BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah Sepanjang sejarah manusia kemajuan-kemajuan besar dalam kebudayaan selalu diikuti oleh meningkatnya konsumsi energi. Salah satu sumber energi yang banyak digunakan adalah energi fosil. Sayangnya energi ini termasuk energi yang tidak dapat diperbaharui dan jika energi fosil ini habis maka diperlukan sumbersumber energi baru (Daryanto, 2007). Penggunaan energi fosil juga berdampak negatif terhadap lingkungan, baik secara langsung maupun tidak langsung seperti pemanasan global yang berdampak pada kerusakan ekologi. Kebutuhan energi di dunia saat ini masih sangat bergantung pada sumber energi fosil, padahal energi ini semakin berkurang ketersediaannya sementara penggunaannya justru semakin bertambah. Menurut Statistical review of world energy 2013, pertumbuhan konsumsi energi di dunia bertambah rata-rata 3-4% pertahun, dan Indonesia merupakan negara dengan pertumbuhan konsumsi energi tertinggi di dunia, yaitu mencapai 7% pertahun dan menempati urutan ke-14 dengan konsumsi minyak bumi terbesar di dunia. Hal ini tentu sangat disayangkan mengingat melimpahnya sumber daya terbarukan di Indonesia, seperti matahari dan angin yang harusnya bisa dioptimalkan pemanfaatannya sebagai sumber energi alternatif. Cadangan minyak yang dimiliki Indonesia semakin hari kian menipis. Menurut data dari EIA stok minyak Indonesia turun sekitar 32 persen dari 1996 yaitu hanya 1.100.000 barel per harinya (IEA, 2010). Mulai memasuki tahun 2004 produksi minyak dalam negeri tidak lagi dapat memenuhi konsumsi minyak masyarakat, sehingga memaksa Indonesia m2enjadi pengimpor minyak dalam 10 tahun terakhir. Gambar 1.1 menunjukkan grafik produsi minyak dalam negeri berbanding dengan konsumsi minyak dalam negeri:
2
Gambar 1.1 Grafik Produksi dan Konsumsi Minyak Indonesia (1965-2012) (IEA, 2010) Untuk mengatasi ketergantungan terhadap energi fosil, maka perlu dilakukan konversi, konservasi, dan pengembangan sumber-sumber energi baru terbarukan. Pengembangan ini harus memperhatikan tiga ”E”, yakni energi, ekonomi, dan ekologi. Jadi, pengembangan sumber energi harus dapat memproduksi energi dalam jumlah yang besar, dengan biaya yang rendah serta mempunyai dampak minimum terhadap lingkungan (Culp, 1991). Salah satu pemanfaatan energi terbarukan yang saat ini memiliki potensi besar untuk dikembangkan adalah energi angin. Energi ini merupakan energi yang bersih dan dalam proses produksinya tidak mencemari lingkungan (Nakajima, 2008). Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki sekitar 17.500 pulau dengan panjang garis pantai lebih dari 81.290 km. Indonesia memiliki potensi energi angin yang sekitar 9,3 GW dan total kapasitas yang baru terpasang saat ini sekitar 0,5 MW (Daryanto, 2007). Berikut ini diungkapkan rata-rata kecepatan angin pada region-region berbeda di seluruh dunia (Bhutta, et al., 2012.
3
Gambar 1.2 Rata-Rata Kecepatan Angin pada Region-Region Berbeda di Seluruh Dunia (2003) (Bhutta, et al., 2012)
Berdasarkan Gambar 1.2 terlihat kecepatan angin rata-rata di wilayah Indonesia tergolong kecepatan angin rendah, yaitu berkisar antara 3 m/s hingga 5 m/s sehingga sulit untuk menghasilkan energi listrik dalam skala besar. Meskipun demikian, potensi angin di Indonesia tersedia hampir sepanjang tahun, sehingga memungkinkan untuk dikembangkan sistem pembangkit listrik skala kecil. Akan tetapi di era modernisasi ini, Indonesia telah memiliki banyak gedung bertingkat yang mengonsumsi energi yang sangat banyak setiap harinya. Di Surakarta sendiri telah terdapat ratusan bangunan bertingkat yang tersebar di berbagai kecamatan. Pada area instalasi turbin angin, terutama turbin dengan desain skala kecil, terdapat aturan (rule of thumb) dimana turbin angin harus berada pada posisi 9 meter lebih tinggi dari bangunan lain dalam radius 152 meter (Woofenden, 1987). Hal ini kemungkinan dapat menjadi masalah mengingat padatnya bangunan akibat persebaran masyarakat di Surakarta. Namun masih ada kemungkinan pengembangan desain alternatif dari model turbin angin yang ada saat ini dengan mempertimbangkan perbedaan profil kekasaran di wilayah Surakarta sendiri sehingga didapatkan kecepatan angin yang optimal untuk dimanfaatkan. Sebagai contoh turbin angin mikro untuk daerah pemukiman dapat diterapkan untuk mengatasi masalah krisis energi, terutama pada sektor perumahan yang seringkali terlewatkan. Turbin angin pada dasarnya dapat membantu untuk
4
mengurangi emisi CO2 dan dapat mengurangi kebutuhan energi dari sumber konvensional sehingga mengurangi pengeluaran biaya untuk pemakaian listrik konvensional (Li, et al., 2010) Berdasarkan hal-hal tersebut, dalam penelitian ini akan dilakukan analisis kelayakan potensi energi angin di daerah Surakarta berdasarkan kecepatan angin yang terjadi. Pemilihan daerah Surakarta sebagai objek penelitian ini disebabkan letak kota yang cukup tinggi, yaitu 93-98 m dpl, dan memiliki konsumsi listrik yang cukup besar, yaitu sekitar 450 kW per harinya, yang disebabkan oleh tingginya pemakaian pada sektor bisnis dan rumah tangga. Hasil dari penelitian ini berupa pemetaan potensi energi angin, kemudian dilakukan analisis untuk pemanfaatan sumber energi yang dapat dimanfaatkan yang sesuai untuk daerah tersebut. Sebelum itu dilakukan pula studi literatur dan analisis data sekunder mengenai potensi persebaran angin di daerah Surakarta serta ketersediaan teknologi turbin angin yang telah ada.
