TUGAS Energi Baru Terbarukan
MASALAH DAN SOLUSI PUMP STORAGE
OLEH : AFIANTO
1006788574
WIRAWAN A
1006788914
PROGRAM MAGISTER TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2010
Abstrak Pump Storage merupakan salah satu bentuk energi terbarukan dengan metode pembangkitan energi identik dengan hydroelectrik plant, yaitu dengan memanfaatkan aliran air. Pemompaan air ke penampungan atas saat beban listrik rendah dapat dikatakan sebagai penampung energi (energy storage) yang tidak terpakai untuk kemudian digunakan pada saat yang tepat. Pump storage memerlukan waktu yang tepat dalam penggunaannya karena daya yang digunakan untuk memompa air ke penampungan atas akan lebih banyak dibandingkan dengan daya yang dihasilkan. Untuk itu diperlukan solusi dari pemanfaatan Unit Commitment dan penggunaan energi terbarukan lainnya untuk memaksimalkan potensi yang ada pada pump storage. Kata kunci
: pump storage, energy storage, Unit Commitment
1. Pendahuluan Kebutuhan akan listrik menjadi permasalahan tersendiri pada era global ini. Kebutuhan akan terus meningkat dari masa ke masa seiring perkembangan zaman. Permasalahan yang ada semakin berkembang dalam pemanfaatan pembangkit-pembangkit konvensional karena faktor-faktor yang umum telah diketahui seperti keterbatasan cadangan bahan bakar, peningkatan polusi, hingga permasalahan kualitas tenaga listrik. Untuk itu banyak pembangkit listrik terbarukan yang berkembang seperti pembangkit listrik tenaga angin, pembangkit listrik tenaga surya, pembangkit listrik tenaga panas bumi, dan lain sebagainya. Pembangkit-pembangkit listrik terbarukan ini menjawab sebagian besar permasalahan umum yang ada pada pembangkit konvensional walau skala pemanfaatannya belum bisa menyamai pembangkit konvensional. Salah satu energi terbarukan yang ada yaitu pump storage. Pump storage merupakan pembangkit yang menggunakan prinsip yang sama dengan pembangkit listrik tenaga air, yaitu dengan memanfaatkan aliran air untuk memutar turbin sehingga menghasilkan listrik. Namun pada pump storage ini air
yang mengalir akan ditampung pada penampungan bawah dan dipompa kembali ke penampungan atas sehingga dapat digunakan terus menerus. Pump Storage dapat dikatakan sebagai penyimpan energi terbesar dan paling efisien. Selain dapat menyimpan energi dari pembangkit konvensional, terkadang pump storage juga dapat digunakan sebagai penyimpan energi dari pembengkitpembangkit terbarukan seperti pebangkit tenaga angin dan surya menghasilkan energi pada saat tidak terpakai oleh beban.
1.1 Sejarah Pump Storage dan Perkembangannya Perencanaan pertama pump storage adalah pada tahun 1890 di Italia dan Swiss. Pump storage pertama dibuat pada tahun 1909 di Shcaffhausen, Swiss. Pump storage ini menghasilkan daya sebesar 1,5 MW dan menggunakan turbin dan pompa yang terpisah. Pada tahun 1929 mulai dibangun pump storage pertama menggunakan pompa reversible (reversible pump) adalah di Sungai Rocky, Amerika Serikat. Reversible pump-turbine ini memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan pompa dan turbin yang terpisah. Pada tahun 1937 dibangunlah pump storage pertama menggunakan reversible pump-turbine di Pedreira, Brazil dengan daya yang dihasilkan sebesar 5,3 MW. Pada tahun 1954 dibangun sebuah pump storage terbesar pada saat itu di Hiwasse, Amerika Serikat dengan daya yang dihasilkan mencapai 71,5 MW. Namun pump storage ini lebih ditujukan untuk keperluan irigasi. Baru pada tahun 1956 dibangun kembali Hiwasse unit 2 menggunakan reversible pump-turbine dengan tujuan murni untuk kebutuhan beban listrik di Amerika Serikat. Pada awal penggunaannya, pump storage digunakan secara musiman. Seperti pada Rocky River, yaitu pada saat sungai, yang merupakan penampungan bawah, dalam kondisi pasang, maka air akan dipompa keatas untuk tujuan utama mencegah banjir. Seiring perkembangannya, pump storage
lalu
digunakan
untuk
menyimpan
energi
dari
pembangkit
konvensional, seperti pada negara-negara di Eropa yang menggunakan pembangkit listrik tenaga nuklir.
