Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
ANALISIS KEANDALAN DAN ECONOMIC DISPATCH
PADA UNIT PEMBANGKIT MUARAKARANG JAKARTA
UTARA
Helmi Usman, Prof. Ir.Ontoseno Penangsang, M.sc, Ph.D, Prof.Dr.Ir.Adi Soeprijanto, MT
Jurusan Teknik Elektro FTI - ITS
Abstrak : PT. PJB Muarakarang merupakan Unit Pembangkit (UP) yang beroperasi di wilayah Jakarta Utara. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan PJB Muarakarang ini memiliki 2 tipe Power Plant yaitu 5 (lima) Unit PLTU dan 4 Unit PLTGU. Empat unit PLTGU ini terdiri dari satu unit steam turbin (ST) dan 3 Unit Gas Turbin (GT). Pada tugas akhir ini, dilakukan analisis keandalan berdasarkan data pemadaman pembangkit selama sepuluh tahun terakhir yaitu sejak 2001-2010. Nilai keandalan ini kemudian akan dikombinasikan dengan daya hasil economic dispatch pada PT.PJB Muarakarang Jakarta Utara. Dari perhitungan economic Dispatch tersebut dapat diperoleh nilai daya output maksimum dengan biaya pembangkitan minimum. Nilai daya ini kemudian akan dikombinasikan dengan tingkat keandalan pembangkit yang dikalikan dengan lamanya suatu unit pembangkit menyala. Kombinasi ketiga hal tersebut menghasilkan energi yang dikeluarkan tiap unit pembangkit di PT.PJB Muarakarang.
Berdasarkan trend yang telah diamati dari tahun 2001 – 2010 PLTGU memiliki peningkatan biaya rata-rata sebesar y = 3.1013x – 6.1016
sedangkan PLTU mengalami penurunan sebesar y = -3.1013x + 7.1016
Jumlah energi yang dikeluarkan pada kurun waktu sepuluh tahun hampir semuanya mengalami kenaikan kecuali pada PLTGU unit 1.2, PLTU unit 2 dan unit 3.
Penurunan tingkat keandalan unit pembangkit hanya dialami oleh PLTGU unit 1.2 sebesar y = 0,0058x + 12,472 dan PLTU unit 3 sebesar y = -0,0132x + 27,413
Kata kunci : Keandalan, economic dispatch, energi
I. PENDAHULUAN
Di era globalisasi yang terus berkembang saat ini standart kebutuhan manusia dari tahun ke tahun selalu meningkat. Dalam hal ini masyarakat menuntut adanya peningkatan pelayanan sstem daya listrik yang tinggi. Untuk meningkatkan pelayanan system daya listrik yang tinggi salah satunya dapat diperoleh dengan meningkatkan biaya pelayanan. Karena itu dituntut adanya keseimbangan antara
pelayanan system daya listrik dengan biaya minimum untuk mencapai tersedianya kebutuhan listrik yang diinginkan.
Perkembangan beban di wilayah Jakarta Utara sampai saat ini terus mengalami peningkatan yang cukup signifikan, hal ini tidak terlepas dari terdapatnya pusat-pusat pemerintahan dan hiburan di wilayah Jakarta Utara yang kebutuhan akan listriknya semakin meningkat dari tahun ke tahun, dari kenyataan tersebut tuntutan terhadap nilai keandalan pembangkit di wilayah Jakata Utara ini sangat dibutuhkan. Salah satu Unit Pembangkit yang mensuplay listrik di daerah-daerah penting di Jakarta Utara ini adalah PT.PJB Unit Pembangkit Muarakarang. Pada tugas akhir ini, akan dievaluasi keandalan pembangkit pada PJB Muarakarang serta analisa biaya pembangkitannya agar diperoleh biaya pembangkitan termurah. Data yang dibutuhkan dalam penyelesaian tugas akhir ini adalah data banyaknya kerusakan dan pemadaman beberapa tahun terakhir ini dan waktu perbaikan dari tiap – tiap komponen yang digunakan. Dengan ini diharapkan nilai indeks keandalan pada system pembangkit dapat ditingkatkan dan biaya pembangkitan dapat diatur seminimal mungkin. II. KEANDALAN SISTEM PEMBANGKIT
a. Keandalan dan Operasi Sistem
Kegagalan operasi pada suatu komponen pembangkit tidak hanya menimbulkan pengaruh terhadap komponen/sistem tersebut serta keberlangsungan dari proses produksi dimana sistem/komponen tersebut dioperasikan. Lebih dari itu, terjadinya kegagalan dapat mempengaruhi kondisi lingkungan sekitar maupun sistem-sistem lain yang beroperasi melalui suplay listrik pada saluran pembangkit, sehingga kerugian yang diakibatkan dari kegagalan sangatlah kompleks.
