STUDI PEMILIHAN SUMBER ENERGI LISTRIK DI PABRIK GULA

STUDI PEMILIHAN SUMBER ENERGI LISTRIK
DI PABRIK GULA PT. PERKEBUNAN NUSANTARA
(PTPN) XI SITUBONDO
TUGAS AKHIR
Diajukan guna memenuhi sebagian persyaratan
dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana S1
pada Jurusan Teknik Elektro
Disusun oleh :
Fichy Cahyo Prastyo
NIM. 0604405089
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
JIMBARAN - BALI
2011
ABSTRAK
Pabrik Gula PT. Perkebunan Nusantara (PG PTPN) XI Situbondo dalam
satu tahun memiliki dua periode kegiatan yaitu periode Luar Masa Giling
(LMG) dan periode Dalam Masa Giling (DMG). Pada saat Luar Masa Giling
(LMG) kebutuhan listrik tidak terlalu besar karena tidak ada kegiatan
pengolahan gula sehingga hanya satu sumber listrik yang dihidupkan yaitu PLN,
sedangkan pada saat Dalam Masa Giling (DMG) kebutuhan listrik sangat besar
karena adanya kegiatan pengolahan gula sehinga ketiga sumber listrik
dihidupkan (PLN, genset uap, dan genset diesel). Hal teresebut menyebabkan
biaya listrik mengalami peningkatan yang sangat besar.
Untuk mengatasi masalah tersebut, dalam Tugas Akhir ini akan
dilakukan usaha untuk menghemat biaya listrik yang dilakukan dengan cara
pemilihan sumber energi listrik dengan tiga variasi pola, yaitu pola satu (PLN on
on dengan daya 197 kVA, genset uap on, genset diesel off), pola dua (PLN on
dengan daya 240 kVA, genset uap on, genset diesel off), dan pola tiga (PLN on
dengan daya 1.385 kVA, genset uap off, genset diesel off). Menurut hasil
analisis yang telah dilakukan, besar biaya listrik pertahunnya pada pola satu
adalah Rp. 5.789.674.675, pada pola dua adalah Rp. 4.936.391.232, dan pada pola
tiga adalah Rp. 3.646.750.343.
Pola pemilihan yang paling efisien adalah pola tiga (PLN on dengan daya
1.385 kVA, genset uap off, genset diesel off). Pada pola tersebut pihak pabrik
hanya tinggal memakai listrik tanpa perlu melakukan perawatan terhadap sumber
listrik karena listrik sudah disediakan oleh PLN. Genset uap dan genset diesel pun
masih bisa digunakan sebagai sumber energi listrik cadangan ketika terjadi
gangguan dari PLN.
Kata kunci : Energi Listrik, Sumber Energi Listrik, Biaya Pemakaian Energi
Listrik
iv
ABSTRACT
Pabrik Gula PT. Perkebunan Nusantara (PG PTPN) XI Situbondo within
one year has two periods of activity, a period of Period Foreign Milled (LMG)
and the period of In The Grind (DMG). At Outside The Grind (LMG) electricity
demand is not too big because there is no sugar processing activities so that only
one power source is turned on PLN, whereas during the period Milled (DMG)
was greater demand for electricity is due to the sugar processing activities so that
all three sources power is turned on (PLN, steam generators and diesel
generators). As a result the cost of electricity also experienced a huge increase.
To overcome this problem, in this Final will be an effort to save electricity
costs by way of selection of electric energy source with three variations of the
pattern, the pattern of one (PLN on with electrical power 197 kVA, steam
generators on, diesel generators on) , the pattern of two (PLN on with electrical
power 240 kVA, steam generators on, diesel generators off), and the pattern of
three (PLN on with electrical power 1385 kVA, steam generators off, diesel
generators off). According to the results of the analysis has been done, the cost of
electricity annually at a single pattern is Rp. 5,789,674,675, on the pattern of the
two is Rp. 4,936,391,232, and the pattern of three is Rp. 3,646,750,343.
Selection of the most efficient pattern is the pattern of three (PLN on with
electrical power 1385 kVA, steam generator off, diesel generator off). At the
factory pattern only use electricity without the need to perform maintenance on a
power source for electricity supplied by PLN. Steam generators and diesel
generators can still be used as a backup source of electrical energy in the event of
disruption of the PLN.
