ITS Undergraduate 10794 Paper

7/23/2019 ITS Undergraduate 10794 Paper

1/8

STUDI TEKNIS PEMILIHAN TURBIN KOBOLD PADA PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA ARUS BAWAH LAUT DI SELAT MADURA

M.WAHID ANDRIANTO*)

*) Mahasiswa Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS

Abstrak

Untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang semakin meningkat. Saat ini PLN melaksanakan proyekpercepatan pembangunan pembangkit listrik 10.000 Mega Watt. Namun selain membangun pembangkit-pembangkit listrik berkapasitas besar tersebut, pada daerah-daerah terpencil dan jauh dari lokasi jaringantransmisi diperlukan pasokan dari pembangkit-pembangkit listrik berkapasitas kecil terutama yang

memanfaatkan potensi energi setempat yang bersifat terbarukan ( renewable ) yang ramah lingkungan.Selat madura merupakan selat yang memisahkan antara pulau jawa dengan pulau madura dimana di selattersebut terdapat arus laut yang terbentuk, maka dari itu dimungkin untuk dilakukan perencanaan systempembangkit listrik tenaga arus bawah laut. Dengan Kebutuhan listrik untuk Pulau Madura sampai sekarangmasih dipenuhi melalui sistem Jawa-Bali interkoneksi dengan Transmisi 150 kv dibawah laut. Dengan

kekurangan kebutuhan listrik di pulau madura di siang hari sebesar 40 MW dan kebutuhan listrik pada saat

malam hari sebesar 65 MW

Kata kunci :BMG, CFD, SELAT MADURA

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangEnergi listrik telah menjadi kebutuhan

pokok dan memainkan peranan yang penting

dalam kehidupan manusia. Namun demikiansaat ini hanya 53 % dari jumlah totalpenduduk Indonesia yang memiliki aksespada jaringan tenaga listrik yang telah ada.Sementara 47% penduduk Indonesia yanghidup di daerah yang tidak terjangkaujaringan listrik karena keterbatasaninfrastruktur dan kapasitas pembangkit

listrik yang tersedia. Secara umum potensilistrik yang bersumber dari energi

terbarukan di Indonesia cukup besar danbelum dimanfaatkan secara optimal. Salahsatu sumber energi yang terbarukan danramah terhadap lingkungan tersebut adalahtenaga air.

Arus laut merupakan salah satu energiyang ramah lingkungan yang tidak akanpernah habis tidak seperti halnya denganenergi fosil.. Di Indonesia mempunyaibanyak pulau dan selat sehinggadimungkinkan terbentuk arus laut sebagaiakibat interaksi Bumi-Bulan-Matahari yangmengalami percepatan. Indonesia adalah

tempat pertemuan arus laut yang diakibatkanoleh konstanta pasang surut M2 yangdominan di Samudra Hindia dengan periodesekitar 12 jam dan konstanta pasang surutK1 yang dominan di Samudra Pasifik

dengan periode lebih kurang 24 jam. M2adalah konstanta pasang surut akibat gerakBulan mengelilingi Bumi, sedangkan K1

adalah konstanta pasang surut yang diakibatkan oleh

kecondongan orbit Bulan saat mengelilingi Bumi.Interaksi Bumi-Bulan diperkirakan menghasilkan

daya energi arus pasang surut setiap harinya sebesar3.17 TW, lebih besar sedikit dari kapasitaspembangkit listrik yang terpasang di seluruh duniapada tahun 1995 sebesar 2.92 TW (Kantha &Clayson, 2000). Namun, untuk wilayah Indonesia

potensi daya energi arus laut tersebut belum dapatdiprediksi kapasitasnya.

Keuntungan penggunaan energi arus laut adalahselain ramah lingkungan, energi ini juga mempunyaiintensitas energi kinetik yang besar dibandingkandengan energi terbarukan yang lain. Hal inidisebabkan densitas air laut 830 kali lipat densitasudara sehingga dengan kapasitas yang sama, turbin

arus laut akan jauh lebih kecil dibandingkan denganturbin angin. Keuntungan lainnya adalah tidak perluperancangan struktur yang kekuatannya berlebihanseperti turbin angin yang dirancang dengan

memperhitungkan adanya angin topan karenakondisi fisik pada kedalaman tertentu cenderungtenang dan dapat diperkirakan.

