PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA HIBRIDA UNTUK LISTRIK PEDESAAN DI INDONESIA

(1)

Sampel

31

PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA HIBRIDA UNTUK LISTRIK PEDESAAN DI INDONESIA

O.A. ROSYID 1 Balai Besar Teknologi Energi Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314

diterima 1 Oktober 2010 revisi 1 November 2010 dipublikasikan 1 Desember 2010

Konsep pembangkit listrik tenaga surya hibrida (PLTH) yang memadukan beberapa sumber energi baru dan terbarukan, merupakan salah satu solusi alternatif dalam mengatasi krisis bahan bakar minyak dan ketiadaan listrik di pedesaan, daerah-daerah terpencil, dan pulau-pulau terluar di Indonesia. Dengan adanya kombinasi dari sumber-sumber energi tersebut diharapkan dapat menyediakan catu daya listrik yang kontinyu dengan efisiensi yang optimal. BPPT bekerja sama dengan KNRT, PT.PLN, dan pemerintah daerah telah berhasil mengembangkan beberapa sistem PLTH yang menggabungkan PLTD dengan sistem surya fotovoltaik dan bayu/angin di beberapa daerah terpencil. Salah satunya adalah PLTH Surya-Bayu-Diesel (PLTH SBD) di wilayah Wini, Nusatenggara Timur yang dibangun dan dioperasikan pada akhir tahun 2008, dengan komposisi: 150 kVA (diesel generator), 50 kWp (fotovoltaik), 10 kW (bayu), dan 4000 Ah (baterai). PLTH ini mampu mensuplai beban listrik bagi sekitar 509 KK penduduk rata-rata 942 kWh/hari yang beroperasi selama 24 jam. Penghematan energi berupa reduksi pemakaian bahan bakar solar (HSD) yang diperoleh adalah 7200 liter/tahun (Rp. 43,800,000 per tahun) dengan peningkatan jam operasi sistem dari 10 jam menjadi 24 jam. Makalah ini menyajikan kisah sukses dari sistem PLTH SBD di atas yang meliputi kinerja teknis maupun ekonomis, terutama terkait dengan penghematan bahan bakar dibandingkan dengan kondisi sebelumnya (diesel saja).

Kata kunci : energi listrik, daerah terpencil, hibrida, surya, bayu, diesel 1. Pendahuluan

Indonesia saat ini masih menghadapi persoalan disparitas atau kesenjangan antara daerah maju dan daerah tertinggal. RPJM Nasional telah menetapkan 199 kabupaten yang dikatagorikan sebagai daerah tertinggal, dimana 62% (123 kabupaten) ada di KTI, 29 % (58 kabupaten) di Sumatera, dan 9 % (18 kabupaten) ada di Jawa dan Bali. Daerah tertinggal umumnya tidak mendapatkan akses tenaga listrik dari PLN yang ditandai dengan masih rendahnya rasio elektrifikasi (kurang dari 66%), yang berarti lebih dari 34% penduduk Indonesia belum menikmati listrik. Kendala utama dalam penyediaan listrik di daerah tertinggal disebabkan karena letak geografi dan topografi Indonesia yang tidak memungkinkan perpanjangan jaringan listrik PLN, dan belum optimalnya pemanfaatan sumberdaya energi setempat (energi baru dan terbarukan).

Disisi lain, daerah tertinggal umumnya memiliki potensi sumber energi baru dan terbarukan yang cukup besar dan bervariasi jenisnya, seperti energi surya, angin, air, biomasa, biogas, dan sebagainya. Namun demikian pemanfaatannya masih sangat rendah. Hal ini disebabkan karena tingginya biaya investasi, sumber energi yang berfluktuasi, kurangnya tenaga ahli, dan sebagainya.

