RANCANGAN INFRASTRUKTUR MICRO GRID DI KANTOR PUSAT
KEMENTERIAN PUPR
Didi Wahyu Widiarosi1) dan Riyanarto Sarno2)
1)
Program Studi Magister Manajemen Teknologi – Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Cokroaminoto 12A, Surabaya, 60264,
e-mail: [email protected] 2)
Jurusan Teknik Informatika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Raya ITS, Keputih, Sukolilo, Surabaya, 60111, Indonesia
email: [email protected]
ABSTRAK
Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat (PUPR) telah melakukan langkah-langkah efisiensi energi, salah satunya adalah dengan melakukan pengembangan kawasan kantor pusat secara berkelanjutan (sustainable). Secara global tren penghematan dan efisiensi energi bukan hanya ada pada sisi “pengguna” namun juga melibatkan “operator” atau perusahaan penyedia daya dengan memanfaatkan teknologi informasi dan komunikasi dalam pengoperasiannya dengan teknologi yang disebut “Smart Grid”.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui daya maksimum yang dapat dihasilkan dari penerapan sumber energi terbarukan sebagai bagian dari konsep Desain micro grid kawasan kantor pusat Kementerian PUPR, sehingga dapat diketahui penghematan biaya dari penerapan micro grid berdasarkan nilai manfaat yang diperoleh. Dari penelitian ini diharapkan tersusun sebuah rancangan Infrastruktur micro grid di Kantor Pusat Kementerian PUPR yang sejalan dengan rencana strategis pengembangan kawasan kantor pusat Kementerian PUPR.
Penerapan micro grid akan menghasilkan daya sebesar sebesar 632.258,12 kWh per tahun nya. Secara finansial penghematan anggaran yang diperoleh untuk pembelian langganan daya adalahsenilai Rp 877.884.588,- pertahun, dengan nilai BCR = 1,24 dan nilai NPV = Rp 5.279.330.103,-untuk system on grid dengan umur manfaat Micro Grid selama 25 tahun. Kata Kunci: Smart grid, Infrastruktur jaringan, Green building, Smart building.
PENDAHULUAN
Bangunan gedung mewakili sebagian besar dari konsumsi energi dunia, yang disebabkan oleh efisiensi penggunaan energi yang rendah akibat dari kondisi bangunan yang ada. Berdasarkan kriteria yang ditetapkan oleh Kementerian ESDM mengenai pelaporan Penghematan Energi dan Air, bangunan gedung di kawasan kantor pusat Kementerian PUPR pada tahun 2015 ini, berdasarkan laporan penghematan energi dan air yang wajib disampaikan oleh setiap Kementerian/Lembaga/Departemen/Instasi (K/L/D/I) dengan rata-rata berada pada kriteria “Boros” (Tabel 1). Kriteria yang ditetapkan oleh Kementerian ESDM dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Kriteria Bangunan Gedung berdasarkan Intensitas Konsumsi Energi (IKE)
Kriteria Intensitas Energi (kWh/m2/bulan)
Sangat Efisien < 8,5
Efisien 8,5 sampai dengan < 14
Cukup Efisien 14 sampai dengan < 18,5
Boros ≥ 18,5
Sumber: ESDM, 2012
Sementara itu anggaran belanja langganan daya kantor pusat Kementerian PUPR hampir mencapai 17 miliar pada TA 2015 dan diperkirakan akan terus bertambah setiap tahunnya.
Sekarang ini tengah berkembang sebuah solusi yang dapat membantu mengatasi krisis energi, yang terbagi dalam tiga area, yaitu; Efisiensi Energi, Produktivitas dan Keandalan. Solusi ini bernama Smart Grid (Tabel 2), dimana Smart Grid adalah sebuah jaringan listrik yang secara cerdas dapat terintegrasi dengan semua pengguna yang terhubung dalam jaringan tersebut mulai dari pembangkit, konsumen dan yang terdapat diantaranya - dalam rangka untuk menciptakan efisiensi pasokan listrik secara berkelanjutan, ekonomis dan pasokan daya listrik yang aman (IEC,2010).
