Makalah Full

5/19/2018 Makalah Full

1/126


2/126

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya, sehingga

pada kesempatan kali ini, kami kelas DIII Teknik Mesin ITS Kerjasama PLN angkatan 2012dapat menyelesaikan sebuah buku dengan judul ENERGI TERBARUKAN

Buku diktat ini kami susun dari berbagai sumber, sehingga diharapkan mampu

menjadi sumber pembelajaran dan referensi yang baik untuk perkuliahan. Terutama mata

kuliah Sistem Pembangkit Daya. Diktat ini terdiri dari beberapa bab yang kami susun

berdasarkan pengetahuan faktual yang runtut yang di bimbing dan diarahkan dengan konsep

pengajaran dosen kami, yaitu Ir. Denny ME Soedjono, MT.

Tak lupa kami mahasiswa DIII Teknin Mesin ITS kerjasama PLN angkatan 2012

ucapkan rasa terima kasih kami kepada pihak-pihak yang telah membantu kami dalam

penyusunan buku ini, antara lain :

1.

Ir. Denny ME Soedjono, MT selaku dosen mata kuliah Sistem Pembangkit Daya.

2. Teman teman D3 Teknik Mesin ITS-PLN yang telah membantu dan

menyemangati.

3.

Orang tua yang senantiasamemberikan dukungan moral dan spiritual kepada

penulis.

Buku diktat ini kami dedikasikan untuk ilmu pengetahuan dan semangat untuk terus

belajar mencari kebaikan dan kebenaran, untuk menyebarkan manfaat bagi sesama. Semoga

buku ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Kritik dan saran yang membangun dari pembaca

sangat penulis harapkan guna memperoleh hasil yang lebih baik di waktu yang akan datang.

Surabaya, Januari 2014

pPenulis


3/126

1

PLTSPEMBANGKIT L ISTRIK TENAGA SURYA


4/126

2

A. PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Surya)

Matahari adalah sumber penghidupan bagi makhluk hidup di dunia. Energi yang

dikeluarkan oleh sinar matahari hanya diterima oleh permukaan bumi sebesar 69

persen dari total energi pancaran matahari. Energi matahari atau energi surya dapat

dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif untuk mengatasi krisis energi,

khususnya sebagai pengganti energi yang dihasilkan dari pembakaran minyak dan gas

bumi. Karena ketersediaan minyak dan gas bumi semakin hari akan semakin

berkurang, berbeda dengan energi matahari yang jumlahnya tidak terbatas. Suplai

energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi mencapai 3 x

1024 joule pertahun (setara dengan 2 x 1017 Watt). Jumlah energi sebesar itu setara

dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Menutup 0,1 persen saja

permukaan bumi dengan perangkat solar sel yang memiliki efisiensi 10 persen sudah

mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini. Di samping

jumlahnya yang tidak terbatas, pemanfaatannya juga tidak menimbulkan polusi yang

dapat merusak lingkungan.

Indonesia mempunyai prospek yang sangat baik untuk dapat memanfaatkan

matahari sebagai sumber energi surya. Mengingat secara geografis Indonesia adalah

negara tropis yang memiliki garis katulistiwa dan berpotensi menghasilkan energi

surya yang cukup baik. Energi surya juga dapat sebagai tenaga untuk membangkitkan

listrik atau biasa dikenal dengan istilah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS).

PLTS merubah energi surya menjadi listrik, oleh karena itu PLTS tidak

memerlukan supply bahan bakar dan dapat bekerja secara otomatis tanpa memerlukan

operator. Sejak tahun 1990an, Teknologi PLTS telah banyak dimanfaatkan di

Indonesia. Teknologi PLTS terbukti secara teknis dapat diandalkan (technically

reliable), layak secara ekonomis (Economically feasible), dan dapat diterima oleh

masyarakat pemakai (socially acceptable). Dengan semakin tingginya harga BBM dan

tarif listrik, konsumen di perkotaanpun mulai banyak memanfaatkan PLTS, baik

sebagai back up maupun sebagai tandem dengan listrik jaringan.PLTS sendiri terbagi

menjadi 2 tipe yaitu Solar Photovoltaic Plants dan Solar Thermal Power Plant.

Pembangkit Listrik Surya Termal (Solar Thermal Power Plant)

1. Pengertian

Pembangkit listrik Tenaga Surya (PLTS) merupakan jenis pembangkit

energi listrik alternatif yang dapat mengkonversi energi cahaya menjadi energi

listrik, Dalam pembangkit ini, energi cahaya matahari akan digunakan untuk


5/126

3

memanaskan suatu fluida yang kemudian fluida tersebut akan memanaskan air.

Air yang panas akan menghasilkan uap yang digunakan untuk memutar turbin

sehingga dapat menghasilakn energi listrik.

Ada dua jenis sistem energi surya: pasif dan aktif. Sistem pasif tidak

memerlukan peralatan, seperti ketika panas menumpuk di dalam mobil ketika

diparkir di bawah sinar matahari. Sedangkan sistem yang aktif memerlukan

beberapa cara untuk menyerap dan mengumpulkan radiasi matahari dan

kemudian menyimpannya.

Pembangkit listrik surya termal adalah sistem aktif. Ada beberapa

kesamaan dasar dari beberapa jenis pembangkit tenaga surya yakni: Cermin

memantulkan dan mengkonsentrasikan sinar matahari, dan penerima

mengumpulkan energi matahari serta mengubahnya menjadi energi panas.

Sebuah generator kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik dari energi

panas ini.

Pembangkit listrik surya termal (Solar Thermal Power Plant) dapat

bekerja dalam berbagai cara. Pembangkit ini juga biasa dikenal sebagai

pembangkit listrik surya terkonsentrasi (cocentrated solar power plants). Tipe

yang paling banyak digunakan adalah desain parabola cekung. Cermin parabola

dirancang untuk menangkap dan memfokuskan berkas cahaya ke satu titik

fokus, seperti seorang anak yang menggunakan kaca pembesar untuk membakar

kertas. Pada titik fokus tersebut terdapat pipa hitam yang panjangnya sepanjang

cermin tersebut. Didalam pipa tersebut terdapat fluida yang dipanaskan hingga

temperatur yang sangat tinggi, seringkali diatas 300 derajat fahrenheit (150

derajat celcius). Fluida panas tersebut dialirkan dalam pipa menuju ke ruang

pembangkitan energi listrik untuk memasak air, menghasilkan uap air dan

menghasilkan energi listrik.

Versi lain dari pembangkit listrik surya termal adalah penggunaan tower

listrik (power tower). Tower listrik ini membuat pembangkit listrik surya termal

menuju ke arah baru. Cermin disituasikan untuk memfokuskan radiasi cahaya

ke satu titik fokus, yaitu sebuah menara tinggi yang mana menara ini menerima

cahaya untuk mendidihkan air dan menghasilkan uap air. Cermin-cermin yang

digunakan biasanya dikoneksikan ke sebuah sistem penjejakan (tracking

system) cahaya dimana sistem tersebut mengatur cermin agar selalu menghadap

matahari. Tower listrik ini memiliki beberapa keuntungan, seperti waktu


6/126

4

pembangunan yang relatif cepat. Berikut ini adalah skema sistem pembnagkit

listrik surya termal.

2. Komponen Pembangkit Listrik Surya Termal

a. Cermin

Cermin dibentuk seperti setengah pipa dan linear, berbentuk

reflektor parabola ditutupi dengan lebih dari 900.000 cermin dari utara-

selatan secara sejajar dan mempunyai poros putaran mengikuti matahari

ketika bergerak dari timur ke barat di siang hari.


7/126

5

Karena bentuknya, jenis pembangkit ini bisa mencapai suhu operasi

sekitar 750 derajat F (400 derajat C), mengkonsentrasikan sinar matahari

pada 30 sampai 100 kali intensitas normal perpindahan panas-cairan atau

air/uap pipa. Cairan panas yang digunakan untuk menghasilkan uap, dan

uap kemudian memutarkan turbin sebagai generator untuk menghasilkan

listrik.

b.

Menara/Tower

Menara listrik bergantung pada ribuan heliostats, yang besar, cermin

datar matahari sebagai pelacakan, untuk fokus dan mengkonsentrasikan

radiasi matahari ke penerima menara tunggal. Seperti halnya pada palung

cermin parabola, transfer cairan panas atau uap dipanaskan dalam receiver

(menara yang mampu mengkonsentrasikan energi matahari sebanyak

1.500 kali), kemudian diubah menjadi uap dan digunakan untuk

menghasilkan listrik dengan turbin dan Generator.

Desain menara listrik masih dalam pengembangan, akan tetapi suatu

hari nanti bisa direalisasikan sebagai pembangkit listrik grid-connected

memproduksi sekitar 200 megawatt listrik per tower.

c. Mesin

Dibandingkan cermin parabola dan menara listrik, sistem mesin

adalah produsen kecil (sekitar 3 sampai 25 kilowatt). Ada dua komponen

utama: konsentrator surya dan unit konversi daya (mesin / genset). Mesin

ini menunjuk dan melacak matahari dan mengumpulkan energi

matahari,sserta mampu mengkonsentrasikan energi sekitar 2.000 kali.

Sebuah penerima termal, serangkaian tabung diisi dengan cairanpendingin (seperti hidrogen atau helium), berada di antara piring dan


8/126

6

mesin. Hal ini bertujuan untuk menyerap energi surya terkonsentrasi dari

piringan, kemudian mengkonversi panas dan mengirimkan panas ke mesin

di mana berubah menjadi listrik.

3. Penyimpanan Energi Panas

Sistem panas matahari adalah solusi energi terbarukan yang menjanjikan

karena matahari adalah sumber daya yang melimpah. Kecuali dimalam hari.

Atau saat matahari terhalang oleh awan. Sistem penyimpanan energi panas

tekanan tinggi pada tangki penyimpanan cairan digunakan bersama dengan

sistem panas matahari untuk memungkinkan pembangkit menyimpan energi

potensial listrik. Penyimpanan off-peak adalah komponen penting untuk

efektivitas pembangkit listrik panas matahari.

Tiga teknologi TES (Thermal Energy Storage) primer telah diuji sejak

1980-an ketika pembangkit listrik termal pertama dibangun dengan sistem

langsung dua-tangki, sistem tidak langsung dua-tank dan sistem termoklin

tunggal-tank.

Dalam sistem langsung dua-tangki, energi panas matahari disimpan tepat

di tempat yang sama dengan transfer cairan panas yang dikumpulkan. Cairan

ini dibagi menjadi dua tank, satu tangki penyimpanan pada suhu rendah dan

yang lain pada suhu tinggi.

Cairan yang disimpan dalam tangki suhu rendah berjalan melalui kolektor

surya pembangkit listrik di mana dipanaskan dan dikirim ke tangki suhu tinggi.

Cairan disimpan pada suhu tinggi dikirim melalui penukar panas yang

menghasilkan uap, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik di

generator. Dan setelah melalui penukar panas, cairan kemudian kembali ke

tangki suhu rendah.

