Optimalisasi Perencanaan Energi Berkelanjutan
OPTIMALISASI PERENCANAAN ENERGI
BERKELANJUTAN
TESIS
Oleh
AWALUDIN FITRA
117021019/MT
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
OPTIMALISASI PERENCANAAN ENERGI
BERKELANJUTAN
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat
Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains dalam
Program Studi Magister Matematika pada
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Oleh
Awaludin Fitra
117021019/MT
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
Judul Tesis
: OPTIMALISASI PERENCANAAN ENERGI
BERKELANJUTAN
Nama Mahasiswa : Awaludin Fitra
Nomor Pokok
: 117021019
Program Studi
: Magister Matematika
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Tulus, M.Si )
Ketua
(Dr. Sutarman M.Sc)
Anggota
Ketua Program Studi,
Dekan,
(Prof. Dr. Herman Mawengkang)
(Dr. Sutarman, M.Sc)
Tanggal lulus: 5 Juni 2013
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal 5 Juni 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
Anggota
: Prof. Dr. Tulus M.Si
: 1. Dr. Sutarman, M.Sc
2. Prof. Dr. Saib Suwilo, M.Sc
3. Dr. Marwan Ramli, M.Si
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
OPTIMALISASI PERENCANAAN ENERGI BERKELANJUTAN
TESIS
Saya mengakui bahwa tesis ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing dituliskan sumbernya
Medan, Juni 2013
Penulis,
Awaludin Fitra
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Dunia telah depenuhi dengan masalah global warning yang merujuk ke masalah
ketidakefisien energi. Dalam penelitian ini, peneliti akan menggunakan model
dasar dari pemodelan oprimisasi aliran energi untuk mengevaluasi produksi Distributed Gene- ration dan perlakuan di dalam pengefisienan energi. Tujuan dari
metodologi yang dilakukan adalah mengekploitasi sumber energi utama, sumber daya dan engergi pemanasan, bahan bakar dan area terakhir yang digunakan.
Kerangka model telah dimasukkan ke dalam penjelasan dari DG dan pengembangan pengefisian energi. Selanjutnya sebuah dekripsi mendetail dari sumber daya di
hadirkan untuk mengatur penghematan energi di sektor umum dengan masalah
masalh yang umum. Dengan tujuan untuk mengurangi efek terhadap lingkungan
dan biaya operationa, proses optimisasi berikut memberikan pengaturan generasi
yang layak diantaranya adalah generasi perluasan dan DG and pengoptimalan
difusi dari teknologi pengefisienan energi.
Kata kunci: Optimisasi, Perencanaan energi, Distributed Generation (DG), Model.
ii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The world is plaqued with global warming problem due to energy inefficiency.
In this paper we address a model based on energy how optimisation model for
evaluating the contribution of distributed-generation (DG) production and energyef?ciency actions. The proposed methodology details exploitation of primary energy sources, power and heat generation, emissions and end-use sectors. The model
framework has been enhanced to include a description of DG contributions and
energy-ef?ciency improvements. In particular, a detailed description of the power
grid has been made to take account of different voltage levels in electricity production and energy demand. The presence of mandatory energy-saving targets
in the civil sector is considered under suitable constraints. By aiming to reduce
environmental impact and operational costs, the following optimisation process
provides feasible generation settlements between large-scale generation and DGs,
and optimal diffusion of energy-efficiency technologies.
Keyword: Optimization, Energy planning, Distributed generation, Modeling
iii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Syukur Allhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, yang telah
menitipkan ilmu serta melimpahkan rahmat dan hidayahNya sehingga penulis
dapat menyelesaikan tesis dengan judul: Optimalisasi Perencanaan Energi Berkelanjutan. Dan tidak lupa salawat dan salam kepada junjungan Nabi Muhammad
SAW, beserta keluarga dan sahabatnya. Tesis ini merupakan salah satu persyaratan penyelesaian studi program studi Magister Matematika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K)
selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.
Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan kesempatan
kepada penulis untuk mengikuti Program Magister Matematika di FMIPA Universitas Sumatera Utara, dan juga sebagai pembimbing-II pada penulisan tesis ini
yang berkat dorongan dan bantuan beliau sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Bapak Prof. Dr. Herman Mawengkang, Ketua Program Studi Magister
Matematika FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Bapak Prof. Dr. Saib Suwilo, M.Sc, selaku Sekretaris Program Studi Magister Matematika FMIPA Universitas Sumatera Utara dan juga sebagai PembandingII yang memberikan saran dan kritik dalam penyempurnaan tesis ini.
Bapak Prof. Dr. Tulus, M.Si, Pembimbing-I yang telah memberikan bimbingan, arahan dan ilmu pengetahuan dalam menyelesaikan tesis ini.
Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si, Pembanding-II yang memberikan saran
dan kritik dalam penyempurnaan tesis ini.
Bapak / Ibu Dosen Program Studi Magister Matematika FMIPA Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan ilmunya selama masa perkuliahan.
iv
Universitas Sumatera Utara
Ibu Misiani, S.Si, staf administrasi Program Studi Magister Matematika FMIPA Universitas Sumatera Utara yang banyak membantu proses administrasi.
Ucapan terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada ayahanda dan Ibunda Drs. Khalidin Musa dan Sinarwaty serta Istri tercinta Mira Gustina yang telah mencurahkan kasih sayang dan
dukungan moril dan material kepada penulis. Terima kasih juga kepada adik-adik
penulis M. Fauzi Ridwan, Amd, Farid Akhsani, S.Si, Nuruddin Iksan,
Rahmad Natsir dan buat seluruh keluarga yang telah membantu, memberikan
semangat dan dorongan kepada penulis hingga penulisan tesis ini selesai.
Rekan-rekan mahasiswa Program Studi Magister Matematika FMIPA Universitas
Sumatera Utara khususnya angkatan reguler tahun 2011 ganjil, dan semua pihak
yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu pada tesis ini. Semoga Allah
SWT membalas segala kebaikan dan bantuan yang telah diberikan.
Medan, Juni 2013
Penulis,
Awaludin Fitra
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
Awaludin Fitra lahir di Medan tanggal 18 Juli 1983. Ayah bernama Drs.
Khalidin Musa dan Ibu Sinarwati, merupakan anak pertama dari lima bersaudara.
Tahun 1989 masuk Sekolah Dasar di SD Kemala Bhayangkari 1 Medan dan lulus tahun 1995. Tahun 1995 melanjutkan pendidikan ke Sekolah Menengah Pertama di SLTP Kemala Bhayangkari 1 Medan, lulus tahun 1998. Tahun 1998,
melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Umum di SMU Kemala Bhayangkari
1 Medan, lulus tahun 2001. Pada Tahun 2003 melanjutkan ke perguruan tinggi
Jurusan Matematika, Program Studi Pendidikan Matematika, FMIPA Universitas
Negeri Medan dan lulus pada tahun 2010. Tahun 2011, penulis berkesempatan
untuk melajutkan Program Magister pada Program Studi Magister Matematika
FMIPA Universitas Sumatera Utara. Menikah dengan Mira Gustina pada tanggal 17 Februari 2013. Dan sekarang mengajar bidang studi matematika di SMP
Kemala Bhayangkari 1 Medan.
