Presentasi Seminar Tugas Akhir (Genap 2011) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS
Studi Keandalan Sistem Kelistrikan Hingga Level Beban Tegangan Menengah di PT.Pupuk Kalimantan Timur Nama : Prita Lukitasari NRP : 2207 100 071 Pembimbing : 1. Prof. Dr. Ir. Adi Soeprijanto, MT 2. Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT
Latar Belakang • Kontinuitas penyediaan tenaga listrik menjadi tuntutan yang semakin besar untuk menunjang proses produksi pabrik, sehingga dibutuhkan sistem tenaga listrik yang handal. • Pemadaman akibat kegagalan pembangkit dapat mengakibatkan penurunan kapasitas produksi yang berakibat pada kerugian pabrik.
Permasalahan dan Batasan Masalah • Bagaimanakah keandalan di PKT setelah diintegrasikan (33 kV) dari keadaan sebelumnya (independen (11kV))? • Metode yang digunakan untuk mendapatkan nilai SAIDI dan SAIFI adalah simulasi Monte Carlo. • Dalam tugas akhir ini software simulasi yang digunakan adalah software Matlab.
Tujuan • Mendapatkan nilai SAIDI dan SAIFI dari pembangkit di PT. Pupuk Kaltim. • Meningkatkan keandalan sistem Kelistrikan di PT. Pupuk Kaltim.
Langkah-langkah Penelitian Start
Pengumpulan data–data sistem kelistrikan dan keandalan generator
Simulasi keandalan menggunakan software Matlab
Analisis Keandalan
Finish
Teori Penunjang LOLP (Loss of Load Probability) Monte Carlo Indeks Performansi Keandalan
LOLP (Loss of Load Probability) • Adalah angka yang menggambarkan berapa besar probabilitas unit-unit pembangkit yang beroperasi tidak mampu melayani beban. • Nilai LOLP biasanya dinyatakan dalam hari per tahun. • "Makin kecil nilai LOLP, makin tinggi keandalan sistem. Sebaliknya, makin besar nilai LOLP, makin rendah keandalan sistem, karena hal ini berarti probabilitas sistem tidak dapat melayani beban yang makin besar.“ • Nilai LOLP dapat diperkecil dengan menambah daya terpasang atau menurunkan nilai Forced Outage Rate (FOR) unit pembangkit, karena dua langkah ini dapat memperkecil probabilitas daya tersedia.
LOLP [2] (Loss of Load Probability) LOLP = p x t Keterangan: p: menggambarkan probabilitas sistem dapat menyediakan daya sebesar b. t: menggambarkan lamanya garis tersedianya daya sebesar b memotong kurva lama beban dari sistem. Gambar : Penggambaran LOLP = pxt dalam hari per tahun pada kurva lama beban.
Monte Carlo Jml Penarikan Gen 1
Ket
Gen 2
Ket
T
Ket
Total slip
Load
Ket
Ket
1
2 on
73 on
33 on
150
19
125 on
2
1 off
7 on
50 on
100
23
175 off
3
13 on
8 on
75 on
150
15
125 on
4
4 on
12 on
19 on
150
24
175 off
n
Berdasarkan tabel tersebut maka ditentukan terlebih dahulu peraturan awal atau parameter untuk perhitungan. G1 :angka 1 (off), angka 2-100 (on) G2 :angka 1,2 (off), angka 3-100 (on) Trafo :angka 1 (off), angka 2-100 (on) Load :angka 1-8 (75 MW), angka 9-11 (100 MW), angka 12-19 (125 MW), angka 20-22 (150 MW), angka 23-24 (175 MW).
Indeks Performansi Keandalan • Mean Time To Failure (MTTF) adalah waktu rata-rata kegagalan yang terjadi selama beroperasinya suatu sistem, dapat dirumuskan: MTTF= dimana: T=waktu operasi (up time) n=jumlah kegagalan • Mean Time To Repair (MTTR) adalah waktu rata-rata yang diperlukan untuk melakukan perbaikan terhadap terjadinya kegagalan suatu sistem yang dapat dirumuskan: MTTR= dimana: L=waktu perbaikan (down time) n=jumlah perbaikan
Indeks Performansi Keandalan (2) •
Laju kegagalan atau hazard rate adalah frekuensi suatu sistem/komponen gagal bekerja, biasanya dilambangkan dengan λ (lambda), semakin besar nilai λ maka semakin jelek keandalan suatu sistem/komponen tersebut.
