pengembangan potensi energi listrik waduk...

Download PENGEMBANGAN POTENSI ENERGI LISTRIK WADUK hathi-pusat.org/izCFiles/uploads/downloads/Gabung-D.pdf ·

Post on 08-Mar-2019

269 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

ISBN: 978-979-15616-4-8 Azmeri, Iwan Kridasantausa, Yadi Suryadi

Pertemuan Ilmiah Tahunan (PIT) HATHI ke-23, Manado 10-12 Nopember 2006 273

PENGEMBANGAN POTENSI ENERGI LISTRIK WADUK TUNGGAL MENGGUNAKAN GENETIC ALGORITMA (GA)

Studi Kasus: Waduk Cimeta, Kabupaten Bandung, Jawa Barat

Azmeri 1) Iwan Kridasantausa 2) Yadi Suryadi 3) 1) Mahasiswa Program S3 Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung

2) Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi 3) Mahasiswa Program S3 Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung

ABSTRAK

Kebutuhan air tidak selamanya dapat terpenuhi oleh sumber daya air yang ada pada saat diperlukan. Keterbatasan sumberdaya air menyebabkan diperlukannya sistem pengoperasian waduk yang tepat, agar pengoperasian yang dilakukan memperoleh hasil yang optimal. Tujuan penulisan makalah ini adalah menerapkan Genetic Algoritma (GA) pada pola pemanfaatan air waduk tunggal. Maksud penulisan makalah ini adalah melakukan optimasi pengoperasian waduk tunggal dengan fungsi tujuan minimize shortage, sehingga dapat memberikan gambaran potensi energi listrik yang akan dihasilkan oleh Waduk Cimeta. Hasil yang diperoleh dengan menggunakan GA akan dibandingkan dengan hasil yang diperoleh dengan menggunakan NLP. Kata Kunci: Waduk Cimeta, Genetic Algoritma, Pengoperasian Waduk Tunggal, Non-Linier Programming (NLP),

Energi Listrik.

PENDAHULUAN Latar Belakang Pengembangan di setiap sektor dan peningkatan jumlah penduduk menyebabkan terjadinya peningkatan kebutuhan air. Kebutuhan air tidak selamanya dapat terpenuhi oleh sumber daya air yang ada pada saat diperlukan. Keterbatasan akan sumberdaya air yang ada menyebabkan perlunya pengaturan release/outflow air dari waduk (sistem pengoperasian waduk) agar pengoperasian yang dilakukan memperoleh hasil yang optimal. Telah banyak teknik optimasi yang digunakan untuk pengoperasian waduk. Pada makalah ini akan menggunakan Genetic Algorithms (GA) untuk memperoleh pola pengoperasian waduk tunggal. GA merupakan teknik pencarian nilai optimum secara stochastic berdasarkan mekanisme seleksi alam teori genetika. Algoritma genetika berbeda dengan teknik konvergensi konvensional yang lebih bersifat deterministik (Gen, et.al., 1997). Genetic Algorithms (GA) digunakan untuk mendapatkan solusi yang tepat untuk masalah optimal dari satu atau multi variabel. Sebelum Genetic Algorithms (GA) dijalankan, masalah yang ingin dioptimalkan harus dinyatakan dalam fungsi tujuan atau disebut fitness. Kromosom dengan nilai fitness tinggi (maximize), akan memberikan probabilitas yang tinggi untuk bereproduksi pada generasi selanjutnya. Sehingga untuk setiap generasi pada proses evolusi, fungsi fitness yang mensimulasikan seleksi alam, akan menekan populasi ke arah fitness yang meningkat. Maksud dan tujuan dari penulisan makalah ini adalah melakukan kajian pengembangan potensi energi listrik pada waduk tunggal dengan menggunakan Genetic Algoritma (GA). Dengan metode ini diharapkan akan diperoleh solusi outflow waduk optimal untuk pengoperasian waduk tunggal. Dengan model optimal sistem pengoperasian waduk tunggal tersebut

diharapkan sumber daya air yang terbatas dapat diatasi dengan sistem pengoperasian waduk yang cermat dan tepat. Ruang Lingkup Ruang lingkup dalam penulisan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Melakukan penyusunan model yang didasarkan

pada keseimbangan air (water balance) dalam sistem waduk tunggal.

2. Menerapkan teknik optimasi Genetic Algoritma, dengan langkah-langkah sebagai berikut: kodifikasi dan pembentukan generasi awal, pertukaran gen (crossover), perubahan gen (mutation), elitisme, evaluasi fungsi fitness, dan seleksi;

3. Merekomendasikan pemanfaatan air waduk tunggal secara optimal dan memberikan gambaran pengembangan potensi energi listrik yang akan dihasilkan oleh Waduk Cimeta.

Maksud dan Tujuan Maksud dari penulisan makalah ini adalah untuk mendapatkan pola pengoperasian waduk tunggal dengan menggunakan Genetic Algoritma (GA). Pola pengoperasian yang optimal memberikan gambaran potensi energi listrik yang akan dihasilkan Waduk Cimeta. Adapun tujuannya adalah mencoba menerapkan GA pada pola pemanfaatan air waduk tunggal. Pada penulisan makalah ini juga akan membandingkan dengan teknik optimasi Non-Linier Programming (NLP). STUDI KASUS Suatu model optimasi pengoperasian waduk sangat tergantung pada sistem yang ditinjau. Oleh karena itu

