TUGAS DKEENERGI SURYA, ENERGI ANGIN, ENERGI PANAS BUMI, ENERGI BIOMASSA

Oleh :

NAMA: I GEDE FERRYAWANNIM: F1B011033

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS MATARAM2012A. ENERI SURYASumber energi berjumlah besar dan bersifat kontinyu terbesar tersedia bagi manusia adalah energi surya, khususnya energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari. Tenaga surya yang diserap bumi adalah sebanyak 120 ribu terawatt. Energi surya tidak bersifat polutan, ramah lingkungan, tidak dapat habis, dapat dipercaya, dan tidak membeli untuk mendapatkannya. Kekurangan dari energi surya ini adalah cenderung sangat halus dan konstan. Aplikasi Tenaga Surya Pada prinsipnya tenaga surya sebagai pembangkit listrik dengan dua cara: Produksi uap dengan ladang cermin yang digunakan untuk menggerakkan turbin. Pembangkit listrik tenaga surya besar. Mengubah sinar surya menjadi listrik dengan panel surya / solar cell photovoltaik. Pembangkit listrik tenaga surya portabel / kecil.Komponen PLTSa. Panel suryaBerfungsi merubah cahaya matahari menjadi listrik. Bentuk pipih dari panel surya memberikan kemudahan pemenuhan kebutuhan listrik untuk berbagai skala kebutuhan.

b. Alat pengatur daya (charge controllet)Berfungsi mengatur alirsn listrik dari panel surya ke batre / ACCU dan aliran listrik dari batre / ACCU ke lampu, TV atau Radio. Juga berfungsi melindungi dari konsleting atau pengiriman muatan arus berlebih ke input terminal.

c. Baterai ACCUBerfungsi menyimpan arus listrik yang dihasilkan oleh panel surya sebelum dimanfaatkan untuk menggerakkan beban. Beban dapat berupa lampu penerangan dan alat elektronik lainnya yang membutuhkan listrik.

d. Inventer DC to ACBerfungsi mengubah arus DC menjadi arus AC.

Cara Kerja PLTS

Pada siang hari panel surya menerima cahaya (sinar) matahari yang kemudian diubah menjadi energi listrik oleh sel-sel kristal melalui proses photovoltaic. Listrik yang dihasilkan oleh panel surya dapat langsung disalurkan ke beban ataupun disimpan dalam batre ACCU, sebelum disalurkan ke beban (lampu, radio, TV, dll).Pada malam hari, dimana panel surya tidak menghasilkan listrik. Listrik yang sudah terkumpul (tersimpan) dalam batre ACCU akan dapat digunakan. Untuk menyalakan peralatan listrik terutama lampu penerangan dll.

1. adalah solar panel; 2. adalah power conditioner; 3. adalah alat pendistribusian listrik; 4. adalah alat pengukur banyaknya listrik yang di jual atau dibeli.

Keuntungan dan Kelemahan PLTS

1. Keuntungan PLTS

a. Sumber energi yang dipakai tidak pernah habis dan sangat ramah lingkungan.b. Dapat dipakai dimana saja terutama didaerah yang belum terjangkau listrik PLN.c. Tidak memerlukan perawatan kusus sehingga bebas dari segala biaya perawatan.d. Hemat karena tidak memerlukan bahan bakar.e. Ramah lingkunganf. Pemasangannya sangat mudah.

2. Kelemahan PLTS

a. Memiliki ketergantungan pada cuaca. Saat mendung kemampuan panel surya menangkap sinar matahari tentu akan berkurang. Akibatnya, PLTS tidak bisa digunakan secara optimal. Karena saat mendung kemampuan PLTS menyimpan energi berkurang sekitar 30 persen.b. Rencana pembangunan PLTS dihadang sejumlah masalah. Masalah utama adalah besarnya biaya membangun pembangkit ini. Yaitu mencapai Rp. 11 milyar per MW. Jika PLTS nanti kapasitasnya 30 MW, berarti biaya yang dibutuhkan Rp 330 Milyar.c. Teknologi PLTS dikhawatirkan menjadi sumber pencemar udara baru. Kondisi geografis pada daerah di Indonesia kebanyakan membentuk cekungan membuat sirkulasi udara menjadi lambat. Polutan PLTS nantinya berputar-putar diatas kota.