Salah satu negara contoh adalah Italia yang tidak menggunakan pembangkit tenaga nuklir. Pada saat beban rendah, Italia akan membeli energi pembangkit nuklir dari negara tetangga dengan biaya rendah untuk memompa air. Seiring perkembangannya, banyak pembangkit listrik tenaga air yang menggunakan dam/waduk beralih menjadi pump storage. Design-design pump storage pun bervariasi, biasanya tergantung dari keadaan alam sekitarnya. Pump storage Dinorwig di Wales Utara, berlokasi di Gunung Elidir, dengan penampungan atas berada pada perbukitan di gunung dan penampungan bawahnya berada di lembah gunung tersebut. Pump storage Ludington di Michigan, menggunakan danau sebagai sarana penampungan. Pada
tahun
1999,
dibangunlah
pump
storage
pertama
dengan
memanfaatkan laut sebagai penampungan bawah di Jepang. Jepang juga sedang merencanakan pembangunan pump storage terbesar di dunia, yaitu di Kannagawa, dengan estimasi daya yang dapat dihasilkan mencapai 2,820 MW. Beberapa data perkembangan pembuatan pump storage dari tahun ke tahun: 1. 1908 Pumped storage plant pertama di Jerman di Voith’s hydraulic research laboratory. 2. 1929 Reversible Pump pertama didunia di Sungai Rocky, Amerika Serikat. 3. 1937 Reversible Pump-Turbine pertama di dunia dengan output of 5.3 MW, 30 m, 212 rpm di Pedreira, Brazil. 4. 1954 Pump Turbine terbesar pada saat itu dengan kapasitas 71,5 MW di Hiwasse, Amerika Serikat. 5. 1964 Reversible motor-generator pertama di Jerman di Roenkhausen, Jerman. 6. 1966 Reversible pump turbine pertama di Belgia, tiga pump-turbine sebesar 145 MW, 270 m, 300 rpm di Coo-Trois Ponts 1, Belgium. 7. 1970 Pump Turbine dengan kapasitas terbesar di dunia pada waktu itu, dengan 4 buah pump-turbine sebesar 392 MW/425 MVA, 300 rpm dengan pendingin air di Raccoon Mountain, Amerika Serikat.
8. 1970 Sebuah motor generator sebesar 230 MVA, 333,3 rpm di Vianden 10, Luxembourg. 9. 1971 Motor generator sinkron terbesar di dunia dengan 4 buah generator sebesar 300 MVA di Wehr, Jerman. 10. 1974 Reversible Pump Turbine pertama di Argentina dengan 4 pump turbin sebesar 187.5 MW di Rio Grande, Argentina 11. 1976 Pump Turbine paling besar didunia dengan 6 pump turbine masingmasing output sebesar 458 MW/447 MVA di Bath County, Amerika Serikat. 12. 1977 Tiga motor-generator dengan output 343.2 MW/390 MVA, di Helms, Amerika Serikat. 13. 1981 Unit pembangkit reversible pertama dan terbesar di Korea dengan kapasitas 385 MVA, di Samrangjin, Korea Selatan. 14. 1983 Dua Pump-turbine dengan kapasitas 253 MW/250 MVA, di Palmiet, Afrika Selatan.
