TUGAS UAS “PERENCANAAN PEMBANGKIT TENAGA BAYU HYBRID TENAGA
SURYA 20kW PANTAI KEPETINGAN KECAMATAN BUDURAN KABUPATEN SIDOARJO PROPINSI JAWA TIMUR ”
DISUSUN OLEH : ANGGAWA RUDRADIANTONO (2210100149) JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2012
PENDAHULUAN
Kebutuhan akan listrik pada elemen masyarakat sangatlah besar baik dari kalangan industri, rumah tanggga, dan kebutuhan-kebutuhan yang lain. Listrik merupakan salah satu kebutuhan atau bisa dibilang konsumsi pokok yang tidak bisa dilepas dari kehidupan masyarakat dan perkembangan dunia modern kini, aliran listrik memang tidak bisa dilihat secara kasat mata, akan tetapi bias dirasakan manfaatnya manfaatnya oleh manusia untuk menunjang kelangsungan hidupnya. Kebutuhan akan listrik pada masyarakat kini semakin meningkat, seiring kebutuhan dan pertambahan penduduk yang semakin meningkat. Namun, peningkatan kebutuhan listrik ini tidak diiringi oleh penambahan pasokan listrik untuk konsumen sehingga perusahan listrik di Indonesia khususnya PLN (Perusahaan Listrik Negara) menghimbau kepada seluruh konsumennya agar melakukan penghematan listrik dari pukul 17.00 – 22.00. Dengan cara ini diharapkan krisis ketenagalistrikan tidak terjadi atau paling tidak dapat diminimalisir sedini mungkin. Selain itu krisis ketenagalistrikan terjadi karena pasokan bahan bakar utama seperti batu bara pada PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) dan PLTGU (Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap) pasokannya sudah mulai menipis karena sudah terlalu sering ditambang dari perut bumi. Berdasarkan beberapa permasalahan diatas, penyusun memiliki alternatif lain agar terjadinya krisis ketenagalistrikan dapat diminimalisir. Atau paling tidak, bagi para konsumen yang ingin memasang saluran listrik baru yang daerahnya belum disambung aliran listrik dari PLN terutama di daerah – daerah terpencil bias menikmati energi listrik. Dengan dasar inilah penyusun mencoba untuk merancang sebuah pembangkit listrik dengan memanfaatkan energi angin dan cahaya matahari (energy surya). Dimana energi listrik angin dan tenaga surya ini dimanfaatkan sebagai energi listrik alternatif khususnya bagi perumahan di daerah daerah terpencil ataupun untuk keperluan lainnya. Pemanfaatan energi angin dan surya ini dipilih karena, di Indonesia merupakan negara tropis yang berada di jalur khatulistiwa. Didalam memanfaatkan energi angin dan surya ini penyusun mencoba untuk menggunakan proses besar kekuatan angin untuk memutar turbin pada generator yang telah terpasang pada kincir angin serta menggunakan prosses fotovoltaik, yaitu dengan cara mengkonversikan secara langsung energi surya menjadi energi listrik. Dimana hal ini hanya bisa dilakukan dengan menggunakan suatu bahan yang umum dinamakan dengan nama sel surya (solar cell). Sel surya ini hanya dapat bekerja dengan optimal jika sel surya ini mendapat sinar matahari. Dengan dirancangnya Pembangkit Listrik Tenaga angin (PLTB) dan Surya (PLTS) ini diharapkan bagi konsumen baik itu di daerah pedesaan / terpencil maupun bagi konsumen lainnya yang berminat, dapat menikmati energi listrik dengan cara membuat sendiri sebuah PLTS sesuai dengan perancangan yang penyusun berikan.
I. A.) APA ITU PEMBANGKIT TENAGA BAYU (PLTB).
Salah satu energy terbarukan yang dapat kita manfaatkan kegunaanya adalah angin, Indonesia didukung oleh banyaknya pantai dan luasnya lautan Indonesia dari banyaknya laut yang ada disitu kita dapat memanfaatkan sumber energy angin yang ada yaitu angin laut yang lebih sering dimanfaatkan oleh para nelayan untuk mencari ikan. Pada prinsipnya pembangit tenaga bayu (PLTB) ini memanfaatkan angin angin yang berhembus untuk memutar poros baling-baling atau turbin angin pada pembangkit, untuk memutar pgenerator, yang kemudian dari generator tersebut menghasilkan energ listrik yang nantinya bisa dimanfaatkan. Daya Listrik yang dihasilkan oleh satu turbin angin berkisar antara 50 – 750 watt. Untuk pembangkitan sekala kecil seperti rumah dibutuhkan 50 watt. Dari situ daya listrik dapat dimanfaatkan untuk keperluan seharihari penduduk, untuk menyalakan lampu, tv dan lain sebagainya.
B.) APA ITU PEMBANGKIT TENAGA SURYA (PLTS)
Posisi geografis Indonesia juga sangat mendukung, terletak di garis katulistiwa tentunya Indonesia mempunyai curah matahari yang cukup untuk dimanfaatkan karena matahari merubakan merubakan energy terbarukan, maka potensinya dapat digunakan terutama sebagai pembangkit tenaga surya. Pada prinsipnya pembangkit tenaga surya ini memanfaatkan pancaran sinar matahari untuk mengubah energy kimia yang diproses menggunakan teknologi Photo Voltaic pada panel surya, yang kemudian diubah menjadi energy listrik dan dihantarka atau di distribusikan ke konsumen yang ada. Disini pembangkit tenaga surya digunakan sebagai pendukung pembangkit tenaga bayu (PLTB) yang ada, yang nantinya dapat dimanfaatkan ketika angin tidak begitu bisa menyuplai maka energy matahari yang dapat digunakan, hal seperti ini biasanya terjadi pada musim kemarau atu musim panas di Indonesia.
II. PERANCANGAN ALAT PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN (PLTB) DAN TENAGA SURYA (PLTS) 2.1 Peralatan Pada Pembangkit Tenaga Angin (PLTB)
Gambar 1. Keterangan alat yang ada:
1.) Baling-baling (Blades) : Bagian ini yang menangkap energi kinetik angin menjadi energi putaran. 11.) Nacelle : merupakan elemen utama karena berfungsi melindungi elemen – elemen vital seperti gearbox dan electrical generator. Dapat dikatakan nacelle ini sebagai badan pembungkusnya. Di depan nacelle terdapat turbin , rotor blade, dan hub. 2 .) Rotor Blade : merupakan elemen yang berfungsi untuk menangkap energi angin dan energi yang diperoleh akan di transfer melalui hub. Untuk kincir angin modern dengan kapasitas daya 600kW, panjang dari rotor blade mencapai 20 meter (66 feet) dan umumnya di desain seperti desain sayap pesawat terbang.
c) Hub : Dihubungkan dengan low speed shaft dari kincir angin itu sendiri. 5.) Low Speed Shaft : elemen ini menghubungkan antara rotor hub dengan gearbox. Pada kincir angin dengan kapasitas daya 600 kW, kecepatan dari rotor relatif rendah yaitu sekitar 19 – 30 rotasi per menit (RPM). Elemen shaft mengandung pipa yang berfungsi sebagai system hidrolik dari kincir untuk mengaktifkan pengereman aerodinamis (aerodynamic brakes). 6.) Gearbox : memiliki low speed shaft pada saat ke arah kiri dan mengakibatkan high speed shaft berputar lebih cepat ke arah kanan dengan besar 50 kali lebih cepat. 12.) High Speed Shaft : berputar dengan kecepatan sekitar 1500 RPM untuk kemudian membangkitkan generator. Elemen ini diperlengkapi dengan mechanical disk brake yang digunakan untuk mengatasi kegagalan pengereman aerodinamis atau pada saat turbin sedang diperbaiki. 7.) Electrical Generator : mempunyai nama lain generator induksi atau generator asinkron. Pada kincir angin yang modern daya listrik maksimum yaitu sekitar 500 – 1500 kW. 8.) Electronic Controller : berfungsi untuk memonitor keadaan dari kincir angin guna menjaga bila terdapat kesalahan seperti gearbox ataupun rotor yang kepanasan. Secara otomatis kincir akan berhenti berputar dan segera menghubungi petugas operator melalui modem link. i) Cooling Unit : instrumen yang terdapat pada cooling unit yaitu kipas elektris yang berfungsi untuk mendinginkan electrical generator. Selain kipas juga terdapat oil cooling unit yang berfungsi untuk mendinginkan gearbox. Pada beberapa jenis kincir terdapat juga instrumen water – cooled generator. 15.) Tower : merupakan bagian yang vital karena berfungsi menyangga turbin angina itu sendiri. Pada kincir angin modern tinggi tower biasanya mencapai 40 – 60 meter. Tower dapat dibedakan menjadi bentuk tubular seperti gambar di atas dan bentuk lattice. Keuntungan dari bentuk tubular yaitu aman sedang untuk lattice mempunyai biaya yang murah. 9.) Anemometer and wind vane : anemometer berfungsi untuk mengukur kecepatan dan arah angin, sinyal elektronis dari anemometer ditangkap oleh electronic controller yang kemudian digunakan untuk memulai memutar kincir. Kincir akan berputar jika kecepatan angin paling tidak 5 m/s atau 10 knots dan akan berhenti secara otomatis pada kecepatan 25 m/s atau 50 knots. Ini dilakukan untuk melindungi turbin dan lingkungan sekitar. 4.) Brake (Rem): Suatu rem cakram yang dapat digerakkan secara mekanis dengan bantuan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau saat keadaan darurat.
3.) Pitch (Sudut Bilah Kipas): Bilah kipas dapat diatur sudutnya sesuai dengan kecepatan rotor yang dikehendaki. Tergantung kondisi angin yang terlalu rendah atau terlalu kencang.
Panel Kontrol :
Alat ini berfungsi sebagai kontrol tegangan listrik yang dihasilkan oleh wind turbine. Termasuk didalamnya adalah inverter AC-DC.
Inverter Dc to Ac :
Inverter merupakan alat untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak balik. Adapun tujuan pemasangan inverter adalah agar arus dari turbine yang tidak stabil dapat di stabilkan dengan frekuensi, tegangan dan arus tertentu .
Penyimpan energy :
Pada sistem stand alone, dibutuhkan baterei untuk menyimpan energi listrik berlebih yang dihasilkan turbin angin. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki 12 volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga selama 0.5 jam pada daya 780 watt .
MCB :
Miniature Circuit Braker Alat pengaman arus lebih adalah pemutus sirkit mini yang selanjutnya disebut MCB. MCB ini memproteksi arus lebih yang disebabkan terjadinya beban lebih dan arus lebih karena adanya hubungan pendek. Dengan demikian prinsip dasar bekerjanya yaitu untuk pemutusan hubungan yang disebabkan beban lebih dengan relai arus lebih seketika digunakan elektromagnet.
2.2 Peralatan Pada Pembangkit Tenaga Surya (PLTS)
Panel Surya :
Panel Surya/Solar Cells berungsi untuk merubah tenaga matahari menjadi listrik. Sel silikon (disebut juga solar cells) yang disinari matahari/ surya, membuat photon yang menghasilkan arus listrik. Sebuah solar cells menghasilkan kurang lebih tegangan 0.5 Volt. Jadi sebuah panel surya 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun).
