Energy Management System (EMS) with Energy Storage System (ESS)
Sistem Manajemen Energi (MSE) dengan Sistem Penyimpanan Energi (MSE)
Faisal Kasanofa (2022910009) Budiman Sapari (2022910018)
Daftar Isi
●
Latar Belakang
●
Sistem Penyimpanan Energi
●
Manajemen Sistem Energi
●
Penggunaan EMS dengan ESS
Latar Belakang (1)
• Perubahan pola konsumsi energi global karena pertumbuhan populasi dan ekonomi.
Kebutuhan energi yang semakin meningkat sementara persediaan energi yang terbarukan masih terbatas sehingga manajemen energi yang efektif dan efisien menjadi semakin penting. Salah satu solusinya adalah dengan menggunakan teknologi penyimpanan energi yang dapat membantu mengurangi konsumsi energi dan meningkatkan penggunaan sumber energi terbarukan.
• Perkembangan teknologi energi terbarukan
Teknologi energi terbarukan seperti panel surya dan turbin angin telah berkembang pesat. Namun, fluktuasi daya yang dihasilkan tergantung pada kondisi cuaca dan waktu. Sehingga dibutuhkan sistem penyimpanan energi yang efisien untuk menyimpan energi yang dihasilkan pada saat kondisi optimal dan memasoknya kembali ke sistem pada saat dibutuhkan.
• Potensi penghematan biaya dan efisiensi energi
Penggunaan EMS dengan ESS dapat membantu mengoptimalkan penggunaan energi dalam sebuah sistem
• Kebutuhan akan sistem manajemen energi yang terintegrasi
EMS dengan ESS harus terintegrasi dengan sistem lain secara sinergi untuk mengoptimalkan penggunaan energi secara keseluruhan.
Latar Belakang (2)
• Tantangan yang dihadapi dalam implementasi ET sebagai faktor Pendorong Untuk Penyimpanan Energi
o Tantangan Teknis
- Identifikasi lokasi spesifik berdasarkan ketersediaan sumber daya, aksesibilitas jaringan transmisi, dll.
- Ketidakpastian sumber daya karena intermiten dan variabilitas.
- Karena sifat sumber daya yang tidak dapat diprediksi,
pembangkit sulit untuk mengontrol dan memantau, untuk minigrid, microgrid, dan sistem terdistribusi lainnya.
o Tantangan Non Teknis
Isu dalam akuisisi lahan, lingkungan seperti daur ulang modul PV , sosial dari dislokasi habitat karena pemotongan hutan dan flora dan fauna lainnya, Kelangkaan tenaga kerja terampil di segmen ini.
o Tantangan Komersial
membutuhkan investasi awal yang tinggi, Umumnya mencapai titik impas pada investasi setelah tahun ke-8, oleh karena itu
minat terbatas untuk beberapa investor, isu bankabilitas peralatan ET seperti modul PV,Inverter- Beberapa ketentuan utama dari PPA berbeda diwilayah yang berbeda (mis. Take/Pay).
Kurva pembangkitan tenaga angin dan surya yang tidak sepenuhnya
memenuhi kebutuhan daya jaringan (Edrisian A et al., 2013).
Manfaat Penggunaan EMS dengan ESS
•Mengurangi biaya energi: EMS membantu untuk mengurangi biaya penggunaan energi dengan mengatur waktu dan cara pengisian serta pengeluaran energi dari ESS.
•Meningkatkan efisiensi sistem: Dengan menggunakan EMS, pengisian dan pengeluaran energi dari ESS dapat dioptimalkan sehingga efisiensi sistem dapat meningkat.
•Mengoptimalkan harga listrik ; Dengan menggunakan teknologi penyimpanan energi yang efisien dan efektif, energi dapat disimpan saat murah dan tersedia dalam jumlah besar, dan kemudian digunakan ketika harga energi lebih tinggi atau saat energi tidak tersedia.
•Meningkatkan stabilitas jaringan listrik dan kebutuhan beban pucak: EMS dapat mengoptimalkan penggunaan ESS pada saat permintaan puncak untuk menghindari pemadaman listrik dan membantu menjaga stabilitas jaringan listrik.
