Elektrik, Elektrik Hibrid dan Pembakaran Mesin Mobil yang Dikendarai, serta Dampaknya untuk Lingkungan

eovsk Zdenk CZECH TECHNICAL UNIVERSITY IN PRAGUE

Technick 2 Prague, Czech republic

Tel +00420/224 352 157 Fax +420/233339972

E-Mail cerovsky@fel.cvut.cz URL http://www.fel.cvut.cz

Mindl Pavel CZECH TECHNICAL UNIVERSITY IN PRAGUE

Technick 2

Prague, Czech republic Tel +00420/224 352 153

Fax +420/233339972 E-Mail mindl@fel.cvut.cz

URL http://www.fel.cvut.cz

Diterjemahkan oleh: Nama : Ester Nugraheny Natalia Purba NPM : 1206243085 Mata Kuliah : Topik Khusus Tenaga Listrik

Penghargaan: Penelitian ini didukung oleh Pusat Riset Pembakaran Mesin dan Teknologi Automobil

Kata kunci: Aplikasi otomotif, Pengendalian penggerak, Lingkungan

Abstrak: -Sebagai perbandingan kendaraan dari pandangan produksi gas rumah kaca, sangat penting untuk memperhatikan produksi gas rumah kaca dari kendaraan itu sendiri serta jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk pembakaran mesin internal atau energi dari kendaraan listrik. Perlakuan ini dinilai objektif. Makalah ini menunjukkan hasil simulasi dari produksi emisi CO2 yang diproduksi dari berbagai tipe penggerak mobil. Meskipun

kendaraan listrik diasumsikan sebagai kendaraan bebas emisi, disini akan dibahas mengenai jejak CO2 dalam sumber dan teknologi produksi energi listrik (pencampuran energi listrik). Dalam makalah yang lain, berjudul Hybrid Electric Cars with Combustion Engine berisi perbandingan penggerak mobil. Sedangkan makalah ini membandingkan antara mobil listrik dengan pembakaran mesin mobil.

1. Pendahuluan Gambar 1. Perkiraan pertumbuhan populasi di bumi

Ekspansi kepadatan mobil membawa permasalahan lingkungan serius yang diakibatkan oleh emisi gas dan konsumsi bahan bakar. Emisi gas rumah kaca membawa permasalahan lingkungan, terutama di kota besar. Perkiraan pertumbuahn penduduk bumi ini dapat dilihat pada gambar 1. Akan tetapi, perkiraan pertumbuhan mobil akan bertambah lebih besar. Perkiraan pertumbuhan mobil di seluruh bumi ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Perkiraan pertumbuhan mobil di bumi

Produksi gas rumah kaca akan dipengaruhi oleh data-data pertumbuhan ini. Total produksi gas rumah kasa di bumi, dari berbagai sumber ditunjukkan oleh gambar 3. Grafik ini menunjukkan produksi gas CO2, yang menjadi bagian dari gas rumah kaca. Apabila tren ini terus berlanjut hingga masa depan, maka dapat disimpulkan bahwa

adalah kewajiban kita semua untuk membuat regulasi mengenai perkembangan berbahaya ini.

Gambar 3. Total produksi gas CO2

Permasalahan ini sangat serius sehingga didiskusikan hingga ke tahap internasional. Tabel 1 menunjukkan bahwa transportasi dan produksi energi rata-rata adalah setengah dari total produksi CO2.

Tabel 1. Produksi CO2 di Eropa oleh berbagai aktivitas manusia

Sedangkan gambar 4 menunjukkan rata-rata temperatur global yang diukur selama 120 tahun. Tren suhunya tidak dipertanyakan, tetapi nilai absolutnya menunjukkan bahwa suhu rata-rata bumi naik selama 120 tahun sebanyak 0,70C. Hal ini mengakibatkan ketidakpercayaan antara publik, ekonomi, dan politik.

Gambar 4. Kenaikan suhu rata-rata bumi selama 120 tahun

Tetapi observasi lain seperti cairnya gletser secara massal sehingga mengkibatkan naiknya permukaan laut menunjukkan bahwa suhu global sedang meningkat. Pertanyaan pemicu lainnya adalah: apakah yang menyebabkan naiknya suhu bumi? Ada dua alasan yang menjadi jawaban:

a. Naiknya suhu ini merupakan perubahan iklim yang alamiah antara siklus gletser.

b. Naiknya suhu disebabkan oleh aktivitas manusia. Dua alasan ini yang terus didiskusikan selama bertahun-tahun. Konsensus

ilmiah masa kini setuju bahwa naiknya temperatur yang terjadi setelah perang dunia II disebabkan oleh aktivitas manusia.

