TUGAS AKHIR
STUDI PEMANFAATAN DISTRIBUTED GENERATION (DG)
PADA JARINGAN DISTRIBUSI
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
DONAL SIREGAR
06 0402 086
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
STUDI PEMANFAATAN DISTRIBUTED GENERATION (DG) PADA JARINGAN DISTRIBUSI
Oleh :
06 0402 086 Donal Siregar
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh
gelar sarjana Teknik ELektro
Disetujui oleh : Dosen Pembimbing,
Ir. Sumantri Zulkarnain NIP. 194705031973061001
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. Surya Tarmizi, M.Si NIP. 195405311986021102
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Pada saat ini telah banyak dikembangkan sistem pembangkitan energi
listrik berdaya kecil dan dibangkitkan dekat dengan pusat-pusat beban. Sistem
pembangkitan tersebut dikenal sebagai sistem Distributed Generation (DG).
Sumber energi listrik pada Distributed Generation tersebut sangat banyak
memanfaatkan teknologi renewable energy (energi angin,energi surya,
mikrohidro, panas bumi, biomassa, fuel cell) maupun teknologi non-renewable.
Dalam pemanfaatannya, Distributed Generation dapat dipasangkan pada jaringan
distribusi secara terpisah untuk meningkatkan keoptimalan dan keandalan jaringan
distribusi tersebut.
Bertolak dari pemanfaatan Distributed Generation yang cukup besar
tersebut, maka pada Tugas Akhir ini penulis tertarik untuk mengkaji secara lebih
luas mengenai pemanfaatan DG secara optimal untuk mendukung kerja dari
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur, penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
segala kasih karunia, pengetahuan, tuntunan-Nya selama penulis melaksanakan
studi hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat bagi penulis untuk mendapat
gelar Sarjana Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul tugas akhir ini adalah :
STUDI PEMANFAATAN DISTRIBUTED GENERATION ( DG ) PADA JARINGAN DISTRIBUSI
Penulis juga menyadari bahwa tanpa bimbingan, bantuan dan dorongan
dari berbagai pihak, tugas akhir ini tidak mungkin dapat diselesaikan dengan baik.
Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orangtua penulis yaitu, Among
O. Siregar dan Inang D. Sihombing yang senantiasa memberikan dukungan,
perhatian dan doa yang tak henti-hentinya sehingga dalam keadaan sulit pun tetap
memperjuangkan penulis hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Ucapan terimakasih juga penulis ucapkan kepada :
1. Abangku Juntriman Siregar dan adekku Fera Yunika Siregar yang
selalu memberikan dukungan dan cinta yang tulus selalu.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi, MT selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik
4. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnain selaku Dosen Pembimbing Penulis
yang telah meluangkan waktu dan tempat untuk membimbing dan
membantu penulis menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku Dosen Wali Penulis selama
menyelesaikan pendidikan di Universitas Sumatera Utara yang juga
banyak memberi inspirasi, masukan dan dorongan spiritual kepada
penulis dalam menyelesaikan studi di Departemen Teknik Elektro
FT-USU.
6. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro
FT-USU yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
7. Teman-teman pelayanan di UKM KMK UP FT-USU dan di KMKS
yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
8. Semua rekan-rekan di Departemen Teknik Elektro terutama angkatan
2006 yang telah banyak memberi masukan dan arahan dalam hidup
dan perkuliahan penulis.
9. Semua pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu,
penulis ucapkan terimakasih.
Penulis menyadari bahwa isi dari Tugas Akhir ini memiliki banyak
kekurangan. Untuk itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang
membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata,
semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, September 2011
Donal Siregar
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Metodologi Penulisan ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK 2.1 Sistem Tenaga Listrik ... 5
2.2 Komponen Jaringan Distribusi Tenaga Listrik ... 6
2.2.1 Gardu Induk ... 7
2.2.2 Jaringan Distribusi Primer ... 7
2.2.2.1 Sistem Radial ... 8
2.2.2.2 Sistem Hantaran Hubung ... 9
2.2.2.3 Sistem Loop ... 10
2.2.2.4 Sistem Spindel ... 10
2.2.3 Gardu Distribusi ... 11
2.3 Tegangan Distribusi ... 13
2.3.1 Tegangan Menengah (TM) ... 13
2.3.2 Tegangan Rendah ... 13
2.4 Penyusutan Energi pada Jaringan Distribusi ... 14
2.4.1 Rugi- Rugi Saluran ... 15
2.4.2 Rugi- Rugi Transformator ... 16
2.5 Keandalan Sistem Distribusi ... 17
2.6 Usaha Peningkatan Kualitas Sistem Distribusi dengan Distributed Generation ... 18
BAB III DISTRIBUTED GENERATION 3.1 Distributed Generation ... 20
3.2 Sejarah Perkembangan DG ... 20
3.3 Defenisi Distributed Generation ... 21
3.4 Teknologi DG di Indonesia ...22
3.4.1 Sejarah Perkembangan ………... 22
3.4.2 Aplikasi Teknologi DG ………... 24
3.5 Teknologi DG yang Dapat Dikembangkan di Indonesia .…..25
3.5.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro ... 25
3.5.2 Teknologi Bahan Bakar Nabati …...27
3.5.3 Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa ...30
3.5.4 Pembangkit Listrik Tenaga Surya ………...31
3.5.5 Pembangkit Listrik Tenaga Angin ...33
3.5.6 Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut ………34
3.6 Pemasangan (Interkoneksi) DG
3.6.1 Sumber Energi Utama ...36
3.6.2 Power Converter ...36
3.6.3 Sistem Interface dan Peralatan Proteksi ...37
3.7 Keuntungan DG ... 38
BAB IVPEMANFAATAN DG PADA JARINGAN DISTRIBUSI 4.1 Pendahuluan ... 39
4.2 Sistem Gardu Induk Tele ………...39
4.2.1 Penyulang Gelas pada GI 150/20 KV Tele ………... 40
4.2.2 Interkoneksi PLTMH Aek Silang pada Penyulang Gelas ...41
4.3 Pemanfaatan PLTMH Aek Silang sebagai Catu Daya Cadangan ...43
4.3.1 Data Teknis pada Penyulang Gelas ...44
4.3.2 Perkiraan Beban pada Penyulang Gelas ... ... 44
4.3.3 Analisis Data ... 45
4.4 Pemanfaatan PLTMH Aek Silang dalam Meningkatkan Kualitas Daya 4.4.1 Data-data yang Diperlukan ……... ... 46
4.4.2 Penyulang Gelas Disuplai GI Tele dan PLTMH Aek Silang ... 47
4.4.3 Penyulang Gelas Disuplai GI Tele ... 49
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 52
5.2 Saran ... 52
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tiga Komponen Utama Penyaluran Tenaga Listrik ... 6
Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringa Radial ... 8
Gambar 2.3 Konfigurasi Tie Line (Hantaran Penghubung) ... 9
Gambar 2.4 Konfigurasi Sistem Loop ... 10
Gambar 2.5 Konfigurasi Sistem Spindel ... 11
Gambar 2.6 Gardu Distribusi Jenis Tiang ... 12
Gambar 2.7 Jaringan Distribusi Tegangan Rendah 380/220 V ... 13
Gambar 2.8 Diagram Vektor Daya ... 14
Gambar 2.9 Sistem Distribusi dengan DG ... 19
Gambar 3.1 Bagan Sederhana Pembangkit Tenaga Mikrohidro ... 26
Gambar 3.2 Ilustrasi Konversi Rute Konversi BBN ... 28
Gambar 3.3 Skema Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Biomassa ... 30
Gambar 3.4 Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya ... 32
Gambar 3.5 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Angin ... 33
Gambar 3.6 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut ... 35
Gambar 3.7 Interkoneksi DG ... 36
Gambar 4.1 Single Line Diagram Gardu Induk 150/20KV Tele …………... 40
Gambar 4.2 Proses Sinkronisasi PLTMH Aek Silang dengan Penyulang Gelas ... 42
Gambar 4.3 Busbar Sinkronisasi ... 43
Gambar 4.4 PLTMH Aek Silang Mencatu Daya Penyulang Gelas ... 46
Gambar 4.6 Catu Daya Beban Penuh Disuplai oleh GI Tele dan
PLTMH Aek Silang ... 50
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Harga Jual Energi Listrik Pembangkit Skal Kecil Tersebar
Menurut PP No. 31/2009 ……… 23
Tabel 3.2 Pemanfaatan Pembangkitan Minihidro yang Terinterkoneksi pada
Jaringan Tegangan Menengah 20 KV di Sumatera uta ………… 25
Tabel 4.1 Data Beban pada Penyulang Gelas Tahun 2011 ………. 44
Tabel 4.1 Konstanta Jaringan / SPLN 64 Tahun 1965 ……… 47
Tabel 4.2 Perbandingan Kualitas Daya pada Penyulang Gelas Akibat
ABSTRAK
Pada saat ini telah banyak dikembangkan sistem pembangkitan energi
listrik berdaya kecil dan dibangkitkan dekat dengan pusat-pusat beban. Sistem
pembangkitan tersebut dikenal sebagai sistem Distributed Generation (DG).