Sebuah sistem tidak langsung dua-tangki berfungsi pada dasarnya sama

dengan sistem langsung kecuali bekerja dengan berbagai jenis transfer panas

cairan, biasanya dengan harga yang mahal atau tidak dimaksudkan untuk

digunakan sebagai cairan penyimpanan. Untuk mengatasi hal ini, sistem tidak

langsung melewati cairan suhu rendah melalui penukar panas tambahan.

Berbeda dengan sistem dua tangki, sistem termoklin tunggal-tank

menyimpan energi panas sebagai padatan, biasanya berbentuk pasir silika. Di

dalam sebuah tangki tunggal, bagian padat disimpan dari suhu rendah ke suhu

tinggi, dalam gradien suhu, tergantung pada aliran cairan.


9/126

7

Untuk tujuan penyimpanan, transfer cairan panas mengalir ke bagian atas

tangki dan mendingin karena perjalanan ke bawah, keluar sebagai cairan suhu

rendah. Untuk menghasilkan uap dan menghasilkan listrik, proses dibalik.

Sistem panas matahari yang menggunakan minyak mineral atau garam

cair sebagai media transfer panas yang utama untuk TES, tapi sayangnya tanpa

penelitian lebih lanjut, sistem yang berjalan di atas air/uap tidak dapat

menyimpan energi panas.

4. Keuntungan dan Kerugian Solar Thermal Power Plant

Keuntungannya antara lain:

a. Cahaya matahari merupakan energi yang dapat diperbaharui dan tidak akan

habis. Oleh karena melimpahnya ketersediaan cahaya inilah, pembangkit

listrik tenaga surya dapat menjadi pembnagkit listrik laternatif yang dapat

menggantikan energi-energi lainnya yang tidak dapat diperbarui, seperti gas

alam, Batubara, minyak, nuklir, dsb.

b.

Umur pemakaian dari komponen penyusunnya seperti sel surya relatif

panjang. Sehingga dapat dikatakan bahwa membangun pembangkit listrik

tenaga surya merupakan investasi jangka panjang.

c.

Pembangkit listrik tenaga surya merupakan pembangkit listrik yang ramah

lingkungan dan bersih. Pembangkit ini hanya membutuhkan cahaya

matahari sebagai komponen utama penghasil energi listriknya. Selain itu,

tidak ada limbah keluaran dari hasil proses pembangkitannya. Oleh karena

itu, pembangkit listrik tenaga surya dapat menggantikan pembangkit listrik

lain untuk mengurangi jumlah limbah keluaran yang memiliki dampak

negatif bagi lingkungan, seperti nuklir dan batubara.

d. Bentuk dari PLTS ynag sederhana dan ringkas membuat pemasangan dan

perawatannya relatif mudah.

e.

Sangat cocok untuk Negara Indonesia yang beriklim tropis dengan

intensitas cahaya matahari hampir sepanjang tahun.


10/126

8

Kerugiannya antara lain:

a. Proses pembangkitan hanya dapat dilakukan pada siang hari karena sangat

tergantung pada cuaca dan intensitas cahaya. Lebih buruk lagi bila proses

pembangkitan dilakukan pada musim penghujan. Langit sering kali ditutupi

oleh awan, sehingga besarnya cahaya matahari yang akan dikonversi ke

energi listrik tidak optimal.

b.

Bahan pembuatan komponen pembangkit listrik tenaga surya masih

barharga mahal. Terutama untuk tipe sel fotovoltaik.

Pembangkit Surya Fotovoltaik (Solar Photovoltaic Plants)

1. Pengertian

Pembangkit jenis ini memanfaatkan sel surya (solar cell) untuk

mengkonversi radiasi cahaya menjadi energi listrik secara langsung. Pada

makalah ini akan lebih dijelaskan tentang Pembangkit Surya Fotovoltaik (Solar

Photovoltaic Plants).

2. Teknologi Energi Pembangkit Surya Fotovoltaik (Solar Photovoltaic Plants)

Teknologi ini sangat sederhana, beberapa panel surya dipasang sehingga

membentuk array. Masing-masing panel akan mengumpulkan energi cahaya dan

mengkonversikannya secara langsung menjadi energi listrik. Energi listrik ini

dapat dialirkan ke jaringan listrik. Saat ini, pembangkit surya fotovoltaik masih

jarang ditemukan. Hal ini dikarenakan pembangkit listrik surya termal saat ini

lebih efisien untuk memproduksi energi listrik dalam skala besar.

Teknologi Photovoltaic (PV) dimanfaatkan untuk pembangkit listrik

tenaga surya (PLTS) berupa sistem terpusat (centralized), sistem tersebar (stand

alone) dan sistem hibrida (hybrid system). Centralized PV system adalah

pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) yang mensuplai listrik secara terpusat

untuk berbagai lokasi/ beban yang bersifat on grid maupun off grid. Sistem

stand alone hanya mensuplai listrik khusus untuk kebutuhan beban yang

tersebar di masing-masing lokasi dan bersifat off grid.

Pada sistem hybrid, PLTS digunakan bersama-sama dengan sistem

pembangkit lainnya dalam mensuplai listrik. Komponen sistem umumnya terdiri

dari rangkaian sel surya yang membentuk modul surya (PV Panel) dan beberapa

komponen pendukung seperti baterai, inverter, sistem kontrol dan lain-lain yang

disebut juga sebagai balance of system / BOS. Aplikasi teknologi PV antara lain


11/126

9

; PLTS pedesaan / perkotaan (on grid / off grid), Solar Home System (SHS),

solar street lighting, solar pumping, BST solar, solar refrigerator, etc.

Gambar 2.3 Pembangkit Surya Fotovoltaik (Solar Photovoltaic Plants)

3. Komponen-komponen Utama pada Pembangkit Surya Fotovoltaik (Solar

Photovoltaic Plants)

a. Photovoltaic Modul

Modul PhotoVoltaic atau biasa disebut modul surya adalah perangkat

yang terdiri dari bahan semikonduktor seperti silikon, galium arsenide dan

kadmium telluride, dll yang mengubah sinar matahari langsung menjadi

listrik.Ketika solar cell menyerap sinar matahari, elektron-elektron bebas

dan lubang-lubang membuat sambungan positif / negatif, dan ketika

dihubungkan dengan beban DC, maka arus listrik akan mengalir ke beban

tersebut.

(a) (b)
http://informasiplts.files.wordpress.com/2012/09/solar-panel-100wp.jpg


12/126

10

Gambar 2.4 a) Fabrikasi Fotovoltaik, b) Modul Fotovoltaik

Jenis-jenis sel surya, dilihat dari bahan pembuatannya terdiri dari :

Crystalline Silicon PV Module(c-Si)

Terdiri dari single crystalline silicon atau dikenal sebagai

silikon monocrystalline dan multi-criytallline silikon, juga disebut

silikon polikristalin.

Module PV The polycrystalline silicon memiliki efisiensi

konversi yang lebih rendah dari module PV single crystalline silicon

tetapi keduanya memiliki efisiensi konversi tinggi yang rata-rata

sekitar 10-12%.

Amorphous Silicon PV Module

Modul Amorphous Silicon (a-Si) atau modul PV film tipis

silikon menyerap cahaya lebih efektif daripada Module PV

crystalline silicon, sehingga dapat dibuat lebih tipis. Cocok untuk

semua aplikasi dengan efisiensi tinggi dan dengan biaya rendah

adalah penting. Efisiensi darimodule PV Amorphous Silicon adalah

sekitar 6%.

Hybrid Silicon PV Module

Sebuah kombinasi dari silikon single crystalline yang dikelilingi

oleh lapisan tipis Amorphous silicon yangmemberikan sensitivitas

yang sangat baik untuk tingkat cahaya rendah atau cahaya tidak

langsung. Hybrid Silicon PV Module memiliki efisiensi konversi

yang tertinggi yaitu sekitar 17%.

Bahan semikonduktor saat ini yang paling sering digunakan

untuk produksi Solar cell adalah silikon, dimana memiliki beberapa

keuntungan diantaranya ; dapat dengan mudah ditemukan di alam,

tidak mencemari, tidak merusak lingkungan dan dapat dengan mudah

mencair, di tanganni dan dibentuk menjadi bentuk silikon

monocrystalline , dll. Pada umumnyaSolar celldikonfigurasi sebagai

sambungan a large-area p-n daerah yang terbuat dari silikon

Besaran arus listrik yang dapat dikonversi dari energi matahari

menjadi arus listrik diukur dalam satuan wattpeak (WP), artinya kalau

modul surya berukuran 100 WP, maka dalam satu jam akan

mengeluarkan arus sebesar 100 watt. Apabila arus yang dibutuhkan


13/126

11

lebih besar dari keluaran modul surya, maka modul surya dipasang

beberapa unit membentuk suatu array.

Gambar 2.5 a) Monocrystaline silicon, b) Poli (multi) kristalin, c) Amorf silikon

b. Solar Charge Controller

Solar Charge Controller adalah suatu alat kontrol yang berfungsi

untuk mengatur tegangan dan arus yang dikeluarkan dari modul surya,

malakukan proses pengisian battery, mencegah battery dari pengisian yang

berlebihan, juga mengendalikan proses discharge.

Gambar 2.6 Solar Charge Controller

Yang perlu diperhatikan dalam menggunakan charge controller ini

adalah besarnya tegangan dan daya yang dikeluarkan modul surya dan yang

dapat diterima battery. Satuan untuk tegangan adalah Volt, sedangkan kuat

arus dalam ampere, misalnya 12volt/10A.

c. Battery

Battery berfungsi untuk menyimpan sementara listrik yang dihasilkan

modul surya, agar dapat digunakan pada saat energi matahari tidak ada(malam hari atau cuaca), besaran kemampuan menyimpan arus listrik
http://informasiplts.files.wordpress.com/2012/09/73_phocos-cx.jpghttp://konversi.files.wordpress.com/2010/06/pvtype.jpg


14/126

12

diukur dalam satuan watt jam (watthour/WH). Besarnya kemampuan

menyimpan arus listrik ditentukan dari berapa besar kebutuhan daya listrik

dan kemampuan modul surya dalam mengisi battery.

Gambar 2.7 Battery

d. Inverter

Listrik yang dihasilkan dari Solar System adalah listrik arus searah /

direct current (DC), sedangkan peralatan listrik yang kita gunakan

kebanyakan menggunakan listrik arus tidak searah (alternating current

(AC), karena itu agar peralatan listrik AC kita dapat tepa beroperasi

menggunakan listrik hasil dari solar system, maka harus menggunakan

inverter, yaitu alat untuk mengubah arus searah menjadi arus tidak searah,

dan tegangannya disesuaikan dengan tegangan yang dibutuhkan.