Controller:
yang biasanya ter-integrated dengan Box Batere, merupakan perangkat elektronik berbentuk kotak yang mengatur aliran listrik dari Modul Surya ke Batere/Accu dan aliran listrik dari Batere/Accu ke Lampu, TV atau Radio/Tape anda.ChargeDischarge pengontrol melindungi baterei dari pengisian berlebihan dan melindungi dari korsleting atau pengiriman muatan arus berlebih ke input terminal. Alat ini juga mempunyai beberapa indikator yang akan memberikan kemudahan kepada pengguna PLTS dengan memberikan informasi mengenai kondisi baterai sehingga pengguna PLTS dapat mengendalikan konsumsi energi menurut ketersediaan listrik yang terdapat didalam baterai. Selain itu terdapat 3 indikator lainnya yang mengimformasikan status pengisian, adanya muatan berlebih dan pengisian otomatis pada saat baterai kosong. MCB :
Miniature Circuit Braker Alat pengaman arus lebih adalah pemutus sirkit mini yang selanjutnya disebut MCB. MCB ini memproteksi arus lebih yang disebabkan terjadinya beban lebih dan arus lebih karena adanya hubungan pendek. Dengan demikian prinsip dasar bekerjanya yaitu untuk pemutusan hubungan yang disebabkan beban lebih dengan relai arus lebih seketika digunakan elektromagnet.
Inverter Dc to Ac :
Inverter merupakan alat untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak balik. Adapun tujuan pemasangan inverter adalah agar arus dari turbine yang tidak stabil dapat di stabilkan dengan frekuensi, tegangan dan arus tertentu .
Penyimpan energy :
Pada sistem stand alone, dibutuhkan baterei untuk menyimpan energi listrik berlebih yang dihasilkan turbin angin. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki 12 volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga selama 0.5 jam pada daya 780 watt .
III.
Potensi pembangkit tenaga bayu (PLTB) dan tenaga Surya (PLTS) di kabupaten Sidoarjo, Jawa Timur.
Kabupaten Sidoarjo merupakan salah satu kabupaten yang mempunyai penduduk padat, dari hal itu tentunya kebutuhan akan pasokan listrik untuk masyarakan merupakan salah satu hal yang harus diperhatikan. Pada beberapa wilayah di Sidoarjo terdapat daerah yang berpotensi untuk digunakan sebagai pembangkit listrik salah satunya adalah potensi pantai ketingan yang terdapat pada kecamatan Buduran, Sidioarjo. Pada wilayah tersebut terdapat hembusan angin laut yang biasanya dimanfaatkan oleh para nelayan untuk pergi berlaut mencari ikan, disamping kebutuhan itu angin laut pada pantai juga dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit tenaga angin (PLTB) dan pembangkit tenaga surya (PLTS). Ada beberapa alas an mengapa pantai ketingan dipilih sebagai lokasi pembangunan pembangkit 1.) Banyak hembusan angin laut yang dapat dimanfaatkan. 2.) Daerah pantai pantai yang mempunyai curah matahari yang memadai. Dengan adanya potensi tersebut diharapkan dapat menyuplai kekurangan tenaga listrik yang dibutuh kan pada masyarakat. Khususnya masyarakat sekitar pantai ketingan. Peta Sidoarjo.
Peta Daerah Kabupaten Sidoarjo .
Lokasi Pantai Ketingan
Lokasi perencanaan pembangunan Pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) dan Pembangkit tenaga Surya (PLTS) pada pantai ketingan . Besar wilayah yang dibutuhkan untuk membangun pembangkit tenaga bayu (PLTB) dan pembangun pembangkit tenaga surya (PLTS) tersebut adalah. Rumus luas daerah pembangkit yang dibutuhkan : Luas untuk daerah pembangkitan PLTB adalah 4,48 km2 Luas untuk panel surya 22 m2 Luas untuk baterei dan operasional 300 m2
Luas lahan yang dibutuhkan untuk pembangkit
IV. KEBUTUHAN KELENGKAPAN YANG DIBUTUHKAN UNTUK MEMBANGUN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN (PLTB) DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA (PLTS)
Untuk membangun suatu pembangkit listrik tentunya dibutuhkan suatu perencanaan dan kelengkapan untuk menunjang terbangunnya pembangkit tersebut. Beberapa kelengkapan yang tentunya dibutuhkan untuk membangun pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) hybrid pembangit listrik tenaga surya (PLTS). Pada bahasan ini pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) menggunakan turbin HUMMER , adapun spesifikasi dan data-data terkait turbin generator Hummer Turbin HUMMER : Generator Hummer merupakan sebuah turbin angin yang mempunyai atau menangkap arah angin dari satu sisi saja dan pada umumnya turbin Hummer mempunyai 3 baling-baling atau blade yang dibutuhkan. Untuk turbin Hummer ini kita juga membutuhkan pertimbangan tinggi tiang penyangga turbin untuk mendapatkan besar angin yang dibutuhkan. Gambar spesifikasi turbin Hammer . Spesifikasi Turbin Hummer :
Daya rata-rata (W) : 10000 Daya output maksimal (W) : 15000 Generator : Sinkron satu fasa Jumlah sudu :3 Tegangan Pengisian : DC 240 V Material sudu rotor : GRP Diameter sudu rotor ;8 Kecepatan angin start-up (m/s) ;3 Kecepatan angin rata-rata (m/s) : 10 Cut-in speed :2.5 m/s Firling speed :13m/s Ratedspeed :9m/s Rotasi nominal (r/min) : 200 Rasio penggunaan energi angin (Cp) : 0,4 Airdensity :1.225 kg/m3 Output generator : Frekuensi satu fasa AC Efisiensi generator : > 0,85 Berat generator : 287 Tinggi turbin (m) : 50 Biayapembelian :US$ 1000 Usia :20 tahun
Spesifikasi Panel surya yang digunakan : BELL - Modul Panel Surya 100Wp ( Mono Crystaline )
Bell adalah merek dari Solar Panels yang mampu menghasilkan tenaga output lebih tinggi karena teknologi single-crystalline silicon, yang menawarkan efisiensi yang lebih baik daripada multi-crystalline atau amorphous silicon dan teknologi lapisan film tipis, lebih disukai. Sel silikon dirangkai dalam dua kawat dan masing-masing dilindungi dengan sebuah bypass diode untuk meminimalkan energi yang hilang karena bayangan. Modul melindungi solar-cell dari kelembaban, memberikan stabilitas UV dan perluasan panas. Tutup depan dibuat dari tempered solar glazing berkualitas tinggi. Solar glazing dan lapisan solar cell digabungkan ke dalam sebuah unit dan dikaitkan pada sebuah bingkai tahan puntiran, terbuat dari anodized aluminium. Solar panel diproduksi di Cina yang secara ketat mematuhi standard kualitas. Masing-masing unit solar-cell diuji secara tersendiri untuk menjaga kualitas sesuai standard sertifikasi internasional ISO 9001 : 2000 dan sertifikat B2TE - BPPT.
Spesifikasi baterei yang digunakan :
Tegangan charger Pemakaian baterai Merk Baterai Tipe Baterai Kapasitas baterai Tegangan baterai Dimensi Panjang Lebar Tinggi Massa Harga
= 240 volt = 12 jam = ROLLS MARINE = 8 CH 33PM = 250 Ah = 12 volt = 718 mm = 286 mm = 464 mm = 187.8 k = US$ 400
Selain data tentang turbin diperlukan juga data-data tentang kecepatan angin dan curah hujan pada wilayah kabupaten sidoarjo terutama pada daerah pantai ketingan. Berikut data-data curah hujan dan kecepatan angin pada wilayah kabupaten Sidoarjo Kurva insolasi matahari daerah sidoarjo
A.)
Kelengkapan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB)
Untuk membangun pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) dibutuhkan beberapa kelengkapan yang harus dipenuhi diantaranya kelengkapan tersebut adalah : 1.) DAYA TOTAL
Daya total aliran angin adalah sebanding dengan tenaga kinetik aliran udara:
Dimana: Ptot = daya total aliran udara watt m = massa udara per detik kg/s Vi = kecepatan angin masuk m/s gc = faktor konversi = 1.0 kg/Ns2 Massa aliran udara per detik dapat dihitung dengan persamaan:
Dimana: ρ = massa jenis udara kg/m3
A = luas penampang turbin m2 Sehingga didapatkan:
Dari rumus tersebut didapatkan Besar Daya total aliran udara : gc = 1 kg/Ns2 ρ (massa jenis udara) = 1,275 kg/m3 A = r2π = 42.3,14 = 50,2 m2 Vi = 18 km/jam (data diambil dari rata – rata kecepatan angin max) Vi3 = 125 m/s (kecepatan angin ) Ptot = ( ½) 1,275. 50,2 . 125 = 4.000 watt Jadi daya total aliran udara yang minimal yang dibutuhkan oleh turbin adalah 4.000 watt
2.) DAYA MAKSIMUM
Daya maksimum angin (watt) yang dapat diserap oleh sudu rotor dapat dinyatakan dengan persamaan:
ρ (massa jenis udara) = 1,2 kg/m3 A = r2π
= 42.3,14 = 50,2 m2 Vi = 18 km/jam (data diambil dari rata-rata kecepatan angin max) Vi3 = 125 m/s Pmax = 0,296. 1,275 .50,2 .125 = 2.368,9 watt Jadi daya maksimum yang diserap sudu rotor adalah sebesar 2.368,9 watt 3.) DAYA NYATA
Daya nyata adalah daya yang yang dapat dimanfaatkan oleh turbin untuk dijadikan sebuah energi baru. Daya ini dapat dinyatakan dalam persamaan berikut: Dimana:
η (efisiensi turbin Hummer)= 0,86
P = 0,86 . 4.000 = 3.440 watt Jadi daya nyata yang dimanfaatkan oleh turbin adalah sebesar 3.440 watt 4.) KAPASITAS BATEREI YANG DIPERLUKAN
Baeterei merupakan alat listrik kimiawi mengeluarkannya dalam bentuk listrik.
yang
menyimpan
Dimana :
P = 20kw (besar daya pembangkit yang ingin dibangkitkan) t = 8 jam Vcharger = 240 volt
energi
dan
Qtot = (20.000. 8)/ 240 = 666,7 Ah Jadi kapasitas total baterei yang dibutuhkan adalah 666,7 Ah 5.) KEBUTUHAN BATEREI UNTUK PEMENUHAN KAPASITAS
Setelah kapasitas diketahui, maka untuk selanjutnya dilakukan analisa pemililihan baterei yang ada dipasaran. Dan selanjutnya menentukan jumlah baterei yang dibutuhkan.
