Mungkinkah Laboratorium PLTMH Milik UBH Akan Terwujud ?

http://harianhaluan.com/news/detail/55285/mahasiswa-ubh-ciptakan-alat-kontrol-pltmh

Sebuah peluang emas terbuka bagi Universitas Bung Hatta memiliki Laboratorium PLTMH melalui Bantuan Dana Riset Inovatif-Produktif (RISPRO) Komersial dari Lembaga Pengelola Dana Pendidikan (LPDP). Dana dengan budget 2 milyar tersebut sangat berpotensi diraih, mengingat Sumatera Barat memiliki  potensi air yang melimpah yang bisa dijadikan sebagai  Pembangkit Listrik Tenaga Air. LPPM Universitas Bung Hatta akan bekerjasama dengan dinas ESDM Propinsi Sumatera Barat dan CV. Prowater akan mengusulkan proposal tahun ini dengan judul “ PENGEMBANGAN SISTEM KONTROL PLTMH (PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO) DALAM RANGKA MENINGKATKAN LIFE TIME DAN KUALITAS PEMBANGKITAN MENUJU GRID SYSTEM”. Untuk implementasi dipilih di daerah Limau Manis atau Sungai Bangek Kota Padang yang memiliki banyak titik potensi air yang cukup membangkitkan daya sekitar 50kW-1MW. Program yang ditawarkan selama 3 tahun cukup untuk merelalisasikan sebuah Laboratorium Lapangan. Diharapkan laboraorium tersebut dapat dimanfaatkan oleh Perguruan Tinggi, masyarakat terkait, instansi pemerintah/ swasta untuk berlatih sebagai operator maupun penelitian. Program dibagi menjadi 3 tahapan. 

Tahun I : menentukan lokasi, feseability study, DED, merancang  governor, guide vane dan turbin

Tahap II    : merealisasikan bangunan sipil, install peralatan, pengujian

Tahap III   : merealisaikan sistem hingga menjadi sebuah laboratoium

JUDUL RISET

PENGEMBANGAN SISTEM KONTROL PLTMH (PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO) DALAM RANGKA MENINGKATKAN LIFE TIME DAN KUALITAS PEMBANGKITAN MENUJU GRID SYSTEM

ABSTRAK

Sumatera Barat memiliki potensi air yang melimpah untuk dijadikan Pusat Listrik Tenaga Energi Baru dan Terbarukan (PLT-EBT) dalam skala besar, menengah dan kecil. Pemanfaatan air sebagai pembangkit listrik skala kecil, disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) banyak diterapkan pada daerah terpencil. Sebagai alat kontrol beban pada umumnya menggunakan Electric Load Control (ELC). Prinsip kerja ELC yaitu menyalurkan energi pembangkitan ke dummy load berupa ballast ketika terjadi fluktuasi beban konsumen agar frekuensi dan tegangan dapat dipertahankan. Metode tersebut menyebabkan generator dan turbin selalu bekerja pada beban maksimum, sehingga dapat berpengaruh pada kualitas pembangkitan dan life time turbin serta tidak dapat digunakan untuk sistem terinterkoneksi (grid system). Metode pengendalian beban pada pembangkit berskala besar dan menengah pada umumnya tidak menggunakan ELC akan tetapi menggunakan governor. Prinsip governor adalah mengatur daya mekanik melalui pengaturan debet air ke turbin melalui pengaturan guide vane. Berpedoman pada prinsip tersebut, maka dikembangkan governor sebagai pengontrol beban PLTMH. Teknik ini dapat memperoleh dua keuntungan yaitu turbin dan generator tidak selalu dibebani maksimal sehingga usia pakai meningkat, dan pada saat beban konsumen rendah energi tidak terbuang begitu saja sehingga dapat dimanfaatkan untuk keperluan lain atau masuk ke grid system PLN. Alat ini dikembangkan menggunakan microcontroller arduino dengan menerapkan algoritma Hybrid PID-ANFIS (Proportional Integral Derivative- Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS). Dengan demikan akan tercipta suatu sistem pengontrolan beban PLTMH yang baru. Untuk itu dilakukan perancangan model sistem pengontrolan beban PLTMH melalui simulasi MATLAB, pemilihan komponen, perancangan guide vane turbin, perancangan hardware dan software governor, pengujian laboratorium/benkel dan pengujian ke lapangan. Hasil riset ini diharapkan dapat dikembangkan guna meningkatkan kinerja PLTMH dan mendukung sistem interkoneksi antar PLTMH atau ke grid system PLN.