Kekurangan dari energi arus laut adalah output-nya mengikuti grafik sinusoidal sesuai dengan

respons pasang surut akibat gerakan interaksi Bumi-Bulan-Matahari. Pada saat pasang purnama,kecepatan arus akan deras sekali, saat pasangperbani, kecepatan arus akan berkurang kira-kirasetengah dari pasang purnama. Kekurangan lainnyaadalah biaya instalasi dan pemeliharaannya yang

cukup besar. Kendati begitu bila turbin arus lautdirancang dengan kondisi pasang perbani, yakni saat

di mana kecepatan arus paling kecil, dan dirancanguntuk bekerja secara terus-menerus tanpa reparasi


2/8

selama lima tahun, maka kekurangan inidapat diminimalkan dan keuntunganekonomisnya sangat besar. Hal yang terakhirini merupakan tantangan teknis tersendiri

untuk para insinyur dalam desain sistemturbin, sistem roda gigi, dan sistem generator

yang dapat bekerja secara terus-menerusselama lebih kurang lima tahun.

Dari penelitian PL Fraenkel (J Power andEnergy Vol 216 A, 2002) lokasi yang idealuntuk instalasi pembangkit listrik tenagaarus mempunyai kecepatan arus dua arah(bidirectional) minimum 2 meter per detik.Yang ideal adalah 2.5 m/s atau lebih. Kalau

satu arah (sungai/arus geostropik) minimum1.2-1.5 m/s. Kedalaman tidak kurang dari 15meter dan tidak lebih dari 40 atau 50 meter.Relatif dekat dengan pantai agar energidapat disalurkan dengan biaya rendah.

Cukup luas sehingga dapat dipasang lebihdari satu turbin dan bukan daerah pelayaran

atau penangkapan ikan.Sementara itu krisis energi terjadi di

Indonesia kusunya di pulau jawa dan balidengan cadangan minyak yang hanya 10-20tahun lagi akan habis, maka dari itudiperlukan energi alternative untuk

memback up habisnya bahan bakar sepertiminyak bumi, batu bara dll.

Melihat kenyataan tersebut perlu untukmencari sumber-sumber energi pengganti dimassa akan datang. Banyak penelitian yang

dilakukan untuk merekayasa alam mejadisumber energi misalnya panas bumi, sinarmataharii, arus laut, gelombang laut.Khususnya di selat madura yang memilikipotensi tersebut yang mempunyai arus laut

yang tinggi sehingga dapat dijadikan sebagaienergi lsitrik tambahan untuk daerah pulaumadura. Salah satu gejala alam yang sangatberpotensi melimpah air dan alirannyauntuk digunakan kemaslahatan manusia.

Turbin kobold ini diproyeksikanuntuk menjadi element utama dalam

kompleks pembangkit listrik tenaga arus

bawah laut dengan kecepatata rata-rata 1-2m/dtk. Perencanaan pembangkit listrikmenggunakan turbin cross flow denganjumlah ratusan bahkan ribuan adalahpotensial karena berdasarkan penelitianbahawa perairan tersebut sangat sesuaidengan karakteristik arus laut dan kondisi

geografis. Selat madura merupakan selatyang menghubungkan pulau jawa dengan

pulau madura sehingga dimungkinkanadanya pasang surut yang besar diantara duapulau tersebut. Kondisi tersebutdimungkinkan utuk merencanakan instasi

turbin bawah laut sebagai pembangkit listrik

tenaga arus laut dengan menggunakan turbinkobold.

