanya memiliki dua musim dan banyak hutan tropis yang didalamnya banyak terkandung potensi sumber daya alam terbarukan yang bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik alternatif guna untuk antisipasi isu dunia krisi bahan bakar fosil. Pemerintah Indonesia melalui kementerian ESDM telah mengkaji potensi alam tersebut dan telah memberikan peluang ijin untuk mengembangkan potensi energi terbarukan disetiap daerah-daerah untuk memanfaatkan potensi alam yaitu dengan program Menuju Desa Mandiri energi. Selanjutnya Kecamatan Pinolosian terletak di kabupaten Bolaang Mongondow Selatan Provinsi Sulawesi Utara. Kecamatan Pinolosian sebagai Kecamatan yang baru dimekarkan menjadi tiga Kecamatan sedang giatnya melakukan pembangunan. Kecamatan Pinolosian khususnya desa Pinolosian sebagai pusat Pemerintahan Kecamatan, kebutuhan energi listrik menjadi kebutuhan utama guna untuk melancarkan pelayanan terhadap masyarakat. Desa Pinolosian memiliki sumber energi terbarukan seperti air, matahari, angin, dan sebagainya, yang sampai saat ini belum di manfaatkan. Perlu direncanakan pemodelan pembangkit hybrid berbasis energi terbarukan yang cocok untuk diterapkan di desa Pinolosian. Dengan memodelkan pembangkit hybrid
berbasis energi terbarukan ini maka kedepannya diharapkan desa Pinolosian akan mandiri dan mempunyai pembangkit hybrid berbasis energi terbarukan sehingga bisa memasok kebutuhan energinya sendiri dan apabila lebih dari pada yang diharapakan, desa Pinolosian bisa menjual energi listriknya ke PLN sebagi pihak penyedia listrik, dan untuk mendukung program pemerintah menuju desa mandiri energi.
B. Metode Memlalui sumber yang relevan di Kecamatan Pinolosian terdapat potensi sumber daya terbarukan, diantaranya adalah energi surya dan energi air. Dari sumber energi terbarukan tersebut akan dilakukan pemodelan menggunakan software HOMER untuk mencari skenario sistem hybrid yang paling optimal dan layak untuk diimpelementasikan di Desa Pinolosian, yang ditinjau dari keandalan sistem dan biaya produksi energi listrik. 1. Alat dan Bahan Adapun Alat dan bahan yang digunakan untuk menunjang peneletian ini adalah: 1. Laptop type Axio, untuk menjalankan Aplikasi HOMER 2.68 beta. 2. Modem, untuk mengakses jaringan internet seperti google map dan website NASA guna untuk melihat potensi radiasi sinar matahari yang berada dilokasi penelitian. 3. Untuk pengukuran laju air, masih menggunakan alat-alat sederhana seperti meter, kertas, bola tenis meja, benang, mistar, dan alat-alat penunjang lainnya. 4. Data intensitas matahari, data sungai, data biomasa, data untuk perancangan system seperti converter, penyearah batteray, dll. 5. Data pengunaan beban listrik harian rumah tangga, industry kecil dan perkantoran yang berada di Desa Pinolosian. 2. Jalannya Penelitian Penelitian dilaksanakan melalui beberapa tahap yaitu: 2
ELECTRICHSAN, VOL. 01, NO.02, DESEMBER 2014 1. Perumusan masalah kemudian mencari jurnal yang relevan menganai pembangkit terbarukan. 2. Mengumpul data-data yang diperlukan untuk penelitian ini. Pengumpulan data dilakukan melalui dua cara yaitu: a. Melalui akses internet guna untuk mendapatkan data potensi radiasi sinar matahari melalui website NASA yaitu http://eosweb.larc.nasa.gov dengan cara memasukkan posisi langitude dan latitude serta untuk mendapatkan koordinat lokasi melalui google earth atau GPS. b. Pengukuran jumlah debit air sungai-sungai yang ada di Desa Pinolosian, untuk memperoleh sifat-sifat fisik sungai tersebut yang berupa kecepatan aliran, kedalaman rata-rata, luas penampang, dan debit air. c. Survey lapangan guna untuk mendapatkan informasi Desa dengan mewawancarai kepala desa setempat, data beban listrik harian rumah tangga yang berupa jenis beban dan data beban yang digunakan untuk pembuatan profil beban di Desa Pinolosian. 3. Melakukan desain sistem berdasarkan parameter potensi energi terbarukan menggunakan software HOMER 4. Menganalisis skenario optimisasi sumber energi terbarukan untuk pembangkit energi listrik yang layak dan sesuai untuk diterapkan di Desa Pinolosian ditinjau dari segi ekonomis dan keandalan sistem. 5. Kesimpulan dan hasil penelitian.
