J. Sains MIPA, April 2010, Vol. 16, No. 1, Hal.: 57-61 ISSN 1978-1873
SISTEM MONITORING PEMBANGKIT LISTRIK HIBRIT SEL SURYA, TURBIN ANGIN, FUEL CELL BERBASIS HIDROGEN Achiar Oemry1 dan Imam Djunaedi2 1Pusat
Penelitian Fisika – LIPI, Puspiptek, Serpong 15310 E-mail:
[email protected] 2Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Bandung, 40135 E-mail: imam-djunaedi @yahoo.com
Diterima 17 November 2009, disetujui untuk diterbitkan 12 Januari 2010
ABSTRACT The development and application of technology model in hybrid electricity supply consist of solar, wind, and fuel cell/hydrogen energy, renewable energy sources has been done in the testing process. The electric energy obtained was used by people in Kampung Tenjolaya Wanassalam, Lebak Banten. The monitoring has been done to determine the perfomance system by analysing the data of 18 sensor inputs placed at the three generators, such as speed and wind direction, turbine rotate speed, solar radiation, current flow, electric voltage, the prediction of amount of hydgrogen produced, the flow of hydrogen gas used in the fuel cell and data output of electricity usage. The data obtained were kept in local server database which can be transmitted by SMS or protocol email to administrator server. Based on the data analysis, it is expected to make a techno-economically scenario system which can be used to plan a similar model in the future and the data also can be used to improve the system, economically system capacity or the component choice of supporting system such as fuel cell, solar cell, wind turbine and geographic position where the system is operated.
Keywords: monitoring system, hybride electricity , solar cell, wind turbin, fuel cell, hydrogen ABSTRAK Pengembangan dan penerapan model teknologi penyediaan listrik sistim hibrit, yang terdiri dari energi surya/pv, energi angin, dan energi hydrogen/ fuel cell, yang merupakan sistem pembangkit energi terbarukan, telah dilakukan dan dalam proses pengujian. Energi listrik yang dihasilkan, disalurkan untuk kepentingan masyarakat di Kampung Tenjolaya, Wanassalam, Lebak, Banten. Monitoring diperlukan untuk penentuan performance sistem, dengan analisis data dari 18 input sensor yang dipasang pada ketiga jenis pembangkit tersebut, seperti kecepatan dan arah angin, kecepatan rotasi turbin, radiasi matahari, besar arus dan tegangan sel surya, perkiraan jumlah gas hidrogen yang dihasilkan, aliran gas hidrogen yang digunakan fuel cell, maupun data output penggunaan energi listrik. Data disimpan dalam database server lokal, dan dapat ditansmisikan via sms maupun email-protocol ke server pengelola. Diharapkan dari hasil analisis, dapat dibuat suatu skenario tekno-ekonomis sistem, yang dapat digunakan bagi perencanaan /penerapan model sejenis di waktu mendatang, terkait dengan penyempurnaan sistem, kapasitas sistem yang ekonomis, maupun pilihan komponen pendukung sistem seperti fuel cell, solar cell, turbin angin, serta letak geografis, dimana sistem akan dioperasikan. Kata kunci: sistem monitoring, pembangkit listrik hibrit, sel surya, turbin angin, sel bahan bakar, hidrogen
1. PENDAHULUAN Pengembangan dan penerapan model teknologi penyediaan listrik sistim hibrit dengan memanfaatkan sekaligus energi surya/pv, energi angin, dan energi hydrogen/ fuel cell, merupakan pengembangan sistem pembangkit energi terbarukan1). Energi listrik yang dihasilkan telah disalurkan untuk kepentingan masyarakat di Kampung Tenjolaya, Kecamatan Wanassalam, Kabupaten Lebak, Banten.