1.2 Tujuan dan manfaat pump storage • Tujuan dan Manfaat Utama -
memasok listrik pada beban puncak
-
mengefesiensikan spinning reserve/surplus energi dari pembangkitpembangkit konvensional pada saat beban rendah
-
mengurangi energi yang terbuang dari pembangkit konvensional
-
dapat digunakan untuk menyimpan energi dari pembangkit terbarukan yang memasok energi pada saat tidak ada beban
-
•
sebagai energy storage dan pembangkit darurat/cadangan
Tujuan dan Manfaat Lain -
mencegah banjir
-
menguranngi polusi oleh pembangkit konvensional
-
sarana irigasi
-
sarana rekreasi
-
membuka lowongan pekerjaan
1.3 Statistik Lokasi Pump Storage dengan Kapasitas Lebih Dari 1000MW
Tabel 1.1 Negara-Negara Pemanfaat Pump Storage
Berdasarkan statistik, negara pemanfaat pump storage terbesar didunia adalah sebagai berikut (berdasarkan jumlah energi yang dibangkitkan oleh pump storage berbanding jumlah total energi yang dihasilkan oleh semua pembangkit yg ada di negara tersebut) : 1. Jepang
10%
2. Amerika Serikat
2,5%
3. Eropa
5%
4. Kanada
< 0,1%
1.4 Keunggulan Pump Storage dibanding Pembangkit Terbarukan Lain •
Merupakan penyimpan energi terbesar yang dapat digunakan secara fleksibel
•
TIdak terlalu bergantung kepada keadaan cuaca dan alam
•
Dapat digunakan dengan cepat (estimasi menghasilkan tenaga hanya dalam 4-10 detik)
•
Pembangkitan dapat dengan mudah mengikuti beban atau dapat terjadwal
2. Dasar-dasar pump storage 2.1 Syarat umum •
Membutuhkan
2
tempat
penampungan
air/reservoir,
yaitu
penampungan atas dan bawah •
Membutuhkan ketinggian tertentu antara penampungan
atas dan
bawah •
Membutuhkan batas ketinggian air tertentu baik penampungan atas maupun bawah
•
Membutuhkan debit air minimal agar dapat memaksimalkan turbin dalam menghasilkan listrik
•
Membutuhkan
perhitungan
yang
tepat
dalam
memilih
turbin
pembangkit agar dapat beroperasi maksimum sesuai dengan struktur alam •
Membutuhkan pompa yang dapat beroperasi sesuai dengan kebutuhan
•
Diusahakan agar dekat dengan jaringan interkoneksi agar dapat dimanfaatkan dengan optimal
2.2 Prinsip Kerja Pump Storage Pump storage bekerja dengan prinsip pembangkit listrik tenaga air, yaitu dengan memanfaatkan aliran air dengan kecepatan tertentu untuk menggerakkan turbin sehingga dapat menghasilkan listrik.
Gambar 2.1 Skema Umum Pump Storage
Pump storage membutuhkan 2 tempat penampungan air/reservoir yaitu atas dan bawah. Tujuannya yaitu agar air yang mengalir dari penampungan atas yang menggerakkan turbin dapat ditampung kembali di penampungan bawah untuk kemudian di pompa kembali ke penampungan atas sehingga dapat digunakan terus menerus. Secara umum, prinsip kerja pump storage yaitu sebagai berikut : a. Air dari penampungan atas dialirkan ke penampungan bawah sehingga aliran air dapat menggerakkan turbin, sehingga generator bisa menghasilkan listrik. b. Pada saat ketinggian air di penampungan atas mencapai ketinggian tertentu hingga minimum, air akan dihentikan alirannya dengan menutup aliran air tersebut. c. Air yang ditampung pada penampungan bawah akan kembali dialirkan ke penampungan atas dengan cara dipompa. Karena air pada penampungan atas dan bawah dapat dikatakan terus menerus bervolume sama (dengan mengabaikan faktor resapan tanah, penguapan air, dll) maka pump storage ini dapat digunakan secara terus menerus dari hari kehari. Pump storage harus dimanfaatkan pada waktu yang tepat karena pump storage memiliki keterbatasan karena air pada penampungan atas mempunyai keterbatasan volume dan ketinggian efektif. Sementara itu air
pada penampungan bawah yang volumenya bertambah harus dipompa kembali ke atas. Pemompaan air dari bawah ke atas ini membutuhkan tenaga listrik dari pembangkit lain. Oleh karena itu pump storage biasanya akan dioperasikan sebagai pembangkit listrik tambahan pada saat beban mencapai puncaknya dan dioperasikan untuk memompa air dari bawah ke atas pada saat beban terendah dalam suatu sistem interkoneksi jaringan listrik.
2.3 Karakteristik Beban Seperti yang kita ketahui, dalam Unit Committment dan Economic Dispatch,
dalam
pembangkitan
pembangkit
listrik
konvensional,
dibutuhkan ketepatan dan perhitungan agar pembangkit dapat beroperasi secara efisien dalam mensupply beban. Hal ini tidak terlepas dari prinsip dasar ekonomi untuk mencapai efisiensi tertinggi. Pada saat beban mencapai puncak, dibutuhkan lebih banyak pembangkitan dari unit pembangkit listrik agar beban dapat terpenuhi. Sedangkan pada saat beban rendah, maka unit-unit pembangkit yang ada akan dipadamkan agar biaya bahan bakar dapat ditekan. Namun, biasanya pada saat beban rendah ini masih terdapat pembangkit yang beroperasi tidak pada pengoperasian optimumnya atau dalam kata lain masih terdapat spinning reserve pada pembangkit-pembangkit tersebut.