Key words
: Electrical Energy, Electrical Energy Sources, Electrical Energy
Consumption Costs
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa karena
atas karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini
berjudul “STUDI PEMILIHAN SUMBER ENERGI LISTRIK DI PABRIK
GULA PT. PERKEBUNAN NUSANTARA (PTPN) XI SITUBONDO”.
Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan untuk
mencapai derajat sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Elektro, Konsentrasi
Sistem Tenaga Listrik, Fakultas Teknik Universitas Udayana.
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk
dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada
kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, MA.Sc,Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Udayana.
2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Program Studi Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana dan juga selaku Pembimbing
Akademik yang selalu memberikan motivasi, semangat dan bimbingan dengan
sabar.
3. Bapak Anak Agung Ngurah Amrita, ST. MT. selaku Dosen pembimbing I
yang selalu memberikan motivasi, semangat dan bimbingan dengan sabar.
4. Bapak Ir. Ida Bagus Alit Swamardika, M.Erg. selaku Dosen pembimbing II
yang selalu memberikan motivasi, semangat dan bimbingan dengan sabar.
5. Segenap Dosen Teknik Elektro yang banyak memberikan ilmu.
6. Seluruh anggota keluarga yang telah memberikan dukungan moril dan
material selama penyusunan Tugas Akhir ini.
7. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Elektro 2006 yang telah memberikan banyak
bantuan, informasi, dan masukan dalam penyusunan Proposal Tugas Akhir ini.
8. Pabrik Gula PT. Perkebunan Nusantara (PTPN) XI Situbondo yang telah
memberikan kesempatan untuk melakukan penelitian dan pencarian data.
vi
9. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan
dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada
waktunya.
Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam Tugas Akhir ini,
saran-saran yang membangun sangat diharapkan untuk menyempurnakan
Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengharapkan semoga Tugas Akhir ini
dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang
bermanfaat bagi kita semua.
Denpasar, Nopember 2011
Penulis
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii
SURAT PERNYATAAN .................................................................................... iii
ABSTRAK ........................................................................................................... iv
ABSTRACK ........................................................................................................... v
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii
DAFTRA TABEL ............................................................................................. xiii
DAFTAR SINGKATAN ................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 2
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 2
1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah....................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Energi Listrik ............................................................................................ 5
2.2 Generator Listrik ....................................................................................... 5
2.2.1 Generator AC (arus bolak balik) ...................................................... 6
2.2.2 Prisnsip kerja generator arus bolak balik ......................................... 7
2.3 Generator Set (Genset) .............................................................................. 9
2.4 Generator Set Mesin Diesel ...................................................................... 9
2.4.1 Perlengkapan pada generator set diesel ........................................... 9
viii
2.4.2 Mesin Diesel .................................................................................. 12
2.4.2.1 Sistem suplay bahan bakar ................................................ 12
2.4.2.2 Sistem pendingin ................................................................. 12
2.4.2.3 Turbocharging / Supercharging .......................................... 13
2.4.2.4 Prinsip kerja mesin diesel ................................................... 13
2.4.2.5 Perawatan periodik mesin diesel ......................................... 14
2.5 Generator Set Mesin Uap ........................................................................ 15
2.5.1 Turbin uap ...................................................................................... 15
2.5.1.1 Jenis-jenis turbin uap ......................................................... 16
2.5.1.2 Komponen utama turbin uap .............................................. 16
2.5.2 Ketel Uap ....................................................................................... 18
2.5.2.1 Komponen utama ketel uap ............................................... 18