Sumber energi listrik pada Distributed Generation tersebut sangat banyak
memanfaatkan teknologi renewable energy (energi angin,energi surya,
mikrohidro, panas bumi, biomassa, fuel cell) maupun teknologi non-renewable.
Dalam pemanfaatannya, Distributed Generation dapat dipasangkan pada jaringan
distribusi secara terpisah untuk meningkatkan keoptimalan dan keandalan jaringan
distribusi tersebut.
Bertolak dari pemanfaatan Distributed Generation yang cukup besar
tersebut, maka pada Tugas Akhir ini penulis tertarik untuk mengkaji secara lebih
luas mengenai pemanfaatan DG secara optimal untuk mendukung kerja dari
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Pada saat ini, negara-negara di belahan Eropa dan Amerika telah banyak
mengembangkan konsep Distributed Generation (DG) dalam mendukung
kebutuhan energi listriknya. Distributed Generation merupakan sistem
pembangkitan energi listrik berdaya kecil dan dibangkitkan dekat dengan
pusat-pusat beban. Sumber energi listrik pada Distributed Generation tersebut sangat
banyak memanfaatkan teknologi energi terbarukan (energi angin, energi surya,
biomassa, fuel cell) maupun teknologi non terbarukan (microturbine). Mengingat
Indonesia mempunyai potensi energi alternatif yang terbarukan seperti biomassa,
energi angin, energi surya dan energi air maka potensi tersebut perlu
dikembangkan. Hal ini sejalan dengan program nasional untuk menciptakan
keamanan pasokan energi melalui pemanfaatan energi lokal.
Mengingat Distributed Generation umumnya dibangkitkan dekat dengan
pusat-pusat beban maka dalam pemanfaatannya Distributed Generation dapat
dipasangkan pada jaringan distribusi secara terpisah untuk meningkatkan
keoptimalan dan keandalan jaringan distribusi tersebut. Bertolak dari pemanfaatan
Distributed Generation (DG) yang cukup besar tersebut, maka pada Tugas Akhir
ini penulis tertarik untuk mengkaji secara lebih luas mengenai pemanfaatan DG
secara optimal untuk mendukung kerja dari jaringan distribusi primer di
I.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian sebelumnya, maka dapat dirumuskan masalah sebagai
berikut :
1. Apa yang dimaksud dengan Distributed Generation (DG) ?
2. Bagaimana pemanfaatan Distributed Generation (DG) dapat memperkuat
jaringan distribusi di Indonesia ?
I.3. Tujuan dan Manfaat Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Untuk memberikan pemahaman yang lebih jelas dan terperinci mengenai
sistem tenaga listrik.
2. Untuk memberikan pemahaman yang lebih luas mengenai pemanfaatan
energi terbarukan sebagai teknologi Distributed Generation (DG) dalam
meningkatkan kerja dari sistem tenaga listrik yang ada.
Adapun manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Memberikan informasi mengenai Distributed Generation dan
pemanfaatannya dalam mendukung pengoptimalan sistem tenaga listrik
yang ada sekarang.
2. Sebagai referensi tambahan bagi mahasiswa yang ingin mengkaji lebih
I.4. Batasan Masalah
Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang optimal, maka penulis perlu
membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas
Akhir ini adalah :
1. Tugas Akhir ini hanya berfokus pada kajian secara teknis tentang
pemanfaatan Distributed Generation (DG) pada jaringan distribusi
primer.
2. Tidak membahas sistem proteksi pada jaringan distribusi primer secara
terperinci dan dianggap available 100 %.
I.5. Metodologi Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Studi Literatur, berupa tinjauan dari buku teks, buku pedoman, artikel, dan
dokumen lainnya yang berhubungan dengan Distributed Generation (DG)
dan perkembangan sistem pembangkitan energi terbarukan.
2. Studi Bimbingan, berupa konsultasi dengan dosen pembimbing berkaitan
topik bahasan yang menjadi fokus penulisan Tugas Akhir.
I.6. Sistematika Penulisan
Tugas Akhir ini ditulis berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II SISTEM TENAGA LISTRIK
Bagian ini menguraikan tentang sistem energi listrik konvensional
meliputi pembangkitan sampai jaringan distribusi.
BAB III DISTRIBUTED GENERATION (DG)
Bagian ini berisi tentang pengertian dan sejarah perkembangan
Distributed Generation serta sumber energi terbarukan di
Indonesia yang dapat dimanfaatkan sebagai Distributed Generation
BAB IV PEMANFAATAN DISTRIBUTED GENERATION (DG)
PADA JARINGAN DISTRISBUSI PRIMER
Bagian ini membahas penempatan DG pada jaringan distribusi
primer dan mengkaji pemanfaatannya dalam mendukung kerja dari
sistem distribusi primer.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bagian ini berisikan beberapa kesimpulan yang diperoleh dan saran
BAB II
JARINGAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK II.1. Sistem Tenaga Listrik
Struktur tenaga listrik atau sistem tenaga listrik sangat besar dan kompleks
karena terdiri atas komponen peralatan atau mesin listrik seperti generator,
transformator, beban dan alat-alat pengaman dan pengaturan yang saling
dihubungkan membentuk suatu sistem yang digunakan untuk membangkitkan,
menyalurkan, dan menggunakan energi listrik.
Namun secara mendasar sistem tenaga listrik dapat dikelompokkan atas 3
bagian utama yaitu :
1. Sistem Pembangkitan
Pusat pembangkit tenaga listrik (electric power station) biasanya terletak
jauh dari pusat-pusat beban dimana energi listrik digunakan.
2. Sistem Transmisi
Energi listrik yang dibangkitkan dari pembangkit listrik yang jauh
disalurkan melalui kawat-kawat atau saluran transmisi menuju gardu induk
(GI).
3. Sistem Distribusi
Energi listrik dari gardu-gardu induk akan disalurkan oleh sistem distribusi
sampai kepada konsumen.
Ketiga bagian utama (pembangkitan, transmisi, dan distribusi) tersebut
menjadi bagian penting dan harus saling mendukung untuk mencapai tujuan
Gambar 2.1 Tiga komponen utama dalam Penyaluran Tenaga Listrik
Sebuah sistem tenaga listrik yang baik harus mencakup :
1. Biaya pembangkitan yang minimal.
2. Dapat memenuhi kebutuhan energi konsumen.
3. Menghasilkan energi listrik yang berkualitas dan andal.
II.2. Komponen Jaringan Distribusi Tenaga Listrik
Sistem distribusi merupakan keseluruhan komponen dari sistem tenaga
listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber daya yang besar
(seperti gardu transmisi) dengan konsumen tenaga listrik. Secara umum yang
termasuk ke dalam sistem distribusi antara lain, :
1. Gardu Induk ( GI )
2. Jaringan Distribusi Primer
3. Gardu Distribusi (Transformator)
II.2.1 Gardu Induk (GI)
Pada bagian ini jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara
langsung, maka bagian pertama dari sistem distribusi tenaga listrik adalah Pusat
Pembangkit Tenaga Listrik dan umumnya terletak di pingiran kota. Untuk
menyalurkan tenaga listrik ke pusat-pusat beban (konsumen) dilakukan dengan
jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder.
Jika sistem pendistribusian tenaga listrik dilakukan secara tak langsung,
maka bagian pertama dari sistem pendistribusian tenaga listrik adalah Gardu
Induk yang berfungsi menurunkan tegangan dari jaringan transmisi dan
menyalurkan tenaga listrik melalui jaringan distribusi primer.
II.2.2 Jaringan Distribusi Primer
Jaringan distribusi primer merupakan awal penyaluran tenaga listrik dari
Gardu Induk ( GI ) ke konsumen untuk sistem pendistribusian langsung.
Sedangkan untuk sistem pendistribusian tak langsung merupakan tahap berikutnya
dari jaringan transmisi dalam upaya menyalurkan tenaga listrik ke konsumen.