Gambar 2.2 Kurva Karakteristik Beban
Pump Storage memanfaatkan hal tersebut. Dalam kata lain pump storage berfungsi untuk mengoptimumkan pembangkitan dari unit-unit pembangkit tersebut untuk disimpan energinya untuk digunakan pada saat yang tepat, yaitu pada saat beban puncak. Pada saat beban puncak, pump storage akan bekerja sebagai pembangkit untuk memenuhi permintaan beban yang ada karena secara ekonomis memiliki biaya paling rendah dibanding dengan unit pembangkit konvensional lain, sehingga unit-unit pembangkit konvensional lain yang biasanya digunakan pada saat beban puncak dapat dibiarkan padam. Dengan
kata
lain,
biaya-biaya
yang
harus
dikeluarkan
untuk
menghidupkan unit pembangkit pada saat beban puncak ini dapat disimpan. Pada saat beban rendah, spinning reserve dari unit-unit pembangkit yang ada dapat digunakan untuk memompa air kembali ke penampungan atas. Dengan begitu, unit-unit pembangkit yang ada dapat dioptimalkan penggunaannya sehingga mencapai keadaan yang efisien.
Gambar 2.3 Kurva Karakteristik Beban dengan Pemanfaatan Pump Storage
2.4 Reversible Pump turbine Merupakan penggabungan fungsi dari turbin dan pompa dalam satu unit. Reversible pump turbin akan bekerja sebagai turbin generator untuk menghasilkan listrik dan akan menjadi pompa bila berputar pada arah yang berlawanan.
Gambar 2.4 Diagram Blok Sistem Power Pump Storage
Diagram diatas menggambarkan sistem power pada pump storage yaitu pada saat air dilepas dari upper reservoir menuju lower reservoir unit yang bekerja adalah turbin yang menggerakkan rotor generator untuk menghasilkan daya listrik yang selanjutnya dikirimkan kejaringanproses ini digambarkan pada anak panah yang berwarna abu-abu. Adapun proses air dipompa dari lower reservoir menuju ke upper reservoir adalah dengan cara dipompa dengan gaya penggeraknya dari motor yang mendapat supply daya dari power jaringan. Sistem pump storage tersebut dapat dikontrol kecepatan motor/generatornya dengan menggunakan sistem seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.5 Diagram Blok Sistem Kontrol Pump Storage
Rumusan dasar bagi reversible pump turbine adalah perhitungan berdasarkan rumusan generator induksi, yaitu : . . l
Dimana : F = gaya medan magnet i
= arus listrik
l
= panjang kumparan Disaat ada arus listrik yang mengalir , maka akan terjadi medan
magnet yang akan menggerakkan rotor sehingga pump turbine akan bekerja sebagai pompa. Disaat terjadi gaya medan magnet, dalam artian generator sedang bergerak, maka akan dihasilkan arus listrik sehingga pump turbine akan bekerja sebagai generator. Pada perkembangannya, hampir semua pump storage yang ada sekarang menggunakan reversible pump turbine karena lebih efisien dalam penggunaannya.
Gambar 2.6 Reversible Pump Turbine
3. Parameter Pump Storage Seperti yang telah dibahas sebelumnya, dalam pembuatannya pump storage membutuhkan beberapa parameter secara umum seperti ketinggian, debit air, ukuran pump-turbine yang tepat, dan lain-lain. Parameter tersebut dapat dijadikan acuan secara umum dalam menentukan faktor-faktor teknis, disamping memperhitungkan faktor keadaan struktural dan demografis lokasi serta faktorfaktor lain seperti peresapan air, penguapan, curah hujan, dan lain sebagainya. Dengan asumsi untuk melakukan perhitungan berdasarkan parameter yang mungkin dilakukan seperti debit air, ketinggian (jarak) head, dan daya serta efisiensi pump turbine yang bisa diperoleh dari spesifikasi teknik mesin pump turbine, maka perhitungan dasar yang dapat diperhitungkan secara teoritis adalah perhitungan daya output dari turbin maupun pompa dalam Mega Watt (MW), yaitu :
. . . 1000 . .
