Line Transmisi. Oleh: Aris Heri Andriawan ( )

(1)

ANALISIS APLIKASI PENJADWALAN UNIT-UNIT

PEMBANGKIT PADA SISTEM KELISTRIKAN JAWA-BALI

DENGAN MENGGUNAKAN UNIT COMMITMENT, UNIT

DECOMMITMENT DAN MODIFIED UNIT DECOMMITMENT

Oleh:

Aris Heri Andriawan (2207201002)

PROGRAM PASCA SARJANA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER (ITS)

SURABAYA

Pembangkit mampu

melayani Fluktuasi

permintaan beban

Beban

(Fluktuasi)

Pembangkit

Line Transmisi

Penjadwalan unit

pembangkit agar biaya

operasi pembangkit

minimum

Metode Penjadwalan

Pembangkit

(Unit Commitment)

q

Unit Commitment

q

Unit Decommitment

q

Modified Unit

Decommitment

(2)

Rumusan Masalah

• Penelitian ini akan memfokuskan pada

masalah penjadwalan pembangkitan dengan

metode

unit

commitment,

unit

decommitment,

dan

modified

unit

decommitment pada sistem kelistrikan Jawa

–Bali.

Batasan Masalah

• Penelitian ini menggunakan data dari unit

pembangkit, sistem pembangkit Jawa – Bali

• Karakteristik input-output masing-masing

(3)

Tujuan dan Manfaat

• Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis

aplikasi metode Unit Commitment, Unit

Decommitment

dan

Modified

Unit

Decommitment untuk penjadwalan unit

pembangkit thermal pada sistem kelistrikan

Jawa-Bali.

• Dengan menganalisis aplikasi metode Unit

Commitment, Unit Decommitment, dan

Modified

Unit

Decommitment

pada

penjadwalan

unit pembangkit thermal

diharapkan dapat diperoleh pendekatan

yang paling efisien untuk melakukan

penjadwalan.

(4)

Kontribusi

• Dari hasil penelitian diperoleh pendekatan yang paling

efisien untuk melakukan penjadwalan sesuai kondisi di

lapangan.

• Hasil penelitian memberikan masukan pada materi

bahan perkuliahan, berupa software baru yang berisi

tiga menu software yaitu UC, UD, dan MUD, serta

memberikan kontribusi kepada PLN metode alternatif

untuk menghasilkan penjadwalan yang ekonomis.

Tinjauan Pustaka

• Sejarah penelitian untuk masalah UC (Unit Commitment):

1. Di tahun 1940-an - 1970-an disebut sebagai metode

pemrograman integer campuran, dan berdasar atas daftar

skala prioritas.

Kelebihan:

penyelesaiannya sederhana

2. Tahun 1980-an metode Branch dan Bound Algorithm dan

metode Dynamic Programming. Kelebihan: Kedua

metode solusinya optimal untuk jumlah unit pembangkit

yang kecil. Untuk unit pembangkit yang besar metode

pendekatan Lagrangian Relaxation. Waktu penyelesaian

yang lebih pendek bila dibandingkan dengan Dynamic

Programming. Kelemahan: metode ini sangat sensitif

terhadap

pengali

Lagrange,

sehingga

dengan

bertambahnya pengali lagrange sulit dicari solusinya.

3. Sequential Unit Commitment dikembangkan untuk

menyempurnakan metode Lagrangian Relaxation dan

metode Dynamic Programming. Kekurangan: Metode ini

membutuhkan

daftar

prioritas

heuristic

untuk

mendapatkan harga awal.

Kelebihan:

Selain prioritas tradisional, metode ini

menyeleksi unit yang paling menguntungkan untuk

commit pada basis operasi ekonomis dan permintaan

sistem selama proses iterasi.

(5)

4. Tahun 1990an, Chaoan Li menemukan metode unit

commitment baru berdasarkan pada prosedur dekomitmen .

Komitmen sistem diawali dengan semua unit tersedia pada

periode studi.