Contoh :PLTS pada Laboratorium Pengembangan Dr.rer.nat Teti Zubaidah , Fakultas Teknik Universitas Mataram.Mengahasilkan daya tenaga surya 1400/8 Watt = 65 Watt.B. ENERGI ANGIN Energi angin merupakan energi alternative yang memepunyai prospek yang bagus, karena merupakan sumber energi yang bersih dan terbarukan kembali. Pada dasarnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara dua panas dan udara dingin. Di daerah khatulistiwa, udaranya menjadi panas dan mengembang dan menjadi ringan, naik keatas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin. Sebaliknya daerah kutub yang dingin, udaranya menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dari kutub utara ke garis khatulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya suatu perpindahan udara dari khatulistiwa kembali ke kutub utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi. Konversi Energi AnginAngin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Secara sederhana sketsa kincir angin adalah sebagai berikut :

Prinsip kerja turbin anginBaling-baling menyongsong datangnya angin sehingga ia berputar pada porosnya. Putarannya tidak terlalu cepat karena massanya yang besar, diteruskan oleh poros laju rendah ke belakang melalui gearbox. Gearbox mengubah laju putar menjadi lebih cepat, konsekuensinya dengan momen gaya yang lebih kecil, sesuai dengan kebutuhan generator yang ada di belakangnya.

Generator kemudian mengubah energi kinetik putar menjadi energi listrik. Ekstraksi energi angin oleh turbin ditentukan oleh koefisien Cp (maksimum 59%, 35% untuk desain bagus), efisiensi transmisi gearbox dan bearings (Nb, bisa mencapai 95%), dan efisiensi generator (Ng, ~ 80%). Keuntungan Secara prinsip disebabkan karena sifatnya yang terbarukan Eksploitasi sumber energi ini tidak akan membuat sumber daya angin berkurang seperti halnya penggunaan bahan bakar fosil Dapat berkontribusi dalam ketahanan energi dunia di masa depan Merupakan sumber energi yang ramah lingkunganDampak Terhadap Lingkungan Dampak VisualPenggunaan ladang angin sebagai pembangkit listrik membutuhkan lahan yang luas dan tidak dapat disembunyikan. Penempatan ladang angin juga menjadi persoalan bagi penduduk setempat.Selain mengganggu pandangan, pemasangan barisan pembangkit angin dapat mengurangi lahan pertanian serta pemukiman. Sehingga membuat pembangkitan tenaga angin di daratan menjadi terbatas. Derau Suara (derau frekuensi rendah)Putaran dari sudu-sudu turbin angin dengan frekuensi konstan lebih mengganggu dari pada suara angin pada ranting pohon. Selain derau dari sudu-sudu turbin, penggunaan gearbox serta generator dapat menyebabkan derau suara mekanis dan juga derau suara listrik.Derau mekanik yang terjadi disebabkan oleh operasi mekanis elemen-elemen yang berada dalam nacelle atau rumah pembangkit listrik tenaga angin. Dalam keadaan tertentu turbin angin dapat juga menyebabkan interferensi elektromagnetik, mengganggu penerimaan sinyal televisi atau transmisi gelombang mikro untuk perkomunikasian. Masalah Ekologi Pengaruh ekologi yang terjadi dari penggunaan pembangkit tenaga angin adalah terhadap populasi burung dan kelelawar. Burung dan kelelawar dapat terluka atau bahkan mati akibat terbang melewati sudu-sudu yang sedang berputar. Adanya pembangkit listrik tenaga angin ini dapat mengganggu migrasi populasi burung dan kelelawar. Pembangunan pembangkit angin pada lahan yang bertanah kurang bagus juga dapat menyebabkan rusaknya lahan di daerah tersebut.Contoh :PLTS pada Laboratorium Pengembangan Dr.rer.nat Teti Zubaidah , Fakultas Teknik Universitas Mataram.Dengan Model : sumbu horizontal menghasilkan daya : 100 Watt.

C. ENERGI PANAS BUMI

Panas Bumi adalah sumber energi panas yang terkandung di dalam air panas, uap air, dan batuan bersama mineral ikutan dan gas lainnya yang secara genetik semuanya tidak dapat dipisahkan dalam suatu sistem Panas Bumi dan untuk pemanfaatannya diperlukan proses penambangan.

Pemanfaatan panas bumi relatif ramah lingkungan, terutama karena tidak memberikan kontribusi gas rumah kaca, sehingga perlu didorong dan dipacu perwujudannya, pemanfaatan panas bumi akan mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar minyak sehingga dapat menghemat cadangan minyak bumi.