•Menyediakan cadangan listrik: EMS juga dapat digunakan untuk menyediakan cadangan listrik yang dapat digunakan pada saat terjadi pemadaman listrik.
•Mengurangi emisi gas rumah kaca: Dengan mengoptimalkan penggunaan ESS, penggunaan pembangkit listrik fosil dapat dikurangi sehingga emisi gas rumah kaca yang dihasilkan dapat berkurang.
Sistem Penyimpanan Energi (ESS) bukan suatu generator energi, melainkan dapat menyimpan energi dari generator lain dan menyediakannya kembali ke jaringan ketika diperlukan (yaitu, pengisian dan pemakaian).
Sistem Penyimpanan energi dapat diklasifikasikan atas
Mechanical.
Electrochemical.
Electrical Chemical Thermal
Laporan IEA : Baterai adalah teknologi yang paling banyak dipakai, Hidrogen mulai berkembang dan Baterai Flow merupakan teknologi yang menjanjikan karena minimnya degradasi performa dalam jangka panjang
Tipe Teknologi Energi Storage (1)
Terminologi Utama
• Capacity : energi spesifik dalam ampere-jam (Ah). Ah adalah arus pengosongan yang dapat diberikan baterai dari waktu ke waktu
• Energi Capacity :jumlah total energi yang dapat disimpan oleh baterai (kWh atau MWh).
• Power Capacity : daya keluaran maksimum baterai yang dirancang
• Battery Life : Jumlah kali baterai dapat diisi ulang dan dikosongkan sebelum kehilangan kapasitas maksimumnya.
• C-Rate (Charge & Discharge rate) :Bagian dari total kapasitas energi baterai yang dapat diisi atau dikosongkan dalam satu jam.
• Depth of Discharge (DoD) : fraksi dari total energi yang tersimpan yang dibuang selama operasi normal
• Energy Density : Jumlah energi yang dapat disimpan per kg (atau per satuan volume).
• Round trip Efficiency : fraksi energi yang dapat disalurkan sebagai listrik dibandingkan dengan jumlah listrik yang digunakan untuk mengisi daya sistem penyimpanan energi.
• State of Charge (SoC): mengukur seberapa penuh daya baterai.
•
Mekanikal Energy Storage-PHESS
Bentuk penyimpanan energi menggunakan air untuk menyimpan dan melepaskan energi. Teknologi ini melibatkan pemompaan air dari ketinggian yang lebih rendah ke ketinggian yang lebih tinggi saat terdapat kelebihan listrik. Saat listrik dibutuhkan, air dilepaskan dari ketinggian yang lebih tinggi, mengalir melalui turbin untuk menghasilkan listrik.
Fasilitas penyimpanan pompa biasanya terdiri dari dua waduk dengan ketinggian yang berbeda, yang terhubung oleh pipa atau terowongan dengan unit pompa/turbin.
Merupakan cara yang sangat efisien untuk menyimpan dan
melepaskan energi, dengan tingkat efisiensi hingga 80%. Teknologi yang fleksibel, mampu merespons dengan cepat terhadap
perubahan permintaan listrik. PHESS dapat menjadi jembatan penghubung antara sumber energi alami yang intermittent seperti PLTB atau PLTS dengan jaringan listrik. Hal ini disebabkan karena PHESS dapat menyerap energi yang dihasilkan oleh sumber energi terbarukan yang bersifat intermittent dan menjadi sumber energi ketika dibutuhkan https://www.youtube.com/watch?v=RVCL0iJPl8I&ab_channel=TheTeslaDomain
Mekanikal Energi Storage- Flywheel (FESS)
Teknologi Flywheel (roda berputar) adalah teknologi penyimpanan energi kinetik yang memanfaatkan sebuah roda berputar yang sangat cepat dan bertenaga tinggi untuk menyimpan energi. Input energi ke FESS dilakukan dengan menggerakkan flywheel ke kecepatan operasi dengan M/G (motor-generator), pengambilan energi terjadi ketika energi mekanik yang disimpan di rotor diubah menjadi keluaran listrik dengan M/G yang sama.