Kekurangan:

Permulaan jadwal unit memiliki cadangan

perputaran yang berlebih sehingga biaya operasi sistem tidak

ekonomis karena biaya operasional lebih besar. Untuk

mendapatkan biaya operasi yang ekonomis, beberapa unit

harus dipertimbangkan untuk shutdown pada satu atau semua

bagian selama periode waktu penjadwalan.

5. Feixiong Hu, pada tahun 2004 melakukan modifikasi metode

Unit Decomitmen dengan memperbaiki dan menambahkan

beberapa konstrain. Metode ini disebut dengan Modified Unit

Decommitment (MUD).

• Penelitian ini mengaplikasikan Dynamic Progrmming pada metode

Unit Commitment, Unit Decommitment, dan Modified Unit

Decommitment

untuk penjadwalan unit pembangkit sistem

kelistrikan Jawa-Bali.

1. Unit Commitment

• Fungsi kuadratik yang digunakan untuk pendekatan

biaya produksi, adalah :

• Total biaya produksi:

( )

2 ,

,

t

i

t

i

t

i

t

i

t

i

t

i

t

i

p

C

a

b

x

p

c

x

p

F

=

+

[

]

∑∑

=

−

+

=

− − −

T

t

I

i

t

i

it

t

i

it

i

p

x

u

F

C

p

u

S

x

u

1

1 ,

,

)

(

)

(

min

(6)

Subyek pada:

• Batasan permintaan beban:

• Batasan cadangan perputaran:

• Batasan kapasitas pembangkit:

• Batasan minimum up/down time

• Persamaan keadaan transisi:

T

t

D

u

p

it it t I i

,...,

1

=

∑

=

T

t

R

u

p

i it t I i

,...,

1

max 1

=

≥

∑

₌

T

t

I

i

p

_i

max

≤

_it

≤

_i

max

=

1 ,...,

;

=

1 ,...,











<

≤

<

≤

=

− −

lain

yang

kondisi

atau

t

x

jika

t

x

jika

u

on t i on t i it

,

1

0

1 ,

0

1 ,

1

1 1 , 1 1 ,







=

−

=

+

=

−

0 ,

1 )

0 ,

(

min

1 ,

1 )

0 ,

(

max

1 ,

it

t

i

it

t

i

it

u

jika

x

u

jika

x

Dynamic Programming

• Algoritma dari dynamic programming dapat dinyatakan

dengan:

Dengan,

Fcost (K, I)

= total biaya paling kecil pada

state (K, I)

Pcost (K, I)

= biaya produksi untuk state (K, I)

Scost (K-1, L:K, I)

= biaya transisi dari state (K-1, L)

sampai dengan (K, I)

[

(

,

)

(

1 ,

:

,

)

(

1 ,

)

]

min

)

,

(

_cos

}

{

cos

K

I

P

K

I

S

K

L

K

I

F

K

L

F

t

L

t

=

+

−

+

−

(7)

Gambar 2. Flowchart Algoritma Unit Commitment

2. Unit Decommitment (UD)

• Fungsi objektif :

• Batasan kesimbangan beban dengan multiplier λt,

• Dengan menambahkan pada fungsi objektif diatas,

permasalahan optimisasi menjadi:

[

]













+

∑ ∑

(

)

*

(

−

,

−

)

min

t i

C

it

P

it

U

it

S

it

X

i,t1

U

it

U

i,t1

T

t

D

U

P

_t

i

it

*

it

−

=

0 =

1 ,

2 ,...,

∑

(

)

[

]













−

+

∑ ∑

t

i

C

it

(

P

it

)

*

U

it

S

it

(

X

i

t

−

,

U

it

,

U

i

t

−

)

t

∑

i

P

it

*

U

it

D

t

min

,

1 ,

1 λ

(8)

Subyek pada :

1. Nilai kelebihan cadangan perputaran,

2. Persamaan kondisi dinamik

3. Batasan-batasan yang lain: batas kemampuan

min/max pembangkit, minimum up/down time,

dan lain-lain.

