all about electricity (indonesia)

Posts tagged ‘pembangkit listrik’

Gedung Miring, BPP, Persamaan Linear dan Kumon

apr2015 feb2015 jan2015 jun2015 mar2015 mei2015

Setelah lebaran kami kedatangan tamu dari GM (Gedung Miring), kantor PLN P3B Jawa Bali di Gandul Cinere Jakarta yang legendaris itu, yaitu Bapak Edwin Nugraha Putra, Manajer Bidang Operasi Sistem Jawa Bali. Beliau datang memberi kuliah umum mengenai update posisi perusahaan dalam Sistem Tenaga Listrik Jawa Bali (SJB). Paparan dari beliau menyegarkan kembali ingatan saya mengenai aplikasi penerapan ilmu analisis tenaga listrik dalam kondisi nyata di lapangan. Anda dapat mengakses Majalah Gedung Miring untuk mendapatkan update informasi SJB.

Salah satu topik yang dibahas beliau adalah topik economic dispatch, bagaimana operator sistem melakukan optimasi penghematan biaya operasi sistem. Seperti uraian dalam artikel saya terdahulu, operator sistem dibantu aplikasi untuk melakukan economic dispatch ini. Saat ini P3B JB memakai aplikasi jROS: joint Resource Optimization and Scheduler dengan metode optimasi menggunakan MILP (Mix Integer Linear Programing). Optimasi ini penting karena disini lah peluang PLN melakukan efisiensi biaya operasi dalam orde puluhan milyar Rupiah per hari.

Salah satu teknik optimasi yang dijelaskan adalah mengenai mekanisme cara pemilihan unit pembangkit yang dibutuhkan untuk menambah pasokan daya ke SJB.

Dengan memodelkan kurva biaya operasi pembangkit listrik ke dalam persamaan linear:

\bold{y = mx + b}

atau

\bold{y = ax + b}

operator sistem dapat mengoptimasi biaya operasi dengan cara memilih pembangkit yang didispatch dengan komposisi pembebanan yang pas.

Variabel persamaan di atas adalah:

y = biaya operasi pembangkit listrik(Rp/jam)
a = incremental cost (Rp/kwh)
x = pembebanan pembangkit listrik(kW)
b = biaya operasi pembangkit listrik pada saat beban nol

P3B memperoleh kurva biaya operasi unit-unit pembangkit SJB dengan cara melakukan pengukuran heat rate pembangkit listrik pada beberapa titik pembebanan misal pada beban 25%, 50%, 75%, 100% dan informasi bahan bakar (nilai kalor dan harga). Heat rate (dalam kcal/kWh) menunjukkan seberapa efisien sebuah mesin pembangkit menghasilkan listrik (kWh) dari input bahan bakarnya (kcal). Sedang informasi bahan bakar akan membentuk Biaya Pokok Produksi (BPP) yang dirumuskan:

\bold{BPP = heat\:rate \times \displaystyle \frac{harga\:bahan\:bakar}{nilai\:kalor\:bahan\:bakar}}

jika dilihat satuannya, maka persamaan ini dapat ditulis:

\bold{BPP = \displaystyle \frac{kcal}{kWh} \times \displaystyle \frac{\displaystyle\frac{Rp}{kg}}{\displaystyle\frac{kcal}{kg}} = \frac{Rp}{kWh}}

atau kita sebut sebagai incremental cost dalam persamaan linear di atas.

Dari persamaan ini, jika SJB membutuhkan penambahan beban maka operator sistem akan memilih pembangkit listrik yang memiliki incremental cost terkecil. Atau dengan kata lain, gradien persamaan linear (a atau m) yang menjadi penentu pemilihan tersebut, bukan kurva atau biaya operasi itu sendiri.

