ي�م� ح� الر� م�ن� ح� الر� الل�ه� م� ب�س�

DISTRIBUTED GENERATION (DG)

Iwan Setiaji (H1C009021)Suwitno (H1C009039)Mohammad Ali Machrus (H1C009056)Betsy Yuliane S. N. (H1C009057)

Pengertian (cont)

Pengertian (cont)

DPCA (Distributed Power Coalition of America)

•Distributed power generation adalah teknologi pembangkitan energi listrik berskala kecil yang menghasilkan daya listrik di suatu tempat yang lebih dekat dengan konsumen dibandingkan dengan pembangkit listrik pusat. Pembangkit ini dapat dihubungkan secara langsung ke konsumen atau ke sistem distribusi atau transmisi milik utility.

Pengertian (cont)

CIGRE (International Conference on High Voltage Electric System)

Distributed generation adalah:

• Tidak direncanakan secara terpusat• Untuk saat ini tidak dikirim secara terpusat• Biasanya terhubung dengan jaringan distribusi• Lebih kecil dari 50 atau 100 MW.

Pengertian (cont)IEA (International Energy Agency)Distributed Generation adalah pembangkit listrik

yang melayani konsumen di tempat (on-site), atau untuk mendukung jaringan distribusi, dan terhubung ke jaringan pada level tegangan distribusi. Teknologinya secara umum terdiri dari mesin, turbin kecil (termasuk turbin mikro), fuel cell dan photovoltaic. Umumnya, tenaga angin tidak termasuk ke dalamnya, karena sebagian besar tenaga angin diproduksi di wind-farm yang memang dibangun khusus untuk tujuan tersebut, dan bukan untuk memenuhi kebutuhan energi di suatu tempat yang ada didekatnya (lebih banyak terhubung ke saluran transmisi, bukan distribusi).

Pengertian

Menurut Ackermann et al :

“Distributed Generation adalah sumber energi listrik yang secara langsung terhubung ke jaringan distribusi atau ke meteran konsumen”

Teknologi (cont)

Beberapa teknologi DG bukanlah merupakan teknologi yang baru (misalnya internal combustion engine, turbin gas dll). Disisi lain, karena perubahan industri utility, beberapa teknologi baru semakin dikembangkan lebih lanjut menuju tahap komersialisasi.

Selanjutnya akan dijelaskan sedikit mengenai teknologi DG yang digunakan di negara Amerika Serikat, yang dapat dijadikan referensi mengingat banyaknya jenis teknologi yang dipakai untuk aplikasi DG.

Internal combustion engine

• Teknologi DG dengan kapasitas terpasang yang paling besar yang ada di Amerika Serikat adalah internal combustion engine, yaitu mempunyai kapasitas terpasang total sebesar 4614 MW di tahun 2007. 

• Teknologi yang paling umum digunakan adalah CHP (Combined Heat and Power), dimana kelebihan panas ditangkap dan dimanfaatkan sebagai uap atau air panas.

• Efisiensi secara umum biasanya bernilai sebesar 21-40%, sedangkan dengan menggunakan CHP efisiensi dapat mencapai 70-89%. Ukurannya berentang dari 500 kW sampai 250 MW, dan beroperasi dengan menggunakan bahan bakar seperti gas alam, gas sintesis, landfill gas, dan BBM.

• Kelebihan utama dari turbin gas, adalah efisiensinya yang sangat tinggi ketika digunakan dalam aplikasi CHP. Kekurangan utama adalah turbin gas umumnya terlalu besar untuk konsumen kecil.

Microturbine (cont)

• Microturbine merupakan bagian dari combustion turbine. Dari namanya menyiratkan bahwa microturbine pada dasarnya adalah turbin gas yang diperkecil ukurannya. Daya keluaran microturbine berentang dari 20 kW sampai 500 kW, dan ukurannya berentang dari 0,4 – 1 m3. Turbin ini dioperasikan dengan menggunakan gas alam, propana, BBM dan yang paling baru biogas. Turbin ini juga beroperasi dengan kecepatan rotasi yang sangat tinggi, sampai sekitar 100.000 rpm.

MicroturbineMicroturbine mempunyai banyak kelebihan, diantaranya yaitu •ukurannya yang kecil dan beratnya yang ringan dibandingkan dengan daya output, yang dapat digunakan ketika ada masalah keterbatasan tempat. •Selain itu, microturbine dapat dihidupkan dan dimatikan dengan sangat mudah. Dengan bantuan perangkat elektronika daya, turbin ini dapat dikendalikan dengan sangat efisien. •Karena sedikit mempunyai bagian yang bergerak dan desainnya yang sederhana membuat turbin ini tidak membutuhkan biaya perawatan yang mahal. •Akan tetapi, sebagai teknologi baru yang relatif baru, microturbine masih cukup mahal bila dibandingkan dengan turbin gas konvensional. Selain itu, efektivitas microturbine masih sangat sensitif terhadap biaya bahan bakar.

