Cara menghemat listrik di pabrik: dari tagihan ke mesin

Apa arti menghemat listrik di pabrik

Cara menghemat listrik di pabrik yang hasilnya bertahan jarang dimulai dari mematikan lampu kantor. Ia dimulai dari pertanyaan yang lebih sederhana tetapi lebih sulit dijawab: energi yang dibayar setiap bulan itu dipakai untuk apa. Menghemat listrik di sini berarti mengurangi energi yang tidak menghasilkan apa-apa, seperti motor yang berputar tanpa beban, udara tekan yang bocor, atau pompa yang melawan katupnya sendiri, tanpa mengurangi output, mutu, dan keselamatan.

Karena itu lebih tepat berbicara tentang efisiensi energi pabrik, yaitu energi yang dipakai untuk setiap unit output. Pabrik yang produksinya naik boleh saja membayar tagihan lebih besar dan tetap menjadi lebih efisien. ISO 50001 memakai istilah kinerja energi untuk hal ini, yaitu hasil terukur yang berkaitan dengan efisiensi, penggunaan, dan konsumsi energi, dan menempatkannya dalam siklus perbaikan berkelanjutan: rencanakan, lakukan, periksa, tindak lanjuti^[1].

Artikel ini berfokus pada tindakan: membaca tagihan, menemukan sumber pemborosan, memperbaikinya, lalu membuktikan hasilnya. Pembahasan rinci tentang parameter kelistrikan, hierarki sub-metering, dan cara membaca profil beban ada di artikel monitoring energi listrik pabrik.

Membaca tagihan listrik pabrik lebih dulu

Tagihan listrik pabrik adalah data energi pertama yang sudah dimiliki setiap pabrik, dan sering hanya dilihat totalnya. Padahal rinciannya menunjukkan ke mana penghematan perlu diarahkan. Bagi pelanggan industri PLN, susunan tagihan bergantung pada golongan tarifnya, tetapi pada umumnya memuat komponen berikut.

• Pemakaian energi (kWh). Pada golongan tarif tertentu, pemakaian dicatat terpisah untuk waktu beban puncak (WBP) dan luar waktu beban puncak (LWBP), dengan harga yang berbeda. Jumlah kWh yang sama dapat berbiaya berbeda tergantung kapan energi itu dipakai.
• Kelebihan pemakaian energi reaktif (kVArh). Biaya ini muncul bila faktor daya rata-rata pelanggan berada di bawah batas yang ditetapkan dalam ketentuan tarif.
• Komponen yang terkait daya tersambung. Sebagian ketentuan tarif mengaitkan tagihan dengan daya kontrak dalam kVA, terlepas dari berapa energi yang benar-benar dipakai. Daya kontrak yang jauh di atas kebutuhan, atau sebaliknya terlalu mepet dengan beban puncak, sama-sama perlu ditinjau.
• Pajak dan biaya lain. Komponen ini mengikuti besarnya tagihan, sehingga ikut turun bila komponen di atas turun.

Setiap komponen memiliki tuas yang berbeda. Pemakaian kWh turun bila peralatan memakai lebih sedikit energi untuk pekerjaan yang sama. Biaya WBP turun bila beban yang jadwalnya fleksibel dipindah ke luar jam puncak, walaupun jumlah kWh-nya tetap. Biaya kVArh turun bila faktor daya diperbaiki, sering tanpa mengubah kWh sama sekali. Beban puncak (kW atau kVA) tidak selalu tampil sebagai baris tersendiri, tetapi menentukan berapa daya tersambung dan kapasitas trafo yang harus disediakan.

Berapa tagihan listrik pabrik yang wajar?

Pertanyaan ini sering diajukan, dan jawabannya tidak bisa berupa satu angka. Tagihan bergantung pada golongan tarif, daya tersambung, jumlah kWh, pembagian antara WBP dan LWBP, dan faktor daya. Dua pabrik dengan tagihan yang sama bisa sangat berbeda efisiensinya bila produknya berbeda. Pembanding yang berguna bukan tagihan pabrik lain, melainkan tagihan pabrik sendiri yang dibagi dengan output: rupiah per unit dan kWh per unit, dari bulan ke bulan.

Hitung juga harga rata-rata per kWh, yaitu total rupiah dibagi total kWh, dari tagihan pabrik sendiri. Angka inilah yang dipakai untuk menilai setiap usulan penghematan, bukan angka dari pabrik lain atau dari brosur. Golongan tarif, jam WBP, harga per kWh, dan batas faktor daya ditetapkan oleh ketentuan tarif yang berlaku dan dapat berubah, sehingga selalu baca dari tagihan dan kontrak pabrik Anda.

