bab i 1. pendahuluan

BAB I
1.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Salah satu kebutuhan energi yang hampir tidak dapat dipisahkan lagi dalam kehidupan
manusia pada saat ini adalah kebutuhan energi listrik. Banyak masyarakat aktifitasnya
bergantung pada energi listrik. Sebagaimana telah diketahui untuk memperoleh energi listrik
ini harus melalui suatu proses yang panjang dan rumit, namun mengingat sifat dari energi
listrik ini yang mudah disalurkan dan mudah untuk dikonversikan (convertible) ke dalam
bentuk energi lain seperti menjadi energi cahaya, energi kalor, energi kimia, energi mekanik,
suara, gambar (visual), dan sebagainya. Pemanfaatan energi listrik ini secara luas telah
digunakan untuk kebutuhan rumah tangga, komersial, instansi – instansi pemerintah, industri
kecil maupun besar, dan sebagainya. Keadaan ini membuat energi listrik mejadi salah satu
energi yang perlu diperhatikan keberadaannya. Karena kebutuhan manusia terhadap listrik
yang begitu besar, maka dibangunlah pembangkit listrik.
Energi listrik dihasilkan/dibangkitkan dengan cara mengubah sumber energi dari alam
menjadi energi listrik. Sumber energi tersebut antara lain adalah batubara, minyak bumi, gas
alam, nuklir dan sumber energi baru terbarukan (radiasi matahari, angin, biomassa, air, dan
panas bumi). Sampai saat ini sebagian besar pembangkitan energi listrik di Indonesia
menggunakan minyak bumi, gas alam dan batubara, yang mana merupakan sumber energi
tidak terbarukan. Merupakan suatu kenyataan bahwa kebutuhan akan energi listrik di Indonesia
semakin meningkat seiring dengan pesatnya pertumbuhan dan pembangunan di bidang
teknologi, industri dan informasi. Namun pelaksanaan penyediaan energi listrik yang
dilakukan oleh PT.PLN (Persero), selaku lembaga resmi yang ditunjuk oleh pemerintah untuk
1
mengelola masalah kelistrikan di Indonesia, sampai saat ini masih belum dapat memenuhi
kebutuhan masyarakat akan energi listrik secara keseluruhan. Kondisi geografis negara
Indonesia yang terdiri atas ribuan pulau dan kepulauan, tersebar dan tidak meratanya pusatpusat beban listrik, rendahnya tingkat permintaan listrik di beberapa wilayah, tingginya biaya
marginal pembangunan sistem suplai energi listrik, serta terbatasnya kemampuan finansial,
merupakan faktor-faktor penghambat penyediaan energi listrik dalam skala nasional.
Sehingga masih terdapat cukup banyak daerah-daerah maupun pulau-pulau terluar Indonesia
yang masih belum mendapatkan pasokan energi listrik (Ramani,K.V,1992).
Kebutuhan energi dewasa ini semakin meningkat seiring dengan meningkatnya
kebutuhan manusia. Hal ini menyebabkan adanya indikasi terjadinya krisis energi di dunia.
Salah satu penyebab dari krisis energi tersebut adalah masih besarnya tingkat ketergantungan
pada sumber energi fosil terutama minyak bumi. Seperti diketahui bahwa cadangan minyak
bumi yang tersedia dibumi terbatas. Semakin berkurangnya ketersediaan sumber daya energi
fosil, khususnya minyak bumi, yang sampai saat ini masih merupakan tulang punggung dan
komponen utama penghasil energi listrik di Indonesia, serta makin meningkatnya kesadaran
akan usaha untuk melestarikan lingkungan, menyebabkan kita harus berpikir untuk mencari
altematif penyediaan energi listrik yang memiliki karakter,dapat mengurangi ketergantungan
terhadap pemakaian energi fosil, khususnya minyak bumi dapat menyediakan energi listrik
dalam skala lokal regional mampu memanfaatkan potensi sumber daya energi setempat, serta
cinta lingkungan, dalam artian proses produksi dan pembuangan hasil produksinya tidak
merusak lingkungan hidup disekitarnya. Oleh karena itu perlu dilakukan upaya agar tercipta
keseimbangan energi yang baik.
Sistem penyediaan energi listrik yang dapat memenuhi kriteria di atas adalah sistem
konversi energi yang memanfaatkan sumber daya energi terbarukan, seperti: matahari, angin,
air, biomas dan lain sebagainya (Djojonegoro,1992). Sistem ini merupakan penggunaan
2
energi alternatif sebagai solusi untuk meningkatkan peran energi terbarukan dalam rangka
menjamin keamanan pasokan energi untuk memenuhi kebutuhan energi nasional yang
semakin meningkat secara berkelanjutan. Kecenderungan untuk mengembangkan dan
memanfaatkan potensi sumber-sumber daya energi terbarukan dewasa ini telah meningkat
dengan pesat, khususnya di negara-negara sudah berkembang, yang telah menguasai rekayasa
dan teknologinya, serta mempunyai dukungan finansial yang kuat. Oleh sebab itu, merupakan
hal yang menarik untuk disimak lebih lanjut, bagaimana peluang dan kendala pemanfaatan
sumber-sumber daya energi terbarukan ini di negara-negara sedang berkembang, khususnya
di Indonesia.
