21
Pengembangan PLTMH Menjadi Hybrid
Renewble Energy System Berkelanjutan
Yusan Naim
¹, Henny Pramoedyo
², Nurdin Harahab
³, Syarifuddin Nodjeng
⁴1,4,Staf Pengajar, Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muslim Indonesia, Jln. Urip Sumoharjo 90231 INDONESIA 2, University Brawijaya, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Malang
3, University Brawijaya, Fakultas Perikanan dan Kelautan,Malang
e-mail: yusannaim@yahoo.com
ABSTRACT
This research presents the concept of developing PLTMH with limited water discharge to become sustainable of Hybrid Renewbale Energy Systen (HRES). Hybrid of PLTMH - Solar Photovoltaic (PV) energy sources and limiting the energy use of each household carried out simultaneously in both the rainy and dry seasons are the solutions so that not only electricity supply can be sustainable but also low cost. The operation of the Hybrid Renewable energy system is not as simple as using PLTMH resources so a Hybrid Optimization Model of Electric Renewable (HOMER) application program is needed. This application program is used to calculate the Total Initial Capital, Cost of Energy (COE) and Excess Energy from HRES. This simulation uses an application program that refers to the lowest Net Present Cost (NPC) value with a life time of 25 years. The simulation result shows that the lowest NPC value is Rp. 863,974,768, the Total Initial Capital needed to develop PLTMH Resources to become HRES in Ambapa village is Rp. 392,470,986, -. The contribution of energy produced from PLTMH energy sources is 103,780 kWh/yr (84.20%) and PV energy sources is 18,810 kWh/yr (15.8%). The 100% total contribution is 122,590 kWh/yr with COE of Rp1,107/kWh. The cost of electricity is Rp. 48,238/month with the energy consumption limits per household of 1,450 wh/day.
Keyword : Energy supply, Hybrid Energy Renewable System, Cost of Energy, Net Present Cost, Sustainable ABSTRAK
Penelitian ini menampilkan konsep pengembangan PLTMH dengan debit air terbatas menjadi HRES berkelanjutan. Pembauran sumber energi Microhydro-Solar Photovoltaic (PV) dan pembatasan pemakaian energi setiap rumah tangga dilakukan secara simultan baik pada musim hujan maupun kemarau adalah suatu solusi agar pasokan energi listrik dapat berkelanjutan dan berbiaya rendah. Pengoperasian bauran sumber energi tersebut tidaklah sama sederhananya apabila menggunakan sumber daya Microhydro sehingga dibututuhkan sebuah program aplikasi Hybrid Optimization Model of Electric Renewable (HOMER). Program aplikasi ini digunakan untuk menghitung Total Initial Capital, Cost Of Energy (COE) dan Excess Energy dari HRES. Simulasi ini menggunakan Program aplikasi yang mengacu pada nilai Net Present Cost (NPC) terendah dengan life time 25 tahun. Hasil simulasi menunjukkan bahwa nilai NPC terendah adalah Rp 863.974.768, Total Initial Capital yang diperlukan dalam mengembangkan Sumber Daya Microhydro menjadi HRES di desa Ambapa sebesar Rp. 392.470.986,-. Kontribusi energi yang diproduksi dari sumber energi Microhydro sebesar 103.780 kWh/thn (84,20% ) dan sumber energi PV sebesar 18,81 kWh/thn (15,8%). Kontribusi total 100% sebesar 122.590 kWh/thn dengan COE sebesar Rp1.107/kWh. Besar iuran listrik Rp. 48.238/bulan dengan batas pemakaian energi setiap rumah tangga sebesar 1.450 wh/hari.