Gambar 2.8 Inverter
http://informasiplts.files.wordpress.com/2012/09/1200-watt-inverter1.jpghttp://informasiplts.files.wordpress.com/2012/09/battery-65ah.jpg


15/126

13

4. Prinsip Kerja Pembangkit Surya Fotovoltaik (Solar Photovoltaic Plants)

Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel

surya, rangkaian kontroler pengisian (charge controller),dan aki (batere) 12 volt

yang maintenance free. Panel sel surya merupakan modul yang terdiri

beberapa sel surya yang digabung dalam hubungkan seri dan paralel tergantung

ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering digunakan adalah modul sel

surya 20 watt atau 30 watt. Modul sel surya itu menghasilkan energi listrik yang

proporsional dengan luas permukaan panel yang terkena sinar matahari.

Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya itu merupakan

rangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian akinya. Kontroler ini

dapat mengatur tegangan aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10

persen. Bila tegangan turun sampai 10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki

dengan panelsurya sebagai sumber dayanya. Tentu saja proses pengisian itu

akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya matahari. Jika penurunan

tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan memutus pemasokan

energi listrik.

Setelah proses pengisian itu berlangsung selama beberapa jam, tegangan

aki itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt, maka kontroler akan

menghentikan proses pengisian aki itu. Rangkaian kontroler pengisian itu

sebenarnya mudah untuk dirakit sendiri. Tapi, biasanya rangkaian kontroler ini

sudah tersedia dalam keadaan jadi di pasaran. Memang harga kontroler itu

cukup mahal kalau dibeli sebagai unit tersendiri. Kebanyakan sistem sel

surya itu hanya dijual dalam bentuk paket lengkap yang siap pakai.

Untuk mendapatkan energi listrik yang optimal, sistem sel surya itu masih

harus dilengkapi pula dengan rangkaian kontroler optional untuk mengatur arah

permukaan panel surya agar selalu menghadap matahari sedemikian rupa

sehingga sinar mahatari jatuh hampir tegak lurus pada panel suryanya. Kontroler

seperti ini dapat dibangun, misalnya, dengan menggunakan mikrokontroler

8031. Kontroler ini tidak sederhana, karena terdiri dari bagian perangkat keras

dan bagian perangkat lunak. Biasanya, paket sistem sel surya yang lengkap

belum termasuk kontroler untuk menggerakkan panel surya secara otomatis

supaya sinar matahari jatuh tegak lurus.

Cara kerja sel surya identik dengan piranti semikonduktor dioda. Ketika

cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor,


16/126

14

terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan

menuju bahan semikonduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan

sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor,

menyebabkan aliran medan listrik. Dan menyebabkan elektron dapat disalurkan

ke saluran awal dan akhir untuk digunakan pada perabot listrik.

Gambar 2.6 Proses Kerja Sel Surya

5. PerencanaanKebutuhan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya.

Sistem Solar thermal power plant terdiri dari beberapa blok meliputi :

panel surya,solar charge controller,baterai dan inverter.Dibawah ini

menunjukkan diagram blok keseluruhan sistem.

Gambar 6. Blok diagram sistem Solar thermal Power Plant

Berdasarkan gambar diatas , dapa dijelaskan fungsi masing-masing blok

diagram sebagai berikut : (a)panel surya adalah komponen PLTS yang fungsinya

merubah cahaya matahari menjadi energy listrik,(b) solar charge controller

adalah komponen solar thermal power plant yang fungsinya mengatur pengisian

(b)

SolarChar e

(a)

PanelSur a

Beban(d)Inverter

(c)

Baterai


17/126

15

arus ke baterai dan mengatur arus yang diambil dari baterai ke beban,(c) baterai

adalah komponen solar thermal power plant yang fungsinya sebagai penyimpan

tenaga listrik arus searah (DC) dari tenaga surya sebelum dimanfaatkan untuk

beban,dan (d)inverter adalah komponen solar thermal power plant yang

fungsinya mengkonversikan tegangan searah(DC) menjadi tegangan bolak-

balik(AC).

Solar thermal power plant sangat bergantung kepada sinar matahari,maka

diperlukan perencanaan yang baik.Perencanaan kebutuhan solar thermal power

plant 10yst dihitung dari sisi listrik yang dihasilkan panel surya atau dari sisi

listrik yang akan dipakai oleh beban.Perencanaan dari sisi panel surya akan

menghasilkan listrik yang penggunaannya pada sisi beban harus menyesuaikan

listrik yang dihasilkan panel surya,sedangkan perencanaan dari sisi beban

penyesuaian terjadi pada panel surya maksutnya panel surya harus mampu

menghasilkan listrik sesuai dengan beban yang terpasang.

Perencanaan dari sisi beban langkah awalnya adalah menentukan jumlah

daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari(watt.jam).Karena dengan

menghitung besarnya daya yang dibutuhkan ,pihak perencana dapat

mempersiapkan solar thermal power plant yang ideal sesuai dengan kebutuhan

beban.Setelah mendapat seluruh kebutuhan daya listrik,selanjutnya perhitungan

terhadap jumlah panel surya.

Kemudian adalah menentukan berapa banyak baterai yang

digunakan.Untuk mengetahui berapa daya yang mampu disimpan.Untuk

mengetahui berapa banyak baterai yang digunakan,harus ditentukan berapa daya

yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari dan berapa lama solar thermal

power plant ini digunakan mensuplai beban tanpa penyinaran matahari.Dengan

begitu dapat ditentukan berapa besar kapasitas dan banyaknya baterai yang

dibutuhkan oleh solar thermal power plant.Berikutnya pemilihan Solar Charge

Controller (SCC).

Beban pada sistem solar thermal mengambil energy dari baterai melalui

SCC.Jadi tegangan kerja SCC harus sama dengan tegangan pada baterai dan

SCC harus dapat dilalui arus maksimal sesuai dengan beban maksimal yang

terpasang.Selanjutnya pemilihan inverter.Spesifikasi inverter harus sesuai

dengan SCC yang digunakan.Berdasarkan tegangan sistem dan perhitungan

SCC , maka tegangan masuk(input)dari inverter 12 VDC.Tegangan kaluaran


18/126

16

dari inverter yang tergabung ke beban adalah 220VAC.Arus yang mengalir

melewati inverter juga harus sesuai dengan arus yang melalui SCC.

Perencanaan dari sisi panel surya langkah awalnya adalah menentukan

kapasitas panel surya yang akan dipasang,selanjutnya adalah menentukan beban

yang akan dipasang sesuai dengan kapasitas panel surya yang

terpasang,kemudian adalah menentukan berapa banyak baterai yang

digunakan.Untuk mengetahui berapa daya yang mampu disimpan.Untuk

mengetahui berapa banyak baterai yang digunakan , harus ditentukan berapa

daya yang dibutuhkan dalam pemakaian sehari-hari dan berapa lama solar

thermal power plant ini digunakan untuk mensuplai beban tanpa penyinaran

matahari.

6. Prinsip KerjaSolar Thermal Power Plant.

Menurut Anya P.Damastuti, dalam cahaya matahari terkandung 12 system

dalam bentuk foton.Pada siang hari modul surya menerima cahaya matahari

yang kemudian diubah menjadi listrik melalui proses fotovoltaik.Ketika foton

ini mengenai permukaan sel surya , 12 system 12e-elektronnya akan tereksitasi

dan menimbulkan aliran listrik.Prinsip ini dikenal sebagai photoelectric.Sel

surya dapat terekstasi karena terbuat dari material semikonduktor yang

mengandung 12ystem 12ystem12.Silikon ini terdiri atas dua jenis lapisan

sensitif.lapisan 12stem12e(tipe-n) dan lapisan positif(tipe-p)listrik yang

dihasilkan oleh modul dapat langsung disalurkan ke beban ataupun disimpan

dalam baterai sebelum digunakan ke beban : lampu,radio,dll.Pada malam

hari,dimana modul surya tidak menghasilkan listrik,beban sepenuhnya dicatu

oleh baterai.Demikian pula apabila hari mendung ,dimana modul surya

menghasilkan listrik lebih rendah dibandingkan pada saat matahari benderang.

Secara skematis sistem solar thermal power plant digambarkan sebagai

berikut:


19/126

17

Gambar 7. Skema sistem solar thermal power plant

7. Dampak PLTS terhadap Lingkungan

a) Gas Rumah Kaca

Siklus hidup emisi gas rumah kaca pembangkit listrik tenaga suryasaat ini berada di kisaran 25-32g/kWh dan ini bisa turun menjadi 15 g/kWh

di masa yang akan datang akan datang.Sebagai perbandingan listrik

berbahan bakar minyak menghasilkan 893 g/kWh,pembangkit listrik

berbahan bakar minyak menghasilkan 915-994 g/kWh atau dengan

pengangkapan dan penyimpanan karbon sekitar 200 g/kWh, dan

pembangkit listrik panas bumi temperature rendah yang menghasilkan lebih

baik , yaitu 11 g/kWh dan 0-1 g/kWh.

b)

Kadmium

Salah satu isu yang sering menjadi keprihatinan adalah penggunaan

cadmium dalam sel surya cadmium telurida (CdTe).Kadmium dalam bentuk

logam adalah zat beracun yang memiliki kecenderungan untuk terakumulasi

dalam rantai makanan ekologi , Jumlah cadmium yang digunakan pada film

tipis modul PV relative kecil,yaitu 5-10 g/m3.Dengan teknik control emisi

yang tepat , emisi cadmium sebesar 0.3-0.9 mikrogram/kWh dalam satu

sikulus hidup.Sebagian besar emisi tersebut muncul melalui penggunaan


20/126

18

pembangkit listrik tenaga batubara dalam pembuatan modul.Pembakaran

batubara dalam lignit menyebabkan emisi cadmium jauh lebih

tinggi.kadmium dari batu bara adalah 3.1 mikrogram/kWh , lignit 6.2

mikrogram.kWh dan gas alam 0.2 mikrogram /kWh.

Jika listrik yang dihasilkan oleh panel fotovoltaik digunakan untuk

pembuatan modul , bukan listrik yang berasal dari pembakaran

batubara,emisi cadmium dari penggunaan batu bara dalam proses produksi

dapat dihilangkan seluruhnya.


21/126

19

OTECOCEAN THERMAL ENERGY CONVERSION


22/126

20

B. Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)

Kelangkaan energi dan masalah lingkungan secara global, dikhawatirkan

memburuk pada abad ke-21. Yasuyuki Ikegami, Profesor Saga University, Japan

yang juga sebagai OTEC Project Leader Japan dan telah berkecimpung di bidang

energi terbarukan, khususnya Energi Laut, lebih dari 20 tahun, di saat pertemuan

dengan Agus R. Hoetman Staf Ahli Menristek Bidang Energy, Kementerian Ristek

dan Mukhtasor, Profesor Bidang Kelautan , ITS Surabaya, yang juga sebagai anggota

Dewan Energi Nasional (DEN), pada 20 Desember 2011 di Institute of Ocean

Energy, Saga University (IOES),Imari Saga, Japan, Ocean Thermal Energy

Conversion (OTEC), adalah teknologi untuk mengubah energi termal laut menjadi

tenaga listrik.

