ELEKTRO
Nomor 24, Tahun V, Januari 1999
ENERGI

Model Perencanaan Pembangkitan dengan Optimisasi Sekuensial yang Disederhanakan

Home
Halaman Muka

Sajian Utama
Komputer
Komunikasi
Elektronika
Instrumentasi
Abstract
Generation expansion planning is a planning activity to determine the most economic generation type with highest reliability to meet capacity addition requirement based on long term load forecasting. The best generation expansion planning should be able to choose a generation type which meets the cost, reliability, financial and environment constraints. The availability of several energy sources and a lot of uncertainity factor such as load growth and fuel price will cause the generation expansion planning activity become more complicated and take a long time.

Although a lot of techniques and software have been developed in this field, however it is realized that the knowledge and experience of the planner is still important. In this paper we introduce a simplified method for generation expansion planning which is faster and gives an almost optimum result.

Pendahuluan

Perencanaan pembangkitan adalah suatu proses kegiatan perencanaan yang rumit yang bertujuan untuk mencari dan memilih suatu rencana yang optimal diantara beberapa alternatif rencana yang tersedia. Rencana yang optimal tersebut harus memenuhi total biaya pembangkitan yang minimum dengan batasan keandalan, lingkungan dan ketersediaan pendanaan. Hal ini dilakukan dengan mempertimbangkan ketidakpastian yang ada dalam perencanaan pembangkitan, seperti :
  • Berapa persen perkiraan pertumbuhan beban per tahun
  • Perkiraan ketersediaan dan harga bahan bakar
  • Bentuk kurva beban
  • Ketersediaan alternatif unit pembangkit baru , dan lain-lain.
Dengan demikian seorang perencana di bidang ini harus mengetahui ruang lingkup yang cukup luas mengenai karakteristik suatu sistem tenaga listrik mencakup ekonomi, biaya dan keandalannya. Hal ini dilakukan dengan memproyeksikan kondisi suatu sistem tenaga listrik beberapa tahun ke depan, selanjutnya mengembangkan beberapa alternatif dan memilih rencana yang optimal diantara alternatif-alternatif tersebut. Dalam proses ini peranan dari perencana sangat dominan, seperti dalam hal penyederhanaan masalah, membuat prioritas rencana dan selanjutnya memutuskan rencana yang paling layak.

Sudah banyak teknik dikembangkan untuk menunjang kegiatan perencanaan pembangkitan ini, seperti penggunaan model matematis untuk memformulasikan permasalahan dalam perencanaan, yang meliputi antara lain : model linier programming, dynamic programming serta model optimisasi. Berdasarkan teknik-teknik tersebut juga sudah banyak program komputer yang ditulis seperti WASP, ZOPPLAN dan lain-lain. Tentunya dengan menggunakan program komputer tersebut, pekerjaan perencanaan pembangkitan menjadi semakin mudah. Akan tetapi semakin rumitnya permasalahan, semakin benyaknya faktor ketidakpastian serta semakin banyaknya kendala yang harus dihadapi, semakin banyak pula pilihan rencana yang harus dipertimbangkan. Sehingga dengan strategi pencarian (untuk memilih rencana yang optimal) saja ternyata tidak cukup untuk menyelesaikan permasalahan perencanaan pembangkitan yang sebenarnya. Secara umum diakui bahwa selain menggunakan program komputer tersebut, faktor pengalaman / pengetahuan para perencana masih memegang peranan yang penting dalam pekerjaan ini. Pengalaman perencana didapat dari kemampuannya untuk menganalisa tingkah laku dan karakteristik suatu sistem tenaga listrik dan dapat membuat keputusan yang lebih tepat.