FESS dikenal lebih hemat energi dan memiliki daya spesifik dan kepadatan daya yang lebih tinggi, serta siklus hidup yang lebih lama dibandingkan baterai elektrokimia tradisional. Penerapannya dapat dikombinasikan dengan PLTS maupun PLTB.
https://www.youtube.com/watch?v=ay_NiGu7mis
Teknologi penyimpanan energi dengan memanpatkan udara dan menyimpannya di dalam tabung. Proses CAES melibatkan penggunaan listrik untuk mengkompresi udara yang disimpan dalam sebuah tangki atau cavern yang ditempatkan di bawah tanah atau dalam sebuah bangunan. Ketika energi diperlukan, udara yang dikompresi dilepaskan dari tangki dan digunakan untuk menggerakkan turbin yang terhubung dengan generator listrik untuk menghasilkan listrik.
.Teknologi ini memiliki kapasitas penyimpanan energi yang besar dan dapat digunakan pada skala besar.
CAES juga dapat digunakan untuk menghasilkan energi dengan biaya yang lebih rendah.
Mekanikal Energi Storage- Compressed Air
Energy Storage (CAES)
Electrochemical Energy Storage – BESS (1)
Sistem penyimpanan energi yang menggunakan baterai sebagai media penyimpanannya. Menyimpan energi kimia dan mengubahnya menjadi listrik (DC). Tanpa adanya gerakan mekanis.
BESS biasanya terdiri dari terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia (dengan dua elektroda yang dipisahkan oleh elektrolit), yang dapat diisi dengan arus listrik dan dilepaskan kapan pun diperlukan.
Penyimpanan berbasis baterai sebagai kunci teknologi untuk stabilisasi jaringan listrik dan integrasi energi intermiten
Jenis baterai yang cocok digunakan sebagai system penyimpanan energi :
Secondary baterai terdiri dari Lead Acid,Ni-Cad,Ni-Mh,Lithium-ion
Baterai Flow merupakan jenis baterai yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik melalui reaksi elektrokimia antara dua larutan elektrolit yang terpisah oleh membran. Baterai flow umumnya digunakan dalam aplikasi penyimpanan energi besar, seperti dalam sistem grid atau pembangkit listrik tenaga surya atau angin
Electrochemical Energy Storage – BESS (2)
Electrikal Energi Storage- SMESS
SMESS (Superconducting Magnetic Energy Storage System) adalah sistem penyimpanan energi yang menggunakan medan magnet kuat untuk menyimpan energi listrik. SMESS terdiri dari kumparan
superkonduktor yang ditempatkan dalam medan magnet kuat. Ketika energi listrik dialirkan melalui kumparan superkonduktor, medan magnet dihasilkan dan energi disimpan dalam medan magnet ini.
Ketika energi dibutuhkan kembali, medan magnet dihilangkan dan energi dilepaskan dari kumparan superkonduktor.
Sistem penyimpanan energi magnetik super (SMES) bersama dengan kapasitor adalah satu-satunya yang ada yang memiliki kemampuan menyimpan energi listrik tanpa perlu dikonversi ke bentuk energi lain.
Dibandingkan dengan sistem penyimpanan lainnya, sistem SMES memiliki kepadatan daya yang besar dan waktu responsnya sangat singkat-dalam kisaran beberapa milidetik.
Elektrikal Energy Storage - Supercapacitor
Teknologi penyimpanan energi yang relatif baru dan semakin populer. Superkapasitor memiliki kapasitas penyimpanan energi yang besar dan kecepatan pengisian yang sangat cepat. Teknologi ini juga lebih tahan lama daripada baterai tradisional dan tidak memerlukan perawatan yang rumit. Sehingga sangat cocok digunakan dalam aplikasi-aplikasi yang memerlukan daya tahan dan kekuatan yang tinggi seperti pada kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi.
Superkapasitor menggunakan elektroda yang sangat porus dan diisi dengan elektrolit untuk meningkatkan permukaan kontak antara elektroda dan elektrolit, sehingga meningkatkan kapasitas penyimpanan energi.