Secara umum, Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) adalah suatu proses

yang dapat menghasilkan listrik dengan menggunakan perbedaan suhu antara air laut

dalam yang dingin dan air permukaan tropis yang hangat. Pembangkit OTEC

memompa sejumlah besar air laut dingin dalam dan air laut permukaan untuk

menjalankan siklus daya dan menghasilkan listrik. OTEC adalah kekuatan

perusahaan, sumber energi bersih, ramah lingkungan dan mampu memberikan tingkat

besar energi.OTEC telah lama ditantang oleh biaya modal yang tinggi dalam dunia

energi murah.

Gambar 2.1 Persebaran Panas Laut di Bumi


23/126

21

Yang paling umum digunakan siklus panas untuk OTEC adalah siklus

Rankine menggunakan turbin tekanan rendah. Sistem dapat berupa siklus tertutup atau

terbuka-siklus. Mesin Closed-cycle menggunakan fluida kerja yang biasanya

dianggap sebagai refrigeran seperti amonia atau R-134a . Cairan ini memiliki titik

didih rendah, dan oleh karena itu cocok untuk menyalakan generator sistem untuk

menghasilkan listrik. Mesin siklus terbuka menggunakan uap dari air laut itu sendiri

sebagai fluida kerja. OTEC juga dapat menyediakan kuantitas air dingin sebagai

produk sampingan. Ini dapat digunakan untuk AC dan pendingin dan kaya nutrisi air

laut dalam dapat memberi makan teknologi biologis. Lain dengan-produk air

tawar disuling dari laut Dengan siklus Rankine rangkaian tertutup maupun terbuka,

energi listrik dapat dibangkitkan dalam pusat-pusat listrik tenaga panas laut (PLT-PL).

Selisih suhu sekitar 20oC akan tersedia sepanjang tahun. Hal ini jauh lebih

menguntungkan dibanding dengan pemanfaatan sinar matahari di daratan. Jika selisih

20oC itu dimanfaatkan dengan efisiensi efektif sebesar 1,2% misalnya, maka debit air

sebesar 5 m3per detik akan menghasilkan daya elektrik kurang lebih 1 MW. Semakin

besar debit air, maka akan membantu suatu kinerja PLT-PL yang besar. Sebab 500 m3

per detik debit air akan menghasilkan daya elektrik sekitar 100 MW. Dengan

demikian maka efisiensi perlu ditingkatkan.

1. Peralatan dalam OTEC

Dalam suatu sistem pembangkit OTEC, terdapat beberapa alat yang

menjadi sistem utama untuk menunjang jalannya siklus pada OTEC. Beberapa

alat tersebut yaitu sebagai berikut :

a. Turbin Uap

Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi

potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi

mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin, langsung atau

dengan bantuan roda gigi reduksi, ,dihubungkan dengan mekanisme yang

akan digerakkan.

Pada dasarnya turbin uap terdiri dari dua bagian utama, yaitu stator

dan rotor yang merupakan komponen utama pada turbin kemudia ditambah

komponen lainnya yang meliputi pendukungnya seperti bantalan, kopling

dan sistem bantu lainnya agak kerja turbin lebih baik. Sebuah turbin uap

memanfaatkan energi kinetik dari fluida kerja yang bertambah akibat


24/126

22

penambahan energi thermal. Berikut adalah gambar turbin OTEC yang

biasa digunakan.

Gambar OTEC Turbin generatorOTEC Ammonia Vapor Turbin Karakteristik

Rincian Keterangan

Shaft power 44.236 HP

Shaft speed 1800 RPM

Ammonia flow rate 1.938 lb/sec

Spesifik speed 109

Efisiensi keseluruhan 90%Inlet total pressure 1221 psia

Inlet temperature 67 F

Tabel Karakteristik OTEC Turbin

b. Heat Exchanger

Heat exchanger adalah suatu alat yang digunakan untuk menukarkan

panas. Pada siklus tertutup, heat exchanger berperan untuk memindahkan

panas antara fluida kerja dengan air hangat dan dingin dari permukaan

maupun kedalaman laut melalui permukaan yang terpisah.


25/126

23

Laju dari dari heat exchanger dari satu fluida melalui dinding yang

tersekat ke fluida yang lain diatur oleh persemaan umum berikut,

Q = UA (T1-T2)

Keterangan:

Q = Laju transfer panas

U = Koefisien transfer panas

A = Luas permukaan

T1 = Temperatur dari fluida kesatu

T2 = Temperatur dari fluida kedua

Gambar Heat Exchanger

i. Evaporator

Evaporator adalah sebuah alat penukar panas pula (heat

exchanger) yang berfungsi mengubah fluida kerja cair menjadi uap

(proses evaporasi). Evaporator umumnya memiliki tiga bagian, yaitu

penukar panas, bagian evaporasi (tempat dimana cairan mendidih lalu

menguap), dan pemisah untuk memisahkan uap dari cairan.

Gambar 2.4 Evaporator


26/126

24

Untuk laju heat transfer dari warm water hingga ammonia di

dalam evaporator,

Qe= UeAe(TwwTae)

Keterangan :

Qe = Laju transfer panas evaporator

Ue = Koefisien transfer panas evaporator

Ae = Luas penampang evaporator

Tww = Temperatur air hangat

Tae = Temperatur Ammonia di dalam evaporator

ii. Condensor

Kondensor merupakan salah satu alat penukar panas (heat

exchanger) yang berfungsi untuk mengubah uap menjadi air. Prinsip

kerja kondensor dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam

suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir di luar

pipa-pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin mengalir di

dalam pipa-pipa (tube side). Kondensor seperti ini disebut kondensor

tipe surface (permukaan). Kebutuhan air untuk pendingin di

kondensor sangat besar sehingga dalam perencanaan biasanya sudah

diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup

persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor

umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran uap

keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi.

Laju perpindahan panas tergantung pada aliran air pendingin,

kebersihan pipa-pipa dan perbedaan temperatur antara uap dan air

pendingin. Proses perubahan uap menjadi air terjadi pada tekanan dan

temperatur jenuh, dalam hal ini kondensor berada pada kondisi

vakum. Karena temperatur air pendingin sama dengan temperatur

udara luar, maka temperatur air kondensatnya maksimum mendekati

temperatur udara luar. Apabila laju perpindahan panas terganggu,

maka akan berpengaruh terhadap tekanan dan temperatur.


27/126

25

Gambar Prinsip kerja kondensor

Untuk aliran heat dari ammonia ke cold water di dalamkondenser,

Qc= Uc Ac (TacTcw)

Keterangan :

Qc = Laju transfer heat untuk kondensor

Uc = Koefisien transfer heat untuk kondensor

Ac = Luas area kondensor

Tcc

= Temperatur ammonia di kondensor

T = Temperatur air dingin

c.

Pompa

Pompa digunakan untuk memindahkan fluida dari tempat bertekanan

rendah ke tempat bertekanan yang lebih tinggi, untuk mengatasi perbedaan

tekanan ini maka diperlukan energi. Setiap sistem pompa selalu terdiri atas

pompa, pipa, dan valve. Pompa untuk udara biasa disebut kompresor,

kecuali untuk beberapa aplikasi bertekanan rendah, seperti di ventilasi,

pemanas, dan pendingin ruangan maka disebut fan atau blower.


28/126

26

Gambar Pompa

d.

Pompa Vacum

Pompa vakum adalam sebuah alat untuk mengeluarkan molekul-

molekul gas dari dalam sebuah ruangan tertutup untuk mencapai tekanan

vakum. Pompa vakum menjadi salah satu komponen penting di beberapa

industri besar seperti pabrik lampu, vacuum coating pada kaca, pabrik

komponen-komponen elektronik, pemurnian oli, bahkan hingga alat-alat

kesehatan seperti radiotherapy, radiosurgery, dan radiopharmacy.

Gambar Pompa vakum

e.

Generator

Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik

daris ebuah energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi

elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagi pembangkit listrik. Walau

generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang


29/126

27

mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong

muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik external, tapi

generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel

lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang

menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber

energi mekanik dapat berupa turbin uap, air yang jatuh melalui sebuah

turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol

tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun

sumber energi mekanik yang lain.

Gambar Generator

2. Konstruksi OTEC

Dalam sistem power plant berbasis OTEC, terdapat 2 tipe, yakni :

a.

Land-based power plant

Land based power plant terdiri dari sebuah bangunan yang berisi

heat exchanger, turbin, generator dan sistem kontrol. Peralatan-peralatan

tersebut akan dihubungkan ke laut melalui pipa-pipa. Peralatan terbesar

pada land based power plant adalah pipa air dingin karena kemiringannya

terkadang lebih besar dari 15. Ini berarti, jika panjang pipa ke bawah

seharusnya 1000m, maka dengan adanya kemiringan tersebut akan setara

dengan 1000/sin15, atau menjadi 3864m. Kelebihan sistem ini adalah

dayanya lebih stabil dan pemeliharaannya lebih mudah.

b.

Floating power plant


30/126

28

Sistemnya sama seperti land-based power plant, hanya saja, floating

power plant ini merupakan sebuah power plant yang terapung di laut.

Floating power plant dapat memiliki pipa air dingin sekitar 1000m

panjangnya, akan lebih hemat daripada land based, karena pemasangannya

secara vertikal.

Gambar OTEC Di Laut dan Di Laut

Sistem OTEC ini dilengkapi dengan berbagai peralatan agar dapat

bekerja sebagai suatu sistem pembangkit, diantaranya adalah :

1. Pipa tempat masuk air dingin terletak di bagian laut dalam

2. Pipa tempat masuk air hangat terletak diatas permukaan air laut

3.

Pompa berfungsi untuk memompa air hangat ke sistem

4. Alat penukar kalor berfungsi untuk menguapkan fluida


31/126

29

5. Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap

6. Sistem pengapung berfungsi untuk menempatkan peralatan OTEC

Untuk memahami detail dari desain dan operasi pabrik OTEC, hal

ini berguna untuk mempertimbangkan sebuah contoh kasus yakni hybrid

OTEC 5MW. Desain ini merupakan pembangkit pra-komersial yang

diperlukan untuk menunjukkan kelayakan teknis dan keekonomisan

OTEC serta untuk menilai dampak lingkungan. Namun, masih belum

mempertimbangkan dana.

Gambar Platform OTEC 5MW

3. Prinsip Kerja OTEC

Ocean Thermal Energy Conversion atau OTEC bekerja dengan prinsip

perbedaan temperatur antara dasar laut dan perairan permukaan untuk

menjalankan heat engines (mesin kalor). Seperti pada umumnya mesin kalor,

efisiensi dan energi terbesar dihasilkan oleh perbedaan temperatur yang paling

besar, sesuai Hukum Kedua Termodinamika. Prinsip dasar pada mesin kalor

ialah proses pengubahan energi panas ( kalor ) menjadi energi mekanik.


32/126

30

Efisiensi pada mesin kalor akan berbanding lurus dengan perubahan temperature

yang terjadi, semakin besar perubahan temperature, maka akan semakin besar

pula efisiensi yang dihasilkan oleh mesin tersebut. Biasanya digunakan rule-of-

thumb perbedaan temperatur 20C untuk memastikan fasilitas OTEC dapat

berjalan dengan baik. Tantangan terbesarnya adalah efisiensi heat engines yang

masih dibawah 6% karena operasi ada pada perbedaan temperatur yang kecil,

artinya lebih dari 90% energi panas yang di ekstraksi dari permukaan laut

terbuang. Untuk pembangunan fasilitas pembangkitnya dapat dilakukan di

darat ataupun dengan platform terapung di tengah laut, semakin jauh sumber

energy dari garis pantai tentu biayanya akan semakin besar.