 Small-scale hydroelectric

Hydroelectric berskala kecil biasanya didefinisikan sebagai instalasi yang mempunyai daya 5-10 MW dan biasanya dianggap sebagai sebuah cara pembangkitan listrik yang ekonomis dan lebih ramah lingkungan. Biaya relatif lebih murah (bila dibandingkan dengan teknologi energi terbarukan lainnya)

Steam Turbine

Turbin uap yang mempunyai kapasitas terpasang total sebesar 3595 MW di tahun 2007, menempati urutan kedua diantara jenis-jenis teknologi DG yang ada di Amerika Serikat. Alasan kapasitas yang besar ini antara lain dapat disebabkan karena turbin uap dapat digunakan di dalam aplikasi yang beragam, dapat digunakan dengan menggunakan uap yang berasal dari, misalnya panas bumi, solar thermal, dan instalasi biomassa.

Fuel cell

• Fuel cell dalah generator yang menggunakan hidrogen dan oksigen untuk membangkitkan listrik dan panas.

• Daya output dari fuel cell mirip seperti sebuah baterai, akan tetapi tidak membutuhkan untuk di-charge secara elektrik. Namun, diberi bahan bakar berupa substansi yang kaya akan hidrogen, seperti gas alam, gasoline, biogas, propana dan juga hidrogen murni. 

• Fuel cell mempunyai ukuran yang bervariasi, yang bergantung pada aplikasinya, dengan daya output maksimumnya sebesar 1 MW.

Photovoltaic

Photovoltaic (PV) terbuat dari kristal silikon yang dirancang untuk menangkap foton dari cahaya dan mengkonversikannya menjadi energi listrik. Sel-sel tersebut dihubungkan satu sama lain untuk membentuk panel surya dengan bentuk dan ukuran yang beragam, dan secara umum, semakin besar ukuran panel, daya yang dibangkitkan juga semakin besar. Daya output dapat bernilai dari beberapa watt sampai megawatt, yang hampir selalu hanya bergantung pada ukuran panel PV-nya.

Wind turbine

• Sampai sekarang wind turbine masih diperdebatkan apakah dapat dianggap sebagai DG atau tidak, karena saat ini, kebanyakan turbin angin yang dipasang di wind farm mempunyai ukuran yang besar dan berkapasits ratusan megawatt dan lebih difungsikan sebagai pembangkit listrik yang tersentralisasi.

• Turbin angin memiliki kelebihan yang sama dengan PV, yaitu bahan bakarnya yang berupa angin dapat diperoleh secara gratis. Angin yang berhembus siang dan malam memungkinkan pembangkitan energi yang kontinu, meskipun tidak dapat diprediksi. Turbin angin merupakan satu dari teknologi energi alternatif yang paling berkembang. Akan tetapi harga dan juga energy storage yang digunakan ketika angin tidak berhembus masih menjadi persoalan.

Aplikasi Utama• Emergency backup• Peak / load shaving• Base load generation

Emergency backup

• Pemanfaatan utama on-site generator adalah untuk menyediakan pembangkit daya cadangan ketika terjadi power outage. Ada banyak jasa, seperti rumah sakit, telekomunikasi, pusat data, yang mana terjadinya power outage sangat tidak diinginkan. Jenis pelayanan ini dan juga industri, bersedia untuk membayar dengan harga yang tinggi untuk menjaga agar suplai daya tetap konstan.

• Secara tradisional, diesel internal combustion engine telah digunakan bersama dengan baterai sebagaibackup power yang jika terjadi gangguan, maka peralatan tersebut akan berfungsi. Uninterruptible Power Supply (UPS) juga telah digunakan sebagai backup power. Akan tetapi, karena secara umum UPS ini merupakan peralatan yang berbasis baterai, maka alat ini hanya dapat bekerja untuk waktu yang terbatas dan tidak optimal digunakan ketika terjadi power outage yang lama.

Peak / load shaving

• Karena utility biasanya membebankan biaya yang lebih mahal ke pelanggan industri selama periode beban puncak, maka seringkali lebih ekonomis bila teknologi DG dipasang untuk tujuan ini. Generator ini juga biasanya dinyalakan ketika harganya lebih murah bila dibandingkan dengan membeli listrik dari grid.