Jaringan distribusi primer atau jaringan distribusi tegangan menengah memiliki
tegangan sistem sebesar 20 kV. Untuk wilayah kota tegangan diatas 20 kV tidak
diperkenankan, mengingat pada tegangan 30 kV akan terjadi gejala-gejala korona
yang dapat mengganggu frekuensi radio, TV, telekomunikasi, dan telepon.
Sifat pelayanan sistem distribusi sangat luas dan kompleks, karena
konsumen yang harus dilayani mempunyai lokasi dan karakteristik yang berbeda.
PMT150 kV PMT20 kV
pinggiran kota dan konsumen di daerah terpencil. Sedangkan dari
karakteristiknya, terdapat konsumen perumahan dan konsumen dunia industri.
Sistem konstruksi saluran distribusi terdiri dari saluran udara dan saluran bawah
tanah. Pemilihan konstruksi tersebut didasarkan pada pertimbangan sebagai
berikut: alasan teknis yaitu berupa persyaratan teknis, alasan ekonomis, alasan
estetika dan alasan pelayanan yaitu kontinuitas pelayanan sesuai jenis konsumen.
Pada jaringan distribusi primer terdapat 4 jenis dasar yaitu :
1. Sistem radial
2. Sistem hantaran penghubung (tie line)
3. Sistem loop
4. Sistem spindel
II.2.2.1 Sistem Radial
Sistem distribusi dengan pola radial seperti Gambar 2.2 adalah sistem
distribusi yang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat beberapa
penyulang yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial.
Penyulang
Dalam penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk
konsumen. Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen
dipasang. Bisa dalam bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari
sistem ini adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem
yang lain.
Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem
lainnya. Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama
yang menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami
gangguan, maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain yaitu mutu
tegangan pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal ini dikarenakan
jatuh tegangan terbesar ada diujung saluran.
II.2.2.2 Sistem Hantaran Penghubung ( Tie Line )
Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.3. umumnya digunakan untuk
pelanggan penting yang tidak boleh padam (Bandar Udara, Rumah Sakit, dan
lain-lain).
PMT
Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan
Automatic Change Over Switch / Automatic Transfer Switch, dan setiap
penyulang terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu
penyulang mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke
penyulang lain.
II.2.2.3 Sistem Loop
Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran (Loop) seperti
Gambar 2.4. dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga
dengan demikian tingkat keandalannya relatif lebih baik.
Gambar 2.4 Konfigurasi Sistem Loop II.2.2.4 Sistem Spindel
Sistem Spindel seperti pada Gambar 5. adalah suatu pola kombinasi
PMT
(feeder) yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut
berakhir pada sebuah Gardu Hubung (GH).
Gambar 2.5 Konfigurasi Sistem Spindel
Pada sebuah sistem spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif
dan sebuah penyulang cadangan (express) yang akan dihubungkan melalui gardu
hubung. Pola spindel biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah
(JTM) yang menggunakan kabel tanah/saluran kabel tanah tegangan menengah
(SKTM).
Namun pada pengoperasiannya, sistem spindel berfungsi sebagai sistem
radial. Di dalam sebuah penyulang aktif terdiri dari gardu distribusi yang
berfungsi untuk mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen
tegangan rendah (TR) atau tegangan menengah (TM).
Gardu distribusi ( Trafo distribusi ) berfungsi merubah tegangan listrik
dari jaringan distribusi primer menjadi tegangan terpakai yang digunakan untuk
konsumen dan disebut sebagai jaringan distribusi sekunder.
Gambar 2.6. Gardu distribusi jenis tiang
Kapasitas transformator yang digunakan pada transformator distribusi ini
tergantung pada jumlah beban yang akan dilayani dan luas daerah pelayanan
beban. Gardu distribusi ( trafo distribusi ) dapat berupa transformator satu fasa
dan juga berupa transformator tiga fasa.
II.2.4 Jaringan Distribusi Sekunder
Jaringan distribusi sekunder atau jaringan distribusi tegangan rendah
merupakan jaringan tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan konsumen.
Oleh karena itu besarnya tegangan untuk jaringan distribusi sekunder ini adalah
Tegangan 130 V dan 220 V merupakan tegangan antara fasa dengan
netral, sedangkan tegangan 400 atau 380 V merupakan tegangan fasa dengan fasa
Gambar 2.7. Jaringan distribusi sekunder 380/220 V II.3 Tegangan Distribusi
Tegangan untuk jaringan distribusi dapat dibagi menjadi beberapa jenis,
antara lain :
II.3.1. Tegangan Menengah (TM)
Tegangan menengah adalah tegangan dengan rentang 1 kV sampai dengan
30 kV. Untuk negara Indonesia menggunakan tegangan menengah sebesar 20 kV.
Tegangan menengah dipakai untuk penyaluran energi listrik dari GI menuju
II.3.2. Tegangan Rendah (TR)
Tegangan rendah adalah tegangan dengan nilai di bawah 1 kV yang
digunakan untuk penyaluran daya dari gardu distribusi menuju pelanggan
tegangan rendah. Penyalurannya dilakukan dengan menggunakan sistem tiga fasa
empat kawat yang dilengkapi netral. Indonesia sendiri menggunakan tegangan
rendah 380/220 V dimana tegangan 380 V merupakan besar tegangan antar fasa
dan tegangan 220 V merupakan tegangan fasa-netral.
II.4. Penyusutan Energi pada Jaringan Distribusi
Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali mengalami
rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada saluran dan
juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut
memberi pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang
dikirimkan ke sisi pelanggan. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan
menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik pada sisi konsumen.
Selain itu, rugi-rugi daya yang besar akan menimbulkan kerugian finansial di sisi
pengelola energi listrik.
Daya total (kVA) yang dikirimkan dalam jaringan distribusi terdiri dari
daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVar). Daya aktif adalah daya listrik yang dapat
diubah ke bentuk energi yang lain seperti cahaya dan lain-lain. Daya reaktif
adalah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet.
Diagram vektor hubungan antara daya aktif dan daya reaktif ditunjukkan
Gambar 2.8 Diagram Vektor Daya
Dari gambar tersebut dapat kita peroleh :
kVA2 = kW2 + kVar2...(2.1)
kW = kVA Cos
φ
...(2.2)kVar = kVA Sin
φ
...(2.3)Daya listrik pada sistem 3 fasa dapat dirumuskan sebagai berikut :
Daya aktif ( P ) = V . I Cos φ ( kW)...(2.4)
Daya reaktif ( Q ) = V . I Sin φ ( kVar )... (2.5)
Daya total ( S ) = P + jQ ( kVA )... (2.6)
S = V . I Cos φ + j V . I Sin φ... (2.7)
II.4.1 Rugi –Rugi Saluran
Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar
tersebut akan terjadi rugi-rugi energi menjadi panas karena pada penghantar
tersebut terdapat resistansi. Rugi-rugi dengan beban terpusat pada ujung saluran
distribusi primer dirumuskan sebagai berikut :
V = I ( R cos φ + X sin φ ) L ... (2.8)
P = 3 I2 x R x L ... (2.9)
Sedangkan jika beban terdistribusi di sepanjang saluran distribusi primer,
V = (I/2)2 I ( R cos φ + X sin φ ) L... (2.10)
P = 3 ( I/2) 2 x R x L ... (2.11)
dimana I = Arus yang mengalir per fasa (Ampere)
R = Resistansi saluran per fasa (Ohm/km)
X = Reaktansi saluran per fasa (Ohm/km)
Cos
φ
= Faktor daya bebanL = Panjang saluran (km)
Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi
merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari suatu
sistem tenaga listrik karena dapat memperkecil rugi-rugi daya.
II.4.2 Rugi – Rugi Transformator
Dalam unjuk kerjanya, trafo memiliki rugi-rugi yang harus diperhatikan.