. . . . . 1000
Keterangan : Ppump
= daya yang diperlukan oleh pompa, (kW)
Pturb
= daya yang dihasilkan oleh turbin, (kW)
ρ
= berat jenis air (x 1000), (kg/m )
g
= percepatan gravitasi (9.81 m/s )
Q
= debit air, (m /s )
H
= head/jarak, (m)
hf
= rugi-rugi head/jarak dalam pipa
ηpump
= efisiensi pompa
ηturb
= efisiensi turbin
ηel
= efisiensi elektrikal motor/generator
3
2
3
dimana : ρ
= didapat 1 (berat jenis air = 1)
hf
= dapat diasumsikan 0 (tanpa rugi-rugi gesekan pada pipa air)
ηel
= dapat diasumsikan 1 (efisiensi electrical 100%)
sehingga perumusan tersebut dapat disederhanakan menjadi :
. . 1000 .
. . . 1000
Data-data mengenai daya keluaran dan efisiensi turbin serta daya yang diperlukan dan efisiensi pompa biasanya terdapat dalam spesifikasi mesin pump-turbine tersebut. Sedangkan ketinggian/head dapat diukur berdasarkan lokasi perkiraan pump storage akan dirancang. Dari rumusan tersebut, maka didapatkan perumusan untuk mengetahui kecepatan minimal debit air pada saat air mengalir dari penampungan atas ke penampungan bawah (Q pada turbin) agar turbin dapat bekerja optimal dan kecepatan perkiraan debit air pada saat dipompa dari penampungan bawah ke penampungan atas (Q pada pompa), yaitu :
. . 1000 .
. 1000 . .
Perhitungan dasar yang dilakukan berdasarkan perumusan ini hanya merupakan asumsi sederhana untuk dapat melihat atau menentukan berbagai parameter dari segi non-teknis seperti keadaan lingkungan (alam) dimana pump
storage akan dibangun. Karena dengan melihat perhitungan dasar ini dapat dinilai apakah lingkungan (alam) sekitar berpotensi untuk dibangun pump storage atau tidak serta dapat menentukan pump-turbine yang tepat agar dapat beroperasi secara maksimal, juga dapat untuk menggambarkan secara sederhana keefektifan dari pump storage yang akan dibangun. Contoh kasus yang akan dibahas berikut merupakan gambaran umum mengenai pump storage, dimana terdapat spesifikasi teknis mengenai pumpturbine dan ketinggian (head) sehingga akan dilakukan penghitungan sederhana mengenai jumlah daya yang dihasilkan bila sebagai generator dan jumlah daya yang digunakan bila sebagai pompa dengan volume air yang sama antara air yang mengalir dari penampungan atas kebawah (sebagai generator) dan air yang dipompa dari penampungan bawah ke penampungan atas (sebagai pompa). Contoh kasus : Sebuah pump-turbine memiliki perencanaan untuk didesign dengan spesifikasi berikut : -
Output
= 100 MW
-
Efisiensi Turbin
= 89%
-
Efisiensi Pompa
= 92%
-
Ketinggian efektif
= 305 meter
Maka : Debit air minimal pada saat menghidupkan turbin :
. 1000 . . .
100. 1000 9,8. 305. 0,89
37,6 &' /)
Debit air perkiraan pada saat dipompa :
. . 1000 .
100 . 0,92 . 1000 9,8. 305
30,8 &' /) Bila diasumsikan daya yang dihasilkan dan yang diperlukan untuk memompa adalah sama, yaitu 100 MW, dan pump storage akan digunakan untuk memenuhi permintaan beban untuk 4 jam, maka : waktu
=
t
= 4 jam = 14.400 detik
Total air yang mengalir
= 14.400 ) x 37,6 &' /) = 541.440 &'
Total daya yang dihasilkan
= 4 x 100 MW = 400 MW
Maka, untuk memompa air ke atas sebanyak volume air yang turun kebawah yaitu : waktu pompa
=
+,-.,,. '.,/
= 17.579 detik = 4,883 jam Total daya yang diperlukan
= 4,883 x 100 MW = 488,3 MW
Dari perhitungan diatas, jelas bahwa daya yang diperlukan untuk memompa lebih besar daripada yang dihasilkan. Jelas bahwa pump storage tidak dapat digunakan seperti pembangkit listrik konvensional pada umumnya. Pump storage
masih
pembangkit
bergantung
konvensional,
pada sehingga
pembangkit tidak
listrik
dapat
lainnya,
berdiri
umumnya
sendiri
seperti
pembangkit-pembangkit terbarukan lainnya. Oleh karena itu pump storage hanya
digunakan
sebagai
penyimpan
energi
pada
saat
pembangkit
konvensional memiliki cukup banyak spinning reserve.
