1

A. JUDUL

Perencanaan dan Realisasi Pembangkit Listrik

Tenaga Gelombang Laut Sistem Mekanik

B. LATAR BELAKANG

Kebutuhan listrik Indonesia diperkirakan

mengalami kenaikan 6-7% setiap tahunnya. Kenaikan

konsumsi listrik menambah beban APBN Indonesia 2012

mencapai 65 triliun untuk subsidi listrik, berdasarkan

berita dari Jakarta Post Online. Harian Kompas (29 Oktober

2010) menyebutkan bahwa 400 dari total 440 pulau

berpenghuni di Provinsi Maluku dan Maluku Utara belum

teraliri listrik. 40 pulau diantaranya sudah dialiri

listrik dengan rata-rata layanan listriknya hanya 6-12

jam sehari. Selain disebabkan oleh pendanaan yang

besar, kondisi alam khususnya masyarakat pantai dipulau

pedalaman yang tidak terdapatnya aliran arus sungai

sebagai syarat untuk mendirikan PLTA sebagai pembangkit

yang dinilai ekonomis akan terhambat dalam

pembuatannya. Guna mengatasi masalah tersebut

diperlukan energi alternatif memiliki nilai ekonomis

dan sesuai dengan kondisi alam wilayah di Indonesia

yaitu gelombang laut.

Gelombang laut merupakan renewable resource energy

dipandang sangat berpotensi, ekonomis dan mudah

ditemukan di wilayah Indonesia. Selain itu, sumber

energi gelombang laut yang paling penting adalah sangat

2

sesuai dengan lingkungan karena tidak menghasilkan

polusi atau emisi (Nielsen, 2006). Hal tersebut

seharusnya memberikan dorongan agar negara melakukan

penelitian dan pengembangan sebagai sumber pembangkit

listrik tenaga gelombang laut (PLTGL). Contoh dari

pembangkit listrik tenaga gelombang laut adalah

Oscilating Converter Wave (OCW) yaitu pembangkit yang

mengubah energi gelombang laut menjadi energi listrik

menggunakan kolom osilasi (Wijaya, 2010). Akan tetapi

dalam pembuatan dan pendesainya diperlukan dana yang

besar dalam perancangannya. Tahun 2004 untuk membangun

pembangkit listrik tenaga gelombang laut yang

menghasilkan 100-1,5 MW diperkirakan 2.5 hingga 3 sjuta

(dollar), seperti Namibia, dan Rhode Island (Burman and

Andy, 2009). Maka diperlukan pembangkit listrik tenaga

gelombang laut dengan sistem yang relatif lebih

ekonomis yaitu PLTGL sistem pedulum.

Pembangkit listrik tenaga gelombang laut sistem

pedulum merupakan konverter energi gelombang laut

menjadi energi listrik yang putaran generatornya

berbasis pedulum (Utomo, dkk. 2008). Berdasakan

Indonesian Proud penelitian pertama PLTGL, dilakukan

oleh Zamrisyaf di Sumatra barat yang menggunakan

prinsip sistem bandul sebagi mesin konversi sebelum

menggerakkan turbin. Selain itu juga, telah dilakukan

penelitian tentang PLTGL yang mengintegrasikan pedulum

dengan sistem hidrolik atau piston kompresor (Musriyadi

3

; Ogai, et. al., 2010). Akan tetapi rancangan sistem

tersebut cukup rumit sehingga diperlukan inovasi untuk

menyederhanakannya. Inovasi yang diusulkan yaitu

perancangan pembangkit listrik tenaga gelombang laut

sistem mekanik.

C. PERUMUSAN MASALAH

Merealisasikan dan mengoptimalkan mesin konversi

berupa bandul fisis dan sistem turbin yang memutar

generator pembangkit listrik tenaga gelombang laut

sistem mekanik yang sesuai dengan dinamika gelombang

laut.

D. TUJUAN

Secara umum penelitian ini, bertujuan untuk

membuat prototipe pembangkit listrik tenaga gelombang

laut sistem mekanik. Solusi untuk merealisasikannya

diperlukan :

1. Desain awal pembangkit listrik tenaga gelombang

laut yang didukung dengan studi pustaka dinamika

gelombang dan juga merujuk penelitian PLTG sistem

pedulum (bandul).

2. Menyusun dan merumuskan persamaan matematis mesin

konversi yang berupa persamaan gerak dari bandul

fisis dan sistem turbin (hubungan roda-roda)

menggunakan metode Langrange.

