PERENCANAAN PEMBANGKITAN

PERENCANAAN SISTEM TENAGA LISTRIK

Perencanaan sistem pembangkit merupakan suatu tahapan utama dalam perencanaan perluasan utilitas listrik modern.

Keputusan dan komitmen yang dibuat memiliki pengaruh besar pada setiap tahapan lain dalam perluasan sistem termasuk asumsi tingkatan biaya.

Perencanaan perluasan sistem yang baik merupakan kunci utama keberhasilan setiap utilitas kelistrikan.

Pendahuluan

Perencanaan perluasan pembangkit yang baik dapat menyediakan utiliti kelistrikan dengan kemampuan sesuai dengan yang dibutuhkan pelanggan: harga terjangkau, andal, sumber energi listrik yang berkualitas.

Setiap investor pemilik utiliti harus mempertimbangkan perencanaan perluasan yang dapat mempertahankan kondisi keuangan yang baik sehingga dapat menarik investor baru.

Pendahuluan

Tidak mudah melakukan pilihan dalam perencanaan perluasan sistem pembangkit diantara banyak pilihan utiliti kelistrikan yang tersedia, diprioritaskan yang memiliki strategi terbaik terhadap kondisi kedepan yang tidak pasti.

Ketidakpastian tersebut terkait dengan:- Keandalan unit dan penjadwalan pemeliharaan- Biaya bahan bakar- Peraturan pengurangan polusi dan biaya-biaya- Biaya konstruksi- Waktu pemulihan (reparasi komponen)- Ketersediaan biaya modal

Pendahuluan

Teknik yang digunakan untuk menentukan tingkat keandalan dalam perencanaan perluasan sistem pembangkit yang diinginkan dinyatakan oleh dua indek keandalan:1. Lost Of Load Probability (LOLP)

2. Lost Of Load Expectation (LOLE)3. Expected value of Demand Not Served (DNS)

Indeks keandalan tersebut bekerja berdasarkan Frequency dan Duration (FD method)

Pendahuluan

Sistem pembangkitan dalam sistem tenaga listrik digambarkan dengan model penyediaan dan permintaan (supply and demand).

Sistem pembangkitan merupakan kumpulan dari sarana pembangkitan :- terdiri dari sejumlah unit dan jenis pembangkit- dioperasikan sesuai permintaan atau kebutuhan beban yang berubah-ubah (continuous varying demand) dan mengalami pertumbuhan (growing demand).

Model Penyediaan dan Permintaan

Model Penyediaan dan Permintaan

~

PermintaanPenyediaan

Sistem Tenaga Listrik

Sistem Pembangkitan:- PLTU- PLTA- PLTD- PLTP- dll.

Sifatnya:- Kapital tinggi- Tidak ada kemampuan

menampung

- Rumah tangga- Komersial- Industri- Umum- dll.

Sifatnya:- Berubah thd waktu- Mengalami

pertumbuhan

Masalah yang dihadapi dalam perluasan sistem pembangkit: bagaimana penambahan sejumlah kapasitas mesin (pembangkit) yang dapat mengikuti laju pertumbuhan beban pada periode berikutnya dengan mutu yang dijamin oleh tingkat keandalan yang diinginkan.

Perencanaan penambahan pembangkit:- Besar kapasitas yang harus ditambah (MW)- Waktu mesin penambahan masuk ke sistem- Besaran unit mesin pembangkit- Jenis pembangkit

Permasalahan dan Perluasan Pembangkit

Daya cadangan diperlukan oleh sistem pembangkit dalam melayani kebutuhan beban untuk mencapai tingkat keandalan yang diinginkan.

Daya cadangan merupakan selisih antara daya terpasang sistem pembangkit dengan beban yang dipikul oleh pembangkit itu sendiri.- Secara matematik dituliskan sbb:

PR = PG(t) – PL(t)

dimana PR = daya cadangan

PG(t) = daya terpasang sistem pembangkit

PL(t) = beban tersambung

- Dalam persentase dinyatakan dengan: PG(t) – PL(t)

Cadangan (%) = x 100% PL(t)

Daya Cadangan (Reverse Power)

Penambahan unit pembangkit mengikuti pertumbuhan beban perioda berikutnya.

Penambahan unit pembangkit tersebut ditentukan oleh:Jangka waktu yang dihadapiKharateristik dari fasilitas sistem pembangkit

terpasang (existing system)

Teknik perhitungan yang digunakan:1. Optimisasi statis (screening curve), cara klasik.2. Optimisasi dinamis, cara ekonomis.