Kesimpulan secara enjinir adalah: kenaikan suhu ini berbahaya. Nilai yang terukur sangat tinggi menunjukan bahwa sangatlah tidak bertanggungjawab apabila kita mengabaikan isu ini. Perubahan iklim dan naiknya suhu telah terjadi dan menunjukan tantangan terbesar dalam bidang lingkungan, sosial, dan ekonomi. Mungkin tidak bijaksana juga apabila kita menyimpulkan penyebab perubahan ini adalah produksi emisi manusia saja. Namun demikian, sangat jelas bahwa publik mempunyai otoritas ilmiah dan ekonomi dalam mencegah masalah ini semakin buruk.

Oleh sebab itu, sangat beralasan apabila solusi yang ditawarkan dan menjadi prioritas adalah mengurangi emisi karbon. Tantangan kita adalah untuk menemukan solusi di bidang transportasi. Teknologi transportasi listrik dan hibrid menawarkan kemungkinan tersebut.

2. Produksi CO2 total oleh kendaraan konvensional dan kendaraan listrik. Sebagai perbandingan, digunakan makalah Hybrid Electric Cars with

Combustion Engine. Makalah tersebut membandingkan antara mobil listrik dengan pembakaran mesin penggerak mobil. Ketika membicarakan produksi CO2 oleh kendaraan, biasanya hanya kendaraan tersebut yang dicatat datanya. Namun sangat penting untuk diperhatikan juga mengenai jumlah CO2 yang dihasilkan untuk menghasilkan pembakaran mesin. Kita juga perlu menambahkan perhatian pada produksi CO2 yang dihasilkan ketika kendaraan listrik pada saat pengisian listrik. Jumlah ini diproduksi pada suatu tempat selain jalanan di kota. Perlakuan ini dinilai objektif. Dari pandangan ini, kendaraan tidak akan mungkin ada tanpa produksi gas rumah kaca. Pada kenyataannya, sangat penting untuk menentukan berapa jumlah CO2 yang diproduksi setiap perjalanan 100 km. Hanya makalah yang memberikan data tersebut yang dapat

secara objektif memberikan solusi untuk transportasi masa depan. Makalah ini akan melakukan tahapan pertama dalam arahan tersebut.

Situasi mobil listrik dan mobil hibrid saat ini agak sedikit kompleks. Alasannya adalah fakta bahwa teknologi yang berbeda memberikan jumlah produksi CO2 yang berbeda untuk tiap satu kWH. Hal ini ditunjukkan pada tabel II.

EU Mix berarti perpaduan antara berbagai stasiun pengisian daya di EU. Electricity mix di Austria lebih rendah dibandingkan produksi CO2 karena berisi lebih banyak stasiun daya berbasis hidro. Sekarang kita akan membandingkan mobil listrik dengan mobil biasa dengan pembakaran mesin internal (ICE). Biasanya 15-20 kWH diperlukan untuk menghasilkan energi listrik untuk setiap 100 km.

Gambar 5. Perbandingan produksi CO2 pada berbagai jenis kendaraan

Pada kasus mobil ICEdengan konsumsi 71 petrol/km atau 51 petrol/km kita membutuhkan setara dengan 60 kWH/100km atau 43 kWH/100 km. Total produksi CO2 yang diperlukan untuk tiap 1 km ditunjukkan pada gambar 5 dimana diperlukan 30g CO2 untuk menyatakan produksi emisi. Jumlah CO2 ini penting untuk memperoleh jumlah bahan bakar ICE dan menyalurkannya ke dalam tangki mobil. Dalam kasus mobil listrik, konsumsi energi yang dihitung sebesar 20kWH/100 km. Sumber yang berbeda (electric energy mix) digunakan dalam perhitungan pengisian daya.

Gambar 6. Siklus baru pengendaraan di Eropa

Sekarang kita akan membandingkan contoh lain pada mobil listrik jenis EVE-Smart. Berat mobil ini adalah sebesar 915 kg dan kebutuhan energi totalnya (menurut New European Driving Cycle) sebesar 1.159 kWh (berarti sekitar 13 kWh/100km). Grafik NEDC ditunjukkan pada gambar 6. Diagram tersebut menunjukkan kecepatan terhadap konsumsi bahan bakar yang diperlukan di Uni Eropa. Sekarang kita kalkulasikan dengan CO2 dalam g/km yang diproduksi pada berbagai negara di Uni Eropa untuk mengisi daya pada baterai Smart 1. Hasilnya ditunjukkan pada tabel III.

Keuntungan dari mobil listrik sudah cukup terbukti. Mobil listrik membawa kemungkinan baru untuk mengurangi produksi CO2 di bumi ini. Meskipun demikian, kerugian mobil listrik setidaknya ada dua. Pertama, dibutuhkan operasi rating yang ketat dalam satu baterainya. Yang kedua adalah, dibutuhkan waktu pengisian daya yang cukup lama.