2010 FMIPA Universitas Lampung
57
A. Oemry dan I. Djunaedi... Sistem Monitoring Pembangkit Listrik Hibrit Sel Surya
Kegiatan ini merupakan penerapan model awal yang pertama sekali dilakukan di Indonesia, dimana disain dasar sistem difokuskan pada penyimpanan energi dalam bentuk gas hydrogen, yang dapat dikonversikan kembali menjadi listrik dengan penggunaan unit fuel cell2). Pilihan ini dilakukan untuk mengatasi fluktuasi energi yang dihasilkan dari pv dan turbin angin, dan juga keterbatasan kapasitas simpan battery dan mempunyai life time yang pendek (deep charge cycle)3-6. Pengembangan model dan uji lapangan diperlukan bagi kepentingan perbaikan dan penyempurnaan sistem pembangkit listrik berbasis energi hidrogen berikutnya, bila diterapkan dan digunakan bagi peneyediaan energi listrik di daerah-daerah lain di Indonesia. Peningkatan performance dan kehandalan sistem melalui penyempurnaan disain, serta pilihan komponen yang tepat, diharapkan akan diperoleh suatu unit pembangkit listrik dengan kapasitas tertentu, yang dapat memberdayakan energi lokal/setempat, dan sekaligus dapat mengurangi ketergantungan kepada bahan bakar minyak sebagai pembangkit energi listrik7,8). Sistem monitoring data telah dipasang untuk memantau semua data-data yang terkait dengan penentuan performance sistem, seperti data input pv, radiasi matahari, kecepatan angin, energi yang dikonversikan pleh unit elektrolisis menjadi gas hydrogen, gas yang dikonversikan kembali oleh fuel cell menjadi listrik, maupun data output penggunaan energi listrik. Sebanyak 18 sensor/transducer telah dipasang, dimana data dari masing-masing sensor/transducer akan ditampilkan pada layar monitor utama setiap 4 detik, dan disimpan pada database server local setiap 1 menit. Konfigurasi tampilan dan penyimpanan data dapat diubah sesuai dengan keadaan ataupun keperluan.. Semua data di server local kemudian dikirim ke server di Pusat Penelitian Fisika–LIPI di Puspitek-Serpong dan server Litbang PLN di Jakarta, dengan menggunakan 2 metoda, yaitu melalui GSM-SMS dan GSM internet (GPRS). Penerapan model hibrit ini dilaksanakan atas kerjasama antara Kementerian Pembangunan Daerah Tertinggal, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, dan Pemerintah Daerah Kabupaten Lebak pada tahun 20071); kemudian peningkatan performance sistem melalui pemasangan sistem Monitor Pembangkit Listrik Kombinasi Energi Terbarukan Berbasis Hidrogen dilaksananakan melalui kerjasama antara Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia dengan PLN Litbang pada tahun 20082).
2. METODE PENELITIAN Model hibrit telah dipasang diatas lahan 1000 m2, terletak pada ketinggian sekitar 15 m dari permukaan laut, dan sekitar 300 m dari bibir pantai, di Kampung Tenjolaya, Kecamatan Wanassalam, Lebak, Banten. Model hibrit terdiri dari unit sel surya/pv dengan kapasitas 1 kW, unit turbin angin dengan kapasitas maksimum 5 kW, unit elektrolisis 500 gram/hari, fuel cell dengan kapasitas 1,2 kW, storage tank 10 m3. Tenaga listrik yang dihasilkan sebesar 3 kW/220 Vac, dan dapat disedikan selama 6 jam setiap malam, untuk disalurkan kepada sekitar 40 rumah yang terletak sekitar 300 m dari lokasi model. Gas hidrogen dihasilkan dengan mengkonversikan listrik yang diperoleh dari pv pada siang hari ataupun