## Simulasi dan Analisis Sistem Pembangkit Hibrida Mikrohidro/Diesel

## Kho Hie Khwee
Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura e-mail: khohiekhwee@yahoo.com
Abstract–  Kawasan  pedesaan  di  Kalimantan  barat memiliki  potensi  debit  air  yang  cukup  layak  untuk dimanfaatkan  bagi  pembangkitan  energi  listrik.  Namun pada  umumnya  masyarakat  di  daerah  tersebut  masih sangat tergantung kepada pembangkit generator diesel. Mahalnya harga  energi listrik per  kWh yang dihasilkan oleh  generator  diesel  disebabkan  oleh  tingginya  biaya bahan  bakar  minyak  bumi.  Salah  satu  pemecahan masalah adalah dengan memanfaatkan turbin mikrohidro  untuk  membantu  generator  diesel  dengan membentuk  sistem  hibrida  mikrohidro/diesel.  Sistem hibrida selain mengurangi pemakaian bahan bakar oleh generator  diesel  juga  menurunkan  harga  energi  listrik per  kWh  serta  mengurangi  pencemaran  udara  akibat emisi CO 2 yang dihasilkan oleh generator diesel.
Keywords– Generator  diesel,  hibrida,  HOMER, mikrohidro

## 1. Pendahuluan
Di  Indonesia,  terutama  Kalimantan  Barat,  banyak kawasan  pedesaan  yang  jauh  dari  jangkauan  jaringan listrik.  Kawasan  ini  pada  umumnya  menggunakan generator diesel untuk mendapatkan energi listrik.
Dengan meningkatnya harga minyak bumi dan lokasi yang  sangat  jauh,  menyebabkan  biaya  bahan  bakar untuk generator diesel sangat mahal. Sehingga harga per kWh  energi  listrik  yang  dibangkitkan  belum  dapat bersaing  dengan  pembangkit  berbahan  bakar  minyak bumi [1, 2].
Kawasan  pedesaan  terpencil  di  Kalimantan  Barat banyak  tersedia  sumber  energi  baru  terbarukan  (EBT) berupa  potensi  tenaga  air  yang  cukup  untuk  menjadi pembangkit listrik tenaga  mikrohidro, walaupun  dengan kapasitas kecil.
Beberapa  penelitian  [3-7]  melaporkan  bahwa pemanfaatan  sumber  EBT  lokal  sangat  layak  untuk kawasan  yang  jauh  dari  jaringan  listrik.  Potensi  energi mikrohidro,  meskipun  kecil  akan  dapat  memberikan manfaat yang bernilai untuk pembangkitan tenaga listrik [8].
Untuk  memenuhi  kebutuhan  listrik  masyarakat  di kawasan  terpencil,  penggabungkan  sumber  energi mikrohidro  dengan  generator  diesel  dapat  mengurangi atau  mengeliminasi  ketergantungan  terhadap  bahan bakar minyak bumi.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  melakukan  simulasi dan perhitungan pembangkit listrik hibrida mikrohidro/diesel  pada  kawasan  Meragun,  kabupaten
Sekadau,  Kalimantaan  Barat  (lihat  gambar  1).  Hasil- hasil  kajian  berupa  harga  energi  per  kWh  dan pengurangan  emisi  CO 2 dari  sistem  ini  apabila dibandingkan  dengan  pembangkit  dengan  generator diesel.  Perangkat  lunak  NREL-HOMER  [9]  digunakan sebagai  alat  bantu  untuk  membuat  model  sistem pembangkit listrik hibrida mikrohidro/diesel.

## Gambar 1. Peta Meragun, Kalimantan Barat

## 2. Model Sistem Hibrida Mikrihidro/Diesel
Sistem  pembangkit  hibrida  mikrohidro/diesel  terdiri dari turbin mikrohidro dan generator diesel, seperti pada gambar  2.  Kedua  sumber  listrik  dihubungkan  pada  bus AC untuk mencatu beban AC.

## Gambar 2. Model Sistem Hibrida Mikrohidro/Diesel

## 2.1. Data Beban
Data  beban  harian  untuk  lokasi  menggunakan  data seperti  pada  gambar  3,  di  mana  beban  puncak  terjadi pada waktu antara jam 18.00-20.00.

## Gambar 3. Data Beban Harian
Beban  puncak  dalam  satu  tahun  adalah  sebesar  6,2 kW  dan  kebutuhan  energi  listrik  rata-rata  sebesar  55 kWh/hari.  Data  beban  rata-rata  bulanan  ditunjukkan dalam gambar 4.

## Gambar 4. Data Beban Rata-Rata Bulanan

## 2.2. Data Debit Air
Debit  air  rata-rata  per  bulan  di  lokasi  adalah  seperti ditunjukkan pada gambar 5.

## Gambar 5. Data Debit Air Rata-Rata Per Bulan
Debit  air  tertinggi  terjadi  pada  bulan-bulan  musim hujan  (November,  Desember  dan  Januari).  Sedangkan pada  musim  kemarau  (Juni,  Juli  dan  Agustus)  debit  air di lokasi menjadi lebih rendah. Debit air rata-rata dalam satu tahun adalah sebesar 29,1 L/detik.