0 *

−

≥

=

∑

req

t

i

it

t

R

U

D

R

EXS













−

=

−

=

−

≤

+

−

=

−

=

−

≤

+

=

≤

=

− − − − − − − −

1 )

(

1

1 )

(

1

1 )

(

1 )

(

1

1 )

(

1

1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , it cool i t i cool i t i dn i t i it up i t i it up i t i up i up i t i t i it dn i t i cool i it

U

dan

T

X

jika

T

mati

harus

tetap

dan

mati

X

T

jika

X

mati

U

dan

T

X

jika

mati

mungkin

dan

hidup

U

dan

T

X

jika

T

hidup

tetap

harus

dan

hidup

T

X

jika

X

hidup

U

dan

T

X

T

jika

x

(9)

3. Modified Unit Decommitment

(MUD)

• fungsi objektif

:

min{

}

• Dari persamaan (1):

–

term pertama berarti biaya produksi;

–

term ke dua berarti penyalaan semua unit;

–

term ke 3 berarti biaya pemadaman (shut down).

∑∑

= =

+

T t I i t i t i i

p

xU

F

1 1 , ,

)

(

∑∑

₌− ₌ +

−

+

−

+

1 0 1 , 1 , , 1 , ,

((

)

/

2

T t I i t i t i t i t i i up

U

C

∑∑

₌− ₌ +

−

+

−

1 0 1 , 1 , , 1 , ,

(

))

/

2

T t I i t i t i t i t i i down

U

C

• subyek pada:

p

i,t

-

δ

i,t

≤

p

i,t+1

≤

p

i,t

+

δ

i,t

|X

i,t

|

≥

t

i

on

jika U

i,t+1

=0 & U

i,t

=1

|X

_i,t

|

≥

t

_i

off

_{jika U}

i,t+1

=1 & U

i,t

=0

∑

=

−

I

i

t

i

t

i

xU

p

Dt

1 ,

,

0

1 , max ,

−

≥

∑

= I i up t t t i t i

xU

D

R

p

max

i

t

,

i

min

i

p

≤

(10)

Formulasi Metode MUD

• Proses utama dari MUD hampir sama dengan metode

unit decomitmen, tetapi perbaikan dibuat dengan

lebih banyak batasan, seperti ramp rate, dan lain-lain,

yang dipertimbangkan. Penjadwalan hari berikutnya

dilakukan berdasarkan kondisi awal unit.

• Solusi awal dimungkinkan menurut kondisi awal dari

unit yang dikerjakan, Jika :

X

_i,t

>0 atau |X

_i,t

|> t

_i

off

Selanjutnya ditetapkan:

U

i,t

0 =1 t

∈

{t,…,T}

• Subprogram Dynamic Programming digunakan

untuk

masing-masing

kandidat

unit

untuk

menentukan

dekomitmen

optimal

(atau

dekomitmen sebagian) unit dalam periode waktu

penelitian, sehingga didapatkan biaya produksi

minimum.

• Sub-program economic dispatch, digunakan untuk

mendapatkan nilai minimum dari fungsi obyektif.

• Jadwal dengan nilai paling rendah dipilih sebagai

hasil dari iterasi sekarang. Proses iterasi berlanjut

sampai tidak ada perubahan jadwal yang bisa

mereduksi lagi nilai fungsi obyektifnya.

(11)

Algoritma

Gambar 4. Flowchart Pelaksanaan Algoritma MUD

Analisis

• Simulasi penjadwalan dengan metode unit commitment

dengan beban Minggu, 4 januari 2009 dan Senin, 5

Januari 2009.

• Simulasi penjadwalan dengan metode unit

decommitment dengan beban Minggu, 4 januari 2009

dan Senin, 5 Januari 2009.