Ketersediaan sumber energi terbarukan di Indonesia seperti tenaga surya (matahari)
dan angin cukup melimpah yang dapat dijadikan alternatif pilihan dalam pembangkitan
energi listrik. Selain bersifat terbarukan dan ketersediaannya yang melimpah di Indonesia,
tenaga surya dan angin merupakan sumber energi yang murah, bersih dan ramah lingkungan.
Pembangkit listrik tenaga surya dan angin dapat pula dibangun dalam skala kecil dan bersifat
lokal (stand-alone). Hal ini menguntungkan bagi Indonesia yang merupakan negara
kepulauan, karena tidak memerlukan saluran distribusi listrik yang panjang antar pulau –
pulau yang mana hal ini tidak efisien dari sisi teknis maupun ekonomis.
Salah satu pulau di Indonesia yang pasokan energi listrik belum merata adalah Pulau
Nusa, yang sekaligus akan penulis bahas di tugas akhir ini. Pulau Nusa adalah salah satu dari
beberapa pulau yang ada di bagian utara Sulawesi. Pulau Nusa adalah sebuah pulau yang
berada di Kabupaten Kepulauan Sangihe, Nusa Tabukan, Sulawesi Utara, Indonesia.
Dikarenakan letak geografisnya, pulau ini memliki potensi tenaga surya dan angin yang
mencukupi yang bisa dijadikan sebagai sumber energi terbarukan untuk menghasilkan energi
listrik. Namun potensi ini belum dimaksimalkan, karena sampai dengan saat ini pemenuhan
3
kebutuhan listrik di Pulau Nusa masih menggunakan pembangkit listrik diesel dengan bahan
bakar solar. Lokasi Pulau Nusa dapat dilihat pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1 Gambar Lokasi Pulau Nusa
Sumber: Google Maps
Pembangkitan tenaga listrik menggunakan bahan bakar solar di pulau ini terhitung
tidak efisien dikarenakan biaya pembangkitannya yang tinggi. Biaya pembangkitan yang
tinggi tersebut menyebabkan pembangkit tidak dapat beroperasi selama 24 jam.
Untuk memenuhi kebutuhan energi di Pulau Nusa diperlukan pembangkit listrik yang
baru dengan memanfaatkan sumber energi terbarukan yang tersedia di Pulau Nusa, yaitu
tenaga surya dan angin. Pusat pembangkit listrik tenaga hybrid (PLTH) PV/Angin/Diesel
dapat menjadi solusi permasalahan tersebut. Pada tugas akhir ini, penulis akan mendesain
sebuah PLTH PV/Angin yang dikombinasikan dengan sumber energi cadangan berupa energi
minyak dengan menggunakan Diesel-Generator dengan menggunakan software HOMER.
Dimana perancangan dari model ini mempertimbangkan beberapa aspek penting seperti
potensi energi terbarukan, harga bahan bakar, pertumbuhan beban, serta komponen dan
kapasitas sistem pembangkit hybrid.
1.2
Rumusan Masalah
Sebuah pembangkit listrik tenaga hybrid terdiri dari berbagai komponen-komponen
yang saling berkoordinasi dalam melayani beban. Untuk melakukan hal tersebut, energi
4
listrik yang dibangkitkan oleh PLTH diharapkan sesuai atau melebihi energi listrik yang
diminta oleh beban. Untuk dapat membangkitkan energi listrik sesuai dengan yang
diharapkan, ukuran kapasitas dari masing-masing komponen pembangkit hybrid harus
tepat/optimal agar sistem dapat melayani beban selama 24 jam setiap harinya.
Dalam menentukan ukuran kapasitas komponen-komponen pembangkit tenaga hybrid
perlu diperhatikan parameter-parameter yang mempengaruhi nilai keluaran daya/ energi
listrik yang dibangkitkan oleh suatu pembangkit hybrid. Untuk sistem pembangkit hybrid
PV/Wind/Diesel misalnya, diperlukan data-data mengenai insolasi (insolation : incident solar
radiation), suhu, latitude, altitude, wind speed pada lokasi PLTH. Data tersebut sangat
diperlukan dalam melakukan perancangan sistem pembangit hybrid.
Terdapat beberapa rumusan permasalahan mengenai perancangan serta desain dari
sebuah pembangkit tenaga listrik hybrid di Pulau Nusa yakni:
1.
Bagaimana profil beban di Pulau Nusa dan prediksi pertumbuhan beban yang
terjadi hingga 20 tahun kedepan
2.
Kinerja suatu sistem pembangkit listrik tenaga hybrid yang optimal untuk
memenuhi kebutuhan beban litrik di Pulau Nusa
3.
