analisis sistem energi hibrid di waduk lodan kecamatan sarang

TUGAS AKHIR
ANALISIS SISTEM ENERGI HIBRID
DI WADUK LODAN KECAMATAN SARANG
KABUPATEN REMBANG MENGGUNAKAN
SOFTWARE HOMER
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh :
SUDARSONO
D200100097
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Oktober 2015
ii
iii
iv
v
LEMBAR MOTTO
“Sesungguhnya bersama kesukaran itu ada keringanan. Karena itu bila
kau sudah selesai (mengerjakan yang lain). Dan berharaplah kepada
Tuhanmu” (Q.S Al Insyirah : 6-8)
"Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru
yakin kalau kita telah berhasil melakukannya dengan baik."
(Evelyn Underhill)
“Genius adalah 1 % inspiration, 99 % perspiration”
(Thomas Alva Edison)
“Jangan tunda sampai besok apa yang bisa engkau kerjakan hari ini,
Anda tidak bisa mengubah orang lain, Anda harus menjadi perubahan
yang Anda harapkan dari orang lain” (Mahatma Gandhi)
“Learn from yesterday, Live for today, and Hope for tomorrow”
(Albert Einstein)
“Orang hebat tidak dihasilkan dari kemudahan, kesenangan, dan
kenyamanan. Mereka dibentuk melalui kesulitan, tantangan dan air
mata” (Dahlan Iskan)
“Dream – Plan – Action – Hope”
(Sudarsono)
vi
ABSTRAKSI
Penggunaan bahan bakar fosil dari tahun ke tahun semakin
meningkat, padahal bahan bakar tersebut merupakan sumber energi yang
tidak dapat terbaharukan (non renewable), sehingga ketergantungan akan
penggunaan bahan bakar tersebut harus dibatasi dan beralih pada energi
terbaharukan (renewable). Contoh dari energi terbaharukan (renewable) di
antaranya adalah energi : matahari, angin, air, panas bumi dan lainnya.
Sumber energi ini memiliki kekurangan diantaranya : tidak
kontinyu serta ketersediaannya di beberapa tempat tidak sama, untuk
memaksimalkan
pemanfaatannya
diperlukan
penggabungan
dari
beberapa sumber energi menjadi satu sistem yang disebut sebagai sistem
energi
hibrid.
Untuk
mempermudah,
mempercepat
dan
tentunya
menghemat biaya, dalam perencanaan suatu sistem energi hibrid dapat
dilakukan melalui simulasi menggunakan software HOMER. Penelitian ini
berlokasi pada Waduk Lodan Kecamatan Sarang Kabupaten Rembang.
Hasil penelitian menunjukkan lokasi sistem energi hibrid di Waduk
Lodan memiliki potensi, dengan Konfigurasi sistem yang optimal berupa :
15 kW turbin air, 50 kW generator, 300 baterai, 230 kW konverter, dan 29
kW grid, dengan total NPC sebesar $2,297,084 dan biaya keekonomian
(COE) sebesar $0,364/kWh dan renewable fraction sebesar 19%.
Kata Kunci : Renewable, Non Renewable, Sistem Energi Hibrid,
HOMER
vii
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum. Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusuna laporan penelitian ini dapat
terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Analisis Sistem Energi Hibrid di Waduk Lodan
Kecamatan
Sarang
Kabupaten
Rembang
Menggunakan
Software
HOMER” dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk
itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan
hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo B R,. ST., M.Sc., Ph.D., selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Nur Aklis, ST., M.Eng., selaku Pembimbing Utama yang telah
memberikan arahan dan bimbingan.
4. Bapak Nurmuntaha A N, ST., PgDip., selaku Pembimbing Pendamping
yang banyak memberikan ilmu, arahan dan bimbingan.
5. Bapak, ibu dan mbak yang aku sayangi, yang senantiasa memberikan
dukungan baik moral maupun spiritual.
6. Keluarga Kakak Pikat dan Mbak Dina yang telah memberikan
semangat dan tempat tinggal.
7. Keluarga Paklek Lamidi dan Bulek Atik yang senantiasa memberikan
semangat serta doa.
8. Bapak Gunadi selaku Pegawai Waduk Lodan yang telah berkenan
meluangkan waktu untuk memberikan data dan informasi.
9. Bapak Egi Ergian selaku Pegawai PLN Rayon Rembang yang telah
memberikan data dan informasi.
viii
10. Seluruh
Dosen
Jurusan
Mesin
Fakultas
Teknik
Universitas
Muhammadiyah Surakarta yang tidak bisa disebut satu-persatu, yang
telah memberikan ilmu.