Ukur sebelum memotong

Tagihan menunjukkan berapa, tetapi tidak menunjukkan di mana. Sebelum memilih tindakan, pabrik perlu tahu penggunaan energi mana yang paling besar. ISO 50001 menyebutnya penggunaan energi signifikan (significant energy use, SEU), yaitu penggunaan yang porsinya besar atau yang peluang perbaikannya besar^[1]. Di banyak pabrik daftarnya mirip: kompresor udara, chiller dan sistem pendingin, pompa dan kipas berdaya besar, mesin dengan pemanas seperti mesin injeksi dan oven, serta pencahayaan di bangunan yang luas.

Cara menemukannya adalah sub-metering, yaitu meter di panel utama, panel area, dan feeder mesin besar, sehingga konsumsi dapat diuraikan menurut tempat dan waktu. Pada tahap awal tidak semua titik perlu meter permanen. Power analyzer portabel yang dipasang satu sampai dua minggu pada sebuah kompresor atau chiller sudah cukup untuk melihat pola bebannya, termasuk berapa lama mesin itu berjalan tanpa melakukan kerja yang berguna.

Angka konsumsi baru bermakna setelah dikaitkan dengan output. ISO 50006 memberi kerangka untuk itu melalui indikator kinerja energi (energy performance indicator, EnPI) dan baseline energi, yaitu acuan dari satu periode yang menjadi pembanding periode berikutnya^[2]. Bentuk EnPI yang paling sering dipakai di pabrik adalah rasio energi terhadap output.

Rasio sederhana ini memiliki kelemahan. Bila sebuah line memiliki beban dasar yang besar, EnPI turun dengan sendirinya ketika volume naik, walaupun tidak ada yang diperbaiki. ISO 50006 karena itu juga membahas EnPI berbasis model yang memperhitungkan variabel relevan, seperti volume produksi atau suhu lingkungan^[2]. Untuk memulai, rasio sudah cukup, asalkan keterbatasannya diingat saat membaca.

Di mana pabrik paling banyak memboroskan listrik

Pemborosan listrik di pabrik jarang berasal dari satu sumber besar yang jelas. Lebih sering ia tersebar pada kebiasaan dan setelan yang sudah lama dianggap normal: kompresor yang tetap bekerja pada hari Minggu, katup pompa yang dibiarkan setengah tertutup sejak commissioning, atau setpoint chiller yang diturunkan pada musim kemarau dan tidak pernah dikembalikan. Tabel berikut merangkum sumber yang paling sering ditemukan, tanda yang dapat dicari, dan tindakan yang lazim.

Pola yang paling mudah dicari adalah beban saat tidak ada produksi. Lihat daya pabrik pada malam tanpa shift atau pada hari libur. Sebagian memang diperlukan, seperti pendingin gudang dan sistem keamanan. Sebagian lain adalah kebiasaan: konveyor yang terus berputar saat istirahat, unit hidraulik yang tetap bertekanan, atau mesin injeksi yang barrel-nya dipanaskan sepanjang akhir pekan. Mematikan beban seperti ini hampir tanpa biaya, tetapi memerlukan prosedur yang jelas: siapa yang mematikan, kapan menyalakan kembali, dan berapa lama pemanasan ulang yang dibutuhkan agar produk pertama tetap memenuhi mutu.

Pencahayaan dan HVAC berada di kelompok yang sama: setelan dan jadwal lebih sering menjadi masalah daripada peralatannya. Lampu yang menyala di area kosong, setpoint ruangan yang lebih dingin dari kebutuhan proses, dan kondensor chiller yang kotor adalah temuan yang umum dalam walk-through. Penggantian lampu ke LED masuk akal, tetapi biasanya lebih murah bila dilakukan bertahap bersama jadwal perawatan.

Faktor daya dan beban puncak

Motor induksi dan trafo membutuhkan daya reaktif untuk membangun medan magnetnya. Daya ini tidak menghasilkan kerja, tetapi arusnya tetap mengalir di kabel dan trafo. Motor yang dibebani jauh di bawah rating-nya beroperasi pada faktor daya yang lebih rendah^[3], sehingga pabrik dengan banyak motor yang kelebihan ukuran cenderung memiliki faktor daya rendah dan dapat terkena biaya kVArh. Kapasitor bank adalah jawaban yang umum, tetapi kapasitor bank yang sudah terpasang pun perlu diperiksa. Step yang mati, kontaktor yang aus, atau sekring yang putus membuat kompensasinya tidak lagi bekerja seperti saat dipasang.