• Simulasi penjadwalan dengan metode modified unit

decommitment

(12)

Gambar 5. Topologi Sistem Jawa - Bali

(13)

4.05 0.005771 24 2.45 12 24 150.00 400.00 1.92000 877.00 696.25 Unit 20 20. 1.36 0.005771 24 2.45 12 24 150.00 400.00 1.92000 877.00 696.03 Unit 19 19. 7.68 0.009616 24 4.55 12 24 100.00 200.00 0.00480 7.97 78.00 Unit 18 18. 4.65 0.009616 24 2.79 12 24 25.00 50.00 0.00980 20.00 260.00 Unit 17 17. 4.65 0.009616 24 2.79 12 24 25.00 50.00 0.00980 20.00 260.00 Unit 16 16. 0.00 0.000003 24 0.00 2 2 37.50 55.00 0.00200 22.10 451.01 Unit 15 15. 0.00 0.008960 24 0.00 2 2 20.00 50.00 0.00209 28.12 650.70 Unit 14 14. 0.00 0.008960 24 0.00 2 2 20.00 50.00 0.00209 28.12 650.70 Unit 13 13. 0.00 0.008960 24 0.00 2 2 20.00 50.00 0.00209 28.12 650.70 Unit 12 12. 0.00 0.000005 24 0.00 2 2 30.00 55.00 0.00413 25.92 660.80 Unit 11 11. 0.00 0.000005 24 0.00 2 2 30.00 55.00 0.00413 25.92 660.80 Unit 10 10. 0.00 0.000005 24 0.00 2 2 30.00 55.00 0.00413 25.92 660.80 Unit 9 9. 5.04 0.009616 24 3.03 24 24 150.00 508.00 2.10100 10.98 737.00 Unit 8 8. 3.48 0.009616 24 2.09 24 24 150.00 508.00 2.10100 10.98 737.00 Unit 7 7. 30.20 0.004259 24 18.12 48 48 340.00 579.00 0.00156 7.92 561.00 Unit 6 6. 30.20 0.004259 24 18.12 48 48 340.00 579.00 0.00156 7.92 561.00 Unit 5 5. 20.13 0.004259 24 12.08 24 24 240.00 381.00 6.18100 1306.00 388143.98 Unit 4 4. 20.13 0.004259 24 12.08 24 24 240.00 381.00 6.18100 1306.00 388143.98 Unit 3 3. 20.13 0.004259 24 12.08 24 24 240.00 381.00 6.18100 1306.00 388143.98 Unit 2 2. 20.13 .004259 24 12.08 24 24 240.00 381.00 6.18100 1306.00 388143.98 Unit 1 1. PT. INDONESIA POWER Biaya start up ($/kWh) Harga bahan bakar ($/MCal) Status awal Biaya tanpa beban ($/h) MDT (h) MUT (h) MinCap (MW) MaxCap (MW) C B A No. Unit No.

Tabel 1. Parameter Pembangkit Thermal

3.28 0.009636 24 1.97 0.5 48 250.00 550.00 0.00201 4.70 955.8401 Unit 12 12. 3.28 0.009636 24 1.97 0.5 48 250.00 550.00 0.00240 4.70 998.8195 Unit 11 11. 3.28 0.009636 24 1.97 0.5 48 250.00 550.00 1.13780 5.44 914.3642 Unit 10 10. 7.58 0.009636 24 4.54 48 48 50.00 200.00 0.00200 7.60 78.00 Unit 9 9. 1.67 0.005771 24 1.14 48 48 40.00 100.00 5.2800 2136.00 6000.00 Unit 8 8. 1.67 0.005771 24 1.14 48 48 40.00 100.00 5.2800 2136.00 6000.00 Unit 7 7. 20.0 0.009616 24 12.00 24 48 150.00 400.00 6.1800 1306.15 388144.17 Unit 6 6. 7.68 0.009616 24 4.55 10 10 70.00 100.00 4.4000 9.26 303100.0 Unit 5 5. 7.68 0.009616 24 4.55 10 10 70.00 100.00 4.4000 9.26 303100.0 Unit 4 4. 1.90 0.009616 24 1.14 10 10 40.00 100.00 9.7620 1968 375800.0 Unit 3 3. 1.90 0.009616 24 1.14 10 10 40.00 100.00 9.7620 1968 375800.0 Unit 2 2. 6.61 0.009616 24 3.97 4 4 150.00 508.00 4.8000 2600 251800.0 Unit 1 1.