2.5.2.2 Bagian-bagian ketel uap ..................................................... 18
2.5.2.3 Cara kerja ketel uap ........................................................... 21
2.5.2.4 Perawatan periodik ketel uap............................................. 22
2.6 Daya Listrik ............................................................................................ 23
2.6.1 Daya semu (S) ................................................................................ 23
2.6.2 Daya aktif (P) ................................................................................. 24
2.6.3 Daya reaktif (Q) ............................................................................. 24
2.7 Metode Perhitungan Pemakaian Penggunaan Bahan Bakar ................... 25
2.7.1 Metode Regresi Linier Sederhana .................................................. 25
2.8 Perhitungan Biaya Penggunaan Listrik PLN .......................................... 26
2.8.1 Biaya beban PLN ........................................................................... 26
2.8.2 Teori mendapatkan besar biaya pemakaian listrik PLN ................ 27
2.9 Depresiasi (Penyusutan).......................................................................... 27
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................. 29
3.2 Data ......................................................................................................... 29
3.2.1 Sumber data................................................................................... 29
3.2.2 Jenis data ....................................................................................... 29
ix
3.3 Analisis Data ........................................................................................... 29
3.4 Alur Analisis ........................................................................................... 31
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Pabrik Gula PT. Perkebunan Nusantara (PG PTPN) XI Situbondo ....... 33
4.1.1 Profil perusahaan Pabrik Gula PTPN XI Situbondo ..................... 33
4.1.2 Sistem kelistrikan Pabrik Gula PTPN XI Situbondo .................... 34
4.1.3 Jumlah daya dan beban terpasang di PG PTPN XI
Situbondo ...................................................................................... 35
4.2 Analisi Kebutuhan Energi Listrik di PG PTPN XI Situbondo ............... 36
4.2.1 Analisis kebutuhan energi listrik di PG PTPN XI
Situbondo pada Periode Luar Masa Giling (LMG)...................... 36
4.2.2 Analisis kebutuhan energi listrik di PG PTPN XI
Situbondo pada Periode Dalam Masa Giling (DMG) ................. 43
4.3
Analisis Pemilihan Pola Sumber Energi Listrik Di PG
PTPN XI Situbondo ............................................................................... 54
4.3.1 Analisis pola pemilihan sumber energi listrik di PG PTPN
XI Situbondo pada periode Dalam Masa Giling (DMG) .............. 55
4.3.1.1 Pola pemilihan ketiga sumber listrik On ( PLN on
dengan daya 197 kVA, Genset Uap on, Genset
Diesel on) ....................................................................... 55
4.3.1.2 Pola pemilihan dua sumber listrik On ( PLN on
dengan daya 240 kVA, Genset Uap on, Genset
Diesel off)....................................................................... 61
4.3.1.3 Pola pemilihan satu sumber listrik On ( PLN on
dengan daya 1.385 kVA, Genset Uap off, Genset
Diesel off)....................................................................... 62
4.3.2 Analisis pola pemilihan sumber energi listrik di PG PTPN
XI Situbondo pada periode Luar Masa Giling (LMG).................. 64
x
4.3.2.1 Pola pemilihan ketiga sumber listrik On ( PLN on
dengan daya 197 kVA, Genset Uap on, Genset
Diesel on) ....................................................................... 65
4.3.2.2 Pola pemilihan dua sumber listrik On ( PLN on
dengan daya 240 kVA, Genset Uap on, Genset
Diesel off)....................................................................... 66
4.3.3.3 Pola pemilihan satu sumber listrik On ( PLN on
dengan daya 1.385 kVA, Genset Uap off, Genset
Diesel off)....................................................................... 66
4.4
Analisis Perbandingan Biaya Listrik Pada Ketiga Pola
Pemilihan Sumber Energi Listrik ........................................................... 67
4.5
Analisis Investasi Untuk Penambahan Daya Listrik dari PLN
dan Pembelian Kapasitor Bank .............................................................. 68
BAB V PENUTUP
5.1
Simpulan ................................................................................................ 70
4.2
Saran ....................................................................................................... 70
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 72
LAMPIRAN ......................................................................................................... 73
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi Generator Singkron .......................................................... 7