• Instalasi on-site generation juga menguntungkan pihak utility. Dalam banyak kasus dimana kapasitas mendekati level maksimum, utility umumnya membutuhkan lebih banyak unit pembangkit, yang dapat seringkali menjadi lebih mahal. Akan tetapi, jika pelanggan memakai on-site generator,  maka masalah ini dapat dihilangkan.

Base load generation

Di beberapa kasus, perusahan memutuskan untuk menggunakan DG sebagai pemenuh kebutuhan beban dasar, yaitu dengan menggunakan on-site generation sepanjang waktu dan membeli daya ekstra yang dibutuhkan dari grid. Sering kali, hal ini dilakukan ketika sebuah perusahaan ingin memasang wind atausolar power generator. Karena output generator ini sangat bervariasi, maka perusahaan tersebut membutuhkan tambahan daya dari grid.

Pengaruh terhadap Kehandalan / Reliabilitas Sistem

Distributed Generation berpotensi digunakan oleh planner dan operator sistem tenaga listrik untuk meningkatkan kehandalan sistem baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Sebagai contoh misalnya, DG dapat digunakan secara langsung untuk mendukung level tegangan lokal dan menghindari adanya pemadaman yang terjadi karena voltage sag yang berlebihan. DG dapat meningkatkan kehandalan dengan meningkatkan keberagaman pilihan catu daya. DG juga dapat meningkatkan kehandalan secara tidak langsung dengan mengurangi stress pada komponen jaringan sehingga kehandalan masing-masing komponen dapat ditingkatkan. Sebagai contohnya, DG dapat mengurangi jumlah jam dimana transformator gardu bekerja pada level suhu yang tinggi, sehingga dapat memperpanjang umur pakai transformator yang pada akhirnya dapat meningkatkan kehandalan komponen ini.

• Pengaruh langsung

DG dapat memperbanyak keberagaman suplai yang berakibat pada peningkatan kecukupan (adequacy) sistem secara keseluruhan.

• Pengaruh tidak langsung

DG berpotensi dapat mengurangi jumlah pemadaman yang disebabkan karena peralatan utility yang kelebihan beban.

• Pengaruh pada Power Quality (PQ)

Instalasi dan koneksi DG dapat mempunyai pengaruh positif terhadap kualitas daya. Akan tetapi, pengaruh buruk yang ada juga harus diperhatikan. Unit DG mungkin dapat mempengaruhi frekuensi sistem. Karena unit DG tidak dilengkapi dengan load-frequency control, maka unit DG tersebut tidak dapat membantu upaya operator jaringan transmisi atau badan pengawas untuk mempertahankan frekuensi sistem.

• Pengaruh terhadap arus hubung singkat

Kegagalan dapat terjadi ketika aliran listrik mengalir melalui jalur yang tidak diinginkan, seperti misalnya melalui ranting pohon yang jatuh melalui dua kawat. Kebanyakan kegagalan yang terjadi di level distribusi pada saluran overhead bersifat sementara, seperti munculnya arus arc ke tanah yang dapat diinisialisasi oleh sambaran petir. Kegagalan yang bersifat sementara ini dapat dihilangkan dengan mematikan arus yang mengalir di kawat yang terkena imbas, dan kemudian membiarkan arc menghilang dengan sendirinya.

• Masalah koneksi

Teknologi pembangkitan listrik dan grid connection dari teknologi DG mungkin secara signifikan berbeda dari teknologi pembangkit listrik tradisional yang terpusat.

• Masalah interkoneksi

Dengan cara manajemen grid power yang digunakan sekarang, tidak diragukan lagi bahwa aliran daya listrik selalu mengalir dari jaringan bertegangan yang tinggi ke jaringan bertegangan rendah.

Simulasi pada jaringan listrik sebenarnya : pengaruh DG

• Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik mengenai berbagai situasi yang mungkin muncul akibat adanya unit-unit DG yang dipasang dan diinterkoneksikan pada jaringan tegangan rendah, sejumlah simulasi-simulasi jaringan listrik telah dilakukan dengan menggunakan paket analisa jaringan ABB CALPOS. Untuk mendapatkan hasil yang autentik, sebuah jaringan yang komplek, model perkotaan Jerman, digunakan dalam simulasi ini dengan menggunakan data jaringan (topologi, transformator, saluran transmisi dll) yang sebenarnya.

