Jaringan Distribusi Distributed Generation

5 Baik Jaringan Tegangan Menengah JTM maupun Jaringan Tegangan Rendah JTR pada umumnya beroperasi secara radial. Di samping itu, masalah tegangan, bagian-bagian instalasi yang berbeban lebih, dan rugi-rugi daya dalam jaringan merupakan masalah yang perlu dicatat dan dianalisis secara terus menerus untuk dijadikan masukan bagi perencanaan pengembangan sistem dan juga untuk melakukan tindakan-tindakan pemeliharaan dan penyempurnaan operasi sistem distribusi. Dalam pengoperasian sistem distribusi, masalah yang utama adalah mengatasi gangguan karena jumlah gangguan dalam sistem distribusi relatif banyak dibandingkan dengan gangguan pada bagian sistem yang lain [2].

2.2 Jaringan Distribusi

Jaringan distribusi merupakan salah satu bagian dari suatu sistem tenaga listrik yang terletak paling dekat dengan pelanggan. Jaringan distribusi berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk ke pelanggan. Permasalahan utama pada jaringan distribusi adalah banyaknya gangguan yang sering terjadi. Intensitas gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi lebih banyak dari pada gangguan di sistem tenaga listrik yang lain [2]. Permasalahan yang terjadi pada jaringan distribusi dapat mengakibatkan terganggunya kontinuitas pelayanan tenaga listrik dari gardu induk ke pelanggan. Tingkat kontinuitas pelayanan tenaga listrik setiap jaringan distribusi berbeda- beda tergantung jenis jaringan distribusi yang diterapkan. Berdasarkan bentuk jaringan, jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi beberapa jenis [6]: 1. Sistem radial terbuka 2. Sistem radial paralel 3. Sistem rangkaian tertutup 4. Sistem network Universitas Sumatera Utara 6 5. Sistem interkoneksi

2.3 Distributed Generation

2.3.1 Defenisi Distributed Generation Sistem pembangkitan daya listrik konvensional telah muncul lebih dari 50 tahun lalu dan terus mengalami perkembangan setiap tahunnya. Sistem pembangkitan daya konvensional ini menawarkan berbagai keuntungan, seperti efisiensi yang tinggi dan dapat beroperasi dalam jumlah yang kecil jika menangani kebutuhan daya yang sedikit [4]. Terdapat berbagai pengertian tentang Distributed Generation.beberapa hal tentang pengertian Distributed Generation adalah sebagai berikut: [4] 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 terletak di daerah sistem distribusi ataupun pada daerah dekat beban [3]. Distributed Generation memiliki rating berdasarkan definisi yang diperoleh berdasarkan literatur. Rating maksimum yang dapat dikoneksikan pada sebuah sistem distribusi tergantung pada kapasitas dari sistem distribusi tersebut. Meskipun tidak ada ketentuan yang pasti untuk menentukan klasifikasi tingkat dari Distributed Generation, namun berdasarkan besar daya yang dihasilkan, dapat disimpulkan bahwa klasifikasi Distributed Generation dibagi atas : [3] - Micro : ~1 Watt sampai dengan 5 kW Universitas Sumatera Utara 7 - Small : 5 kW sampai dengan 5 MW - Medium : 5 MW sampai dengan 50 MW - Large : 50 MW sampai dengan ~ 300 MW 2.3.2 Teknonologi dari DG DG dapat dibedakan berdasarkan energi utama yang digunakan, yaitu [5][6]: 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 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 Universitas Sumatera Utara 8 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. 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 Photovoltaic PV Sistem Photovoltaic PV melibatkan perubahan langsung dari cahaya matahari menjadi listrik. Penerapan dari sistem PV sangat didukung dengan Universitas Sumatera Utara 9 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. 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. Universitas Sumatera Utara 10 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. 2.3.3 Dampak dari Pemasangan Distributed Generation pada Jaringan Distribusi Terpasangnya Distributed Generation pada jaringan menyebabkan beberapa dampak yang perlu diperhatikan yaitu faktor perubahan arah aliran daya, rugi – rugi daya pada saluran, dan perubahan profil tegangan pada saluran [4]. Jaringan konvensional merupakan jaringan dengan aliran daya satu arah seperti dilihat pada Gambar 2.2. Namun dengan adanya DG maka aliran daya tidak dapat dianggap bergerak pada satu arah lagi. Sehingga aliran daya juga berubah menjadi aliran daya dua arah seperti Gambar 2.3. 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 dari Gambar 2.2 ke Gambar 2.3 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 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 [4]. 2.3.4 Dampak dari Pemasangan Distributed Generation Untuk Memperbaiki Tegangan Naiknya tegangan yang disebabkan oleh DG dikarenakan ukuran DG yang terlalu besar dan beban yang terlalu rendah yang berada di sekitar DG [6]. Oleh karena itu, jika DG yang digunakan memiliki kapasitas daya yang besar, maka agar tidak terjadi naiknya tegangan DG yang hendaknya diletakan di daerah berbeban besar juga. DG yang dapat membangkitkan daya reaktif sendiri, seperti diesel ataupun mikro hidro, ketika DG mensuplai daya yang besar, dia juga akan menyerap daya reaktif yang besar juga. Ketika ia menyerap daya reaktif yang besar, maka kelebihan tegangan pada sistem dapat diatasi [5][6]. Tetapi jika DG Universitas Sumatera Utara 12 tidak dapat membangkitkan daya reaktif sendiri, seperti solar cell, maka DG harusnya dioperasikan pada keadaan unity power factor, sampai tegangan pada DG mencapai tegangan maksimum, dan jika daya yang diperlukan lebih banyak lagi, maka diperlukannya pengatur tegangan untuk menyesuaikan tegangan pada tegangan yang diizinkan [5][6]. Pada Gambar 2.4 merupakan aliran daya dengan DG dikoneksikan ke beban. Gambar 2.4 Diagram Aliran Daya dengan Koneksi DG Dari Gambar 2.4 didapatkan persamaan sebagai berikut : S = P + jQ 2.1 I = 2.2 I = 2.3 ∆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 jatuh tegangan pada sistem semakin bertambah, oleh karena itu, rugi – rugi dapat semakin bertambah bukannya berkurang. Universitas Sumatera Utara 13 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 jatuh tegangan pada saluran. Maka dari itu dibutuhkan juga pengaturan tegangan yang tepat sehingga beban – beban dapat terlayani dengan baik [4]. 2.3.5 Dampak dari Pemasangan Distributed Generation Terhadap Rugi – Rugi Daya 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 [6]. Pada Gambar 2.5 dapat dilihat aliran daya saat DG dikoneksikan pada Bus yang berbeda: Gambar 2.5 Perbandingan Aliran Daya Saat DG Dikoneksikan di Bus yang Berbeda Universitas Sumatera Utara 14 Dari Gambar 2.5 terdapat dua keadaan, dimana pada keadaan pertama switch satu tutup dan saklar dua buka dan keadaan kedua yaitu saklar satu buka dan saklar dua yang tutup. Terdapat dua rugi – rugi yang berbeda pada dua keadaan tersebut, dimana hal tersebut ditunjukan dalam persamaan umum di bawah ini : 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 2.6 dan 2.7 dilihat bahwa pada kondisi ke 2 nilai rugi- rugi pada jaringan lebih kecil dari rugi – rugi pada kondisi pertama. Dapat kita lihat bahwa penempatan DG juga mempengaruhi bagaimana kondisi rugi – rugi pada jaringan.

2.4 Distributed Generation Tipe MVAR Control