1

(2)

Sampel

Jurnal Material dan Energi Indonesia, Volume 01 Nomor 01 Tahun 2011

Untuk meningkatkan rasio elektrifikasi di daerah terpencil dan pulau-pulau terluar Indonesia PT.PLN telah membangun dan mengoperasikan sekitar 940 unit PLTD (dengan total kapasitas 988 MW) berbahan bakar solar (HSD). Ketergantungan pada BBM itu belakangan memunculkan masalah karena harganya kian mahal, pasokan tersendat, dan emisi karbonnya tinggi. Masalah itu bukan hanya menghambat keberlanjutan pengoperasian PLTD, tetapi juga program nasional elektrifikasi di pulau-pulau kecil selanjutnya.

Solusi yang ditawarkan untuk mengatasi masalah itu adalah penerapan pembangkit listrik tenaga surya hibrida (PLTH), yang menggabungkan sistem PLTD yang ada dengan sistem surya fotovoltaik dan/atau sumber energi terbarukan lainnya (misalnya angin. dll). Dengan sistem ini diharapkan operasi diesel dapat dioptimalkan, sehingga dapat menghemat konsumsi bahan bakar solar (HSD), meningkatkan kehandalan system, dan mengurangi dampak lingkungan yang ditimbulkannya. Dalam pengembangannya, PLTH memang mengandalkan potensi energi lokal yang bersifat terbarukan untuk mengurangi penggunaan solar.

Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) bekerja sama dengan Kementerian Negara Riset dan Teknologi (KNRT), Perusahaan Listrik Negara (PT.PLN), dan pemerintah daerah telah berhasil mengembangkan beberapa sistem PLTH yang dipasang di beberapa daerah terpencil. Salah satunya adalah sistem PLTH Surya-Bayu-Diesel (PLTH SBD) di Wini, Nusatenggara Timur - Indonesia, yang selesai dibangun dan dioperasikan pada akhir tahun 2008, dengan komposisi 150 kVA (diesel), 50 kWp (fotovoltaik), 10 kW (bayu), dan 4000 Ah (baterai). Sebelum diserah-terimakan kepada PT.PLN, evaluasi sistem telah dilakukan tahun 2009, hasilnya menunjukkan bahwa sistem PLTH tersebut dapat beroperasi dengan baik. Sistem ini digunakan untuk mensuplai sekitar 509 KK dengan beban 942 kWh/hari dan beroperasi selama 24 jam. Penghematan bahan bakar solar sebanyak 7200 liter/tahun (Rp. 43,800,000 per tahun), dengan peningkatan jam operasi sistem dari 10 jam menjadi 24 jam.

Makalah ini menyajikan kisah sukses dari sistem PLTH SBD di atas yang meliputi kinerja teknis maupun ekonomis, terutama terkait dengan penghematan bahan bakar dibandingkan dengan kondisi sebelumnya (diesel saja).

2. Sistem PLTH SBD Wini 2.1. Deskripsi Wilayah

Wini merupakan ibu kota kecamatan Insana Utara, Kabupatan Timor Tengah Utara(TTU) , Provinsi Nusa Tenggara Timur (NTT). Secara astronomis, posisi wilayah Wini yang terletak pada 9.1814° LS, 124.4914° BT, dan zona waktu GMT +8.0. Seperti halnya pada tempat lain di Propinsi Nusa Tenggara Timur, wilayah Wini dikenal sebagai daerah kering, dengan musim hujan yang relatif sangat pendek, yakni pada Bulan Desember-Maret (hanya 4 bulan), sisanya adalah musim kemarau yang panjang, yakni bulan April-Nopember. Berdasarkan data BMG setempat, Wini memiliki sekitar 40% peluang hujan, temperatur antara 24 - 32°C, dan kelembaban udara relatif (RH) sekitar 59%.