4

3. Mencari solusi persamaan matematis bandul fisis

dan sistem turbin melalui penerapan metode komputasi

Poligon.

4. Menggambarkan model berdimensi dan ukuran komponen

dasar, serta membuat pembangkit skala laboratorium.

5. Menguji dan melakukan perbandingan antara hasil

pengujian dengan teori untuk memperoleh nilai error

(kesalahan).

E. LUARAN YANG DIHARAPKAN

Keberhasilan diharapkan mampu merealisasikan

pembangkit listrik yang sesuai dengan kondisi

fluktuatif gelombang laut, sehingga dapat membantu

permasalahan kebutuhan listrik di pulau pedalaman.

Selain itu, diharapkan dapat dipubikasikan sebagai

jurnal nasional dan internasional.

F. KEGUNAAN

1. Membantu pemenuhan energi listrik bagi wilayah-

wilayah yang belum terpenuhi pasokan listriknya,

khususnya wilayah pedalaman yang dekat dengan daerah

pantai.

2. Dihasilkan formula matematis yang mampu

memprediksi ukuran dan dimensi komponen dasar PLTGL

sistem mekanik skala labolatorium.

G. TINJAUAN PUSTAKA

5

Penelitian ini akan lebih memfokuskan mesin

konverter berupa bandul fisis dan sistem turbin

pembangkit listrik tenaga gelombang laut. Akan tetapi,

diperlukan pengetahuan dasar mengenahi fenomena fisis

berupa dinamika gelombang laut. Hal ini, dikarenakan

untuk menjelaskan alur dasar dari transfer dan konversi

energi sehingga dapat menghasilkan listrik.

Dinamika gelombang laut umumnya dipengaruhi oleh

energi angin yang berhembus di atas permukaan air

sehingga memindahkan energinya ke air. Penyebab

terbentuknya gelombang laut bersal dari transfer energi

dari pergerakan angin. Permukaan air yang semula

tenang timbul riakan–riakan gelombang diakibatkan oleh

transfer energi. Penambahan kecepatan angin

menghasilkan riakan yang semakin besar, dan apabila

angin berhembus terus menerus akhirnya akan terbentuk

gelombang. Semakin lama dan semakin kuat angin

berhembus, semakin besar gelombang yang terbentuk.

Gelombang laut menimbulkan sebuah gerakan pada lapisan

permukaan laut secara bolak bailk tanpa henti-hentinya

(Azis, 2006). Pola gerakan gelombang laut membentuk

pola gelombang sinus :

6

Gambar.1 Gelombang laut secara sederhana (Azis, 2010).

Akibat adanya pergerakan gelombang, diperoleh energi

total yang terdiri energi potensial dan kinetik

dihasilkan oleh perpindahan muka air. Besarnya energi

ini, dapat dirumuskan melalui persamaan (Wijaya,

2010) :

Etotal=12w.ρ.g.A2λ

(1),

ρ merupakan massa jenis air laut (kg/m3), A =

amplitudo, λ panjang gelombang, w = lebar gelombang

dan g dalaha gravitasi bumi. Energi yang dirambatkanoleh gelombang laut dapat dikonversikan menjadi energi

listrik dengan membuat pembangkit listrik tenaga

gelombang laut (PLTG).

7

Pembangkit listrik tenaga gelombang laut terdiri

atas 3 komponen utama; mesin konversi, turbin dan

generator. Adapun skema kerja dari sistem PLTGL pada

Gambar.2.

Gambar. 2 Skema pembangkit listrik tenaga gelombang

laut (Wijaya , 2010).

Gelombang laut yang bergerak membawa energi yang

dikonversi oleh mesin konversi menjadi energi kinetik

sebagai pemutar sistem turbin, sedangkan turbin memutar

generator untuk menghasilkan energi listrik melalui

energi mekanik (Wijaya, 2010).

Mesin konversi pembangkit listrik tenaga

gelombang laut sistem mekanik adalah bandul fisis.

Pemanfaatan bandul fisis sebagai konverter gelombang

laut didasarkan oleh kajian fisika bahwa bandul dapat

berosilasi mengikuti gerakan gelombang laut. Hasil pola

8

osilasi bandul adalah gelombang sinus sama dengan pola

gelombang laut :

Gambar. 3 Pola gerakan berulang dari pedulum.

Penelitian PLTGL sistem bandul telah dilakukan,

dan mengalami perkembangan, yaitu pengintegrasian

bandul dengan komponen lain, yaitu dengan sistem

hidrolik ataupun dengan piston . Tujuan integrasi ini,

pada umumnya sama yaitu mesin konversi dapat bekerja

secara efisien ( Musriyadi ; Ogai, 2010) sehingga

generator akan menghasilkan energi yang lebih optimal.