atau energi listrik yang berlebih dari wind turbine, melalui sub-sistem elektrolisis air-alkalin, dan disimpan dengan tekanan maksimum 5 Bar. Dengan volume storagetank sebesar 10 m3, dapat dismpan hydrogen setara listrik sebesar 80 kWH. Jumlah gas hidrogen tersebut diperkirakan dapat mensuplai gas selama 15 hari, untuk diubah menjadi listrik oleh fuel cell. Disain ini mengambil asumsi energi dari surya sekitar 4,5 kWh/hari, fill-factor dari wind turbin sekitar 0,15 – 0,2, efisiensi fkonversi fuel cell maksimum 50%, efisiensi inverter sekitar 85%, dan konversi hidrogen-listrik sekitar 20 kWh per kg. Disain ini juga memperhitungkan wind off dalam setahun, total sekitar 60 hari dengan priode 4 x 15 hari. Dari observasi di lokasi, pada saat musim wind off yaitu sekitar Januari sampai dengan Mei, diperkirakan masih dapat dimanfaatkan angin lokal yaitu angin darat/laut dengan potensi relatif cukup baik. Kondisi ini disebabkan lokasi berada pada pantai yang diapit dengan jarak relatif dekat antara perbukitan/gunung dan laut. Secara skematis sistem pembangkit hibrit ini dapat digambarkan pada Gambar 1 berikut ini :
58
2010 FMIPA Universitas Lampung
J. Sains MIPA, April 2010, Vol. 16, No. 1
Gambar 1. Sistem pembangkit listris berbahan bakar hidrogen. Pada sistem hibrit, untuk memantau semua parameter kerjanya, telah dipasang sebanyak 18 sensor/transducer, pada titik-titik tertentu di dalam rangkaian kelistrikannya, sebagai berikut : Solar cell : sensor radiasi, current, voltage Wind turbine : anenometer, rpm tranducer, wind vane, arus, voltage Accumulator: voltage Inverter : input current, output voltage Elektrolisis : input current, flowmeter Fuel cell: output current and voltage Tank storage : pressure gauge Seluruh data dari sensor/transducer akan dismpan di dalam server local, dan ditampilkan setiap 4 detik pada monitor, dan disimpan pada database setiap 1 menit. Konfigurasi waktu tampilan dan penyimpanan ini dapat dirubah sesuai dengan keperluan. Data di server local, dikirim ke server LIPI di Serpong dan server PLN di Jakarta, dengan dua cara, yakni via sms ( by request) dan melaui protocol email. Data secara priodik akan dikompress untuk mengurangi besar band-width, dan modem akan mendial server pada waktu tertentu dan mengirimkannya via email ke kedua server tersebut.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Secara skematis, sistem yang telah dibangun dapat digambarkan pada Gambar 2. Data logger dalam skema, merupakan sebuah computer tipe industry/lapangan, dengan CPU tipe Via Mark 533 MHz, storage 80 GB, touch screen, prosesor ADSP BF 532, 32 bit, 400 MHz, RAM 32 MB, dengan speration system menggunakan Linux Xubuntu 8.04.1. Hasil monitoring yang ditampilkan berisi data ber-urutan tentang: Hari, Bulan, Tanggal, Jam, Tahun, Wind speed, Wind-direction, Turbine-rpm, Turbine-current, Turbine-voltage, Surya-current, Surya-voltage, Battery-voltage, Surya-radiasi, Main-inverter-current, Fuel cell-current, Fuelcellvoltage, Mainpower-current, Main power voltage, dan Mainpower-kWh. Tampilan data mentah yang dikirimkan via email seperti pada Gambar 3.
2010 FMIPA Universitas Lampung
59
A. Oemry dan I. Djunaedi... Sistem Monitoring Pembangkit Listrik Hibrit Sel Surya
Gambar 2. Sistem jaringan yang telah dikembangkan.