Namun disisi lain, wilayah Wini memiliki sumberdaya energi terbarukan yang cukup potensial, diantaranya adalah energi surya dan angin. Gambar 1 memperlihatkan potensi energi surya di wilayah Wini, dengan rata-rata insolasi sekitar 5.5 kWh/m2_{/day. Semantara itu, kecepatan angin antara 3- 5 m/s.}

(3)

Sampel

Jurnal Material dan Energi Indonesia, Volume 01 Nomor 01 Tahun 2011 Gambar 1. Data radiasi matahari di Wini NTT

Wilayah Wini dengan jumlah penduduk sekitar 509 KK atau 2.292 jiwa telah mendapatkan aliran listrik dari PT PLN dengan menggunakan suatu PLTD yang berkapasitas 150 kVA, dan beroperasi selama 10 jam per hari dari pk. 18:00 s/d 04:00. Pencabutan subsidi harga BBM, dan rendahnya harga jual listrik PLN mengakibatkan kerugian dalam operasionalisasi PLTD di wilayah tersebut. Disamping itu, Program Pembangunan Kota Wini Sebagai Kota Satelit menuntut pelayanan listrik 24 jam. Berdasarkan data PLN Ranting Wini (2007), produksi listrik dari PLTD tersebut adalah 174,688 kWh/tahun, dengan beban listrik yang terlayani sebesar 169,053 kWh/tahun, dan konsumsi bahan bakar sebanyak 78,708 liter/tahun. Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) PLTD tersebut adalah 0.451 liter/kWh. Bila harga solar Rp. 5000/liter, maka biaya bahan bakar PLTD adalah Rp. 394 Juta/tahun. Sementara pemasukan PLN dari harga jual listrik sekitar Rp. 105 Juta/tahun (harga listrik Rp.600/kWh). Karena itu, penerapan PLTH diharapkan dapat mengatasi permasalahan ini.

2.2. Konfigurasi Sistem

Pembangkit listrik tenaga hibrida (PLTH) atau sistem hibrida (hybrid system) adalah suatu sistem pembangkit listrik yang memadukan beberapa sumber energi baru dan terbarukan. PLTH merupakan solusi untuk mengatasi krisis BBM dan ketiadaan listrik di daerah terpencil dan yang sukar dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti jaringan PLN. PLTH ini memanfaatkan energi terbarukan (renewable energy) sebagai sumber utama (primer) yang dikombinasikan dengan Diesel Generator sebagai sumber energi cadangan (sekunder). Pada PLTH, energi terbarukan yang dikombinasikan dengan genset membuat suatu pembangkit yang lebih efisien, efektif dan handal untuk dapat mensuplai kebutuhan energi listrik baik sebagai penerangan rumah atau kebutuhan peralatan listrik yang lain seperti TV, pompa air, strika listrik serta kebutuhan industri kecil di daerah tersebut. Dengan adanya kombinasi dari sumber-sumber energi tersebut, diharapkan dapat menyediakan catu daya listrik yang kontinyu dengan efisiensi yang paling optimal. Secara garis besar konfigurasinya PLTH Surya-Bayu-Diesel Wini diperlihatkan pada Gambar 2.

Pada PLTH ini, beban dapat disuplai baik dari genset maupun inverter secara parallel. Disamping itu, genset dapat dioptimalkan. Kelebihan daya dari genset dapat digunakan untuk mengisi baterai. Karena itu jenis inverter yang digunakan adalah jenis bi-directional inverter (BDI) digunakan untuk menjembatani antara baterai dan sumber AC. BDI dapat mengisi baterai dari genset (AC-DC converter)

(4)

Sampel

maupun sumber energi terbarukan, juga dapat beraksi sebagai DC terbarukan (pv, wind, etc) dihubungkan pada sisi DC.

2.3. Profil Beban

PLTH SBD ini digunakan untuk mensuplai kebutuhan listrik bagi 509 KK penduduk di wilayah Wini NTT. Gambar 3 memperlihatkan profil beban listrik PLN Ranting Wini setelah implementasi PLTH. Secara garis besar beban listrik ini termasuk jenis flat, dimana beban listrik pada siang hari dan malam hari tidak terlalu besar. Misalnya beban siang sebesar 50 kW dan malam 60 kW.

2.4. Profil Beban

Komponen utama PLTH SBD Wini terdiri baterai, dan inverter, dengan rincian sbb:

(a) Modul Surya Fotovoltaik: Berfungsi untuk mengubah energi surya menjadi listrik arus searah (DC). Terdiri dari 500 buah modul fotovoltaik 100 Wp yang

yang masing-masing memiliki daya keluaran 2.5 kWp dengan tegangan 240 Volt DC.