Berdasarkan Renstra Kementerian PUPR dan Instruksi Menteri tentang Gugus Tugas Penghematan Energi didapatkan tujuan implementasi Smart Grid (Kurniawan. D, 2016)], yaitu:
• Efisiensi energi
• Menurunkan emisi gas rumah kaca yang memungkinkan partisipasi Energi Baru Terbarukan
• Integrasi ICT dan Regulasi terhadap pengelolaan energi listrik dan air
Dalam tulisan ini akan dikaji mengenai penerapan teknologi pada bangunan gedung yang terdapat dalam kawasan dengan tingkat perbedaan kebutuhan akan infrastruktur yang diperlukan pada masing-masing bangunan gedung. Efisiensi yang akan diperoleh baik dalam bentuk tangible maupun intagible serta biaya investasi yang dibutuhkan dalam penerapan rancangan tersebut sehingga dapat menjadi acuan bagi penerapan teknologi tersebut pada kawasan perkantoran pemerintah. Berdasarkan referensi atas penelitian terdahulu (Oktaufik, M.A.M. dkk. (2013)), peneliti mencoba menggabungkan penerapan Micro grid dengan memanfaatkan energi terbarukan pada bangunan gedung perkantoran pemerintah di kawasan kantor pusat Kementerian PUPR dengan mengacu pada kebijakan dan Rencana Pengembangan dari objek penelitian. Rancangan yang dihasilkan diharapkan selaras dengan kebijakan dan rencana sehingga diketahui nilai manfaat dari penerapan Micro grid.
Tabel 2. Perbandingan Smart Grid dengan Jaringan Listrik Konvensional
Parameter Jaringan Konvensional Smart Grid
Komunikasi Satu arah, tidak real time Dua arah, real time Interaksi konsumen Terbatas Tidak terbatas Pengukuran Elektromekanik Digital Operasi dan pemeliharaan Manual, pemeliharaan pada
waktu tertentu
Pemantauan secara jarak jauh (remote),
predicted maintenance
Pembangkitan Terpusat Terpusat dan tersebar Kontrol aliran energi Terbatas Menyeluruh
Kehandalan/reliability Rawan pemadaman Perlindungan yang proaktif secara real time
Perbaikan Manual Self-healing
Topologi Radial Jaringan
METODE
Agar memperoleh hasil yang diharapkan, penelitian ini dibagi menjadi 6 (enam) tahap sebagai berikut (Gambar 1):
1. Melakukan pemetaan infrastruktur gedung
Untuk mengetahui kondisi infrastruktur saat ini dari masing-masing gedung perlu dilakukan inventarisasi/survei lapangan. Berdasarkan hasil tersebut infrastruktur dapat dipetakan untuk kemudian dikelompokan sebagai langkah awal penetapan rencana kerja. 2. Analisa data konsumsi energi
Karakteristikpemakaian energi dari pengguna ruangan dapat diketahui melalui profil beban harian setiap gedung dan juga intensitas konsumsi energi setiap gedung. Data penggunaan Energi listrik diperoleh langsung dari PLN sebagai data sekunder.
3. Melakukan perhitungan disain energi terbarukan
Konsep lain dari smart grid adalah adanya integrasi pembangkit terdistribusi berupa energi terbarukan dengan jaringan listrik utama untuk meningkatakan reliabilitas dari jaringan. Pembangkit terdistribusi itu dapat dimiliki oleh penyedia layanan ataupun konsumen. Kawasan kantor pusat Kementerian PUPR memiliki potensi sumber energi terbarukan yang dapat diterapkan pada kawasan, sehingga perlu dilakukan perhitungan dan analisis potensi tersebut.