Beban puncak adalah persoalan lain. Puncak sering terbentuk pada awal shift, ketika banyak motor besar dan pemanas dinyalakan hampir bersamaan. Mengatur urutan start tidak mengurangi kWh, tetapi menurunkan puncak dan dapat menunda kebutuhan menaikkan daya tersambung. Beban yang jadwalnya fleksibel, seperti pengisian tangki air atau proses batch yang tidak terikat jadwal pengiriman, dapat digeser ke luar jam WBP.

Motor, pompa, dan kipas

Motor listrik menggerakkan hampir semua yang berputar di pabrik, sehingga sistem motor biasanya mengambil porsi besar dari konsumsi listrik industri. Sourcebook Departemen Energi Amerika Serikat (DOE) tentang sistem motor menekankan bahwa efisiensinya ditentukan oleh sistem secara keseluruhan: motor, penggerak, transmisi, peralatan yang digerakkan, dan cara alirannya dikendalikan^[3]. Motor yang efisien pada sistem yang boros tetap menghasilkan sistem yang boros.

Contoh yang paling sering ditemukan adalah pompa dan kipas sentrifugal yang alirannya diatur dengan katup atau damper. Motor tetap berputar pada kecepatan penuh, lalu sebagian energinya dibuang sebagai rugi tekanan di katup. Pada beban sentrifugal, daya yang dibutuhkan turun tajam ketika kecepatan diturunkan, mengikuti hukum afinitas, sehingga mengatur aliran dengan variable speed drive (VSD) sering jauh lebih hemat untuk beban yang alirannya bervariasi^[3]. Syaratnya, beban itu memang bervariasi. Pompa yang sepanjang hari bekerja pada titik operasi yang sama hanya mendapat sedikit manfaat dari VSD; untuk kasus seperti itu, trimming impeler atau pompa dengan ukuran yang tepat bisa lebih masuk akal.

Motor yang terlalu besar untuk bebannya adalah temuan lain yang umum. Motor yang bekerja jauh di bawah rating-nya beroperasi pada efisiensi yang lebih rendah, selain faktor dayanya yang juga turun^[3]. Mengukur arus dan daya motor saat bekerja normal adalah cara murah untuk mengetahui seberapa berat sebenarnya ia dibebani.

Kelas efisiensi motor IE1 sampai IE4

IEC 60034-30-1 mengelompokkan efisiensi motor AC yang dioperasikan langsung dari jaringan ke dalam kelas IE: IE1 (efisiensi standar), IE2 (tinggi), IE3 (premium), dan IE4 (super premium)^[4]. Makin tinggi kelasnya, makin kecil rugi-rugi motor untuk daya keluaran yang sama. Standar ini menetapkan nilai efisiensi minimum setiap kelas menurut daya, jumlah kutub, dan frekuensi, tetapi tidak menentukan kelas mana yang harus dibeli sebuah pabrik.

Dalam praktik, keputusan beralih ke kelas yang lebih tinggi paling mudah diambil pada tiga momen: ketika motor rusak dan pilihannya antara rewinding atau membeli baru, ketika mesin baru dispesifikasikan, dan ketika motor berjalan hampir sepanjang tahun sehingga selisih rugi-ruginya terakumulasi. Motor efisiensi tinggi yang dipasang pada pompa yang dikendalikan katup tetap membuang energi di katupnya. Karena itu urutannya adalah memperbaiki sistemnya lebih dulu, baru memilih motornya.

Udara tekan: kebocoran dan tekanan yang terlalu tinggi

Udara tekan termasuk bentuk energi yang paling mahal di pabrik, karena sebagian besar energi listrik yang masuk ke kompresor berubah menjadi panas dan hanya sebagian kecil yang sampai sebagai kerja di ujung pemakaian^[5]. Sourcebook DOE tentang sistem udara tekan menyebut kebocoran sebagai sumber pemborosan energi yang signifikan^[5]. Kebocoran juga menurunkan tekanan sistem, dan penurunan itu sering diatasi dengan menaikkan setpoint kompresor.

Di sinilah lingkarannya terbentuk. Tekanan yang lebih tinggi membuat kompresor bekerja lebih berat, memperbesar laju kebocoran, dan membuat pemakaian yang tidak diatur ikut mengonsumsi udara lebih banyak^[5]. Pemakaian yang tidak semestinya, seperti meniup debu dari baju, mendinginkan area kerja, atau selang terbuka untuk membersihkan mesin, menambah beban yang sama. Menurunkan tekanan perlu dilakukan bertahap sambil memantau pemakai yang paling sensitif, karena satu mesin yang kekurangan tekanan akan segera menjadi alasan untuk menaikkannya kembali.