Rugi - rugi tersebut adalah :
1. Rugi-rugi Tembaga
Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang diakibatkan oleh adanya
tahanan resistif yang dimiliki oleh tembaga pada bagian kumparan trafo,
baik pada bagian primer maupun sekunder. Rugi-rugi tembaga dirumuskan
sebagai berikut :
Pcu = I2 R ... (2.12)
dimana I = arus yang mengalir (Ampere)
2. Eddy Current (Arus Eddy)
Rugi-rugi arus eddy merupakan rugi-rugi panas yang terjadi pada bagian
inti trafo. Perubahan fluks yang dihasilkan tegangan induksi pada inti trafo
(besi) menyebabkan arus berputar pada bagian inti trafo. Arus eddy akan
mengalir pada bagian inti trafo dan akan mendisipasikan energi ke dalam
inti besi trafo yang kemudian menimbulkan panas. Rugi-rugi arus eddy
dapat dirumuskan sebagai berikut :
Pe = Ke . f2. BM2 ... ( 2.13)
dimana Ke = konstanta arus eddy, tergantung pada volume inti
f = frekuensi jala-jala (Hz)
BM= kerapatan fluks maksimum ( Ф/A = Maxwell/ m2)
3. Rugi-rugi Hysterisis
Rugi-rugi hysterisis merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan
pengaturan daerah magnetik pada bagian inti trafo. Dalam pengaturan
daerah magnetik tersebut dibutuhkan energi. Akibatnya akan
menimbulkan rugi-rugi terhadap daya yang melalui trafo. Rugi-rugi
tersebut menimbulkan panas pada bagian inti trafo.
Ph = Kh . f2. BM2 ... ( 2.14)
dimana Kh = konstanta histerysis, tergantung pada bahan inti
f = frekuensi jala-jala (Hz)
BM= kerapatan fluks maksimum ( Ф/A = Maxwell/ m2)
Fungsi jaringan distribusi ialah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga
listrik dari gardu induk distribusi (distribution substation) kepada pelanggan
listrik dengan mutu pelayanan yang memadai. Salah satu unsur dari mutu
pelayanan adalah kontinuitas pelayanan yang tergantung pada topologi dan
konstruksi jaringan serta peralatan tegangan menengah. Masalah utama dalam
menjalankan fungsi jaringan distribusi tersebut adalah mengatasi gangguan
dengan cepat mengingat gangguan yang terbanyak dalam sistem tenaga listrik
terdapat dalam jaringan distribusi, khususnya jaringan tegangan menengah 20 KV.
Istilah keandalan jaringan distribusi menggambarkan keamanan jaringan
distribusi dalam menghindarkan atau meminimalisasi gangguan-gangguan yang
menyebabkan pemadaman jaringan distribusi. Penyebab gangguan- gangguan
pada jaringan distribusi khususnya jaringan tengangan menengah 20 KV adalah
1. Gangguan akibat alam (petir, angin, hujan)
2. Gangguan peralatan (hubung singkat atau human error)
Keandalan adalah penampilan unjuk kerja suatu peralatan atau sistem
sesuai dengan fungsinya dalam periode waktu dan kondisi operasi tertentu.
2.6 Usaha Peningkatan Kualitas Sistem Distribusi dengan Distributed Generation (DG)
Sistem tenaga listrik konvensional membangkitkan listrik dengan skala
besar (>100 MW) dan terletak jauh dari pusat beban sehingga memerlukan
saluran tenaga listrik yang panjang. Distributed Generation dapat didefenisikan
sebagai sistem pembangkitan skala kecil (< 10 MW) yang diletakkan dekat
Beban Beban
Beban
Beban DG
Sistem Transmisi
DG
dioperasikan secara terpisah . Hal ini membuat DG tidak memerlukan
saluran-saluran transmisi yang panjang dan gardu induk -gardu induk berkapasitas besar
sehingga dapat mencegah pengeluaran modal investasi untuk pembangunan dan
pemeliharaan saluran transmisi dan gardu induk tersebut. Selain dapat mencegah
rugi-rugi di sepanjang saluran transmisi dan gardu induk (GI), maka
kemungkinan terjadinya gangguan di sepanjang saluran transmisi dan gardu induk
tersebut dapat ditiadakan sehingga dapat meningkatkan pelayanan jaringan tenaga
listrik. Disamping itu, pembangunan DG memerlukan waktu yang relatif lebih
singkat apabila dibandingkan dengan waktu yang diperlukan membangun
pembangkit listrik konvensional (seperti PLTU atau PLTA).
BAB III
DISTRIBUTED GENERATION 3.1 Distributed Generation (DG)
Distributed Generation seringkali disebut juga dengan on-site generation,
dispersed generation, embedded generation, decentralized generation, atau
distributed eneryi. Secara mendasar, DG menghasilkan energi listrik dari beberapa
sumber energi yang berkapasitas kecil dan dihubungkan langsung pada jaringan
distribusi.
3.2 Sejarah Perkembangan DG
Beberapa publikasi yang ada sekarang tentang Distributed Generation
menunjukkan bahwa DG merupakan suatu fenomena baru dan berkembang secara
signifikan hampir di seluruh dunia. Namun, analisis dari Lembaga Energy
Information Administration di Amerika Serikat menunjukkan bahwa
implementasi DG telah berkembang secara drastis pada akhir tahun 1980-an dan
pertengahan tahun 1990-an.
Sebenarnya, perkembangan DG dalam tahap awal telah dimulai ketika DG
digunakan sebagai co-generator. Penggunaan co-generator dimulai pada masa
tahun 1960-an dan banyak dikembangkan pada lokasi-lokasi industri dengan
memanfaatkan panas dari gas buang kondensor (output thermal dari alat pemanas
berdaya besar).
Pasar untuk DG terus berkembang. Unit- uni DG terus diuji pada
konsumen-konsumen perumahan, industri dan sebagainya sebagai salah satu
menunjukkan potensi yang besar. Dengan perubahan struktur energi listrik yang
terus berkembang, saat ini DG telah dimanfaatkan sebagai pembangkitan siaga
yang memberi keuntungan pada sistem tenaga listrik sebagai sumber energi pada
beban puncak, kehilangan daya pada sistem dan meningkatkan kualitas daya para
konsumen. Beberapa perkembangan terus dilakukan dan membuat DG tidak
hanya mungkin dilakukan tetapi suatu potensi yang diharapkan.
Perkembangan DG di masa sekarang didukung oleh dua isu utama dalam
sistem tenagan listrik pada masa sekarang yaitu :
1. Perubahan kebijakan energi listrik di seluruh dunia dari sistem monopoli
menjadi sistem yang lebih kompetitif terkhusus pada sektor pembangkit
yang memungkinkan keragaman dalam kepemilikan aset pembangkit
sehingga akan adanya persaingan yang mendorong harga energi listrik
menjadi lebih murah.
2. Kebijakan lingkungan yang berkelanjutan yang mengharapkan DG dapat
membantu mengurangi gas emisi terutama emisi karbon. Pemanfaatan
energi DG harus mendorong pengurangan emisi karbon karena umumnya
teknologi DG memiliki emisi karbon yang rendah bahkan ada yang emisi
karbonnya nol seperti photovoltaic (sel surya).
3.3 Defenisi Distributed Generation
CIGRE telah mendefinisikan Distributed Generation sebagai semua unit
pembangkit dengan kapasitas maksimal berkisar sampai 50 MW dan dipasangkan
ke jaringan distribusi. IEEE mendefinisikan Distributed Generation sebagai
dibandingkan pusat-pusat pembangkit konvensional dan dapat dipasangkan
hampir pada setiap titik sistem tenaga listrik. IEA (2002) mendefinisikan
Distributed Generation sebagai unit-unit yang menghasilkan energi pada sisi
konsumen atau dalam jaringan distribusi lokal.
Semua definisi di atas menunjukkan bahwa pembangkitan dengan skala
kecil yang dihubungkan ke jaringan distribusi dapat dianggap sebagai bagian dari
DG. Selain itu, pembangkitan yang dipasangkan dekat dengan sisi beban atau
konsumen juga dapat dikatakan sebagai Distributed Generation.
3.4 Teknologi DG di Indonesia 3.4.1 Sejarah Perkembangan
Perkembangan teknologi DG di Indonesia telah berkembang sejak lama
seiring dikeluarkannya Peraturan Pemerintah Nomor 10 Tahun 1989 “Tentang
Penyediaan dan Pemanfaatan Energi” yang mengijinkan pembelian terhadap
kelebihan energi listrik (excess power). Teknologi DG yang banyak digunakan
pada masa itu adalah teknologi cogeneration. Bahkan menurut data penelitian
Energy and Electricity (EERDC), kapasitas terpasang teknologi cogeneration
telah mencapai 834 MW pada tahun 1997.