Misal kita akan memilih salah satu dari 2 pembangkit listrik, unit 007 dan unit 008, yang masing-masing telah berbeban 50 MW, yang salah satunya akan ditambah bebannya menjadi 100 MW, dengan masing-masing kurva biaya operasinya:

Unit 007:

  • y = 400 x + 5.000.000

Unit 008:

  • y = 300 x + 20.000.000

ilustrasi kurva biaya operasi pembangkit listrik

Sekilas jika kita bandingkan kurva biaya operasinya, unit 007 memiliki biaya operasi yang lebih murah di semua titik pembebanan dibandingkan unit 008. Namun demikian gradien atau incremental cost unit 008 lebih landai daripada unit 007, sehingga operator sistem akan memilih menaikkan beban unit 008 dari 50 MW menjadi 100 MW terlebih dahulu jika sistem membutuhkan.

Biaya operasi untuk keperluan optimasi disini hanya memperhitungkan komponen bahan bakar, sedangkan biaya produksi yang sesungguhnya meliputi biaya pengembalian investasi, biaya tetap, biaya variabel lain non bahan bakar yang penjelasannya bisa dibaca disini.

Tentu saja ilustrasi ini hanya satu di antara beberapa hal yang dijadikan pertimbangan oleh operator sistem dalam melakukan manuver pembebanan. Jika diurutkan, security (stabilitas sistem) tetap menjadi prioritas pertama, kemudian reliability (keandalan), baru kemudian pertimbangan ekonomi (economic dispatch) dalam pengoperasian SJB.

Berbicara persamaan linear, sebetulnya sudah tidak asing lagi bagi kita, karena tekniknya telah kita pelajari sejak kecil (kalau saya sejak SMP). Anak saya yang belajar matematika di Kumon telah mempelajari teknik bagaimana membuat persamaan linear (garis) jika diketahui 2 buah titik koordinat (x,y). Akan tetapi, interpretasi dan penggunaan teknik persamaan linear ini kadang tidak dimengerti jika kita tidak mengajarkan dengan memberikan contoh-contoh problem nyata. Tantangan bagi orang tua, pendidik, pengajar adalah bagaimana memberi motivasi dan meyakinkan anak-anak kita bahwa matematika yang dipelajarinya saat ini kelak akan bermanfaat, terutama jika ingin jadi insinyur 🙂

kumon persamaan linear

PLTG CNG, Solusi Baru untuk Memperbaiki Keandalan SJB

DPR menyetujui kenaikan TDL 15%  di tahun 2013. Seperti biasa, saat pembahasan dengan pemerintah, selalu dibarengi dengan isu inefisiensi di tubuh PLN, dan hampir selalu isu BBM menjadi tokoh sentralnya. Dan isu BBM ini ada benarnya, karena BBM masih memakan 43% atau Rp 49 T dari Rp 112 T biaya energi di tahun 2013, sementara subsidi untuk PLN sendiri hanya Rp 78 T.

Sumber: Gatra 20-26 September 2012

Masyarakat awam tentu bertanya, kok bisa porsi BBM masih besar, bukan kah beberapa tahun yang lalu diumumkan proyek besar PPDE 10000 MW yang mayoritas berbahan bakar batubara? Sedikit flashback, proyek crash program PPDE 10000 MW dilatarbelakangi defisit suplai listrik terutama di SJB akibat mandeknya proyek-proyek pembangkit listrik pasca krismon 1998. Sebelum masuk ke topik ini dan solusi yang saat ini sedang dikerjakan, ada isu lain yang terkait.

Isu tersebut adalah isu kecukupan pasokan daya di Sistem Jawa Bali yang 3-4 tahun yang lalu memuncak. Kini isu itu telah berlalu sejak mulai banyak masuknya pembangkit-pembangkit listrik PPDE 10000 MW. Apakah persoalan di SJB selesai sampai disini? Ternyata tidak, masih ada hal-hal yang membuat SJB tidak sepenuhnya bagus, dari sisi keandalan dan kualitas. Tahun-tahun terakhir ini kualitas frekuensi SJB cenderung bergejolak. Jika anda melihat dari trend monitoring frekuensi SJB, ekskursi frekuensi yang liar kadang terjadi dan fluktuasinya dari titik 50 Hz tidak terlalu mulus dibanding kondisi 10 tahun yang lalu misalnya.

