Sistem Distribusi Dengan Adanya Distributed Generation

5 melalui saluran transmisi. Setelah sampai di gardu induk, tegangan tinggi pada saluran transmisi kemudian diturunkan menggunakan transformator step down pada gardu induk menjadi tegangan menengah sebesar 20 kV. Tegangan menengah 20 kV disalurkan melalui jaringan distribusi primer hingga transformator distribusi. Pada transformator distribusi, tegangan menengah 20 kV diturunkan menjadi tegangan rendah 380220 V. Tegangan rendah ini kemudian disalurkan melalui jaringan distribusi sekunder hingga sampai ke pelanggan.

2.2 Sistem Distribusi Dengan Adanya Distributed Generation

2.2.1 Definisi Distributed Generation Terdapat berbagai pengertian tentang Distributed generation. beberapa hal tentang pengertian DG adalah sebagai berikut [6] : 1 Electric Power Research Institute mengartikan bahwa DG adalah sebuah pembangkit yang beroperasi hanya sampai 50 MW saja. 2 Preston and Rastler mengartikan bahwa DG adalah pembangkit yang berskala dari beberapa KW hingga 100 MW. 3 Cardell mengartikan bahwa DG adalah pembangkit berskala 500 kW dan 1 MW. Akan tetapi umumnya, pengertian Distributed generation adalah sebuah pembangkit yang teletak di daerah sistem distribusi ataupun pada daerah dekat beban. DG memiliki rating berdasarkan definisi yang diperoleh dari literatur. Rating maksimum yang dapat dikoneksikan pada sebuah sistem distribusi tergantung pada beban dari sistem distribusi tersebut. Meskipun tidak ada ketentuan yang pasti untuk menentukan klasifikasi tingkat dari DG, namun Universitas Sumatera Utara 6 berdasarkan besar daya yang dihasilkan, dapat disimpulkan bahwa klasifikasi DG sebagai berikut [6] : 1 Micro : ~1 Watt sampai dengan 5 kW 2 Small : 5 kW sampai dengan 5 MW 3 Medium : 5 MW sampai dengan 50 MW 4 Large : 50 MW sampai dengan ~ 300 MW 2.2.2 Teknologi dari Distributed Generation DG dapat dibedakan berdasarkan energi utama yang digunakan, yaitu [7][8]: A. Internal Combustion Engines ICE ICE merupakan salah satu teknologi yang umum digunakan untuk DG. ICE merupakan contoh DG dengan biaya modal rendah dan ukuran yang besar, dari beberapa kW hingga MW. ICE juga memiliki efisiensi dan keandalan operasi yang tinggi. Karakteristik ini dikombinasikan dengan kemampuan mesin untuk memulai kerja yang cepat selama terjadi pemadaman. Hal ini membuat ICE menjadi pilihan utama dalam keadaan darurat atau menjadi cadangan daya listrik. Kelemahan utama dari ICE adalah: 1 Biaya perawatan maintenance dan bahan bakar yang tinggi tertinggi di antara teknologi DG lain 2 Emisi NO X yang tinggi tertinggi di antara teknologi DG lain 3 Tingkat kebisingan yang tinggi B. Turbin Gas Turbin gas dengan segala ukuran dewasa ini telah luas digunakan. Turbin gas ukuran kecil 1-20 MW umum digunakan dalam aplikasi Combined Heat and Power CHP. Turbin gas kecil ini khususnya sangat berguna ketika dibutuhkan Universitas Sumatera Utara 7 uap dengan temperatur yang tinggi. Biaya perawatan dan emisi yang dihasilkan oleh turbin gas sedikit lebih rendah dibandingkan dengan ICE. Tetapi tingkat kebisingan untuk turbin gas masih tergolong tinggi. C. Combined Cycle Gas Turbines CCGT Pada CCGT, campuran udara pembuangan sisa bahan bakar bertukar energi dengan air di boiler untuk menghasilkan uap air yang digunakan untuk menggerakkan turbin uap. Pergerakan turbin uap bertujuan untuk mengubah energi gerak tersebut menjadi tambahan energi listrik pada generator. Kemudian, aliran uap dari turbin mengalami kondensasi dan kembali ke boiler. Teknologi CCGT menjadi cukup populer dikarenakan efisiensi yang tinggi. Namun, instalasi turbin gas di bawah 10 MW umumnya bukan merupakan combined-cycle. D. Microturbines Microturbines menghasilkan daya ac dengan frekuensi tinggi. Sebuah inverter daya digunakan untuk mengubah frekuensi ini ke dalam kisaran frekuensi yang dapat digunakan. Unit individu dari microturbines berkisar dari 