4. Pembahasan Dari permasalahan-permasalahan yang ada, pump storage harus digunakan pada waktu yang tepat agar dapat berfungsi secara maksimal. Bila penggunaan pump storage tidak tepat, bisa jadi akan timbul permasalahan baru, yaitu pump storage sebagai pengkonsumsi daya atau dengan kata lain sebagai penambah beban yang ada. 4.1 Pump Storage dengan Perhitungan harga Jual-Beli Listrik Dengan mengetahui kondisi daya yang diperlukan untuk pompa sebesar 488,3 MW dan daya yang dihasilkan oleh generator sebesar 400 MW maka kalau kita merujuk pada kondisi harga jual – beli listrik di Indonesia maka tidak dapat digunakan sebagai peluang bisnis yang mendapatkan profit sebab kita ketahui berdasar PerMen ESDM No 44 Th 2006 ditetapkan harga jual listrik sebesar $ 0,0495 per KWh didapat nilai jual 400.000 KW x $0.0495 = $19.800. Sedangkan harga beli kalau kita menggunakan Tarif Dasar Listrik bidang Industri diatas 30.000 kVA seharga $ 0,0605 ( $ 1 = Rp 10.000,- ) sesuai PerMen ESDM no 7 tahun 2010, sehingga nilai beli sebesar 488.300 kW x $ 0.0605 = $ 29.542. Namun dibeberapa negara wilayah Eropa, USA serta Jepang bisnis pump storage ini bisa menghasilkan profit sebab harga jual lebih besar beberapa kali harga beli bahkan ada yang mengkalim sampai 7 kali lipat harga beli, hal ini banyak disebabkan karena pada saat beli, produsen
tersebut menggunakan sumber tenaga nuklir yang secara biaya produksi memang sangat murah, meskipun ada dampak resiko yang besar.
4.2 Pump Storage dengan Unit Commitment Pump storage berkaitan erat dengan Unit Commitment dan Economic Dispatch, yaitu sebagai penyimpan energi. Penyimpan energi yang dimaksud adalah sebagai pengoptimum pembangkit yang hidup dengan memanfaatkan spinning reserve dari unit-unit pembangkit untuk memompa air dari penampungan bawah ke penampungan atas. Energi yang telah digunakan pada saat memompa air dari penampungan bawah ke penampungan atas akan dilepaskan kembali dalam bentuk energi yang didapatkan putaran turbin generator oleh aliran air saat air dilepaskan dari penampungan atas ke penampungan bawah. Dengan asumsi bahwa pembangkit konvensional yang digunakan adalah pembangkit yang lebih efisien bila dibiarkan terus menerus hidup, misalnya Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir, maka pump storage akan dapat dimaksimalkan. Namun bila pembangkit konvensional yang digunakan adalah
pembangkit
listrik
bertenaga
fossil
fuel,
maka
diperlukan
penghitungan kembali akan penggunaan bahan bakar dan karakteristik beban yang ada. Hal ini tidak terlepas karena pump storage memiliki kelemahan dasar, yaitu sangat bergantung kepada pembangkit listrik konvensional. Oleh karena itu, pertimbangan mengenai jenis pembangkit konvensional yang digunakan serta perhitungan biaya dan jumlah daya yang digunakan dibanding dengan daya yang dihasilkan oleh pump storage sangat mutlak dipertimbangkan. Sebagai contoh, suatu siklus beban listrik disuatu daerah yang menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir memerlukan 600 MW sebagai beban puncak pada jam 18.00 hingga jam 02.00 setiap harinya, dan beban terendah dirata-ratakan sekitar 350 MW pada jam 02.00 hingga jam 18.00. Diperlukan 3 unit generator untuk mensupply beban pada saat beban puncak dan diperlukan 2 generator pada saat beban rendah. Kurva beban setiap harinya adalah sebagai berikut :
Gambar 4.1 Contoh Kurva Beban
Dari kurva terlihat jelas bahwa bila generator 1 dan 2 dihidupkan dapat menghasilkan output sebesar 500 MW. Namun pada saat beban rendah, generator 2 dihidupkan hanya untuk mensupply daya sebesar 50 MW (minimum), sedangkan generator 2 harus tetap dihidupkan untuk memenuhi kebutuhan beban. Dengan kata lain, generator 2 ini tidak mencapai pembangkitan optimumnya karena masih banyak spinning reserve yang disimpan. Pump storage memanfaatkan hal ini sebagai pengoptimum generator 2 agar mencapai keadaan yang efisien, yaitu dengan memanfaatkan spinning reserve pada generator 2 untuk memompa air dari penampungan bawah ke penampungan atas.