Qtot = 666,7 Ah Qbatt= 250 Ah nQ = 666,7 / 250 = 3 jadi jumlah aki yang dibutuhkan adalah 3 6.) KEBUTUHAN BATEREI UNTUK PEMENUHAN TEGANGAN
Dimana: nv = jumlah baterai Vbatt = tegangan baterai volt nv = 240/12 = 20 Buah Jadi banyak aki yang dibutuhkan adalah 20 buah 7.) TOTAL KEBUTUHAN BATEREI/AKI
n = 20 x 3 = 60 buah unit aki jadi jumlah aki yang terpasang adalah 60 buah/unit
8.) EFISIENSI TURBIN ANGIN
Semakin besar nilai efisiensi maka penggunaan turbin angin akan semakin sedikit pada dimensi dan kecepatan angin yang sama. Persamaan yang digunakan adalah dengan mengaplikasikan persamaan(2-5), menjadi:
η = (3.440 x 2 ) / (1,275 . 8 . 50. (2,5)3 ) = 0,86
η = 0,86 x 100% = 86 % jadi efisiensi turbin adalah 86 % 9.)JUMLAH TURBIN TERPASANG
Harga N merupakan pembulatan dari n. untuk mendapatkan n, terlebih dahulu dihitung besarnya daya yang dihasilkan turbin kemudian dibagi dengan daya masing-masing turbin akibat kecepatan angin. Persamaan yang digunakan adalah: dimana:
n= 20.000/3.440 = 6 unit turbin jadi turbin yang terpasang adalah 6 unit
10.)
MENENTUKAN JARAK YANG DIBUTUHKAN UNTUK PEMASANGAN TURBIN Menentukan jarak antara setiap turbin angin pada wind farm – Terlalu jauh atau
terlalu dekat pemasangan turbin angin pada wind farm akan menyebabkan produksi energi listrik yang dihasilkan wind farm tidak sebanding dengan biaya pembangunannya dan energi yang dikonversikan pada wind farm tersebut. Apabila turbin angin dibangun pada jarak yang terlalu jauh maka pemanfaatan potensi angin pada tempat tersebut akan tidak optimal. Sementara jika jarak antar turbin angin dibangun terlalu dekat, dapat terjadi turbulensi pada turbin. Jarak Vertikal : 5 X Diameter baling-baling turbin Jarak Horizontal : 7 X Diameter baling-baling turbin Jarak vertical = 5 X 8m = 40 meter Jarak horizontal = 7 X 8meter = 56 meter Luas lahan yang dibutuhkan untuk menempatkan turbin angin L=pxl L = 56 x 40 = 2240 m2 = 2,24 km2 Sedangkan luas lahan yang dibutuhkan untuk memasang 6 turbin angin adalah L = 2,24 km2 x 2 = 4,48 km2
B.)KELENGKAPAN UNTUK TENAGA SURYA (PLTS)
MEMBANGUN
PEMBANGKIT
Dalam masalah ini daya yang ingin kita bangkitkan adalah 20kWH Sehingga : Total Panel surya yang digunakan adalah : Nsurya= Ppeak (1jam) / kapasitas daya panel surya Ppeak (1jam) = P bangkit / lama penyinaran MH Pbangkit = 20kWH Kapasitas panel surya yang digunakan = 100Wp Ppeak = 20.000/8 = 2500 Wp Jadi besar daya peak yang dibangkitkan perjam adalah 2500 Wp Nsurya = 2500 / 100 = 25 Unit Jadi Jumlah panel surya adalah 25 unit dengan kapasitas 100Wp Statistik Angin Tenang Statistic Angin tenang /kaJm menunjukkan lamanya angin bertiup dibawah harga kecepatan angin tertentu. Data ini berguna dalam perencanaan subsistem penyimpanan SKEA di daerah terpencil, dimana selama periode kalm tersebut suplai daya dibawah kebutuhan minimal hams direncanakan. Lamanya periode kalm ini akan menentukan besarnya persediaan/simpanan energi (tangki penyimpan air, kapasitas baterei dan Iain-lain) yang harus dipersiapkan. Penyetelan pengukuran kondisi kalm diperkirakan berdasarkan data kerakteristik daya turbin angin yang akan dipilih. Pada pengukuran ini diasumsikan kecepatan cut in turbin adalh kecepatan angin 3,0 m/s dan 4 m/s. Lamanya kondisi kalm (maksimum) 1.4 Statistik Arah Angin Arah angin dibagi menjadi 12 sektor dengan perbedaan sebesar 30° untuk setiap sektor. Sektor 0 (So) adalah arah Utara dengan lebar sektor sebesar 30° di mulai dari 345° (-15) sampai dengan +15°. Keduabelas sektor tersebut adalah sebagai berikut: SO (-15°- 15°), arah Utara • SI (15° -45°), arah UtaraTimurLaut • S2 (45° - 75°), arah Timur Timur Laut
• S3 (75° - 105°), arah Timur
S4 (105° -• 135°), arah Timur Tenggara S5(135°- • 165°), arah Selatan Tenggara S6 (165° - 195°), arah Selatan S7 (195° -• 225°), arah Selatan Barat Daya S8 (225° --255°), arah Barat Barat Daya S9(255°- - 285°), arah Barat S10(285° -315°), arah Barat Barat Laut SI 1(315° - 345°), arah Utara Barat Laut
Rancangan struktur pembangkit listrik yang ingin dibangun : Pemodelan system :
Wind Turbin
Inverter Ac to
Beban
Dc
Inverter Dc to
PV Panel
Ac
Baterei
DC
AC
PERANCANGAN PEMBANGKIT TENAGA ANGIN (PLTB) HYBRID TENAGA SURYA (PLTS)
KONVERYER AC to DC
V.
CDM (CLEAN DEVELOPMENT MECHANISM) DARI PEMBANGKIT TENAGA BAYU (PLTB) HYBRID TENAGA SURYA (PLTS) .MELIPUTI CARBON CREDIT YANG DITERIMA Mekanisme di bawah Protokol Kyoto dimana negara maju dapat mendanai proyek pengurangan atau pemindahan emisi gas rumah kaca di negara berkembang, dan menerima kredit untuk pelaksanaannya yang dapat digunakan untuk memenuhi kewajiban pengurangan emisi negara maju.
Dari table tersebut kita dapat peroleh besar CDM dari pembangkit tenaga angin (PLTS) hybrid tenaga surya (PLTS) Sehingga Karena pada pembangkit listrik tenaga bayu(PLTB) hybrid (PLTH) tidak menghasilkan karbon kredit maka pembangkit mendapatkan uang sebesar 4,5 cent /kWH Sehingga : 4,5 cent = 90 x 4,5 = Rp 405 CDM = 405 x 20 = Rp8.100 Sehingga pembangkit mendapatkan masukan per kWH sebesar Rp 8.100,00
VI.
BIAYA PEMBANGKITAN DAN HARGA ENERGI (Rp. /kWH). Untuk mengetahui berapa besar biaya untuk membangkitkan tenaga listrik per kWh perlu diketahui terlebih dahulu jumlah biaya yang telah dikeluarkan atau diperkirakan akan dikeluarkan untuk kurun waktu tertentu misalnya satu tahun. Kemudian jumlah biaya pembangkitan satu tahun ini dibagi dengan produksi atau jumlah tenaga listrik. Adapun macam macam biaya itu adalah : a. Biaya tetap yang terdiri atas investasi (modal) pembangkit termasuk juga biaya pegawai, biaya administrasi, suku bunga dan lain lain. b. Biaya variable yang terdiria atas biaya pemeliharaan, bahan bakar. Table biaya PLTS dan PLTB Estimasi 20 tahun No
Biaya Tetap
jumlah
Harga
1
Turbin hummer US$ 1000
6 unit
Rp
60.000.000
2
PV (Solar cell) US$ 230
25 unit
Rp
57.500.000
3
Baterei US$ 400
60 unit
Rp 240.000.000
Total
Rp 357.500.000
Sehingga biaya konstruksi sebesar Rp 357.500.000/20 = Rp 3.575.000/tahun Biaya perawatan PLTS dan PLTB per tahun No
Biaya Pemeliharaan
Harga
1
Perawatan /tahun
Rp
30.000.000
2
Operator /tahun
Rp
20.000.000
Total
Rp
50.000.000
Jadi untuk biaya produksi dapat didefinisikan sebagai berikut Dalam penelitian ini fungsi obyektif yang akan dicari adalah biaya tahunan dari sistem ( Annual Cost Of System ) / ACS . Dimana : ACS = ACC + ARC + AOM + ADC a. ACC (Annual Capital Cost)
Modal dari tiap unit yang tidak memerlukan penggantian selamanya
ACC = Ccap. CRF ( I ,Y project ) Dimana: Ccap Yproject CRF (Capital Recovery Factor)
: adalah capital cost setiap komponen(US$). : adalah umur proyek(tahun). : adalah rasio untuk menghitung nilai pada saat Ini dari sederet aliran dana tahunan Yproject CRF (i, Yproject) = i (1 + i) / (1 + i) Y project -1 Dan dimana : i = rata – rata bunga tahunan i = (i’-f) / (1+f) Dimana i’ : adalahbungapinjaman, (%).
f: adalahrata-rata inflasitahunan, (%). Sehingga Ccap = (6 x US$ 1000) + (80 x US$ 400) + (25 x US$ 230) = US$ 43.750 Yprojetc = 20 tahun i = (0,05 – 0,02 ) / (1 + 0,02) = 0,03 CRF = 0,03 (1+0,03) 20 / (1+0,03) 19 = 0,03 ACC = 0,03 x 43.750 = US$ 1.352 b. AOM (Annual of maintance) Biaya operasional dan Perawatan tahunan merupakan fungsi dari biaya modal, kehandalan komponen dan juga umur dari komponen. AOM dapat dihitung sebagai berikut : AOM = Ccap(1-λ )/y λ : Effisiensi masing – masing komponen 98 % y : Waktu project berlangsung dalam tahun Sehingga : AOM = US$ 43.750 (1-0,98)/ 20 = US$ 43,75 c. ARC (Annual Replacement cost) Merupakan biaya yang digunakan untuk penggantian komponen dan unit selama project berlangsung.
ARC dapat dihitung sebagai berikut : ARC = Crep.SFF (i, Yrep) Dimana : Crep : biaya penggantian unit US$ Yrep :Usia unit SFF: Faktor penurunan sebuah rasio untuk memperkirakan nilai dimasa datangdari sederet persamaan aliran dana tahunan. SFF dapat dihitung sebagai berikut : SFF (i, Y rep) = 1 / (1+i) Yrep -1 Sehingga : Crep = US$ 43.750 SFF = 1 / (1 + 0,03)20 -1 = 1,25 ARC = 43.750 x 1,25 = US$ 54.687,5 d. ADC (Annual Damage cost) ADC merupakan biaya yang disebabkan karena sistem ini tidak mampu memenuhi permintaan beban, dihitung per kWh yang tidak dapat dipenuhi sistem. ADC = daya yang tidak dipenuhi x biaya denda Sehingga : ADC = 200 Watt x US$ 5 = US$ 1.000 JADI KITA DAPATKAN :
ACS = ACC + ARC + AOM + ADC ACS = 1.352 + 43,75 + 54.687,5 + 1.000 = US$ 57.083,25 SEHINGGA BIAYA BANGKIT ADALAH : Biaya bangkit = biaya pembangkitan / jumlah produksi pembangkitan pertahun Biaya bangkit = 57.083,25 / 20.000 = US$ 2,85 /kWH Jadi biaya bangkit yang dibutuhkan adalah 1$ = 9.800 rupiah Biaya bangkit dari PLT = 2,85 x 9800 = Rp 27.930,00
HARGA ENERGI :
Perkiraan jumlah produksi listrik selama 1 tahun Bulan
Agt
Sept
Okt
Nov
Des
Jan
Feb
Maret
Kecepatan
15
18
19
15
25
22
18
17
4,48
5,05
4,85
4,43
4,42
3,91
4,03
4,48
9,5
18,50
18,5
9,5
50,9
32,0
18,50
18,50
6.840
13.320
13.320
6.840
36.648
23.040
13.320
13.320
17
mei 19
juni 17
angin(km/jam) intensitas cahaya (Wp) Daya Listrik (kW) Produksi Listrik (kWh)
april 4,62 18,50
13.320
juli 16
4,37
4,17
4,44
18,50
18,50
9,5
13.320
13.320
6.840
Keterangan :
Debit
: debit air yang memenuhi persyaratan untuk operasi turbin dalam setahun hanya 8
bulan
Daya Listrik
= daya PLTS x daya PLTB / daya PLTS + daya PLTB
Produksi Listrik = Daya (Watt) x 30 (hari) x 24 (jam) = 9,5 x 30 x 24 =6840 kWh
( )
Jadi Biaya produksi = (50.000.000+ 357.500.000) / 173.448kw =Rp 2.349
VII. DIAGRAM PERENCANAAN PEMBANGUNAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BAYU (PLTS) HYBRID TENAGA SURYA (PLTS). Mulai