30-200 kW. Tetapi beberapa microturbines dapat digabungkan menjadi beberapa unit multiple unit. Temperatur pembakaran yang rendah membuat emisi NO X menjadi sangat rendah. Microturbines juga menghasilkan tingkat kebisingan yang lebih rendah dibandingkan teknologi pembangkit lain yang memiliki ukuran sama. Kebanyakan Microturbines menggunakan gas alam. Penggunaan energi terbarukan seperti ethanol sangat memungkinkan untuk digunakan. Kekurangan utama dari microturbines adalah biaya bahan bakar yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan ICE. Universitas Sumatera Utara 8 E. Fuel Cells Fuel cells merupakan peralatan elektrokimia yang merubah energi kimia dari sebuah bahan bakar menjadi energi yang dapat digunakan listrik dan panas tanpa pembakaran. Fuel cells menghasilkan listrik dengan efisiensi yang tinggi hingga 40- 60 dengan tingkat emisi yang rendah dan beroperasi tanpa kebisingan yang berarti. Hal ini yang menjadi keuntungan utama dari fuel cells. Tantangan utama dalam pengembangan fuel cells adalah biaya investasi yang tinggi. F. Solar Photogoltaic PV Sistem Photogoltaic PV melibatkan perubahan langsung dari cahaya matahari menjadi listrik. Penerapan dari sistem PV sangat didukung dengan ketersediaan sinar matahari sepanjang hari, siklus kerja yang lama, perawatan yang mudah, biaya operasi yang rendah, ramah lingkungan, serta waktu untuk mendesain, menginstal, dan kemampuan untuk memulai kerja yang cepat. Umumnya modul individu PV mempunyai kisaran daya dari 20 W hingga 100 kW. Beberapa penghalang untuk sistem PV yaitu biaya instalasi PV yang relatif tinggi dibandingkan teknologi DG lain. G. Tenaga Angin Tenaga angin memainkan peran yang penting dalam pembangkitan listrik dari energi terbarukan. Tantangan utama dari teknologi tenaga angin adalah penyaluran listrik yang masih sering terputus dan keandalan jaringan. Hal ini dikarenakan teknologi tenaga angin memanfaatkan kekuatan alam yang tidak bisa hadir sepanjang waktu. Tantangan lain dalam pengembangan teknologi ini adalah ketersedian pembangkit tersebut dikarenakan lokasi terbaik untuk pembangunan teknologi ini adalah pada daerah terpencil tanpa akses ke jaringan transmisi yang sesuai. Universitas Sumatera Utara 9 H. Small Hydropower SHP Small Hydropower SHP umumnya digunakan untuk menunjukkan tenaga air dengan kapasitas daya kurang dari 10 MW. Istilah lain yang sering digunakan adalah mini hydropower dengan kapasitas di antara 100 KW dan 1 MW dan micro hydropower dengan kapasitas di atas 100 KW. I. Solar Thermal Sistem solar thermal menghasilkan listrik dengan mengkonsentrasikan cahaya matahari yang datang dan kemudian memerangkap panas dari cahaya matahari tersebut yang digunakan untuk menaikkan temperatur cairan ke derajat temperatur yang sangat tinggi untuk menghasilkan uap air dan menghasilkan listrik. Pengembangan konsentrasi cahaya matahari sekarang memungkinkan pembangkitan daya listrik dari beberapa kilowatt hingga ratusan megawatt. J. Panas Bumi Energi panas bumi tersedia sebagai panas yang diemisikan dari dalam bumi, biasanya dalam bentuk air panas atau uap. Pembangkit listrik tenaga panas bumi membutuhkan biaya modal yang tinggi tetapi dengan biaya operasi yang rendah. Teknologi panas bumi ini juga ramah lingkungan tanpa ada emisi CO 2 selama beroperasi. 2.2.3 Dampak dari Pemasangan DG pada Jaringan Terpasangnya DG pada jaringan menyebabkan beberapa dampak yang perlu diperhatikan yaitu faktor perubahan arah aliran daya, rugi – rugi daya pada saluran, dan perubahan profil tegangan pada sistem. Universitas Sumatera Utara 10 2.2.3.1 Arah Aliran Daya Jaringan konvensional merupakan jaringan dengan aliran daya satu arah. Namun dengan adanya DG maka aliran daya tidak dapat dianggap bergerak pada satu arah lagi. DG berada di daerah dekat beban dan di daerah sistem distribusi. Munculnya DG menyebabkan jaringan menjadi dua arah, dimana hal ini dapat ditunjukan