Gambar 4.2 Kurva Beban pada Saat Digunakan untuk Memompa
Warna hijau pada grafik diatas yaitu pada saat generator 2 digunakan spinning reservenya
untuk memompa air dari penampungan bawah ke
penampungan atas. Pada saat beban puncak, energi dari generator 2 yang tersimpan dalam bentuk air yang dipompa keatas dapat digunakan untuk membantu generator 1 dan 2 dalam mencukupi beban yang ada. Dalam hal ini, perminataan beban akan dapat dipenuhi tanpa harus menghidupkan pembangkit 3. Oleh karena itu, biaya penghidupan dan biaya bahan bakar pada generator 3 dapat disimpan.
Gambar 4.3 Kurva Beban pada Saat Pump Storage digunakan
Warna biru merupakan energi yang dihasilkan oleh pump storage untuk memenuhi kebutuhan beban pada saat beban puncak sehingga generator 3 tidak perlu dinyalakan. Penghitungan tersebut tentu saja belum memperhitungkan mengenai permasalahan biaya dan faktor-faktor lain. Namun, prinsip dasar mengapa pump storage tetap bertahan, bahkan semakin dipertimbangkan sebagai salah satu energi terbarukan yang sangat potensial, tidak terlepas dari prinsip diatas yaitu dengan memanfaatkan energi yang tidak terpakai sewaktu beban rendah. Hal ini yang dilakukan oleh banyak negara di Eropa, Amerika, Jepang dan Cina yang rata-rata menggunakan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir sebagai pembangkit listrik utamanya.
4.3 Hybrid Pump Storage – Wind Turbine Seperti pembangkit listrik konvensional maupun pembangkit listrik terbarukan lainnya, pump storage memungkinkan untuk dikombinasikan dengan pembangkit terbarukan lainnya, salah satunya adalah pembangkit listrik tenaga angin. Hybrid Pump Storage – Wind merupakan pemanfaatan energi angin yang berlebih untuk memompa sebagian air dari penampungan bawah ke penampungan atas. Hal ini bertujuan agar proses pemompaan tidak hanya bergantung kepada generator konvensional sehingga dapat mengurangi besar
biaya
untuk
menaikkan
air
dari
penampungan
bawah
ke
penampungan atas.
Gambar 4.4 Hybrid Pump Storage – Wind Turbine
Pemanfaatan tenaga angin ini tentu saja belum dapat dilakukan secara realistis karena keterbatasan daya yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga angin untuk dapat memompa air dari penampungan bawah ke penampungan atas. Namun, salah satu kombinasi pembangkit energi terbarukan yang dapat digunakan dengan pump storage adalah pembangkit tenaga angin ini dengan pertimbangan kondisi lingkungan (alam) dimana pump storage dibuat biasanya merupakan dataran tinggi yang tentu saja memiliki potensi angin yang cukup besar. 4.4 Potensi Pump Storage di Indonesia Pembangunan pump storage telah direncanakan di Indonesia oleh PLN sejak tahun 2009 lalu dengan rencana pembuatan di Sungai Cisokan, Jawa Barat dengan pump turbine sebesar 260 MW sebanyak 4 buah.