Parameter-parameter apa saja yang digunakan dalam perancangan untuk
menentukan kelayakan suatu sistem pembangkit tenaga hybrid dari sisi teknis,
ekonomi, lingkungan dan sosial
4.
Komposisi dari desain sistem pembangkit tenaga listrik hybrid yang cocok dan
optimal serta menghasilkan nilai cost of energy (COE) seminimal mungkin atau
lebih kecil biaya COE existing sebesar Rp5000 untuk memenuhi kebutuhan beban
listrik di Pulau Nusa yang bersifat off-grid dengan mempertimbangkan
ketersediaan sumber daya alam di tempat tersebut
5
1.3
Batasan Masalah
Beberapa batasan masalah yang diterapkan dalam tugas akhir ini adalah:
1.
Penelitian ini terbatas pada nilai parameter-parameter yang diperoleh dari Arkmek
Hybrid Power System yang merupakan perusahaan swasta asal Swedia yang
bekerja sama dengan UGM dalam perancangan sistem hybrid PV/Angin/Diesel di
Pulau Nusa, Sulawesi Utara.
2.
Penentuan ukuran kapasitas optimal komponen pembangkit listrik tenaga hybrid
terbatas pada: array PV, turbin angin, baterai penyimpanan, generator diesel, dan
biaya energi per-kWh
3. Desain pembangkit listrik tenaga hybrid yang dirancang mampu menghasilkan nilai
energi per-kWh (cost of energy) lebih kecil dari Rp5000
4.
Penelitian ini tidak mempertimbangkan bagaimana bentuk konfigurasi secara detail
dari sistem tenaga.
5.
Penelitian ini terbatas hanya pada simulasi skenario off-grid dari sistem.
6.
Penelitian ini tidak mempertimbangkan analisis tegangan dan proteksi pada
jaringan.
7.
Hasil optimasi manajemen energi didapatkan dari simulasi perangkat lunak
HOMER.
8. Data biaya komponen sistem tenaga dan hasil simulasi biaya pembangkitan sistem
tenaga listrik adalah dalam satuan Dolar Amerika, dengan kurs dollar terhadap
rupiah saat ini yakni Rp13.000/USD.
1.4
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan model desain ukuran kapasitas yang
optimal pada pembangkit listrik tenaga hybrid PV/Wind/Diesel dengan adanya pembatasan
array PV, jumlah turbin angin, baterai penyimpanan,dan kapasitas diesel generator.
6
Secara rinci, tujuan dari penelitian ini dapat dijabarkan sebagai berikut:
1.
Mendapatkan profil beban, profil radiasi matahari, dan kecepatan angin di Pulau
Nusa.
2.
Mengetahui jumlah energi listrik yang dapat diproduksi dari potensi sumber energi
terbarukan yang ada,yakni radiasi matahari dan angin.
3.
Menentukan desain kapasitas optimal sistem pembangkit listrik tenaga hybrid
PV/Angin/Diesel dengan simulasi menggunakan perangkat lunak HOMER
sehingga diperoleh sistem pembangkit hybrid yang handal dalam melayani beban
selama 24 jam sehari.
4.
Mengetahui jumlah produksi listrik, konsumsi bahan bakar diesel, serta biaya total
dari desain sistem pembangkit listrik tenaga hybrid.
5.
Mengetahui pengaruh perubahan beban, harga bahan bakar, dan jumlah pemakaian
baterai terhadap nilai cost of energy (COE).
1.5
Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran dan memudahkan pemahaman materi, penulis
menggunakan sistematika penulisan yang terdiri dari lima bab. Bab tersebut adalah
Pendahuluan, Tinjauan Pustaka, Metode Penelitian, Analisis dan Pembahasan, serta
Kesimpulan dan Saran.
1. Bab I adalah Pendahuluan, berisi tentang hal-hal yang mencakup latar belakang masalah,
perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penulisan.
2. Bab II adalah Tinjauan Pustaka, berisi pembahasan tentang potensi energi terbarukan di
Indonesia, konversi energi terbarukan ke energi listrik, sistem pembangkitan tenaga
listrik tenaga hybrid dan perangkat lunak HOMER, serta tinjauan ekonomi teknik dalam
pembangkitan energi terbarukan.
7
3. Bab III adalah Metode Penelitian, berisi tentang data biaya dan parameter yang
digunakan dalam penelitian, input data yang mempengaruhi optimasi sistem hybrid,
analisis sensitivitas, langkah-langkah penelitian yang dilakukan yakni simulasi dengan
menggunakan perangkat lunak HOMER.
4. Bab IV adalah Analisis dan Pembahasan, berisi tentang deskripsi dari objek penelitian
yakni Pulau Nusa antara lain potensi energi terbarukan yang ada, radiasi sinar matahari,
kecepatan angin, serta profil beban yang digunakan dalam penelitian serta hasil dari
simulasi menggunakan perangkat lunak HOMER dan analisis dari hasil simulasi
optimasi model manajemen energi dan dibandingkan satu sama lain.
5. Bab V adalah Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran dari penelitian yang telah
dilakukan.
8