Penambahan Unit Pembangkit

Melibatkan pengaruh :Force Outage Rate (F.O.R).Penjadwalan pemeliharaan.Tingkat Keandalan.Urutan prioritas pembebanan (Commitment

Criteria).Hydro Electric Energy Inflow & Reservoir

Operation (untuk PLTA).

Biaya Produksi Sistem Pembangkit

Sistem Pembangkit

Analisa Tingkat Keandalan

Dibedakan atas 2 kelompok:Metoda Deterministic.

a. Cadangan dalam MWb. Cadangan dalam %c. Cadangan, ditentukan berdasarkan kapasitas

terbesar tidak beroperasi, dsb, Metoda Probabilistic.

Menggunakan konsep “Lost Of Load Probability”, LOLP.

Kriteria Daya Cadangan

Cadangan dalam MW dan %.- Setiap tahun perencanaan ditentukan besarnya.- Jika cadangan MW lebih kecil dari kriteria, maka diperlukan penambahan pembangkit tahun tersebut.

Cadangan berdasarkan kapasitas terbesar tidak beroperasi.- Cadangan = unit terbesar pada sistem pembangkit.- Jika kapasitas terpasang – beban puncak lebih kecil dari unit terbesar, maka diperlukan unit pembangkit

baru.

Metoda Deterministic

Memberikan ukuran kecukupan/ keandalan yang selalu berlaku pada setiap tahap perkembangan sistem.

Tidak tergantung dari besar kecilnya sistem.

Perhitungan lebih sulit dan rumit dibandingkan dengan metoda deterministic, sehingga harus menggunakan komputer.

Metoda Probabilistic

F.O.R menyatakan peluang suatu unit pembangkit dipaksa keluar dari sistem pembangkitan di luar rencana karena gagal beroperasi.

F.O.R tiap unit pembangkit ditentukan berdasarkan data statistik operasi unit-unit pembangkit.

Periode kejadian dalam operasi unit pembangkit dalam setahun:

Force Outage Rate

SH FOHPlane

OutagePlane

Maintenance

1 tahun = 8769 jam

F.O.R, dihitung berdasarkan defenisi: FOH

F.O.R= FOH+SH

SH = Service Hours, Jumlah jam dalam 1 tahun menyatakan suatu unit pembangkit beroperasi.

FOH = Force Outage Hours, Jumlah jam dalam 1 tahun menyatakan unit pembangkit tidak beroperasi karena kerusakan.

Planned Outage, Jumlah jam dalam 1 tahun menyatakan unit pembangkit tidak beroperasi yang direncanakan.

Planned Maintenance, Jumlah jam dalam 1 tahun menyatakan dilakukan perawatan unit pembangkit secara terencana.

Force Outage Rate

λ = rata-rata kegagalan unit pembangkitµ = rata-rata perbaikan unit pembangkit

Unavailability (FOR), U =

Availability, A =

Ketidaktersediaan Unit Pembangkit

Unit UpUnit

Down

λ

µ

λ +µλ

λ +µµ

Perencanaan jadwal perawatan unit pembangkit.

Buat kombinasi operasi mesin dan hitung masing-masing state probability-nya.

Buat cummulative outage table dengan commulative outage probability-nya.

Hitung daya cadangan dan LOLP

Loss Of Load Probability - Step

Kapasitas unit pembangkit tersedia:

Pada periode tersebut beban puncak yang dipikulnya adalah sebesar 350 MW.Berapakah LOLP sistem tersebut..?

Loss Of Load Probability - Contoh

Mesin Kapasitas (MW)

F.O.R

A 100 0,02

B 150 0,03

C 200 0,04

Kombinasi operasi mesin:

Loss Of Load Probability - Penyelesaian

Kombinasi

Operasi(2N)

Unit On

Outage

Capacity On Outage

(MW)State Probability

(On1-F.O.R … OffF.O.R)

A,B,C - 0 0,98 x 0,97 x 0,96 = 0,912576

-,B,C A 100 0,02 x 0,97 x 0,96 = 0,018624

A,-,C B 150 0,98 x 0,03 x 0,96 = 0,028224

A,B,- C 200 0,98 x 0,97 x 0,04 = 0,038024

-,-,C A,B 250 0,02 x 0,03 x 0,96 = 0,000576

-,B,- A,C 300 0,02 x 0,97 x 0,04 = 0,000776

A,-,- B,C 350 0,98 x 0,03 x 0,04 = 0,001176

-,-,- A,B,C 450 0,02 x 0,03 x 0,04 = 0,000024

Jumlah: 1.000000

Commulative Outage Probability:

Loss Of Load Probability - Penyelesaian

MW or More

On_Outage

Cummulative Probability

0 0,087424 + 0,912576 = 1,000000

100 0,068800 + 0,018624 = 0,087424

150 0,040576 + 0,028224 = 0,068800

200 0,002552 + 0,038024 = 0,040576

250 0,001976 + 0,000576 = 0,002552

300 0,001200 + 0,000776 = 0,001976

350 0,000024 + 0,001176 = 0,001200

450 0,000024

Daya Cadangan:Cadangan = Kapasitas tersedia – Beban puncak

= 450 MW – 350 MW = 100 MW

LOLP,Probability 100 MW atau lebih “On Outage”= 0,087424Jadi LOLP = 0,087424 x 365

= 31,90976 ≈ 32 days/year

Loss Of Load Probability - Penyelesaian

Untuk memperbaiki keandalan sistem pembangkit.