11. Sahabatku (Afif Mubarok, Fariz Ardiansyah, Shodiqin) yang telah
mendukung dan membantu.
12. Kuniyati, yang selalu memberikan inspirasi dan semangat untuk
menyelesaikan tugas ini.
13. Rekan-rekan Teknik Mesin angkatan 2010 Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang tidak bisa
disebut satu-persatu yang telah membantu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan
penulis terima dengan senang hati.
Wassalamualaikum. Wr. Wb.
Surakarta, Oktober 2015
Penyusun
ix
DAFTAR ISI
Hal
Halaman Judul ..................................................................................... i
Halaman Keaslian Skripsi .................................................................... ii
Halaman Persetujuan .......................................................................... iii
Halaman Pengesahan ......................................................................... iv
Lembar Soal Tugas Akhir .................................................................... v
Lembar Motto ....................................................................................... vi
Abstraksi .............................................................................................. vii
Kata Pengantar .................................................................................... viii
Daftar Isi ............................................................................................... x
Daftar Gambar ..................................................................................... xiii
Daftar Tabel ......................................................................................... xv
Daftar Lampiran ................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penelitian ................................................. 1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................. 2
1.3. Manfaat Penelitian …......................................................... 3
1.4. Batasan Masalah .............................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kajian Pustaka .................................................................. 4
2.2. Landasan Teori ................................................................. 5
2.2.1. Energi .................................................................... 5
2.2.2. Sistem Energi Hibrid .............................................
7
2.2.3. HOMER ................................................................. 10
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian ..................................................... 23
3.2. Lokasi Desain Sistem Energi Hibrid ................................
x
24
3.3. Survei Pemakaian Listrik dan Potensi Energi ................
24
3.3.1. Survei Pemakaian Listrik ......................................
24
3.3.2. Survei Potensi Energi ...........................................
25
3.7. Komponen Sistem Energi Hibrid .....................................
25
3.7.1. Photovoltaic (PV) ................................................... 26
3.7.2. Turbin Angin .......................................................... 26
3.7.3. Turbin Air ............................................................... 27
3.7.4. Generator ..............................................................
27
3.7.5. Konverter ............................................................... 28
3.7.6. Baterai ................................................................... 28
3.7.7. Bahan Bakar .......................................................... 29
3.7.8. Grid ........................................................................ 29
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Optimisasi ...............................................................
31
4.2. Analisa Sensitifitas ...........................................................
32
4.2.1. Analisa Sensitifitas Harga Listrik Terhadap
Kecepatan Angin, Debit Air dan Harga Bahan
Bakar Diesel ……………........................................ 32
4.2.2. Analisa Sensitifitas Harga Bahan Bakar
Diesel Terhadap Kecepatan Angin, Debit Air
dan Harga Listrik ..................................................
34
4.2.3. Analisa Sensitifitas Debit Air Terhadap
Kecepatan Angin, Harga Bahan Bakar Diesel
dan Harga Listrik ..................................................
37
4.2.4. Analisa Sensitifitas Kecepatan Angin
Terhadap Debit Air, Harga Bahan Bakar Diesel
dan Harga Listrik ..................................................
xi
40
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan ....................................................................... 45
5.2. Saran ................................................................................ 46
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1. Sistem Pembangkit Listrik Hibrid Seri .........................
8
Gambar 2.2. Sistem Pembangkit Listrik Hibrid Paralel ....................
9
Gambar 2.3. Sistem Pembangkit Listrik Hibrid tersaklar
(Switched) .................................................................... 10
Gambar 2.4. Data Beban Utama ......................................................
12
Gambar 2.5. Data Beban Tunda ....................................................... 13
Gambar 2.6. Data Beban Panas (Thermal Load) ............................. 13
Gambar 2.7. Parameter Masukan Sumber Daya Energi Matahari
(Solar Resources) ........................................................ 14
Gambar 2.8. Parameter Masukan Sumber Daya Energi Angin
(Wind Resources) ......................................................... 15
Gambar 2.9. Parameter Masukan Sumber Daya Energi Air
(Hydro Resources) ....................................................... 15
Gambar 2.10. Parameter Masukan Sumber Daya Energi
Biomassa (Biomass Resources) .................................
16
Gambar 2.11. Parameter Masukan Bahan Bakar (Fuel) ...................
17
Gambar 2.12. Parameter Masukan PV ..............................................
18
Gambar 2.13. Parameter Masukan Turbin Angin .............................
19
Gambar 2.14. Parameter Masukan Turbin Air ...................................
20
Gambar 2.15. Parameter Masukan Biaya Generator ........................
