UNIVERSITAS INDONESIA
ANALISIS DAMPAK LINGKUNGAN DAN BIAYA PEMBANGKITAN LISTRIK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA DI PULAU SEBESI LAMPUNG SELATAN
TESIS
HERLINA 0706305305
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM MAGISTER TEKNIK ELEKTRO DEPOK JULI 2009 Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009
UNIVERSITAS INDONESIA
ANALISIS DAMPAK LINGKUNGAN DAN BIAYA PEMBANGKITAN LISTRIK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA DI PULAU SEBESI LAMPUNG SELATAN
TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik
HERLINA 0706305305
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO KEKHUSUSAN TEKNIK TENAGA LISTRIK DEPOK JULI 2009 Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009
ii
ii Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 ii
Universitas Indonesia
iii
iii Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 iii
Universitas Indonesia
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya, sya dapat menyelesaikan tesis ini. Penulisan tesis ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Elektro, Kekhususan Teknik Tenaga Listrik, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan tesis ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikan tesis ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada : (1) Dr. Ir. Uno Bintang Sudibyo, selaku dosen pembimbing pertama dan Dr-Ing. Eko Adi Setiawan, selaku dosen pembimbing kedua yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan tesis ini; (2) Research Group Renewable Energy and Microgrid, Jurusan Teknik Elektro Departemen Teknik Elektro Universitas Indonesia; (3) Pihak PT. PLN (Persero) Lampung yang telah banyak membantu dalam usaha memperoleh data yang saya perlukan; (4) Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan dukungan material dan moral; dan (5) Para sahabat yang telah banyak membantu saya dalam menyelesaikan tesis ini. Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga tesis ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.
Depok, 3 Juli 2009 Penulis
iv
Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 iv
Universitas Indonesia
v
v
Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 v
Universitas Indonesia
vi
ABSTRAK
Nama Program Studi Judul Tesis
: Herlina : Teknik Elektro : Analisis Dampak Lingkungan dan Biaya Pembangkitan Listrik Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida di Pulau Sebesi Lampung Selatan.
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH) adalah integrasi sistem pembangkit listrik berbasis energi fosil (tak terbarukan) dan pembangkit listrik terbarukan. Tujuan utamanya untuk menghemat pemakaian bahan bakar dan mengurangi emisi terutama CO2. Secara menyeluruh, integrasi pada sistem PLTH ini merupakan sistem yang multi variabel sehingga digunakan bantuan perangkat lunak, dalam hal ini HOMER versi 2.67. perangkat lunak ini mengoptimasi berdasarkan nilai NPC terendah. Dengan studi kasus optimasi sistem PLTH di Pulau Sebesi propinsi Lampung Selatan, diintegrasikan PLTD, PLTB dan PLTS. Hasil simulasi dan optimasi berbantuan PL HOMER menunjukkan bahwa secara keseluruhan PLTH yang optimum untuk diterapkan di area studi di atas adalah integrasi antara PLTB dan PLTD. Pada kondisi yang optimum ini, kontribusi PLTB sebesar 57% dan PLTD 43% dengan nilai bersih sekarang (net present cost, NPC) sebesar $ 943.957, biaya pembangkitan listrik (cost of electricity, COE) sebesar $ 0,492 per kWh, konsumsi BBM pertahun 42.630 liter, emisi CO2 yang dihasilkan sistem sebesar 112.258 kg/tahun atau berkurang sebesar 43,4%, kelebihan energinya selama setahun sebesar 44.984 kWh. Kata kunci: PLTH, Simulasi, NPC, Emisi CO2, COE
vi
Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 vi
Universitas Indonesia
vii
ABSTRACT
Nama Studi Programme Title of Thesis
: Herlina : Teknik Elektro : Environmental Effects and Cost of Electricity Analysis of a Hybrid Power Plant in Sebesi Island - South Lampung.