Kata Kunci : Pasokan energi, Hybrid Energy Renewable System, Biaya energi, Net Present Cost, Berkelanjutan I. PENDAHULUAN
Jumlah penduduk tahun 2014 di Desa Ambapa sebanyak 435 orang dengan 115 rumah tangga. Desa Ambapa termasuk salah satu desa terpencil di Kecamatan Tinondo, Kabupaten Kolaka Timur, Provinsi Sulawesi Tengga, dengan luas wilayah 15,38 km2, dan di kelilingi gunung serta kondisi jalan yang masih kurang baik, sehingga jaringan Listrik PLN belum masuk ke wilayah Desa Ambapa. Sebahagian besar masyarakat Desa Ambapa adalah Petani merica dan nilam, sisanya adalah Pengawai Negeri dan Pedagang (BPS Kolaka Timur, 2014). Kebutuhan energi listrik masyarakat pengguna di Desa Ambapa menggunakan genset yang berukuran kecil, sedangkan masyarakat yang kurang mampu masih meggunakan lampu minyak tanah.
Kondisi ini sangat memprihatinkan dan memberatkan masyarakat, karena harga bensin dan minyak tanah sangatlah mahal dan persediaan terbatas. Oleh sebab itu, atas inisiatif Koperasi Unit Desa dan usulan Pemerintahan Desa Ambapa pada tahun 2015 dibangunlah PLTMH dengan kpasitas terpasang 100 kW, dengan harapan pembangkit tersebut dapat memasok energi listrik sesuai kebutuhan masyarakat setiap hari, sehingga masyarakat Desa Ambapa sudah dapat menikmati energi listrik setiap saat, baik pada siang maupun malam hari. Namun sejak awal tahun 2016, PLTMH hanya beroperasi pada siang hari dan tidak dapat lagi memasok energi pada malam hari saat musim kemarau. Pada musim kemarau PLTMH tidak dioperasikan lagi pada malam hari, bahkan PLTMH terancam tidak beroperasi. Oleh karena itu, diperlukan
22 upaya pengembangan PLTMH dengan melakukan
pembauran sumber energi Microhydro dan PV yang mempunyai variasi radiasi matahari sebesar 4,5 sampai dengan 5,4 kwh/m2 perhari (Nafis, 2015). Pada penelitiaan ini digunakan progran aplikasi HOMER, karena program aplikasi ini banyak digunakan para peneliti dan sudah terbukti dalam menghitung Hybrid
Energy Renewable Sources (Teixera et.al, 2015),
seperti dalam menghitung investasi dan harga energi (Kurnifi, 2010), menghitung ukuran masing-masing sumber energi (Cheng, et.al, 2013) dan menghitung kontribusi daya output masing-masing sumber daya dan biaya investasi (Dumitru,et.al, 2011).
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Microhydrpo Resources Development
Pada penelitian ini, pengertian pengembangan PLTMH menjadi HRES yaitu perubahan PLTMH menjadi Hybrid Renewable Energy Sources (HRES) dengan menambahkan 1 buah atau membaurkan 2 buah atau lebih sumber energi lain (Mahmud et. Al,
20 15). Seperti pembauran energi PV/Micro-Hydro (Thakur, 2012), PV/Wind (Nian Y, et.al, 2014), dan
PV/Micro-HydroDiesel/Wind (Deepak Kumar,et,al,
2011), dan pembauran energi terbarukan lainnya. Namun demikian pemilihan penerapan HRES disesuaikan dengan pemanfaatan dan potensi daerah setempat (Rajadurai, et.al, 2017). Sebagai contoh, Desa Ambapa hanya memiliki 2 buah potensi alam yaitu potensi PLTMH dan PV, sehingga HRES yang dipilih adalah HRES. Sumber energi tersebut secara keseluruhan dan kondisi-kondisi tertentu dapat beroperasi lebih ekonomis dan efisien (Kanata, 2015). Adapun optimasi ekonomik HRES dapat dilihat pada gambar 1. Sumber energi Microhydro yang telah/akan mengalami kemacetan diubah dengan menambahkan beberapa komponen utama PV, seperti tampilan konfigurasi HRES. Berdasarkan konfigurasi peruba-han gambar 1, maka dibuat schematic HRES yang sesuai model input pada
Gbr. 1 Tahap Optimasi HRES
Program aplikasi HOMER. Program aplikasi tersebut adalah salah satu tool popular untuk desain HRES yang menggunakan energi terbarukan. HOMER mensimulasikan dan mengoptimalkan sistem pembangkit listrik baik stand-alone maupun
grid-connected yang terdiri dari kombinasi energi terbarukan
dalam melayani beban dasar dan puncak (Hung, 2013). HOMER juga dapat memutuskan untuk setiap jam, apakah generator diesel/bensin beroperasi dan apakah baterai diisi atau dikosongkan (Fulsele,J.B. et.al, 2012). Selanjutnya HOMER menentukan kombinasi terbaik HRES dan kemudian menetapkan biaya komponen dan operasi sistem selama masa operasi (life time), seperti biaya awal, biaya penggantian komponen-komponen, biaya O&M, biaya bahan bakar, dan lain-lain (Abdul Mating Mahmud, et.al, 2013 NPC adalah Nilai total saat ini termasuk biaya awal semua komponen sistem, biaya
Gbr. 2 Konfigurasi Pengembangan PLTMH Menjadi HRES
Saat melakukan simulasi, HOMER menentukan semua konfigurasi sistem dari data model input, kemudian ditampilkan hasil optimasi berurutan menurut
Net Present Cost (NPC) disebut juga Life Cycle Of Costs (LCOC).