Keandalan merupakan suatu bentuk kemampuan peralatan atau sistem yang dapat bekerja sesuai dengan fungsinya pada waktu tertentu dan kondisi tertentu. Analisa kegagalan merupakan suatu bentuk analisa pada komponen pembangkit yang dapat mengakibatkan suatu komponen tersebut rusak atau tidak dapat lagi berfungsi sebagaimana mestinya. Bentuk kegagalan yang demikian ini akan sangat merugikan ketika terjadi pada sistem atau area yang luas dan lebih kompleks.
Keandalan unit-unit pembangkit dipengaruhi oleh berbagai faktor, antara lain gangguan kerusakan dan pemeliharaan rutin . Faktor-faktor tersebut memungkinkan
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS. unit-unit pembangkit mengalami keluar paksa (force outage) yang menyebabkan tidak dapat melayani beban. Dengan demikian, keandalan operasi pembangkit ditentukan oleh : 1. Jumlah unit pada pusat pembangkit.
2. Besarnya keluar paksa tiap unit (yang mengalami gangguan) dalam satu tahun. [4]
b. Keandalan
Berdasarkan referensi dan literatur keandalan memiliki berbagai definisi yang berbeda-beda. Akan tetapi, ada beberapa kesamaan didalam definisi tersebut, khususnya parameter-parameter tetap yang terkandung dalam sefinisi tersebut. Parameter tersebut adalah peluang, sistem atau komponen, kondisi operasi, dan waktu.
Jika kita berbicara masalah keandalan, maka sebagian besar persoalan yang akan kita bahas adalah peluang (probability). Peluang yang mendeskripsikan indeks keandalan memiliki rentang nilai 0 (nol) sampai dengan 1 (satu). Keandalan sistem/komponen bernilai 1 memiliki peluang berhasil 100%. dan keandalan sistem/komponen bernilai 0 memiliki peluang sukses (tidak gagal) adalah 0%. Nilai keandalan disini adalah merupakan fungsi waktu, dimana keandalan sebuah sistem akan bervariasi sesuai dengan waktu saat evaluasi keandalan dilakukan.
Saat ini pengertian keandalan yang sering digunakan adalah suatu sistem yang digunakan untuk dapat beroperasi sesuai dengan fungsinya dalam rentang waktu dan kondisi operasi tertentu.
Probabilitas keandalan dapat dirumuskan : Keandalan (R) = Realisasi waktu menyala Waktu total menyala
c. Evaluasi Keandalan
Untuk mengevaluasi keandalan dari suatu komponen atau sistem yang pertama kali harus dilakukan adalah dengan memodelkan sistem tersebut kedalam diagram blok keandalan( reliability block diagram). Dari diagram blok ini kemudian dihitung keandalan dari sistem yang bersangkutan.