Dari beberapa penelitian ini, selanjutnya dilakukan

proses pengkajian dan diperoleh inovasi berupa

pembangkit listrik tenaga gelombang laut sistem

mekanik.

1. Mesin Konversi dan Sistem Turbin PLTG Sistem

Mekanik

Pembangkit listrik tenaga gelombang laut sistem

mekanik merupakan pembangkit listrik memanfaatkan

sistem bandul dan sistem turbin tanpa dilakukan

9

integrasi dengan komponen yang lain. Sistem turbin yang

dimaksudkan adalah hubungan roda-roda (sistem roda).

Sistem roda ini, terdiri dari roda serantai dan

seporos. Sistem serantai yaitu sistem yang memindahkan

gerak menggunakan ban penghubung atau rantai.

Gambar.4 Sistem roda serantai (Tippler, 1991).

Pada sistem ini roda pembangkit akan memiliki karakter

kelajuan liniernya sama, sedangkan kelajuaan angulernya

tidak sama.

v1=v2,tetapiω1≠ω2(2).

Sistem roda sesumbu atau ( Co-Axle ). Jika roda-roda

pembangkit listrik disusun dalam satu poros putar. Maka

sistem tersebut mempunyai kecepatan anguler yang sama,

tetapi kecepatan liniernya tidak sama (Tippler, 1991).

ω1=ω2tetapiv1≠v2,(3).

10

Gambar.5 Sistem roda Co-Axle (Tippler, 1991).

Setelah melakukan pengkajian mesin konversi dan turbin

maka diperlukan pengoptimalan desain dimensi dan ukuran

komponen dasar tersebut. Pengoptimalan dilakukan dengan

merumuskan dan mencari solusi persamaan gerak dari 2

komponen utama (mesin konversi dan turbin).

Perumusan pembangkit listrik tenaga gelombang

laut sistem mekanik diperoleh dari konsep alur Fisika

yang terdiri dari ayunan matematis, gerak melingkar,

dan hubungan roda-roda, serta gelombang laut yang

merupakan dasar dari perancangan PLTGL sistem mekanik.

Alur konsep Fisika ini merupakan salah satu kasus

mekanika klasik yang membutuhkan Hukum Newton II untuk

menyelesaikannya. Akan tetapi, karena kasus yang dikaji

bukan dalam bentuk yang sederhana sehingga diperlukan

maka diperlukan metode lain yaitu metode Lagrange.

Persamaan Lagrange dalam sistem koordinat umum

dinyatakan dengan (Goldstein, 1950) ;

∂L∂qk

− ddt

∂L∂q̇k

=0(4).

Persamaan yang akan diperoleh merupakan persamaan gerak

berupa persamaan diferensial, sehingga diperlukan

metode komputasi untuk mencari solusinya salah satunya

adalah metode Poligon.

11

Metode Poligon merupakan salah satu metode

numerik yang digunakan untuk memecahkan masalah

perhitungan (aritmatika) terutama persoalan

diferensial. Metode ini dimodifikasi dari metode Euler

yang biasanya digunkan untuk menyelesaikan persamaan

diferensial, memanfaatkan deret Taylor dan memberikan

hasil prediksi lebih baik daripada metode Euler.

Secara Matematis formula deret umum poligon adalah

(Aminuddin, 2008).

yi+1=yi+f (xi+1/2,yi+1 /2 )∆x(5).

2. Kelistrikan

Gambar. 6 Gerakan kumparan pada generator (Qodari,

2009).

Generator merupakan mesin yang mengkonversikan

tenaga mekanik menjadi listrik. Tenaga mekanik, yang

berasal dari turbin dimanfaatkan sebagai pemutar

kumparan kawat penghantar dalam medan magnet, sehingga

dihasilkan gaya gerak listrik (GGL). Prinsip dasarpembuatan generator menyebutkan bahwa GGL yang dihasilkan

akibat perubahan sudut antara medan magnetik B dan bidang

normal kumparan. Perubahan sudut dilakukan dengan memutar

12

kumparan yang memiliki luas bidang A dan medan magnet

homogen B dengan kecepatan sudut . Jika kumparan yang

terdiri dari N lilitan, maka sebuah tegangan ini harus

dijumlahkan sehingga setiap lilitan akan menempati

daerah yang sama dari ruangdan fluks akan sama untuk

toroida dan solenoida. Tegangan gerak elektrik imbas

yang dihasilkan adalah (Halliday, 1985)

e=−N d (ABcosωt)dt =NABωsinωt (6).