23 Penggantian komponen selama life time dan biaya
pemeliharaan (Negi et.al. 2014). Jika analisis konstrain diperlukan, HOMER akan mengulangi proses simulasi untuk setiap variabel sensitivitas yang ditetapkan.
Error relatif tahunan sekitar 3% dan error relative
bulanan sekitar 10% (Sheriff et. al, 2003). Gambar 4 menunjukkan arsitektur HOMER, yang diambil dari Fung et al. (2002) dengan sedikit penyederhanaan dan modifikasi.
Bagian Output yang dibutuhkan pada penelitian ini, terdiri dari :
1) Energy Production, merupakan Energi yang dihasilkan HRES
2) COE, merupakan biaya yang timbul atas hasil
produksi energi
3) Excess Energy, merupakan kelebihan energi antara
energi yang dapat dihasilkan dengan energi yang terpakai.
4) Total Initial Capital, merupakan Total modal awal
yang dipersiapkan untuk pengembangan PLTMH menjadi HRES
III.METODOLOGI PENELITIAN Data yang diperlukan dan diolah dalam penelitian ini adalah :
1. Data debit air sungai yang dikumpulkan dari penyusunan studi perencanaan Infrastruktur Energi Terbarukan di Kab. Kolaka Timur. (ESDM, 2014). Tampilan debit rata-rata bulanan sungai Ambapa pada gambar 4. Dari gambar 4 diperoleh daya rata-rata sumber daya Microhydro :
Daya saat musim kemarau (bulan 10-5) = 8,01 kW
Daya saat musim hujan (bulan 11-4) = 14,46 kW
Gbr. 4 Debit air Rata-rata bulanan Sungai Ambapa
2. Data radiasi sinar matahari diperoleh dari Badan Meteorology, Klimatologi dan Geofisika Kab. Kolaka, dengan Koordinat 3.13o dan 4,35o LS-121.05o dan 121.99o BT.
Tampilan radiasi sinar matahari gambar 5.
Gbr. 5 Radiasi rata-rata matahari desa Ambapa 3. Beban harian
Beradasarkan hasil survey diperoleh Data beban harian dengan daya terpasang setiap rumah adalah 900 W dan 2 Ampere. Beban Rata-rata harian terpakai dari 115 rumah setiap jam ditampilkan pada gambar 6.
Gbr. 6 Beban harian kelistrikan desa Ambapa Dari gambar 7 akan diperoleh energi dan beban sebagai berikut :
Energi rata-rata harian 24 jam = 122,59 kWh/hari
Beban Puncak (jam 18.00-22.00) = 11,6 kW
Beban rata-rata 24 jam = 6,89
kW
4. Spesifikasi teknik komponen utama HRES
Spesifikasi teknik dari komponen-komponen utama HRES ditampilkan pada tabel 1 dan tabel 2.