Dilakukan ketika LoLP Sistem > LoLP ketentuan.

Mengembalikan ke LoLP Sistem ditambahkan unit –unit pembangkit (perluasan pembangkitan).

Menggunakan cara sebelumnya menjadi lebih rumit karena menghitung LoLP dengan tambahan unit pembangkit baru.

Untuk mempercepat perhitungan digunakan Cumulative Outage Probability table baru.

Metoda ini dikenal dengan Recursive Convolution.

LoLP dengan Recursive Convolution

Metoda Recursive Convolution.

PXNew= PXOld.(1-FOR) + PX-COld.(FOR)

PXNew : Cummulative outage probability yang baru (setelah penambahan unit mesin baru sebesar C MW pada X MW or more on outage).

PXOld : Cummulative outage probability yang lama (sebelum penambahan unit mesin baru pada X MW or more on outage).

PX-COld : Cummulative outage probability yang lama pada (X-C) MW or more on outage).

FOR : Forced Outage Rate dari unit baru yang akan ditambahkan ke sistem.

LoLP dengan Recursive Convolution

Berdasarkan contoh sebelumnya, sistem pembangkit memiliki keandalan dengan LoLP 32 days/year. Maka dilakukan perbaikan LoLP dengan menambahkan unit pembangkit baru sebesar 100MW dengan FOR=0,02. Berapa LoLP baru dengan beban puncak tetap 350 MW..?

Contoh

PenyelesaianMW or More

On_Outage

PX Old PX New

0 1,000000 1 x (1-0,02) + 1 x (0,02) 1,000000

100 0,087424 0,087424 x (0,98) + 1 x (0,02) 0,105676

150 0,068800 0,068800 x (0,98) + 0,087424 x (0,02)

0,069172

200 0,040576 0,040576 x (0,98) + 0,087424 x (0,02)

0,041513

250 0,002552 0,002552 x (0,98) + 0,068800 x (0,02)

0,003877

300 0,001976 0,001976 x (0,98) + 0,040576 x (0,02)

0,002748

350 0,001200 0,001200 x (0,98) + 0,002552 x (0,02)

0,001227

400 0,000024 0,000024 x (0,98) + 0,001976 x (0,02)

0,000063

450 0,000024 0,000024 x (0,98) + 0,001200 x (0,02)

0,000048

500 0,000000 0,000000 x (0,98) + 0,000024 x (0,02)

0,000000

550 0,000000 0,000000 x (0,98) + 0,000024 x (0,02)

0,000000

Daya Cadangan:Cadngan = Kapasitas tersedia – Beban puncak

= 550 MW – 350 MW = 200 MW

LOLP,Probability 100 MW atau lebih “On Outage”= 0,041513Jadi LOLP = 0,041513 x 365

= 15,15223 ≈ 15 days/year

Penyelesaian

Metoda Recursive Convolution sebelumnya menggunakan peluang kumulatif unit-unit outage.

Sedangkan peluang kumulatif dari daya yang besarnya bukan kelipatan dari kombinasi unit-unit pembangkit yang ada, diambil dari peluang kumulatif capacity outage terdekat di atasnya.

Indeks keandalan sistem pembangkit (LoLP) tidak sensitif terhadap variasi cadangan daya yang terdapat pada sistem.

Untuk meningkatkan sensitifitas keandalan unit pembangkit (LoLP), dibutuhkan suatu fungsi distribusi peluang beban yang menggantikan peran dari peluang kumulatif sebelumnya.

Fungsi distribusi peluang beban diadopsi dari kurva lama beban (Load Duration Curve).