Tabel 1. Rangkuman komponen Komponen Microhydro PV Trojan L-16P Konverter
71.006 55.600
Replacem ent Cost ($) 54.620 41.700
O&M Cost ($/Year) 644,44 278
210
210
4
1.075 kWh
900
900
5
20
Capital Cost ($)
Ukuran 54,6 kW 13,95 360 Ah/6 V (Battery bank 1-36) 1-10 kW
Gambar 1. Simulasi PV
Gambar 1 memperlihatkan hasil optimasi PV dengan nilai pembangunan sebesar US$56.710, nilai NPC (Net Present Cost) sebesar US$66.368 dan biaya operasional sebesar US$756/tahun. Harga energi listrik atau LCOE (Levelized Cost of Energy) per kWh sebesar US$0,012. Harga ini cukup bersaing dari nilai penjualan energi listrik jaringan listrik PLN sebesar US$0,116/kWh. Meskipun cukup bersaing dari segi harga penjualan, namum sistem hybrid PV ini belum bisa diandalkan karena nilai beli lebih besar dari pada nilai jual ke jarngan listrik PLN. Tabel 2. Produksi dan konsumsi listrik per tahun. Production
kWh/yr
%
Consumption
kWh/yr
%
AC primary load
450,774
100
4
0
450,779
100
PV array Grid purchases
19,080
4
436,044
96
Total
455,124
100
Grid sales Total
Gambar 2. Produksi listrik perbulan sistem PV
3
25 20
1. Optimasi PV
C. Hasil simulasi Dari rancangan sistem, parameter dan skenario diatas, dapat dirangkum seknario komponen sistem hybrid dan hasil optimasi yaitu :
Life time
ELECTRICHSAN, VOL. 01, NO.02, DESEMBER 2014 Tabel 3. Produksi dan konsumsi listrik per tahun. Production
kWh/yr
%
Hydro turbine Grid purchases
566,868
86
90,781
14
Consumption AC primary load
kWh/yr
%
450,774
69
Grid sales
206,867
31
Total
657,641
100
Total
Gambar 3. Aliran biaya berdasarkan komponen yang digunakan
Gambar 3 memperlihatkan aliran biaya berdasarkan komponen yang digunakan dalam sistem hybrid PV dari tahun ke-1 sampai tahun ke-20 dampak biaya terbesar terdapat pada komponen PV, sedangkan komponen converter dan battery tidak terlalu berdampak pada penggunaan biaya.
657,649
100
Gambar 5. Produksi listrik perbulan sistem hybrid microhydro
2. Optimasi Microhydro
Gambar 6. Aliran biaya berdasarkan komponen yang digunakan
Gambar 4. Simulasi Microhydro
Gambar 4 memperlihatkan hasil optimasi microhydro, dengan nilai pembangunan sebesar US$72.116, nilai NPC(Net Present Cost) sebesar US$226.006 dan biaya operasional sebesar US$-23.321/tahun. Harga energi listrik atau LCOE (Levelized Cost of Energy) per kWh sebesar US$0,039. Harga ini cukup bersaing dari nilai penjualan energi listrik jaringan listrik PLN sebesar US$0,116/kWh. Sehingga sistem hybrid microhydro ini bisa untuk di andalkan karena nilai jual lebih besar dari pada nilai beli ke jaringan listrik PLN.
Gambar 6 memperlihatkan aliran biaya berdasarkan komponen pada sistem hybrid microhydro, dampak yang besar terjadi hanya pada tahun pertama, pada saat pembangunan. 3. Optimasi PV-Microhydro
Gambar. 7 Simulasi Hydro PV-Microhydro.