Teknik dinamik programing merupakan teknik yang paling banyak digunakan karena memberikan hasil yang mendekati optimal. Akan tetapi teknik ini membutuhkan waktu proses yang cukup lama untuk mendapatkan hasil yang mendekati optimal tersebut. Untuk itu dalam makalah ini akan dibahas teknik untuk menyelesaikan masalah dalam perencanaan pembangkitan dengan menggunakan optimisasi sekuensial yang disederhanakan, sehingga selain waktu prosesnya lebih cepat, akan memberikan hasil yang tidak jauh berbeda dengan teknik dinamik programing.

Teknik Pohon Keputusan dalam Perencanaan Pembangkitan

Lingkup dari kegiatan perencanaan pembangkitan mencakup tiga kelompok variabel , yaitu : variabel keputusan, variabel acak dan variabel atribut. Variabel keputusan adalah kelompok variabel yang dapat dikendalikan oleh perencana, seperti keputusan untuk membangun pusat pembangkit listrik yang baru, menambah kapasitas yang sudah ada atau tidak mengoperasikan lagi suatu unit pembangkit. Variabel acak adalah variabel yang tidak dapat dikendalikan oleh perencana karena adanya faktor ketidakpastian, seperti pertumbuhan beban, harga dan ketersediaan bahan bakar, biaya modal untuk suatu pembangkit baru, tingkat bunga dan lain-lain. Variabel atribut adalah kelompok variabel yang menyatakan tingkat kelayakan dan ketepatan suatu rencana, seperti variabel biaya, variabel dampak lingkungan, variabel pemakaian bahan bakar dan variabel keandalan.

Semua variabel keputusan dalam perencanaan pembangkitan dapat dimodelkan dalam suatu pohon keputusan, yang menggambarkan beberapa keputusan yang tersedia setiap tahun yang selanjutnya untuk dipilih urutan keputusan yang harus dibuat selama jangka waktu perencanaan. Suatu pohon keputusan adalah suatu graph atau tree yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut :

  • Pohon tersebut memiliki simpul (node) awal yang disebut root
  • Memiliki beberapa simpul akhir yang tidak memiliki simpul lanjutan (successor) yang disebut leaf
  • Setiap simpul selain root dan leaf, pasti memiliki satu simpul pendahulu (predecessor) dan beberapa simpul lanjutan.
Pohon keputusan ini adalah untuk menyatakan secara terpisah setiap jalur yang mungkin dalam proses perencanaan, yang akan menghasilkan urutan simpul keputusan. Simpul akar menyatakan keadaan sistem pembangkitan sekarang pada tahun ke-0. Simpul lanjutan dari simpul akar menyatakan keputusan pada tahun ke- 1 yang paling layak dan diletakkan pada urutan berikutnya sebagai cabang dari simpul akar. Hal ini diteruskan untuk simpul yang lain yang merupakan keputusan pada tahun ke 2, 3 dan seterusnya sampai mencapai simpul daun yang merupakan akhir dari periode perencanaan, sehingga diperoleh urutan keputusan dari simpul akar sampai simpul daun. Gambar 1 memperlihatkan pohon keputusan dalam perencanaan pembangkitan selama jangka waktu 3 tahun.

Metode Perencanaan Pembangkitan dengan Optimisasi Sekuensial yang Disederhanakan

Dalam metode ini yang dipakai sebagai variabel keputusan adalah jenis-jenis alternatif pilihan pembangkit baru dan maksimum jumlahnya pertahun yang diperbolehkan untuk dibangun. Setiap alternatif dinyatakan sebagai satu simpul. Jumlah simpul setiap tahun adalah sama dengan jumlah alternatif ditambah satu ( yaitu alternatif tidak menambah pembangkit baru ).