Sumber Panas BumiDiperkirakan ada dua sumber atau sebab mengapa inti bumi itu panas. Pertama disebabkan tekanan yang begitu besar karena gravitasi bumi mencoba mengkompres atau menekan materi, sehingga bagian yang tengah menjadi paling terdesak. Sehingga kepadatan bumi menjadi lebih besar disebelah dalam.

Sebab kedua bahwa bumi mengandung banyak bahan radioaktif seperti uranium-238, uranium-235, dan thorium-232. Bahan-bahan radioaktif ini membangkitkan jumlah panas yang tinggi. Panas tersebut dengan sendirinya berusaha mengalir keluar, akan tetapi ditahan oleh mantel yang mengelilinginya. Menurut perkiraan rata-rata panas yang mencapai permukaan bumi adalah sebesar 400 kCal/m setahun.

PLTP Panas Bumi

Prinsip kerja PLTP secara umum Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi adalah Pembangkit Listrik (Power generator) yang menggunakan Panas bumi (Geothermal) sebagai energi penggeraknya. Prinsip kerja pembangkit listik tenaga panas bumi secara singkat adalah sbb: Air panas yang berasal dari steam sumur uap akan disalurkan ke Steam receiving header, kemudian oleh separator air dengan uap dipisahkan, kemudian uap akan digunakan untuk menggerakkan turbin sehingga dihasilkan listrik. Teknologi dan Prinsip Kerja PLTP Secara garis besar, Teknologi pembangkit listrik tenaga panas bumi dapat dibagi menjadi 3(tiga), pembagian ini didasarkan pada suhu dan tekanan reservoir. Saat ini terdapat tiga macam teknologi pembangkit listrik tenaga panas bumi (geothermal power plants), pembagian ini didasarkan pada suhu dan tekanan reservoir.Yaitu dry steam, flash steam, dan binary cycle.

Ketiga macam teknologi ini pada dasarnya digunakan pada kondisi yang berbeda- beda.

Uap Kering (dry steam) Teknologi ini bekerja pada suhu uap reservoir yang sangat panas (>235 derajat celcius), dan air yang tersedia di reservoir amat sedikit jumlahnya. Seperti terlihat digambar, cara kerja nya adalah uap dari sumber panas bumi langsung masuk ke turbin melalui pipa. kemudian turbin akan memutar generator untuk menghasil listrik. Teknologi ini merupakan teknologi yang tertua yang telah digunakan pada Lardarello, Italia pada tahun 1904. Jenis ini adalah cocok untuk PLTP kapasitas kecil dan untuk kandungan gas yang tinggi. Contoh jenis ini di Indonesia adalah PLTP Kamojang 1 x 250 kW dan PLTP Dieng 1 x 2000 kW Gambar 2.5.1. Dry Steam Power Plant Bilamana uap kering tersedia dalam jumlah lebih besar, dapat dipergunakan PLTP jenis condensing, dan dipergunakan kondensor dengan kelengkapan nya seperti menara pendingin dan pompa, Tipe ini adalah sesuai untuk kapasitas lebih besar. Contoh adalah PLTP Kamojang 1 x 30 MW dan 2 x 55 MW, serta PLTP Drajad 1 x 55 MW.

Flash steam

Teknologi ini bekerja pada suhu diatas 1820C pada reservoir, cara kerjanya adalah Bilamana lapangan menghasilkan terutama air panas, perlu dipakai suatu separator yang memisahkan air dan uap dengan menyemprotkan cairan ke dalam tangki yang bertekanan lebih rendah sehingga cairan tersebut menguap dengan cepat menjadi uap yang memutar turbin dan generator akan menghasilkan listrik. Air panas yang tidak menjadi uap akan dikembalikan ke reservoir melalui injection wells. Contoh ini adalah PLTP Salak dengan 2 x 55 MW. Gambar 2.5.2. Flash Steam Power Plant

Binary cycle

Teknologi ini menggunakan suhu uap reservoir yang berkisar antara 107-1820C. Cara kerjanya adalah uap panas di alirkan ke salah satu pipa di heat exchanger untuk menguapkan cairan di pipa lainnya yang disebut pipa kerja. pipa kerja adalah pipa yang langsung terhubung ke turbin, uap ini akan menggerakan turbin yang telah dihubungkan ke generator. dan hasilnya adalah energi listrik. Cairan di pipa kerja memakai cairan yang memiliki titik didih yang rendah seperti Iso-butana atau Iso-pentana.