## 2.3. Generator Diesel
Generator  diesel  yang  digunakan  memiliki  karakteristik kurva  efisiensi  seperti  pada  gambar  6.  Kurva  efisiensi meunjukkan  bahwa  generator  diesel  dapat  beroperasi dengan  efisiensi  yang  tinggi  apabila  dibebani  di  atas 40%.
Pada  pembebanan di  bawah  40% efisiensi  generator diesel  berkurang  berdasarkan  karakteristik  kurva tersebut.
Gambar 6. Kurva Efisiensi Generator Diesel
3. Perhitungan Daya Listrik
3.1. Daya Output Mikrohidro
Daya  output turbin mikrohidro dihitung berdasarkan persamaan:
= . . gh (1) P mh = daya output turbin mikrohidro (kW)
 mh = efisiensi turbin mikrohidro (%)
Ρ air = rapat jenis air (1000 kg/m 3 ) g = percepatan gravitasi bumi (9.81 m/s 2 ) h = ketinggian efektif (m)
Q  = debit aliran air yang masuk ke turbin (m 3 /s]

## 3.2. Daya Output Generator Diesel
Daya  output  generator  diesel  dihitung  berdasarkan persamaan: = . . (2) P gen = daya output generator diesel (kW)
F = tingkat konsumsi bahan bakar (L/jam)
F 0 = koefisien intercept (L/jam/kW rated ) F 1 = koefisien slope (L/jam/kW) Y gen = Kapasitas generator diesel (kW)
Pada  saat  generator  diesel  tidak  beroperasi,  maka nilai tingkat konsumsi bahan bakar adalah F = 0. Dalam penelitian ini,  nilai-nilai parameter F 0 = 0,01609 dan F 1 = 0,2486.

## 4. Biaya Komponen Sistem
Biaya  komponen  sistem  hibrida  mikrohidro/diesel ditunjukkan  pada  tabel  1.  Setiap  komponen  (turbin mikrohidro  dan  generator  diesel)  terdiri  dari  biaya modal,  biaya  pengganti  dan  biaya  operasional  dan pemeliharaan (O&M).
Biaya  pengganti  turbin  mikrohidro  dianggap  tidak ada  karena  usia  turbin  mikrohidro  pada  umumnya mencapai 30 tahun, sedangkan usia proyek diasumsikan 25  tahun.  Untuk  biaya  O&M  generator  diesel  dianggap sudah  dihitung  dalam  biaya  pemakaian  bahan  bakar selama beroperasi.
Tabel 1. Biaya Komponen Sistem Biaya Turbin Mikrohidro Generator Diesel Modal USD 750 USD 100/kW Pengganti 0 USD 75/kW O&M 0 0

## 5. Hasil dan Bahasan
Turbin  mikrohidro  dianggap  memiliki  usia  pakai selama  30  tahun,  sedangkan  generator  diesel  memiliki batas  usia  beroperasi  selama  15.000  jam.  Harga  bahan bakar solar dianggap sebesar USD 0,90/L.
Dengan  asumsi  tingkat  suku  bunga  riil  di  Indonesia 3%  dan  usia  proyek  beroperasi  selama  25  tahun,  maka total biaya (NPC) proyek pembangkit hibrida mikrohidro/diesel  adalah  sebesar  USD  56.083,  dengan rincian biaya komponen seperti pada gambar 7.

## Gambar 7. Biaya Komponen Sistem Hibrida Mikrohidro/Diesel
Biaya  total  generator  diesel  merupakan  biaya terbesar  pada  sistem  hibrida  mikrohidro/diesel.  Namun apabila  generator  diesel  tidak  dibantu  oleh  turbin mikrohidro maka biaya total pembangkitan energi listrik menjadi  lebih  besar  lagi,  yaitu  USD  127.203  seperti pada gambar 8.
Dari  hasil  simulasi,  harga  energi  listrik  per  kWh untuk  system  hibrida  mikrohidro/diesel  adalah  USD 0,161/kWh.  Harga  ini  lebih  rendah  daripada  harga energi  yang  dihasilkan  oleh  generator  diesel  tanpa bantuan  turbin  mikrohidro,  yaitu  sebesar  USD 0,365/kWh.
Tingginya  harga  energi  listrik  yang  dihasilkan  oleh generator diesel  disebabkan oleh  mahalnya  biaya  bahan bakar  yang  digunakan  untuk  pembangkitan  energi listrik.
Gambar 8.  Biaya Komponen Sistem Generator Diesel
Dengan  potensi  debit  air  yang  tersedia  di  lokasi, maka  pemanfaatan turbin  mikrohidro dapat  mengurangi pengoperasian  generator  diesel.  Pada  gambar  9 ditunjukkan pembagian pembangkitan energi listrik oleh turbin  mikrohidro  dan  generator  diesel  dalam  sistem hibrida  mikrohidro/diesel  untuk  memenuhi  kebutuhan listrik.