Pada setiap tahun, pemilihan alternatif menggunakan Lifecycle Benefit/ Cost ratio sehingga untuk setiap penambahan alternatif pembangkit baru dihitung Lifecycle Cost dan Lifecycle Benefit nya sebagai berikut :

    Capital cost dari alternatif tersebut = C
    Prosentase disbursment biaya konstruksi pada tahun j = p(j)
    Eskalasi / tahun dari biaya konstruksi = esc
    Discount rate = dsc
    Jangka waktu konstruksi = n
Maka :

    Production cost tanpa adanya alternatif baru pada tahun j = P0(j)
    Production cost dengan adanya alternatif baru pada tahun j = P1(j)
    Umur ekonomis dari alternatif baru tersebut = m
Maka :

dan

Alternatif yang dipilih pada tahun tersebut adalah alternatif dengan B/C Ratio paling tinggi. Dimana untuk alternatif tidak menambah pembangkit baru memiliki B/C Ratio = 1.0

Data pendukung yang dibutuhkan antara lain :

  • Beban harian per jam selama perioda simulasi.
  • Proyeksi pertumbuhan beban puncak dan energi
  • Alternatif-alternatif pembangkit baru, total biaya investasi, lama pembangunan, prosentase disbursment biaya investasi per tahun selama masa pembangunan dan umur ekonomisnya .
  • Biaya operasi dan pemeliharaan pertahun dari setiap alternatif tersebut.
  • Karakteristik heat rate dari alternatif pembangkit baru tersebut.
  • Data pembangkit existing, kapasitas terpasang, karateristik heat rate dan biaya operasi Tetap dan Variable.
  • Reserve margin dan komposisi prosentase beban peak, base dan intermediate.
Algoritma perencanaan pembangkitan dengan metoda ini dapat dilihat pada flowchart Gambar 2.

Contoh Kasus Perencanaan Pembangkitan

Suatu sistem tenaga listrik terinterkoneksi memiliki daya terpasang pada tahun 1997 sebesar 10.386 MW dengan realisasi beban puncak dan produksi pada tahun tersebut adalah 8.110 MW dan 50.409 GWh. Kurva beban harian dari sistem tersebut dapat dilihat pada Gambar 3, sedangkan komposisi jenis pembangkit pada sistem tersebut seperti terlihat pada Tabel 1 berikut.

Gambar 3. Kurva beban harian

Tabel 1. Komposisi pembangkit existing
Jenis Pembangkit
Kapasitas Terpasang (MW)
Tipe
PLTU Batubara
2400
Base
PLTU Gas
800
Base
PLTU BBM
790
Intermediate
PLTGU Gas
3267
Base
PLTGU BBM
329
Intermediate
PLTA Waduk/ROR
2026
Peak/ Base
PLTP
305
Base
PLTG
377
Peak
PLTD
92
Peak

Proyeksi pertumbuhan beban dan energi untuk 10 tahun ke depan ( 1998 2007 ) untuk tiga skenario Rendah, Menengah dan Tinggi adalah seperti terlihat pada Tabel 2 berikut.

Tabel 2. Skenario Pertumbuhan beban dan energi
Tahun Skenario Pertumbuhan ( % )
Rendah Menengah Tinggi
1998 11.0 12.0 14.0
1999 10.7 11.8 13.5
2000 10.3 11.5 13.1
2001 10.0 11.2 12.7
2002 9.6 10.7 12.4
2003 9.2 10.4 11.0
2004 8.7 10.0 10.6
2005 8.4 9.7 10.2
2006 8.0 9.4 9.9
2007 7.5 9.2 9.5

Sedangkan alternatif unit pembangkit baru untuk mengisi kebutuhan tambahan kapasitas 10 tahun ke depan adalah seperti terlihat pada Tabel 3 berikut.

Tabel 3. Alternatif pembangkit baru
Jenis Pembangkit
Kapasitas (MW)
Kategori
Unit
FOR
( % )
Biaya Modal ($/ kW)
PLTU Batubara
600
Base
6.0
1167
PLTU Batubara
400
Base
6.0
1285
PLTGU Gas
500
Intermediate
3.3
750
PLTG HSD
130
Peaking
3.3
450

Dengan batasan reserve margin 25 % - 30 % dan komposisi prosentase beban peak, intermediate dan base adalah 20 %, 30 % dan 50 %, maka dari hasil simulasi, alternatif pembangkit baru yang terpilih untuk memenuhi kebutuhan tambahan kapasitas pada tahun 1998 sampai dengan 2007 adalah seperti pada Tabel 4 berikut.