Gambar 2.5.3. Binary Steam Power PlantKeuntungan teknologi binary-cycle adalah dapat dimanfaatkan pada sumber panas bumi bersuhu rendah. Selain itu teknologi ini tidak mengeluarkan emisi. karena alasan tersebut teknologi ini diperkirakan akan banyak dipakai dimasa depan. Sedangkan teknologi 1 dan 2 diatas menghasilkan emisi carbondioksida, nitritoksida dan sulfur, namun 50x lebih rendah dibanding emisi yang dihasilkan pembangkit minyak.

Keuntungan dan Kelemahan PLTP

Adapun keuntungan dan kelemahan PLTP adalah sebagai berikut,

Keuntungan:

1. Bebas emisi (binary-cycle). 2. Dapat bekerja setiap hari baik siang dan malam 3.Sumber tidak fluktuatif dibanding dengan energi terbarukan lainnya (angin, Solar cell, dan lain lain).4. Tidak memerlukan bahan bakar5. Harga yang kompetitive

Kelemahan :

1. Cairan bersifat Korosif. 2. Effisiensi agak rendah, namun karena tidak perlu bahan bakar, sehingga effiensi tidak merupakan faktor yg sangat penting. 3.Untuk teknologi dry steam dan flash masih menghasilkan emisi walau sangat kecil.

D. ENERGI BIOMASSA Biomassa merupakan produk fotosintesa, yaitu butir-butir hijau daun yang bekerja sebagai sel surya, menyerap energi matahari dan mengkonversi karbondioksida dengan air menjadi senyawa karbon, hidrogen dan oksigen. Senyawa ini dapat dipandang sebagai suatu penyerapan energi yang dapat dikonversi menjadi produk lain. Hasil konversi dari senyawa dapat berbentuk karbon, alkohol, kayu, ter. Proses fotosintesa dapat dirumuskan sebagai berikut :

Ket :E = energi cahaya = karbon dioksida = air = hidrokarbon = oksigen

Proses fotosintesa yang merubah gas karbon karbondioksida menjadi karbohidrat mengangkat tingkat reduksi yang lebih tinggi. Proses fotosintesa menyimpan atau menyisihkan seperdua energi pembakaran yang secara maksimum per atom karbon. Tumbuhan dan bahan organic lainnya dapat dirubah menjadi bahan bakar cair maupun gas dengan bantuan beberapa proses biologi dan proses kimia. Proses biologi seperti fermentasi yang harus bekerja dalam medium air akan cocok untuk bahan-bahan organic yang banyak mengandung air. Proses kimia seperti piriolisa atau reduksi katalis lebih cocok untuk bahan yang kering dan tahan terhadap biodegradasi.

Proses Fermentasi Untuk Membuat Ethanol Fermentasi alkoholik merupakan suatu proses yang lama dikenal dan banyak dipakai. Ethyl alkohol atau ethanol mudah dibuat dari berbagai hasil pertanian yang mengandung gula. Ragi merubah heksose menjadi ethanol dan karbondioksida sesuai rumus dibawah ini :

Gula yang difermentasikan dapat berupa glucose, fructose, sucrose, maltose, rafinose, dan manose. Tanaman yang memilki nilai kanji yang tinggi seperti biji-bijian harus mengalami proses hidrolisa dengan enzim untuk menghasilkan gula sebelum difermentasikan menjadi alkohol. Biji-bijian dicampur dengan air dan dipanaskan untuk menjadikan kanji menyerupai agar-agar. Konversi menjadi gula dilakukan dengan enzim dan campuran gandum dan cendawan amylase yang didapat dari jamur tertentu. Kemudian difermentasikan dengan ragi. Selulosa adalah komponen utama semua tumbuh-tumbuhan dan merupakan 1/3 sampai 1/2 bahan kering tanaman. Dengan demikian selulosa merupakan sumber daya terbarukan yang terbanyak di bumi. Selulosa harus mengalami proses hidrolisa dulu menjadi gula sebelum dapat difermentasikan menjadi alkohol.