Perkembangan teknologi DG terus berkembang dengan memfaatkan
pembangkit listrik skala kecil (mikrohidro) yang dikelola oleh pihak PLN atau
swasta (Independent Power Producer). Sejak tahun 2002, teknologi DG di
Indonesia dikenal sebagai “Pembangkit Listrik Skala Kecil Tersebar” seperti yang
Melalui PP Nomor 31/2009, Pemerintah juga mendorong penggunaan
sumber energi baru, terbarukan dan energi primer yang yang lebih efisien untuk
pembangkit tenaga listrik, dan diberikan kesempatan bagi Pembangkit Skala
Kecil Swasta dan Koperasi (PSKSK) untuk menjual tenaga listriknya kepada
PLN. Harga jual tenaga listrik dari PSKSK adalah harga pada titik interkoneksi
dengan Sistem PLN dan harga jual ini disesuaikan setiap tahunnya berdasarkan
perhitungan biaya marginal Sistem PLN.
Harga Pembelian (HP) tenaga listrik yang dimaksud adalah
HP = Harga energi/kwh x F ……….. (3.1)
dimana nilai F ditentukan oleh daerah pembelian tenaga listrik oleh PT. PLN
yang didasarkan sebagai berikut :
a. Zona 1, Wilayah Jawa dan Bali, F = 1
b. Zona 2, Wilayah Suamtera dan Sulawesi, F = 1.2
c. Zona 3, Wilayah Kalimantan, NTB dan NTT, F = 1.3
d. Zona 4, Wilayah Maluku dan Papua, F = 1.5
Tabel 3.1 Harga Jual Energi Listrik Pembangkit Skala Kecil Tersebar
menurut PP No. 31/2009
Harga Energi/Kwh
Titik Interkoneksi Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4
Rp 656/kwh Tegangan Menengah 1 1.2 1.3 1.5
Dewasa ini, skema pemanfaatan teknologi DG di Indonesia dibagi atas 2,
yaitu :
1. Skema IPP (Independent Power Producer)
Skema ini berisi perjanjian dimana teknologi DG harus mengirim
tenaga listriknya ke sistem PLN secara kontiniu (24 jam). Skema ini
biasanya memiliki kontrak dalam jangka waktu yang lama (minimal 15
tahun) dan dapat diperpanjang sesuai kebutuhan atas kesepakatan
bersama.
2. Skema Pembelian Excess Power (Kelebihan Tenaga Listrik)
Skema ini berisi perjanjian dimana teknologi DG mengirim kelebihan
tenaga listriknya ke sistem PLN pada waktu-waktu tertentu (biasanya
pada Waktu Beban Puncak). Skema ini biasanya memiliki kontrak
jangka pendek (1 tahun) dan dapat diperpanjang sesuai kebutuhan
atas kesepakatan bersama.
3.4.2 Aplikasi Teknologi DG
Pemanfaatan teknologi DG yang telah banyak dikembangkan di Indonesia
adalah teknologi pembangkitan mikrohidro walaupun dewasa ini yang cukup
signifikan adalah pembelian kelebihan energi listrik (excess power) dari pihak
industri-industri besar (PLTU). Berikut ini adalah tabe yang menunjukkan aplikasi
tekonologi DG berupa pembangkitan mikrohidro yang telah terkoneksi pada
Tabel 3.2 Pemanfaatan Pembangkitan Mikrohidro yang terinterkoneksi pada Jaringan Tegangan Menengah 20 KV di Sumatera Utara
Nama Pembangkitan Lokasi Titik Interkoneksi
3.5 Teknologi DG yang Dapat Dikembangkan di Indonesia
Beberapa jenis teknologi DG yang dapat dikembangkan di Indonesia
adalah mikrohidro, bahan bakar nabati, biomassa, energi angin, tenaga surya,
energi hybrid (angin dan surya), pasang surut, dan panas bumi.
3.5.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah pembangkit
listrik skala kecil yang menggunakan energi air sebagai penggeraknya, misalnya
(head) dan jumlah debit airnya. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai
sebagai sumberdaya penghasil listrik memiliki kapasitas aliran maupun ketinggian
tertentu. Semakin besar kapasisitas aliran maupun ketinggiannya maka semakin
besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Pembangkit tenaga mikrohidro bekerja dengan cara memanfaatkan
semaksimal mungkin energi potensial air. Energi ini secara perlahan diubah
menjadi energi kinetik saat melalui nosel yang ditembakkan untuk memutar
sudu-sudu turbin. Energi mekanis dari putaran turbin akhirnya diubah menjadi energi
listrik melalui putaran generator. Sketsa sederhana dari sebuah pembangkit tenaga
mikrohidro ditunjukkan oleh Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Bagan Sederhana Pembangkit Tenaga Mikrohidro
Karena besar tenaga air yang tersedia dari suatu sumber air bergantung
pada tinggi jatuh dan debit air, maka total energi yang tersedia dari suatu reservoir
tersedia berdasarkan energi potensial dapat ditulis dalam bentuk persamaan
berikut :
PG = ρ . g . Q . Hg... (3.2)
dimana : PG = potensi daya (kW)
ρ = massa jenis (kg/m3)
Q = debit aliran air (m3/s)
Hg = head kotor (m)
g = percepatan gravitasi (9,81 m/det2)
Potensi daya listrik yang dapat dibangkitkan adalah :
P = ρ . g . Q . He . Eff ...(3.3)
dimana : P = daya listrik yang keluar dari generator (kW)
He = head efektif (m)
Eff = efisiensi
3.5.2 Teknologi Bahan Bakar Nabati
Biofuel adalah bahan bakar yang diproduksi dari sumber-sumber hayati,
disebut juga BBN. Secara umum biofuel dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis
bahan bakar, yaitu biodiesel, bioethanol, dan biooil. Pengelompokan ini dapat
dikatakan merujuk pada jenis-jenis BBM konvensional dari sumber energi tak
terbarukan yang ingin digantikan dengan biofuel. Biodiesel dimaksudkan sebagai
pengganti solar (high-speed diesel) dan minyak diesel industri (industrial
diesel-oil). Bioethanol yaitu etanol yang dihasilkan dari biomassa dimaksudkan sebagai
bahan bakar pengganti bensin. Sedangkan biooil dapat dimanfaatkan sebagai
Mengingat adanya keragaman bahan baku (sisi hulu) dan keragaman
bentuk akhir bahan bakar serta segmentasi penggunaannya, bagian terpenting
yang harus dilakukan dalam studi kelayakan teknis bahan bakar nabati adalah
screening rute produksi. Dalam melakukan identifikasi dan screening rute
produksi, kajian dilakukan dari mulai tahapan penanaman, pengolahan bahan
baku, pemroduksian, penggunaan, hingga dampaknya terhadap lingkungan.
Tujuan dari screening ini adalah memilih rute produksi yang paling layak secara
tekno-ekonomis.
Gambar 3.2 Ilustrasi Konversi Rute Konversi BBN
Identifikasi dan screening rute produksi untuk oil processing plant dan
biodiesel plant lebih ditekankan pada upaya untuk menyusun rute konversi
produksi bahan bakar hayati khususnya pure plant oil dan biodiesel. Gambar 3.2
Biodiesel adalah suatu sumber daya yang dapat diperbaharui berasal dari
minyak nabati, penggunaanya untuk menggantikan solar dari minyak bumi yang
merupakan bahan bakar yang dominan untuk mesin diesel. Pertumbuhan
penggunaan biodiesel tumbuh dengan cepat terutama dalam bidang transportasi.
Disamping itu biodisel dapat juga digunakan sebagai bahan bakar untuk generator.
Manfaat utama dari biodiesel adalah mengurangi emisi udara yang berbahaya bagi
lingkungan dalam pengoperasian pembangkit energi listrik.
Keuntungan dan kerugian pembangkit listrik yang mengunakan minyak
nabati antara lain :
a. Keuntungan:
1. Ketersediaan bahan baku memadai seperti: kelapa sawit, jarak, singkong,
jagung, dan tebu untuk bioethanol dan biodiesel.
2. Bisa diandalkan sebagai pengganti solar dan bensin.
b. Kekurangan:
1. Jalur konversi yang panjang untuk menghasilkan energi listrik.
2. Membutuhkan Tenaga Ahli untuk proses konversi dari bahan baku
menjadi biodiesel dan bioethanol.
3. Sebahagian besar bahan bakunya berasal dari bahan pangan.
4. Meningkatkan beban lingkungan karena adanya perkebunan mono kultur
sehingga dapat mengurangi produktifitas tanah dan mengganggu
3.5.3 Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa
Biomassa adalah sebutan yang diberikan untuk material yang tersisa dari
tanaman atau hewan seperti kayu dari hutan, material sisa pertanian serta Iimbah
organik manusia dan hewan. Energi yang terkandung dalam biomassa berasal dari
matahari. Melalui fotosintesis, karbondioksida di udara di transformasi menjadi
molekul karbon lain (misalnya gula dan selulosa) dalam tumbuhan. Energi kimia
yang tersimpan dalam dalam tanaman dan hewan (akibat memakan tumbuhan atau
hewan lain) atau dalam kotorannya dikenal dengan nama bio-energi.