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN
i
ABSTRAK
ii
ABSTRACT
iii
KATA PENGANTAR
iv
RIWAYAT HIDUP
vi
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xi
BAB 1 PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
2
1.3 Tujuan Penelitian
3
1.4 Manfaat Penelitian
3
1.5 Metode Penelitian
3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1 Defenisi Distributed Generation (DG)
4
2.2 Distributed Generation
5
2.3 Teknologi DG di Indonesia
6
2.3.1 Sejarah perkembangan DG
6
2.3.2 Aplikasi teknologi DG
7
2.4 Teknologi DG yang Dapat Dikembangkan di Indonesia
2.4.1 Pembangkit listrik tenaga mikrohidro
7
7
vii
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Teknologi bahan bakar nabati
8
2.4.3 Pembangkit listrik tenaga biomassa
9
2.4.4 Pembangkit listrik tenaga surya
10
2.4.5 Pembangkit listrik tenaga angin
11
2.4.6 Pembangkit listrik tenaga pasang surut
11
2.4.7 Pembangkit listrik tenaga panas bumi
12
2.5 Pemasangan (Interkoneksi) DG
12
2.5.1 Sumber energi utama
12
2.5.2 Power converter
13
2.5.3 Sistem interface dan peralatan proteksi
14
2.6 Keuntungan Distributed Generation
14
2.7 Perencanaan Energi
14
2.8 Energi Terbarukan
17
2.9 Teknologi Energi Terbarukan di Indonesia
18
2.9.1 Panas bumi
18
2.9.2 Mikrohidro
18
2.9.3 Surya
20
2.9.4 Biomassa
21
2.9.5 Tenaga air
24
2.10 Model Optimasi
24
BAB 3 PROGRAM INTEGER
26
3.1 Program Linear
26
3.2 Program Integer
26
3.3 Metode Solusi Dalam Integer Programming Pendekatan Pembulatan
27
3.4 Pendekatan Grafik
30
viii
Universitas Sumatera Utara
3.5 Pendekatan Gomory (Cutting Plane Algoritm)
30
3.6 Kendala Gomory dalam(Pure Integer Programming)
31
3.7 Metode Branch dan Bound
31
BAB 4 MODEL OPTIMALISASI ENERGI BERKELANJUTAN
4.1 Energi Perencanaan Prosedur Optimasi
35
35
BAB 5 KESIMPULAN
42
5.1 Kesimpulan
42
DAFTAR PUSTAKA
44
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Data kapasitas dan rating DG
4
3.1
Solusi integer optimum
29
3.2
Optimum masalah liniear programming
31
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
2.1
Judul
Interkoneksi DG
Halaman
13
xi
Universitas Sumatera Utara
BERKELANJUTAN
TESIS
Oleh
AWALUDIN FITRA
117021019/MT
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
OPTIMALISASI PERENCANAAN ENERGI
BERKELANJUTAN
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat
Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains dalam
Program Studi Magister Matematika pada
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Oleh
Awaludin Fitra
117021019/MT
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
Judul Tesis
: OPTIMALISASI PERENCANAAN ENERGI
BERKELANJUTAN
Nama Mahasiswa : Awaludin Fitra
Nomor Pokok
: 117021019
Program Studi
: Magister Matematika
Menyetujui,
Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Tulus, M.Si )
Ketua
(Dr. Sutarman M.Sc)
Anggota
Ketua Program Studi,
Dekan,
(Prof. Dr. Herman Mawengkang)
(Dr. Sutarman, M.Sc)
Tanggal lulus: 5 Juni 2013
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada
Tanggal 5 Juni 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
Anggota
: Prof. Dr. Tulus M.Si
: 1. Dr. Sutarman, M.Sc
2. Prof. Dr. Saib Suwilo, M.Sc
3. Dr. Marwan Ramli, M.Si
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
OPTIMALISASI PERENCANAAN ENERGI BERKELANJUTAN
TESIS
Saya mengakui bahwa tesis ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing dituliskan sumbernya
Medan, Juni 2013
Penulis,
Awaludin Fitra
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Dunia telah depenuhi dengan masalah global warning yang merujuk ke masalah
ketidakefisien energi. Dalam penelitian ini, peneliti akan menggunakan model
dasar dari pemodelan oprimisasi aliran energi untuk mengevaluasi produksi Distributed Gene- ration dan perlakuan di dalam pengefisienan energi. Tujuan dari
metodologi yang dilakukan adalah mengekploitasi sumber energi utama, sumber daya dan engergi pemanasan, bahan bakar dan area terakhir yang digunakan.