PT. PEMBANGKITAN JAWA BALI

Biaya start up ($/kWh) Harga bahan bakar ($/MCal) Status awal Biaya tanpa beban ($/h) MDT (h) MUT (h) MinCap (MW) MaxCap (MW) C B A No. Unit No.

(14)

2 jam 20.00 – 22.00 PLTU M. Karang #B1 21 4 jam 20.00 – 24.00 PLTU M. Karang #1 22 3 jam 21.00 – 24.00 PLTU M. Karang #2 23 14,5 jam 00.00 - 08.00, 11.00 – 13.00, 14.30 – 15.00, 15.30 – 16.00, 21.30 – 24.00 PLTU Paiton #2 26 13,5 jam 00.00 - 08.00, 11.00 – 13.00, 21.30 – 24.00 PLTU Gresik #1 27 13,5 jam 00.00 - 08.00, 11.00 – 13.00, 21.30 – 24.00 PLTU Gresik #1 28 9 jam 00.00 - 08.00 11.30 – 12.30 PLTGU Gresik # B1 31 7,5 jam 00.00 - 07.30 PLTGU Gresik # B1 32 Senin, 5 Januari 2009 24 jam 00.00 s/d 24.00 PLTU Gresik #1 28 24 jam 00.00 s/d 24.00 PLTU Gresik #1 27 24 jam 00.00 s/d 24.00 PLTU Paiton #2 26 21 jam 00.00 - 18.00, 21.00 - 24.00 PLTGU Gresik # B1 31 19 jam 00.00 - 17.30, 21.30 - 22.00, 22.30 - 23.00, 23.30 - 24.00 PLTGU Gresik # B1 32 Minggu, 4 Januari 2009 Lama shutdown Periode waktu Nama Unit No. Unit Hari/tanggal

Tabel 2. Unit-unit yang mengalami shut down dengan UD

Tabel 3. Unit-unit yang mengalami shut down dengan MUD

2 jam 20.00 – 22.00 PLTU M. Karang #B1 21 4 jam 20.00 – 24.00 PLTU M. Karang #1 22 3 jam 21.00 – 24.00 PLTU M. Karang #2 23 14,5 jam 00.00 - 08.00, 11.00 – 13.00, 14.30 – 15.00, 15.30 – 16.00, 21.30 – 24.00 PLTU Paiton #2 26 13,5 jam 00.00 - 08.00, 11.00 – 13.00, 21.30 – 24.00 PLTU Gresik #1 27 13,5 jam 00.00 - 08.00, 11.00 – 13.00, 21.30 – 24.00 PLTU Gresik #1 28 9 jam 00.00 - 08.00 11.30 – 12.30 PLTGU Gresik # B1 31 7,5 jam 00.00 - 07.30 PLTGU Gresik # B1 32 Senin, 5 Januari 2009 24 jam 00.00 s/d 24.00 PLTU Gresik #1 28 24 jam 00.00 s/d 24.00 PLTU Gresik #1 27 24 jam 00.00 s/d 24.00 PLTU Paiton #2 26 21 jam 00.00 - 18.00, 21.00 - 24.00 PLTGU Gresik # B1 31 19 jam 00.00 - 17.30, 21.30 - 22.00, 22.30 - 23.00, 23.30 - 24.00 PLTGU Gresik # B1 32 Minggu, 4 Januari 2009 Lama shutdown Periode waktu Nama Unit No. Unit Hari/tanggal

(15)

Perbandingan pembebanan tiap unit PLN dengan Unitcom Beban

(5586 MW)

0 100 200 300 400 500 600 700 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Unit Pembangkit Day a pe m bangkitan ti a p uni t (MW) PLN Unitcom