Contoh aplikasi sederhananya dapat dipakai pada subsistem yang terdiri dari dua buah filter. Jika definisikan agar sistem ini dapat berfungsi diperlukan dua buah filter yang bekerja bersama-sama, maka diagram blok keandalan dengan susunan seri adalah yang paling tepat untuk digunakan sebagai model rancangan. Sedang system itu akan berfungsi dengan baik bila membutuhkan satu buah filter yang bekerja, maka diagram blok keandalan dengan susunan paralel adalah yang paling tepat untuk dipakai sebagai model.
d.
Indeks keandalan
Indeks keandalan yang paling lama adalah probabilitas seperti yang telah dijelaskan pada sub bab 2.2. Indeks kandalan yang paling cocok sangat tergantung dari
sistem dan kebutuhan dari sistem pembangkit tersebut. Contoh-contosh berikut merupakan contoh tipikal dari indeks keandalan :
a) Waktu rata-rata diantara dua kegagalan b) Nilai harapan keuntungan yang hilang karena
kegagalan
c) Durasi rata-rata downtime dari suatu sistem atau peralatan
d) Laju kegagalan dari suatu proses
e) Nilai harapan yang hilang dari output suatu proses karena kegagalan
Nilai indeks ini dapat dievaluasi dengan menggunakan teori keandalan yang relevan setelah beberapa kriteria tertentu yang berhubungan dengan kondisi operasional dari suatu item dipenuhi.
e.
Economic dispatch
Economic dispatch adalah pembagian pembebanan pada setiap unit pembangkit sehingga diperoleh kombinasi unit pembangkit yang dapat memenuhi kebutuhan beban dengan biaya yang optimum atau dengan kata lain untuk mencari nilai optimum dari output daya dari kombinasi unit pembangkit yang bertujuan untuk meminimalkan total biaya pembangkitan dan dapat memenuhi batasan equality dan inequality. Secara umum fungsi biaya dari tiap pembangkit dapat diformulasikan secara matematis sebagai suatu fungsi obyektif seperti yang diberikan pada persamaan berikut [1], [2], [3],[5] :
(2.1) dimana :
FT = total biaya pembangkitan (Rp).
Fi(Pi) = fungsi biaya input-output dari pembangkit i (Rp/jam).
ai, bi, ci = koefisien biaya dari pembangkit i. Pi = output pembangkit i (MW)
n = jumlah unit pembangkit. i = indeks dari dispatchable unit
Dalam sistem tenaga, kerugian transmisi merupakan kehilangan daya yang harus ditanggung oleh sistem pembangkit. Jadi kerugian transmisi ini merupakan tambahan beban bagi sistem tenaga.
Untuk perhitungan dengan rugi transmisi diabaikan losses akibat saluran transmisi diabaikan dengan demikian akurasi economic dispatch menurun. Penurunan akurasi ini karena losses transmisi ditentukan oleh aliran daya yang ada pada sistem, di mana aliran daya ini dipengaruhi oleh pembangkit mana yang ON dalam suatu sistem.
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS. Pembagian jumlah daya yang dapat di sulpy oleh tiap-tiap generator dapat dianalogikan seperti gambar berikut :
Input layer adalah data demand atau daya beban dari suatu pembangkit. Kemudian bagian hidden layer merupakan jumlah generator yang digunakan untuk mensuplay beban. Disinilah nanti akan terjadi proses optimasi daya dari tiap-tiap generator. Setelah daya dari tiap-tiap generator diperoleh baru akan dilanjutkan ke bagian output layer dimana nilainya merupakan penjumlahan dari daya generator hasil optimasi.
Pada persamaan 2.1 menujukkan bahwa input (bahan bakar) adalah merupakan fungsi obyektif yang akan dioptimasi.
karena rugi transmisi diabaikan maka jumlah output dari setiap pembangkit digunakan untuk melayani PR jadi :
Jika hasil perhitungan diatas tercapai maka proses optimasi dianggap selesai.
III.
DATA SALURAN PEMBANGKIT
3.1 Data lama suatu unit bekerja salama satu
tahun.
Sebagai data pembanding lama suatu pembangkit menyala tanpa ada gangguan/pemadaman adalah 365(hari) × 24 (jam) = 8760 jam.