 

Ekskursi frekuensi 25 September 2012

Upaya-upaya yang dilakukan oleh P3B JB sebagai operator sistem sebenarnya sudah maksimal untuk mempertahankan keandalan, kualitas dan keekonomian SJB. Salah satu langkah memperbaikinya dari sisi keandalan adalah terus berusaha mengaktifkan kembali fasilitas regulasi primer, governor free,   maupun regulasi sekunder, LFC, sebagai partisipasi unit-unit pembangkit pada SJB. Namun demikian, upaya ini masih belum memadai. Penyebab utamanya adalah berkurangnya proporsi pembangkit-pembangkit yang melayani segmentasi peaking load dan load follower. Hal ini merupakan konsekuensi dari tidak dioperasikannya semaksimal mungkin pembangkit-pembangkit ini yang melayani segmen ini, yang mayoritas berbahan bakar minyak (BBM).

Dahulu PLTG dan PLTGU minyak merupakan andalan SJB untuk menjaga kestabilan frekuensi, karena pembangkit jenis inilah yang bisa menaik dan menurunkan beban dengan ramping rate cepat. Fungsi ini juga bisa dilakukan oleh PLTA waduk, namun kita mengetahui kapasitas PLTA semakin menurun, karena laju sedimentasi waduk yang lebih cepat dari perkiraan semula misalnya, disamping variasi musim hujan dan kemarau juga berpengaruh.

Operator sistem berjuang keras menstabilkan sistem terutama pada waktu-waktu kritis jam 16.00 sampai 18.00 dimana ramp-nya mencapai 2000~3000 MW / jam.

 

Ilustrasi ramping rate demand yang ekstrim

Walaupun pembangkit-pembangkit baseload PLTU-PLTU batubara berusaha dijadikan load follower, namun hasilnya tidak optimal. Contohnya, saat ini pada malam/dini hari PLTU seperti Tanjung Jati, Suralaya bebannya diset rendah dan ketika pagi hari mulai dinaikkan. Dengan cara ini ekskursi frekuensi tetap terjadi terutama jika ada gangguan meski hanya di salah satu komponen SJB (N-1). Kenapa kita peduli pada ekskursi frekuensi? Jika ekskursi ini melampaui batas, bisa terjadi under frequency relay (UFR) bekerja, dan skema load shedding (pengurangan beban) mungkin terjadi. Akibatnya, bisa terjadi, cadangan sistem normal / sangat cukup, namun ada daerah yang mengalami pemadaman.

 

7 Oktober 2012: Masyarakat membutuhkan saluran untuk komplain listrik

Jadi semacam paradoks, suplai berlebih tapi dari sisi konsumen ada yang masih merasakan pemadaman. Penyebab paradoks ini juga bisa disebabkan oleh gangguan di level distribusi / lokal, misal ada penghantar saluran udara yang short karena ranting pohon, atau jembatan trafo IBT (inter-bus transformer) yang tidak cukup / mengalami gangguan.

Apa yang dilakukan oleh pengelola SJB untuk mengatasi hal-hal ini? Salah satu yang sangat strategis adalah berusaha mengoperasikan kembali unit-unit pembangkit yang melayani segmen beban puncak (peak shaving unit). Bagaimana caranya? Kita tahu, subsidi BBM untuk listrik pada APBN terus berusaha ditekan, jadi mustahil memaksakan diri mengoperasikan kembali pembangkit yang menghasilkan 100 MW dengan meminum BBM sampai 100 ribu liter per 3 jam (meski dalam kondisi darurat hal ini tidak bisa dihindari, jika sampai terjadi black/brown out maka kerugian di sisi konsumen akan jauh lebih besar ketimbang subsidi yang dikeluarkan pemerintah).

Ide cemerlang yang akan segera direalisasikan di SJB adalah mensubstitusi BBM dengan bahan bakar gas. Kok bisa dibilang ide cemerlang? Bukan kah kita semua tahu BB Gas dari dulu juga jauh lebih murah daripada BBM?