TABEL 1
24 TABEL 2
Spesifikasi Komponen Converter dan Bettery
5. Biaya komponen-komponen utama HRES
Biaya Capaital, Replacement, Operational &
Mintenance (O&M) masing-masing
komponen-komponen utama ditampilkan pada tabel 3. TABEL 3
Biaya Komponen utama MPHES
Selanjutnya, dilakukan simulasi untuk mendapatkan model optimasi HRES Desa Ambapa dengan menggunakan prgram HOMER Pro 3.10.3.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Adapun
schematic MPHES pada program aplikasi
HOMER ditampilkan pada gambar 7.
HOMER yang terdiri dari beberapa komponen utama dari bauran Microhydro dengan PV, yang terdiri 3 komponen utama, yaitu :
1. Komponen utama Microhydro (Riadi, 2016) terdiri spesifikasi teknik dan ekonomi dari generator dan turbin
2. Komponen utama PV terdiri dari spesifikasi teknik dan ekonomi PV Modul, Battery bank termasuk
Charge Control dan Converter/bidirectional (El.
Tamaly, et.al, 2010 )
3. Komponen Load terdiri dari beban harian, bulanan dan tahunan (Chen, et. al, 2013)
Simulasi model optimasi HRES menghasilkan beberapa pilihan kombinasi hasil optimasi dari
schematic komponen PV, Battery, Micro-Hydro dan Converter yang menampilkan masing-masing NPC, COE, Initial Capital dan Operating Cost dari MPHES
seperti pada gambar 8. Pemilihan kombinasi berdasarkan NPC terendah adalah pada kombinasi terbaik (diberi tanda √) dengan nilai NPC = Rp. 863.974.768,- dan kontribusi daya photovoltaic 11,5 kW, jumlah battery 48 set, kontribusi daya PLTMH 19 kW, Daya Converter 6. nilai COE = Rp. 1.107.-
Demikian pula pada gambar 9 menampilkan biaya
InitialCapital, Replacement, O&M dari setiap komponen MPHES dengan biaya PV = Rp. 45.815.294, Micro-Hydro = Rp. 560.260.397. Converter Rp. 125.919.441, dan Battery = Rp.131.980.636.
Nilai investasi Micro-Hydro tahun 2019 (sudah ada sejak tahun 2014) dengan sisa life time 25 tahun adalah sebesar Rp.250.000.000. Jadi nilai total Initial Investasi sebesar Rp.392.470.986 – Rp.250.000.00 = Rp.142.470.986 dan nilai total investasi HRES sebesar Rp. 863.974.768. Pada tabel 4. ditampilkan masing-masing sumber energi memasok energi guna memenuhi kebutuhan energi listrik secara simultan dan terus menerus. Pembagian pasokan energi yang optimal dihitung berdasarkan total NPC terendah. Produksi sumber energi Microhydro sebesar 103.780 kWh/thn (84,20%) dan Photovoltaic sebesar
Gbr. 8 Hasil Simulasi HRES
25 Gbr. 9 Biaya komponen utama HRES
TABEL 4
Kontribusi energy Micro-Hydro dan PV
Gambar 10 ditampilkan rata-rata kontribusi produksi Microhydro dan PV. Kontribusi rata-rata produksi daya Microhydro menyesuaikan perubahan dari debit air sungai bulanan dan rata-rata kontribusi produksi daya PV tetap setiap bulan berdasarkan optimasi HOMER.