Dalam paper ini penulis hanya melampirkan 4 data penyalaan dari tahun 2002-2005 untuk PLTGU dan 3 data penyalaan dari tahun 2007-2009 untuk PLTU
Tabel 3.1 PLTGU 2002 Tabel 3.2 PLTGU 2003 Tabel 3.3 PLTGU 2004 Tabel 3.4 PLTGU 2005
Data penyalaan PLTU Muarakarang tahun 2007 - 2010 Tabel 3.5 PLTU 2007 Tabel 3.6 PLTU 2008 X Y Input layer Hidden layer Output layer W (1,1) W (1,2) W (1,3) W (1,jml_gen) 1 1 1 1
Unit Menyala (jam) PLTGU 1.0 5486,533333
PLTGU 1.1 8465,4
PLTGU 1.2 7710,516667
PLTGU 1.3 7397,55
Unit Menyala (jam)
PLTGU 1.0 5390,483333
PLTGU 1.1 6660,95
PLTGU 1.2 7484,016667
PLTGU 1.3 8594,066667
Unit Menyala (jam)
PLTGU 1.0 8371,083333
PLTGU 1.1 2111,033333
PLTGU 1.2 7375,116667
PLTGU 1.3 5448,483333
Unit Menyala (jam) PLTGU 1.0 5605,733333 PLTGU 1.1 6677,583333
PLTGU 1.2 7484,45
PLTGU 1.3 7886,033333
Unit Menyala (jam) PLTU 1 6459,633333 PLTU 2 8422,083333 PLTU 3 6793,116667 PLTU 4 3992,816667 PLTU 5 6465,933333 Unit Menyala (jam)
PLTU 1 7980,05
PLTU 2 8416,833333 PLTU 3 7992,333333 PLTU 4 8533,933333 PLTU 5 7886,016667
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS. Tabel 3.7 PLTU 2009
Karena Pada tahun 2010 ada tambahan unit pada PLTGU maka untuk sementara PLTU unit 1 sampai unit 5 dilakuan maintenance dan tidak beroperasi.
3.2 Data Keandalan (reliability) dan Force Outage Rate (FOR)
IV. PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.1 Perhitungan economic dispatch
Pertama kali dalam perhitungan economic dispatch kita harus menemukan persamaan unit data (fuel cost variable)
Perbandingan yang digunakan untuk mendapatkan nilai unit data adalah dengan memnambahkan inisialisasi nilai x1 dan y1. Nilai x1 merupakan daya output yang dibandingkan dengan y1 yang merupakan inputan dalam rupiah per jam. Sehingga diperoleh nilai unit data :
p1 = 566.01 2.9186e+005 3.8463e+006 a = 566.01 b = 2.9186e+005 c = 3.8463e+006
Data diatas merupakan sampel perhitungan unit data pada PLTGU 1.0. Berdasarkan perhitungan menggunakan matlab diatas dapat menghasilkan nilai unit data yang lain seperti berikut :
PLTGU 1.0 566.01 2.9186e+005 3.8463e+006
PLTGU 1.1 46.115 2.2062e+005 1.0909e+007
PLTGU 1.2 50.507 2.4459e+005 5.2785e+006
PLTGU 1.3 50.507 2.4459e+005 5.2785e+006
PLTGU 2.1 45.584 2.7213e+005 1.0969e+006
PLTGU 2.2 45.584 2.7213e+005 1.0969e+006
PLTU 1 528.83 1.2348e+006 7.2273e+006
PLTU 2 528.83 1.2348e+006 7.2273e+006
PLTU 3 528.83 1.2348e+006 7.2273e+006
PLTU 4 24.725 1.2158e+006 7.8512e+006
PLTU 5 24.725 1.2158e+006 7.8512e+006
Flowchart yang digunakan untuk memperoleh nilai dispatch of generation adalah sebagai berikut :
Tabel 3.10 Data keandalan PLTU 5 PLTU unit 5 2001 0.699387 2002 0.899648 2003 0.702962 2004 0.905316 2005 0.885495 2006 0.544962 2007 0.73812 2008 0.90023 2009 0.914945 Tabel 3.8 Data keandalan
PLTGU unit 1.1 2001 0.762283 2002 0.762283 2003 0.975909 2004 0.760384 2005 0.928014 2006 0.852646 2007 0.93786 2008 0.945807 2009 0.996627 2010 0.852806
Tabel 3.9 Data Keandalan
PLTGU unit 1.2 2001 0.972582 2002 0.854389 2003 0.841908 2004 0.85434 2005 0.880196 2006 0.793174 2007 0.908174 2008 0.968763 2009 0.754658 2010 0.865331
Unit Menyala (jam)
PLTU 1 8758,866667
PLTU 2 8716,35
PLTU 3 8368,733333
PLTU 4 6954,983333
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS.