Recursive Convolution Menggunakan Fungsi Distribusi Peluang Beban

Force Outage Capacity Probability Density Function

50Outage Capacity, MW

f o(L

0i)

P=0,98

q=0,02

Kurva Demand dan Lama Beban

Waktu

Dem

and,

MW

Duration

Dem

and,

MW Peeking

Midrange

Base load

Kurva Demand Kurva Lama Beban

Kurva Distribusi Peluang Beban

1,0

Demand, per unit MW

f(L)

Ket:α = baseloadΘ = peekload

F(L)=

1, L ≤ α

-10/6θ (L-0,4θ)+1, α < L ≤ θ

0, L > θ

Effective Load

Beban System, L

L01=0

C1

L02=0

C2

Random Outage Load

Beban effektif:Le=L+∑i Loi

Kapasitas terpasang:IC=∑i Ci

Diperoleh dengan menggunaan persamaan recursive convolution:

Fungsi Distribusi Peluang Beban Efektif

:

,

0,

,:

0,

0,

.1

maka

CLq

Lpf

diskritbernilaiLAsumsi

iuntukLF

iuntukLFLF

dLfLLFLF

ioii

oiioi

oi

ee

i

oioioie

L

ie

i

oi

iiei

iei

ei qCLFpLFLF .. 11

Dua unit pembangkit dengan karakteristik diberikan oleh gambar dibawah, melayani demand puncak sebesar 78,035 MW, tentukanlah peluang beban akan melebihi 60 MW..?

Contoh

C1=50Outage Capacity, MW

f o(L

0i)

p1=0,98

q1=0,02

C2=50Outage Capacity, MW

f o(L

0i)

p2=0,97

q2=0,03

Persamaan distribusi peluang beban: F0(L)=-10/6θ (L-0,4θ)+1, α < L ≤ θ

Distribusi peluang beban efektif:

Penyelesaian

41538,003,0.197,0.3973,060

102,0.198,0.110

3973,002,0.198,0.385,060

;140;110;385,060

.5010.1010

.5060.6060

.5060.6060

..

2

1

1

000

10

101

10

101

21

212

221

212

F

F

F

FFF

qFpFF

qFpFF

qFpFF

qCLFpLFLF eee

LoLP didefenisikan sebagai peluang bahwa beban efektif (karena unit random outage) yang melebihi kapasitas terpasang, IC dari sistem.

LoLP terjadi pada saat beban efektif sebesar kapasitas terpasang sistem, Le = IC.

Indeks keandalan lain yang digunaan adalah: DNS (Demand Not Supply): menyatakan besarnya demand tidak terlayani oleh sistem karena terjadinya unit random outage.

DNS dihitung dengan integrasi Fi(Le) dari Le=IC sampai Le=θ.

LoLP dengan Distribusi Peluang Beban

IC

1,0

ICDemand, per unit MW

f(L)

LoLP

DNS

ICL

ICL

ee

e

e

dLLFDNS

Dari contoh soal sebelumnya, tentukan indeks keandalan LoLP dan DNS dari sistem tersebut..?

Contoh

C1=50Outage Capacity, MW

f o(L

0i)

p1=0,98

q1=0,02

C2=50Outage Capacity, MW

f o(L

0i)

p2=0,97

q2=0,03

Distribusi peluang beban untuk menentukan F0(L)

Penyelesaian

1,0

Demand, per unit MW

f(L)

Le

LeLe

Le

LeF

,0

4,0,4,06

101

4,0,1

Lanjutan1,0

Demand, per unit MW

f0(L)

Le

LeLe

Le

LeF

,0

4,0,4,06

101

4,0,10

α θ

α+C1

θ+C1

α+C1+C2

θ+C1+C2

f2(L)

IC=C1+C2

Gunakan distribusi peluang beban untuk menentukan F0(L)

Distribusi peluang beban efektif:

Lanjutan

yeardaysLFyeardaysLoLP

F

F

F

FFF

qFpFF

qFpFF

qFpFLF

ei

e

/88,10365.02981,0365./

02981,003,0.6067,097,0.01197,0100

6067,002,0.198,0.5986,050

01197,002,0.5986,098,0.0100

;10;5986,050;0100

.0.5050

.50100.100100

.50100.100100

2

1

1

000

10

101

10

101

21

212

LanjutanDengan bantuan tabel, diperoleh distribusi peluang

beban efektif:

Unit OutageLe

(MW)

State Probability

Unit-1 Unit-2 Total F0(Le) Unit-1 Unit-2 Perkalian

0 0 0 100 0 0,98 0,97 0

50 0 50 50 0,5986 0,02 0,97 0,011613

0 50 50 50 0,5986 0,98 0,03 0,017599

50 50 100 0 1 0,02 0,03 0,0006

F2(Le=100)= 0,029812

LoLP(days/year)= 10,88

Komersial entitas yang memiliki dan mengoperasikan peralatan dan fasilitas untuk pembangkit, transmisi, distribusi dari listrik/ energi menjual untuk umum atau industri konsumen.

Utilitas Kelistrikan