Ditulis oleh Esterlina Br Siregar

PENDAHULUAN

Energi listrik memegang peranan utama dalam pembangunan negara. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral telah mengadopsi strategi perluasan jaringan listrik di desa-desa yang berdekatan dengan infrastruktur distribusi yang telah ada untuk memperluas akses listrik ke seluruh Indonesia. Namun, menurut Badan Pusat Statistik (2023), masih terdapat sekitar 20,8% dari total 2.145 desa di wilayah Kalimantan Barat belum tersalurkan listrik dengan sekitar 200 desa bahkan mengalami kegelapan total karena kendala geografis yang sulit dijangkau oleh jaringan listrik PLN. Namun, Indonesia masih mengandalkan sumber energi fosil seperti gas, minyak bumi, dan batubara sebagai pembangkit utama tenaga listrik. Menurut Global Energy Monitor (2022), Pembangkit Listrik Tenaga Uap menyumbang sekitar 54,5% atau 42,1 GWh dari total kapasitas listrik yang terdistribusi di seluruh Indonesia. Penggunaan masif sumber energi fosil ini menempatkan Indonesia sebagai penyumbang CO₂ terbesar ke-6 global dengan 691,97 juta ton CO₂ yang dilepaskan ke atmosfer.

Pemerintah Indonesia berusaha mencapai target elektrifikasi 100% dengan prediksi total kapasitas listrik nasional sebesar 115 GWh pada tahun 2025. Namun, hingga akhir tahun 2023, rasio elektrifikasi di Indonesia hanya mencapai 99,78%, sisanya sebesar 0,22% direncanakan akan selesai pada tahun 2024. Kalimantan Barat dikenal sebagai “Seribu Sungai” karena kondisi geografisnya memiliki banyak saluran irigasi dan sungai yang berpotensi besar dibangun PLTMH. Institute for Essential Services Reform (2019) menyatakan Kalimantan Barat menduduki posisi pertama dengan potensi penghasil listrik melalui PLTMH sebesar 75.000 MWh dengan kapasitas terpasang 8.671 MWh (Sinaga et al, 2021). Tantangan lingkungan seperti banjir, angin kencang, dan fenomena kekeringan menjadi hambatan yang perlu diatasi dalam pengembangan infrastruktur listrik berkelanjutan.

Menanggapi tantangan distribusi listrik di daerah pedalaman, solusi yang diusulkan adalah GREEN-VOLT yakni sebuah instruksi PLTMH baru yang menggunakan komponen modern dengan terhubung sistem komunikasi dua arah dengan jangkauan yang lebih luas. GREEN-VOLT: Pembangkit Listrik Pintar dengan Integrasi Smart Grid untuk Mendorong Ekspansi Energi Listrik di Kalimantan Menuju Indonesia Emas 2045. Berbeda dengan Sistem Distribusi Terpusat (Off-grid) yang memiliki jangkauan terbatas sekitar 2-3 km, sistem GREEN-VOLT mampu menjangkau wilayah hingga 20-30 km dari pusat kontrolnya. Dengan proyeksi permintaan listrik di wilayah Kalimantan yang meningkat dari sekitar 12.542,20 GWh pada tahun 2022 menjadi sekitar 147.639,96 GWh pada tahun 2060, GREEN-VOLT menjadi solusi yang relevan untuk menjawab kebutuhan energi yang berkelanjutan.

PEMBAHASAN

Pulau Kalimantan mempuyai ratusan sungai yang mengalir mengelilingi pulau yang dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan yakni membangun Pembangkit Listrik Tenaga Mikro-Hidro (Normansyah, 2022). Meski demikian, penerapan PLTMH yang masih bersifat konvensional dan sederhana hanya menghasilkan energi listrik yang rendah dan tidak stabil tergantung musim (Setiawan et al., 2021). Salah satunya di Desa Nanga Mentebah, Kec. Embaloh Hilir, Kab. Kapuas Hulu memiliki rasio elektrifikasi 97% dimana belum sepenuhnya terjangkau oleh jaringan listrik PLN, sehingga beberapa bagian desa masih memerlukan pasokan listrik dari pembangkit lokal. Daerah ini memilii air terjun Riam Sirin Punti yang berpotensi untuk menghasilkan energi listrik dengan daya yang tinggi sebagai salah satu air terjun dengan aliran yang stabil dan besar sepanjang tahun. Namun, PLTMH konvensional sederhana hanya mampu menghasilkan energi listrik yang rendah dan tidak stabil tergantung musim (Setiawan et al., 2021). Oleh karena itu, solusi inovatif dan terintegrasi GREEN-VOLT sangat dibutuhkan untuk mencapai pemerataan dan optimalisasi distribusi listrik di Kalimantan.