Gambar 2.2. OTEC di Hawaii

Pada OTEC, siklus Rankine digunakan untuk menarik arus-arus

energi termal yang memiliki sekurang-kurangnya selisih suhu sebesar 20oC.

Prinsip Kerja OTEC secara umum adalah sebagai berikut:

1.

Konversi energy panas laut atau OTEC menggunakan perbedaan

temperatur antara permukaan yang hangat dengan air laut dalam yang

dingin, minimal sebesar 77 derajat Fahrenheit (25C) agar bisa digunakan

untuk membangkitkan listrik.2. 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.

3. 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


33/126

31

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. (Zaiki, 2009)

i.

CLOSED-CYCLE (Siklus Tertutup):

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. Closed-cycle lebih disukai di lapangan, seperti

yang terlihat pada gambar, air permukaan yang hangat dipompa ke sebuah

heat exchanger atau evaporator, dimana kalor dilepaskan pada suatu

fluida kerja, misalnya amonia. Amonia cair akan berubah menjadi gas

dengan tekanan sekitar 8,7 bar dan suhu 21oC. Turbin berputar

menggerakkkan generator yang memproduksi energi listrik. Gas amonia

akan meninggalkan turbin pada tekanan sekitar 5,1 bar dan suhu 11oC,

setelah itu gas tersebut menuju ke kondensor. Uap amonia keluaran turbin

selanjutnya dikondensasi dengan air laut yang lebih dingin dan

dikembalikan untuk diuapkan kembali Pendinginan pada kondensor

mengakibatkan gas amonia itu kembali menjadi bentuk liquid. Perbedaan

suhu dalam rangkaian perputaran amonia adalah 10oC sehingga efisiensi

Carnot akan menjadi :

=2 1

2= 3,4 %

Efisiensi ini merupakan efisiensi termodinamika yang baik, namun

dalam prakteknya, efisiensi yang sebenarnya akan terjadi lebih rendah,

yaitu sekitar 2-2,5 %. Pada rancangan-rancangan terkini suatu debit air

sebesar 3-5 m

3

/s baik pada sisi air hangat maupun pada sisi air dingin,diperlukan untuk menghasilkan daya sebesar 1 MW pada generator. Selain


34/126

32

amonia (NH3), Freon-R-22 (CHClF2) dan Propena (C3H6) memiliki titik

didih yang sangat rendah, antara -30oC sampai -50oC pada tekanan atmosfer

dan + 30oC pada tekanan antara 10 dan 12,5 Kg/cm2. Gas-gas inilah yang

berpontensi untuk dimanfaatkan sebagai medium kerja pada OTEC.

Gambar Skema Prinsip Konversi Energi Panas Laut (Siklus Tertutup)

Gambar Ocean Thermal Energy Convertion dengan Siklus Tertutup
http://4.bp.blogspot.com/-ihavi3co7pw/TkK6Ly3SAPI/AAAAAAAAAIQ/nFfkwNsvwcU/s1600/6.JPG


35/126

33

Gambar proses kerja energi panas laut (otec)

ii.

OPEN-CYCLE (Siklus Terbuka)

Open-Cycle OTEC menggunakan air laut permukaan yang hangat

untuk membangkitkan listrik. Dalam siklus Claude terbuka, air laut

digunakan sebagai medium kerja maupun sebagai sumber energi. Air

hangat dari permukaan laut diuapkan dengan flash evaporator sehingga

menghasilkan uap air dengan tekanan yang sangat rendah, yaitu 0,02 - 0,03

bar dengan suhu sekitar 20oC. Uap itu memutar sebuah turbin uap yang

dikopel dengan generator sehingga menghasilkan energi listrik. Karena

tekanan uapnya rendah sekali maka ukuran-ukuran turbin menjadi sangat

besar. Setelah melewati turbin, uap yang sudah dimanfaatkan dialirkan ke

sebuah kondensor yang menghasilkan air tawar. Kondensor didinginkan

oleh air laut yang berasal dari lapisan bawah permukaan laut. Dengan

demikian, metode dengan siklus Claude terbuka ini menghasilkan energi

listrik maupun air tawar. Masalah dengan metode ini adalah bahwa ukuran-

ukuran turbin menjadi sangat besar oleh karena tekanan uap yang begitu

rendah. Sebagai contoh, sebuah modul sebesar 10 MW yang terdiri atas

evaporator, turbin dan kondensor, akan memerlukan ukuran garis tengah

dan panjang 100 meter.
http://4.bp.blogspot.com/-ph_bh3hwfSw/TkK6PsUduWI/AAAAAAAAAIo/kn3834mHdQ0/s1600/8.JPG


36/126

34

Gambar Skema Prinsip Konversi Energi Panas Laut (Siklus Terbuka)

iii. 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. Pada sistem

Hybrid, air laut hangat memasuki vacuum chamber dimana ini diubah

menjadi uap, yang mirip dengan penguapan dari open-cycle system. Uap

akan membuat fluida bertitik didih rendah (amonia atau yang lainnya)

melalui siklus closed-cycle. Uap dari fluida akan menggerakkan turbin yang

akan menghasilkan listrik,Uap lalu dikondensasi di Heat-exchanger dan

menghasilkan air desalinasi. Proses ini dapat digunakan untuk memenuhi

kebutuhan listrik untuk industri pembuatan Methanol, hydrogen dan lain-

lain.


37/126

35

.

Gambar Skema Prinsip Konversi Energi Panas Laut (Siklus Gabungan)


38/126

36

Gambar Hybrid System

4. Biaya Administrasi Pendirian OTEC

Informasi biaya pendirian OTEC, yang didokumentasikan olehEconomics

of Ocean Thermal Energy Conversion pada tahun 1992, yang dikonversikan

menurut USA 20-year average for equipment price-index inflation.

Tabel Estimasi Biaya Pendirian OTEC Pertama

OTEC-capital cost ($/kW) merupakan fungsi dari ukuran daya keluaran

pembangkit, yang dirumuskan menjadi seperti berikut :

CC ($/kW) = 53,000 x MW-0.42


39/126

37

Grafik Fungsi OTEC-capital cost terhadap Plant Size

Tabel OTEC-capital cost untuk daya 50MW


40/126

38

5. Perkembangan OTEC

Ahli fisika Perancis, Jaques dArsonval, pada tahun 1881 sudah

mengemukakan konsep konversi energi panas laut, OTEC, sebagai salah satu

penggunaan dari siklus Rankine. Georges Claude, murid dari Jaques

dArsonval, pada tahun 1930 telah membuat pusat listrik tenaga panas laut di

Teluk Matanzas dekat Kuba. Pusat tenaga listrik ini dengan daya 22 KW hanya

dapat bekerja selama dua minggu karena dihancurkan oleh sebuah angin topan

sehingga pipa untuk masukan airnya rusak total. Proyek itu kemudian

dihentikan.

Claude introducing OTEC Open Cycle to the French "Acadmie des Sciences".

Details of Claudes experiment. Paris, 22 November, 1926

Pada tahun 1950an, perusahaan Perancis yakni Societe dEnergie des

Mers melanjutkan usaha itu dengan merancang sebuah pusat tenaga listrik di

pantai dekat Abidjan, ibukota Pantai Gading (Ivory Coast). Pusat ini tidak jadi


41/126

39

dibangun karena harga tenaga listrik yang saat itu rendah sekali dan nampaknya

energi nuklirlah yang merupakan jawaban bagi masalah energi murah.

Kemudian yang memberikan suatu dorongan kuat kepada perkembangan

OTEC adalah kemelut energi yang terjadi pada tahun 1973, sewaktu terdapat

embargo minyak yang terjadi di Timur Tengah. Dalam sebuah tulisan majalah

ilmiah Physics Today (tahun 1973), ahli fisika Clarence Zenner menyoroti lagi

prinsip OTEC dan sangat menganjurkan agar pengembangan OTEC dilanjutkan.

Sejak itu banyak perusahaan besar mulai melanjutkan proyek-proyek OTEC. Di

Amerika Serikat misalnya, perusahaan Lockheed, Westinghouse dan General

Electric dengan giat melakukan pengembangan prinsip OTEC. Ada pula

perusahaan-perusahaan yang mengembangkan bagian spesifik seperti heat

exchanger. Antara lain Union Carbide, Foster Wheeler, Rockwell dan Alva-

Laval. Juga lembaga-lembaga penelitian seperti Batelle dan MITRE

memberikan dukungan besar pada pengembangan OTEC.

OTEC pertama di dunia dengan daya sebesar 50 KW beroperasi di lepas

pantai kepulauan Hawaii pada tahun-tahun 1980an. Proyek ini merupakan

inisiatif perusahaan Lockheed bekerjasama dengan negara bagian Hawaii.

Perusahaan Eropa seperti Alva-Laval (Swedia), Compagnie Francaise des

Petroles-Groupe Total (Perancis, Johnson Group (Swedia), Kockums (Swedia),

Micoperi (Italia), Pechiney Ugine Kuhlmann (Perancis) dan Tecnomare (Italia)

melakukan studi, yang mana studi-studi di Eropa itu sejalan dengan perkiraan

yang terdapat di Amerika Serikat bahwa pada jangka menengah atau jangka

panjang prinsip OTEC memiliki prospek yang cukup baik. Sehingga,

direncanakan untuk membuat suatu proyek percobaan di Eropa untuk

membangun sebuah OTEC dengan daya hingga 10 MW. Hal itu juga didukung

oleh pemerintah Perancis melalui Centre National pour lExploitation des

Oceans (CNEXO).

Namun, dalam perjalanannya terdapat masalah yang dihadapi pada

pengembangan prinsip OTEC, diantaranya disebabkan efisiensi perpindahan

panas yang sangat rendah, akibat jumlah air baik yang hangat maupun yang

dingin yang perlu dipindahkan. Untuk sebuah OTEC dengan daya misalnya 100

MW, diperlukan kira-kira 450 m3/s, baik air hangat maupun air dingin yang

harus dialirkan malalui pemindah panas. Jumlah-jumlah air yang besar itu


42/126

40

mengakibatkan bahwa berbagai komponen memiliki ukuran-ukuran yang sangat

besar pula.