Gambar 7 memperlihatkan hasil simulasi Hybrid PV-Microhydro, dengan biaya pembangunan keseluruhan sistem 4
ELECTRICHSAN, VOL. 01, NO.02, DESEMBER 2014 adalah sebesar US$127.716, biaya penggantian sebesar US$13.466 dan biaya operasional sebesar US$-315.153. Dengan total nilai NPC (Net Present Cost) sebesar US$-181.440, yang merupakan penjumlahan dari biaya pembangunan, penggantian dan biaya operasional, di kurangai dengan nilai sisa. Harga LCOE (Level of Cost Energy) atau harga listrik dari sistem hybrid ini sebesar US$0,031/kWh. Harga ini lebih rendah dari harga listrik dari jaringan listrik PLN yang dijual kepada pelanggan yaitu sebesar US$0,116/kWh. Ini berarti sistem hybrid ini cukup bersaing. Tabel 4. Perhitungan biaya hybrid PV-Microhydro Capital
Replacement
O&M
Fuel
Salvage
Total
$
$
$
$
$
$
Component
PV
55.600
13.002
3.554
0
-7.287
64.869
Hydro
71.006
0
8.238
0
0
79.244
0
0
327.060
0
0
327.060
Trojan L16P
210
183
51
0
-24
419
Converter
900
281
64
0
-157
1.087
13.466
315.153
0
-7.469
181.440
Grid
System
127.716
Level Biaya Energi (LCOC)
US$-0,031/kWh
Tabel 5. Produksi dan konsumsi listrik per tahun. Production
kWh/yr
%
PV array
19,080
3
Hydro turbine Grid purchases
566,868
84
89,738
13
Total
675,685
100
Consumption AC primary load
kWh/yr
%
450,774
67
Grid sales
220,558
33
Total
671,333
100
Gambar 9 Total produksi dan konsumsi energi listrik per tahun.
Gambar 9 memperlihatkan total produksi listrik pada sistem hybrid adalah sebesar 675.685 kWh/tahun, terbagi atas produksi PV sebesar 19.080kWh/tahun (3%), Microhydro sebesar 566.868kWh/tahun (84%) dan pembelian dari jaringan listrik PLN sebesar 89.738kWh/tahun (13%). Sedangkan total konsumsi listrik keseluruhan yaitu sebesar 671.333kWh/tahun, terbagi atas beban pelanggan di desa pinolosian sebesar 450.774kWh/tahun (67%) dan penjualan pada jaringan PLN sebesar 220.558kWh/tahun (33%). Tabel 6 Total pembelian dan penjualan listri perbulan dalam 1 tahun. Pembelian
Penjualan
(kWh)
(kWh)
($)
Januari
7.547
18.781
-2.179
Februari
6.419
17.631
-2.045
Maret
8.236
18.321
-2.125
April
7.548
18.072
-2.096
Mei
7.203
19.416
-2.252
Juni
7.544
17.802
-2.065
Juli
7.620
18.923
-2.195
Agustus
8.446
17.744
-2.058
September
7.639
17.890
-2.075
Oktober
7.009
18.742
-2.174
November
7.053
18.637
-2.162
Bulan
Gambar 8. Aliran penggunaan biaya berdasarkan komponen yang digunakan.
Gambar 8 memperlihatkan ringkasan biaya berdasarkan komponenkomponen yang digunakan dalam sistem hybrid. Dampak penggunan biaya yang besar terdapat pada komponen PV dan Microhydro terutama pada tahun ke-1 dan ke-20. Sedangkan pada komponen converter dan Battery tidak terlalu berdampak pada penggunaan biaya.
Keuntungan
Desember
7.475
18.600
-2.158
Total
89.738
220.558
-25.585
5
ELECTRICHSAN, VOL. 01, NO.02, DESEMBER 2014 Tabel 6 menjelaskan bahwa total penjualan listrik pada sistem hybrid ini lebih besar dibandingkan dengan pembelian listrik pada jaringan listrik PLN, yaitu pejualan pada jaringan listrik PLN sebesar 220.558kWh/tahun dan pembelian hanya sebesar 89.738kWh/tahun. dari hasil tersebut maka, sistem hybrid ini memiliki keuntungan sebesar US$25.585/tahun.