• Sesuai dengan kondisi nyata, sejumlah model unit DG dihubungkan secara acak pada lokasi yang berbeda-beda. DG dengan ukuran dan jenis yang berbeda digunakan (50 – 1500 kW, dari jenis yang menggunakan generator sinkron dan jenis yang menggunakan inverter) di sepanjang dua topologi jaringan yang berbeda.

• Dua jaringan mesh bertegangan rendah dengan tiga saluran bertegangan menengah, dan sebuah grid yang sama yang mensuplai dari gardu ke gardu dievaluasi. Dalam topologi gardu ke gardu, tidak ada koneksi di antara transformator-transformator yang berbeda pada level tegangan rendah.

• Profil beban diasumsikan sebesar maksimum 5 MW, dan profil pembangkitan DG yang digunakan mempunyai daya pembangkitan maksimum sebesar 7 MVA.

Hasil evaluasi dari situasi yang berkaitan dengan masalah interkoneksi DG

• Pengaruh DG pada jaringan distribusi sangat bergantung pada aliran daya ke jaringan.

• Rugi-rugi dalam saluran distribusi dapat direduksi dengan pengimplementasian DG.

• Kehandalan jaringan dapat terpengaruh

Pengaruh DG pada jaringan distribusi sangat bergantung pada aliran daya ke jaringan. (cont)

• Jika akumulasi daya yang dibangkitkan lebih kecil daripada daya yang dikonsumsi dalam grid, perubahan profil tegangan masih dapat ditolerir.

• Pembangkitan daya yang sangat besar ketika konsumsi daya dalam grid rendah, biasanya akan merusak profil tegangan. Untuk mengatasinya dapat dilakukan rekonfigurasi jaringan atau pembatasan pembangkitan.

• Hanya ketika daya yang dibangkitkan jauh lebih kecil daripada beban grid, skema “plug and power” dapat digunakan.

• Peningkatan tegangan yang disebabkan karena unit DG tunggal merupakan fungsi dari daya dari DG dan daya hubung singkat dari grid pada titik interkoneksi. Unit DG tunggal yang lebih besar dapat merusak profil tegangan atau dapat mengakibatkan kenaikan tegangan, sekalipun jika daya yang terakumulasi pada grid besarnya kecil.

Cont.• Daya hubung singkat dalam grid meningkat yang dikarenakan

kontribusi arus hubung singkat dari unit DG. Hal ini dapat mengakibatkan level hubung singkat yang terjadi tidak lagi dapat ditolerir dalam beberapa kasus (khususnya ketika generator sinkron ditempatkan pada jaringan mesh bertegangan rendah)

• Menghubungkan saluran transmisi dalam grid bertegangan rendah dapat menyebabkan overload yang dikarenakan perubahan aliran daya.

• Selektifitas LV (low voltage) dan MV (medium voltage) dapat terpengaruh. Hal ini harus dievaluasi ketika menempatkan unit DG pada suatu sistem. Setting pada relay jarak, relay arus lebih, indikator hubung singkat, dll mungkin harus diubah. Fuse tambahan pada level tegangan rendah mungkin juga harus ditambahkan untuk memastikan adanya selektifitas

• Reverse power relay dalam sistem mesh mungkin harus diganti, karena ada kemungkinan alat tersebut dapat menyebabkan trip pada kondisi kerja normal ketika DG pada level tegangan rendah mengirimkan daya ke level tegangan menengah.

Rugi-rugi dalam saluran distribusi dapat direduksi dengan pengimplementasian DG

Daya reaktif dalam grid bertegangan rendah bergantung pada jenis DG yang dipasang. Untuk unit DG yang menggunakan elektronika daya, setiap faktor daya dapat dipilih dan oleh karenanya pengaruh positif DG pada profil tegangan dapat dicapai. Rugi-rugi dapat diminimalkan melalui pencegahan aliran daya reaktif dalam jarak yang lebih besar.

Kehandalan jaringan dapat terpengaruh• Kehandalan jaringan dapat dikompromikan jika suplai

jaringan sangat handal. Akan tetapi, adanya unit-unit DG mungkin dapat menurunkan reliabilitas dengan karena dapat menambah intensitas terjadinya kegagalan internal (internal failures).

• Sebaliknya, jika jaringan tidak handal, kehandalan dapat ditingkatkan melalui dua cara. DG akan mendukung grid dan mencegah terjadinya blackout ketika suplai mengalami gangguan. Selain itu, DG juga dapat memfasilitasi islanding ketika grid mengalami kegagalan, sehingga dapat meningkatkan reliabilitas suplai lokal.

TERIMA KASIH