Lockheed Martins heat exchangerSelain itu, persoalan mahanya pemindah panas juga muncul meskipun

dengan sistem tertutup. Biayanya sekitar 1/3 dari biaya keseluruhan

pembangkit. Untuk pembangkit dengan daya 100 MW diperlukan untuk suatu

luas heat exchanger antara 500.000 dan 1.500.000 m2. Material yang digunakan

untuk pemindah panas harus terdiri atas bahan yang berkualitas. Pada saat ini

nampaknya bahwa aluminium, titan dan baja tahan karat merupakan material

yang terbaik. Terjadinya pertumbuhan bebagai organisme pada permukaan

pemindah panas merupakan gangguan yang serius terhadap berfungsinya

dengan baik sebuah PLTPL, yang akan dengan pesat menurunkan daya dan

kemampuannya. Kecepatan pertumbuhan organisme itu tergantung dari material

pemindah panas dan juga suhu air hangat. Pipa air dingin merupakan komponen

paling menonjol karena ukurannya yang gigantik. Bagi sebuat PLT-PL dengan

daya 100 MW, pipa itu akan memiliki garis tengah kira-kira 500 - 600 meter

atau lebih. Gaya-gaya hidrolik maupun mekanikal yang terjadi pada pipa air

dingin itu sangat besar, terutama pada pipa dengan struktur yang kaku.


43/126

41

Pengaruh arus dan ombak air laut merupakan masalah yang perlu

diperhitungkan. Sehingga memerlukan konsep-konsep perpipaan yang fleksibel.

Pembuatan anjungan (platform) untuk memuat bangunan OTEC terapung dapat

mempunyai beberapa konfigurasi. Untuk sebuah pusat tenaga listrik dengan

daya 100 MW akan memerlukan suatu konstruksi yang memiliki daya apung

sebesar 200.000 sampai 300.000 ton, setara dengan sebuah kapal tangki minyak

yang besar.

Sebuah OTEC terapung kecil yang dinamakan proyek Mini-OTEC

beroperasi di lepas pantai kepulauan Keahole Point, Hawaii, Amerika Serikat.

Proyek itu merupakan inisiatif dari perusahaan Lockheed Missiles and Space

Company serta Negara Bagian Hawaii. Tujuan proyek ini adalah

memperlihatkan bahwa sebuah OTEC percobaan dengan daya 50 KW dan

sistem siklus tertutup merupakan suatu sumber energi yang tidak mengganggu

lingkungan. Mini-OTEC ini menggunakan pemindah panas berbahan titanium

dan dibuat oleh perusahaan Alfa Laval dari Swedia. Pipa air dingin terbuat dari

polietileen dan memiliki garis, tengah 0,71 meter dan panjang 900 meter.

Bagian atas pipa dikaitkan pada sebuah ponton terapung. Pipa air dingin juga

berfungsi sebagai jangkar untuk menahan ponton pada tempatnya.

Setelah pihak Mini OTEC dan OTEC-1 melakukan demonstrasi tentang

OTEC percobaan tersebut, Departemen Energi AS menganggap OTEC

merupakan sumber energi yang layak. Sejak 2008, OTI telah bekerja sama

dengan Hawaiian Electric Company ( HECO ) untuk mengembangkan OTEC

100 megawatt di lepas pantai di daerah industri O'ahu. Para pihak sekarang

dalam negosiasi lanjutan power purchase agreement (PPA ). Setelah masuk,

PPA harus ditinjau dan disetujui oleh Public Utilities Commision.

OTI telah bertemu dengan para pihak yang terkait di sepanjang Pantai

Leeward dari O'ahu . Setelah PPA ditandatangani , OTI akan memperluas

jangkauannya di wilayah tersebut untuk membahas proyek dan menjelaskan

bagaimana OTI dan sponsornya , The Abell Foundation.

OTI berencana untuk memasang platform rancangannya sekitar 5,5 mil

lepas pantai dengan kedalaman 3.000 meter .


44/126

42

Gambar Mini OTEC di Keahole Point, Hawaii

OTEC percobaan dengan daya 100 KW di Pulau Nauru, kepulauan

Pasifik, dibangun oleh TEPSCO (Tokyo Electric Power Services Company)

beroperasi dengan baik. Perusahaan tersebut merencanakan akan membangun

OTEC lagi yang tidak terapung, melainkan di tepi pantai, dengan daya yang

lebih besar yaitu 10 MW. Pembangkit itu direncanakan juga untuk dibangun di

Kepulauan Pasifik.

Selanjutnya perusahaan Global Marine mendapat tugas dari Departemen

Energi Amerika Serikat untuk mengubah tangker Chipachet menjadi suatu

anjungan terapung percobaan bagi sebuah OTEC dengan daya 1 MW. Proyek

ini dinamakan OTEC-1, dan antara lain akan menguji beberapa konsep

pemindah panas pada kondisi lapangan dan terletak juga di lepas Pantai Hawaii.

Pipa air dingin pada proyek ini terdiri atas gabungan tiga pipa polietileen (garis

tengah masing-masing 1,2 meter) dan panjang 640 meter. Tiap pipa dilalui

sebuah kabel baja yang pada ujung bawahnya dilengkapi dengan suatu beban

yang berat agar pipa itu senantiasa berada dalam posisi yang vertikal.

Kedalaman laut adalah kira-kira 1220 meter.

Suatu rencana untuk membuat proyek PLT-PL Eropa dengan daya 10

MW (OTEC-10) menggunakan anjungan yang terbuat dari beton. Juga

diguankan sistem siklus tertutup dengan amonia sebagai fluida kerja. Pipa air

dingin memiliki garis tengah 7 meter dan panjangnya 800 meter. Konsep ini

dikembangkan oleh Hollandse Betton Group (HBG) dari Belanda.Beberapa


45/126

43

proyek percobaan lain dengan daya 10 MW juga dilakukan di Jepang dan

Amerika Serikat.

Gambar Pembangunan OTEC di lepas pantai India

Di Korea Selatan, Deep Ocean Water Application Research Center (

DOWARC) dari Maritime and Ocean Engineering Research Institute (MOERI)dan Korea Institute of Ocean Science and Technologi ( KIOST ) telah

menyelesaikan untuk pemasangan proyek percobaan OTEC 20kW pada Oktober

2013 dan akan menyelenggarakan demonstrasi publik pada November 2013

setelah uji coba dan uji kinerja dasar .

Gambar 100W OTEC Mock Up


46/126

44

DOWARC, MOERI telah bekerja pada sebuah proyek nasional yang

disebut 'Development of Utilization Technology of Deep Ocean Water Energy '

sejak 2010 . Tujuan akhir dari proyek ini adalah untuk memperoleh teknologi

untuk merancang sebuah 1MW OTEC pada tahun 2016 . Untuk mencapai

tujuan tersebut , tim OTEC telah berhasil merancang dan membuat 100W

OTEC Mock-Up untuk uji per

formansi danpublic educationdi 2011 .

Desain konseptual 1MW , 10MW dan 100 MW pembangkit OTEC telah

dilakukan 2011-2012 , dan OTEC pilot plant 20kW sebagai model skala rendah

ini dirancang secara rinci oleh tim OTEC Korea yang terdiri dari 13 lembaga

nasional dan universitas pada akhir 2012. Setelah pembagian tugas, semua

bagian dikumpulkan dan dibuat pada awal Oktober 2013.

6. Potensi OTEC di Indonesia

Indonesia yang terletak pada 6LU - 1108'LS dan dari 95'BT -

14145'BT yang terbentang dari Sabang sampai Merauke, sebagian besar

wilayahnya terdiri dari perairan yakni seluas 3.257.483 km serta didukung juga

dengan letaknya yang melintasi garis khatulistiwa yang hanya mengalami dua

musim yakni musim kemarau dan musim penghujan membuat Indonesia rutin

mendapatkan sinar matahari sepanjang tahun. Lautan di wilayah Indonesia

memiliki potrensi termal 2,5 x 1023 Joule dengan efisiensi konversi energy

panas laut sebesar tiga persen, dapat menghasilkan daya sekitar 240.000 MW.

Potensi energy panas laut yang baik ini terletak pada daerah antara 6-9 derajat

lintang selatan dan 104-109 derajat bujur timur. Di daerah tersebut pada jarak

kurang dari 20 km dari pantai didapatkan suhu rata-sata permukaan laut diatas

28o C dan didapatkan perbedaan suhu permukaan dengan suhu di kedalaman

laut 1000 m sebesar 22,8oC. Dengan potensi yang demikian, konversi energy

panas laut dapat dijadikan sebagai energi alternative yang melimpah serta dapat

memenuhi kebutuhan listrik di Indonesia.


47/126

45

Gambar Persebaran panas laut di dunia

Selain itu, demografi masyarakat yang tinggal di pulau-pulau kecil atau

daerah pesisir terpencil masih belum tersentuh pengembangan infrastruktur

listrik, yang memang sulit mengembangkan pembangkit di daerah seperti itu.

Dengan pengembangan infrasturktur dan hasil sampingannya seperti ini,

diharapkan pembangunan bangsa juga dirasakan di daerah rural, dengan lebih

merata.Tipikal laut Indonesia dalam dan mempunyai perbedaan temperature

tinggi . Sehingga OTEC dapat dikembangkan di daerah selatan Pulau Sumatra,

Jawa, dan Bali untuk pengembangan dengan pasar yang besar dan hampir di

seluruh kepulauan daerah Indonesia tengah dan timur untuk menjangkau daerah

rural dengan pasar yang kecil.

Bicara tentang Energi Laut, ada banyak energi yang tersimpan dalam air

laut, laut dalam berbagai bentuk, salahsatunya OTEC. Target dan sasaran IEOS

(Institute of Ocean Energy, Saga University) meliputi peningkatan efisiensi

pembangkit listrik, sistem OTEC dengan konsep baru, pemanfaatan yang efektif

dari energi dan berbagai substansi terkait energi yang akan diperoleh daripembangkit listrik OTEC.

Indonesia memiliki panjang pantai 95.181 km,sekitar 70% memiliki

kedalaman >1000m yang merupakan sumber OTEC. Sehingga didapat area

sumber OTEC yakni 66.627 km (dari perhitungan 0,7 x 95.181 km). Apabila

diambil perhitungan jarak antar OTEC 100 MW adalah 30 km, maka prakiraan

potensi listrik dengan pembangkit listrik OTEC di Indonesia adalah :

{ 66,627 / 30 } x 100 MW= 222.089 MW


48/126

46

Dengan menggunakan kapasitas factor OTEC adalah 0,8, berarti potensi

listrik yang diproduksi Indonesia melalui OTEC adalah:

0.8 x 24 x 365 x 222 GW = 15.557.760 GWh

Sedangkan dalam perkembangannya, Agus R Hoetman memaparkan

Status OTEC di Indonesia, diawali di tahun 1983/1984, dengan kesepakatan

Joint Research On OTEC antara Netherland dan Indonesia, dimana pihak

Netherland bertanggung jawab untuk peralatan dan konstruksi sedangkan

Indonesia menyediakan lahan dan data oseanografi dimana kedua belah pihak

bersepakat untuk saling bertukar pengetahuan.

Dalam kegiatan pemetaan, ada 5 lokasi telah dijajagi, Selat Sunda, Bali

Utara, Bali Selatan, Maluku Utara, dan Nusa Tenggara yang akhirnya terpilih

Bali Utara dengan data Survey meliputi : Sea bad Conture, Sea bad

mapping, Sea water level temperatures, Salinity, Bathymetry etc dan diperoleh

bahwa average sea surface temp = 28-31oC, Deep sea temp at 500700 m = 5 -

7oC serta Plant Capacity yang direncanakan sebagai prototype = 100 kWe .