1.2. Perumusan Masalah

Merencanakan Instalasi Pembangkit ListrikTenaga Arus Bawah Laut Berdasarkan kondisi arusbawah Laut yag tidak Menentu adalah :

1.3. Tujuan1. Mengetahui bentuk perencanaan dan kapsitas

daya output dari sistem pembangkit listrik

tenaga arus bawah laut di parairan selatMadura menggunakan turbine KOBOLD

2.Sebagai Pertimbangan Instalasi pembangkitlistrik untuk Pulau madura dan sekitarnya.

1.4. Batasan masalah

Adapun batasan masalah dalam pengerjaanskripsi ini adalahljkljk1. Kajian dilakukan di sekitar selat madura2. Tidak Memperhatikan kondisi dan keadaan

topography di dasar laut serta lalu lintaskapal.

3. Perencanaan pembangkit hanya memenuhikekurangan kebutuhan listrik di pulaumadura saja

4.

Kajian Hidrodimis tidak merupakanpembahasan pokok

5. Perencanaan distribusi energi listrik sampaipada tingkat konsumen tidak dibahas dalamskripsi ini.

1.5 Manfaat Skripsi

Manfaat yang diperoleh dari penulisan skirpsiini adalah sebagai berikut1. Mengatasi penyelesain kekurangan daya

listrik di Pulau Madura

2. Memeberikan alternatif pembangkit tenaga

listrik yang ramah lingkungan3. Untuk Merencanakan sistem pembangkit

listri tenaga arus bawah laut menggunakanturbine kobold

2. METODOLOGIDalam menyelesaikan skripsi ini dibutuhkan

tahapan-tahapan yang berupa proses yang dimulai dari

mengidentifikasi masalah yang ada hingga hasil akhiryang diharapkan. Tahapan-tahapan proses yang

dimaksud antara lain :

2.1. Identifikasi dan Perumusan Masalah

Masalah yang diajukan sebagai bahan dasar dari

skripsi ini adalah bagaimana mengatasi masalahkekurangan suplai listrik yang ada di pulau madura.


3/8

Dengan adanya potensi arus laut yang ada diselat madura maka dari itu potensi tersebut akandijadikan sebuah referensi untuk membuat sistemtenaga lsitrik arus bawah laut dengan

menggunakan turbin kobold yang ramahlingkungan.

2.2. Studi Literatur

Tahapan selanjutnya adalah melakukanstudi literatur dengan tujuan untuk merangkumteori-teori dasar, acuan secara umum dan khusus,

serta untuk memperoleh berbagai informasipendukung lainnya yang berhubungan denganpengerjaan skripsi ini.

Gerak Air Laut.

Ada 3 gerakan air laut yang akan kita bahasyaitu: arus laut, gelombang laut, dan pasang surut

air laut :1. Arus Laut.

Arus laut (sea current) adalah gerakanmassa air laut dari satu tempat ke tempat lainbaik secara vertikal (gerak ke atas) maupunsecara horizontal (gerakan ke samping). Contoh-

contoh gerakan itu seperti gaya coriolis, yaitugaya yang membelok arah arus dari tenaga rotasi

bumi. Pembelokan itu akan mengarah ke kanandi belahan bumi utara dan mangarah ke kiri dibelahan bumi selatan. Gaya ini yang

mengakibatkan adanya aliran gyre yang searahjarum jam (ke kanan) pada belahan bumi utaradan berlawanan dengan arah jarum jam dibelahan bumi selatan. Perubahan arah arus daripengaruh angin ke pengaruh gaya coriolis

dikenal dengan spiral ekman. Menurut letaknyaarus dibedakan menjadi dua yaitu arus atas danarus bawah. Arus atas adalah arus yang bergerakdi permukaan laut. Sedangkan arus bawah adalaharus yang bergerak di bawah permukaan laut.

2. Gelombang Laut

Gelombang laut atau ombak merupakangerakan air laut yang paling umum danmudah kita amati. Helmholts menerangkanprinsip dasar terjadinya gelombang laut.Adapun prisnsipnya adalah sebagai berikut : Jika ada dua massa benda yang berbedakerapatannya (densitasnya) bergesekan satu

sama lain, maka pada bidang gerakannyaakan terbentuk gelombang . Gelombang

terjadi karena beberapa sebab, antara lain :a. Angin : Gelombang terjadi karena

adanya gesekan angin di permukaan,oleh karena itu arah gelombang sesuai

dengan arah angin.

b. Menabrak pantai : elombang yang sampai kepantai akan terjadi hempasan dan pecah. Airyang pacah itu akan terjadi arus balik danmembentuk gelombang, oleh karena itu arahnya

akan berlawanan dengan arah datangnyagelombang

c.

