Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di Gedung City of Tomorrow

(1)

Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan

Di Gedung City of Tomorrow

Sidang Tugas Akhir (Genap 2011-2012) Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS

Nama : Dendy Yumnun Wafi NRP : 2209 105 094

(2)

(3)

LATAR BELAKANG

• Banyaknya konsumsi energi listrik perlu

dilakukan efisiensi terhadap penggunaannya.

• Hampir 60% konsumsi energy listrik pada

gedung City of Tomorrow dipakai untuk

system pendinginan terpusat (AC sentral).

(4)

TUJUAN

• Melakukan manajemen energy.

• Memanfaatkan energy listrik secara optimal

dan efisien.

• Meminimalkan biaya operasional tanpa

(5)

PERMASALAHAN

• Bagaimana cara mengoptimalkan pemakaian

energy yang terjadi pada system pengkondisian

udara.

• Bagaimana mengatasi pemborosan pemakaian

energy listrik pada sistem penerangan gedung.

• Bagaimana cara melakukan penghematan energy

pada sistem escalator dan travelator.

(6)

BATASAN MASALAH

• Audit dilakukan pada penggunaan energy listrik pada masing-masing kelompok beban, yaitu sistem pengkondisian udara terpusat, sistem penerangan dan sistem eskalator dan travelator.

• Pada system pengkondisian udara dilakukan dengan cara perbandingan kurva pemakaian energy dengan hasil simulasi software untuk penambahan variable speed drive.

• Manajemen energy dilakukan dalam upaya memperbaiki system sehingga • Manajemen energy dilakukan dalam upaya memperbaiki system sehingga meminimalkan biaya operasional tanpa mempengaruhi aktifitas kegiatan di gedung.

(7)

LANGKAH – LANGKAH PENELITIAN

START PENGUMPULAN DATA DAN OBSERVASI PERENCANAAN MANAJEMEN ENERGI A PERHITUNGAN BEBAN ANALISA END KESIMPULAN

(8)

MANAJEMEN ENERGI

• Manajemen energi merupakan kegiatan yang terstruktur untuk

mengoptimalkan penggunaan energi. Manajemen energi

diterapkan dengan tanpa mengurangi kualitas dan kuantitas

produksi. Ada beberapa faktor mengapa diperlukan

manajemen energi, diantaranya karena kenaikan harga energi, pasokan energi yang tidak menentu atau kurang handal, atau

keperluan investasi peralatan energi yang ditiadakan. keperluan investasi peralatan energi yang ditiadakan.

• Sumber-sumber energy pada gedung komersial adalah energy listrik dan bahan bakar yang lain. Penggunaan energy di

gedung komersial ini untuk memenuhi kebutuhan

kenyamanan, kelancaran aktifitas penghuni, dan untuk

(9)

SISTEM PENCAHAYAAN

• Pada pencahayaan ada batas/standar yang harus dipenuhi dalam penerangan untuk setiap aktifitas dalam bangunan agar tidak mengganggu produktifitas dan kenyamanan. Penerangan yang digunakan untuk bekerja berbeda dengan penerangan untuk koridor, begitu pula untuk kegiatan yang lain.

(10)

Tabel 2.1 Tingkat Pencahayaan Minimal

(11)

• Faktor yang diperlukan dalam perhitungan, yaitu:

1. Koefisien Utilisasi ( CU = Coeffisien of Utilisation ) adalah koefisien yang menunjukkan prosentase cahaya yang dapat digunakan dari total cahaya yang dihasilkan.

Harga koefisien ini antara 0 < CU < 1.

2. Faktor Pemeliharaan ( MF = Maintenance Factor ) adalah suatu faktor yang dipengaruhi oleh antara lain kebersihan armatur dan umur lampu. Harga faktor ini adalah 0 < MF < 1.

SISTEM PENCAHAYAAN

Harga faktor ini adalah 0 < MF < 1.