Gambar 2.2 Skema Lilitan Stator Tiga Fasa .......................................................... 8
Gambar 2.3 Bentuk Fisik Genset Diesel ................................................................ 9
Gambar 2.4 Panel Indikator Pada Genset ............................................................ 11
Gambar 2.5 Bagian-bagian Mesin Diesel ............................................................ 14
Gambar 2.6 Bentuk Fisik Genset Uap.................................................................. 15
Gambar 2.7 Bentuk Turbin Uap ........................................................................... 16
Gambar 2.8 Cara Kerja Ketel Uap ....................................................................... 21
Gambar 2.9 Segitiga Daya ................................................................................... 23
Gambar 3.1 Alur Analisis .................................................................................... 31
Gambar 4.1 Pabrik Gula PTPN XI Situbondo ..................................................... 33
Gambar 4.2 Single Line Diagram Sistem Kelistrikan PG PTPN XI.................... 34
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Kebutuhan Daya Listrik Selama
Satu Hari Pada Periode LMG dan DMG.......................................... 54
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Kebutuhan Daya Listrik Selama
Enam Bulan Pada Periode LMG dan DMG ..................................... 54
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Biaya Listrik Dari Ketiga Pola....................... 67
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Beban di PG PTPN XI Situbondo ............................................ 35
Tabel 4.2 Arus Yang Mengalir Dari PLN Pada Periode LMG ......................... 36
Tabel 4.3 Daya Semu Harian di PTPN XI Pada Periode LMG ........................ 39
Tabel 4.4 Daya Aktif Harian di PG PTPN XI Pada Periode LMG ................... 40
Tabel 4.5 Daya Reaktif Harian di PG PTPN XI Pada Periode LMG................ 41
Tabel 4.6 Total Daya Semu, Daya Aktif, dan Daya Reaktif Pada
Periode LMG ..................................................................................... 42
Tabel 4.7 Arus Yang Mengalir Pada Ketiga Sumber Listrik Pada
Periode DMG. ................................................................................... 44
Tabel 4.8 Daya Semu Harian di PTPN XI Pada Periode DMG ........................ 47
Tabel 4.9 Daya Aktif Harian di PG PTPN XI Pada Periode DMG .................. 48
Tabel 4.10 Daya Reaktif Harian di PG PTPN XI Pada Periode DMG ............... 49
Tabel 4.11 Total Daya Semu Pada Periode DMG .............................................. 50
Tabel 4.12 Total Daya Aktif Pada Periode DMG ............................................... 51
Tabel 4.13 Total Daya Reaktif Pada Periode DMG ............................................ 52
Tabel 4.14 Kebutuhan Bahan Bakar Genset Uap ................................................ 57
Tabel 4.15 Konsumsi Solar Genset Diesel .......................................................... 58
Tabel 4.16 Biaya Bahan Bakar Genset Diesel .................................................... 58
Tabel 4.17 Persamaan Sistem Regresi Linier Sederhana .................................... 59
Tabel 4.18 Perbandingan Biaya Listrik ............................................................... 67
xiii
DAFTAR SINGKATAN
A
: Ampere
DMG
: Dalam Masa Giling
kV
: Kilo Volt
kVA
: Kilo Volt Ampere
kVAh
: Kilo Volt Ampere Hours
kVAR
: Kilo Volt Ampere Reaaktif
kVARh : Kilo Volt Ampere Reaktif Hours
kW
: Kilo Watt
kWh
: Kilo Watt Hours
LMG
: Luar Masa Giling
PG
: Pabrik Gula
PTPN XI : PT. Perkebunan Nusantara XI
V
: Volt
VA
: Volt Ampere
W
: Watt
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitungan Penambahan Daya PLN ............................................... 74
Lampiran 2 Simulasi Biaya Listrik PLN Saat Periode DMG .............................. 75
Lampiran 3 Simulasi Biaya Listrik PLN Saat Periode LMG ............................... 76
Lampiran 4 Tarif Daftar Listrik (TDL) 2010 ....................................................... 77
Lampiran 5 Surat Keterangan Penelitian ............................................................. 79
Lampiran 6 Data Arus Yang Mengalir Pada Sumber Energi Listrik
Saat Periode DMG ........................................................................... 80
Lampiran 7 Data Arus Yang Mengalir Pada Sumber Energi Listrik
Saat Periode LMG ............................................................................ 81
Lampiran 8 Data Bahan Bakar Yang Digunakan Di PG PTPN XI...................... 82
Lampiran 9 Spesifikasi Dan Harga Kapasitor Bank ............................................ 83
Lampiran 10 Harga Solar Industri........................................................................ 84
Lampiran 11 Biodata ............................................................................................ 85
xv