Tabel 4.1 Beban Pembangkit Muarakarang
Dari data diatas nilai Optimal Dispatch Of Generation yang diperoleh adalah seperti pada contoh PLTU tahun 2008. Optimal Dispatch of Generation:
84 62.6996 75.6904 90.0000 90.0000
Total system loss = 0 MW
Total generation cost = 2484964432137.620 R/h
Daya output tersebut kemudian dikalikan dengan nilai keandalan (Reliability) dan lama suatu pembangkit menyala untuk mendapatkan nilai energi yang dikeluarkan oleh tiap-tiap unit pembangkit selam kurun waktu 10 tahun.
Dari perhitungan ekonomi Dispatch menggunakan matlab kita dapat menemukan trend biaya yang dihasilkan PLTU dan PLTGU selama kurun waktu 10 tahun.
Gambar 4.1 Grafik trend biaya PLTGU selama 2001 – 2010
Gambar 4.2 Grafik trend biaya PLTGU selama 2001 – 2010
4.2 Nilai energi yang dikeluarkan tiap unit pembangkit Energi merupakan hasil perkalian dari lamanya suatu pembangkit menyala dengan koefisien keandalan yang dikalikan juga dengan optimal daya yang dihasilkan oleh suatu unit pembangkit.
Beban Muarakarang PLTGU (MW) PLTU (MW) 2001 387,64 363,55 2002 394,89 361,86 2003 332,24 374,14 2004 345,34 386,23 2005 398,4 387,9 2006 365,6 346,8 2007 410,56 364,5 2008 267,062 402,40 2009 332,562 263,04 2010 613,5833 0
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS. Berikut ini adalah tabel perolehan energi dari tiap-tiap unit baik PLTGU maupun PLTU Muarakarang :
Tahun 2001
Tabel 4.2 Perolehan Energi PLTGU Tahun 2001
keandalan
Menyala (jam) dispatch (MW) energi MWH
0,980578387
8419,733333
150 1238431,279
0,762283105
6900,75
57,64 303205,1409
0,972581811
8519,8
90 745758,2264
0,803843227
7041,666667
90
509435,645
4.3 Kurva Hasil Perhitungan
Dari perhitungan data dapat diperoleh kurva karakteristik keandalan tiap-tiap pembangkitdan dan daya output hasil ekonomi dispatch selama sepuluh tahun. Dalam bab ini hanya ditampilkan grafik PLTGU 1.0 dan PLTU unit 1.
Gambar 4.3 Trend keandalan PLTGU 1.0 dalam 10 tahun
Gambar 4.4 Trend keandalan PLTU unit 1 dalam 10 tahun
Gambar 4.5 Trend daya PLTGU 1.3 dalam 10 tahun
Gambar 4.6 Trend energi PLTGU 1.0 dalam 10 tahun
Gambar 4.7 Trend energi PLTU unit 1 dalam 10 tahun
V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan atara lain :
1. Berdasarkan trend yang telah diamati dari tahun 2001 – 2010 PLTGU memiliki peningkatan biaya rata-rata
Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI – ITS. sebesar y = 3×1013x – 6×1016 sedangkan PLTU
mengalami penurunan sebesar y = -3×1013x + 7×1016.