Menentukan Komponen PLTS dan PLTB
Data beban harian, Kecepatan angin, Intensitas matahari, spesifikasi bahan
Memasukan persyaratan system operasi
Memasukan variable sesiivitas konsumsi energi
Membentuk kemungkinan konfigurasi PLTS dan PLTB
Menghitung biaya pembangkitan dan harga energi
Biaya pembangkitan dan harga energy minimum
Konfigurasi PLTB dan PLTS
Kurva biaya pembangkitan pertahunpertahun
Selesai
VIII. AMDAL DAN INFFORMASI PEMBANGUNAN PEMBANGKIT.
LINGKUNGAN
LOKASI
A.) Dari Segi Geografis : Pantai Ketingan (juga sering disebut Kepetingan) sudah lama menjadi objek wisata pantai di Kabupaten Sidoarjo. Ketingan masuk Desa Sawohan, Kecamatan
Buduran. Kita bisa menembus Ketingan dari Bluru Kidul (Sidoarjo), Balongdowo (Candi), Karanggayam (Sidoarjo), Gisik Cemandi (Sedati), atau Kalanganyar (Sedati). Di Ketingan semua sungai yang berada di Sidoarjo bermuara. Karena tak punya kampung tetangg , dikeliling tambak, mangrove, serta hutan pantai, Ketingan praktis terpelosok. Jalan darat ada, tapi sangat sulit. Di musim hujan jangan coba-coba naik sepeda motor ke Ketingan karena medannya parah dan sulit. B.) Dari Segi lingkungan Dari segi lingkungan pantai ketingan mempunyai hembusan angin yang cukup dan memadai hal itu dikarenakan pantai ketingan sering digunakan oleh para penduduk untuk mencari penghasilan dengan melayar mencari ikan. Intensitas matahari di pantai ketingan juga memadai karena diwilayah pantai mendapan intensitas cahaya yang cukup di siang harinya. C.) Dari segi ekonomi Dari sisi ekonomi mungkin masyarakat dapat menikmanai penggunaan barang elektronik untuk rumah tangga serta dapat memanfaatkan pembangkit ini untuk berbagai keperluan sehari-hari. Dari situ pendapatan masyarakat sekitar bisa bertambah dengan adanya pembangkit listrik ini. D.) Dari segi social Arahan Pembangunan energi listrik kedepan menjadikan pantai ketingan sebagai daerah mandiri energy pertama di Sidoarjo, seluruh energi listrik di pantai ketingan sepenuhnya akan dikerahkan oleh angin, matahari, juga energi dari tumbuh- tumbuhan
IX.
PERBANDINGAN ANTARA PLTA, PLT ARUS LAUT, PLT POMPA SERTA PLT SUNGAI
1. Pembangkit Listrik Tenaga Air PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) adalah suatu system pembangkit energi listrik dengan cara memanfaatkan aliran dari air yang kemudian diubah menjadi energi listrik malalui putaran turbin dan generator. Sistem yang sangat simple, dan yang penting adalah ramah terhadap lingkungan.
1. Aspek Teknis dan Peralatan yang digunakan : Lokasi jauh dari lokasi pemanfaatan. Karena PLTA ini terletak bendungan/waduk. Proses pembangkitannya memanfaatkan energi air jatuh (water hammer), yaitu air dalam reservoir dialirkan ke turbin melalui penstock, dimana harus ada beda ketinggian. Dam : merupakan bagian yang berfungsi sebagai penahan air dalam penampungan. Turbin air : merupakan alat yang dapat berputar apabila terdapat aliran air dengan memanfaatkan energy kinetik yang dihasilkan oleh aliran air tersebut. Generator : alat konversi energy mekanik menjadi energy listrik. Penstock : untuk mengalirkan air ke turbin.
Power house : untuk tempat generator. Kontrol gate : sebagai pengontrol masuknya aliran air ke turbin. Jaringan transmisi listrik : untuk distribusi listrik.
2. Aspek Ekonomi Biaya pembangkitan PLTA untuk tahun 2011 sebesar Rp 156 / kWh Efisiensi dari sistem pembangkitan jenis ini masih di bawah 5% sehingga untuk diterapkan secara besar-besaran akan cukup sulit mengingat biaya pembangunan PLT-PL ini sangat besar, sehingga lebih tepat digunakan untuk skala kecil. Skala keekonomian PLTA mencapai kapasitas 5 MW dengan biaya investasi mencapai 100 juta /MW Meskipun biaya operasi atau produksinya jauh lebih murah daripada menggunakan bahan bakar fosil seperti minyak, namun biaya pembangunannya sangat mahal.
3. Aspek Lingkungan Tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah lainnya. Dapat digunakan untuk sistem irigasi masyarakat sekitar.
4. Aspek Sosio-Budaya Pemanfaatan energi baru, seperti PLTA, akan mengurangi ketergantungan akan bahan bakar fosil. Penelitian ini akan melibatkan instansi-instansi yang terkait / departemen sehingga diharapkan akan memberikan sumbangsihnya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK). Penggunaan teknologi ini akan mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat emisi gas buang dari produk BBM atau batubara. Setiap proyek yang akan dibangun nantinya akan mengurangi jumlah pengangguran, karena tentunya akan menyerap banyak tenaga kerja. Tidak menghasilkan polusi yang mungkin mengganggu masyarakat sekitar. Merupakan jenis pembangkit yang aman dengan resiko rendah.
2. Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut Secara singkat proses konversi energi arus atau gelombang laut adalah dengan memanfaatkan energi kinetik yang ada pada gelombang laut untuk menggerakkan turbin. Ombak naik ke dalam ruang generator, lalu air yang naik menekan udara keluar dari ruang generator dan menyebabkan turbin berputar. Ketika air turun, udara bertiup dari luar ke dalam ruang generator dan memutar turbin kembali. Untuk mengkonversi energi gelombang terdapat tiga sistem dasar yaitu sistem kanal yang menyalurkan gelombang ke dalam reservoar atau kolam, sistem pelampung yang menggerakan pompa hidrolik, dan sistem osilasi kolom air yang memanfaatkan gelombang untuk menekan udara di dalam sebuah wadah. Tenaga mekanik yang dihasilkan dari sistem-sistem tersebut ada yang akan mengaktifkan generator secara langsung atau mentransfernya ke dalam fluida kerja, air atau udara, yang selanjutnya akan menggerakan turbin atau generator. Untuk teknologi energi saat ini ada empat teknologi energi gelombang yaitu sistem rakit Cockerell, tabung tegak Kayser, pelampung Salter, dan tabung Masuda. Sistem rakit Cockerell berbentuk untaian rakit-rakit yang saling dihubungkan dengan engsel-engsel dan sistem ini bergerak naik turun mengikuti gelombang laut. Gerakan relatif rakit-rakit menggerakkan pompa hidrolik yang berada di antara dua rakit. Sistem tabung tegak Kayser menggunakan pelampung yang bergerak naik turun dalam tabung karena adanya tekanan air. Gerakan relatif antara pelampung dan tabung menimbulkan tekanan hidrolik yang dapat diubah menjadi energi listrik. Sistem Pelampung Salter memanfaatkan gerakan relatif antara bagian/pembungkus luar (external hull) dan bandul didalamnya (internal pendulum) untuk diubah menjadi energi listrik. Pada sistem tabung Masuda metodenya adalah memanfaatkan gerak gelombang laut masuk ke dalam ruang bawah dalam pelampung dan menimbulkan gerakan perpindahan udara di bagian ruangan atas dalam pelampung. Gerakan perpindahan udara ini dapat menggerakkan turbin udara. Sedang cara untuk menangkap energi gelombang ada beberapa macam. Tiga cara yang dapat dilakukan untuk menangkap gelombang laut adalah sebagai berikut: 1.Dengan pelampung : Alat ini akan membangkitkan listrik dari hasil gerakan vertikal dan rotasional pelampung dan dapat ditambatkan pada sebuah rakit yang mengambang atau alat yang tertambat di dasar laut
2.Kolom air yang berosilasi : (Oscillating Water Column) Alat ini membangkitkan listrik dari naik turunnya air akibat gelombang dalam sebuah pipa silindris yang berlubang. Naik turunnya kolom air ini akan mengakibatkan keluar masuknya udara di lubang bagian atas pipa dan menggerakkan turbin. Sederhananya OWC merupakan salah satu sistem dan peralatan yang dapat mengubah energi gelombang laut menjadi energi listrik dengan menggunakan kolom osilasi. Alat OWC ini akan menangkap energi gelombang yang mengenai lubang pintu OWC, sehingga terjadi fluktuasi atau osilasi gerakan air dalam ruang OWC, kemudian tekanan udara ini akan menggerakkan balingbaling turbin yang dihubungkan dengan generator listrik sehingga menghasilkan listrik.
3. Wave Surge atau Focusing Devices : Peralatan ini biasa juga disebut sebagai tapered channel atau kanal meruncing atau sistem tapchan, dipasang pada sebuah struktur kanal yang dibangun di pantai untuk mengkonsentrasikan gelombang, membawanya ke dalam kolam penampung yang ditinggikan. Air yang mengalir keluar dari kolam penampung ini yang digunakan untuk membangkitkan listrik dengan menggunakan teknologi standar hydropower.
1. Aspek Teknis dan Peralatan yang digunakan : Lokasi jauh dari lokasi pemanfaatan. Karena PLTA ini terletak bendungan/waduk. Proses pembangkitannya memanfaatkan energi air jatuh (water hammer), yaitu air dalam reservoir dialirkan ke turbin melalui penstock, dimana harus ada beda ketinggian. Dam : merupakan bagian yang berfungsi sebagai penahan air dalam penampungan.
Turbin air : merupakan alat yang dapat berputar apabila terdapat aliran air dengan memanfaatkan energy kinetik yang dihasilkan oleh aliran air tersebut. Generator : alat konversi energy mekanik menjadi energy listrik. Penstock : untuk mengalirkan air ke turbin. Power house : untuk tempat generator. Kontrol gate : sebagai pengontrol masuknya aliran air ke turbin. Jaringan transmisi listrik : untuk distribusi listrik.