Pertimbangan
yang
dilakukan
PLN
adalah
untuk
memaksimalkan
pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Uap pada saat beban rendah, yaitu siang hari. Selain itu, juga dengan pertimbangan fungsi lain pump storage yaitu sebagai pencegah banjir yang disebabkan oleh luapan air sungai yang telah melewati ambang batas kemampuan sungai sehingga berpotensi menyebabkan banjir. Namun, berdasarkan data hidrografi tahunan, ternyata Sungai Cisokan mempunyai debit air yang kecil selama enam bulan dalam satu tahun. Dikhawatirkan dalam waktu tersebut Sungai Cisokan tidak dapat mengisi penampungan pump storage, bahkan ada kemungkinan penampungan pump storage akan kosong. Selain itu, pertimbangan akan perhitungan kembali mengenai biaya daya listrik yang dihasilkan dan yang digunakan untuk pump storage juga harus dikaji ulang. Seperti yang telah dibahas, secara kasar dapat dijelaskan bahwa daya yang digunakan untuk memompa air ke penampungan atas akan lebih besar dibandingkan daya yang dihasilkan oleh generator. Oleh karena itu, evaluasi pemilihan lokasi pembangunan pump storage dan kajian ulang mengenai biaya dan fungsi pump storage di Indonesia sangat penting untuk dipertimbangkan kembali. Sungai besar yang berhulu di Jawa Barat dan bermuara atau melalui DKI Jakarta adalah Sungai Ciliwung dan Sungai Cisadane. Bila fungsi pencegahan banjir menjadi salah satu pertimbangan pemilihan lokasi, maka lokasi pembangunan pump storage yang tepat adalah di wilayah Bogor Sukabumi. Tentu saja pemilihan lokasi yang mempertimbangkan fungsi pencegahan banjir dapat pula dilakukan untuk mencegahbanjir di wilayah Bandung Selatan yang merupakan daerah industri tekstil jawa Barat. Sungai Cisadane dan Sungai Ciliwung yang mempunyai debit minimum tahunan kurang lebih enam puluh meter kubik per detik. Dengan debit air Sungai Cisadane dan Sungai Ciliwung tersebut, maka dimungkinkan pengisian penampungan air pada pump storage dapat dibantu oleh debit air yang mengalir secara alami tersebut, sehingga pemompaan pump storage yang membutuhkan daya listrik dapat dikurangi.
5. Kesimpulan Pump Storage dapat menjadi andalan sebagai pembangkit terbarukan untuk memenuhi kebutuhan listrik saat ini. Pump storage merupakan salah satu pembangkit terbarukan yang sangat efektif dan efisien karena dapat menghasilkan hingga ratusan Mega Watt dan dapat dikontrol penggunaannya. Pump Storage juga menjadi solusi untuk mengoptimalkan pemakaian pembangkit konvensional yang ada dengan bentuk penyimpanan energi dari pembangkit konvensional tersebut. Dengan kata lain, pump storage dapat dijadikan sebagai penyimpan energi terbesar hingga saat ini. Namun dalam penggunaannya pump storage masih bergantung kepada pembangkit-pembangkit lain, terutama pembangkit konvensional. Penggunaan pump storage harus diperhitungkan dengan tepat kapan akan digunakan untuk membangkitkan enegi dan kapan akan digunakan untuk memompa air. Perhitungan yang tepat akan menjadikan pump storage sebagai solusi yang efisien dalam mengatasi kebutuhan beban. Tapi bila perhitungan tidak tepat, bisa jadi pump storage malah berbalik menjadi penambah beban yang ada. Perhitungan ini tentu saja berhubungan erat dengan Unit Commitment karakteristik beban dan faktor-faktor lingkungan yang ada. Solusi lain untuk mengatasi ketergantungan pump storage terhadap pembangkit konvensional yaitu dengan menggunakan metoda hybrid, yaitu menggunakan pump storage dengan pembangkit terbarukan lainnya, seperti pembangkit tenaga angin, dengan tujuan agar kebutuhan daya pada saat memompa air dapat dibantu oleh tenaga yang dihasilkan oleh pembangkit terbarukan lainnya sehingga biaya dapat ditekan.
Daftar Pustaka http://www.usbr.gov/pmts/hydraulics_lab/pubs/EM/EM39.pdf http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5567.pdf http://users.ntua.gr/stpapath/Paper_2.49.pdf http://www.hydro.org/member/leg/Pumped_Storage-BCSE_Briefing_042409%20%20FinalPGE.pdf http://www.peia.biz/images/PDF/Pumped%20Storage%20in%20Hydro%20%202009-04-01%20MG%20public.pdf http://www.andritz.com/hydro-media-media-center-large-hydro-goldisthal_en.pdf http://www.voithhydro.com/media/VSHP090009_Pumped_Storage_72dpi.pdf http://www.symbioticsenergy.com/projects/pumped/pumped-history.html http://www.indonesiapower.co.id/index.php?option=com_content&view=article&id=83 1%3Atepatkah-qpump-storageq-di-cisokan-atas-jabar&Itemid=1 http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_pumped-storage_hydroelectric_power_stations