1. Perencanaan PLTMH

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro merupakan salah satu jenis energi terbarukan yang memanfaatkan air untuk menghasilkan energi listrik (Sofyan dan Sudana, 2022). Desa Nanga Mentebah memiliki topografi berbukit atau berpegunungan denga potensi besar untuk sumber energi terbarukan terutama dari arus sungai karena dekat dengan permukiman penduduk. Curah hujan yang tinggi sekitar 70% mm/tahun menjadikan Riam Sirin Punti sebagai salah satu sungai dengan aliran yang stabil dan besar sepanjang tahun, sehingga dapat memastikan produksi listrik yang berkesinambungan di ketinggian 120 meter.

Gambar 1. Rancang Bangun PLTMH Inovasi GREEN-VOLT

Penerapan PLTMH ini seringkali mengalami tantangan dalam pembuatannya, beberapa tantangannya dalam pembuatan PLTMH yaitu banyak lokasi potensial PLTMH berada di daerah terpencil dengan akses yang sulit. Selain itu, kurangnya tenaga ahli yang terampil untuk membangun, mengoperasikan, dan memelihara PLTMH juga menjadi tantangan dalam pembuatan PLTMH tersebut.

2. Komponen GREEN-VOLT

GREEN-VOLT merupakan rancangan PLTMH modern dengan dilengkapi dengan sistem pendistribusian listrik digital yang jangkauan yang lebih luas. GREEN-VOLT ini digunakan untuk meratakan dan memperluas distribusi listrik ke wilayah pedalaman dengan memanfaatkan potensi aliran air. GREEN-VOLT diintegrasikan dengan penggunaan Internet of Things (IoT) dengan sensor Arduino Uno. GREEN-VOLT dibangun terlebih dahulu dengan memperhitungkan head dan lebar sungai untuk membangun PLTMH pada Rian Sirin Punti yakni 30 meter, debit air 0,5 -2 m³/dt dan ketinggian 80-100 meter. Langkah awal adalah dengan membuat Reservoir (waduk) sebagai tempat penyimpanan air yang digunakan untuk menampung/menahan aliran air dari sungai Riam Sirin Punti adalah setinggi 30 meter. Kemudian, membuat sensor di saluran intake untuk mengontrol aliran air ke turbin dengan gateaway akuator pembuka dan penutup pintu air otomatis untuk mengatur debit air. Berikut adalah prototype Pembangkit Listrik Tenaga MikroHidro modern GREEN-VOLT yang telah dirancang oleh penulis :

Proses ini dimulai ketika air sudah melewati penstock (d=150-200cm; p=500-1000m), aliran air akan menggerakkan turbin Francis. Turbin akan mengubah potensial air menjadi energi mekanik yang digunakan untuk memutar generator. Turbin Francis memiliki diameter (1-10); head (50-300 m); output daya (10kw-10MW); kecepatan (70-1000rpm); efisiensi 95%. Sensor yang digunakan dalam ruang turbin (5x6x6m) adalah sensor kecepatan putaran dan sensor getaran yang ditempatkan di panel kontrol turbin. Gerakan mekanik dari turbin akan menggerakkan generator dan energi ini akan dikonversi dari energi air menjadi energi listrik oleh electromagnetic generator yang kemudian disimpan dalam power generator. Generator mampu menghasilkan daya 10kw-10MW pada tegangan yang relatif rendah yakni 11-210,1kV.

Trafo step-up memiliki input (380V/220V-400V/230V-3Phase); output (220V/127V-200V/115V-3Phase) dengan kapasitas (15kVA-3phase50/60Hz). Trafo ini memungkinkan transmisi line yang efisien secara jarak jauh dengan losses minimal. Transmission Line merupakan kabel-kabel besar yang digunakan untuk menyalurkan listrik dari pembangkit listrik ke konsumen. Saluran transmisi biasanya terbuat dari aluminium atau baja dan memiliki tegangan yang tinggi. Tipe jenis yang digunakan adalah HVDC Transmission dengan tegangan (5.000V); transmisi 630kW; pada 14kV DC; dan jarak (120km). Energi alur listrik DC yang diperoleh akan dialirkan ke transmisision line kemudian dialirkan lagi ke Internet Home Control.

4. Mekanisme Internet Home Control

Arduino Uno pada Internet Home Control dapat membaca data dari seluruh sensor, kemudian mengolah data tersebut dengan Cloud Computing. Hal ini memungkinkan pemantauan dan analisis data PLTMH secara real-time dari jarak jauh. Apabila terjadi kerusakan ataupun kondisi cuaca yang ekstrem, maka setiap sensor akan mengirimkan peringatan ke IHC sehingga mempercepat perbaikan dari GREEN-VOLT. Selanjutnya, aliran listrik dari arus searah (DC) yang dihasilkan menjadi arus bolak-balik (AC) sehingga dapat digunakan sesuai standar yang kompatibel dengan peralatan dan perangkat rumah tangga. Inverter memiliki kapasitas (1-60kW); jenis gelombang (sine wave); efisiensi (96-98%); monitoring terintegrasi (Wi-Fi/ Ethernet), serta kompatibilitas dengan berbagai jenis baterai.