(b) Turbin Angin: Berfungsi untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik. Kapasitas terpasang 10 kW dengan kecepatan angin cut

m/s.

maupun sumber energi terbarukan, juga dapat beraksi sebagai DC-AC converter.

terbarukan (pv, wind, etc) dihubungkan pada sisi DC. Sedangkan Beban dan Genset pada sisi AC

Gambar 2. Konfigurasi PLTH SBD Wini NTT

PLTH SBD ini digunakan untuk mensuplai kebutuhan listrik bagi 509 KK penduduk di wilayah Wini Gambar 3 memperlihatkan profil beban listrik PLN Ranting Wini setelah implementasi PLTH. listrik ini termasuk jenis flat, dimana beban listrik pada siang hari dan malam Misalnya beban siang sebesar 50 kW dan malam 60 kW.

Gambar 3. Profil beban PLTH Wini NTT.

Komponen utama PLTH SBD Wini terdiri dari sistem surya fotovoltaik, turbin angin, diesel generator, baterai, dan inverter, dengan rincian sbb:

Modul Surya Fotovoltaik: Berfungsi untuk mengubah energi surya menjadi listrik arus searah (DC). Terdiri dari 500 buah modul fotovoltaik 100 Wp yang disusun dalam 25 array modul,

masing memiliki daya keluaran 2.5 kWp dengan tegangan 240 Volt DC.

Turbin Angin: Berfungsi untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik. Kapasitas terpasang 10 kW dengan kecepatan angin cut-in 3 m/s dan normal operasi pada 10 Sumber energi Sedangkan Beban dan Genset pada sisi AC PLTH SBD ini digunakan untuk mensuplai kebutuhan listrik bagi 509 KK penduduk di wilayah Wini

Gambar 3 memperlihatkan profil beban listrik PLN Ranting Wini setelah implementasi PLTH. listrik ini termasuk jenis flat, dimana beban listrik pada siang hari dan malam dari sistem surya fotovoltaik, turbin angin, diesel generator, Modul Surya Fotovoltaik: Berfungsi untuk mengubah energi surya menjadi listrik arus searah disusun dalam 25 array modul, masing memiliki daya keluaran 2.5 kWp dengan tegangan 240 Volt DC. Turbin Angin: Berfungsi untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik.

(5)

Sampel

(c) Diesel Generator: Diesel generator dengan kapasitas 150 kVA digunakan sebagai sumber energi cadangan yang mengkonversi energi kimia dari bahan bakar solar menjadi energi listrik. Beroperasi secara otomatis selama 7 jam per hari dari pk 18:00 s/d 02:00.

(d) Baterai: dipergunakan untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan dari fotovoltaik dan turbin angin. Jenis deep cycle dari Hoppecke tipe 16 OpzS 2000, 2V 2000Ah (C10), sebanyak 240 unit yang disusun dalam 2 blok (masing-masing 120 unit, 240V/2000 Ah). Kapasitas total 4000 Ah/240 Vdc,

(e) Inverter Bi-Directional: BDI dengan kapasitas 120 kW dapat berfungsi baik sebagai inverter maupun charger.

2.5. Prosedur Operasi

Prosedur operasi atau cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH SBD) sangat tergantung dari bentuk beban atau fluktuasi pemakain energi (load profile) selama 24 jam, dengan distribusi beban tidak merata untuk setiap waktunya. Pada umumnya PLTH bekerja sesuai urutan sebagai berikut:

(a) Pada kodisi beban rendah, maka beban disuplai 100% dari baterai dan PV module, selama kondisi baterai masih penuh sehingga diesel tidak perlu beroperasi.