Kerangka model telah dimasukkan ke dalam penjelasan dari DG dan pengembangan pengefisian energi. Selanjutnya sebuah dekripsi mendetail dari sumber daya di
hadirkan untuk mengatur penghematan energi di sektor umum dengan masalah
masalh yang umum. Dengan tujuan untuk mengurangi efek terhadap lingkungan
dan biaya operationa, proses optimisasi berikut memberikan pengaturan generasi
yang layak diantaranya adalah generasi perluasan dan DG and pengoptimalan
difusi dari teknologi pengefisienan energi.
Kata kunci: Optimisasi, Perencanaan energi, Distributed Generation (DG), Model.
ii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The world is plaqued with global warming problem due to energy inefficiency.
In this paper we address a model based on energy how optimisation model for
evaluating the contribution of distributed-generation (DG) production and energyef?ciency actions. The proposed methodology details exploitation of primary energy sources, power and heat generation, emissions and end-use sectors. The model
framework has been enhanced to include a description of DG contributions and
energy-ef?ciency improvements. In particular, a detailed description of the power
grid has been made to take account of different voltage levels in electricity production and energy demand. The presence of mandatory energy-saving targets
in the civil sector is considered under suitable constraints. By aiming to reduce
environmental impact and operational costs, the following optimisation process
provides feasible generation settlements between large-scale generation and DGs,
and optimal diffusion of energy-efficiency technologies.
Keyword: Optimization, Energy planning, Distributed generation, Modeling
iii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Syukur Allhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, yang telah
menitipkan ilmu serta melimpahkan rahmat dan hidayahNya sehingga penulis
dapat menyelesaikan tesis dengan judul: Optimalisasi Perencanaan Energi Berkelanjutan. Dan tidak lupa salawat dan salam kepada junjungan Nabi Muhammad
SAW, beserta keluarga dan sahabatnya. Tesis ini merupakan salah satu persyaratan penyelesaian studi program studi Magister Matematika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K)
selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.
Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan kesempatan
kepada penulis untuk mengikuti Program Magister Matematika di FMIPA Universitas Sumatera Utara, dan juga sebagai pembimbing-II pada penulisan tesis ini
yang berkat dorongan dan bantuan beliau sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Bapak Prof. Dr. Herman Mawengkang, Ketua Program Studi Magister
Matematika FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Bapak Prof. Dr. Saib Suwilo, M.Sc, selaku Sekretaris Program Studi Magister Matematika FMIPA Universitas Sumatera Utara dan juga sebagai PembandingII yang memberikan saran dan kritik dalam penyempurnaan tesis ini.
Bapak Prof. Dr. Tulus, M.Si, Pembimbing-I yang telah memberikan bimbingan, arahan dan ilmu pengetahuan dalam menyelesaikan tesis ini.
Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si, Pembanding-II yang memberikan saran
dan kritik dalam penyempurnaan tesis ini.
Bapak / Ibu Dosen Program Studi Magister Matematika FMIPA Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan ilmunya selama masa perkuliahan.
iv
Universitas Sumatera Utara
Ibu Misiani, S.Si, staf administrasi Program Studi Magister Matematika FMIPA Universitas Sumatera Utara yang banyak membantu proses administrasi.
Ucapan terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada ayahanda dan Ibunda Drs. Khalidin Musa dan Sinarwaty serta Istri tercinta Mira Gustina yang telah mencurahkan kasih sayang dan
dukungan moril dan material kepada penulis. Terima kasih juga kepada adik-adik
penulis M. Fauzi Ridwan, Amd, Farid Akhsani, S.Si, Nuruddin Iksan,
Rahmad Natsir dan buat seluruh keluarga yang telah membantu, memberikan
semangat dan dorongan kepada penulis hingga penulisan tesis ini selesai.
Rekan-rekan mahasiswa Program Studi Magister Matematika FMIPA Universitas
Sumatera Utara khususnya angkatan reguler tahun 2011 ganjil, dan semua pihak
yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu pada tesis ini. Semoga Allah
SWT membalas segala kebaikan dan bantuan yang telah diberikan.