2. Jumlah energi yang dikeluarkan pada kurun waktu sepuluh tahun hampir semuanya mengalami kenaikan kecuali pada PLTGU unit 1.2, PLTU unit 2 dan unit 3. 3. Penurunan tingkat keandalan unit pembangkit hanya
dialami oleh PLTGU unit 1.2 sebesar y = -0,0058x + 12,472 dan PLTU unit 3 sebesar y = -0,0132x + 27,413 4. Nilai keandalan suatu unit pembangkit dapat diperoleh dengan membandingkan durasi waktu suatu pembangkit padam dengan durasi waktu suatu pembangkit ketika menyala dalam selang waktu tertentu.
5. Seringnya terjadi pemadaman pada unit pembangkit Muarakarang dikarenakan persediaan gas untuk suplay PLTGU telah habis, untuk sementara waktu bahan bakar yang digunakan untuk proses pembakaran adalah minyak. Hal ini tentu saja merupakan suatu kerugian karena harga minyak jauh lebih mahal dibadingkan dengan gas. Pemerintah saat ini telah menargetkan bahwa persediaan gas untuk pembangkit lsitrik akan kembali normal pada tahun 2014.
5.2 Saran
Untuk meningkatan mutu dari tiap-tiap unit pembangkit mungkin kedepanya dapat dilakukan peramalan tingkat keandalan dari masing – masing unit, sehingga diharapkan tingkat keandalan suatu unit pembangkit dapat terus naik seiring dengan meningkatnya jumlah permintaan pelanggan akan lsitrik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] J. Wood Allen and F.Wollemberg Bruce. Power Generation, Operation an Control. 2nd ed, 1996.
[2] Sheng-Fu Zheng, Shan-Li Hu, She-Xiong Su, Chao-Feng Lin, Xian-Wei Lai. A Modified Particle Swarm Optimization Algorithm And Application, Proceedings of the Sixth International Conference on Machine Learning and Cybernetics. Hong Kong, 19-22 August 2007.
[3]. Jong-Bae Park, Yun-Won Jeong, Hyun-Huong Kim and Joong-Rin Shin. An Improved Particle Swarm
Optimization For Economic Dispatch With Valve-Point Effect, International journal of Innovations in energy systems and power. Vol. 1, no. 1,
November2006.
[4]. Kwang Y. Lee and Jong-Bae Park. Application Of Particle Swarm Optimization To Economic Dispatch Problem: Advantages and Disadvantage. IEEE Transaction on power syatem, Oktober 2006. [5]. Sulasno, Ir. ”Panduan Ajar Pengoperasian Pusat
Pembangkit Tenaga Listrik”. Universitas Diponegoro,Semarang
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Helmi Usman dilahirkan di Tulungagung, 15 Januari 1989. Penulis adalah putra dari bapak Usman Chozi dan Ibu Rahayu T.W. Penulis memulai jenjang pendidikannya di TK Aisiyah Tamanan, Tulungagung pasda tahun 1993-1995. Kemudian ia melanjutkan pendidikannya di SDN Tamanan 2 pada tahun 1995-1998. Kerena mengikuti orang tua Pada tahun 1998-2001 penulis melanjutkan jenjang Sekolah Dasar di SDN Jember Lor 2 hingga lulus. Penulis melanjutkan pendidikannya di SMPN 1 Tulungagung pada tahun 2001-2004 dan SMAN 1 Boyolangu Tulungagung pada tahun 2004-2007. Saat ini penulis sedang menempuh studi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Jurusan Teknik Elektro, dan kemudian mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga. Sejak semester 6 penulis telah terdaftar sebagai asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik.