Ketika biomassa dibakar, energi akan terlepas, umumnya dalam bentuk
panas. Karbon pada biomassa bereaksi dengan oksigen di udara sehingga
membentuk karbondioksida. Apabila dibakar sempurna, jumlah karbondioksida
yang dihasilkan akan sama dengan jumlah yang diserap dari udara ketika tanaman
tersebut tumbuh. Oleh karena itu kecepatan regenerasi biomassa merupakan salah
satu hal terpenting yang menentukan layak tidaknya untuk dimanfaatkan.
Gambar 3.3 Skema Pembangkit Listrik Berbahan Bakar Biomassa Tipe
Secara umum keuntungan dan kerugian pembangkit listrik biomasa yaitu :
a. Keuntungan :
1. Sumber energi yang murah dan memanfaatkan limbah tanaman seperti
kayu dari hutan, material sisa pertanian serta Iimbah organik manusia dan
hewan.
2. Dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti batubara.
b. Kerugian :
1. Lokasi ketersediaan biomasa tersebar sehingga susah dilakukan
pengumpulan dalam jumlah yang banyak.
2. Kontiniutas ketersediaan biomasa tidak terjamin.
3.5.4 Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Energi matahari merupakan sumber energi penting sejak dahulu kala,
dimulai cara memanfaatkan yang primitif sampai teknologi photovoltaic. Matahari
melepas 95% energinya sebagai cahaya yang bisa dilihat dan sebaian lagi sebagai
yang tidak terlihat seperti sinar infra-red dan ultra-violet. Sebagai negara tropis,
Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup besar. Berdasarkan data
penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di
Indonesia dapat diklasifikasikan berturut-turut sebagai berikut: untuk kawasan
barat dan timur Indonesia dengan distribusi penyinaran di Kawasan Barat
Indonesia (KBI) sekitar 4,5 kWh/m2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 10%;
dan di Kawasan Timur Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m 2 /hari dengan variasi
bulanan sekitar 9%. Dengan demikian, potensi energi surya rata-rata Indonesia
Gambar 3.4 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Kelebihan dan kekurangan dari penggunaan energi panas matahari antara lain :
a. Kelebihan :
1. Energi panas matahari merupakan energi yang tersedia hampir diseluruh
bagian permukaan bumi dan tidak habis (renewable energy).
2. Penggunaan energi panas matahari tidak menghasilkan polutan dan emisi
yang berbahaya baik bagi manusia maupun lingkungan.
b. Kerugian :
1. Sistem pemanas air dan pembangkit listrik tenaga surya tidak efektif
digunakan pada daerah memiliki cuaca berawan untuk waktu yang lama.
2. Pada musim dingin, pipa-pipa pada sistem pemanas ini akan pecah karena
air di dalamnya membeku.
3. Membutuhkan lahan yang sangat luas yang seharusnya digunakan untuk
pertanian, perumahan, dan kegiatan ekonomi lainya. Hal ini karena rapat
4. Sistem hanya bisa digunakan pada saat matahari bersinar dan tidak bisa
digunakan ketika malam hari atau pada saat cuaca berawan.
3.5.5 Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi
energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya
cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk
memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan
menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam
baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Energi kinetik dari angin ditangkap melalui
turbin angin (kincir angin) yang diubah menjadi energi mekanis dan selanjutnya
dikonversikan menjadi energi listrik melalui generator listrik.
Kelebihan dan kekurangan Pembangkit Listrik Tenaga Angin antara lain:
a. Kelebihan :
1. Teknologi yang ramah Lingkungan (environmental friendly) dan tidak
rumit.
2. Mudah dalam pengoperasianya dan tidak memerlukan perawatan khusus.
b. Kekurangn :
1. Butuh biaya yang cukup besar untuk investasi awal.
2. Lokasinya tertentu, didaerah yang kecepatan angin cukup untuk memutar
baling-baling.
3. Kecepatan angin yang fluktuatif tergantung pada musim.
3.5.6 Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut
Gerakan naik dan turun air laut yang luas menunjukkan adanya sumber
tenaga yang tidak terbatas. Jika beberapa bagian dari tenaga yang besar sekali ini
dialihkan ke tenaga listrik, tentu akan menjadi sumber penting bagi tenaga air.
Gambaran utama siklus air pasang adalah perbedaan naiknya permukaan air pada
waktu air pasang dan pada waktu air surut. Jika perbedaan tinggi ini dimanfaatkan
guna mengoperasikan turbin, tenaga air pasang itu dapat dialihkan pada tenaga
listrik. Pada dasarnya, hal ini tidak terlalu sukar karena air pada waktu pasang,
berada pada tingkatan yang tinggi dan dapat disalurkan ke dalam kolam untuk
disimpan pada tingkatan tinggi di situ. Air tersebut juga dapat dialirkan kembali
ke laut waktu air surut melalui turbin-turbin, yang berarti memproduksi tenaga.
terdapatlah perbedaan perbandingan tinggi air, yang dapat digunakan untuk
menggerakkan turbin-turbin.
Gambar 3.6 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut
3.5.7 Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi
Energi panas bumi adalah energi yang dihasilkan oleh tekanan panas bumi.
Energi ini dapat digunakan untuk menghasilkan listrik, sebagai salah satu bentuk
dari energi terbarukan. Air panas alam bila bercampur dengan udara karena terjadi
fraktur atau retakan maka selain air panas akan keluar juga uap panas (steam). Air
panas dan steam inilah yang kemudian dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit
tenaga listrik. Agar panas bumi (geothermal) tersebut bisa dikonversi menjadi
energi listrik tentu diperlukan pembangkit (power plants). Pembangkit yang
digunakan untuk mengonversi fluida geothermal menjadi tenaga listrik secara
berbasis geothermal, yaitu terdiri dari generator, turbin sebagai penggerak
generator, heat exchanger, chiller, pompa, dan sebagainya.
3.6 Pemasangan (Interkoneksi) DG
Secara garis besar, interkoneksi pada DG terbagi atas tiga komponen, yaitu
3.6.1 Sumber Energi Utama (Prime Energy Source)
Hal ini menunjuk pada teknologi DG sebagai sumber energi seperti energi
surya, angin, mikrohidro, pasang surut dan biomassa. Setiap teknologi DG
memiliki karakter yang berbeda-beda dala menghasilkan energi, misalnya tipikal
energi yang dihasilkan oleh PV dan fuel cell berupa direct current atau wind
turbin yang tipikal energinya berupa energi mekanis (dihasilkan dari putaran pada
turbin).
Gambar 3.7 Interkoneksi DG 3.6.2 Power Converter
Power converter dalam interkoneksi, berfungsi untuk mengubah energi
dari sumber energi utama (prime energy resources) menjadi energi dengan level Beban local
GRID
CONNECTION (20 KV)
SISI PEMBANGKITAN
Trafo Step-Up
frekuensi tertentu (50Hz - 60Hz). Secara garis besar, ada 3 kategori power
converter yang digunakan dalam interkoneksi, yaitu :
1. Generator sinkron
2. Generator induksi
3. Static power converter
Generator sinkron dan generator induksi mengkonversi putaran energi
mekanis ke dalam tenaga listrik dan sering disebut dengan routing power
converter. Static power converter (biasa dikenal dengan inverter) tersusun atas
solid-device seperti transistor. Pada inverter, transistor mengkonversi energi dari
sumber menjadi energi dengan frekuensi 50-60Hz dengan switching (switch
on-off). Teknologi DG yang dijual di pasaran, kebanyakan telah diintegrasikan
dengan power converter masing-masing. Misalnya fuel cell yang telah
diintegrasikan dengan inverter. Power converter memiliki efek yang besar
terhadap DG pada sistem distribusi. Oleh sebab itu dibutuhkan peralatan
interkoneksi untuk menjamin keamanan dan kestabilan operasi. Generator
sinkron, generator induksi dan inverter memberikan respon yang sangat berbeda
terhadap variasi kondisi dari sistem tenaga.
3.6.3 Sistem Interface dan peralatan proteksi
Peralatan ini ditempatkan sebagai penghubung antara terminal output dari
power converter dan jaringan primer. Komponen interkoneksi ini biasanya terdiri
atas step-up transformer, metering kadang ditambahkan controller dan relay
proteksi. Dalam komponen ini terkadang terdapat communication link untuk
3.7 Keuntungan Distributed Generation
Dalam banyak penelitian, DG dapat beradaptasi dengan perubahan
ekonomi dalam cara yang fleksibel karena ukurannnya yang kecil dan konstruksi
yang lebih sederhana dibandingkan dengan pusat-pusat pembangkit konvensional.