λ= •
Laju perbaikan atau Downtime rate adalah frekuensi lamanya suatu sistem/komponen dalam masa perbaikan (kondisi OFF). Jadi semakin besar nilai µ maka semakin cepat pula waktu perbaikannya yang berarti semakin bagus nilai keandalan suatu sistem tersebut.
•
Ketersediaan atau Availability didefinisikan sebagai proporsi waktu dimana sistem dalam keadaan siap beroperasi. Nilai dari availability sistem bergantung pada frekuensi komponen-komponen sistem yang gagal bekerja (laju kegagalan) dan lama perbaikan dari komponen yang rusak hingga sistem berfungsi kembali (laju perbaikan) [7].
Indeks Performansi Keandalan (3) •
SAIFI (Sistem Average Interruption Frequency Index) adalah indeks keandalan dari hasil pengukuran frekuensi gangguan sistem rata-rata tiap tahun [3]. Berisi informasi tentang frekuensi gangguan permanent rata-rata tiap konsumen dalam suatu area yang dievaluasi
dengan: λk = laju kegagalan saluran Mk = jumlah pelanggan pada saluran k M = total pelanggan pada sistem •
SAIDI (Sistem Average Interruption Duration Index) adalah indeks keandalan hasil pengukuran durasi gangguan sistem rata-rata tiap tahun [3]. Indeks ini berisi tentang frekuensi gangguan permanent rata-rata tiap konsumen dalam suatu area yang dievaluasi.
dengan: µk = laju perbaikan saluran Mk = jumlah pelanggan pada saluran k M = total pelanggan pada sistem
Flowchart Simulasi Monte Carlo dengan Matlab Set for iterasi = 1 to N
For n=1 to gen
Rn = e -λn Bangkitkan bilangan acak
Iterasi + 1 Tidak
Bil acak > Rn Ya
Un = e –μn Bangkitkan bilangan acak Tidak (tambah waktu R) Bil acak >Un Ya Catat waktu R Catat daylife, failure
Plot SAIDI Plot SAIFI
Single Line Diagram PKT 2008 Kaltim 1
Single Line Diagram PKT 2008 Kaltim 2
Single Line Diagram PKT 2008 Kaltim 3
Single Line Diagram PKT 2008 Kaltim 4
Single Line Diagram PKT 2008 KDM
Single Line Diagram PKT 2011
Data Kapasitas Pembangkit Data Beban No Beban 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
Daya (MW) Kaltim 1 19.1 Kaltim 2 14.6 Kaltim 3 8.5 DKM 3.7 NPK 4.0 Kaltim 4 14.2 KDM load 1.5 KPI 1.3 KPA 3.6 POPKA 10.5 SS-4 5.4 KNI 5.0 Blackbear 3.5 Coal Boiler 10.6 PKT
No Pembangkit
Area/Subsystem
Area/Sub-system Kaltim 1 Kaltim 2 Kaltim 3 Kaltim 4 KDM Substation 4 TURSINA Tanjung Harapan
1. G – 1511 Kaltim 1 2. GTG K2 Kaltim 2 3. 16 – Z – Kaltim 3 001 4. Gen P Kaltim 4 5. GTG KDM KDM Total Kapasitas Generator
Daya Daya Terpasa Mampu ng (MW) (MW) 16 14.6 34 27 30 24 21 34 135
19.5 26 111.1
Simulasi dan Analisis Keandalan Keandalan Pembangkit No. Pembangkit
Lokasi Pembangkit
MTTF (hari/tahun)
MTTR (hari/tahun)
1. G – 1511
Kaltim 1
121.67
14
2. GTG K2
Kaltim 2
365
14
3. 16 – Z – 001
Kaltim 3
365
21
4. Gen P
Kaltim 4
121.67
8.33
5. GTG KDM
KDM
365
14
Example:
MTTR pada Kaltim 1 (G-1511) selama tahun 2011 terdapat 3 kali kejadian trip selama: 2 minggu, 3 minggu dan 1 minggu sehingga total menjadi 6 minggu dikali 7 hari = 42 hari dibagi 3 kali jadian. Sehingga didapatkan nilai MTTRnya 14 hari atau 336 jam per tahun. MTTF pada Kaltim 1 (G-1511) terjadi 3 kali trip dan selama setahun ada 365 hari aktif jadi 365 dibagi 3, nilai MTTFnya 121.67 hari per tahun.