(b) Untuk beban diatas 75% beban inverter (tergantung setting parameter) atau kondisi baterai sudah kosong sampai level yang disyaratkan, diesel mulai beroperasi untuk mensuplai beban dan sebagian mengisi baterai sampai beban diesel mencapai 70-80% kapasitasnya (tergantung setting parameter). Pada kondisi ini Hybrid Controller bekerja sebagai charger (merubah tegangan AC dari generator menjadi tegangan DC) untuk mengisi baterai.

(c) Pada kondisi beban puncak baik diesel maupun inverter akan beroperasi dua-duanya untuk menuju paralel sistem apabila kapasitas terpasang diesel tidak mampu sampai beban puncak. Jika kapasitas genset cukup untuk mensuplai beban puncak, maka inverter tidak akan beroperasi paralel dengan genset.

Semua proses kerja tersebut diatas diatur oleh System Command Unit yang terdapat pada Hybrid

Controller. Proses kontrol ini bukan sekedar mengaktifkan dan menon-aktifkan diesel, tetapi yang utama adalah pengaturan energi agar pemakain BBM diesel menjadi efisien. Parameter Pemakaian BBM dinyatakan dengan Specified Fuel Consumption (SFC),yaitu besar atau volume bahan bakar untuk dapat menghasilkan energi tertentu dari suatu diesel-generator. Nilai SFC tergantung efisiensi mesin dan berapa persen daya yang dipikul oleh mesin terhadap kapasitas maksimumnya, yang nilainya antara 0.25 - 0.5 liter/kWh. Nilai optimum diperoleh saat pembebanan genset adalah 75%-80%. Berdasarkan data operasional PLTH SBD Wini pada Bulan Pebruari 2009, produksi listrik PLTH sebesar 974 kWh/hari, yang berasal dari PLTD (Genset) 780 kWh (80%) dan PV+wind 194 kWh (20%). Sementara itu, energi listrik yang dikonsumsi oleh pelanggan 942 kWh/hari, dengan beban rata-rata sebesar 31 kW dan beban puncak (peak load) sebesar 68 kW terjadi antara pk. 19;00 – 22:00. Faktor beban (load factor) yaitu rasio antara beban rata-rata terhadap beban puncak adalah 0.65. Genset beroperasi selama 7 jam per hari dari pk. 18:00 sampe pk. 02:00, dengan konsumsi solar (HSD) sebanyak 30 liter/jam (210 liter/hari). Gambar 4 memperlihatkan profil daya harian PLTH SBD Wini pada tgl 22 Pebruari 2009.

(6)

Sampel

Jurnal Material dan Energi Indonesia, Volume 01 Nomor 01 Tahun 2011 Gambar 4. Kinerja harian PLTH Wini NTT.

3. Analisis

3.1. Kinerja Sistem

Tabel 1. Perbandingan PLTD (hanya diesel) dan PLTH (surya-bayu-diesel) di Wini Karakteristik Sistem Kondisi Sebelumnya

(PLTD) Kondisi sesudahnya (PLTH) Kapasitas terpasang: - Diesel/Genset (kVA) - PV modul (kWp) - Baterai (Ah/240V) - Wind (kW) 150 - - - 150 50 4000 10 Biaya: - Investasi (Rp) - O & M (Rp/kWh) 390,000,000 ₃₀₀₀ 13,000,000,000 ₁₅₀₀ Life time: - Diesel/Genset (th) - PV modul (th) - Baterai (th) - Wind (th) 5 - - - 5 20 10 10 Produksi energi tahuan:

Kontribusi energi terbarukan (ET): Beban AC yang dilayani (kWh/th) Kontribusi energi terbarukan (ET): Beban AC yang dilayani (kWh/th)

174,688 0 169,053 0 169,053 429,105 0.24 350,764 0.24 350,764

(7)