3. Penutup Setiap kendaraan menghasilkan gas rumah kaca baik di jalan maupun pada

stasiun pembangkit listriknya. Kendaraan tersebut juga menambah CO2 pada produksi bahan bakar untuk jenis ICE atau mobil listrik dalam hal pengisisan daya. Produksi gas

rumah kaca dan konsumsi sumber daya energi dunia saat ini menjadi masalah serius. Simulasi dilakukan dengan cara membuat model matematika dari kendaraan elektrik yang berbeda dan dibandingkan dengan mobil konvensional. Gas emisi dari mobil listrik dipengaruhi dari teknologi yang digunakan pada pembangkit listrik yang digunakan untuk pengisian baterai. Hasilnya bervariasi antara 130 sampai 50g CO2/ km. Keuntungan mobil listrik cukup terbukti. Mobil listrik membawa kemungkinan baru untuk mengurangi produksi CO2.

4. Referensi [1] Kyoto protocol International agreement adopted on 11 December 1997 in Kyoto, Japan.

[2] European Environment Agency. [3] Leitinger C., Schuster A., Brauner G.: Energy demand and charging strategies of battery electric vehicles. IAFM Geneva 2009, Swiss. [4] eovsk Z., Mindl P.: Rozvoj elektromobility a ekologie (Influence of Electromobility on Oecology), Conference Auto Sympo, International exhibition Autotec-Autosalon Brno 8.6.2009, Czech Republic [5] Vvra J., Macek J., Takts M., eovsk Z. : Simple Tank-to-Wheels Analysis Tool for Future Vehicle Powertrains, Journal of KONES Internal Combustion Engines, 2008, vol. 15, no. 1, p. 525-534. ISSN 1231-4005. [6] Charles Botsford1, Adam Szczepanek: Fast Charging vs. Slow Charging: Pros and con for the New Age of

Electric Vehicles.

EVS24, Stavanger, Norway, May 13-16, 2009 [7] Beccu, KlausD.,Ph.D.:The future energy system for Hybrid Electric Vehicles NiMH and/or Li-ion ? IAFM Geneva 2009, Swiss [8] Mierlo J., Maggeto G.: Innovative iteration algorithm for a vehicle simulation program, IEEE transactions

on vehicular technology. Vol 53 (2). Pg 401-412. MAR 2004 [9] Z. eovsk, P.Mindl, S. Flgl, Z. Halmka and P. Hanu: Power Electronics in Automotive Hybrid Drives,

10th International Electronics and Motion Control Conference EPE-PEMC Cavtat- Dubrovnik Croatia, September 2002, ISBN 953-184-047-4 [10] T. Denton : Automobile Electrical and Electronic Systems, SAE International ISBN 0 340 73195 8. [11] Michael H.Wesbrook: The Electric and Hybrid Electric Car, The Institution of Electrical Engineers, 2001, London [12] Lettl, J., Flgl, S.: Matrix Converter in Hybrid Drives. Proceedings of 8th International Conference

Problems of Present-day Electrotechnics PPE 2004, vol. 3, pp. 77-80, Ukraine, Kyiv, June 7-10, 2004, ISSN

0204-3599. [13] eovsk Z., Mindl P.: Super-capacitor in hybrid drive. International Symposium on Electric Machinery in

Prague, ISEM 2003 , str. 110-111, ISBN 80-01- 02828-3

[14] Zdenek,J.: Vibrationless Drive Controller Software Design. Proc.of XI.int.symp. ISEM2003. Sept.2003.

Prague, pp.158-165. [15] eovsk,Z.- Mindl,P.: Hybrid Drive with Super-capacitor Energy Storage, FISITA Conference Barcelona. F193m 2004. [16] eovsk Z., Mindl P.: Efficiency of Hybrid Electric Vehicle Powertrain using Electric Power-Splitting

Synchronous Generator with Permanent Magnets. IPEC-Niigata 2005 [17] Mildorf M.: Mathematical model of a drive and fuel consumption of hybrid vehicle. Diploma thesis. 2007, Czech Techn. Uni. Prague. Faculty of El.Eng.

[18] Simkova L.: Mathematical model of hybrid car. Bachelor thesis 2004. Czech Techn.Uni. Prague. Phaculty

of El.Eng.

[19] undev, D. - eovsk, Z. - Mindl, P.: Modeling of the Hybrid Electric Drive with an Electric Power

Splitter and Simulation of the Fuel Efficiency. In EPE 2009 [CD-ROM]. Brussels: EPE Association, 2009. [20] eovsk Z.,-Mindl P.: Hybrid Electric Cars, Combustion Engine driven cars and their Impact on

Environment. SPEEDAM 2008 International Symposium, IEEE Catalog Number CFP0848A, ISBN:978 1 4244 1664 6. [21] http://en.wikipedia.org/wiki/New_European _Driving_Cycle