Yang mungkin belum semua orang awam mengetahui adalah sifat natural penyaluran gas alam. PLTGU di luar negeri seperti di Jepang biasanya menggunakan bahan bakar gas dari gas alam cair (LNG), karena tidak mempunyai sumber /sumur gas di sekitarnya atau di dalam negeri. Karena gasnya disimpan dalam bentuk cair, maka pemanfaatannya dapat diatur, kapan pun dibutuhkan tinggal dialirkan, jadi mirip BBM yang disimpan di dalam tangki timbun. Nah, sumber gas untuk PLTGU-PLTGU di Indonesia tidak seperti itu. Sumber gasnya berasal dari gas pipa, gas yang dialirkan dari sumur / sumber gas melalui pipa gas.

 

Offshore platform

Dan yang perlu diketahui, sifat sumur gas sangat unik. Selain biasanya gas dipakai untuk lifting minyak (sumur gas dan minyak seringkali bercampur, jadi satu sumur bisa menghasilkan minyak dan gas sekaligus), gas ini juga hampir tidak bisa diatur besar kecil keluarannya. Sekali menyemburkan gas, maka harus dialirkan, jika tidak maka reservoirnya bisa rusak. Malahan ada kasus, karena keliru mengoperasikan, maka gasnya bercampur dengan air. Akibatnya, gas pipa aliran arusnya (flow rate) cenderung datar (flat). Manuver flow rate gas hanya terbatas pada memainkan tekanan (pressure) pada pipa yang panjang (line pack), yang biasanya sempit range-nya. Dan bisa diduga, karena bahan bakarnya konstan, maka produksi listrik dari pembangkit listriknya juga konstan.

Jadi PLTGU gas yang ada di Indonesia, suka tidak suka, bermain di segmen pasar beban dasar (base load) karena sifat alaminya tadi. Bagaimana jika SJB tidak menginginkan energi listrik dari PLTGU gas tadi?

 

Foto thermal Flare gas

Pilihannya ya itu tadi, tetap menerima listrik dari PLTGU gas dengan “mengalahkan” produksi listrik dari pembangkit lain, termasuk dari PLTU batubara yang seharusnya bermain di baseload, atau bisa juga membiarkan gas dari sumur gas dibakar (flare) ke udara bebas, namun gas yang dibakar ke udara tersebut tetap harus dibayar (Take or Pay). Gas alam harus dibakar jika dilepas ke udara, karena gas Metana adalah gas rumah kaca (green house gas) yang efek melubangi ozonnya jauh lebih parah daripada gas karbon dioksida hasil pembakaran. Ini juga menjadi alasan kenapa kontrak gas (PJBG/GSA) selalu mencantumkan klausul ToP, yaitu merupakan turunan dari sifat alami sumur gas yang diterjemahkan secara komersial.

Dari sini lah bisa dijelaskan, ide dasar subsitusi BBM dengan BBG pada Peak Shaver Unit sangat cemerlang. Ide ini mulai diidentifikasi dalam RUPTL PLN 2011-2020. Gas pipa yang sifat alaminya telah dijelaskan tadi, dirubah sifatnya dengan cara dijadikan compressed natural gas (CNG). Gas pipa, ditekan / dikompres menjadi bertekanan tinggi, disimpan dalam bejana (vessel), dan dilepas kembali pada saat dibutuhkan, pada Waktu Beban Puncak (WBP).

Jadi CNG ini mewarisi 2 sifat menguntungkan dari BBG dan BBM, dari gas alam mewarisi sifat harganya yang lebih murah dan lebih ramah lingkungan (beban emisi CO2, NOx lebih rendah), dari BBM mewarisi sifat fleksibilitasnya (bisa dimanfaatkan pada waktu tertentu). Meskipun proses kompresi CNG menimbulkan biaya, namun compressed fee ini dan harga BBG-nya masih jauh lebih murah dibandingkan BBM.