## Gambar 9.  Daya Listrik Sistem Hibrida Mikrohidro/Diesel
Pada  sistem  hibrida  mikrohidro/diesel  (lihat  gambar 9),  turbin  mikrohidro  menyumbangkan  energi  listrik sebesar  73%  dari  total  listrik  yang  dibangkitkan, sedangkan  sisanya  sebesar  27%  dari  generator  diesel. Daya  listrik  yang  dihasilkan  oleh  turbin  mikrohidro ditunjukkan pada gambar 10.
Gambar 10.  Daya Listrik Turbin Mikrohidro
Total kemampuan produksi listrik oleh turbin mikrohidro  adalah  sebesar  18.653  kWh/tahun.  Karena beban  kebutuhan  listrik  yang  harus  dipenuhi  adalah sebesar  20.000  kWh/tahun,  maka  kekurangan  energi listrik tersebut dipenuhi oleh generator diesel.
Selain  mengurangi  penggunaan  bahan  bakar  minyak bumi, sistem hibrida mikrohidro/diesel juga mengurangi emisi CO 2 dari 15.507 kg/tahun menjadi 5.813 kg/tahun. Perbandingan besar polutan yang dihasilkan oleh system mikrohidro/diesel dan diesel seperti pada tabel 2.

## Tabel 2. Emisi Berbagai Polutan
Polutan Emisi (kg/tahun) Mikrohidro/Diesel Diesel Carbon dioxide 5.813 15.507 Carbon monoxide 14,30 38,30 Unburned hydrocarbons 1,59 4,24 Particulate matter 1,08 2,89 Sulfur dioxide 11,70 31,10 Nitrogen oxides 128,00 342,00

## 6. Kesimpulan
Pemanfaatan  potensi  energi  air  di  daerah  terpencil, dapat mengurangi  ketergantungan terhadap  bahan  bakar minyak  bumi  dalam  pembangkitan  energi  listrik. Pembangkit  listrik  mikrohidro  merupakan  salah  satu pemanfaatan  potensi  air  yang  tersedia  dan  dapat digunakan  untuk  membantu  generator  diesel.  Selain mengurangi  penggunaan  bahan  bakar  minyak  bumi, turbin  mikrihidro  juga  menurunkan  biaya  total pembangkitan  listrik  serta  pencemaran  udara  akibat emisi  CO 2 .  Oleh  karena  itu  penggabungan  turbin mikrohidro  dengan  generator  diesel  untuk  membentuk sistem  hibrida  mikrohidro/diesel  sangat  disarankan  di daerah-daerah  terpencil  yang  memiliki  potensi  debit  air yang cukup layak.

## Referensi
[1].  N.W.A.  Lidula,  N.  Mithulananthan,  W.  Ongsakul,  C. Widjaya,    R.  Henson,”ASEAN  towards  clean  and sustainable  energy:  Potentials,  Utilization  and  Barriers”, Renewable Energy, vol. 32, no.9, hal. 1441–1452, 2007.
[2]. Y.  Kussuryani,  Walujanto,”  Action  plan  for  R&D activities at research and development center for electricity and  new  renewable  energy  for  answering  strategic  issues and  achieving  key  performance  year  2010-2014”,  M&E, vol. 8, no. 1, hal. 65-68, 2010
[3].  A.B.  Kanase-Patil,  R.P.  Saini,  M.P.  Sharma,”Integrated renewable energy systems for off-grid rural electrification of  remote  area”,  Renewable  Energy,  vol  35,  hal.  1342- 1349, 2010.
[4].  Rajoriya,  E.  Fernandez,”Sustainable  energy  generation using  hybrid  energy  system  for  remote  hilly  rural  area  in India”,  International  Journal  of  Sustainable  Engineering, hal. 1-9, 2010.
[5]. A. Gupta, R.P. Saini, M.P. Sharma,”Steady-state modeling of  hybrid  energy  system  for  off  grid  electrification  of cluster of  villages”, Renewable  Energy, vol.  35, hal. 520- 535, 2010.
[6]  A.  A.  Setiawan,  Y.  Zhao,  dan  C.  V.  Nayar,  “Design, economic  analysis  and  environmental  considerations  of mini-grid  hybrid  power  system  with  reverse  osmosis desalination  plant  for  remote  areas”,  Renewable  Energy, vol. 34,  hal. 374-383, 2009.
[7]  A.K.  Akella,  M.P.  Sharma,  R.P.  Saini,  “Optimum utilization of  renewable  energy sources in a remote area”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol.  11, hal. 894-908, 2007.
[8]  J.  Kenfack,  F.  P.  Neirac,  T.  T.  Tatietse,  D.  Mayer,  M. Fogue,  A.  Lejeune,  “Micro  hydro-PV-hybrid  system: Sizing  a  small  hydro-PVhybrid  system  for  rural electrification  in  developing  countries”,  Renewable Energy, vol. 34, hal. 2259-2263, 2009.
[9]  NREL,  Getting  Started  Guide  for  HOMER  version  2.1: National Renewable Energy Laboratory, 2005.