3. Untuk ruangan yang bersih dan untuk pemakaian biasa, ditetapkan harga CU = 0,6 dan MF = 0,8 atau CU x MF = 0,5.

(12)

• Tingkat pencahayaan dari suatu sistem pencahayaan dapat diperoleh dengan persamaan :

SISTEM PENCAHAYAAN

dimana : F = Jumlah cahaya yang diperlukan (lumen) A = luas ruang/bidang kerja (m2)

CU = Koefisien penggunaan MF = Faktor pemeliharaan N = Jumlah lampu

(13)

SISTEM PENYEGARAN UDARA

• Pada sistem yang dibahas menggunakan sistem chiller.

• Pada dasarnya prinsip kerja pendingin air atau air-cooled chiller sama seperti sistem pendingin yang lain seperti AC

dimana terdiri dari beberapa komponen utama yaitu

(14)

• Berikut adalah contoh chiller yang terpasang sebagai sistem pengkondisian udara pada mall City of Tomorrow.

(15)

• Siklus pendinginan pada chiller

Sumber :Schneider Electric HVAC

SISTEM PENYEGARAN UDARA

Evaporator : bahwa panas ditransfer dari udara di dalam, cairan pendingin mendidih dan berubah menjadi uap yang bertekanan rendah selanjutnya dipanaskan dalam evaporator sebelum menuju ke kompresor.

Kompresor : suhu uap akan ditingkatkan dengan mengompresi ke tekanan yang lebih tinggi dan dihasilkan suhu uap yang bertekanan tinggi.

Kondenser : alat penukar panas yang mentransfer panas dari uap panas zat pendingin ke udara, air atau cairan lainnya. Ketika panas dihilangkan dari uap zat pendingin maka akan

(16)

• Sistim Pendinginan Cooling Tower

Cairan panas dari kondensor akan dialirkan kebawah melalui spray nozzles, kemudian panas dari cairan tersebut akan dibuang ke udara oleh fan. Selajutnya cairan yang sudah dibuang panasnya akan disirkulasikan kembali untuk mendinginkan kondensor pada chiller.

SISTEM PENYEGARAN UDARA

(17)

• Dari penjelasan-penjelasan diatas dapat dilihat mengenai blok keseluruhan sistem pendinginan udara pada mall City of Tomorrow.

(18)

• Faktor daya sering disebut sebagai cos phi (cosine phi) dimana phi adalah sudut antara daya nyata (S) dengan daya aktif (P). P sendiri sama dengan (S*cos phi). Sedangkan Q (daya reaktif) sama dengan (S*sin phi) atau dapat juga diartikan sebagai perbandingan antara daya riil (P:MW)

terhadap daya kompleks (S:MVA) pada suatu lokasi tertentu

FAKTOR DAYA

(19)

• Kapasitor adalah komponen listrik yang justru menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana kapasitor tersambung. Pada jaringan yang bersifat induktif dengan segitiga daya seperti ditunjukkan pada Gambar berikut, apabila kapasitor dipasang maka daya reaktif yang harus disediakan oleh sumber akan berkurang sebesar (Q koreksi

),yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor.

PERBAIKAN FAKTOR DAYA

(20)

• Karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen KVA dan Kvar berubah sesuai dengan faktor daya), maka dapat ditulis sebagai berikut,

Daya reaktif = Daya aktif x tan Q = (P x tan ) Kvar

• Sebagai contoh rating kompensator daya reaktif (kapasitor) yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya beban adalah sebagai

PERBAIKAN FAKTOR DAYA

dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya beban adalah sebagai berikut:

Daya reaktif pada p.f awal Q1 = P1 x tan

Daya reaktif pada p.f yang diperbaiki Q2 = P2 x tan ;

(21)

Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk

PERBAIKAN FAKTOR DAYA

2 θ 1 θ P1 = P2 P (Watt) Q (VAR) Q2 Q1 S2 (VA) S1 (VA) Q ∆

Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk

memperbaiki faktor daya adalah, Daya reaktif (∆Q ) = Q1 – Q2

Atau,

(22)

SISTEM KELISTRIKAN

Sumber tenaga listrik utama

Gedung City of Tomorrow mempunyai kontrak

listrik PLN sebesar 8.660kVA dengan tegangan

distribusi 20kV

.