Hari Bln Tgl Jam Tahun Wind_speed Wind_direct Turbin_rpm Turbin_current Turbin_voltage Surya_current Surya_current2 Baterai_voltage Surya_radiasi Main_inverter_current Elektrolisis_current Fuel_cell_current Fuel_cell_voltage Power_24V PM_current PM_voltage PM_kWh Wed Jul 8 13:53:56 2009 2.235 131.000 73.471 0.034 129.075 2.923 3.256 123.684 2.182 6.123 0.000 0.000 0.000 21.088 2.970 216.400 36.665 Wed Jul 8 13:53:58 2009 2.235 139.000 67.988 0.018 120.658 2.926 3.230 124.364 2.183 6.112 0.000 0.000 0.000 21.073 3.020 217.000 36.665 Wed Jul 8 13:54:00 2009 1.788 147.000 66.911 0.007 115.544 2.932 3.251 122.421 2.184 6.146 0.000 0.000 0.000 21.114 3.000 217.700 36.666 Wed Jul 8 13:54:02 2009 1.788 148.000 63.311 0.004 109.548 2.917 3.232 123.351 2.174 6.112 0.000 0.000 0.000 20.898 2.970 219.000 36.667 Wed Jul 8 13:54:04 2009 2.235 166.000 59.306 0.020 102.550 2.914 3.232 124.221 2.172 6.166 0.000 0.000 0.000 21.109 3.080 219.200 36.667 Wed Jul 8 13:54:06 2009 2.235 127.000 55.764 0.008 93.848 2.932 3.216 123.506 2.172 6.159 0.000 0.000 0.000 21.030 2.980 218.700 36.668 Wed Jul 8 13:54:08 2009 2.235 159.000 52.383 0.020 88.924 2.915 3.213 121.956 2.166 6.089 0.000 0.000 0.000 21.095 2.960 217.200 36.669 Wed Jul 8 13:54:10 2009 2.235 168.000 48.618 0.037 84.621 2.892 3.210 124.304 2.156 6.047 0.000 0.000 0.000 21.029 2.930 216.900 36.669 Wed Jul 8 13:54:12 2009 2.682 155.000 48.189 0.029 80.091 2.898 3.206 123.398 2.156 6.056 0.000 0.000 0.000 21.101 3.060 218.200 36.670 Wed Jul 8 13:54:14 2009 3.129 161.000 44.486 0.005 75.763 2.898 3.195 122.814 2.149 6.041 0.000 0.000 0.000 21.102 3.000 217.500 36.671 Wed Jul 8 13:54:16 2009 3.129 159.000 44.405 0.019 73.010 2.885 3.193 122.731 2.146 6.074 0.000 0.000 0.000 21.043 3.060 218.000 36.671 Wed Jul 8 13:54:18 2009 3.576 158.000 40.993 0.025 69.052 2.886 3.198 123.494 2.149 6.073 0.000 0.000 0.000 21.070 3.060 217.200 36.672 Wed Jul 8 13:54:20 2009 4.023 158.000 40.599 0.031 67.943 2.885 3.200 122.349 2.151 6.061 0.000 0.000 0.000 21.121 2.950 218.000 36.673 Wed Jul 8 13:54:22 2009 3.576 161.000 38.396 0.012 64.105 2.899 3.201 123.029 2.155 6.049 0.000 0.000 0.000 21.101 2.930 218.300 36.674 Wed Jul 8 13:54:24 2009 3.576 160.000 36.970 0.004 61.255 2.895 3.200 122.123 2.161 6.109 0.000 0.000 0.000 21.117 3.010 217.300 36.674 Wed Jul 8 13:54:26 2009 3.129 145.000 34.513 0.028 58.525 2.912 3.221 123.780 2.166 6.154 0.000 0.000 0.000 21.068 3.090 216.900 36.675
Gambar 3. Data logger dalam skema, merupakan sebuah computer tipe industry yang dikirim lewat email. Dari data pada Gambar 3, dapat dilihat bahwa data diambil setiap 2 detik, pada tanggal 8 Juli 2009, sekitar jam 13.53 WIB. Dengan supply data yang kontinyu, kondisi pembangkit di lapangan yang jaraknya sekitar 200 km dari Serpong, setiap saat dapat diamati dan di antisipasi apabila suatu hal yang tidak
60
2010 FMIPA Universitas Lampung
J. Sains MIPA, April 2010, Vol. 16, No. 1
menguntungkan akan terjadi pada sistem. Saat ini arus data masih satu arah, dan apabila diperlukan perubahan operasi pada sistem, dilakukan oleh operator di lokasi dengan bimbingan dari pengelola di Serpong, yang dilakukan via telepon ataupun sms. Kedepan direncanakan agar beberapa titik yang penting operasi sistem dapat dikendalikan langsung oleh pengelola dari Serpong.