Gempa bumi : Gelombang laut terjadi karenaadanya gempa di dasar laut. Gempa terjadikarena adanya gunung laut yang meletus atauadanya getaran/pergeseran kulit bumi di dasarlaut. Gelombang yang ditimbulkan biasanyabesar dan disebut dengan gelombangtsunami.Gerakan permukaan gelombang dapat

dikelompokan sebagai berikut:a. Gerak osilasi yaitu gerak gelombang akibat

molekul air bergerak melingkar. Gerakosilasi biasanya terjadi di laut lepas, yaitupada bagian laut dalam. Adanya gelombang

dibangkitkan oleh kecepatan angin, lamanyaangin bertiup, luas daerah yang ditiup angin

(fetch), dan kedalaman laut. Gelombang inimemiliki tinggi dan lembah gelombang.Puncak gelombang akan pecah di dekatpantai yang disebut breaker atau gelora.

b. Gerak translasiyaitu gelombang osilasi yangtelah pecah yang kemudian menuju garispantai arah geraknya searah dengan gerakgelombang tanpa diimbangi gerakan mundur.

Gelombang ini tidak memiliki puncak danlembah yang kemucian dikenal dengan istilahSurf.

c.

Gerak swash dan Back swash berbentukgelombang telah menyentuh garis pantai.Kedatangan gelombang disebut swash,sedangkan ketika kembali disebut back swash

3. Pasang Surut. (ocean ride)Pasang naik dan pasang surut merupakan

bentuk gerakan air laut yang terjadi karena pengaruhgaya tarik bulan dan matahari terhadap bumi. Halini didasarkan pada hukum Newton yang berbunyi :

Dua benda akan terjadi saling tarik menarik

dengan kekuatan yang berbanding terbalik denganpangkat dua jaraknya.

Berdasarkan hukum tersebut berarti makin jauhjaraknya makin kecil daya tariknya, karena jarakdari bumi ke matahari lebih jauh dari pada jarak kebulan, maka pasang surut permukaan air laut lebihbanyak dipengaruhi oleh bulan. Ada 2 macam

pasang surut antara lain : padang Purnama danPerbani.


4/8

Flow Chart

3. Dasar Teori

3.1 UmumTujuan dilakukan analisa turbin dengan

menggunakan CFD adalah mengetahuibesarnya gaya putar yang terjadi pada turbintersebut akibat arus laut yang mengenainya.

Dari nilai gaya tersebut nantinya akandigunakan untUk Menghitung besarnya torsi

hinga didapatkan daya hasil turbin. Daridaya analisa turbin menggunakan CFD akandibandingkan dengan perhitungan matematisPemodelan

Dalam tahap pemodelan ini dilakukanpenggambaran benda yang nantinya akan dianalisa.Model yang dibutuhkan antara lain adalah blade dari

turbin yang akan dianalisa. Semua model tersebutdigambar berdasarkan pada data yang sebelumnya

telah diperoleh.

3.2Pemodelan pada Software CFDModel dari blade turbin yang digunakan untuk

analisa digambar dengan menggunakan bantuansoftware AutoCAD. Pembuatan foil blade ini

menggunakan software AutoCAD karena lebihmudah dalam penggambaran garis garis lengkung

yang membentuk foil.