Contoh perhitungan biaya kebocoran

Sourcebook yang sama menguraikan cara sederhana memperkirakan kebocoran pada kompresor dengan kontrol load dan unload: jalankan kompresor ketika tidak ada pemakaian udara sama sekali, lalu catat berapa lama kompresor berada pada kondisi load dan unload^[5]. Karena tidak ada pemakai, udara yang dikompresi hanya mengisi kebocoran. Porsi kebocoran terhadap kapasitas kompresor adalah waktu load dikali 100, dibagi jumlah waktu load dan unload.

Angka berikut adalah ilustrasi, bukan data dari pabrik tertentu. Pada hari Minggu, semua mesin berhenti tetapi sistem udara tetap bertekanan. Kompresor dengan daya 75 kW saat load terlihat load selama 20 detik, lalu unload selama 40 detik, berulang. Sistem ini bertekanan sekitar 6.000 jam per tahun, dan harga rata-rata listriknya diandaikan Rp1.500 per kWh.

Perhitungan ini sengaja disederhanakan. Ia mengabaikan daya yang tetap ditarik kompresor saat unload, sehingga biaya sebenarnya cenderung lebih besar, dan ia mengasumsikan laju kebocoran pada hari Minggu sama dengan pada hari kerja. Untuk kompresor dengan VSD, metodenya berbeda: ukur daya kompresor saat tidak ada pemakaian. Yang penting dari contoh ini adalah urutannya. Angka kebocoran diubah menjadi kWh, lalu menjadi rupiah, sehingga biaya survei dan perbaikannya dapat dibandingkan dengan nilai energi yang terbuang.

Cara menghemat listrik di pabrik dalam 90 hari pertama

Program efisiensi energi pabrik tidak harus dimulai dengan investasi. Urutan berikut mendahulukan pengukuran dan perbaikan yang murah, lalu memakai hasilnya untuk memutuskan proyek yang membutuhkan biaya.

1. 1Kumpulkan tagihan dua belas bulan terakhir. Pisahkan kWh WBP dan LWBP, biaya kVArh, dan komponen lain. Hitung harga rata-rata per kWh serta kWh per unit output setiap bulan.
2. 2Tunjuk pemilik. Satu orang yang bertanggung jawab atas program energi, dengan wakil dari produksi, pemeliharaan, dan utilitas. Tanpa pemilik, temuan akan berhenti di laporan.
3. 3Ukur penggunaan energi terbesar. Pasang meter atau power analyzer portabel pada kompresor, chiller, dan motor besar selama satu sampai dua minggu, termasuk satu akhir pekan.
4. 4Tetapkan EnPI dan baseline. Untuk setiap penggunaan energi signifikan, pilih indikator seperti kWh per unit, dan catat volume produksi serta kondisi operasi pada periode baseline.
5. 5Lakukan walk-through di luar jam produksi. Pada malam tanpa shift atau hari libur, catat mesin yang masih menyala, lampu yang tidak perlu, dan bunyi kebocoran udara.
6. 6Kerjakan perbaikan yang murah. Tutup kebocoran, turunkan setpoint tekanan secara bertahap, terapkan prosedur mematikan mesin idle, dan periksa kapasitor bank. Catat setiap perbaikan sebagai work order agar tanggal dan lingkupnya terdokumentasi.
7. 7Susun daftar proyek berbiaya dari data terukur. VSD, penggantian motor, atau perbaikan chiller dinilai dengan konsumsi terukur dan harga rata-rata dari tagihan sendiri, bukan dengan angka katalog.
8. 8Tinjau pada hari ke-90. Bandingkan kinerja terhadap baseline yang dinormalisasi, lalu tetapkan tinjauan bulanan dan masukkan pemeriksaan seperti survei kebocoran ke jadwal pemeliharaan rutin.

Membuktikan bahwa penghematan itu nyata

Setelah perbaikan dilakukan, godaan terbesar adalah membandingkan tagihan bulan ini dengan bulan lalu. Cara itu hampir selalu menyesatkan, karena volume produksi, bauran produk, jumlah hari kerja, dan cuaca ikut berubah. Tagihan bisa naik walaupun efisiensinya membaik, dan bisa turun hanya karena pesanan sedang sepi.