Hybrid power system is the integration of power system based on fossil fuel energy and renewable energy. The main purpose of the system is to save the fossil fuel and reduce the environmental effect, especially CO2 emission. The hybrid system is a multi-variable system. HOMER version 2.67, a micropower optimization modeling software is used to analyze data for both wind speed and solar radiation, simulating hybrid system configurations at once and rank them according to its lowest net present cost. the configuration of the hybrid system in Sebesi island consist of a diesel generating unit , photovoltaic modules (PV) and wind turbines. The optimum hybrid system from the simulation and optimization result is consist of wind and diesel generating set. Contribution of wind turbin is 57% and the contribution of diesel generating set is 43%. The optimum hybrid system has $ 943.957 of the total Net Present Cost (NPC), Cost of Electricity (COE) is $ 0,492 $/kWh , fuel consumption in a yearly is 42.360 litre, CO2 emission is 112.258 kg/year or decrease 43,4% from the first condition, excess electricity is 44.984 kWh/year. Kata kunci: Hybrid Power system, Simulation, NPC, CO2 emission, COE
vii
Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 vii
Universitas Indonesia
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................................... i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ...... ................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................................... iii KATA PENGANTAR.................................................................................................... iv HALAMAN PENGESAHAN PERSETUJUAN PUBLIKASI..................................... v ABSTRAK....................................................................................................................vi ABSTRACT ................................................................................................................vii DAFTAR ISI ............................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................x DAFTAR TABEL .......................................................................................................xi DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................................xii 1. PENDAHULUAN ...............................................................................................1 1.1 Latar Belakang dan Permasalahan...............................................................1 1.2 Perumusan Masalah .....................................................................................2 1.3 Tujuan Penelitian .........................................................................................2 1.4 Batasan Masalah ..........................................................................................2 1.5 Metode Penelitian ........................................................................................3 1.6 Sistematika Pembahasan..............................................................................3 2.
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA HIBRIDA ............................................4 2.1 Prinsip Dasar................................................................................................4 2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) ..................................................5 2.2.1 Komponen PLTS .............................................................................6 2.2.2 Perhitungan Penentuan Jumlah Modul Surya..................................7 2.2.2.1 Menentukan Jumlah Hubungan Seri Modul Surya...........7 2.2.2.2 Menentukan Jumlah Modul Fotovoltaik dalam Hubungan Paralel..............................................................8 2.2.3 Prinsip Kerja PLTS..........................................................................9 2.2.4 Keunggulan dan Kelemahan PLTS .................................................9 2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB).................................................10 2.3.1 Potensi Tenaga Angin....................................................................11 2.3.2 Kecepatan Angin Rata-rata............................................................12 2.3.3 Komponen-Komponen PLTB........................................................12 2.3.4 Jenis-Jenis Turbin Angin ...............................................................15 2.3.4.1 Turbin Angin Sumbu Horizontal......... ...........................15 2.3.4.2 Turbin Angin Sumbu Vertikal......... ...............................16 2.3.5 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin...................................17 2.3.5.1 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin Sumbu Horizontal......... ..............................................................17 2.3.5.2 Keunggulan dan Kelemahan Turbin Angin Sumbu Vertikal.............. .............................................................18 2.4 Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD)...............................................19 2.4.1 Prinsip Kerja dan Komponen PLTD..............................................19 2.4.2 Keunggulan dan Kelemahan PLTD...............................................21 2.5 Pembangkit Listrik Tenaga Hibrida (PLTH).............................................22 2.5.1 Prinsip Kerja PLTH ......................................................................22 2.5.2 Sistem Operasi PLTH ....................................................................22 viii
Analisis dampak..., viii Herlina, FT-UI, 2009
Universitas Indonesia
ix
2.5.2.1 2.5.2.2 2.5.2.3
PLTH Sistem Serial ........................................................22 PLTH Sistem Tersaklar (Switched) ................................24 PLTH Sistem Paralel ......................................................25
3.
STUDI IMPLEMENTASI PLTH DI PULAU SEBESI LAMPUNG SELATAN..................................... ....................................................................26 3.1 Kondisi Geografis dan Administrasi .........................................................26 3.2 Kondisi Meteorologi dan Kelistrikan ........................................................27 3.2.1 Angin ...................... ......................................................................27 3.2.2 Potensi Radiasi Matahari ........ ......................................................27 3.2.3 Kondisi Kelistrikan........................................................................28 3.3 Perangkat Lunak HOMER.........................................................................30 3.3.1 Perhitungan Data ........ .............................................................31 3.3.3.1 Perhitungan Total Net Present Cost................................32 3.3.3.2 Perhitungan Levelized Cost Of Energy ..........................32 3.3.3.3 Perhitungan Emisi...........................................................33 3.4 Studi Implementasi PLTH Pulau Sebesi....................................................34 3.4.1 Metode Simulasi dan Optimasi......................................................35 3.4.2. Model PLTH Pulau Sebesi.... ........................................................35 3.4.3 Komponen-Komponen Penyusun PLTH.......................................35 3.4.4 Variabel Sensitivitas... ...................................................................37 3.4.5 Batasan-Batasan Pengoperasian PLTH .........................................37
4.