Sumber Tenaga Listrik Cadangan

Sumber tenaga listrik cadangan pada gedung menggunakan pembangkit tenaga listrik bertenaga diesel. Mall City of Tomorrow memiliki genset utama yang terdiri dari :

– Dua buah genset 2000kVA yang melayani supplai mall

– Dua buah genset 700kVA yang menyuplai anchor tenant yaitu hypermart dan matahari

(23)

Berikut sistem kelistrikan yang terpasang :

(24)

KELOMPOK BEBAN

• Pengelompokan beban yang terpasang pada mall

terdiri dari 7 bagian, yaitu sebagai berikut :

(25)

• Dari tabel tersebut dapat diketahui total kebutuhan listrik untuk melayani aktifitas mall sebesar 5,002.13kVA. Sehingga prosentase penggunaan energinya seperti gambar berikut :

(26)

KURVA PEMAKAIAN LISTRIK JANUARI 2012

(27)

(28)

SISTEM PENERANGAN

(29)

• Jenis lampu yang digunakan saat ini, yaitu PHILIP jenis PLL-4P 36 W/840, 2900 lm

Luasan wilayah tiap petak lampu = 17.28 m2

Jumlah cahaya sesuai standart penerangan yaitu :

SISTEM PENERANGAN

= 3456 lumen

sehingga jumlah lampu diperlukan :

(30)

• Jenis lampu yang dianjurkan, yaitu jenis LED OSRAM SubstiTUBE ST8-HA2-120-840 12W/840, 1200lm

sehingga jumlah lampu yang dibutuhkan :

Pada pelaksanaannya akan tetap menggunakan 4 buah lampu

SISTEM PENERANGAN

= 2.88 (3 pasang lampu)

Pada pelaksanaannya akan tetap menggunakan 4 buah lampu

agar tidak mengganggu kenyamanan pengunjung. Perancanaan jenis lampu

(31)

• Perbandingan energi selama 1 bulan pada seluruh

lantai :

(32)

(33)

• Sistem eskalator yang terpasang

SISTEM ESKALATOR

Kondisi ini eskalator jalan terus meskipun tanpa dibebani, maka kebutuhan energy listrik bisa diturunkan dengan

(34)

• Untuk menentukan jumlah energy yang diperlukan pada setiap eskalator otomatis dapat diketahui melalui perhitungan sebagai berikut :

Daya motor eskalator = 7.5 kW

Arus tanpa beban = 30.3 A

Tegangan operasi = 380 V

Waktu operasi = 12 jam / hari

Asumsi traffic (15 kali pengunjung lewat) = 15 kali / jam

Waktu dalam 1 kali traffic = 50 detik

(Pengunjung naik sampai lantai berikutnya)

(35)

Analisa nyala per jam = ( 15kali x 50detik ) + 33 %(15kali x 50detik ) = 750 + 247

= 997 detik

= 16.6 menit / jam

Untuk waktu tidak nyala per jam = 60 menit – 16.6 menit = 43.4 menit

Jam tidak nyala / hari = 43.4 x 12 Jam tidak nyala / hari = 43.4 x 12

= 502.8 menit = 8.4 jam / hari

Penghematan energy yang didapat satu unit escalator perhari yaitu : kWH = (30.3 x 380 x 0.6 x 8.4) / 1000

(36)

Jadi penghematan energy yang didapat untuk total semua unit escalator selama satu bulan yaitu :

kWH = 1740.9 x 27 unit

(37)

• Sistem travelator yang terpasang

(38)

• Untuk menentukan jumlah energy yang diperlukan pada setiap travelator otomatis dapat diketahui melalui perhitungan sebagai berikut :

Daya motor travelator = 15 kW

Arus tanpa beban = 55.8 A

Tegangan operasi = 380 V

Waktu operasi = 12 jam / hari

Asumsi traffic (10 kali pengunjung lewat) = 15 kali / jam

Waktu dalam 1 kali traffic = 50 detik

(Pengunjung naik sampai lantai berikutnya)

(39)

Analisa nyala per jam = ( 10kali x 50detik ) + 33 %(10kali x 50detik ) = 500 + 165