Pemetaan Infrastruktur Inventarisasi Infrastruktur Gedung Perhitungan Photovoltaic Besar pembangki tan Energi Perhitungan Micro Hidro Disain Infrastruktur Jaringan Smart Grid Besar pembangki tan Energi Tidak memiliki potensi
Analisa Energi Terbarukan
Penetapan Rencana Kerja Rencana Pengembangan Kawasan Rencana Pengembangan Infrastruktur TIK Analisis Nilai
Manfaat Kesimpulan dan Saran
Mulai Data Konsumsi Listrik Gedung Studi Literatur
Gambar 1. Metode Penelitian 4. Membuat rencana arsitektur infrastruktur jaringan
Smart grid memungkinkan komunikasi dua arah antara penyedia jasa dan pelanggan, hal tersebut tentunya harus didukung dengan infrastruktur yang baik dan terstandar. Disain
infrastruktur sangat dipengaruhi oleh kebijakan Kementerian, rencana pengembangan kawasan, dan rencana pengembangan infrastruktur TIK.
5. Menetukan prioritas rencana kerja
Mengacu kepada Driver Smart Grid pada Maturity Model(Kurniawan. D, 2016) dan hasil pemetaan fungsi bisnis terhadap manajemen pengelolaan energi (Agustondo, T, 2016) serta hasil dari 4 (empat) tahapan sebelumnya diperoleh rencana kerja pengembangan infrastruktur smart grid skala kecil (micro grid) untuk kawasan kantor pusat Kementerian PUPR. Prioritas dari rencana kerja tersebut dilaksanakan dalam beberapa tahap melalui pembobotan atas beberapa kriteria pertimbangan.
6. Analisis nilai manfaat proyek
Penerapan dari teknologi micro grid pada kawasan diharapkan membawa manfaat tangible secara langsung dalam hal finasial. Penggunaan analisis nilai manfaat (Benefit Cost) selama umur proyek merupakan hal paling tepat untuk proyek pemerintah yang secara khusus tidak ditujukan untuk mendapatkan keuntungan. Secara intangible proyek ini diharapkan mampu memberi manfaat tidak langsung bagi lingkungan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sesuai dengan metode yang telah ditetapkan hasil analisis diharapkan menjadi disain yang dapat diterapkan pada kawasan kantor pusat Kementerian PUPR.
1. Pemetaan Infrastruktur Gedung
Saat ini tiap gedung di kantor pusat Kementerian PUPR memiliki infrastruktur yang berbeda. Hal ini disebabkan beberapa gedung merupakan bangunan yang telah lama dibangun, dan belum mempunyai konsep pemanfaatan TI untuk optimasi seperti terlihat pada Tabel 3. Diharapkan seluruh gedung memiliki keseragaman infrastruktur sebagai syarat dilakukannya integrasi, sehingga hal mendasar yang harus dilakukan adalah dengan memanfaatkan TI sebagai sistem untuk melakukan optimasi infrastruktur gedung dalam rangka efisiensi energi.
Tabel 3. Pemetaan Infrastruktur Gedung
No Gap
T1 Belum tersedianya infrastruktur Remote Aset Monitoring T2 Belum ada nya Advanced Metering Reader pada setiap lantai T3 Belum tersedia nya infrastruktur remote disconnect
T4 Belum tersedianya infrastruktur Phasor Measurement Unit (PMU) T5 Terbatas nya fasilitas sensor yang ditemukan dalam gedung
T6 Switch
T7 Communication Line
T8 Terbatas nya fasilitas Geographical Information System T9 Terbatas nya peralatan intelligent electronic devices T10 Belum adanya infrastruktur Smart Meter
T11 Belum adanya fasilitas Smart Switching Fields T12 Terbatasnya Data Communication Network yang ada T13 Terbatas nya fasilitas infrastruktur Fault Detection T14 Physical and Cyber Security
T15 Peak Management Demand
Dari Tabel 3 gedung di kantor pusat dapat diklasifikasikan menjadi 2 (dua), yaitu: gedung yang memiliki BAS dan belum memiliki BAS.