Gambar 4. Rancangan Internet Home Control

Cloud Computing terintegrasi dengan sistem API dan SDK sehingga berperan sebagai pusat untuk menyimpan, mengelola, dan menganalisis data terkait operasi PLTMH seperti statistik pembangkitan real-time, catatan kinerja historis, dan peringatan sistem. Kapasitas penyimpanan dan instance (virtual machine dengan CPU, RAM, dan storage). Sistem ini terkonektivitas dengan WiMAX yang memiliki kecepatan tinggi dalam jarak yang luas yang memungkinkan komunikasi antar setiap perangkat PLTMH dengan kecepatan data (70MBps), standar (IEEE 802.16); kapasitas max 30 Mbps dan frekuensi tipikal (2-6GHz).

Ketika debit air tinggi, maka energi listrik yang dihasilkan akan semakin besar sehingga menjadi surplus energi yang dapat dialirkan ke battery, sedangkan ketika terjadi kekeringan maka otomatisasi penggunaan dari daya listrik yang disimpan dari battery akan dialirkan. Kapasitas (100-500Ah); tegangan (12-24V), dan siklus hidup (3000 siklus). Terakhir, Automated Metering berfungsi sebagai alat mengukur dan melacak konsumsi listrik setiap rumah serta perangkat yang terhubung untuk mendapatkan informasi konsumsi penggunaan energi pengguna. Sistem ini menggunakan versi Tomcat 9 dengan proses otomatisasi yang melibatkan mesin PLC, penggerak elektronik; pemasangan (manual dengan Windows, Linux); dan seri modbus.

5. Distribusi Listrik ke Masyarakat

Smart Grid merupakan sistem jaringan distribusi listrik cerdas, menggunakan Information and Communication Technology (ICT), cyber security, dan computational intelligence. Sistem ini memungkinkan distribusi listrik dari pembangkit hingga ke rumah penduduk. Misalnya, jika terjadi kegagalan trafo tegangan menengah di jaringan distribusi, Smart Grid secara otomatis dapat mengalihkan aliran daya dan memulihkan layanan pengiriman daya. Smart Grid terdiri dari tiga subsistem, yaitu intelligent energy subsystem mengatur aliran listrik dengan efisien, intelligent information subsystem mengumpulkan dan menganalisis data, dan intelligent communication subsystem memfasilitasi komunikasi dua arah untuk mengoptimalkan kinerja jaringan. Integrasi GREEN-VOLT dengan Smart Grid memberikan kemampuan adaptasi dan tanggapan cepat terhadap perubahan kondisi jaringan, sehingga meningkatkan keandalan dan efisiensi sistem distribusi listrik.

PENUTUP

GREEN-VOLT adalah sistem inovatif yang mengintegrasikan jaringan pintar dan teknologi IoT untuk mendistribusikan listrik dari PLTMH. Dengan menambahkan sensor Arduino Uno, sistem ini memungkinkan pemantauan kondisi pembangkit secara real-time dari pusat kontrol. GREEN-VOLT berkontribusi pada penghematan energi melalui sistem Internet Home Control yang mengelola penggunaan energi dan menyimpan cadangan listrik saat terjadi gangguan lingkungan, seperti banjir atau kekeringan. Selain itu, konsep ini memperkirakan penghematan energi yang terbuang sebesar 2.517MWh, yakni 62,75% lebih kecil dibanding grid konvensional yang hanya mampu menghemat listrik sebesar 6.711MWh. Perencanaan konseptual GREEN-VOLT melibatkan kolaborasi antara Perusahaan Listrik Negara, teknisi IT, akademisi, dan investor.

DAFTAR PUSTAKA

Aini, A.S. (2022). Analisis Potensi dan Implementasi PLTMH Skala Mikro di Kabupaten Kapuas Hulu Kalimantan Barat. Jurnal Rekayasa Elektro dan Energi.13(2):117-124.

Azizah, A.N., Sugeng, P. (2021). Perencanaan Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PV dan Mikrohidro) Terhubung Grid (Studi Kasus : Desa Merden, Kecamatan Padureso, Kebumen). Jurnal Listrik, Instrumentasi dan Elektronika Terapan 2(1).