Menurut IEA, penilaian ekonomi atas nilai fleksibiltas DG sangat memungkinkan
dan layak (2002). Sebagian besar DG memang sangat fleksibel dalam beberapa
hal seperti operasi, ukuran, dan kemajuan teknologi. Selain itu, DG dapat
meningkatkan keandalan sistem tenaga listrik.
Dalam pemasangannya di jaringan distribusi, DG ditempatkan dekat dengan
daerah beban dan beberapa keuntungan dalam pemakaian DG :
1. DG memberi keandalan yang lebih tinggi dalam pemanfaatan daya
2. DG sebagai sumer energi lokal dapat membantu untuk penghematan daya
listrik pada jaringan transmisi dan distribusi.
3. Dibandingkan dengan power plants, DG memiliki efesiensi yang lebih
tinggi dalam penyaluran daya. Selain itu, bila dikoneksikan pada jaringan,
DG dapat meningkatkan efesiensi sistem karena DG membantu
mengurangi rugi-rugi pada sistem.
4. Dalam memproduksi energi listrik, DG bersifat ramah lingkungan. Emisi
yang dihasilkan dari produksi energi listrik oleh DG tergolong rendah,
BAB IV
PEMANFAATAN DG PADA JARINGAN DISTRIBUSI
4.1 Pendahuluan
Pemanfaatan DG yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini berupa
pembangkit listrik tenaga minihidro (100 Kw -1000 Kw) yaitu PLTMH Aek
Silang yang berlokasi di Kabupaten Humbang Hasundutan, Sumatera Utara.
PLTMH Aek Silang ini sendiri langsung diinterkoneksikan pada salah satu
penyulang dari Gardu Induk Tele yaitu Penyulang Gelas.
4.2 Sistem Gardu Induk Tele
Untuk mengetahui pemanfaatan PLTMH Aek Silang sebagai DG maka
perlu dipahami dahulu konfigurasi jaringan distribusi pada sistem gardu induk
Tele. Sumber daya GI Tele disuplai oleh dua sumber yaitu GI Tarutung dan GI
Sidikalang dengan tegangan 150 KV. Adapun tujuan penggunaan dua suplai ini
yaitu kontinuitas pelayanan tenaga listrik dapat terjaga. Maksudnya, apabila salah
satu suplai dari GI mengalami gangguan atau maintenance maka dapat disuplai
oleh GI yang lain.
Dari bus 150 KV, tenaga listrik disalurkan ke transformator daya untuk
diturunkan tegangannya dari tegangan transmisi 150 KV menjadi tegangan
distribusi 20 KV. Pada sistem GI Tele terdapat 1 buah transformator daya tiga
fasa, 150/20 KV, dengan daya 10 MVA. Tenaga listrik dari transformator daya
akan disalurkan kepada keempat penyulang (feeder) yang dilayani oleh GI Tele.
TRANSMIS
penyulang Sendok dan penyulang Garpu. Selain itu, daya juga disalurkan untuk
pemakaian sendiri (PS) GI Tele melalui transformator daya 200 KVA.
4.2.1 Penyulang Gelas pada GI 150/20 KV Tele
Penyulang Gelas pada GI Tele merupakan bagian dari sistem distribusi
yang menyalurkan tenaga listriknya ke beban yaitu Saluran Tegangan Menengah
(SUTM) 20 KV dengan konfigurasi tipe radial. Dari gambar single line diagram
Gardu Induk Tele terlihat bahwa penyulang Gelas ini merupakan salah satu
penyulang yang mendapat suplai daya dari Transformator Tenaga 150/20 KV GI
Tele yang berkapasitas 10 MVA. Penyulang-penyulang 20 KV tersebut
merupakan jaringan tegangan menengah yang terbuat dari jenis kawat terbuka
ACSR (Alumunium Conductor Steel Reinforced) sehingga rentan gangguan oleh
alam (hujan, petir, angin, pohon) dan juga manusia.
4.2.2 Interkoneksi PLTMH Aek Silang pada Penyulang Gelas
Selain mendapat catu daya dari sistem gardu induk Tele, penyulang Gelas
pun mendapat catu daya tambahan dari 2 sumber pembangkitan yang langsung
diinterkoneksikan pada tegangan 20 KV. Aritnya, kedua pembangkitan tersebut
dioperasikan secara paralel untuk memenuhi kebutuhan daya di sepanjang saluran
distribusi penyulang Gelas. Kedua sumber pembangkitan tersebut berupa
pembangkit listrik tenaga minihidro, yaitu PLTMH Aek Silang dan PLTMH Aek
Sibundong. Kedua pembangkit listrik minihidro (100KW-1000KW) ini mencatu
daya masing-masing sebesar 750 KW.
Interkoneksi PLTMH Aek Silang pada penyulang Gelas harus memenuhi
syarat sinkronisasi pada sistem 20 KV mengingat PLTMH Aek Silang secara
langsung dipasang pada jaringan distribusi 20 KV. Syarat sinkronisasi tersebut
adalah :
1. Output tegangan sistem PLTMH Aek Silang harus sama dengan
tegangan distribusi yaitu 20 KV
2. Frekwensi sistem juga harus sama yaitu 50 Hz.
3. Pada saat sinkronisasi, urutan fasa tegangan sistem PLTMH Aek
Silang harus sama dengan urutan fasa pada saluran penyulang Gelas.
4. Fasa antara sistem PLTMH Aek Silang harus sama dengan fasa saluran
penyulang Gelas.
Gambar 4.2 berikut ini akan menunjukkan bagaimana sistem PLTMH Aek
PMT
SYNCHRONOUSCOPE
BUSBAR SINKRONISA
Penyulang Gelas
PMT
PLTMH AEK SILANG
Proses sinkronisasi antara PLTMH Aek Silang dengan penyulang Gelas dapat
dituliskan sebagai berikut :
1. Garduk Induk Tele mengirimkan tegangan ke Penyulang Gelas dengan
kondisi dimana PMT GI dan PMT Gelas 1 dalam posisi ON
2. Tegangan akan sampai ke PLTMH Aek Silang, tetapi PMT Gelas 2 masih
harus dalam kondisi OFF.
3. Pada saat bersamaan PLTMH Aek Silang dioperasikan dan siap
sinkron/paralel dimana PMT Aek Silang dalam keadaan ON.
4. Aktifkan Synchronouscope, kemudian PMT Gelas 2 segera di-ON-kan
setelah synchronouscope menujukkan keadaan sinkron antara kondisi
penyulang dan keluaran generator PLTMH Aek Silang.
Gambar 4.3 Busbar Sinkronisasi
4.3 Pemanfaatan PLTMH Aek Silang sebagai Catu Daya Cadangan
Salah satu pemanfaatan penting PLTMH Aek Silang pada penyulang
Gelas adalah menyediakan sumber energi ketika terjadi kehilangan daya karena
pemadaman meluas pada grid. Dalam studi ini, penulis mengkaji pemanfaatan
PLTMH Aek Silang sebagai sumber daya (power source) dalam menyuplai daya
terhadap penyulang Gelas ketika diperkirakan terjadinya kegagalan suplai daya
dari busbar 20 KV.
4.3.1 Data Teknis pada Penyulang Gelas
Daerah pelayanan : Dolok Sanggul
Panjang Penyulang : ± 30 Km
Output PLTMH Aek Silang : 750 KW
Tabel 4.1 Data Beban pada Penyulang Gelas Tahun 2011 Gardu
Data di atas akan dibuat sebagai acuan dalam menganalisis pemanfaatan PLTMH
Aek Silang sebagai DG.
4.3.2 Perhitungan Beban pada Penyulang Gelas
Untuk menghitung catu daya yang disuplai oleh penyulang Gelas, maka
kita harus menghitung besar beban yang ada pada penyulang Gelas. Dengan
memperkirakan bahwa penyulang Gelas mencatu daya beban terpusat yaitu
Kabupaten Humbang Hasundutan maka dapat kita pergunakan persamaan di
berikut ini, :
Berdasarkan data teknis di atas, kita akan menghitung beban yang dipikul
oleh penyulang Gelas. Dalam hal ini, penulis mengambil data pembebanan
terbesar yaitu pada bulan Agustus sebesar 132 Ampere.