2. Intensitas Konsumsi Energi (IKE) dan Profil Beban Gedung
Tabel 4menggambarkan Efisiensi penggunaan energi persatuan luas, terlihat hanya Gedung Heritage yang berada pada kategori “Efisien” sementara Gedung Blok B1 berada pada kategori “Cukup Efisien” dan Gedung Utama, Gedung SDA serta Gedung Pusdatin berada pada Kategori “Boros” menurut kriteria yang ditetapkan oleh Kementerian ESDM. Hal ini disebabkan pada tahun berjalan terjadi perubahan Struktur Organisasi Kementerian sehingga terjadi perpindahan pegawai dari unit kerja dan ruang kerja.
Tabel 4. Intensitas Konsumsi Energi Gedung Kantor Kementerian PUPR
Nama Gedung
Intensitas Konsumsi Energi (IKE) Tahun 2015
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Gd. Utama 16.26 17.20 16.52 21.87 22.61 21.97 22.01 22.01 20.59 23.43 22.51 23.56 Gd. Heritage 9.52 8.77 8.81 8.95 9.02 8.74 8.19 8.19 6.97 8.31 8.60 8.95 Gd. Pusdatin 29.33 27.04 24.32 27.18 27.38 27.82 29.13 29.13 27.30 31.70 30.73 30.60 Gd. Blok B1 16.37 14.74 11.42 15.62 15.49 15.12 14.80 14.80 12.97 16.01 15.86 16.86 Gd. SDA 27.55 25.88 23.19 27.87 25.98 24.28 23.43 23.43 20.86 26.55 26.03 26.18
Gambar 2. Profil Beban Harian Gedung Kementerian PUPR
Secara umum profil beban harian kantor pusat Kementerian PUPR terlihat pada Gambar 2 dimana profil beban dibedakan dalam 2 (dua) kondisi, yaitu: hari kerja (Senin-Jumat) dan akhir pekan (Sabtu-Minggu). Dari grafik tersebut dapat terlihat lonjakan penggunaan energi naik mulai pukul 6.00 s.d 10.00. Sesuai dengan jam kerja Kementerian PUPR (8.00 s.d 16.30) seharusnya terjadi penurunan penggunaan daya mulai pukul 16.30 (Senin-Kamis) dan 17.00 (Jumat) tetapi tidak demikian, hal ini dikarenakan masih banyaknya pegawai yang melakukan pekerjaan tambahan, juga pengelola gedung yang baru akan bekerja kembali untuk melakukan kebersihan gedung baik ruang kerja dan lainnya. Jika penerapan kebijakan manajemen energi diterapkan dengan baik akan terdapat efiensi energi sebesar 16
% dimana penggunaan energi sejak pukul 18.00 s.d 22.00 diturunkan mendekati kondisi idle bangunan dari pukul 23.00 s.d 06.00.
3. Energi Baru Terbarukan A. Photovoltaic
Potensi pemanfaatan energi surya yang dapat diperoleh adalah sebesar 441.900 kW atau sebesar 632.258,12 kWh per tahun nya, dengan asumsi perhitungan seperti pada Gambar 3. Berdasarkan data dari U.S.
Energy Information Administration (U.S. Department
of Energy and U.S. Environmental Protection Agency), bahwa Listrik menghasilkan emisi sebesar 608.27 gram (gr) Karbon dioksida (CO2) per kWh dalam
produksinya, sehingga CO2 yang
dapati dikurangi sebesar 395,547.07 kg per tahun nya (Gambar 3).
B. Micro Hidro
Konsep pengembangan kawasan yang berkelanjutan telah mendorong Kementerian PUPR untuk dapat memanfaatkan potensi Air Baku yang diperoleh dari air hujan yang jatuh pada kawasan. Melihat adanya rencana pengembangan ke arah pemanfaatan tersebut maka peneliti coba menganalisa mengenai potensi pembangkitan energi listrik tenaga air dalam skala kecil yang biasa disebut dengan micro hidro. Dengan memanfaatkan energi potensial dari energi jatuh air yang mengalir ke penampungan bawah tanah yang telah dan akan dibangun pada kawasan tersebut seperti terlihat pada Gambar 4.