Teknologi yang digunakan untuk menyimpan gas hidrogen untuk digunakan sebagai bahan bakar di masa depan.
Hidrogen adalah pembawa energi yang bersih dan serbaguna, tetapi sulit untuk disimpan karena merupakan gas yang sangat mudah terbakar dan memiliki densitas energi yang rendah per volume.
Ada beberapa metode untuk menyimpan hidrogen, termasuk penyimpanan gas terkompresi, penyimpanan hidrogen cair, dan penyimpanan padat. Penyimpanan gas terkompresi melibatkan pemampatan gas hidrogen pada tekanan tinggi dan menyimpannya di dalam tangki. Penyimpanan hidrogen cair melibatkan pendinginan gas hidrogen hingga menjadi cair dan menyimpannya dalam tangki kriogenik. Penyimpanan padat melibatkan penyimpanan hidrogen dalam matriks padat, seperti metal hidrida, hidrida kimia, atau bahan berbasis karbon.
Chemical Energi Storage-Hydrogen Storage
Perbandingan Tipe Teknologi Energi Storage
Pertumbuhan Penyimpanan Energi Global sampai tahun 2026
Source :IEA, Tenaga surya terkonsentrasi, hidro yang dipompa dan baterai, kapasitas penyimpanan terpasang pada tahun 2020 dan 2026
EMS
Manajemen sistem energi adalah pendekatan terintegrasi untuk mengoptimalkan penggunaan energi dan meningkatkan efisiensi energi di suatu sistem, yang mencakup penggunaan, distribusi dan sistem penyimpanan energi.
Konsep dasar dari manajemen sistem energi adalah bahwa penggunaan energi harus dipantau dan dikendalikan secara efektif untuk memastikan bahwa konsumsi energi terjadi pada saat yang tepat, pada tingkat yang tepat, dan pada tempat yang tepat. Hal ini melibatkan pemantauan dan pengukuran konsumsi energi, analisis data, dan pengaturan penggunaan energi.
Diperlukan untuk memantau dan mengoptimalkan siklus pengisian daya dari setiap sistem penyimpanan energi, serta menyediakan inter operabilitas untuk menghubungkan beberapa sistem penyimpanan dan pembangkitan energi.
EMS dalam konteks pembangkit energi terbarukan, di mana Sistem Penyimpanan Energi Baterai (BESS) digunakan untuk menyediakan stabilitas, ketahanan, dan keandalan yang diperlukan, adalah pengontrol pengawasan yang mengirimkan satu atau lebih sistem penyimpanan/generasi energi.
Typical schematic BESS untuk pembangkit listrik pada PLTS
Aplikasi EMS dengan BESS (1)
Komponen Esensial BESS :
• Baterai Sistem
Sel Baterai dipasang bersama dalam kombinasi Seri dan Paralel, menciptakan Modul Baterai. Modul-modul ini kemudianditumpuk bersama untuk membentuk Rak Baterai, yang kemudian ditempatkan (dalam kombinasi seri dan paralel sesuai kebutuhan) dalam wadah BESS.
Perusahaan Baterai : LG Chem, BYD, Samsung, Panasonic, TESLA
• Power Conversion Sistem
Ini adalah Inverter Hibrida, mengubah DC yang dihasilkan olehBaterai menjadi AC. Lebih dinamis daripada inverter standar, dapat mengubah daya dua arah. Oleh karena itu, dapat mengubah AC dari jaringan ke DC untuk pengisian daya baterai juga.
Berkomunikasi dengan Baterai melalui EMS untuk mengetahuistatus Baterai dan kapan harus mengisi daya dan pemakaian.
Terdiri dari AC dan DC Coupling
Perusahaan PCS : ABB, SMA, Dynapower, BYD, Sungrow and others.
Komponen Esensial BESS- Sistem Baterai
Komponen Esensial BESS- PCS
Aplikasi EMS dengan BESS (2)
Komponen Esensial BESS :
• Baterai Management System (BMS)
Merupakan otaknya dari system baterai degna tugas utama untuk merawat baterai.