1.2 Perumusan Masalah Dari uraian latar belakang yang telah dijabarkan, maka dapat ditarik perumusan masalah sebagai berikut: 1. Sejauh mana pengaruh ketinggian dan profil kekasaran permukaan suatu wilayah terhadap kecepatan angin yang dapat dimanfaatkan di daerah Surakarta; 2. Sejauh mana pengaruh kecepatan rata-rata angin terhadap daya dan energi spesifik angin yang dapat dimanfaatkan; 3. Sejauh mana pengaruh frekuensi kecepatan angin terhadap potensi energi angin yang dapat dimanfaatkan; 4. Sejauh mana pengaruh peta angin terhadap pemanfaatan sumber energi tenaga angin di wilayah Surakarta.
5
1.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mengetahui pengaruh ketinggian dan profil kekasaran permukaan suatu wilayah terhadap probabilitas kecepatan angin yang dapat dimanfaatkan di daerah Surakarta; 2. Mengetahui pengaruh kecepatan rata-rata angin terhadap daya dan energi spesifik angin yang dapat dimanfaatkan; 3. Mengetahui pengaruh frekuensi kecepatan angin terhadap potensi energi angin yang dapat dimanfaatkan; 4. Mengetahui pengaruh peta angin terhadap pemanfaatan sumber energi tenaga angin di wilayah Surakarta.
1.4 Batasan Masalah Banyak aspek yang mempengaruhi energi spesifik dari angin seperti kondisi angin yang tidak menentu seperti kecepetan dan arah angin, kondisi permukaan rintangan seperti bangunan, dan lain-lain, namun tidak semua aspek tersebut akan dijelaskan disini. Melihat ruang lingkup yang sangat luas maka penelitian ini dibatasi pada hal-hal sebagai berikut: 1. Data yang digunakan dalam analisis penelitian adalah data sekunder yang dapat diandalkan dan berasal dari satu titik pengumpulan data angin di menara BMKG Adi Soemarmo; 2. Kondisi cuaca yang terjadi selama 5 tahun secara netral hampir mendekati stabil dengan kondisi tekanan udara rata-rata konstan pada 1.01 atm dan densitas udara 1.225 kg/m3; 3. Sumber angin di wilayah Surakarta berasal dari sumber yang sama dengan lokasi menara BMKG Adi Soemarmo; 4. Kecepatan angin dianalisis dengan elevasi kontur 50 m dari permukaan daratan dan disesuaikan dengan karakteristik permukaan di wilayah Surakarta dan menara BMKG Adi Soemarmo; 5. Estimasi daya angin didasarkan pada asumsi densitas udara tidak berkorelasi dengan kecepatan udara;
6
6. Pemetaan didasarkan pada peta daerah Surakarta yang kemudian dibagi menjadi 5 kecamatan, yaitu Jebres, Serengan, Laweyan, Banjarsari, dan Pasar Kliwon;
1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini antara lain: 1. Memberi wawasan tentang sistem konversi energi angin; 2. Menjadi acuan untuk pengembangan turbin angin skala kecil yang dapat diterapkan di Indonesia, khususnya daerah Surakarta dan sekitarnya, dan di negara lain yang mempunyai potensi energi angin.
1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I
PENDAHULUAN Menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, dan manfaat penelitian, serta sistematika penulisan.
BAB II
DASAR TEORI Berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan turbin angin, teori tentang metode peningkatan unjuk kerja turbin angin.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN Menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data.
BAB IV
DATA DAN ANALISIS Menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data hasil pengujian serta analisis hasil dari perhitungan.
BAB V
PENUTUP Berisi tentang kesimpulan dan saran.