Tegangan (VL-L) = 20 KV
Cos φ = 0.85 (asumsi)
IL = 132 Ampere
Maka daya beban penyulang Gelas adalah :
P (Kw) = IN x 3 x VL-L x Cos φ
= 132 x 1.73 x 20 x 0.85
= 3882.1 Kw
= 3.9 MW
4.3.3 Analisis Data
Menurut penulis, besarnya daya beban pada penyulang Gelas (3.9 MW)
merupakan hal yang memungkinkan karena :
1. Penyulang Gelas merupakan catu daya bagi sebuah daerah yang luas dan
sedang berkembang yaitu Dolok Sanggul (ibukota Kabupaten Humbang
Hasundutan)
2. Panjang penyulang yang berkisar 30 km menunjukkan luasnya daerah
pelayanan penyulang Gelas.
Berdasarkan hal tersebut, kontinuitas pelayanan energi listrik menjadi hal yang
sangat penting. Dengan perkiraan adanya kegagalan catu daya dari sistem GI Tele,
maka keberadaan PLTMH menjadi sesuatu yang berharga. Walaupun hanya
dengan produksi daya sekitar 750 KW, PLTMH Aek Silang dapat memberi
penting yang menuntut kontinuitas pelayanan 100 % seperti rumah sakit dan
area-area publik.
Gambar 4.4 PLTMH Aek Silang Mencatu Daya Penyulang Gelas
4.4 Pemanfaatan PLTMH Aek Silang dalam Meningkatkan Kualitas Daya
Kualitas daya menjadi salah satu hal penting dalam penyaluran energi
listrik sampai kepada konsumen. PLTMH Aek Silang pada penyulang Gelas dapat
meningkatkan kualitas daya di sepanjang saluran penyulang Gelas. Hal tersebut
dapat kita analisis sebagai berikut. Dalam analisis berikut ini, penulis akan
membandingkan kualitas daya ketika penyulang Gelas mendapat suplai dari GI
Tele dan ketika penyulang Gelas mendapat suplai dari GI Tele dan PLTMH Aek
Silang.
4.4.1 Data- Data yang diperlukan
Panjang Penyulang : ± 30 Km
Output PLTMH Aek Silang : 750 KW
PLTMH AEK SILANG ( 750 KW )
Penyulang Gelas Rumah Sakit dan Area Publik
BUSBAR 20
PLTMH AEK SILANG ( 750 KW )
Penyulang
Gelas Beban
3.9 MW BUSBAR 20 KV
I
LineJenis Penyulang = AAAC 150 mm2
Daya beban Penyulang : ± 3.9 MW
Dalam menganalisisnya, penulis juga menggunakan Tabel 4.2, yaitu untuk dapat
menentukan besarnya impedansi saluran penyulang.
Tabel 4.2 Konstanta Jaringan / SPLN 64 Tahun 1965
Luas Penampang (mm2) Impedansi (Ohm/Kms) KHA (A)
XLPE 240 0.098 + j0.133 553
AAAC 240 0.1344 + j0.3158 585
AAAC 150 0.2162 + j0.3305 425
AAAC 70 0.4608 + j0.3572 210
AAAC 50 0.6452 + j0.3678 155
Berdasarkan tabel diatas maka dapat ditentukan impedansi saluran penyulang
Gelas, yaitu (0.2162 + j0.3305) Ohm/kms.
4.4.2 Penyulang Gelas disuplai GI Tele dan PLTMH Aek Silang Perhitungan Jatuh Tegangan pada Titik Akhir penyulang
Besar Arus saluran:
IL = 132 A (berdasar Tabel 4.1)
Impedansi total di sepanjang penyulang Gelas
R total = R x L
= 0.2162 x 30
= 6.486 Ohm
X total = Z x L
= 0.3305 x 30
= 9.915 Ohm
Jatuh tegangan sirkit akhir penyulang Gelas pada saat beban puncak dapat
dirumuskan sebagai berikut :
V = 3 x I ( R cos φ + X sin φ ) L ... (4.2)
Maka jatuh tegangan pada sirkit akhir penyulang Gelas :
V = 1.73 x 132 ( (6.486 x 0.85) + (9.915 x 0.53) )
= 2.45 kV
Perhitungan Rugi-Rugi di Sepanjang Saluran Perhitungan besar rugi-rugi daya aktif
Untuk menghitung rugi-rugi daya aktif di sepanjang saluran dapat
dirumuskan sebagai berikut :
P = 3 Ifasa x R2 total ...……….. (4.3)
Maka rugi-rugi daya aktif di sepanjang saluran penyulang Gelas
sampai pada sirkit akhir penyulang adalah
P = 3 x 132 x (6.486) 2
Perhitungan besar rugi-rugi daya reaktif
Untuk menghitung rugi-rugi daya aktif di sepanjang saluran dapat
dirumuskan sebagai berikut :
P = 3 x Ifasa x X 2 total ……….... (4.4)
Maka rugi-rugi daya aktif di sepanjang saluran penyulang Gelas
sampai pada sirkit akhir penyulang adalah
P = 3 x 132 x (9.915) 2
= 38.929 KVar
4.4.3 Penyulang Gelas disuplai GI Tele
Pada saat kondisi penyulang Gelas hanya disuplai oleh GI Tele, maka
suplai daya akan bertambah 0.75 MW (PLTMH Aek Silang tidak menyuplai daya
pada sistem) sehingga beban yang akan disuplai GI adalah
P
disuplai oleh GI= P
penyulang+ P
outputPLTMH Aek Silang= 3.9 MW + 0.75 MW
= 4.65 MW
Maka pada perhitungan selanjutnya kita akan mendasarkan beban yang disuplai
BUSBAR 20
PLTMH AEK SILANG ( 750 KW )
Penyulang Gelas Beban
4.65 MW
I
penyulangGambar 4.6 Catu Daya beban Penuh Disuplai oleh GI Tele dan PLTMH Aek Silang
Perhitungan Jatuh Tegangan pada Titik Akhir Penyulang Besar Arus beban penyulang :
IL = P(Kw)/ 3 x VL-L x Cos φ
= 4.65 MW / 1.73 x 20 x 0.85
= 158.1 A
Impedansi total untuk beban sebesar 4.65 MW tidak berubah di
sepanjang penyulang Gelas.
R total = 6.486 Ohm
X total = 9.915 Ohm
Maka jatuh tegangan pada sirkit akhir penyulang Gelas dengan beban 3.95 MW :
V = 3 x I ( R cos φ + X sin φ ) L
V = 1.73 x 158.1 ( (6.486 x 0.85) + (9.915 x 0.53) )
Perhitungan Rugi-Rugi di Sepanjang Saluran (Beban = 4.65 MW) Perhitungan besar rugi-rugi daya aktif
Maka rugi-rugi daya aktif di sepanjang saluran penyulang Gelas
sampai pada sirkit akhir penyulang adalah
P = 3 x Ifasa x R 2 total
P = 3 x 158.1 x (6.486) 2
= 19.952 Kw
Perhitungan besar rugi-rugi daya reaktif
Maka rugi-rugi daya aktif di sepanjang saluran penyulang Gelas
sampai pada sirkit akhir penyulang adalah
P = 3 x Ifasa x X 2 total
P = 3 x 158.1 x (9.915) 2
= 46.627 KVar
Berikut ini adalah tabel yang menunjukkan perbedaan kualitas daya akibat
pemasangan PLTMH Aek Silang pada Penyulang Gelas
Tabel 4.2 Perbedaan Kualitas Daya Akibat Pemasangan PLMTH Aek Silang
Kualitas Daya Sebelum adanya Pemasangan PLTMH
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil data dan uraian pada bab-bab sebelumnya, maka dapat
ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Pemanfaatan PLTMH Aek Silang sebagai salah satu aplikasi DG adalah
sebagai sumber daya cadangan (backup power source) pada penyulang
Gelas.
2. Interkoneksi PLTMH Aek Silang pada penyulang Gelas dapat
memperbaiki jatuh tegangan pada titik akhir penyulang sekitar 1.3 KV,
mengurangi rugi-rugi aktif saluran sekitar 27.89 KW dan rugi-rugi daya
reaktif sekitar 9.38 Kvar. Maka dapat dikatakan kualitas daya pada titik
akhir penyulang Gelas akan lebih baik.
5.2 Saran
Saran yang dapat penulis berikan adalah
1. Sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mengikutsertakan
PLTMH Aek Sibundong dalam setiap analisis mengingat PLTMH tersebut
juga diinterkoneksikan pada penyulang Gelas.
2. Sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengkaji keterandalan