Pada bulan juni sampai agustus, total kontribusi HRES sebesar 6,96 kW dan beban puncak sebesar 11,6 kW, sehingga akan terjadi pemadaman pada malam hari selama 3 bulan berturut-turut. Oleh sebab itu, dilakukanlah upaya pembatasan energi setiap rumah tangga sebesar 6,96 kW/115 rumah x 24 jam = 1.450 Wh perhari, dengan ketentuan bahwa setiap rumah tangga membayar iuran listrik perbulan sebesar = 1.450 Wh/hari x 30hari x Rp.1.107/kw = Rp.48.238. Jadi MPHES ini layak dan dapat diterapkan Di Desa Ambapa tanpa adanya pemadaman listrik akibat kekurangan debit air. Diperoleh iuran listrik (Rp.1.107/kWh)
Gbr. 10 Grafik kontribusi Micro-Hydro dan PV
Yang masih lebih murah dari harga tarif listrik PLN sebesar Rp. 1.352 perkWh (PERMEN No.26, 2016, meskipun Iuran listrik perbulan setiap rumah tangga mengalami peningkatan sebesar 60% dari Rp. 30.000 perbulan menjadi Rp. 48.238 perbulan . Total Kelebihan energi akibat adanya optimasi MPHES dan pembatasan energi setiap rumah tangga (Rp. 1.737 kWh/tahun) dapat menjadi cadangan energi dari HRES.
V. KESIMPULAN
Berdasarkan analisis hasil pengembangan PLTMH menjadi HRES di Desa Ambapa, maka dapat
disimpulkan sebagai berikut :
1. Pengembangan PLTMH menjadi HRES layak diterapkan Di Desa Ambapa karena HRES dapat menyediakan energi secara berkelanjutan dan iuran listrik (Rp. 1.107 perkWh) lebih kecil dari tarif listrik PLN.
2. Penambahan komponen PV dengan kontribusi pasokan energi sebanyak 18,810 kW/thn (15,80%) akan mengakibatkan penambahan iuran setiap rumah tangga perbulan menjadi Rp. 48.238,-. dengan pasokan energi yang berkelnajutan.
3. Upaya pembatasan pemakaian energi setiap rumah tangga maksimum 1.450 Wh/hari akan mengurangi beban puncak sampai 6,96 kW dan meningkatkan kelebihan energi listrik sampai Rp. 1.737 kWh/tahun
REFERENSI
[1] Abdul Mating Mahmud, Deb Anik, Nassir Arefin, 2013, Optimum Planning of Hybrid Energy Sistem using HOMER for Rural Electrification, Inter-national Journal Computer Of Aplication, Vol. 66 No. 13.
[2] APAMSI, 2014, Buku Panduan Pengoperasian dan Pera-watan Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Asosisasi Pabrikan Modul Surya Indonesia. Jakarta
[3] Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika, 2014, Radiasi Sinar Matahari Desa Ambapa, Kecamatan Tinondo, tahun 2014. Kab. Kolaka
[4] BPS Kolaka Timur 2014, Kolaka Timur dalam Angka 2014, Kolaka Regency in Figures.
[5] Chen Hung-Chen, Chen Po-Hun, Chang Long-Yi, Bay Wei-Xin, 2013.Stand-Alone Hybrid Generation Sistem Based On Renewable Energy, Inter-national journal Of Inviron-mental Science And Development, Vol.4. No. 5.
[6] Deepak Kumar Lal, Bibhuti Bhusan Dash, A. K. Akella. 2011. Optimization of PV / Wind / micro-hydro / diesel hybrid power sistem in HOMER for the study area.International Journal on Electrical Engineering and Informatics, vol. 3, no. 3, pp. 307-325.
[7] Dumitru Cristian Dragos, Adrian-Vasile Duka. 2011. Analysis Of A Hybrid Renewable Energy Sistem On The Mures Valley Using HOMER, Scientific Bulletin Of The Petru maior University Of Tangu Mirey, Vol 8 (XXV) No. 2, , ISSN,pp. 1841-9267.
[8] El-Tamaly, H.H., El-Tamaly, A.M dan El- Baset Mohammed, A.A., 2003, Design And Control Strategy Of Utility Interfaced Pv/Wtg Hybrid Sistem. The Ninth International Middle-East Power Sistems Conference, MEPCON’2003 Minoufiya University, Shebin El-Kom, Egypt, December 16-18.