Tabel 5 memperlihatkan bahwa potensi energi yang ada dari sistem pengumpul air hujan adalah sebesar 0.21 kWh atau setara dengan 5.04 kWh per hari atau 1839.6 kWh per tahun. Energi yang dihasilkan dirasa tidak memungkinkan untuk dilakukan investasi, selain
pertimbangan akan sedikitnya periode hujan di wilayah Jakarta.
Gambar 4. Rainwater Collecting Kementerian PUPR
Tabel 5. Potensi Daya Rainwater Collecting Daerah tangkapan Vol. Rata-rata (m3)/hari Vol. Rata-rata (m3)/detik Ketinggian (m) Daya (kW) A 56.94 0.000659 20 0.12 B 40.05 0.000464 0.089 Jumlah 96.99 0.001123 0.21
4. Disain Infrastruktur Micro grid
Gambar 5 merupakan integrasi penerapan sumber energi terbarukan dengan rencana jaringan listrik. Solar Panel dijadikan generator listrik yang dapat langsung di konsumsi oleh beberapa gedung yang penggunaan energi listriknya tidak terlalu besar, ataupun dapat di ekspor ke penyedia layanan daya (PLN). Infrastruktur yang diperlukan dalam penerapan micro grid ini adalah Solar Panel Array, Grid Inverter 3 Phase, dan Advance Metering Infrastructure (AMI).
Gambar 5. On Grid Photovoltaic System dan Sistem Manajemen Gedung
Untuk mewujudkan efisiensi dan efektifitas yang tinggi dalam penggunaan energi listrik di lingkungan kantor pusat Kementerian PUPR, serta menerapkan integrasi manajemen energi, maka kesenjangan infrastruktur pada masing-masing gedung harus diperkecil atau dihilangkan. Konsep arsitektur infrastruktur yang diusulkan secara umum adalah seperti terlihat pada Gambar 5. Konsep Sistem Manajemen Energi tersebut telah disesuaikan dengan kebutuhan dalam bisnis proses pengelolaan energi di kantor pusat Kementerian PUPR. Integrasi BAS serta Security Access kantor pusat di pusat kan pada satu dalam Gedung sebagai Master Control Gambar 6.
5. Prioritas Rencana Kerja
Gambar 7. Rencana Kerja Penerapan Micro Grid
Berdasarkan hasil analisis gap infrastruktur diketahui bahwa terdapat 3 (tiga) gedung yang belum menggunakan otomasi sistem (BAS) dalam pengelolaannya terutama pada sisi kemampuan operasionalitasnya, yaitu : Gedung Heritage, Gedung Pusdatin, dan Gedung Blok B1. Penerapan BAS merupakan strategi untuk mencapai tujuan penerapan Smart Grid dalam Efisiensi Energi, dan Itegrasi ICT dan Regulasi terhadap pengelolaan energi listrik dan air. Mengacu kepada Grand Design Pengembangan Kawasan Kantor Pusat Kementerian PUPR serta Roadmap Pengembangan Infrastruktur Teknologi Informasi dan Komunikasi maka rencana kerja dari Penerapan micro grid ini secara urut dan prioritas sebagaimana terlihat pada Gambar 7.
6. Nilai Manfaat (Benefit Cost)
Investasi dari penerapan micro grid ini dibagi menjadi 5 (lima) tahun pembiayaan sesuai dengan Gambar 7, sehingga biaya investasi terkena konsep dari nilai uang terhadap waktu, dimana skenario pembiayaan menjadi seperti terlihat pada Tabel 6 sehingga total biaya investasi adalah sebesar Rp 21.718.515.882,-.