20
Gambar 2.16. Parameter Masukan Bahan Bakar Generator ............
21
Gambar 2.17. Parameter Masukan Baterai ......................................
21
Gambar 2.18. Parameter Masukan Konverter ...................................
22
Gambar 3.1. Lokasi Desain Sistem Energi Hibrid (Google Earth®).
24
Gambar 3.2. Parameter Masukan Photovoltaic (PV) ......................
26
Gambar 3.3. Parameter Masukan Turbin Angin .............................
27
Gambar 3.4. Parameter Masukan Turbin Air ...................................
27
Gambar 3.5. Parameter Masukan Generator ..................................
28
Gambar 3.6. Parameter Masukan Konverter ...................................
28
xiii
Gambar 3.7. Parameter Masukan Baterai ........................................ 29
Gambar 3.8. Parameter Masukan Bahan Bakar .............................
29
Gambar 3.9. Parameter Masukan Grid ............................................
30
Gambar 3.10. Sistem Energi Hibrid tenaga PV-Turbin AnginTurbin Air-Generator dengan On Grid ........................
30
Gambar 4.1. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan
Angin Dengan Harga Listrik $0,119/kWh .................
33
Gambar 4.2. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan
Angin Dengan Harga Listrik $0,144/kWh .................
33
Gambar 4.3. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan
Angin Dengan Harga Bahan Bakar $0,83/L ..............
35
Gambar 4.4. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan
Angin Dengan Harga Bahan Bakar $0,94/L ..............
36
Gambar 4.5. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan
Angin Dengan Debit Air 7,8 L/s ..................................
38
Gambar 4.6. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan
Angin Dengan Debit Air 114 L/s ..................................
38
Gambar 4.7. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Debit Air
Dengan Kecepatan Angin 3,16 m/s ............................
40
Gambar 4.8. Grafik OST Radiasi Matahari Terhadap Debit Air
Dengan Kecepatan Angin 6,3 m/s ..............................
41
Gambar 4.9. Grafik OST Kecepatan Angin Terhadap Debit Air
Dengan Radiasi Matahari 4,38 kWh/m2/day ..............
43
Gambar 4.10. Grafik OST Kecepatan Angin Terhadap Debit Air
Dengan Radiasi Matahari 6,69 kWh/m2/day ..............
xiv
43
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 4.1.
Total Biaya NPC Sistem ............................................... 31
Tabel 4.2.
Total Produksi Listrik .................................................... 32
Tabel 4.3.
Perbandingan Kondisi Sensitifitas Harga Listrik
Terhadap Radiasi Matahari, Kecepatan Angin,
Debit Air dan Harga Diesel Yang Besarnya
Sama ............................................................................ 34
Tabel 4.4.
Perbandingan Kondisi Sensitifitas Harga Diesel
Terhadap Radiasi Matahari, Kecepatan Angin,
Debit Air dan Harga Listrik Yang Besarnya Sama ......
Tabel 4.5.
37
Perbandingan Kondisi Sensitifitas Debit Air
Terhadap Radiasi Matahari, Kecepatan Angin,
Harga Diesel dan Harga Listrik Yang Besarnya
Sama ............................................................................ 39
Tabel 4.6.
Perbandingan Kondisi Sensitifitas
Kecepatan Angin Terhadap Radiasi Matahari,
Debit Air, Harga Diesel dan Harga Listrik Yang
Besarnya Sama ............................................................ 42
Tabel 4.7.
Perbandingan Kondisi Sensitifitas
Radiasi Matahari Terhadap Kecepatan Angin,
Debit Air, Harga Diesel dan Harga Listrik Yang
Besarnya Sama ............................................................ 44
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1.
Daftar Pelangggan RBM (Rute Baca Meter)
Lampiran 2.
Data Pemakaian Listrik Waduk Lodan dan Rumah disekitar
Lampiran 3.
Tarif Harga Listrik Bulan Juni 2015
Lampiran 4.
Laporan Operasional Waduk Lodan Rembang Tahun 2014
Lampiran 5.
Data Sumber Daya Air
Lampiran 6.
Data Sumber Daya Matahari
Lampiran 7.
Data Sumber Daya Angin
Lampiran 8.
Spesifikasi Photovoltaic
Lampiran 9.
Spesifikasi Turbin Angin
Lampiran 10. Spesifikasi Turbin Air
Lampiran 11. Spesifikasi Generator
Lampiran 12. Spesifikasi Konverter
Lampiran 13. Spesifikasi Baterai
Lampiran 14. Tabel Biaya Komponen Sistem Energi Hibrid
xvi