[9] ESDM Prov. Sultra, 2014. Penyusunan Studi Perencanaan Infrastruktur Energi Terbarukan (FS dan DED) PLTMH di Kabupaten Kolaka Timur tahun 2014. Dinas Energi Sumber Daya dan Mineral
26 [10] Fulzele J.B., Dutt Subroto. 2012. Optimium Planning of
Hybrid Renewable Energy Sistem Using HOMER, International Journal Computer Of Electrical and Computer Engineering Vol. 2 No. 1, February, pp 68-74
[11] Hung-Chen Chen, Po-Hun Chen, Long-Yi Chang, Wei-Xin Bay. 2013. Stand-Alone Hybrid Generation Sistem Based on Renewable Energy, International Journal Of Invironmental Science And Development, Vol.4. No. 5. [12] Kanata Subhan. 2015. Kajian Ekonomis Pembangkit
Hybrid Renewable Energi Menuju Desa Mandiri Energi Di Kabupaten Bone-Bolango, Jurnal Rekayasa Elektrikal, Vol 11, No. 3, pp 114-122
[13] Kumar Abhishek, Sah Bikash, Deng Yan, He Xiangneng, Bansal R.C., Kumar Praveen, 2015. Autunomous Hybrid Renewable Energy Sistem Optimization For Minimum Cost, College Of Electrical Engineering,Cina..
[14] Kurnifi, 2010. Program HOMER Untuk Study Kelayakan Pembangkit Listrik Hybrid Propinsi Riau. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN SUSKA Riau. [15] Mahmud Abdul Mating, Anik Deb, Arefin Nassir, 2013.
Optimum Planning of Hybrid Energy Sistem using HOMER for Rural Electrification, Inter-national Journal Computer Of Aplication (0975-8887).Vol. 66 No. 13.. [16] Nafis Subhan, Aman Mohammad, Hadiyono Adjar, 2015,
Analisis Keekonomian Penerapan Listrik Tenaga Surya pada Sistem Ketenagalistrikan Nias, Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan, Vol. 14 No.2 Desember 2015, pp 83-94. [17] Nian Y., Liu S., Wu D., Liu J., 2015, A Method For Optimal
Sizing Of Stand-Alone Hybrid PV/ WIND/ BATTERY Sistem, Research Gate.China.
[18] Negi Swati, Mathew Lini, 2014. Hybrid Renewable Energy System: A Review. International Journal of Electrical Engineering, ISSN 0974-2174, Vol. 7, Number 5, pp.535-542.
[19] Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia (PERMEN) No. 28 Tahun 2016. Tentang Tarif Tenaga Listrik yang Dise-diakan Oleh PT. Perusahaan Listrik Negara (PLN), ESDM RI
[20] Rajadurai.M.J, Shaamaadhuran. M., Amaladoss.J. Vimal, Sankar.S Gowri, Kirubakaran.V, 2017. Integration of Solar PV-Micro Hydro Power System for Household Aplication. IEEE International Conference On Advance In Electrical Technology For Green Energy 2007.
[21] Riadi Muchsin, 2016. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hydro. Kajian Pustaka.com, 17 Oktober.2016
[22] Subhan Nafis, 2015. Analisis Keekonomian Penerapan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Pada Sistem Ketenagalistrikan Nias. PUSLITBANGTEK Ketenaga-listrikan dan Energi Terabrukan Jakarta, Vol. 14 No.2 Desember 2015: 83-94
[23] Susilo, Hermawan dan Winardi, 2014. Pemodelan Sistem Pembang-kit Hibrida Diesel dan Energi Terbarukan di Pulau Enggano Bengkulu Utara Menggunakan Perangkat Lunak HOMER, Universitas Diponegoro Semarang. [24] Teixeira Luis E., Caux Johan, Beluco Alexandre, Bertoldo
Ivo, Louzada Jose Antonio S, Eifler Ricardo C, 2015. Feasibility Study of a Hydro PV Hybrid System Operating at a Dam for Water Supply in Soutern Brazil. Journal of Power and Energy Engineering. Vol.3, September 2015, 70-83
[25] Thakur Madhav Shing, Gupta Bhupendra, Kumar Veerendra, Pandey Mukesh, 2012. Design and optimization of hybrid renewable energy sistem (2mwh/d) for sustainable and economical power supply at ject Jabalpur, IJCRR, Vol,4.