2. Aspek Ekonomi Biaya pembangkitan PLTA untuk tahun 2011 sebesar Rp 2.000 / kWh Efisiensi dari sistem pembangkitan jenis ini masih di bawah 65% sehingga untuk diterapkan secara besar-besaran akan memungkinkan untuk direalisasikan. Skala keekonomian dengan biaya investasi mencapai £1.7 juta per MW Meskipun biaya operasi atau produksinya jauh lebih murah daripada menggunakan bahan bakar fosil seperti minyak, namun biaya pembangunannya sangat mahal. Berdasarkan hasil pengamatan yang ada, deretan ombak (gelombang) yang terdapat di sekitar pantai Selandia Baru dengan tinggi rata-rata 1 meter dan periode 9 detik mempunyai daya sebesar 4,3 kW per meter panjang ombak. Sedangkan deretan ombak serupa dengan tinggi 2 meter dan 3 meter dayanya sebesar 39 kW per meter panjang ombak. Untuk ombak dengan ketinggian 100 meter dan perioda 12 detik menghasilkan daya 600 KW per meter. Transverse Horisontal Axis Water Turbine (THAWT) dengan menggunakan dua turbin dan satu generator yang diletakkan di tengah-tengahnya, bisa dihasilkan listrik sebesar 12 MWatt. Dari pengujian pertama di laboratorium, diperkirakan Anaconda bisa menghasilkan sekitar 1MW dan bisa menghasilkan listrik seharga US$ 0,12 per kWh atau bahkan kurang dari angka tersebut.
3. Aspek Lingkungan Tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah lainnya. Dapat digunakan untuk subjek penelitian
4. Aspek Sosio-Budaya Pemanfaatan energi baru, seperti PLTA, akan mengurangi ketergantungan akan bahan bakar fosil. Penelitian ini akan melibatkan instansi-instansi yang terkait / departemen sehingga diharapkan akan memberikan sumbangsihnya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK).
Penggunaan teknologi ini akan mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat emisi gas buang dari produk BBM atau batubara. Setiap proyek yang akan dibangun nantinya akan mengurangi jumlah pengangguran, karena tentunya akan menyerap banyak tenaga kerja. Tidak menghasilkan polusi yang mungkin mengganggu masyarakat sekitar. Merupakan jenis pembangkit yang aman dengan resiko rendah.
3. Pembangkit Listrik Tenaga Pompa PLN telah memutuskan untuk membangun PLTA Pompa Cisokan (Upper Cisokan Pumped Storage Plant ) yang lokasinya 40 km sebelah barat kota Bandung. Konstruksi PLTA tersebut dimulai tahun 2012, dan diharapkan unit pertama dari 4 unit yang dibangun akan komisioning pada tahun 2016. PLTA Pompa Cisokan mempunyai kapasitas total sebesar 1.040 MW ( 4 x 260 MW). PLTA Pompa Cisokan adalah PLTA jenis pompa (pump-storage pertama yang dibangun di Indonesia). Untuk menyambut PLTA jenis pompa yang pertama di Indonesia, berikut penulis membahas tentang latar belakang, aspek teknis dan ekonomis PLTA jenis ini. PRINSIP KERJA
Pada PLTA Pompa terdapat dua buah waduk, yaitu waduk bawah dan waduk atas. Pada saat kebutuhan beban dalam system tenaga listrik rendah, maka kelebihan daya yang tidak diserap oleh konsumen dipakai untuk memompa air dari waduk bawah ke waduk atas.
Sedangkan pada saat beban puncak, air yang terkumpul pada waduk atas akan dialirkan ke waduk bawah untuk memutar turbin dan menghasilkan daya listrik untuk memenuhi kebutuhan beban puncak. Secara skematis prinsip kerja PLTA pompa diperlihatkan pada gambar berikut.
SUSUNAN INSTALASI MESIN
Pada tahap awal pengembangannya, susunan mesin pada PLTA pompa mempunyai system atau instalasi yang terpisah antara pompa dan turbin. Artinya pada suatu PLTA pompa terdapat suatu instalasi lengkap yang berfungsi sebagai turbin, serta terdapat instalasi lain yang terpisah berfungsi sebagai pompa. Pada instalasi turbin, terdiri dari peralatan-peralatan pipa pesat, turbin serta generator. Sedangkan pada instalasi yang berfungsi sebagai pompa terdapat peralatan motor, pompa dan pipa. Pada tahap pengembangan PLTA pompa selanjutnya ,dengan semakin maju teknologi, maka system yang terpisah tersebut ditinggalkan sehingga biaya pembangunan PLTA pompa dapat ditekan lebih rendah karena tidak perlu lagi membangun instalasi mesin ganda seperti di awal pengembangannya. Dewasa ini instalasi mesin pada PLTA pompa biasanya terdiri atas 2 variasi sebagai berikut : 1. Pada satu poros yang sama terdapat : a. pompa, b. turbin, dan c. motor dan generator yang menyatu (bersifat reversible). 2. Pada satu poros yang sama terdapat a. pompa dan turbin yang menyatu (reversible), b. motor dan generator yang bersatu (reversible). Untuk kedua variasi di atas, hanya terdapat satu instalasi pipa pesat dan satu buah saluran bawah (tailrace) yang dipakai secara bolak balik, baik sebagai turbin maupun pada operasi sebagai pompa.
Turbin dan pompa biasanya dipasang secara vertical untuk unit-unit berkapasitas besar dan horizontal untuk unit kecil. Kelebihan susunan variasi 1 dimana turbin dan pompa merupakan instalasi yang terpisah, dimungkinkan untuk mendapatkan efisiensi yang optimum, baik pada saat berfungsi sebagai turbin maupun pada saat pengoperasian sebagai pompa. Sedangkan jika variasi 2 yang dipilih, efisiensinya tidak seoptimum variasi 1, namun harga instalasi PLTA pompa akan lebih murah. Suatu perkembangan yang unik dari turbin pompa adalah yang dikenal sebagai turbin pompa isogyre. Pada turbin pompa jenis ini terdapat sudu ganda, dimana sudu pompa (imoeler) terletak pada atas poros, sedangkan sudu turbin (runner) terletak di bagian bawah. Turbin dilengkapi dengan sudu pengarah (guide-vane) yang bias disetel sesuai dengan kondisi beban, sedangkan sudu pengarah pada pompa merupakan sudu tetap. Katup penutup untuk unit-unit pompa dan turbin berupa cylinder gate di bagian luar runner dan impeller, sehingga berisi udara (tidak berisi air) pada saat unit yang bersangkutan beroperasi. Pada turbin pompa ini juga terdapat rumah keong (spiral case) yang dipakai bersama oleh pompa dan turbin untuk mengalirkan air ke impeller dan runner. Runner dan impeller mempunyai arah putaran yang sama, sehingga perubahan fungsi instalasi dari turbin menjadi pompa atau sebaliknya dapat dilakukan secara cepat. PERSYARATAN TEKNIS
Secara teknis persyaratan suatu PLTA pompa umumnya sama dengan persyaratan teknis PLTA konvensional lainnya, yaitu adanya potensi debit aliran air (Q) dan tinggi jatuh (H) yang memadai. Namun disamping banyak karakteristik yang sama dengan PLTA konvensional, mengingat fungsinya yang khusus, PLTA pompa juga memiliki berbagai syarat teknis yang berbeda yang harus diperhatikan secara khusus pada tahap perencanaannya. Syarat-syarat khusus PLTA pompa tersebut antara lain adalah adanya waduk atas dan waduk bawah, persyaratan elevasi, serta kapasitas waduk dan headnya. Secara singkat syaratsyarat tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Waduk atas dan waduk bawah. Kekhususan PLTA pompa yang membedakannya dengan PLTA konvensional adalah PLTA jenis ini memerlukan dua buah waduk dalam pengoperasiannya, yaitu waduk atas dan waduk bawah. Pada saat beban rendah dilakukan pengoperasian pompa untuk menaikkan air dari waduk bawah ke waduk atas. Sebaliknya pada saat beban puncak maka air yang berada di waduk atas di alirkan ke waduk bawah untuk memutar turbin yang menggerakkan generator dan menghasilkan energi listrik. 2. Persyaratan elevasi turbin dan pompa.
Secara teknis harus diperhitungkan agar letak pompa/turbin harus pada elevasi yang lebih rendah dari elevasi waduk bawah. Dengan elevasi turbin/ pompa yang lebih rendah tersebut maka diharapkan dapat dihindari timbulnya kavitasi yang akan menyebabkan hilangnya energi yang besar serta kerusakan pada sudu turbin dan pompa. Terlebih-lebih pada saat pengoperasian pompa untuk mengalirkan air dari waduk bawah ke waduk atas. Pada saat operasi pemompaan tersebut dipersyaratkan adanya perbedaan elevasi yang minimum antara sudu pompa dengan elevasi air pada permukaan waduk bawah. Perbedaan elevasi minimum tersebut dapat diperoleh dengan memperhitungkan tekanan atmosfir, tekanan uap jenuh serta kerugian head di dalam saluran air. 3. Kapasitas waduk dan tinggi jatuh. Besarnya debit air (Q) dan tinggi jatuh (H) secara langsung akan berbanding lurus dengan kapasitas terpasang PLTA. Misalnya jika terdapat potensi debit air sebesar 115 m3 per detik dan tinggi jatuh sebesar 237 meter, maka kapasitas terpasang yang dapat dibangkitkan oleh PLTA tersebut adalah : P = 9,8 x Q x H x nT x nG x nS P – Kapasitas terpasang dalam kW Q = Debit air, dalam m3 per detik H = tinggi jatuh, dalam meter nT = Effisiensi turbin, misalnya diambil 90 % nG = Efisiensi generator, diambil 98 % nS = Efisiensi saluran air, misalnya 90 % maka, P = 9,8 x 115 x 237 x 0,90 x 0,98 x 0,90 = 212.023 kW = 212,02 MW. Setelah diketahui berapa debit air yang diperlukan untuk membangkitkan listrik dengan kapasitas terpasang tertentu, maka selanjutnya dapat diketahui berapa besar kapasitas operasi waduk (life storage capacity) minimal yang dibutuhkan. Rumus untuk mencari kapasitas operasi waduk adalah sebagai berikut : (misal untuk lama operasi turbin 6 jam per hari ) Kapasitas waduk : = 115 m3 x 3600x 6 = 2.484.000 m3 1. Aspek Teknis dan Peralatan yang digunakan : Lokasi jauh dari lokasi pemanfaatan. Karena PLTA ini terletak bendungan/waduk. Proses pembangkitannya memanfaatkan energi air jatuh (water hammer), yaitu air dalam reservoir dialirkan ke turbin melalui penstock, dimana harus ada beda ketinggian.
Dam : merupakan bagian yang berfungsi sebagai penahan air dalam penampungan. Turbin air : merupakan alat yang dapat berputar apabila terdapat aliran air dengan memanfaatkan energy kinetik yang dihasilkan oleh o leh aliran air tersebut. Generator : alat konversi energy mekanik menjadi energy listrik. Penstock : untuk mengalirkan air ke turbin. Power house : untuk tempat generator. Pompa : untuk memompa air ke reservoir atas Kontrol gate : sebagai pengontrol masuknya aliran air ke turbin. Jaringan transmisi listrik : untuk distribusi listrik.