SIMULASI DAN ANALISIS ...........................................................................38 4.1 Hasil Simulasi............................................................................................38 4.1.1 Kondisi Awal (PLTD).. .................................................................38 4.1.2 Kondisi Kedua (PLTH)..................................................................39 4.2 Analisis Hasil Simulasi..............................................................................40 4.2.1 Kondisi Awal (PLTD).. .................................................................40 4.2.2 Kondisi Kedua (PLTH)..................................................................42
5.
KESIMPULAN .................................................................................................49
DAFTAR REFERENSI.............................................................................................50
ix
Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 ix
Universitas Indonesia
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Konversi Listrik Pada Panel Surya..............................................5 Gambar 2.2 PLTS Stand Alone dan PLTS Hybrid .....................................................5 Gambar 2.3 Skema Sistem PLTS................................................................................9 Gambar 2.4 Potongan Turbin Angin.........................................................................13 Gambar 2.5 Turbin Angin Sumbu Horizontal ..........................................................15 Gambar 2.6 Turbin Angin Sumbu Vertikal ..............................................................16 Gambar 2.7 Skema Pembangkit Listrik Tenaga Diesel ............................................20 Gambar 2.8 PLTH Sistem Serial .......... ...................................................................23 Gambar 2.9 PLTH Sistem Tersaklar ........................................................................24 Gambar 2.10 PLTH Sistem Paralel.............................................................................25 Gambar 3.1 Peta Lokasi Pulau Sebesi.... ..................................................................26 Gambar 3.2 Kecepatan Angin Rata-Rata di Pulau Sebesi. .......................................27 Gambar 3.3 Clearness Index dan Solar Radiation di Pulau Sebesi...........................28 Gambar 3.4 Profil Beban Harian Pulau Sebesi.........................................................29 Gambar 3.5 Profil Beban Bulanan Pompa................................................................29 Gambar 3.6 Diagram Alir Simulasi dan Optimasi PLTH.........................................34 Gambar 3.7 Model Sistem PLTH Pulau Sebesi........................................................35 Gambar 4.1 Kondisi Beban harian – Daya Keluaran PLTD 40 kW, 50 kW dan Kelebihan Listrik yang Tidak Terpakai..................... ....................41 Gambar 4.2 Aliran Biaya PLTD 40 kW, 50 kW selama 25 tahun............................42 Gambar 4.3 Kondisi Beban harian – Daya Keluaran PLTB - PLTD 40 kW dan Kelebihan Listrik yang Tidak Terpakai............................. ............43 Gambar 4.4 Kontribusi PLTB - PLTD................... ..................................................44 Gambar 4.5 Konsumsi BBM Diesel 40 kW..............................................................45 Gambar 4.6 Kelebihan Energi Listik – Kontribusi ET – Total Produksi Energi Listrik PLTH.................... .........................................................45 Gambar 4.7 Aliran Biaya PLTD 40 kWdan PLTD selama 25 tahun........................46 Gambar 4.8 Emisi CO2 - Kontribusi ET – Biaya Listrik (COE).......... ...................47 Gambar 4.9 Emisi CO2 - Kontribusi ET – Emisi SOx.............................................47 Gambar 4.10 NPC – Konsumsi Bahan Bakar Minyak.......... ....................................48
x
Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 x
Universitas Indonesia
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Data Hasil Simulasi pada Kondisi Awal...............................................38
Tabel 4.2
Data Hasil Simulasi pada Kondisi Kedua (kontribusi energi terbarukan minimum 0%).. ...................................................................39
Tabel 4.3
Konfigurasi PLTH ................................................................................40
xi
Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 xi
Universitas Indonesia
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Data Clearness Index dan Daily Radiation di Pulau Sebesi..................52
Lampiran 2
Data Kecepatan Angin di Pulau Sebesi.................................................53
Lampiran 3
Hasil Simulasi PLTB-PLTD 40 kW ........... .........................................54
Analisis dampak..., Herlina, FT-UI, 2009 xii xii
Universitas Indonesia