Sampel

3.2. Penghematan Energi

Berdasarkan data operasional PLTD Wini tahun 2007(sebelum implementasi PLTH), genset beroperasi selama 10 jam per hari dari pk. 18:00 s.d 04:00, dengan konsumsi solar (HSD) sebanyak 7000 liter/bulan (234 liter/hari). Bila dibandingkan dengan data operasi pada Bulan Pebruari 2009 (setelah implementasi PLTH), dimana genset hanya beroperasi selama 7 jam per hari dari pk. 18:00 sampe pk. 02:00, dengan konsumsi solar (HSD) sebanyak 30 liter/jam (210 liter/hari). Nilai SFC genset adalah 0.38 liter/kWh. Penghematan BBM sebanyak 24 liter/hari (11%) atau 7200 liter/tahun. Bila harga solar HSD Rp 6000/liter, maka penghematan biaya yang diperoleh PLN ranting Wini adalah Rp.43,800,000/tahun. Disamping itu, dengan pemanfaatan PLTH ini terjadi peningkatan pelayanan pelanggan dari 10 jam menjadi 24 jam. Tabel 1 memperlihatkan perbandingan teknis dan ekonomis antara PLTD dan PLTH Wini.

4. Kesimpulan dan Saran 4.1. Kesimpulan

Sistem PLTH SBD Wini berfungsi dengan baik, dengan kontrobusi energi terbarukan (surya fotovoltaik dan angin) sebesar 20%, dan memberikan reduksi konsumsi bahan bakar diesel sebesar 11%, serta peningkatan jam operasi pelayanan listrik di PT.PLN Ranting Wini dari 10 jam menjadi 24 jam.

Secara teknis, migrasi PLTD manjadi PLTH yang memanfaatkan sumberdaya energi lokal (khususnya surya) merupakan solusi tepat bagi penyediaan listrik di daerah terpencil atau pulau terluar, karena kondisi penyinaran matahari merata diseluruh wilayah indonesia

Kendala utama dalam pemanfaatan PLTH adalah biaya investasi yang tinggi, sumber energi yang berfluktuasi, masih rendahnya kandungan lokal, dan kurangnya regulasi yang mendukung pemanfatan EBT.

4.2. Saran

Dengan mempertimbangkan ketersediaan sumber daya yang ada adalah bijaksana bila dalam rangka mempertahankan keberlanjutan penyediaan listrik di daerah terpencil dan pulau terluar Indonesia, mengimplementasikan sistim PLTH yang menggunakan sumber energi setempat dan terbarukan. Perlunya regulasi yang mendorong berkembangnya pembangunan energi terbarukan serta industri penunjangnya, seperti; kebijakan perlunya energy mix, keringanan dibidang perpajakan, dan kemudahan dalam proses perijinan

Genset:

- Jumlah operasi (jam/thn) - Konsumsi bahan bakar

(L/th)

- Konsumsi bahan bakar spesifik (L/kWh) 3,650 78,708 0.451 2,736 108,238 0.33 Efisiensi rata-rata kelistrikan (%): 22.6 30.8

(8)

Sampel

Perlu peningkatan sosialisasi pemanfaatan PLTH bagi penyediaan listrik masyarakat baik di tingkat operator maupun masyarakat.

Ucapan terima kasih

Penulis mengucapkan terima kasih kepada KNRT dan BPPT yang telah memberikan kepercayaan kepada saya sebagai anggota tim teknis dalam pembangunan dan operasionalisasi sistem PLTH Surya-Bayu-Diesel di Wini, Kabupaten TTU, NTT.

Daftar Pustaka

1. P. Breeze, et.al., “Renewable Energie Focus Handbook,” USA: Academic Press, 2009, pp. 319-433.

2. Rosyid, “Development of Hybrid Power Systems for Rural Electrification in Indonesia”, International DAAD-Alumni Summer School, Oldenburg, 2010.

3. Rosyid, “Laporan Monitoring dan Evaluasi Sistem PLTH Wini-NTT”, Serpong, 2009. 4. PLN, “Studi Kelayakan Pembangkit Energi Terbarukan”, Jakarta, 2005..

5. Keputusan Menteri Negara Pembangunan Daerah Tertinggal Nomor: 001/KEP/M-PDT/II/2005; “Strategi Nasional Pembangunan Daerah Tertinggal (Stranas PDT), Jakarta, 2005.