ISBN: 978-979-15616-4-8 Azmeri, Iwan Kridasantausa, Yadi Suryadi

Pertemuan Ilmiah Tahunan (PIT) HATHI ke-23, Manado 10-12 Nopember 2006 274

sangat diperlukan pemahaman terhadap karakteristik waduk yang ditinjau. Letak dan lokasi waduk Cimeta terletak pada sungai Cimeta. Secara administratif lokasi pekerjaan kajian teknis kelayakan Pembangunan Waduk Cimeta masuk wilayah dua Kecamatan yaitu Kecamatan Ngamprah dan Kecamatan Cisarua, Kabupaten Bandung. Sungai Cimeta yang mempunyai hulu di Gunung Burangrang dan bermuara di sungai Citarum dengan titik pertemuan di hilir jembatan Citarum Rajamandala, mempunyai panjang 39,50. Inflow yang masuk ke waduk berasal dari sungai Citarum dengan luas aliran sungai 182,62 km2. Adapun data teknis waduk adalah sebagai berikut: Tabel 1. Data Teknis waduk

Parameter Besaran

Elevasi Muka Air Maksimum (m) Volume Air Maksimum (m3) Elevasi Muka Air Minimum (m) Volume Air Minimum (m3) Elevasi Tile Water Luas genangan (ha) Luas DPS (km2) Tinggi waduk (m) Panjang waduk (m) Lebar mercu (m)

+740 11.081.725,50

+710 1.580,00

+703 122,240,00

182,62 29 140

8

METODOLOGI PENELITIAN Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah aksperimental kuantitatif, yaitu mencari nilai optimal dari sistem pengoperasian waduk tunggal dengan meninjau faktor kendala dalam pencapaian tujuan optimal. Faktor kendala dalam pemodelan ini diantaranya adalah volume tampungan maksimum dan minimum waduk, serta outflow dari waduk yang sesuai dengan kapasitas release waduk. Sedangkan fungsi tujuan dari pemodelan adalah minimize loss yang terjadi anata outflow dan kebutuhan yang harus dipenuhi dihilir waduk. Diharapkan dengan mengetahui faktor kendala, maka faktor tujuan berupa nilai optimal sistem pengoperasian waduk (minimize loss) dapat dianalisis dengan tepat. Maka dilakukan pemodelan sistem pengoperasian waduk tunggal dengan menggunakan Genetic Algorithms (GA). Dari pemodelan tersebut diharapkan akan diperoleh sistem pengoperasian waduk yang

merupakan rekomendasi prioritas pemanfaatan air waduk secara optimal. Setelah diperoleh nilai optimal outflow waduk, maka akan diperoleh potensi energi listrik yang dapat dikembangkan dari Waduk Cimeta tersebut. Pembangkit listrik tenaga air (PLTA) menggunakan air secara non-konsumptif. Tujuan PLTA adalah untuk mencukupi kebutuhan sistem akan energi, kapasitas (tenaga) dan dan kapasitas cadangan bila terjadi kebutuhan yang tidak terduga atau kehilangan sesuatu pembangkit dengan biaya minimal. Secara umum, jumlah energi yang dihasilkan suatu waduk selama bulan ke-t, adalah sebagai berikut:

t t t eff ttE g Q H t= dengan: Et = energi listrik yang dihasilkan selama

bulan ke-t (watt-hour) Qt = debit air rata-rata yang melalui intake

dan digunakan untuk membangkitkan energi listrik selama bulan ke-t (m3/s)

g = konstanta percepatan gravitasi (m/s2) = berat jenis air (kg/m3) t = rata-rata efisiensi turbin dan generator selama bulan ke-t tt = jumlah jam, jangka waktu selama bulan

ke-t (jam) eff t

H = tinggi jatuh efektif rata-rata selama bulan

ke-t (m) Nilai eff tH (effective head rata-rata bulan ke-t) dihitung dengan persamaan berikut ini:

( ) ( )1 1 12eff t t t ttH H TW H TW+ += + dengan:

tH = elevasi muka air waduk di awal bulan ke-t.

tTW = elevasi tailwater(tailrace) di awal bulan ke-t. 1tH + = elevasi muka air waduk di awal bulan ke-

t+1atau akhir bulan ke-t. 1tTW + = elevasi tailwater/tailrace awal bulan ke-t+1

atau akhir bulan ke-t. Selengkapnya konsep model ini digambarkan dalam bentuk flow chart, ditunjukkan pada Gambar 1.

ISBN: 978-979-15616-4-8 Azmeri, Iwan Kridasantausa, Yadi Suryadi

Pertemuan Ilmiah Tahunan (PIT) HATHI ke-23, Manado 10-12 Nopember 2006 275

Gambar 1. Bagan Alir Konsep Perancangan Model Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Pembentukan Generasi Awal Generasi awal dibangkitkan secara random dengan uniform distribution. Batasan yang ditetapkan pada generasi awal adalah nilai outflow, yaitu antara 2,92 dan 4,50 MCM. Selain batasan yang dilakukan untuk kodifikasi dan pembentukan awal outflow, juga dibentuk batasan terhadap volume tampungan waduk, yaitu berupa volume tampungan maksimum sebesar 11,082 MCM dan volume tampungan minimum sebesar 0,002 MCM. Pada bulan Januari pembentukan generasi awal disajikan pada Gambar 2 berikut.

Gambar 2. Pembentukan Generasi Awal

Proses Pertukaran Gen (Crossover) Jumlah kromosom yang akan crossover, ditentukan secara random berdasarkan tingkat probabilitas crossover (pc) yang diijinkan. Bila pc besar maka eksplorasi dapat dilakukan lebih luas, sehingga tidak terperangkap dalam nilai optimum lokal. Namun bila pc ter