2. Aspek Ekonomi Biaya pembangkitan PLTA Pompa untuk tahun 2011 sebesar Rp 850,65 / kWh. Efisiensi dari sistem pembangkitan jenis ini masih di bawah 5% sehingga untuk diterapkan secara besar-besaran akan cukup sulit mengingat biaya pembangunan PLT-PL ini sangat besar, sehingga lebih tepat digunakan untuk skala kecil. Skala keekonomian PLTA Pompa mencapai kapasitas 5 MW dengan biaya investasi mencapai 100 juta /MW Meskipun biaya operasi atau produksinya jauh lebih murah daripada menggunakan bahan bakar fosil seperti minyak, namun biaya pembangunannya sangat mahal.
3. Aspek Lingkungan Tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah lainnya. Dapat digunakan untuk sistem irigasi masyarakat sekitar.
4. Aspek Sosio-Budaya Pemanfaatan energi baru, seperti PLTA, akan mengurangi ketergantungan akan bahan bakar fosil. Penelitian ini akan melibatkan instansi-instansi yang terkait / departemen sehingga diharapkan akan memberikan sumbangsihnya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK). Penggunaan teknologi ini akan mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat emisi gas buang dari produk BBM atau batubara. Setiap proyek yang akan dibangun nantinya akan mengurangi jumlah pengangguran, karena tentunya akan menyerap banyak tenaga kerja. Tidak menghasilkan polusi yang mungkin mengganggu masyarakat sekitar. Merupakan jenis pembangkit yang aman dengan resiko rendah.
4. Pembangkit Listrik Tenaga Sungai Bawah Tanah Keberadaan sungai bawah tanah di gua Ngerong, desa Rengel, Tuban hendaknya dimanfaatkan potensinya. Aliran sungai bawah tanah di gua Ngerong mempunyai debit sekitar 773,6 lt/detik dan dengan debit ini maka akan dihasilkan listrik sebesar kurang lebih 20 kW. Daerah desa rengel yang sebagian besar wilayahnya berupa rumah dan sawah penduduk sangat membutuhkan air yang berasal dari sungai tersebut. Daerah di sekitar desa Rengel sering kali mengalami kekeringan. Oleh sebab itu dibutuhkannya pompa untuk menyalurkan air dimana pompa tersebut membutuhkan listrik. Maka, muncul konsep pembangkit listrik yang bertumpu pada masyarakat. Konsep ini berbasis pada teknologi Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH). Mikro Hidro mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Energi tersebut dimanfaatkan untuk memutar turbin yang dihubungkan dengan generator listrik. PLTMH merupakan salah satu alternatif solusi untuk mengatasi kekurangan listrik maupun khususnya dalam penggunaannya dengan pompa air untuk mengatasi kekurangan
air. Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro akan coba diaplikasikan di sungai bawah tanah di gua Ngerong, desa Rengel, Tuban. Potensi debit air sungai bawah tanah dan daya terbangkit PLTMH
Potensi debit air sungai bawah tanah yang berada di gua Ngerong di dapatkan dari hasil penelitian oleh LIPI (lembaga ilmu pengetahuan dan teknologi ). Penelitian gua dilakukan LIPI pada tanggal 5-8 September 2002 selama tiga hari. Gua Ngerong yang terletak di Desa Rengel, Kecamatan Rengel, Kabupaten Tuban 30 km sebelah selatan kota Tuban kearah Bojonegoro secara geografis terletak di sekitar LS. 112o 00’ BT. 7o 04’. Gua yang diteliti merupakan lokasi
wisata alam andalan kota Tuban meskipun terbatas di sekitar mulut gua. Gua Ngerong memiliki sungai bawah tanah dengan debit air pada tahun 2002 sekitar 773.6 l/detik yang berada di hulu sungai bawah tanah sedangka di pintu keluaran gua debitnya mencapai 573.7 l/detik.
Rumus yang mendasari perhitungan potensi daya hidrolik adalah Pelc =g x Qd x Hnet x Etb x Egnr x Em x Esal Dengan : Pelc = potensi daya elektrik (kW) g = konstanta percepatan gravitasi, 9.8 meter/dtk2 Qd = debit desain (m3/dtk) Hnet = head efektif (meter) Etb = efisiensi turbin Egnr = efisiensi generator Em = efisiensi transmisi mekanik Esal = efisiensi saluran air
PLTMH Desa Rengel direncanakan memanfaatkan aliran Sungai bawah tanah. Aliran air Sungai bawah tanah dibendung untuk mengarahkan aliran air menuju intake dan masuk ke bak penenang. PLTMH desa Rengel tidak menggunakan saluran pembawa (head race) karena sisi kanan dan kiri sudah terdapat dinding gua yang bisa menghadang agar air tidak meluber. Pada intake dilengkapi dengan saringan ( Trashrack ) untuk mencegah masuknya daun-daun, cabangcabang pohon dan benda-benda lain terbawa aliran air ke dalam saluran. Bak penenang (Forebay) ditempatkan bersambung dengan bendungan dan intake. Air dari bak penenang akan disalurkan melalui pipa pesat (penstock) pada ujung bak penenang. Kemudian air masuk menuju ke turbin yang ditempatkan di rumah pembangkit. 1. Aspek Teknis dan Peralatan yang digunakan : Lokasi jauh dari lokasi pemanfaatan. Karena PLTA ini terletak bendungan/waduk. Proses pembangkitannya memanfaatkan energi air jatuh (water hammer), yaitu air dalam reservoir dialirkan ke turbin melalui penstock, dimana harus ada beda ketinggian. Dam : merupakan bagian yang berfungsi sebagai penahan air dalam penampungan.
Turbin air : merupakan alat yang dapat berputar apabila terdapat aliran air dengan memanfaatkan energy kinetik yang dihasilkan oleh aliran air tersebut. Generator : alat konversi energy mekanik menjadi energy listrik. Penstock : untuk mengalirkan air ke turbin. Power house : untuk tempat generator. Kontrol gate : sebagai pengontrol masuknya aliran air ke turbin. Jaringan transmisi listrik : untuk distribusi listrik.
2. Aspek Ekonomi Biaya pembangkitan sungai bawah tanah sebesar Rp 750 / kWh Efisiensi dari sistem pembangkitan jenis ini masih di bawah 60% sehingga untuk diterapkan secara besar-besaran akan cukup sulit mengingat biaya pembangunan PLT-ini sangat sulit karena lokasinya di bawah tanah.. Skala keekonomian pembangkit ini mencapai kapasitas 50 kW dengan biaya investasi mencapai Rp2.000.000 /kW Meskipun biaya operasi atau produksinya jauh lebih murah daripada menggunakan bahan bakar fosil seperti minyak, namun biaya pembangunannya sangat mahal.
3. Aspek Lingkungan Tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah lainnya. Dapat digunakan untuk sistem irigasi masyarakat sekitar.
4. Aspek Sosio-Budaya Pemanfaatan energi baru, seperti PLTMH sungai bawah tanah, akan mengurangi ketergantungan akan bahan bakar fosil. Penelitian ini akan melibatkan instansi-instansi yang terkait / departemen sehingga diharapkan akan memberikan sumbangsihnya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK). Penggunaan teknologi ini akan mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat emisi gas buang dari produk BBM atau batubara. Setiap proyek yang akan dibangun nantinya akan mengurangi jumlah pengangguran, karena tentunya akan menyerap banyak tenaga kerja. Tidak menghasilkan polusi yang mungkin mengganggu masyarakat sekitar.
5. Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Energi tidal atau energi pasang surut barangkali kurang begitu dikenal dibandingkan dengan energi samudera yang lain seperti energi ombak (wave energy). Jika dibandingkan dengan energi angin dan surya, energi tidal memiliki sejumlah keunggulan antara lain: memiliki aliran energi yang lebih pasti/mudah diprediksi, lebih hemat ruang dan tidak membutuhkan teknologi konversi yang rumit. Kelemahan energi ini diantaranya adalah membutuhkan alat konversi yang handal yang mampu bertahan dengan kondisi lingkungan laut yang keras yang disebabkan antara lain oleh tingginya tingkat korosi dan kuatnya arus laut. Saat ini baru beberapa negara yang yang sudah melakukan penelitian secara serius dalam bidang energi tidal, diantaranya Inggris dan Norwegia. Di Norwegia, pengembangan energi ini dimotori oleh Statkraft, perusahaan pembangkit listrik terbesar di negara tersebut. Statkraft
bahkan memperkirakan energi tidal akan menjadi sumber energi terbarukan yang siap masuk tahap komersial berikutnya di Norwegia setelah energi hidro dan angin. Keterlibatan perusahaan listrik besar seperti Statkraft mengindikasikan bahwa energi tidal memang layak diperhitungkan baik secara teknologi maupun ekonomis sebagai salah satu solusi pemenuhan kebutuhan energi dalam waktu dekat.
Pembangkit listrik tenaga tidal terapung. Turbin-turbin air dan mesin-mesin listrik terletak di bawah air, hanya bagian atas dari pembangkit listrik tersebut yang tampak diatas permukaan laut (Sumber: Statkraft) Perlu diketahui bahwa potensi energi tidal di Indonesia termasuk yang terbesar di dunia, khususnya di perairan timur Indonesia. Sekarang inilah saatnya bagi Indonesia untuk mulai menggarap energi ini. Jika bangsa kita mampu memanfaatkan dan menguasai teknologi pemanfaatan energi tidal, ada dua keuntungan yang bisa diperoleh yaitu, pertama, keuntungan pemanfaatan energi tidal sebagai solusi pemenuhan kebutuhan energi nasional dan, kedua, kita akan menjadi negara yang mampu menjual teknologi tidal yang memberikan kontribusi terhadap devisa negara. Belajar dari India yang mampu menjadi salah satu pemain teknologi turbin angin dunia (dengan produk turbin angin Suzlon), maka tujuan yang kedua bukanlah hal yang terlalu muluk untuk kita wujudkan. Menurut Dandekar,MM dan Sherma,KN, 1991, pada dasarnya pembangkit listrik tenaga pasang surut melibatkan kolam penampung air, baik itu kolam buatan maupun kolam yang memanfaatkan kondisi alam. Pada prinsipnya pemanfaatan tenaga pasang surut air laut untuk pembangkit listrik dibedakan menjadi tiga, yaitu susunan kolam tunggal, susunan kolamganda, dan susunan kolambersama. Dari prinsip-prinsip dasar ini kemudian dikembang beberapa cara untuk mendapatkan energi yang boleh dikatakan terus menerus. Dalam susunan kolam tunggal, hanya terdapat sebuah kolam penampung air yang langsung berhadapan dengan laut. Kolam dan laut dipisahkan oleh tanggul, sedangkan aliran antara keduanya disalurkanmelalui pintu air yang terletak disepanjang tanggul, pada tanggul ini juga terdapat bangunan pembangkit listrik. Arus yang masuk dari laut menuju kolam penampung atau dari kolam penampung menuju laut dapat digunakan untuk memutar turbin.
Dalam susunan kolam tunggal energi listrik dapat dibangkitkan dengan menggunakan tiga macam sistem daur air, tiga sistem daur air itu adalah sistem daur air pasang tunggal, sistem daur air surut tunggal, dan sistem daur air ganda. berikut ini akan dijelaskan mekanisme kerja dari pembangkit listrik pasang surut dengan menggunakan masing-masing sistem daur air, lihat Gambar di bawah.