= 665 detik = 11 menit / jam

Untuk waktu tidak nyala per jam = 60 menit – 11 menit = 49 menit

Jam tidak nyala / hari = 49 x 12 Jam tidak nyala / hari = 49 x 12

= 588 menit = 9.8 jam / hari

Penghematan energy yang didapat satu unit travelator perhari yaitu : kWH = (55.8 x 380 x 0.6 x 9.8) / 1000

(40)

• Jadi penghematan energy yang didapat untuk total semua unit travelator selama satu bulan yaitu :

kWH = 3740.4 x 8 unit

(41)

• Perbandingan pola pemakaian energi

(42)

• Pemakaian rata-rata energi listrik harian pada chiller selama jam operasional kWH =

= 505.16kWH / hari

• Kebutuhan energi dengan merubah jadwal penyalaan yaitu :

KWH =

= 418.58kWH / hari = 418.58kWH / hari

Dengan merubah jadwal operasional penyalaan, maka pemakaian energi chiller bisa diturunkan menjadi 12,557.40 kWH / bulan.

(43)

• Sistem penyegaran udara pada kondisi awal menggunakan sistem pengaturan konvensional pada setiap unit AHU yaitu dengan cara mengatur bukaan valve damper sehingga jumlah aliran udara dingin sesuai yang diinginkan.

(44)

• Pada sistem pengaturan konvensional hanya megatur jumlah aliran udara dingin yang dihembuskan tetapi fan motor tetap bekerja maksimal, sehingga masih dibutuhkan daya yang besar selama jam operasional setiap unit AHU. Dalam pembahasan ini dilakukan peghematan energi dengan cara penambahan komponen variable speed drive pada setiap unit AHU. Untuk

mengetahui konsumsi daya tiap unit AHU dengan mengetahui konsumsi daya tiap unit AHU dengan

penambahan variabel speed drive, dilakukan simulasi dengan software ECO2 yang telah terbukti digunakan oleh pihak Schneider Electric.

(45)

(46)

(47)

(48)

• Sehingga kebutuhan energi listrik AHU pada

semua lantai bisa diturunkan sebesar 70%

(49)

(50)

• Kondisi kelistrikan sebelum dilakukan tindakan manajemen energi menunjukkan tingkat power quality yang masih rendah sekitar 0.83.

• Hasil simulasi etap kondisi awal yaitu :

(51)

• Perhitungan filter kapasitor

Bus PDTR-1.M cos φ = 82 % S = 1474 + j997

Untuk pemasangan kapasitor digunakan cos φ90 % Q1 = 1474 tan ( arc cos 0,82 )

= 1028.8 kvar = 1028.8 kvar

Q2 = 1474 tan ( arc cos 0.9 ) = 713.89 kvar

Maka Qc yang digunakan untuk memperbaiki adalah sebesar Qc = Q1 – Q2

= 1028.8 – 713.89 = 315 kvar

(52)

(53)

• Hasil simulasi dari etap setelah pemasangan

kapasitor

(54)

Kesimpulan

1. Konsumsi energi listrik pada sistem penerangan dapat diturunkan hingga sebesar 37,290.24kWH/bulan. Dengan dilakukannya penggantian bola lampu jenis PLL-4P menjadi jenis LED, dimana bola lampu yang terpasang pada kondisi awal dengan konsumsi daya 36 Watt dan tingkat efikasi 80.5 Lumen/Watt lebih kecil dari pada bola lampu jenis LED dengan konsumsi daya 12 Watt dan tingkat efikasi sebesar 100 Lumen/Watt.

2. Pada sistem eskalator dan travelator tidak seharusnya beroperasi secara terus-menerus, dikarenakan jumlah pengunjung yang naik jumlahnya bervariasi sehingga pada saat tidak terbebani akan beroperasi terus dan membutuhkan konsumsi energi listrik yang besar. Dari penambahan sensor didapatkan peghematan energi listrik pada sistem eskalator sebesar 47,004.3kWH/bulan sedangkan pada sistem travelator sebesar 30,163.2kWH/bulan.