Memantau dan memastikan Baterai (beberapa sel, modul, atau rak dalam kombinasi seri dan paralel) beroperasi sebagai sesuai kondisi kritis yang dirancang sebelumnya yang telah ditentukan parameter seperti SoC, SoH, Suhu, V & I
Komponen penting untuk manajemen termal dari Sistem Baterai, yang secara langsung berdampak pada kinerja.
Perusahaan BMS : LG Chem, BYD, Samsung, Panasonic,Texas Instruments, TESLA.
• Energy Management System (EMS)
Menghubungkan antara grid dengan BMS menggunakan logika Kontrolnya untuk memfasilitasi transfer energi (Pengisian atau Pengosongan) dari BESS
EMS mengkoordinasikan pekerjaan BMS, PCS, dan lainnya komponen BESS lainnya.
Ini mengirimkan sinyal input untuk mengisi daya atau mengosongkan baterai sesuai kebutuhan, dan mendapatkan informasi ini dari persyaratan logika kontrol.
Mengoptimalkan kinerja BESS, dengan menyeimbangkan data siklus aplikasi dan masa pakai baterai
EMS lebih kompleks dari SCADA dalam memantau dan mengendalikan komponen dalam BESS tapi juga menyediakan analisis kinerja BESS, sehingga memudahkan pelaporan dan peramalan.
Perushaan EMS Hitcahi, Dynapower, ABB, Landis+Gyr, Fluence, TESLA,EATON.
Studi Kasus di Indonesia
• Bontang PV Project _ITM Banpu Group_Kalimantan Timur (2020)
Terdiri dari :
Solar PV (3 MWp)
STGs (2 x 7 MW)
Diesel (8 x 0.8 MW)
PowerStore Battery (2MW / 2MWh)
e-mesh Control System (by Hitachi Energy)
e-mesh EMS energy management system (by Hitachi Energy) Fungsi : Renewable Smoothing (ramp rate control), Stabilitas Dinamis,Spinning Reserve (cadangan)
• Nusa Penida Microgrid_PT.PLN Indonesia Power_Bali (2022) Terdiri dari :
Solar PV (4 MWp)
Diesel (7 x 1.7 MW)
PowerStore Battery (3 MW / 3 MWh)
e-mesh Control System
Fungsi : Menghaluskan fluktuasi dari energi terbarukan terbarukan dan memungkinkan pembagian beban untuk memastikan pengoperasian genset yang efisien
Rekomendasi
Beberapa rekomendasi yang dapat diberikan untuk Indonesia terkait manajemen sistem energi dengan storage system management adalah sebagai berikut:
• Meningkatkan pengetahuan dan kesadaran masyarakat tentang manfaat penyimpanan energi dan penggunaan energi yang efisien, seperti melalui kampanye dan program edukasi.
• Meningkatkan pengembangan teknologi penyimpanan energi, seperti baterai dan teknologi flywheel, untuk mendukung penggunaan energi terbarukan yang lebih luas.
• Memperkuat infrastruktur pembangkit listrik terbarukan, seperti pembangkit listrik tenaga surya dan pembangkit listrik tenaga angin, sehingga energi terbarukan dapat dihasilkan secara lebih efisien dan dapat disimpan dengan lebih baik.
• Meningkatkan regulasi dan kebijakan terkait energi terbarukan dan penyimpanan energi, seperti memberikan insentif fiskal bagi pengguna energi terbarukan dan penyimpanan energi.
• Meningkatkan kerja sama antara pemerintah, sektor swasta, dan masyarakat dalam pengembangan dan penerapan teknologi energi terbarukan dan penyimpanan energi.
• Mengoptimalkan manajemen sistem energi melalui penggunaan teknologi informasi dan komunikasi, seperti penggunaan sistem monitoring dan kontrol yang terintegrasi dan penggunaan big data dan teknologi kecerdasan buatan (AI) untuk analisis data energi.
Dengan mengimplementasikan rekomendasi-rekomendasi tersebut, diharapkan Indonesia dapat meningkatkan penggunaan energi terbarukan dan meningkatkan efisiensi energi secara
keseluruhan melalui manajemen sistem energi yang lebih baik dengan penyimpanan energi.