H. METODE PELAKSANAAN

Penelitian direncanakan selama empat bulan, yang akan

dilaksanakan di Laboratorium Komputasi, Teori dan

Medik, Prodi Fisika Jurusan MIPA FST Unsoed,

Purwokerto. Pengujian akan dilakukan di pantai Cilacap

Jawa tengah. Adapun perencanaan yang akan dilakukan

adalah sebagai berikut ;

13

14

I. JADWAL PELAKSANAAN

Tabel 1. Jadwal rencana pelaksanaan kegiatan dalam penelitianNo.

RencanaKegiatan

Bulan ke:I II III IV

1.Studi pustaka      Pembuatandesain      

2.

Perumusanformula      

Solusi formulametodekomputasi

     

Pemodelandimensi      

3.

PengujianPrototipe      

Analisis      Penulisanlaporan      

J. RANCANGAN BIAYA

Tabel 2. Perkiraan biaya yang diperlukan dalampenelitian

No.

Nama alat Jumlah

Dana pakai (peralatan)1 Dinamo high quality Rp2.000.000,-2 Bandul Rp500.000,-3 Sistem Roda Rp2.000.000,-4 Solder listrik high qulity Rp100.000,-5 Perahu Kayu ukuran medium Rp1.000.000,-6 Kabel Penghubung Rp500.000,-7 Rantai Rp500.000,-8 Multimeter digital high quality Rp1.000.000,-9 Lampu high quality Rp40.000,-

15

10 Spiritus Rp35.000,-11 Tiner Rp20.000,-12 Pelitur Rp100.000,-13 Kerangka penyangga pembangkit

listrikRp1.500.000,-

14 Sepasang Pedal Rp500.000,-15 Kuas Rp20.000,-16 Peminjaman Anemometer high quality Rp200.000,-17 Amplas Rp10.000,-Dana habis pakai 1 Oli Rp50.000,-2 Cat minyak Rp50.000,-

Dana penunjang pelaksanaan 19 Pembelian Software matlab 7.0 Rp1.000.000,-20 Pembelian Software Autocad 2008 Rp1.000.000,-22 Biaya pengujian di laut dan

biaya safety Rp100.000,-

23 Pembuatan Laporan Rp200.000,-Jumlah Rp12.425.000,

-

K. DAFTAR PUSTAKA

Aminuddin, J. 2008. Dasar-dasar Fisika Komputasi MenggunakanMatlab. Bandung : Gava Media.

Azis, M. F. 2006. Gerak Air Dilaut.sumber:www.oseanografi.lipi.go.id. Oseana, VolumeXXXI, Nomor 4, Tahun 2006 : 9 – 2,ISSN 0216-1877.

Burman, K. and Andy W. 2009. Ocean Energy TechnologyOverview. Cole Boulevard : U.S. Department of EnergyFederal Energy Management Program.www.femp.energy.gov

Halliday, Resnick. 1985. Fisika Jilid 1 Edisi Kelima. Jakarta :Erlangga, Penerjemah : Patur Silaban dan ErwinSucipto.

16

Herbert, Goldstein.1950. Classical Mechanics SecondEdition.Cambridge, Mass : Addison-Wesley PublishingCompany Inc..

Musriyadi, B. T. dkk. Studi Penerapan Salter Duck di Laut Jawasebagai Alternatif Pembangkit Listrik. FTK-ITS.

Nielsen, Kim. 2006. Ocean Energy Conversion in Europe Recentadvancements and prospects. Denmark : Published in theframework of the “Co-ordinated Action on OceanEnergy” (http://www.ca-oe.org) EU project under FP6Priority: 6.1.3.2.3; Renewable Energy Technologies.

Ogai, Shuji et. al. 2010. An Experimental Study of CompressedAir Generation Using a Pendulum Wave Energy Converter.Shanghai China : 9th International Conference onHydrodynamics. www.inchd2010.org.cn

Qodari , M.C..2009. MOTOR DC DAN GENERATOR DC. Malang :Depdiknas sJoint Program BA Malang Teknik Elektro.

Tippler, Paul A.1991. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta:Erlangga.

Utomo, A. R, dkk. 2008. Studi Penerapan Pembangkit ListrikTenaga Gelombang Laut dengan Penggerak Pendulum di LautanKepulauan Mentawai Sumatera barat. Fakultas TeknikUniversitas Indonesia Kampus FT-UI Depok 16424arutomo@eng.ui.ac.id. Prosiding Seminar NasionalSains dan Teknologi-II 2008 Universitas Lampung, 17-18 November 2008. ISBN : 978-979-1165-74-7.