pada Gambar 2.2 dan 2.3 di bawah ini. Gambar 2.2 Aliran Daya Satu Arah Universitas Sumatera Utara 11 Gambar 2.3 Aliran Daya Dua Arah Perubahan pola aliran daya yang terjadi pada saluran mengakibatkan perubahan nilai arus yang mengalir pada jaringan distribusi. Hal ini mengakibatkan perubahan nilai rugi – rugi daya pada jaringan. Faktor yang mempengaruhi nilai rugi – rugi pada jaringan adalah resistansi dari penghantar, serta besar arus yang melalui penghantar tersebut. Bertambah besarnya daya yang disalurkan dari sebuah sumber daya ke beban melalui sebuah penghantar mengakibatkan penghantar tersebut akan menghantarkan arus yang lebih besar, sehingga rugi – rugi pada penghantar pun lebih besar. Gambar 2.4 Diagram Aliran Daya dengan Koneksi DG Universitas Sumatera Utara 12 Dari Gambar 2.4 didapatkan persamaan sebagai berikut : = + 2.1 = 2.2 = 2.3 Dimana : S adalah conjugate pada bus U 2 V adalah conjugate pada bus U 2 U = 2.4 ≈ – ± 2.5 Dari persamaan di atas diketahui, bahwa nilai drop tegangan berubah, semakin bertambah atau berkurang, tergantung jika DG menyerap daya reaktif atau memberi daya reaktif. Jika DG menyerap daya reaktif terlalu besar, maka drop tegangan pada sistem semakin bertambah. oleh karena itu, rugi-rugi dapat semakin bertambah bukannya berkurang. Jika DG diletakan di tempat yang tepat dengan besar yang tepat, penambahan DG pun tidak lagi menambah rugi-rugi, melainkan mengurangi rugi- rugi dari sistem. Perubahan pola aliran daya akibat interkoneksi DG pada jaringan distribusi dapat berdampak bertambahnya nilai rugi – rugi atau berkurangnya rugi-rugi pada jaringan. Bertambahnya daya yang mengalir pada jaringan akan menyebabkan naiknya tegangan pada saluran. Maka dari itu dibutuhkan juga pengaturan tegangan yang tepat sehingga beban – beban dapat terlayani dengan baik [9]. 2.2.3.2 Profil Tegangan Pemasangan pembangkitan terdistribusi DG dapat menyebabkan perubahan profil tegangan pada sistem. Pada sistem distribusi radial yang menggunakan regulator tegangan goltage regulator, dapat terjadi tegangan lebih Universitas Sumatera Utara 13 ogergoltage atau tegangan kurang undergoltage yang diterima pelanggan yang diakibatkan pemasangan DG. Tegangan lebih dapat terjadi jika transformator distribusi yang menyuplai pelanggan terletak di titik pada penyulang yang tegangan primernya mendekati atau sedikit di bawah batas atas standar. Normalnya, saat kondisi tanpa DG, jatuh tegangan akan timbul sepanjang saluran dan tegangan pada ujung terima akan lebih kecil daripada ujung kirim. Penambahan DG pada sistem akan menimbulkan aliran daya balik yang melawan jatuh tegangan yang normal ini, kemudian mengakibatkan tegangan yang diterima pelanggan lebih tinggi dari tegangan pada sisi kirim. Kenaikan tegangan ini dapat mengakibatkan tegangan sistem lebih tinggi dari batas tegangan standar [10]. Tegangan kurang dapat terjadi saat DG terpasang pada bagian hilir dari regulator tegangan yang menggunakan kompensator jatuh tegangan line drop compensator. Dengan pemasangan DG, regulator tegangan akan mengukur beban yang lebih kecil dari kenyataan karena adanya DG pada sisi hilir. Dalam hal ini, tegangan dapat berkurang karena DG menurunkan beban yang diamati oleh pengontrol kompensator. Gambar 2.5 menunjukkan profil tegangan yang dapat timbul dalam kondisi dengan pemasangan DG dan tanpa pemasangan DG [10]. Gambar 2.5 Contoh Pemasangan Pembangkitan Terdistribusi Yang Mengganggu Kerja Regulator Tegangan [10] Universitas Sumatera Utara 14 Untuk menentukan dampak yang signifikan pada tegangan penyulang akibat pemasangan DG, maka ukuran dan penempatan dari DG, pengaturan regulator tegangan, dan karakteristik impedansi dari saluran harus diperhatikan. Jika kompensator jatuh tegangan digunakan oleh regulator, maka DG yang terhubung di dalam zona regulator dan di bagian hilir dari titik tegangan konstan constant goltage point atau CVP akan meningkatkan tegangan penyulang di hilir CVP lokasi setelah CVP di saluran ditinjau dari sisi kirim. Sedangkan yang terletak di sisi hulu CVP lokasi sebelum CVP di saluran ditinjau dari sisi kirim akan menurunkan tegangan di hilir CVP. Jika dukungan tegangan adalah alasan utama penggunaan DG, maka pemasangan DG pada sisi hilir dari CVP sangat penting untuk memenuhi tujuan ini semakin jauh di hilir dari CVP, maka dukungannya semakin besar[10]. 