Tabel 6. Future Value Biaya Investasi
Komponen Pekerjaan PV (Rp) Tahun FV (Rp) Instalasi BAS Gd. Heritage 3.351.110.725 0 3.351.110.725 Instalasi BAS Gd. Blok B1 3.953.651.081 1 4.032.724.103 3.953.651.081 2 4.113.378.585 Integrasi BEMS 2.000.000.000 3 2.122.416.000 Investasi micro grid 7.482.119.221 4 8.098.886.470 Nilai Uang 20.740.532.108 21.718.515.882
Tabel 7. Penghematan per tahun
Komponen Nilai/tahun (Rp)
Ekspor Listrik 877.884.588
Biaya Operasional pemeliharaan (35.000.000)
Total 842.884.588
Menggunakan asumsi nilai uang yang sama untuk biaya penghematan yang diperoleh maka Payback Period dari Investasi ini akan jatuh pada tahun ke-20, dengan besar NPV= Rp 13.844.809, dan umur pakai alat yang mampu mencapai 25, maka keuntungan finasial yang diperoleh pada tahun tersebut sebesar NPV = Rp 5.279.330.103 (Tabel 7).
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Building Automation System (BAS) merupakan infrastruktur yang dapat memenuhi kesenjagan infrastruktur dalam penerapan micro grid di Kantor Pusat Kementerian PUPR 2. Profil beban pada masing-masing gedung di Kementerian PUPR umumnya bersifat ideal,
dimana grafik beban tinggi pada jam operasional kantor. Namun IKE pada beberapa gedung belum “Efisien” menurut kriteria yang telah ditetapkan oleh Kementerian ESDM
akibat masih tingginya penggunaan energi diluar jam operasional kantor, terutama mulai pukul 18.00 s.d 22.00.
3. Potensi Energi Terbarukan cukup besar dihasilkan pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan kapasitas produksi mencapai 650.284,88 kWh per tahun nya dan setara dengan pengurangan emisi CO2 sebesar 395.547,07 kg per tahun nya. Kapasitas pembangkitan mini hidro yang dihasilkan dari pengumpulan air hujan hanya sebesar 1839,6 kWh per-tahun-nya.
4. Disain micro grid yang diusulkan adalah dengan menggunakan sistem fotovoltaik karena energi yang dihasilkan cukup besar.
5. Dengan umur alat yang mencapai 25 tahun, maka keuntungan finasial akan diperoleh dengan NPV = Rp 5,279,330,103 dimana pengembalian investasi micro grid akan jatuh pada tahun ke-20, dengan besar NPV= Rp 13,844,809
Saran untuk penelitian selanjutnya adalah:
1. Kajian mengenai kebutuhan infrastruktur otomasi sistem perlu dilakukan secara mendalam sebagai langkah awal pelaksanaan pekerjaan.
2. Perlu adanya analisa terhadap faktor-faktor yang mempengaruhi profil beban pemakaian listrik pada masing-masing gedung sebagai dasar penetapan kebijakan efisiensi energi, sehingga langkah otomasi sistem dapat berjalan dengan efektif.
3. Penerapan pembangkit dengan menggunakan energi terbarukan diharapkan tidak mengganggu nilai estetika dari Grand Design Pengembangan Kawasan yang ada, sehingga perlu persetujuan dari Pimpinan Kementerian.
4. Untuk penelitian selanjutnya bisa melakukan kajian ulang biaya investasi secara lebih detil sehingga diperoleh Rencana Anggaran Biaya yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
Agustondo,T.S. L. A & Sarno, R. (2016) “Kajian Kebutuhan Sistem Informasi Smart Grid di Kantor Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahaan Rakyat”. Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXV.
Balani, Spandana (2011),“Smart Grid Technologies for Efficiency Improvement of Integrated Industrial Electric System”, University of New Orleans.
Department of Energy (DoE) US, 2012.
IEC - International Electrotechnical Commission, 2010.
Kurniawan, D.D. & Sarno, R (2016) “Analisa Tingkat Kematangan Smart Grid di Kantor Pusat Kementerian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat Menggunakan Smart Grid Maturity Model dan Cobit 5”, Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XXV.
Oktaufik, M.A.M. dkk. (2013), “Studi Disain Micro grid Apartemen Taman Rasuna – Kuningan, Jakarta”, BPPT, Tangerang Selatan.
