Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di … · Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di...

Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan

Di Gedung City of Tomorrow

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

Jurusan Teknik Elektro-ITS

Nama : Dendy Yumnun Wafi

NRP : 2209 105 094

Pembimbing :

1. Ir. Sjamsjul Anam, MT.

2. Heri Suryoatmojo, ST, MT, Ph.D.

CITY of TOMORROW


LATAR BELAKANG

• Banyaknya konsumsi energi listrik perlu

dilakukan efisiensi terhadap penggunaannya.

• Hampir 60% konsumsi energy listrik pada

gedung City of Tomorrow dipakai untuk


gedung City of Tomorrow dipakai untuk

system pendinginan terpusat (AC sentral).

TUJUAN

• Melakukan manajemen energy.

• Memanfaatkan energy listrik secara optimal

dan efisien.

• Meminimalkan biaya operasional tanpa


• Meminimalkan biaya operasional tanpa

mempengaruhi aktifitas kegiatan.

PERMASALAHAN

• Bagaimana cara mengoptimalkan pemakaian

energy yang terjadi pada system pengkondisian

udara.

• Bagaimana mengatasi pemborosan pemakaian

energy listrik pada sistem penerangan gedung.


energy listrik pada sistem penerangan gedung.

• Bagaimana cara melakukan penghematan energy

pada sistem escalator dan travelator.

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.

• Pada tugas akhir ini hanya dibahas pada sisi mall saja.

LANGKAH – LANGKAH PENELITIAN

START

PENGUMPULAN

DATA DAN

OBSERVASI

PERENCANAAN

MANAJEMEN

ENERGI

A


A

PERHITUNGAN

BEBAN

ANALISAEND

KESIMPULAN

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

memenuhi berbagai keperluan sesuai dengan fungsi bangunan.

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.


Tabel 2.1 Tingkat Pencahayaan Minimal

SISTEM PENCAHAYAAN


• 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.

• 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

Fl = Nilai nominal luminous pada lampu

E = Tingkat pencahayaan, dalam lux (lumen/m2)

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

evaporator, kondensor, kompresor serta alat ekspansi.


• Berikut adalah contoh chiller yang terpasang sebagai sistem

pengkondisian udara pada mall City of Tomorrow.



• Siklus pendinginan pada chiller

Sumber :Schneider Electric HVAC



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

mengembun dan kembali berubah ke cairan tekanan tinggi.

Cairan tersebut disirkulasikan kembali menuju valve ekspansi untuk mengurangi tekanan dari

zat pendingin. selanjutnya pendinginan bisa d salurkan ke ruangan

• 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.




• Dari penjelasan-penjelasan diatas dapat dilihat mengenai blok

keseluruhan sistem pendinginan udara pada mall City of

Tomorrow.




• 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


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

• 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


),yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor.

• 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



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 ;

dimana P2 = P1 = konstan

Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk


2θ1θ

P1 = P2P (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,

Daya reaktif (∆Q ) = P x (tan - tan )

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

Berikut sistem kelistrikan yang terpasang :

SISTEM KELISTRIKAN


KELOMPOK BEBAN

• Pengelompokan beban yang terpasang pada mall

terdiri dari 7 bagian, yaitu sebagai berikut :


• Dari tabel tersebut dapat diketahui total kebutuhan listrik

untuk melayani aktifitas mall sebesar 5,002.13kVA. Sehingga

prosentase penggunaan energinya seperti gambar berikut :

PROSENTASE BEBAN


KURVA PEMAKAIAN LISTRIK JANUARI 2012


TANGGAL

KURVA PEMAKAIAN LISTRIK HARIAN


SISTEM PENERANGAN

• Sistem penerangan koridor mall


• 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 :

= 1.19 (2 pasang lampu)

• 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

PLL-4P PHILIP 36W LED OSRAM 12W

• Perbandingan energi selama 1 bulan pada seluruh

lantai :

KURVA PERBANDINGAN ENERGI


LANTAI

• Sistem eskalator yang terpasang

SISTEM ESKALATOR


Kondisi ini eskalator jalan terus meskipun tanpa dibebani,

maka kebutuhan energy listrik bisa diturunkan dengan

penambahan alat start stop otomatis.

• 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)

Overlap traffic (jarak lewat) = 33 %

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

= 58.03 kWH / hari

Penghematan energy satu unit eskalator perbulan yaitu :

kWH = 58.03 x 30

• = 1740.9 kWH / bulan

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

bulan yaitu :

kWH = 1740.9 x 27 unit

= 47,004.3 kWH / bulan


• Sistem travelator yang terpasang

SISTEM TRAVELATOR


• Untuk menentukan jumlah energy yang diperlukan pada setiap

travelator otomatis dapat diketahui melalui perhitungan

sebagai berikut :

Daya motor travelator = 15 kW




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)

Overlap traffic (jarak lewat) = 33 %

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

= 124.68 kWH / hari

Penghematan energy yang didapat satu unit travelator perbulan yaitu :

kWH = 124.68 x 30

= 3740.4 kWH / bulan

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

bulan yaitu :

kWH = 3740.4 x 8 unit

= 29,923.2 kWH / bulan


• Perbandingan pola pemakaian energi

SISTEM CHILLER


• 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.

• 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.



• 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.

Rata-rata kunjungan pengunjung perbulan


• Simulasi software ECO2


• Data jumlah AHU yang terpasang pada mall


• Sehingga kebutuhan energi listrik AHU pada

semua lantai bisa diturunkan sebesar 70%

untuk pemakaian perbulan


Grafik hasil manajemen energi


• Kondisi kelistrikan sebelum dilakukan tindakan manajemen energi

menunjukkan tingkat power quality yang masih rendah sekitar 0.83.

• Hasil simulasi etap kondisi awal yaitu :



• Perhitungan filter kapasitorBus PDTR-1.M

cos φ = 82 %

S = 1474 + j997

Untuk pemasangan kapasitor digunakan cos φ 90 %

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

Cos φ menjadi 91%

• Sehingga dari hasil perhitungan didapat :


• Hasil simulasi dari etap setelah pemasangan

kapasitor


Kesimpulan1. 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%.

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.

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

SEKIAN

dan


dan

TERIMA KASIH

JAWABAN PERTANYAAN

Struktur organisasi manajemen energi


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


• Berinisiatif pada teknologi hemat energi

• Mencari peluang penghematan

• Mempersiapkan perhitungan ekonomi

• Menginformasikan ke seluruh bagian

Hasil audit yang dilakukan


Kebutuhan energi kondisi awal


Usulan dari hasil audit yaitu :

• Pada sistem koridor dilakukan penggantian bola

lampu

• Pada sistem eskalator dan travelator dilakukan


• 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

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.

• Energi pakai saat kondisi awal

Chiller


• Energi terpakai saat perubahan jadwal penyalaan

Monitoring temperatur ruangan


Berdasarkan standar ACE

Sebelum dilakukan manajemen energi


Setelah dilakukan manajemen energi

BEP LAMPU


Hasil manajemen energi


• Grafik hasil manajemen energi


Tagihan listrik bulan Juni 2012


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)

Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di … · Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di...

Documents

Transcript of Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di … · Optimasi dan Manajemen Energi Kelistrikan Di...