47,004.3kWH/bulan sedangkan pada sistem travelator sebesar 30,163.2kWH/bulan.

3. Pada sistem chiller dapat diturunkan kebutuhan energi listriknya hingga mencapai 2597.4kWH/bulan. Hal ini dilakukan dengan cara merubah jam operasional pada sistem

chiller dikarenakan aktifitas pengunjungnya.

4. Pada sistem AHU dilakukan penambahan alat variable speed drive sehingga didapatkan penghematan energy listrik sebesar 70 % dari pemakaian normal dengan pemakaian energy listrik 91,003.08kWH/bulan.

5. Faktor daya pada sistem kelistrikan gedung City of Tomorrow rata-rata masih jauh dari standar yang ditetapkan PLN (lebih besar dari 85%). Pemasangan filter kapasitor yang dilakukan pada simulasi menghasilkan faktor daya rata-rata pada bus utama sebesar 90%.

(55)

Rekomendasi

• Penggantian bola lampu pada sistem penerangan koridor yang awalnya jenis PLL-4P menjadi LED.

• Pemasangan sensor pada sistem eskalator dan travelator. • Merubah jam operasional penyalaan pada sistem chiller.

• Pemasangan variable speed drive pada semua unit AHU yang • Pemasangan variable speed drive pada semua unit AHU yang

terpasang.

• Pemasangan kompensasi kapasitif pada bus utama sehingga dapat menghindari denda yang harus dibayarkan ke PLN.

(56)

Referensi

1. Ir. Sunarno,M.Eng., Ph.D., “Dasar Teori Sistem Penyegaran Udara Gedung”, Mekanikal Elektrikal Lanjutan, Juli 2005.

2. Ir. Sunarno,M.Eng., Ph.D., “Rekomedasi Pencahayaan Dalam Gedung”, Mekanikal Elektrikal Lanjutan, Februari 2006.

3. SPLN 1:1995 – Ketentuan Variasi Tegangan Pelayanan.

4. CARA PERHITUNGAN DAYA ESKALATOR DAN 4. CARA PERHITUNGAN DAYA ESKALATOR DAN

TRAVELATOR _ PT. Bercha Schindler.

5. Diktat Sistem Penyegaran Udara (HVAC Building) Schneider Electric HVAC.

6. R. H. Miller, J.H Malinowski, “Power System Operation”, New York : McGraw-Hill Inc, 1994.2.1 Faktor Daya

(57)

SEKIAN

dan

(58)

JAWABAN PERTANYAAN

(59)

Tugas Manajer Energi :

• Memantau penggunaan energi

• Membuat catatan rinci penggunaan energi

• Membuat target, standar atau benchmark

• Mereview kinerja penggunaan energi

• Berinisiatif pada teknologi hemat energi

• Mencari peluang penghematan

• Mempersiapkan perhitungan ekonomi

• Menginformasikan ke seluruh bagian

(60)

(61)

(62)

Usulan dari hasil audit yaitu :

• Pada sistem koridor dilakukan penggantian bola

lampu

• Pada sistem eskalator dan travelator dilakukan

dengan penambahan alat sensor

• Pada sistem AHU dilakukan dengan penambahan

komponen VSD

• Pada sistem Chiller dilakukan dengan merubah

jadwal operasional penyalaan

(63)

Standar efisiensi penggunaan energi

Standar ACE (

Asean Centre of Energy

) menyatakan

bahwa

gedung

hemat

energi

bila

penggunaan

listriknya maksimal 200kWH per meter persegi per

tahun.

(64)

• Energi pakai saat kondisi awal

Chiller

(65)

(66)

(67)

Berdasarkan standar ACE

Sebelum dilakukan manajemen energi

(68)

(69)

(70)

(71)

(72)

TARIF

Berdasarkan tagihan listrik PLN bulanan : Tarif LWBP = Rp.800.00

Tarif WBP = Rp.1,200.00

Keterangan :

LWBP = Luar Waktu Beban Puncak (pk.22.00 - pk.18.00) WBP = Waktu Beban Puncak (pk.18.00 - pk.22.00)