ISO 50006 menganjurkan membandingkan kinerja terhadap baseline energi yang dinormalisasi, yaitu disesuaikan terhadap variabel relevan seperti volume produksi, dan meninjau ulang baseline itu bila faktor statis berubah, misalnya ada mesin baru atau jumlah shift berubah^[2]. Pertanyaan yang diajukan adalah berapa energi yang akan terpakai pada kondisi bulan ini seandainya perbaikan tidak dilakukan, lalu angka itu dibandingkan dengan energi yang benar-benar terpakai. Contoh perhitungannya dibahas pada artikel monitoring energi listrik pabrik.

Batas ukur juga menentukan. Penghematan beberapa kilowatt pada satu kompresor sulit dibuktikan dari meter utama pabrik, karena tenggelam dalam variasi beban lainnya. Mengukur di feeder kompresor itu sendiri, sebelum dan sesudah perbaikan pada kondisi yang sebanding, memberi bukti yang jauh lebih jelas.

Kewajiban manajemen energi di Indonesia

Bagi pabrik besar, menghemat listrik juga menyangkut kepatuhan. Peraturan Pemerintah Nomor 33 Tahun 2023 tentang Konservasi Energi mewajibkan pengguna energi dengan konsumsi di atas ambang tertentu untuk melaksanakan manajemen energi^[6]. Secara umum, manajemen energi itu mencakup penunjukan manajer energi, penyusunan program konservasi energi, pelaksanaan audit energi secara berkala, pelaksanaan rekomendasi hasil audit, dan pelaporan kepada pemerintah^[6]. Unsur-unsur tersebut sebelumnya telah diuraikan dalam Peraturan Menteri ESDM Nomor 14 Tahun 2012 tentang Manajemen Energi^[7].

Ambang konsumsi, bentuk laporan, dan ketentuan pelaksanaannya diatur dalam peraturan dan dapat diperbarui, sehingga perlu diperiksa langsung pada teks peraturan yang berlaku dan informasi dari Kementerian ESDM. Pabrik yang belum termasuk wajib pun dapat memakai kerangka yang sama. Unsur-unsurnya sejalan dengan ISO 50001: tanggung jawab yang jelas, tinjauan energi, indikator dan baseline, rencana tindakan, dan evaluasi berkala^[1].

Kesalahan yang sering terjadi

• Membeli peralatan sebelum mengukur. VSD pada pompa yang bebannya konstan, atau kapasitor bank tambahan tanpa mengetahui mengapa faktor daya rendah, dapat menghabiskan anggaran tanpa banyak mengubah tagihan.
• Mengukur keberhasilan dari tagihan bulan lalu. Perubahan volume produksi dan hari kerja dapat menutupi penghematan yang nyata, atau sebaliknya menciptakan penghematan yang semu.
• Mencampur tiga jenis penghematan. Menggeser beban ke LWBP dan memperbaiki faktor daya menurunkan biaya, bukan kWh. Keduanya berguna, tetapi perlu dicatat terpisah dari efisiensi energi.
• Kampanye sekali jalan. Kebocoran muncul lagi, setpoint dinaikkan lagi, dan kebiasaan mematikan mesin memudar bila tidak ada pemilik, jadwal, dan work order yang mengikatnya.
• Mengorbankan mutu atau keselamatan. Mematikan ventilasi, menurunkan pemanasan di bawah kebutuhan proses, atau memangkas pemeliharaan demi menghemat listrik biasanya berakhir dengan biaya yang lebih besar.

Satu batasan juga perlu dikatakan terus terang: tidak setiap pabrik memiliki pemborosan besar yang menunggu ditemukan. Besarnya peluang baru diketahui setelah diukur, dan hasil perbaikan bergantung pada kondisi awal, pola produksi, dan konsistensi pelaksanaannya. Tidak ada daftar tindakan yang menjamin angka penghematan tertentu.

Kesimpulan

Cara menghemat listrik di pabrik yang bertahan dimulai dari tagihan, tetapi tidak berhenti di sana. Tagihan menunjukkan komponen mana yang mahal: kWh, jam pemakaian, atau faktor daya. Pengukuran per panel dan per mesin menunjukkan di mana energinya dipakai. EnPI yang dikaitkan dengan output menunjukkan apakah efisiensi energi pabrik benar-benar membaik.

Sumber pemborosan yang paling umum jarang membutuhkan teknologi baru untuk ditemukan: mesin yang berjalan tanpa beban, kebocoran dan tekanan udara tekan yang terlalu tinggi, pompa yang diatur dengan katup, dan setelan HVAC yang tidak pernah ditinjau. Perbaiki yang murah lebih dulu, nilai proyek berbiaya dengan data terukur, buktikan hasilnya terhadap baseline yang dinormalisasi, dan pastikan setiap perbaikan memiliki pemilik agar tidak kembali ke keadaan semula.