Selain itu, telah dilakukan pula kegiatan engineering mencakup Plant Basic and

Detail Design termasuk thermodynamics calculation, heat exchanger design,

Civil structures, Piping analysis, serta Electrical & Instrumentation control

system. Namun amat disayangkan, seluruh kegiatan harus berhenti di karenakan

krisis ekonomi yang cukup panjang.

Pada jangka pendek, Indonesia perlu mempercepat terwujudnya instalasi

percontohan pembangkit listrik tenaga arus laut dan gelombang laut, masing-

masing skala 1 MW keatas. Sedangkan untuk jangka menengah, OTEC perlu

dikembangkan sebagai pembangkit listrik, penyedia air mineral maupun untuk

dukungan perikanan dan ekowisata bahari. Guna persiapan kerjasama OTEC

antar Jepang dan Belanda, dalam waktu dekat akan dipelajari MoU yang sudah

ada antara Indonesia Jepang terkait ruang lingkup kegiatan yang telah

mengarah ke Industri serta tindak lanjut persiapan Kerjasama Ristek dan

Lemlitbangnya dengan IOES (Institute of Ocean Energy, Saga University) di

bidang OTEC. Di samping itu, perlu adanya perhatian dan keterlibatan dari

pemerintah yang besar untuk pengembangan dan pemanfaatan energi alternatif

dari laut tersebut, sebagai salah satu upaya menghadapi krisis energi yang

terjadi di masa kini.Satu kendala lagi adalah ketergantungan terhadap

pembangkit listrik berbahan bakar fosil. Bahkan untuk konversi BBM atau


49/126

47

batubara ke gas alam, yang cadangan dan potensinya besar di Negara ini, itupun

membutuhkan proses lama, dan masih besar keengganan untuk

mengembangkan pembangkit energi terbarukan. Solusinya memang masih

subsidi, dan subsidi sangat besar kaitannya dengan kebijakan, yang

kemungkinan tiap 5 tahun bisa berganti.

7. Kendala OTEC di Indonesia

Untuk mengubah suatu sistem ketenaga listrikan dari BBM dan Batubara

menjadi panas laut dibutuhkan biaya investasi yang sangat besar.

Efisiensi pembangkit tenaga panas laut (PLT-PL) yang masih dibawah 5

% tentu bukan merupakan kabar yang baik bagi semua pihak.

Belum ada investor yang besedia menanamkan investasinya untuk proyek

pembuatan pembangkit tenaga panas laut (PLT-PL).

Adanya gangguan alam di daerah laut atau pantai akan merugikan sistem

kelistrikan dengan teknologi panas laut.

Biaya produksi akan tinggi sehingga mau tidak mau jika pemerintah

mekakukan subsidi, maka budget APBN akan tersedot untuk biaya

subsidi.

8. Manfaat OTEC

OTEC tidak hanya mampu menghasilkan energy listrik yang merupakan

kebutuhan dfasar manusia saat ini, tetapi juga mempunyai output yang lain

sebagai berikut:


50/126

48

Gambar Skema keluaran dari OTEC

Air Conditioning

Karena perputaran air laut dalam maka dapat dihasilkan air dengan suhu

yang dingin. 41 F (5 C) air laut dingin yang disediakan oleh sistem OTEC

menciptakan kesempatan untuk menyediakan sejumlah besar pendinginan untuk

industri dan rumah di dekat pabrik. Air dapat digunakan dalam gulungan air

dingin untuk memberikan AC untuk bangunan. Diperkirakan bahwa pipa 1 kaki

(0,30 m) dengan diameter dapat memberikan 4.700 galon air per menit. Air

pada43 F (6 C) dapat memberikan lebih dari cukup AC untuk bangunan

besar. Operasi 8.000 jam per tahun sebagai pengganti listrik pendingin menjual

selama 5-10 per kilowatt-jam, itu akan menghemat $ 200,000 - $ 400,000

tagihan energi setiap tahunnya.

The InterContinental Resort and Thalasso-Spa di Pulau Bora

Bora menggunakan sistem OTEC ke-condition bangunan. Sistem ini melewati

air laut melalui penukar panas mana mendingin air tawar dalam sistem loop

tertutup. Air tawar ini kemudian dipompa ke bangunan dan langsung

mendinginkan udara.

Pada tahun 2010, Copenhagen Energy membuka pabrik pendingin

kabupaten di Kopenhagen, Denmark. Tanaman memberikan air laut dingin

untuk bangunan komersial dan industri, dan telah mengurangi konsumsi listrik

sebesar 80 persen. Samudra Thermal Energy Corporation (OTE) telah

merancang sistem ton SDC 9800 untuk sebuah resor liburan di Bahama.

Menurut perhitungan Departemen Energi Amerika Serikat, pipa

berdiameter 0,3 m dapat memompa sebanyak 0,08 meter kubik air perdetik. Jika


51/126

49

6 oC air dingin mampu dipompa oleh fasilitas OTEC, dapat digunakan untuk

mendinginkan bangunan besar. Jika sistem beroperasi selama 8000 jam dan

listrik lokal dijual seharga 5-10 sen per kWh, maka itu akan menghemat tagihan

listrik sebesar 200.000 hingga 400.000 dolar pertahun.

Budidaya perairan

Akuakultur adalah produk sampingan yang paling terkenal, karena

mengurangi biaya keuangan dan energi memompa volume besar air dari laut

dalam. Dalam air laut mengandung konsentrasi tinggi nutrisi penting yang habis

di permukaan air karena konsumsi biologis. Ini "upwelling buatan" meniru

upwellings alam yang bertanggung jawab untuk pemupukan dan mendukung

ekosistem laut terbesar di dunia, dan kepadatan terbesar kehidupan di planet ini.

Hidangan air dingin, seperti salmon dan juga lobster , berkembang dalam kaya

nutrisi, dalam, air laut. Mikroalga seperti Spirulina, suplemen makanan

kesehatan, juga dapat dibudidayakan. Air dalam-laut dapat dikombinasikan

dengan air permukaan untuk memberikan air pada suhu yang optimal.

Non-pribumi spesies seperti salmon, lobster, abalone, ikan trout , tiram ,

dan kerang bisa dibesarkan di kolam dipasok oleh air OTEC-dipompa. Ini

memperluas berbagai produk makanan laut segar yang tersedia untuk pasar di

dekatnya. Murah pendingin tersebut dapat digunakan untuk menjaga kualitas

panen ikan, yang memburuk dengan cepat di daerah tropis yang hangat. Di

Kona, Hawaii, akuakultur perusahaan yang bekerja dengan NELHA

menghasilkan sekitar $ 40 juta per tahun, sebagian besar PDB Hawaii.

Pabrik NELHA didirikan pada tahun 1993 menghasilkan anaverage dari

7.000 galon air tawar per hari. KOYO USA didirikan pada tahun 2002 untuk

memanfaatkan peluang ekonomi baru. KOYO botol air yang dihasilkan oleh

tanaman NELHA di Hawaii. Dengan kapasitas produksi satu juta botol air setiap

hari, KOYO kini eksportir terbesar Hawaii dengan $ 140 juta penjualan


52/126

50

Gambar Berbagai manfaat dari OTEC

Desalinasi

Air desalinnasi dapat diproduksi pada open cycle system atau hybrid

cycle system dengan menggunakan kondensor permukaan untuk mengubah air

laut menguap menjadi air minum. Analisis sistem menunjukkanbahwa

pembangkit 2-megawatt bisa menghasilkan sekitar 4.300 meter kubik (150.000

kaki kubik) air desalinated setiap hari. Sistem lain dipatenkan oleh Richard

Bailey menciptakan air kondensat dengan mengatur aliran air laut dalam melalui

kondensor permukaan berhubungan dengan fluktuasi suhu titik embun. Sistem

kondensasi tidak menggunakan energi tambahan dan tidak memiliki bagian

yang bergerak.

Produksi hidrogen

Hidrogen bisa diproduksi lewat elektrolisis menggunakan listrik yang

dihasilkan OTEC. Air hasil disalinasi dapat dimanfaatkan sebagai medium

elektrolisis dengan penambahan bahan lain untuk meningkatkan efisiensi.

Ekstraksi mineral

Sejak dulu diketahui bahwa laut mengandung banyak sekali mineral

terlarut yang dapat dimanfaatkan, misalnya magnesium, namun mahalnya biaya

pemompaan dibandingkandengan hasilnya membuat kegiatan tersebut tidak

berlangsung secara besar-besaran. Dengan adanya fasilitas OTEC, ekstraksi

mineral air laut dalam dapat dilakukan sambil memproduksi70 persen dari garis

pantai di Tanah Air berpotensi untuk pengembangan teknologi pengolahan


53/126

51

perbedaan suhu laut menjadi energi listrik atau OTEC (Ocean Thermal Energy

Conversion).Hampir di sepanjang pantai di Tanah Air dapat dikembangkan

teknologi OTEC.Dari 70 persen garis pantai itu dengan pemanfaatan teknologi

itu berpotensi menghasilkan 222 giga watt.Melihat potensi yang besar itu, pihak

Jepang tertarik untuk membangun pembangkit listrik menggunakan OTEC. Hal

itu dikarenakan di negara Matahari Terbit tersebut hanya sedikit kawasan

pantainya yang bisa dimanfaatkan untuk pembangunan pembangkit listrik

dengan OTEC.Ketua Tim Studi Kelayakan OTEC di Indonesia itu menjelaskan,

banyak keuntungan memanfaatkan OTEC, salah satunya adalah litium. Litium

itu berasal dari air buangan hasil pengolahan air laut. Litium itu merupakan

bahan dasar batere mobil di Jepang.Beberapa tahun lagi di negera itu kendaraan

roda empat tidak lagi menggunakan bahan bakar namun memakai batere dari

bahan dasar litium. Hal itu bisa membuat Indonesia menjadi pemasok litium

terbesar ke Jepang jika OTEC dimanfaatkan secara maksimal.Pemanfaatan

panas bumi merupakan prioritas pertama pengembangan energi baru di

Indonesia untuk saat ini, karena potensinya besar .potensi panas bumi di Tanah

Air kami di perkirakan mencapai 26.000 mega watt namun baru 1.200 mega

watt yang dimanfaatkan dengan baik, sehingga masih banyak kandungan panas

bumi yang belum terolah dengan baik

9. Keuntungan dan Kerugian OTEC

Keuntungan

Tidak menghasilkan gas rumah kaca ataupun limbah lainnya.

Tidak membutuhkan bahan bakar.

Produksi listrik stabil.

Dapat dikombinasikan dengan fungsi lainnya: menghasilkan air pendingin,

produksi air minum, suplai air untuk aqua culture, ekstraksi mineral, dan

produksi hidrogen secara elektrolisis.

Kerugian

Belum ada analisa mengenai dampaknya terhadap lingkungan.

Jika menggunakan amonia sebagai bahan yang diuapkan menimbulkan

potensi bahaya kebocoran.