Indeks Keandalan PKT Sebelum Terintegrasi Indeks keandalan PKT pada tahun 2008 (sebelum integrasi) dengan iterasi (N) 10000 kali
Unit
SAIFI (Kali/tahun)
SAIDI (Jam/tahun)
Kaltim 1
3.3288
1047.7696
Kaltim 2
1.0296
334.9970
Kaltim 3
1.1489
524.3172
Kaltim 4
3.3055
624.6092
KDM
1.1454
333.6252
Indeks Keandalan PKT Setelah Integrasi Dari hasil simulasi matlab menggunakan metode monte carlo dengan iterasi (N) 10000 didapatkan hasil SAIFI 0.1473 kali per tahun dan 16.8804 jam per tahun untuk nilai SAIDI. 18
0.4 0.35
16
0.3
Jam / tahun
Kali / tahun
14
0.25 0.2 0.15
12
10
0.1 8
0.05 0
6
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000 10000
Grafik SAIFI PKT 2011 dengan iterasi 10.000 kali
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000 10000
Grafik SAIDI PKT 2011 dengan iterasi 10.000 kali
Kesimpulan 1.
Seperti yang kita ketahui bahwa sistem distribusi dengan menggunakan ring ini memang relatif lebih mahal, namun apabila keandalan sistem menjadi lebih tinggi maka nilai BEP (Break Event Point) dapat segera tercapai sebab apabila pembangkit yang sering mengalami kegagalan dapat berimbas pada hasil produksi sehingga menimbulkan kerugian yang besar pada pabrik itu sendiri.
2.
Nilai SAIFI dan SAIDI yang terbesar dihasilkan oleh Kaltim 1 dengan kondisi sebelum terintegrasi dengan system lain pada tahun 2008, yaitu 3.3288 kali per tahun untuk nilai SAIFI dan 1047.7696 jam per tahun untuk nilai SAIDI dengan menggunakan iterasi (N) sebanyak 10000 kali berarti pembangkit yang paling sering trip dalam setahun adalah pembangkit di Kaltim 1.
3.
Nilai SAIFI dan SAIDI untuk Kaltim 2 pada tahun 2008 sebelum diintegrasi yaitu, 1.0296 kali/tahun untuk SAIFI dan 334.9970 jam/tahun untuk SAIDI dengan iterasi (N) sebanyak 10000 kali.
4.
Nilai SAIFI dan SAIDI untuk Kaltim 3 pada tahun 2008 sebelum diintegrasi yaitu, 1.1489 kali/tahun untuk SAIFI dan 524.3172 jam/tahun untuk SAIDI dengan iterasi (N) sebanyak 10000 kali.
Kesimpulan (2) 5.
Nilai SAIFI dan SAIDI untuk Kaltim 4 pada tahun 2008 sebelum diintegrasi yaitu, 3.3055 kali/tahun untuk SAIFI dan 624.6092 jam/tahun untuk SAIDI dengan iterasi (N) sebanyak 10000 kali.
6.
Nilai SAIFI dan SAIDI untuk KDM pada tahun 2008 sebelum diintegrasi yaitu, 1.1454 kali/tahun untuk SAIFI dan 333.6252 jam/tahun untuk SAIDI dengan iterasi (N) sebanyak 10000 kali.
7.
Nilai SAIFI dan SAIDI yang terkecil dihasilkan oleh PKT 2011 setelah diintegrasi dengan menggunakan sistem distribusi ring, yaitu dengan hasil 0.1473 kali per tahun untuk nilai SAIFI dan 16.8804 jam per tahun untuk nilai SAIDI dengan iterasi (N) sebanyak 10000 kali.
8.
Adanya integrasi dengan menggunakan sistem distribusi ring dapat mempengaruhi keandalan pembangkit di pabrik Pupuk Kalimantan Timur, sebab dengan adanya backup dari pembangkit lain sistem dapat tetap bekerja walaupun pembangkit di sistem itu sendiri mengalami gangguan atau trip.
9.
Dari beberapa iterasi yang dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa tidak ada perbedaan hasil yang cukup signifikan.
Saran 1. Untuk penelitian lebih lanjut tentang keandalan perlu dilibatkan berbagai analisa lainnya, seperti cost analysis, management analysis, maupun maintenance analysis.
Tentukan nilai error toleransi
TANYA-JAWAB
•Mengapa menggunakan metode Monte carlo?
For n=1 to gen
Rn = e -λn
•Bagaimana caranya agar berhenti saat konvergen?
Bangkitkan bilangan acak Tidak
Bil acak > Ya
Un = e –μn Bangkitkan bilangan acak Tidak (tambah waktu R)
Bil acak > Ya
Catat waktu R
Catat daylife, failure
Error nilai Un < nilai error toleransi
Plot SAIDI Plot SAIFI