D. Kesimpulan Kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian dan simulasi dari sistem pembangkit hybrid berbasis energi terbarukan menuju desa mandiri energi di desa Pinolosian, Kecamatan Pinolosian Kabupaten Bolaang Mongondow Selatan adalah : 1. Dari hasil pemodelan didapatkan : a. Jika hanya pembangkit surya yang diterapkan dalam sistem hybrid, didapat nilai capital US$56.710, nilai NPC (Net Present Cost) US$66.368 dan biaya operasional US$756/tahun. dengan harga LCOE (Levelized Cost of Energy) US$0,012/kWh, nilai LCOE sistem surya lebih rendah dari harga jaringan listrik PLN yaitu sebesar US$0,106/kWh. Dari hasil tersebut, sistem pembangkit surya kurang optimal jika di terapkan didesa Pinolosian, meskipun harga jual kepada pelanggan mampu bersaing dengan harga dari jaringan listrik PLN. b. Jika hanya pembangkit microhydro yang diterapkan dalam sistem hybrid, didapat nilai capital US$72.116, nilai NPC (Net Present Cost) US$226.006 dan biaya operasional US$23.321/tahun. dengan harga LCOE (Levelized Cost of Energy) US$0,039/kWh. Harga ini cukup bersaing dari nilai penjualan energi listrik jaringan listrik PLN sebesar US$0,116/kWh. Sehingga sistem microhydro ini cukup optimal untuk diterapkan didesa Pinolosian. c. Jika pembangkit surya-microhydro yang diterpakan dalam sistem
hybrid, didapat nilai capital US$127.716, nilai NPC (Net Present Cost) US$181.440, dan biaya operasional US$315.153/tahun. Dengan harga LCOE (Level of Cost Energy) US$0,031/kWh. Harga ini cukup rendah dan cukup bersaing dari nilai penjualan energi listrik jaringan listrik PLN sebesar US$0,116/kWh. Sehingga system hybrid surya-microhydro ini cukup optimal, bisa diandalkan dan diterapkan didesa Pinolosian. 2. Dari hasil pemodelan, didapatkan hasil yang paling optimal yang bisa andalkan dan diterapkan di desa Pinolosian yaitu pembangkit hybrid surya-microhydro, dengan nilai capital US$127.716, nilai NPC (Net Present Cost) US$181.440, biaya operasional US$315.153/tahun, dan harga LCOE (Level of Cost Energy) US$0,031/kWh. Dengan nilai keuntungan penjualan pada jaringan listrik PLN sebesar US$25.585/tahun. DAFTAR PUSTAKA [1]. Rizal F., dkk, 2012, Optimasi Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Surya/Angin/Diesel Untuk Desa Pulo Pusong Kota Langsa Menggunakan Software HOMER, Jurnal Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala. [2]. Rudi S, Analisis Perencanaan Penggunaan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (Plts) Untuk Perumahan (Solar Home System) [3]. Trihadi, 2006, Rancangan Teknis Dan Implementasi Sistem Pembangkit Listrik Hibrida Pv-Diesel Di Sulawesi. Balai Besar Teknologi Energi - BPPT, PUSPIPTEK, Cisauk-Tangerang 15314, Indonesia. [4]. Ade Irawan, Dkk, 2013, Studi Perencanaan Pembangkit Listrik Hibrida di Pulau Panjang Menggunakan Software HOMER. Jurusan Teknik Elektro, Universitas Maritim Raja Ali Haji, Kepulauan Riau [5]. Anjas S. A, Dkk, 2013, Perancangan SistemPembangkit Listrik Hibrida(Energi Angin Dan Matahari) Menggunakan Hybrid Optimization Model For Electric
6
ELECTRICHSAN, VOL. 01, NO.02, DESEMBER 2014
[6].
[7]. [8].
[9].
Renewables (HOMER). Jurnal Mipa Unsrat Online 2 (2) 145-150 Arif F.J, Dkk, 2012, Optimalisasi Energi Terbarukan pada Pembangkit Tenaga Listrik dalam Menghadapi Desa Mandiri Energi di Margajaya (Renewable Energy Optimization of Electrical Power Generation toward the Energy SelfSufficient Village in Margajaya). Jurnal Ilmiah Semesta Teknika Vol. 15, No. 1, 22-34, Mei 2012 Aruanto S, Dkk, Pemodelan Sistem Pembangkit Listrik Hibrid Angin dan Surya Asnal E, 2012, Pembangkit Listrik Sel Surya Pada Daerah Pedesaan. Jurnal Teknik Elektro ITP, Volume 1, No. 1; Januari 2012 Hasnawiyah H, 2012, Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Di Pulau Saugi. Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, Sulsel 90245. Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 10, Nomor 2, Juli Desember 2012
7