Efisiensi total masih rendah sekitar 1 persen-3 persen

Biaya pembangunan tidak murah.


54/126

52

TASH

TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL


55/126

53

C. Turbin Angin Sumbu Horizontal

Dinamakan turbin angin bersumbu horisontal karena memiliki poros rotasi yang

horisontal, atau dengan kata lain sejajar dengan arah tiupan angin. Jenis poros

harisontal/datar ini bisa berupa turbin angin maupun kincir angin dengan sudu yang

terbuat dengan profil pelat lengkung, layar, atau pun propeller. Rotor pelat lengkung

dan layar banyak digunakan untuk koncir angin dengan jumlah sudu yang lebih

banyak untuk mendapatkan torsi yang lebih besar, namun putaran rotor yang

diperoleh relatif rendah, juga efisiensinya relatif rendah. Jenis turbin angin poros

harisontal yang memiliki unjuk kerja yang lebih baik adalah dengan rotor sudu tipe

propeller. Jenis rotor propeller dengan sudu propoler 3 bilah yang paling optimum,

sehingga banyak turbin angin poros data menggunakan sudu 3 bilah, mulai kapasitas

kecil kelas watt sampai dengan kapasitas MegaWatt.

Kelebihan lainya adalah turbin angin dapat ditempatkan di ketinggian yang

diinginkan, karena secara umum bahwa semakin tinggi penempatan turbin angin akan

semakin tinggi energi yang dapat dihasilkan.

Jenis Turbin Angin Menurut Jumlah Sudu

3-blade Wind Turbine 2-blade Wind Turbine 1-blade Wind Turbine


56/126

54

1. Komponen dalam Turbin Angin Sumbu Horizontal

Secara umum, konfigurasi utama turbin angin poros datar terdiri dari;

rotor (blade dan hub), nasel/nacelle, generator, transmisi gearbox, kopling dan

rem, system orientasi (yaw system), tower , system control dan pondasi, sepertidiperlihatkan pada gambar atas. Di bawah ini merupakan bagian-bagian utama

dan fungsinya dari turbin angin bersumbu horisontal:

a.

Sudu (Blade /Baling-baling)

Rotor trubin angin yang terdiri dari baling-baling/ sudu dan hub

merupakan bagian dari turbin angin yang berfungsi menerima energi kinetik

dari angin dan merubahnya menjadi energi gerak (mekanik) putar pada

poros penggerak. Pada sebuah turbin angin, baling-baling rotor dapat

berjumlah 1, 2, 3 atau lebih.

b.

Rotor Hub

Hub merupakan bagian dari rotor yang berfungsi menghubungkan

sudu denga shaft (poros) utama.

c.

Kontrol Pitch Sudu

Salah satu tipe rotor adalah dengan sudu terpasang variable yang

dapat dirubah sudut serangnya dengan mengatur posisi sudut serang sudu

terhadap arah angin bertiup. Rotor dengan mekanisme demikian disebut


57/126

55

dengan rotor dengan pitch sudu variable. Tidak semua turbin angin

menggunakan tipe rotor dengan sudut sudu variabel.

d.

Rem dan Kopling

Rem berfungsi untuk menghentikan putaran poros rotor yang

bertujuan untuk keamanan atau pada saat dilakukan perbaikan. Sedangkan

kopling berfungsi untuk memindahkan daya poros ke transmisi gearboks

atau langsung ke generator, dengan meredam getaran dari poros rotor serta

sebagai salah satu sarana meluruskan sambungan (alignment).

e. Poros Rotor putaran rendah

Poros rotor berfungsi untuk memindahkan daya dari rotor ke

generator , dapat secara langsung maupun melalui mekanisme transmisi

gearboks.

f. Transmisi

Pada umumnya transmisi di turbin angin berfungsi untuk

memindahkan daya dari rotor ke generator dengan dipercepat putaranya.

Hal ini diperlukan karena umumnya putaran rotor berotasi pada putara

rendah , sementara generatornya bekerja pda putara tinggi.

g.

Generator

Generator merupakan komponen terpenting dalam sistem turbin

angin, dimana fungsinya adalah merubah energi gerak (mekanik) putar pada

poros penggerak menjadi energi listrik. Tegangan dan arus listrik yang

dihasilkan oleh generator dapat berupa alternating current (AC) maupun

direct current (DC) dan tegangan out putnya dapat dari tegangan rendah (12

volt) atau sampai tegangan 680 volt atau lebih.

h. Kontrol Yawing

Pada turbin angin yang relative besar, umumnya sudah menggunakan

system geleng aktif (active yawing system), yang digerakkan oleh motor

servo. Kontrol yawing disini berfungsi menerima input dari sensor

anemometer (mendeteksi kecepatan angin) dan wind direction (mendeteksi

perubahan arah angin), dan memberikan komando kepada motor servo

untuk membelokkan arah shaft turbin angin dan juga memberikan unputan

kepada kontrol pitch.


58/126

56

i. Anemomater Sensor

Anemometer berfungsi untuk mendeteksi/mengukur kecepatan angin,

sebagai inputan kepada system control untuk mengendalikan operasional

pada kondisi optimum.

j. Wind Direction Sensor

Wind direction er berfungsi untuk mendeteksi perubahan arah angin

angin, sebagai inputan kepada system control untuk mengendalikan

operasional pada kondisi optimum.

k.

Nasel (Nacelle)

Fungsi nasel adalah untuk menempatkan dan melindungi komponen-

komponen turbin angin, yaitu : generator, gearbox, kopling, rem , kontrol ,

system geleng (yawing system).

l. Poros Rotor putaran tinggi

Poros rotor putaran tinggi berfungsi untuk memindahkan daya dari

gearboks ke generator.

m. Roda gigi sistem geleng (Yaw drive)

Fungsi yaw drive adalah untuk menempatkan komponen turbin angin

yang berada diatas menara menghadap optimal terhadap arah angin bertiup

mengikuti perubahan arah angin.

n. Motor servo (Yaw motor)

Fungsi motor yaw adalah untuk menggerakan yaw drive untuk

menempatkan komponen turbin angin yang berada diatas menara

menghadap optimal terhadap arah angin bertiup mengikuti perubahan arah

angin.

o. Menara / Tower

Menara merupakan tiang penyangga yang fungsi utamanya adalah

untuk menopang rotor , nasel dan semua komponen turbin angin yang

berada di atasnya. Menara dapat berupa tipe latis (lattice) atau pipa

(tubular), baik yang dibantu dengan penopang tali pancang maupun yang

self supporting.

2. Penyimpan energi (baterai)

Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari

angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak menentu. Oleh

karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai back-up


59/126

57

energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat meningkat atau

ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan

permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu

menyimpan sebagian energi yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada

saat turbin angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat

menurun.

3. Prinsip Kerja Pembangkitan Listrik Tenaga Angin

Suatu pembangkit listrik dari energi angin merupakan hasil dari

penggabungan dari bebrapa turbin angin sehingga akhirnya dapat menghasilkan

listrik.

Cara kerja dari pembangkitan listrik tenaga angin ini yaitu awalnya energi

angin memutar turbin angin. Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu

diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin.

Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan

elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material

ferromagnetik permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang

bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop.

Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada

stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan

dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan

melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat.

Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC

(alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal.

Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat

dimanfaatkan.


60/126

58

Gambar Ilustrasi Prinsip Kerja Turbin Angin Sumbu Horizontal

4. Pengontrol Instrumentasi Turbin Angin Sumbu Horizontal

Pengontrolan instrumentasi yang diterapkan pada turbin angin adalah :

a.

Cut out speed

Adakalanya saat turbin berputar dengan terlalu cepat dari kecepatan

turbin maksimal. Disaat ini angin yang melalui turbin justru malah ditolak

oleh turbin. Sehingga turbin mengalami perlambatan kecepatan sehingga

energi yang dihasilkan oleh pembangkit listrik lebih rendah dari energi

optimum yang dapat dihasilkan.Oleh karena itu, pengontrolan kecepatan

angin diperlukan dengan cara cut out speed. Pengertian cut out speed ialah

kecepatan dimana turbin angin akan mengurangi kekuatatannya untuk

melindungi dirinya dari kecepatan angin yang berlebih. Kebanyakan pada

turbin angin kecil hal ini dilakukan dengan cara memasang ekor sehingga

dapat mengelak dari angin.

b.

Cut in speed

Pembangkit listrik tenaga turbin memiliki syarat kecepatan minimum

untuk dapat menghasilkan energi. Adakalanya pada saat tertentu, kecepatan

angin terlalu rendah untuk dapat memutar turbin yang dapat menghasilkan

energi. Walaupun pembangkit listrik sudah dipasang di daerah yang


61/126

59

memiliki potensi angin baik. Oleh karena itu, pengontrolan instrumentasi

diperlukan dengan cara cut in speed. Cut in speed ialah penambahan

kecepatan perputaran turbin. Dengan cara ini pembangkit listrik tenaga

angin dapat dipertahankan energi optimumnya.

c. Kecepatan Rencana (Roted Speed)

Kecepatan angin yang diperlukan agar sebuah turbin angin mencapai

daya rencana (umumnya disebut daya nominal). Mulai pada kecepatan ini

daya yang dihasilkan pada berbagai kecepatan sebelum mencapai Cut-In,

adalah konstan. Kecepatan rencana sebuah turbin adalah kecepatan angin

dimana turbin tersebut menghasilkan daya terpasang, yakni yang tertulis

pada data teknis. Nilai ini bervariasi antara 9.015 m/s

5. Syarat Angin untuk PLTB

Tidak semua jenis angin dapat digunakan untuk memutar turbin

pembangkit listrik tenaga bayu / angin. Untuk itu berikut akan dijelaskan

klasifikasi dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi

listrik.

Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas

maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi

listrik


62/126

60

6. Keuntungan dan Kerugian Turbin Angin Sumbu Horizontal

Keuntungan

-

Pitch sudu turbin dapat diubah-ubah.

- Menara yang tinggi dapat memperoleh angin yang lebih kencang.

- Penggunaan menara menyebabkan turbin dapat ditempatkan di dataran yang

tidak rata, atau bahkan di atas laut.

-

Dapat ditempatkan di atas garis pepohonan di hutan.

Kerugian

-

Sulit beroperasi di dekat permukaan tanah.

- Sulit mentransportasikan bilah sudu yang panjang.

- Pemasangan sulit.

-

Mengganggu sinyal radar.

- Bila dipasang di laut, sebaiknya di laut yang dangkal.


63/126

61

PLTPSPEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PASANG SURUT


64/126

62

D. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PASANG SURUT

1. Pengertian Pasang Surut

Menurut Pariwono (1989), fenomena pasang surut diartikan sebagai naik

turunnya muka laut secara berkala akibat adanya gaya tarik benda-benda

angkasa terutama matahari dan bulan terhadap massa air di bumi. Sedangkan

menurut Dronkers (1964) pasang surut laut merupakan suatu fenomena

pergerakan naik turunnya permukaan air laut secar

Makalah Full

Documents

Transcript of Makalah Full