Medan, Juni 2013
Penulis,
Awaludin Fitra
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
Awaludin Fitra lahir di Medan tanggal 18 Juli 1983. Ayah bernama Drs.
Khalidin Musa dan Ibu Sinarwati, merupakan anak pertama dari lima bersaudara.
Tahun 1989 masuk Sekolah Dasar di SD Kemala Bhayangkari 1 Medan dan lulus tahun 1995. Tahun 1995 melanjutkan pendidikan ke Sekolah Menengah Pertama di SLTP Kemala Bhayangkari 1 Medan, lulus tahun 1998. Tahun 1998,
melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Umum di SMU Kemala Bhayangkari
1 Medan, lulus tahun 2001. Pada Tahun 2003 melanjutkan ke perguruan tinggi
Jurusan Matematika, Program Studi Pendidikan Matematika, FMIPA Universitas
Negeri Medan dan lulus pada tahun 2010. Tahun 2011, penulis berkesempatan
untuk melajutkan Program Magister pada Program Studi Magister Matematika
FMIPA Universitas Sumatera Utara. Menikah dengan Mira Gustina pada tanggal 17 Februari 2013. Dan sekarang mengajar bidang studi matematika di SMP
Kemala Bhayangkari 1 Medan.
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN
i
ABSTRAK
ii
ABSTRACT
iii
KATA PENGANTAR
iv
RIWAYAT HIDUP
vi
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xi
BAB 1 PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
2
1.3 Tujuan Penelitian
3
1.4 Manfaat Penelitian
3
1.5 Metode Penelitian
3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
4
2.1 Defenisi Distributed Generation (DG)
4
2.2 Distributed Generation
5
2.3 Teknologi DG di Indonesia
6
2.3.1 Sejarah perkembangan DG
6
2.3.2 Aplikasi teknologi DG
7
2.4 Teknologi DG yang Dapat Dikembangkan di Indonesia
2.4.1 Pembangkit listrik tenaga mikrohidro
7
7
vii
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Teknologi bahan bakar nabati
8
2.4.3 Pembangkit listrik tenaga biomassa
9
2.4.4 Pembangkit listrik tenaga surya
10
2.4.5 Pembangkit listrik tenaga angin
11
2.4.6 Pembangkit listrik tenaga pasang surut
11
2.4.7 Pembangkit listrik tenaga panas bumi
12
2.5 Pemasangan (Interkoneksi) DG
12
2.5.1 Sumber energi utama
12
2.5.2 Power converter
13
2.5.3 Sistem interface dan peralatan proteksi
14
2.6 Keuntungan Distributed Generation
14
2.7 Perencanaan Energi
14
2.8 Energi Terbarukan
17
2.9 Teknologi Energi Terbarukan di Indonesia
18
2.9.1 Panas bumi
18
2.9.2 Mikrohidro
18
2.9.3 Surya
20
2.9.4 Biomassa
21
2.9.5 Tenaga air
24
2.10 Model Optimasi
24
BAB 3 PROGRAM INTEGER
26
3.1 Program Linear
26
3.2 Program Integer
26
3.3 Metode Solusi Dalam Integer Programming Pendekatan Pembulatan
27
3.4 Pendekatan Grafik
30
viii
Universitas Sumatera Utara
3.5 Pendekatan Gomory (Cutting Plane Algoritm)
30
3.6 Kendala Gomory dalam(Pure Integer Programming)
31
3.7 Metode Branch dan Bound
31
BAB 4 MODEL OPTIMALISASI ENERGI BERKELANJUTAN
4.1 Energi Perencanaan Prosedur Optimasi
35
35
BAB 5 KESIMPULAN
42
5.1 Kesimpulan
42
DAFTAR PUSTAKA
44
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1
Data kapasitas dan rating DG
4
3.1
Solusi integer optimum
29
3.2
Optimum masalah liniear programming
31
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
2.1
Judul
Interkoneksi DG
Halaman
13
xi
Universitas Sumatera Utara