Bangunan Tampak Atas
1. Aspek Teknis dan Peralatan yang digunakan : Lokasi jauh dari lokasi pemanfaatan. Karena PLTA ini terletak bendungan/waduk. Proses pembangkitannya memanfaatkan energi air jatuh (water hammer), yaitu air dalam reservoir dialirkan ke turbin melalui penstock, dimana harus ada beda ketinggian.
Pembangkit listrik tenaga arus laut memiliki beberapa komponen penting antara lain : Rotor, untuk mengkonversikan energi kinetik terdapat dua jenis rotor (daun turbin) yang biasa digunakan Jenis rotor yang mirip dengan kincir angin atau cross-flow rotor atau
rotor Darrieus.
Generator, dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Generator yang digunakan oleh pembangkit arus laut dengan teknologi MCT (Marine Current turbine) adalah generator asinkron. Gearbox, berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada turbin energi arus laut menjadi putaran tinggi agar daat digunakan untuk memutar generator. Sistem Pengereman, digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat arus yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya. Rectifier-Inverter, untuk mengatasi naik turunnya keluaran listrik dari generator karena naik turunnya putaran turbin maka listrik yang dihasilkan oleh generator harus disalurkan terlebih dahulu ke sistem rectifier-inverter agar keluaran tegangan dan frekuensi listriknya sama dengan listrik yang dihasilkan PLN.
2. Aspek Ekonomi (70 kW) Biaya pembangkitan untuk tahun 2011 sebesar 1,53 centUSD/kWh
Efisiensi dari sistem pembangkitan jenis ini masih di bawah 30% sehingga untuk diterapkan secara besar-besaran akan memungkinkan untuk direalisasikan. Skala keekonomian biaya investasi mencapai US$ 3.000/kW Meskipun biaya operasi atau produksinya jauh lebih murah daripada menggunakan bahan bakar fosil seperti minyak, namun biaya pembangunannya sangat mahal.
3. Aspek Lingkungan Tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah lainnya. Dapat digunakan untuk sistem irigasi masyarakat sekitar.
4. Aspek Sosio-Budaya Pemanfaatan energi baru, yaitu pasang surut laut, akan mengurangi ketergantungan akan bahan bakar fosil. Penelitian ini akan melibatkan instansi-instansi yang terkait / departemen sehingga diharapkan akan memberikan sumbangsihnya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK). Penggunaan teknologi ini akan mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat emisi gas buang dari produk BBM atau batubara. Setiap proyek yang akan dibangun nantinya akan mengurangi jumlah pengangguran, karena tentunya akan menyerap banyak tenaga kerja. Tidak menghasilkan polusi yang mungkin mengganggu masyarakat sekitar. Merupakan jenis pembangkit yang aman dengan resiko rendah.
X.
SURGE TANK, KOLAM PENENANG . PENGERTIAN BAK PENENANG DAN SURGE TANK
A. Bak penenang (Forebay). Bak penenang berada di ujung saluran pembawa yang berfungsi untuk mecegah turbulensi air sebelum diterjunkan melalui pipa pesat. Bangunan yang mempunyai potongan melintang (luas penampang basah) lebih besar dari Headrace yang berfungsi untuk memperlampat aliran air. Pada sutu instalasi pembangkit listrik tenaga air haruslah memperhitungkan kemungkinan bahaya yang timbul pada saluran pipa pada instalasi tersebut misalnya terjadinya water hammer akibat penutupan katup secara cepat. Water hammer ini dapat menimbulkan peningkatan tekanan pada saluran pipa sehingga dapat menyebabkan pecahnya pipa apabila tekanan yang terjadi melebihi kekuatan maksimum dari pipa tersebut terutama untuk saluran yang relatif panjang dibagi dengan tinggi terjun yang ada. Untuk itulah perlu dipasang Surge tank Fungsinya terutama untuk: mengurangi water hammer akibat perubahan beban, menampung air saat beban mendadak turun, mensuplai air pada saat pembebanan mendadak dan lain-lain.
B.
Surge Tank
Surge Tank adalah pipa tegak atau reservoir penyimpanan di ujung hilir saluran air tertutup atau pipa pemasok untuk saatterjadi kenaikan tekanan yang mendadak, serta dengan cepat memberikan air ekstra selama penurunan tekanan singkat. Dalam teknologi pertambangan, bijih pompa bubur menggunakan tangki gelombang yang relatif kecil untuk mempertahankan beban pada pompa. Untuk penggunaan pembangkit listrik tenaga air, tangki gelombang merupakan ruang penyimpanan tambahan atau reservoir dipasang antara reservoir penyimpanan utama dan power house (sebagai dekat dengan rumah listrik mungkin). Surge tank biasanya diberikan pada tanaman tinggi atau menengah-kepala ketika ada jarak yang cukup jauh antara sumber air dan unit daya, sehingga perlu penstock panjang. Fungsi utama dari tangki gelombang adalah: 1. Ketika beban berkurang, air bergerak mundur dan akan disimpan di dalamnya.
2. Ketika beban meningkat, tambahan pasokan air akan disediakan oleh tangki gelombang. Singkatnya, tangki gelombang meringankan variasi tekanan karena perubahan yang cepat dalam kecepatan air.
Gambar dari Surge tank
XI.
OTEC (Pembangkit Listrik Panas Laut) dengan PLT SOLAR POND (Kolam Surya).
PERBANDINGAN PLT OTEC VS PLT SOLAR PONDS Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) adalah teknologi untuk menkonversi energi termal yang ada pada laut akibat radiasi sinar matahari menjadi tenaga listrik. 5. Prinsip Kerja Beberapa pakar energi berpendapat bahwa OTEC akan menjadi teknologi penghasil listrik yang sangat kompetitif di masa depan. OTEC dapat memproduksi listrik hingga skala gigawatt, dan dengan penggabungan dengan sistem elektrolisis, akan menghasilkan hidrogen cukup untuk menggantikan konsumsi bahan bakar fosil dunia. Tetapi, mengatur biaya adalah yang tersulit. Seluruh fasilitas OTEC membutuhkan peralatan khusus dan pipa panjang berdiameter besar yang ditenggelamkan hingga beberapa kilometer jauhnya dari permukaan untuk mendapatkan air dingin. Dan itu membutuhkan banyak biaya. Secara sederhana dapat disebutkan bahwa OTEC bekerja dengan memanfaatkan perbedaan temperatur untuk membangkitkan tenaga listrik dengan cara memanfaatkannya untuk menguapkan Ammonia atau Freon. Tekanan uap yang timbul kemudian dipergunakan untuk memutar turbin. Adapun prinsip kerja dari OTEC secara umum adalah:
a) Konversi energi panas laut atau OTEC menggunakan perbedaan temperatur antara permukaan yang hangat dengan air laut dalam yang dingin, minimal sebesar 77 derajat Fahrenheit (25°C) agar bisa digunakan untuk membangkitkan listrik. b) Laut menyerap panas yang berasal dari matahari. Panas matahari membuat permukaan air laut lebih panas dibandingkan air di dasar laut. Hal ini menyebabkan air laut bersirkulasi dari dasar ke permukaan. Sirkulasi air laut ini juga dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin dan menghasilkan energi listrik. c) Dalam beroperasinya OTEC, pipa-pipa akan ditempatkan di laut yang berfungsi untuk menyedot panas laut dan mengalirkannya ke dalam tangki pemanas guna mendidihkan fluida kerja. Umumnya digunakan ammonia sebagai fluida kerja karena mudah menguap. Dari uap fluida tersebut selanjutnya akan digunakan untuk menggerakkan turbin pembangkit listrik. Selanjutnya, uap fluida dialirkan ke ruang kondensor. Didinginkan dengan memanfaatkan air laut bersuhu 5 derajat Celcius. Air hasil pendinginan kemudian dikeluarkan kembali ke laut. Begitu siklus seterusnya. Jenis Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) a. Berdasarkan lokasi : o Daratan (land based plant) Mengapung (floating based plant) o o Perairan dangkal (shelf based plant) b. Berdasarkan sistem siklus yang digunakan : o
Closed-Cycle (Siklus Tertutup) :
Closed-cycle system menggunakan fluida dengan titik didih rendah,seperti ammonia, untuk memutar turbin guna membangkitkan listrik. Air laut permukaan yang hangat dipompa melewati sebuah heat exchanger (penukar panas) di mana fluida dengan titik didih rendah tadi diuapkan. Fluida yang mengalami perubahan wujud menjadi uap akan mengalami peningkatan tekanan. Uap bertekanan tinggi ini kemudian dialirkan ke turbin untuk menghasilkan listrik. Kemudian air dingin dari dasar lautan dipompa melewati heat exchanger yang kedua, mengembunkan hasil penguapan tadi menjadi fluida lagi, di mana siklus ini berputar terus menerus.
o
Open-Cycle (Siklus Terbuka) :
Open-Cycle OTEC menggunakan air laut permukaan yang hangat untuk membangkitkan listrik. Ketika air laut hangat dipompakan ke dalam kontainer bertekanan rendah, air ini mendidih. Uap yang mengembang menggerakkan turbin tekanan rendah untuk membangkitkan listrik. Uap ini meninggalkan garam-garam di belakang kontainer. Jadi uap ini hampir merupakan air murni. Uap ini kemudian dikondensasikan kembali dengan menggunakan suhu dingin dari air dasar laut.
o
Hybrid System (Siklus Gabungan) :
Siklus hybrid menggunakan keunggulan sistem siklus terbuka dan tertutup. Siklus hybrid menggunakan air laut yang diletakkan di tangki bertekanan rendah (vacuum chamber) untuk dijaikan uap. Lalu uap tersebut digunakan untuk menguapkan fluida bertitik didih rendah (amonia atau yang lainnya) yang akan menggerakkan turbin guna menghasilkan listrik. Uap air laut tersebut lalu dikondensasikan untuk menghasilkan air tawar desalinasi.
1. Aspek Teknis dan Peralatan yang digunakan : Lokasi jauh dari lokasi pemanfaatan. Karena PLTPL-OTEC ini terletak di laut atau di dekat laut. Proses pembangkitannya memanfaatkan panas yang ada di lautan, yaitu suhu hangat yang diperoleh dari permukaan laut dan suhu dingin yang diperoleh dari laut dalam. Evaporator : merupakan bagian yang berfungsi sebagai penguap fluida Turbin uap : merupakan alat yang dapat berputar apabila terdapat aliran uap dengan memanfaatkan energy kinetik yang dihasilkan oleh aliran uap tersebut. Generator : alat konversi energy mekanik menjadi energy listrik. Kondensor : fungsi dari kondensor adalah untuk mengembunkan uap dari turbin. Pompa : untuk membantu mengalirnya cairan pada sistem. Pipa : sebagai tempat mengalirnya cairan dan uap. Medium cair berupa zat dengan titik didih rendah seperti amonia. 2. Aspek Ekonomi Karena OTEC belum dikomersialkan, maka biaya tepatnya belum dapat dipastikan. Efisiensi dari sistem pembangkitan jenis ini masih di bawah 5% sehingga untuk diterapkan secara besar-besaran akan cukup sulit mengingat biaya pembangunan PLT-PL ini sangat besar, sehingga lebih tepat digunakan untuk skala kecil. Skala keekonomian OTEC mencapai kapasitas 100 MW dengan biaya investasi mencapai US$ 2,42 juta /MW dan biaya produksi listrik US$ 0,068 /kWh. Meskipun biaya operasi atau produksinya jauh lebih murah daripada menggunakan bahan bakar fosil seperti minyak, namun biaya pembangunannya sangat mahal.