Badan Pusat Statistik Indonesia. (2023). Statistik Listrik 2018-2022. URL: https://www.bps.go.id/id/publication/2023/12/21/193053e47e20e9c6c5ef62 52/statistik-listrik-2018-2022.html. Diakses tanggal 5 Februari 2024.

Duan, X., Fang, Z., & Chen, Y. (2016). Smart Grid: A Survey. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 12(4):1805-1818.

Energy Institute. (2022). Indonesia Salah Satu Penghasil Emisi Karbon Sektor Energi Terbesar Global pada 2022. URL:https://databoks.katadata.co.id/datapublish/2023/08/11/indonesia-salah-satu-penghasil-emisi-karbon-sektor-energi-terbesar-global-pada-2022. Diakses pada 29 April 2023

Global Energy Monitor. (2022). Indonesia Energy Transition Outlook. URL: https://www.irena.org/publications/2022/Oct/Indonesia-Energy-Transition- Outlook. Diakses tanggal 3 Februari 2024.

Ilmuteknik.id. (2024). Mengenal Apa Itu Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro PLTMH. URL: https://ilmuteknik.id/pembangkit-listrik-tenaga-mikrohidro/. Diakses pada 19 April 2024.

Institute for Essential Services Reform. (2019). Laporan status energi terbarukan URL:https://iesr.or.id/wpcontent/uploads/2019/07/IESR_Infographic_Status-EnergiTerbarukan-Indonesia.pdf. Diakses tanggal 2 Februari 2024.

Kementrian ESDM. (2023). Indonesia Timur Jadi Target Kejar Rasio Elektrifikasi.URL:https://www.esdm.go.id/id/media-center/arsip-berita/2023-indonesia- timur-jadi-target-kejar-rasio-elektrifikasi. Diakses tanggal 8 Februari 2024.

Kompas.id. (2021). Provinsi Kalimantan Barat: Pintu Gerbang Indonesia Menuju Kawasan Asia Timur di Bagian Barat. URL: https://www.kompas.id/baca/daerah/2021/03/17/provinsi-kalimantan-barat. Diakses pada 18 April 2024.

Normansyah. (2022). Tinjauan Ekonomi Potensi Pendapatan Asli Daerah Melalui Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). ENTRIES. 1(1): 7-13.

Pemerintah Kabupaten Sekada (sekadaukab.go.id). (2020). Air Terjun Sirin Punti. URL: https://sekadaukab.go.id/air-terjun-sirin-punti. Diakses pada 19 April 2024.

Santoso, A. 2020. Pengertian Smart Grid dan Manfaatnya. Jurnal Ilmiah Teknik Elektro.13(2):133-140.

Setiawan, E., Sujana, I., dan Ivanto, M. (2021). Evaluasi Kinerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Untuk Mengetahui Efisiensi Turbin Pada Desa Rirang Jati Kecamatan Nanga Taman Kabupaten Sekadau. JTRAIN: Jurnal Teknologi Rekayasa Teknik Mesin. 2(2): 90-96.

Sinaga, D. H., Sasue, R. R. O. dan Hutahaean, H. D. (2021). Pemanfaatan Energi Terbarukan Dengan Menerapkan Smart Grid Sebagai Jaringan Listrik Masa Depan. Journal Zetroem. 3(1):11-17.

Sofyan, M., Made, S. (2022). Analisis Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Berdasarkan Debit Air dan Kebutuhan Energi Listrik. Jurnal Listrik, Instrumentasi, dan Elektronika Terapan (JuLIET) 3(2).

Sulmaihati. (2019). Analisis Potensi Energi Baru Terbarukan untuk Ketahanan Energi di Kalimantan. Jurnal Energi dan Kelistrikan. 25(2):157-167.

Hasibuan, A., Siregar, W.V. and Sayuti, M., 2023. Pemanfaatan Energi Angin Untuk Pembangkit Energi Listrik Di Daerah Kepulauan Menggunakan Kincir Angin Skala Kecil. Feniks Muda Sejahtera.

Dwipayana, I.K.D., Mareta, J. and Reksa, A.F.A., 2024. Membangun Kesejahteraan melalui Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Berbasis Masyarakat di Desa Baturotok, Kabupaten Sumbawa. Masyarakat Indonesia, 49(2), pp.215-226.

LAMPIRAN

Lampiran 1. Komponen Desain dari GREEN-VOLT

Lampiran 2. Langkah-Langkah Stategis dan Timeline

Lampiran 3. Sensor-Sensor dalam Arduino Uno

Lampiran 4. Rancangan Biaya Pembangunan GREEN-VOLT

Lampiran 5. Analisis SWOT

Lampiran 6. Analisis SMART

Lampiran 7. Sistematika Rangkaian Arduino Uno

Lampiran 8. Analisis SAHABAT