4. KESIMPULAN DAN SARAN Suatu sistem monitoring telah diaplikasikan pada pembangkit listrik hibrit, yang terdiri dari sel surya, turbin angin, fuel cell, dan elektrolisis air-alkalin. Data dari 18 sensor/tranducer, yang berisi informasi kerja dar sistem hibrit, disimpan dalam database server di lokasi sistem, dan dapat dikirimkan via sms ataupun email ke server pengelola yang berjarak sekitar 200 km dari lokasi. Pengelolaan informasi tersebut, telah dapat digunakan sebagai pengendali tidak langsung yakni melalui operator di lokasi, untuk melakukan tidakan yang diperlukan bagi keamanan pengoperasian sistem. Pengembangan lebih lanjut sedang dilakukan agar pengendalian sistem hibrit dapat dilakukan secara remote melalui unit telemetri tersbut.
UCAPAN TERIMA KASIH Terimakasih kami sampaikan kepada Kementerian Pembangunan Daerah Teringgal yang telah membiayai pengembangan Model Teknologi Penyediaan Listrik Sistem Kombinasi Energi Angin, Solar, dan Hidrogen, Pemerintah Daerah Kabupaten Lebak yang telah menyediakan lahan untuk penempatan model, dan LIPI yang telah mengizinkan grup peneliti dimana penulis ikut terlibat untuk ikut dalam kegiatan ini. Juga kepada badan Litbang PLN Jakarta yang telah mendukung pendanaan pengembangan dan pemasangan sistem akusisi dan telemetri data.
DAFTAR PUSTAKA 1.
Achiar, O., Imam, D., Haifa, W. dan Binudi. 2007, Penerapan Model Teknologi Penyediaan Listrik Sistem Kombinasi Energi Angin, Solar, dan Hidrogen, Laporan Akhir, Kontrak no.097, Kementrian Pembangunan Daerah Tertinggal-LIPI.
2.
Achiar, O, Imam, D. dan Haifa .W. 2008, Perancangan dan Instalasi Sistem Monitoring Pembangkit Listrik Kombinasi Energi Terbarikan Berbasis Hidrogen, Laporan , Litbang PLN-LIPI.
3.
Paganelli, G., Ercole, G., Brahma, A., Guezennec, Y. and Rizzoni, G. 2001. General supervisory control policy for the energy optimization of charge-sustaining hybrid electric vehicles. JSAE Review, 22 (4), 511-518.
4.
Jeong, K.S., Lee, W.Y. and Kim, C.S. 2005. Energy management strategies of a fuel cell/battery hybrid system using fuzzy logics. J. Power Sources, 145 (2), 319-326 .
5.
Rajashekara, K., 2000. Propulsion system strategies of fuel cell vehicles, AE Technical Paper, 200001-0369.
6.
Friedman, D.J., Lipman, T.L., Eggert, A., Ramaswamy, S. and Hauer, K.H. 2000. Hybridization: cost and efficiency comparisons for PEM fuel cell vehicles, AE Technical Paper, 2000-01-3078.
7.
Schouten, N.J., Salmon, M.A. and Kheir, N.A. 2003. Energy manage strategies for parallel hybrid vehicle using fuzzy logic, Control Eng. Pract. 11, 171–177.
8.
Chau, K.T., Chan, K.C. and Shen, W.X. 2003. A New battery capacity indicator for nickel-metal hydride battery powered electric vehicles using adaptive neuro-fuzzy inference system, Energy Convers. Manage., 44, 2059–2071.
2010 FMIPA Universitas Lampung
61