Gambar : Konsep Design Menggunakan CFD

Gambar Blade


5/8

3.3Simulasi

Domain

Domain merupakan daerah batas atauruang lingkup fluida dimana fluida tersebutberada dan bekerja. Pada simulasi ini akan

dibuat satu domain yaitu domain stationerdimana fluida yang bekerja pada domaintersebut adalah air

Boundary

Post

Kontur Gaya pada Blade

Kontur tekanan pada Blade


6/8

4.2 Analisa Data Dari Proses Simulasi

BULAN KECEPATANRATA2 ARUS

LAUT

GAYA

(N)

JANUARI 1.02 5558.35 N

FEBRUARI 1.15 7888.56 N

MARET 1.09 8563.35 N

APRIL 1.19 9302.36 N

MEI 1.12 7589.36 N

JUNI 1.1 5635.56 N

JULI 1.02 5558.35 N

AGUSTUS 1.01 5423.82 N

SEPTEMBER 0.95 4578.49 N

OKTOBER 0.85 3125.41 N

NOPEMBER 0.9 3825.42 N

DESEMBER 0.98 5123.28 N

BULAN KECEPATANRATA2 ARUS

LAUT

TORSI

(Nm)

JANUARI 1.02 32495.22

FEBRUARI 1.15 46570.67

MARET 1.09 39655.04

APRIL 1.19 51601.2

MEI 1.12 43020.26

JUNI 1.1 40756.51

JULI 1.02 32495.22

AGUSTUS 1.01 31548.82

SEPTEMBER 0.95 26253.65

OKTOBER 0.85 18805.1

NOPEMBER 0.9 22322.69

DESEMBER 0.98 28820.21

BULAN KECEPATAN RATA2

ARUS LAUT

TORSI(Nm)

Daya(Kw)

JANUARI 1.02 32495.22 10.83

FEBRUARI 1.15 46570.67 15.52

MARET 1.09 39655.04 13.21

APRIL 1.19 51601.20 17.20

MEI 1.12 43020.26 14.34

JUNI 1.10 40756.51 13.58

JULI 1.02 32495.22 10.83

AGUSTUS 1.01 31548.82 10.51

SEPTEMBER 0.95 26253.65 8.750

OKTOBER 0.85 18805.10 6.260NOPEMBER 0.90 22322.69 7.440

DESEMBER 0.98 28820.21 9.600

4.3 Perhitungan Jumlah Turbin Kobold

Kekurangan listrik di P.madura 2008/2009

Kebutuhan turbine Koblod daya Listrik pada

waktu siang hari Tahun 2008 .

BULAN DAYA YGDIHASILKAN

(KW)/turbin

KEKURANGAN(MW)

TURBI

NJANUARI 10.83 37 3410

FEBRUARI 15.52 37 2380

MARET 13.21 37 2790

APRIL 17.20 37 2150

MEI 14.34 37 2580

JUNI 13.58 37 2720

JULI 10.83 37 3410

AGUSTUS 10.51 37 3510

SEPTEMBER 8.750 37 4220

OKTOBER 6.260 37 5900

NOPEMBER 7.440 37 4970

DESEMBER 9.600 37 3850

Kebutuhan Turbine Kobold pada waktu malam

Hari berdasarkan Bulan Tahun 2008

BULAN DAYA YG

DIHASILKAN(KW)/turbin

KEKURANGAN

(MW)

TURBIN

JANUARI 10.83 55 5070FEBRUARI 15.52 55 3540

MARET 13.21 55 4160

APRIL 17.20 55 3190

MEI 14.34 55 3830

JUNI 13.58 55 4040

JULI 10.83 55 5070

AGUSTUS 10.51 55 5220

SEPTEMBER 8.750 55 6280

OKTOBER 6.260 55 8770

NOPEMBER 7.440 55 7390

DESEMBER 9.600 55 5720

Time 2008 2009

Siang 37 MW 40 MW

Malam 55 MW 65 MW


7/8

Table Kebutuhan Turbine Kobold pada

waktu Siang Hari berdasarkan Bulan

Tahun 2009


(KW)/turbin

KEKURANGAN(MW)