3. Aspek Lingkungan Tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah lainnya.
Untuk OTEC sistem tertutup, apabila terdapat kebocoran, maka amonianya dapat menyebabkan polusi di lautan.
4. Aspek Sosio-Budaya Pemanfaatan energi baru, seperti PLTPL-OTEC, akan mengurangi ketergantungan akan bahan bakar fosil. Penelitian ini akan melibatkan instansi-instansi yang terkait / departemen sehingga diharapkan akan memberikan sumbangsihnya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK). Penggunaan teknologi ini akan mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat emisi gas buang dari produk BBM atau batubara. Setiap proyek yang akan dibangun nantinya akan mengurangi jumlah pengangguran, karena tentunya akan menyerap banyak tenaga kerja. Tidak menghasilkan polusi yang mungkin mengganggu masyarakat sekitar. Merupakan jenis pembangkit yang aman dengan resiko rendah.
6. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SOLAR PONDS
Pembangkit listrik tenaga solar ponds merupakan pembangkit listrik yang memanfaatlan kolam-kolam air garam untuk menangkap panas matahari. Kemudian di dalam kolam di beri sistem perpipaan sebagai boiler lalu dari panas itulah dapat mengubah air menjadi uap dan memutar turbin uap yang dikopel dengan generator. Sejarah Dead Sea
Laut Mati atau disebut juga Laut Asin, adalah sebuah danau garam yang berbatasan dengan Israel dan Tepi Barat di barat, dan Yordania di timur. Permukaannya dan pantai adalah 422 meter (1.385 kaki) di bawah permukaan laut, permukaan air terendah dari permukaan bumi di ukur dari tanah kering. Laut Mati adalah 378 m (1.240 kaki) dalamnya, danau yang terdalam di antara danau danau asin dunia. Juga merupakan air yang paling asin, dengan 33,7% salinitas. Hanya Danau Assal (Djibouti), Garabogazkà dan beberapa danau hypersaline dari Lembah Kering McMurdo di Antartika (seperti Don Juan Pond dan mungkin Danau Vanda) memiliki salinitas yang lebih tinggi. Danau ini adalah 8,6 kali lebih asin daripada laut.
Dikarenakan salinitas yang keras, membuat suatu lingkungan di mana binatang tidak dapat berkembang, maka sesuai dengan namanya Laut Mati. Laut Mati adalah 67 kilometer (42 mil) panjangnya dan 18 kilometer (11 mil) lebarnya pada titik terlebar. Itu terletak di Yordania Rift Valley, dan anak sungai utamanya adalah Sungai Yordan. Laut Mati telah menarik pengunjung dari seluruh Mediterania selama ribuan tahun. Secara Alkitabiah, itu adalah tempat perlindungan bagi Raja Daud. Itu adalah salah satu pertama di dunia resor kesehatan (untuk Herod the Great), dan telah menjadi pemasok berbagai produk, dari balsam untuk membuat mumi Mesir untuk garam abu untuk pupuk. Orang-orang juga menggunakan garam dan mineral dari Laut Mati untuk menciptakan kosmetika dan herbal sachet. Kandungan mineral dari Laut Mati sangat berbeda dari air laut. Komposisi yang tepat dari air Laut Mati bervariasi terutama dengan musim, kedalaman dan suhu. Pada awal 1980-an konsentrasi spesies ion (dalam g / kg) dari permukaan air Laut Mati adalah Cl-(181,4), Br-(4.2), SO42-(0,4), HCO3-(0,2), Ca2 + (14.1), Na + (32,5), K + (6.2) dan Mg2 + (35,2). Jadi total salinitas adalah 276 g / kg. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa w / w% komposisi garam, seperti klorida anhidrat, adalah kalsium klorida (CaCl2) 14,4%, kalium klorida (KCl) 4,4%, magnesium klorida (MgCl2 ) 50,8% dan natrium klorida (garam dapur, NaCl) 30,4%. Sebagai perbandingan, garam dalam air dari sebagian besar lautan dan laut adalah sekitar 97% natrium klorida. Konsentrasi ion sulfat (SO42-) sangat rendah, dan konsentrasi ion bromida (Br-) adalah yang tertinggi dari semua perairan di Bumi. Konsentrasi garam Laut Mati berfluktuasi sekitar 31,5%. Ini adalah hasil yang luar biasa tinggi dan dalam nominal densitas 1,24 kg / L. Siapapun dapat dengan mudah mengapung di Laut Mati karena kemampuan mengapung alam. Fitur yang tidak biasa dari Laut Mati adalah pelepasan aspal. Dari rembesan yang mendalam, Laut Mati terus-menerus memuntahkan kerikil kecil dan blok dari substansi hitam. Aspal-aspal ini lah yang melapisi patung-patung dan tengkorak Neolitikum dari situs arkeologi telah ditemukan. Juga pembuatan mumi Mesir memerlukan proses yang menggunakan aspal yang diimpor dari kawasan Laut Mati. Saat ini diskusi untuk mencari pemecahan terkait krisis energi listrik semakin intensif dilakukan oleh banyak pihak. Mengacu pada konsep “green energy” yang mencoba mengurangi
ketergantungan pada bahan bakar fosil mengurangi efek pemansan global, telah muncul opsi-
opsi sumber energi terbarukan dan berkelanjutan yang telah dicetuskan. Sebut saja energi panas bumi, gelombang laut (tidal), biomassa, dan solar pond. Opsi sumber energi yang terakir yaitu solar pond sebenarnya bukanlah hal baru dalam pembangkitan energi listrik. Penggunaan energi potensial dari solar pond untuk pembangkitan tenaga listrik sudah dikembangkan sejak tahun 1970-an di benua Australia. Namun solar pond kemudian ditinggalkan karena dinilai memiliki efisiensi yang sangat kecil untuk pembangkitan listrik (hanya berkisar 17%). Saat ini, ketika kebutuhan akan sumber energi terbarukan semakin tidak bisa ditoleransi lagi, solar pond kembali dilirik meskipun dengan segala keterbatasannya.
Apa sebenarnya solar pond dan bagaimana cara pemanfaatannya untuk membangkitkan tenaga listrik?
Solar pond atau kolam surya merupakan kolam air garam yang difungsikan untuk memerangkap energi panas matahari. Panas yang terperangkap di bagian dasar solar pond itulah yang kemudian dimanfaatkan untuk menguapkan organic fluid menjadi uap. Uap tersebut digunakan untuk memutar turbin uap yang telah dikopel ke generator.
Pemanfaatan solar pond sebagai sumber energi memakan biaya produksi sekitar $180/MWh. Biaya ini jauh lebih tinggi dari pada biaya produksi dengan sumber energi angin ($20-60/MWh) atau batubara ($40/MWh) namun masih lebih rendah bila dibandingkan dengan biaya produksi pembangkit listrik tenaga surya yang mencapai $1000/MWh.
Selain itu, pemanfaatan solar pond juga berpengaruh terhadap kondisi lingkungan maupun sosial budaya untuk kawasannya. Dari aspek lingkungan, solar pond bisa memakan daerah resapan air tawar dan mencemari tanah (akibat ketidaktepatan penggunaan jenis garam) mengingat begitu luasnya daerah yang digunakan. Sedangkan dari aspek sosial budaya, pemanfaatan solar pond bisa membawa kemajuan tersendiri untuk masyarakat sekitar mengingat saat ini hampir sebagian besar daerah garam merupakan daerah yang masih cukup tertinggal. Menilik dari fakta-fakta tersebut, mungkin tidak ada salahnya memposisikan sumber energi ini sebagai sumber dengan tingkat kepentingan intermediate bawah atau sebagai sumber utama sistem hybrid tenaga listrik yang tidak terinterkoneksi (stand alone). Pengembangan sumber energi ini akan menjadi sangat penting jika Indonesia benar-benar ingin menerapkan konsep “limited distribution area” pada sistem tenaga listriknya. Sekali lagi semua bergantung
pada kebijakan PT.PLN dan pemerintah daerah masing-masing. 1. Aspek Teknis dan Peralatan yang digunakan : Lokasi jauh dari lokasi pemanfaatan. Karena Pembangkit listrik tenaga Solar Ponds ini terletak di dekat laut atau tambak-tambak garam. Proses pembangkitannya memanfaatkan panas yang ada di kolam garam, yaitu suhu panas yang diperoleh dari dasar kolam yang menangkap panas matahari. Evaporator : merupakan bagian yang berfungsi sebagai penguap fluida
Turbin uap : merupakan alat yang dapat berputar apabila terdapat aliran uap dengan memanfaatkan energy kinetik yang dihasilkan oleh aliran uap tersebut. Generator : alat konversi energy mekanik menjadi energy listrik. Kondensor : fungsi dari kondensor adalah untuk mengembunkan uap dari turbin. Pompa : untuk membantu mengalirnya cairan pada sistem. Pipa : sebagai tempat mengalirnya cairan dan uap. Organic fluid berupa zat untuk diubah menjadi uap oleh air garam yang panas.
2. Aspek Ekonomi Karena PLT Solar Pond belum dikomersialkan, maka biaya tepatnya belum dapat dipastikan. Efisiensi dari sistem pembangkitan jenis ini mencapai 70% sehingga dapat diterapkan secara makro. Skala keekonomian PLT Solar Ponds untuk debit 122 m3 /s maka dapat dicari kapasitas terpasang: PE = (122 m3/s) * (9.8 m/s2) * (400 m) * (1000 kg/m3) * (70%) = 334MW = ~350MW. Dengan estimasi sistem plant sekitar $800 million, dan harga pembangkitan $0.061/kWh maka dapat dicari lamanya waktu untuk balik modal : Time recovery = [{(800million USD)/(0.061 USD/kwh)} / 350.000 kw] / 8760 hr = 4.3 years Meskipun biaya operasi atau produksinya jauh lebih murah daripada menggunakan bahan bakar fosil seperti minyak, namun biaya pembangunannya sangat mahal.
3. Aspek Lingkungan Tidak menghasilkan gas rumah kaca dan limbah lainnya. Untuk bahan organic fluida ini sangat beracun jadi berbahaya jika ada kebocoran.
4. Aspek Sosio-Budaya Pemanfaatan energi baru, seperti PLT Solar Ponds, akan mengurangi ketergantungan akan bahan bakar fosil. Penelitian ini akan melibatkan instansi-instansi yang terkait / departemen sehingga diharapkan akan memberikan sumbangsihnya dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK). Penggunaan teknologi ini akan mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat emisi gas buang dari produk BBM atau batubara. Setiap proyek yang akan dibangun nantinya akan mengurangi jumlah pengangguran, karena tentunya akan menyerap banyak tenaga kerja. Tidak menghasilkan polusi yang mungkin mengganggu masyarakat sekitar.
Dapat menambah daya guna tambak / kolam galam, sehingga mensejahterakan para petani garam.
Kesimpulan
•Sistem
pembangkit tenaga angin dan surya cocok untuk dikembangkan di daerah terpencil yang memiliki potensi sumber cahaya matahari dan sumber angin lebih. Dari perhitungan yang ada biaya yang dibangkitkan oleh pembangkit tenaga bayu hybrid tenaga surya sebesar Rp 27.000,00