Kata Kunci : PLTMH, Governor, Kontrol Beban dan  Kinerja

BAB I  PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi listrik di Indonesia 5 tahun terakhir terus mengalami peningkatan dengan pertumbuhan rata-rata 8,7% per tahun dan rasio elektrifikasi meningkat dari 66,2% menjadi 84% (RUPTL, 2014-2024). Oleh karena pemerintah mencanangkan proyek 35.000 MW dengan memperioritaskan pengembangan Pembangkit Listrik Tenaga Energi Baru Terbarukan (PLT-EBT), yang salah satu diantaranya adalah Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH).

Pembangunan PLTMH di Indonesia sudah dimulai sejak dikeluarkan Kepmen ESDM No.: 1122K/30/M tanggal 12 Juni 2002 tentang Pedoman Pengusahaan Pembangkit Tenaga Listrik Skala Kecil Tersebar. Keputusan tersebut disempurnakan dengan Permen ESDM No. 12 tahun 2014 dan No.19 tahun 2015 tentang Pembelian Tenaga Listrik dari Pembangkit Listrik Tenaga Air oleh PT PLN Persero. Hal tersebut mendorong pihak swasta (IPP) ikut mengembangkan potensi air yang ada menjadi PLTA, PLTM dan PLTMH, karena energi listrik yang dibangkitkan akan dibeli oleh PT PLN Persero dengan harga yang menjanjikan (Permen ESDM, 2015). 

Meskipun demikian, masih terdapat kelompok masyarakat yang belum mendapat aliran listrik PLN, terutama di daerah terpencil. Pemda setempat mengambil kebijakan membangun Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang jenisnya sesuai dengan potensi yang tersedia. Propinsi Sumatera Barat kaya dengan potensi air, sehingga banyak dibangun PLTMH yang sumber dana berasal dari Pemda, APBN, PNPM dan hibah luar negeri. Sebagai alat kontrol beban pada umumnya menggunakan Electric Load Control (ELC). Prinsip kerja ELC yaitu menyalurkan energi pembangkitan ke dummy load berupa ballast ketika terjadi fluktuasi beban konsumen agar frekuensi dan tegangan dapat dipertahankan. Metode tersebut menyebabkan generator dan turbin selalu bekerja pada beban maksimum, sehingga mengurangi kualitas pembangkitan dan life time PLTMH serta tidak dapat digunakan pada sistem terinterkoneksi (grid system). Di beberapa wilayah PLTMH yang sekarang sudah dialiri listrik PLN menyebabkan PLTMH yang ada tidak terurus bahkan tidak beroperasi sama sekali (Survey, 2016). Sementara itu, pemerintah membuka peluang untuk membeli listrik yang dihasilkan PLTMH dengan standar kualitas yang dikeluarkan oleh PT. PLN (Persero) melalui Keputusan Direksi No. 0357.K/DIR/2014, tanggal 22 Juli 2014 dalam buku pedoman penyambungan Pusat Listrik Energi Baru dan Terbarukan (PLT-EBT) ke sistem dstribusi PLN. Pedoman tersebut mejadi acuan oleh PLN dan pengembang PLT-EBT dalam penanda tanganan Perjanjian  Jual Beli Tenaga Listrik (PjBL) (PLN, 2014). Oleh karena itu diperlukan peralatan kontrol beban PLTMH yang baik yaitu governor, sehingga kualitas dan kontinuitas pembangkitan sesuai standar.

1.2 Rasional dan Perumusan Masalah

Metode pengendalian beban pada PLTA (besar) dan PLTM (menengah) tidak menggunakan ELC, akan tetapi menggunakan governor. Prinsipnya, mengatur daya mekanik melalui pengaturan debet air ke turbin melalui pengaturan guide vane. Governor untuk PLTMH belum ditemukan dipasaran, sehingga sangat perlu dikembangkan governor untuk PLTMH. Keuntungannya adalah turbin dan generator tidak selalu dibebani maksimal sehingga usia pakai meningkat, dan pada saat beban konsumen rendah energi tidak terbuang begitu saja sehingga dapat dimanfaatkan untuk keperluan lain atau masuk ke grid system PLN. Oleh karena itu, riset ini akan membahas bagaimana menciptakan governor PLTMH. Hasil ciptaan tersebut diimplementasikan pada PLTMH yang dibangun sendiri dan dirancang sekaligus untuk Laboraorium Lapangan, sehingga dapat dimanfaatkan untuk melalkukan Riset, Pelatihan PLTMH dan wisata.

1.3 Rekam Jejak Hasil Riset

Kelompok periset sudah memulai riset tentang teknologi kontrol dan energi terbarukan semenjak tahun 2006 yang sumber dananya berasal dari LPPM Universitas Bung Hatta dan Dikti. Teknik kontrol PID, Fuzzy, ANFIS dan Hybrid PID-ANFIS sudah diterapkan pada kontrol kecepatan mesin listrik. Untuk tahun 2016 sedang berjalan riset evaluasi PLTMH yang ada di Solok Selatan. Sedangkan Mitra yakni Dinas ESDM Propinsi Sumatera Barat sudah membangun banyak PLTMH dan CV. Prowater merupakan perusahaan yang sudah memproduksi turbin dan komponen PLTMH lebih dari 100 unit yang tersebar di Wilayah Sumatera Barat. 