Fermentasi Anaerobik Untuk Membuat MethanBahan organik akan mengalami mengalami fermentasi alamiah jika terkena air dan mengalami kondisi anaerobic, yaitu mendapat oksigen. Contoh dalam proses pembuatan kompos.Pencernaan anaerobic dalam sebuah bejana sangat bermanfaat untuk merubah bahan organik menjadi methan dan karbondioksida. Pencernaan anaerobic dapat dicontohkan pada tangki tinja yang memiliki proses dua tahap, yaitu :1. Tahap pertama bakteri pembetuk asam menghancurkan bahan organik yang kompleks dan merubah lemak, protein dan hidrokarbon menjadi asam organik yang sederhana.2. Tahap kedua yang berlangsung bersamaan dengan tahap pertama, asam-asam organic dipecahkan oleh bakteri methan menjadi methan dan dioksida bahan. Rumus prosesnya :

Penjelasan gambar : Di tempat A bahan yang dipotong kecil-kecil dicampur dengan air dan dipompa ke tempat pencernaan B. Pada tangki B terjadi proses pencernaan, dengan tingkat pencernaan akan tergantung pada suhu. Pada tangki C menghasilkan gas keluaran akibat dari proses pencernaan pada tangki B. Endapan yang terjadi dalam tangki pencernaan yang mempunyai bentuk yang sangat padat dikeluarkan melalui kran D unutk dikeluarkan dan dimanfaatkan untuk keperluan lain. Pada kolam oksidasi, cairan kental dialirkan kembali ke tangki pencernaan sedangkan untuk cairan yang encer dimanfaatkan kembali untuk dicampur dengan masukan bahan organik baru.

Proses PirolisaPirolisa merupakan suatu proses destilasi destruktif bahan organik. Proses destilasi dilakukan pada sebuah bejana tertutup dengan atmosfir tanpa oksigen, dan dipanaskan hingga suhu 500-900C. Gas yang dihasilkan proses pirolisa dapat berupa campuran dari methan, karbon monoksida, karbon dioksida, hidrogen dan hidrokarbon rendah. Selain itu dihasilkan cairan yang berupa minyak-minyak hidrokarbon dan bahan padat berupa arang kayu.

Penjelasan gambar : Dengan memanfaatkan limbah kota, yang dimasukkan pada tempat A untuk dipotong hingga mencapai ukuran kecil. Kemudian bahan baku yag sudah dipotong kecil dibawa ke tempat B untuk dikeringkan. Pada tempat C dilakukan proses pemisahan semua bahan organik, seperti potongan-potongan logam disisihkan, sedangkan material yang lain dibawa ke tempat D untuk digiling halus. Bejana E merupakan reaktor pirolisa. Ditempat F digunakan sebagai tempat pemisahan hasil-hasil pirolisa berupa gas, minyak, dan arang. Bila suhu dinaikkan, maka komponen gas akan menjadi lebih besar.

BiogasBiogas atau gas rawa adalah gas yang sebagian besar terdiri atas campuran methan dan karbon dioksida akibat dari proses dekomposisi bahan-bahan organik dibawah kondisi-kondisi anaerobik. Campuran gas ini adalah hasil dari fermentasi, dengan suhu baik dari 30C-55C. Prinsip kimia yang terjadi dalam pembentukkan biogas adalah prinsip terjadinya fermentasi semua karbohidrat, lemak, dan protein oleh bakteri methan, bila dicampur dengan udara. Untuk satu gram lemak menghasilkan 1,25 liter biogas, tekanan atmosfer yang terdiri dari atas 68% dan 32% . Bahan baku dari biogas adalah kotoran dari hewan atau manusia. Untuk proses fermentasi tinja tidak diperlukan bahan tambahan tertentu kecuali air. Untuk tiap 4 bagian tinja ditambah 5 bagian air. Kebaikan dari biogas ini dengan sisa tinja yang dipakai sebagai pupuk tidak berbau.

Penjelasan Gambar : Pada tangki A yang difungsikan sebagai tangki pencernaan untuk mencampurkan tinja dengan air. Wadah gas B akan menerima gas yang terjadi dan akan mengapung, berupa campuran gas methan dan karbon dioksida. Gas yang terbentuk dan akan dipakai dialirkan melalui kran C. Kedudukan wadah B merupakan indikasi mengenai jumlah gas yang telah terbentuk. Bila gas banyak terbentuk maka letak B akan tinggi,dan begitupun sebaliknya.

Keunggulan Biomassa : Terdapat disemua tempat. Mengurangi sampah-sampah perkotaan, pertanian, maupun industry. Bahan bakar yang selalu tersedia, bila dituai secara benar. Memanfaatkan lahan tidur dengan menanam tumbuhan kembali. Pembakaran biomassa menggurangi secara signifikan emisi gas sulfur, , .

Kelemahan Biomassa : Kandungan energinya tidak setinggi bahan bakar fosil. Biaya total pretreatment relatif tinggi, terutama untuk jenis biomassa dengan kandungan kelembapan tinggi. Menimbulkan emisi bila terjadi pembakaran tidak sempurna.