Wijaya, A. W. I.2010. Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang LautMenggunakan Teknologi Oscilating Water Column di Perairan Bali.Bali: Universitas Udayana. Email:artawijaya@ee.unud.ac.id. Vol. 55 9 No.2 Juli - Desember2010.

L. LAMPIRAN

1. Biodata Ketua

Nama : Luthfya Umahati

17

NIM : H1E10006Jurusan/Prodi : MIPA/FisikaUniversitas : Jenderal SoedirmanTempat Tanggal Lahir : Bandung, 17 Maret 1992Jenis Kelamin : Perempuan

Alamat Rumah: Perum Margahayu E.54 BekasiTimur 17113

e-mail : luthfya.umahati@yahoo.com No. Handphone : 087837449759

Purwokerto, 7 Oktober2012

Ketua

Luthfya Umahati

18

2. Biodata Anggota

Nama : Fero Winda PrasantiNIM : H1E009007Jurusan/Prodi : MIPA/FisikaUniversitas : Jenderal SoedirmanTempat TanggalLahir : Jepara, 22 Februari 1991Jenis Kelamin : Perempuan

Alamat Rumah: Jl. KH. Wachid Hasyim Rt.03/03 Bapangan Jepara

e-mail : windaferro@yahoo.com No. Handphone : 083843151229

Purwokerto, 7Oktober 2012

Anggota

Fero Winda Prasanti

19

3. Biodata Anggota

Nama : Dina RahmawatiNIM : H1E011021Jurusan/Prodi : MIPA/FisikaUniversitas : Jenderal SoedirmanTempat TanggalLahir : Jepara, 23 Februari 1993Jenis Kelamin : Perempuan

Alamat Rumah: Jalan Siliwangi No.43 Cikalang Tasikmalaya

e-mail : dira_azha@yahoo.com No. Handphone : 085726233821

Purwokerto, 7Oktober 2012

Anggota

Dina Rahmawati

20

4. Pembimbing

Data PribadiNama : Jamrud Aminuddin, S.Si., M.Si.NIP : 19770611 200604 1 002 Pangkat/Golongan

: Penata / IIIc

Jab. Fungsional : LektorInstitusi : PS. Fisika Fakultas Sains dan

Teknik UnsoedTempat, TanggalLahir

: Kasambang, 11 Juni 1977

Jenis Kelamin : Laki-lakiAlamat Kantor : PS. Fisika Fakultas Sains dan

Teknik UNSOEDJl. Dr. Suparno 61, Purwokerto53132, Indonesia.

21

Alamat Rumah : Perum Griya Satria I Blok B.2Purwokerto

Handphone : 081324723530e-mail : jamrud.aminuddin@yahoo.comPendidikan1. Magister (S2) Fisika Teoretik dan Komputasi,

ITB, Bandung2.3. Sarjana (S1) Fisika, UNHAS, Makassar

Pengalaman Penelitian1.2. Pemodelan Gelombang Laut untuk Menunjang

Pelestarian Pulau Nusakambangan. 3.4. Numerical Solution of Basic Korteweg de Vries Equation.5.6. Pemodelan Distrbusi Suhu dan Kelembaban dengan

Metode Interpolasi Polimial Lagrange untukOptimasi Sistem Ventilasi Greenhouse.

7.8. Pemodelan Dinamika Gelombang Laut denganPersamaan Korteweg de Vries untuk PerancanganSistem Pemecah Ombak Dinamis

9.10. Numerical Analysis of Non Linear Communication withDispersion Managed System.

11.12. Application of Artificial Neural Network in Jitter Analysis ofDispersion Managed Communication System.

13.14. Gain and Filter Effects in Stable Pulses Propagation: FiniteDifference Method

15.16. Application of Finite Difference Methods for Solving Non Liniear Shrodinger Equation

17.18. Analisis Hamilton Propagasi Gelombang Soliton dalam Medium Dispertif.

19.20. Optimasi Pembakaran Genteng Melalui Analisis Perambatan Panas dengan Metode Beda Hingga (StudiKasus Pembakaran Genteng Sokka Kab. Kebumen).

Purwokerto, 7 Oktober2012

Dosen Pendamping

Jamrud Aminuddin, S.Si., M.Si.

22

NIP. 19770611 200604 1 002

\

23