1.4 Tujuan Khusus

1. Merancang dan membuat governor PLTMH yang kompatibel dengan potensi air yang ada;
2. Menghasilkan governor PLTMH yang akan diterapkan dilapangan sesuai dengan potensi air yang ada.
3. Membuat Laboratorium Lapangan

1.5 Urgensi Riset

Salah satu usaha dalam meningkatkan kualitas dan kontinuitas pembangkitan PLTMH adalah memperbaiki sistem kontrol PLTMH, yang selama ini proses pengontrolannya tidak pada sisi input (debet air) tetapi pada sisi elektrik (menggunakan dummy load). Metode ini memaksa PLTMH selalu beroperasi dalam beban penuh. Berdasarkan survei yang dilakukan di beberapa PLTMH yang ada di Sumatera Barat, khususnya kecamatan KPGD Kabupaten Solok Selatan dan beberapa PLTMH lainnya, sistem pengontrolan PLTMH menggunakan ELC. Hal tersebut perlu menjadi perhatian khusus karena setiap saat PLTMH bekerja maksimum. Dikhawatirkan PLTMH-PLTMH ini akan mengalami nasib yang sama dengan 87% PLTMH lain yang ada di Sumatera Barat, yakni tidak dapat beroperasi secara efektif dan tepat guna dibawah usia 2 tahun. 

Selanjutnya, dengan adanya Permen ESDM No. 12 tahun 2014 dan No. 19 tahun 2015 tentang kewajiban PLN agar membeli energi listrik yang dihasilkan swasta, maka diperlukan sistem kontrol yang dapat menghasilkan kualitas listrik sesuai standar PLN, sehingga kelebihan energi yang dihasilkan PLTMH bisa dijual ke PLN. Oleh karena itu pengembangan governor sebagai pengontrol beban PLTMH sangat perlu dilakukan. 

Disamping itu, pengembangan sistem kontrol PLTMH ini dapat memberi konstribusi nilai tambah bagi peningkatan efisiensi dan efektivitas produksi pada lembaga mitra (Dinas ESDM dan CV. Prowater) yang terkait dengan karakteristik produk yang  antara lain; 

a.  Keandalan

Sistem kontrol PLTMH yang direncakan menggunakan mikrokontroler Arduino sebagai media pengolah data. Dengan rancangan algoritma program yang efektif, alat ini  akan mampu mengolah data dan mengeluarkan sinyal kontrol secara cepat dan tepat. Penggunaan mikrokontroler menjadikan alat ini lebih fleksibel, parameter kontrol, metoda pengontrolan dan karakteristik mesin yang akan dikontrol dalam hal ini turbin dan generator dapat dilakukan dengan cepat melalui penyesuaian secara software tanpa perubahan hard ware. Sistem terintegrasi merupakan modal utama, dan dilengkapi dengan modul-modul pendukung dengan sistem plug and play sistem perawatan terhadap alat ini dapat dilakukan dengan mudah.

b.  Performansi Kerja

Penerapan teknik kendali Hybrid PID-ANFIS sebagai algoritma pengambil keputusan, akan mampu mengatasi persoalan ketidaklinieran sistem, karena PLTMH dan beban bukan merupakan plant linier. Penentuan domain dan fungsi keanggotaan variabel masukan dan keluaran lebih mudah dibandingkan dengan metoda konvensional seperti PID dan Fuzzy logic. Sistem ANFIS juga memberi kemudahan terhadap penyesuaian parameter dan karakteristik PLTMH. Pengaturan parameter dilakukan secara soft ware sehingga alat kontrol dapat digunakan pada PLTMH dengan cakupan daerah kerja yang luas.

c.  Pertimbangan Harga/Keuntungan.

Komponen utama alat smart control PLTMH ini diperkirakan lebih dari 75% merupakan produk lokal, sehingga dapat diproduksi dengan harga kompetitif dan secara tidak langsung juga akan memberikan konstribusi pada bidang lain. 

Hasil penelitian ini diharapkan dapat menggantikan ELC dan diproduksi sesuai kapasitas pembangkit yang ada dengan harga dibawah ELC.

1.6 Luaran Yang Akan Diperoleh

Penelitian ini direncanakan berlangsung 3 tahun, dengan luaran yang akan diperoleh sbb; 

1. Governor sebagai kontrol beban PLTMH

2. PLTMH yang sudah menggunakan governor

3. Laboratorium Lapangan sekaligus tempat wisata