Tabel 4. Tambahan pembangkit baru
Skenario
Tahun
Rendah
Menengah
Tinggi
A
B
C
D
LOLH
(jam)
A
B
C
D
LOLH
(jam)
A
B
C
D
LOLH
(jam)
1998 2 0 0 1 8.90 2 0 0 1 11.63 2 1 0 0 9.76
1999 0 3 0 0 15.07 1 2 0 1 12.30 0 4 0 0 14.39
2000 0 3 0 1 11.58 1 2 0 1 10.00 2 0 1 1 10.80
2001 1 1 1 0 8.94 0 2 1 2 8.51 2 0 1 2 8.65
2002 1 2 1 0 7.82 2 0 1 1 6.64 1 2 1 2 6.74
2003 0 2 1 0 10.86 0 2 2 0 6.11 0 3 2 0 4.79
2004 1 0 1 3 15.66 0 2 1 2 13.25 1 0 1 4 13.67
2005 1 0 2 3 11.05 1 1 2 2 11.65 2 0 2 3 11.81
2006 1 1 1 1 11.28 3 0 1 3 4.97 3 0 1 5 5.37
2007 1 1 1 4 5.92 2 0 1 4 4.24 2 0 2 0 9.05
Keterangan :
A = PLTU Batubara 600 MW
B = PLTU Batubara 400 MW
C = PLTGU Gas 500 MW
D = PLTG HSD 130 MW

Dalam model perencanaan pembangkitan yang lain, umumnya untuk menseleksi tambahan pembangkit baru digunakan kriteria LOLP (Loss Of Load Probability). Sebagai contoh ditentukan LOLP sistem sebesar 1 hari /tahun. Sedangkan pada metode optimisasi sekuensial, kriteria tersebut merupakan keluaran dari program, yaitu dalam bentuk LOLH (Loss Of Load Hours). Dari hasil simulasi tersebut diperoleh LOLH setiap tahun < 24 jam dengan kata lain LOLP < 1 hari/ tahun.

Kesimpulan

  • Perencanaan pembangkitan dengan metode optimisasi sekuensial dapat menghasilkan perencanaan pembangkitan yang cepat dengan hasil mendekati optimal.
  • Dengan data masukan yang benar, penambahan kapasitas setiap tahun akan menghasilkan LOLH < 24 jam atau LOLP < 1 hari/ tahun.
  • Jenis alternatif pembangkit yang dipilih akan disesuaikan dengan kriteria prosentase base, intermediate dan peak. Sedangkan jumlah kapasitas yang ditambahkan sesuai dengan batasan reserve margin.

Daftar Pustaka

  1. Farghal S.A, El Dewieny R.M, Abdel Azis M. R, "Generation expansion planning using the decision tree technique", Electric Power System Research, No. 13, 1987.
  2. Kandil M. S, Farghal S. A, Abdel Azis M. R, "Generation expansion planning : an expert system approach", IEE Proceedings, Vol. 135, Part C, No. 4, July, 1988.
  3. Harry G. Stoll, "Least-Cost Electric Utility Planning", John Wiley & Sons, 1989.
  4. P Plus Corporation, "Training Manual for PPC P PLUS Program", California, September, 1996.
  5. P Plus Corporation, "User Manual for PPC P PLUS Program", California, September, 1996. q
Oleh : Djoko Susanto
Subdit. Perencanaan & Pengembangan , PT. PLN PJB II
Artikel lain:

[ Sajian Utama ]
[ KOMPUTER ] [ KOMUNIKASI ] [ ELEKTRONIKA ] [ INSTRUMENTASI ]

Please send comments, suggestions, and criticisms about ELEKTRO INDONESIA.

Click here to send me email.
[ Halaman Muka ]
© 1996-1999 ELEKTRO Online.
All Rights Reserved.