2.2.3.3 Keandalan Implementasi DG ke dalam sistem distribusi dapat meningkatkan keandalan dari pelayanan listrik jika unit DG dikonfigurasikan untuk menyediakan cadangan terpisah selama terjadi pemadaman. Agar peran cadangan DG dapat efektif, maka dibutuhkan unit DG yang andal dan koordinasi peralatan proteksi yang hati-hati. Salah satu skema adalah menggunakan saklar otomatis pada sisi hulu untuk memisahkan sebagian dari penyulang distribusi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 [10]. Universitas Sumatera Utara 15 Gambar 2.6 Skema Implementasi Pembangkitan Terdistribusi Untuk Meningkatkan Keandalan Sistem [10] Agar pendekatan ini bekerja, maka saklar harus terbuka saat terjadi gangguan pada sisi hulu dan DG harus dapat memikul beban pada sisi yang sudah terpisah dengan menjaga level tegangan dan frekuensi yang cocok pada beban yang terpisah. Skema ini pada umumnya akan menimbulkan gangguan sesaat momentary interruption pada bagian terpisah saat DG harus trip selama terjadi goltage disturbance yang disebabkan oleh gangguan sisi hulu. DG pada bagian terpisah harus mampu start kembali dan kemudian memikul beban pada bagian terpisah tersebut setelah saklar terbuka. DG harus dapat mengikuti perubahan beban selama operasi terpisah dan saklar harus bisa mengetahui jika terjadi arus gangguan pada bagian hilir dari saklar atau bagian yang terpisah, kemudian mengirim sinyal untuk memblok operasi terpisah jika gangguan terjadi pada daerah terpisah. Saat daya listrik sudah kembali pada bagian hulu dari saklar, maka saklar tidak akan langsung menutup kecuali jika sistem dan DG sudah tersinkronisasi dengan rapat. Hal ini membutuhkan pengukuran tegangan pada kedua sisi dari saklar dan kemudian mengirimkan informasi tersebut ke DG yang menyuplai Universitas Sumatera Utara 16 bagian terpisah sehingga dapat disinkronkan lagi dengan sistem untuk kemudian dihubungkan kembali dengan menutup saklar [10]. 2.2.4 Dampak Lokasi Pemasangan DG pada Jaringan Distribusi Dampak DG pada rugi-rugi jaringan ialah diakibatkan oleh lokasi dari DG, penyulangnya dan parameter bebannya. Intinya, DG diletakan di sekitar beban yang besar, untuk mengurangi rugi rugi jaringan akibat arus yang besar yang mengalir di penghantar. Aliran daya berubah dimana DG akan ditempatkan, perubahan aliran daya ini menyebabkan arah aliran gerak arus pun berubah. Perubahan arah gerak arus ini menyebabkan rugi-rugi pun menjadi berubah. Oleh karena itu, pengaruh dari peletakan dari DG ini mempengaruhi rugi-rugi dari sistem [8]. Melalui Gambar 2.7 berikut ini akan dijelaskan bagaimana dengan perbedaan lokasi penempatan DG akan mempengaruhi rugi-rugi dari sistem. Gambar 2.7 Perbandingan Aliran Daya Saat DG Dikoneksikan di Bus yang Berbeda Berdasarkan gambar diatas terdapat dua keadaan, dimana pada keadaan pertama switch satu tutup dan saklar dua buka dan keadaan kedua yaitu saklar satu buka dan switch dua yang tutup. Terdapat dua rugi-rugi yang berbeda pada dua keadaan tersebut, dimana hal tersebut ditunjukan dalam persamaan umum di bawah ini : Universitas Sumatera Utara 17 Rugi-rugi = 2.6 Dimana pada keadaan 1 : = + 2.7 = + 2.8 Rugi-rugi = + + 2.9 Pada keadaan 2 : Rugi-rugi = + 2.10 Melalui Persamaan 2.9 dan 2.10 dilihat bahwa pada kondisi ke 2 nilai rugi- rugi pada jaringan lebih kecil dari rugi-rugi pada kondisi pertama. Dapat dilihat bahwa penempatan DG juga mempengaruhi bagaimana kondisi rugi-rugi pada jaringan.

2.3 Studi Aliran Daya