Bagaimana dengan alternatif lain untuk memenuhi beban puncak? PLTG CNG ini masih lebih baik dibanding misalnya PLTA Pump Storage (Upper Cisokan yang paling cepat akan beroperasi). Kita tahu investasi membangun PLTA apa pun relatif lebih besar dibanding membangun PLTG, dan waktu pembangunannya lama, bertahun-tahun (bandingkan dengan membangun PLTG, 1 tahun dapat berdiri). Apalagi jika PLTG-nya sudah ada, tinggal membangun CNG plant, maka solusi ini benar-benar dapat diandalkan delivery time-nya.

Bonus keuntungannya, beban PLTU-PLTU batubara diramalkan relatif akan lebih stabil (berkurang naik turunnya) sehingga secara tidak langsung akan meningkatkan keandalan PLTU-PLTU batubara (misal dari risiko bocornya pipa-pipa boiler karena thermal stress/fatigue). Secara keseluruhan, energy cost SJB akan turun untuk kondisi SJB dengan kualitas yang sama. Artinya, jika hendak dilakukan studi, maka perbandingan yang benar, apple to apple, adalah membandingkan energy cost di era pada saat PLTG minyak masih dijalankan (tahun 2011 ke bawah) dengan versus masa pada saat PLTG CNG pertama mulai beroperasi di SJB (diperkirakan mulai Q1 2013).

“Gas Turbines” from the Pro’s perspective

Sudah cukup lama saya tidak menulis disini. Kali ini saya bercerita tentang keikutsertaan saya dalam konferensi turbin gas tahun lalu di Singapura.

Gambar

Konferensi 5th Annual Gas Turbines ini diselenggarakan di Singapore 10-13 Mei 2011. Konferensi ini diselenggarakan oleh IBC Asia mengundang para pemakai, pabrikan, pemberi jasa perbaikan, konsultan, pemilik aset dan semua stakeholder yang terkait dengan Gas Turbine dari negara-negara di Asia dan Australia. Forum konferensi ini dapat dibilang sebagai forum independen yang menyuarakan aspirasi, pengalaman, ide-ide dalam pengelolaan turbin gas.

Maksud kehadiran saya disini adalah sebagai salah satu usaha untuk meningkatkan kemampuan dalam mengelola aset turbin gas di tempat saya bekerja.

Sebagai salah satu pembicara dalam konferensi ini, saya menyampaikan pengalaman pengoperasian dan pemeliharaan turbin gas M701D buatan MHI. Selain sebagai pembicara, juga dipercaya sebagai salah satu pengisi diskusi panel dan juru bicara kelompok diskusi. Salah satu topik yang hangat dibicarakan adalah tentang manajemen pengelolaan suku cadang utama turbin gas, terutama pengalaman sebagai end user turbin gas yang telah berpengalaman mengelola suku cadang utama turbin gas bersama pabrikan melalui perjanjian kontrak payung yang dikenal sebagai Long Term Service Agreement.

Gambar

Pemaparan presentasi, diskusi tanya jawab, diskusi panel, diskusi kelompok membuka hal-hal yang selama ini tidak banyak diketahui, bahkan oleh sesama pemakai turbin gas. Hal-hal menarik ini misalnya pengalaman pengelolaan aset Marubeni yang memiliki turbin gas dari 4 pabrikan yang berbeda, pengalaman repowering Senoko sebagai usaha survival dalam persaingan antar IPP di Singapore, pengalaman pemakai turbin gas MHI berikut LTSA-nya oleh kelompok usaha yang berbisnis pembangkit IPP, pengalaman perusahaan minyak mengoperasikan turbin gas 70000 jam tanpa overhaul, pengalaman pencarian penyebab vibrasi turbin gas di pasar deregulasi Australia, tawaran repair parts turbin gas dengan teknologi single crystal atau bahkan bisnis jual-beli pembangkit bekas dan masih banyak lagi yang dapat ditemui dalam konferensi ini.

Awan Tag

Nulis Apaan Aja Deh

all about electricity (indonesia)