Perbandingan Pembebanan tiap Unit PLN dengan UD

Beban (5586 MW)

0

100

200

300

400

500

600

700

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

29

31 Unit Pembangkit

Da ya Pem b e b anan ti ap U ni t (M W)

_PLN

Decom

Perbandingan Pembebanan tiap Unit PLN dengan MUD

Beban (5586 MW)

0 100 200 300 400 500 600 700 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Unit Pembangkit Da y a pe mban gk it an ti a p Unit (MW ) PLN Modif

Perbandingan Pembebanan tiap Unit PLN dengan Unitcom

Beban ( 7087 MW )

0

100

200

300

400

500

600

700

1

3

5

7

9

11 13 15

17

19 21 23

25 27

29

31 Unit Pembangkit

D ay a P em b angki tan tiap U ni t (M W)

PLN

Unitcom

(16)

Perbandingan Pembebanan Tiap Unit PLN dengan UD

Beban ( 7087 MW)

0 100 200 300 400 500 600 700 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Unit Pembangkit Da y a pe mban gk it an ti a p Unit (MW ) PLN Decom

Perbandingan pembebanan tiap Unit PLN dengan MUD

Beban ( 7087 MW)

0 100 200 300 400 500 600 700 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Unit Pembangkit Day a pem ba n gk it an tiap uni t (MW) _PLN Modif

Tabel 4. Perbandingan Biaya operasional antara Unit Commitment, Unit

Decommitment, dan Modified Unit Decommitment Periode Minggu-Senin,

4-5 Januari 2009

Keterangan: 1 $ US = Rp.

9.500,-181.208.985,00

19.074,63

452.919.245,00

47.675,71

Penghematan

6.394.492.940,00

673.104,52

4.162.952.535,00

438.205,53

Modified Unit

Decommitment

181.716.855,00

19.128,09

452.981.565,00

47.682,27

Penghematan

6.393.985.070,00

673.051,06

4.162.890.215,00

438.198,97

Unit Decommitment

6.575.701.925,00

692.179,15

4.615.871.780,00

485.881,24

Unit Commitment

(Rp)

($)

(Rp)

($)

Total Biaya Operasi

Senin, 5 Januari 2009

Total Biaya Operasi

Minggu, 4 Januari 2009

Metode Penjadwalan

(17)

Kesimpulan

• Penjadwalan pembangkit dengan UC, UD dan MUD dapat digunakan untuk

penyelesaian dalam rangka memperoleh kombinasi penjadwalan

pembangkit yang relatif feasible.

• Dari 32 unit yang beroperasi dan dilakukan penjadwalan dengan ke-tiga

metode penjadwalan, pada Unit Decommitment dan Modified Unit

Decommitment dimungkinkan dilakukan proses decommitting sebanyak 3

unit PLTU selama 24 jam dan 2 PLTGU selama 18 dan 21 jam untuk

shutdown pada hari minggu, dan 6 PLTU selama 2 – 13,5 jam dan 2 PLTGU

selama 7,5 – 9 jam untuk shutdown pada hari senin.

• Bila dibandingkan dengan penjadwalan metode UC , dihasilkan

penghematan biaya sebasar Rp. 452,98 juta dengan UD dan Rp. 452,92 juta

dengan MUD pada penjadwalan Minggu 4 Januari 2009. Penghematan

sebesar RP. 181,7 juta dengan UD dan Rp. 181,2 juta dengan MUD pada

penjadwalan Senin, 5 Januari 2009. Berdasarkan hasil pengurangan total

biaya operasional, unit decommitment merupakan metode yang paling

efisien dari ke-tiga metode penjadwalan.

• Dari analisis simulasi penjadwalan yang dilakukan memberi kontribusi

kepada PLN bahwa metode UC, UD dan MUD dapat dipertimbangkan oleh

PLN dipakai untuk penjadwalan dengan tujuan menghemat biaya operasi

pembangkit.