TURBIN

JANUARI 10.83 40 4150

FEBRUARI 15.52 40 2890

MARET 13.21 40 3400

APRIL 17.20 40 2610

MEI 14.34 40 3130

JUNI 13.58 40 3310

JULI 10.83 40 4150

AGUSTUS 10.51 40 4270

SEPTEMBER 8.750 40 5140

OKTOBER 6.260 40 7170

NOPEMBER 7.440 40 6040

DESEMBER 9.600 40 4680

Table Kebutuhan Turbine Kobold

pada waktu malam Hari berdasarkan

Bulan Tahun 2009


(KW)/turbin

KEKURANGAN

(MW)

TURBI

N

JANUARI 10.83 65 6000

FEBRUARI 15.52 65 4180

MARET 13.21 65 4910

APRIL 17.20 65 3770MEI 14.34 65 4530

JUNI 13.58 65 4780

JULI 10.83 65 6000

AGUSTUS 10.51 65 6180

SEPTEMBER 8.750 65 7420

OKTOBER 6.260 65 10360

NOPEMBER 7.440 65 8730

DESEMBER 9.600 65 6760

GrafikTurbin vs Bulan Tahun 2008 SiangHari

Grafik Turbin vs BulanTahun 2008 Malam

Hari

Grafik Turbin vs Bulan Tahun 2009 Siang

Hari

Grafik turbin vs Bulan Tahun 2009 Malam

Hari


8/8

4.4 Kesimpulan dan Saran.

Beberapa kesimpulan yang didapatsetelah melalui proses perhitungan data dananalisa serta simulasi adalah sebagai berikut

:a. untuk beberapa titik Longitudinal dari

perairan selat Madura potensi arus lautada yang sangat kecil sekali

b. Dari proses running ANSYS untukmenentukan besarnya gaya/torsi didapatpaling besar di bulan Januari s/d Maret

c. Setelah melakukan perhitungan degananalisa CFD daya yang dihasilkanberkisar antara 6 Kw 17 Kw

d. Perencanaan jumlah maximum turbinkobold yang digunakan untukmemenuhi kekurangan kebutuhan listrikdipulau Madura sebesar 10360 padatahun 2009.

e.

Daya yang dihasilkan turbin kobold tiapturbin yang diasumsikan dengan

kecepatan rata-rata yang paling rendahpada bulan Oktober.

f. Pada arus laut yang besar makadidapatkan gaya yang ditimbulkan besarpulan dan juga sebaliknya.

g. Pada musim penghujan daya yang

dihasilkan pada puncaknya.

Saran :Beberapa saran yang digunakan untuk

perencanaan yang selanjutnya adalah

sebagai berikut :a. Untuk keakuratan data sebaiknya

menggunakan data yang yang Up toDate

b. Untuk simulasi menggunakan CFD

diaharapkap menggunakan beberapavariasi turbin untuk mendapatkan datayang lebih akurat dan terpercaya

4.5 Daftar Pustaka

Montella F, D.P Coiro, A. Demarco, F.

Nocolosi (2005). Dynamic Behaviour ofthe Kobold Tidal Current Turbine :

Numerical and Experimental Aspect.Messina.

Erikson Helena, Alberto Moroso(2006). Experimental and Numerical ofan inovative Technology fot MarineCurrent Explotion : The koboldTurbine. Italian Ship Model BasinRome. Italy

Garret, Christ, Patrick Cummins

(2008).Limits to Tidal CurrentPower.Departement of Physics and

Astronomi University Of Victoria. Victoria

Hardianto,Nanang, Yuni Almaadin(2008).Analisa Potensi Energi Laut sebagaiPembangkit Listrik di Dunia dan Indonesia.Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi

Sepuluh Nopember. Surabaya

Batten, W.M.J, A.S Bahaj. Dkk. The Predictionof The Hidrodinamics Performance MarineCurrent Turbine (2007).School of EngineeringScience and Environment, University ofShouthampton.UK

Kiho,S. M.Shiono, K.Suzuki(1996).The PowerGeneration From Tidal Current By DarrieusTurbine.Departement of ElectricalEngineering,Nihon University. Japan

Http:\\www.tubosquid.com/FullPreview/Index.cfm/ID/305852

ITS Undergraduate 10794 Paper

Documents

Transcript of ITS Undergraduate 10794 Paper