BAB 1 1
Pendahuluan 1.1
Latar Belakang
Konsumsi energi dunia yang semakin meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk dunia membuat konsumsi bahan bakar tidak terbarukan seperti Minyak Bumi, Gas Alam, dan Batu Bara semakin meningkat. Energi tak terbarukan ini terutama dimanfaatkan sebagai kebutuhan listrik untuk keperluan industri dan transportasi. Sementara proses pembentukan sumber energi tak terbarukan ini memerlukan waktu yang sangat lama, ribuan bahkan jutaan tahun lamanya, kebutuhannya terus meningkat tiap tahun. Konsumsi energi dunia sampai dengan tahun 2006 yang dikeluarkan oleh British Petroleum (BP) Statistical Review of World Energy 2007 dapat dilihat pada Gambar 1.1
Gambar 1.1 BP Statistical Review of World Energy 2007.
Beberapa grup konsultan di bidang energi mencoba untuk memprediksikan kebutuhan dan penyediaan dari energi ini yang dirangkum pada Gambar 1.2
Pendahuluan
1-1
Gambar 1.2 Prediksi kebutuhan dan penyediaan energi
Keterbatasan jumlah minyak dan gas, walaupun penemuan beberapa ladang minyak dan gas baru yang di prediksi bisa bertahan untuk beberapa tahun ke depan lamanya. Oil & Gas
Journal memperkirakan pada awal tahun 2004, cadangan minyak mentah dunia 1.27 triliun barrel dan untuk gas alam 6.100 triliun kaki kubik (TCF). Jumlah ini meningkat 53 milliar barrel dan 575 TCF dari tahun sebelumnya disebabkan adanya penemuan-penemuan ladang minyak baru dan perbaikan teknologi. Estimasi optimis ini membuat kita sebagai konsumen BBM tidak bisa selalu mengandalkan energi tak terbarukan ini sebagai suatu sumber energi utama, karena di prediksikan juga oleh Departemen Energi AS dalam International Energy Outlook 2005, bahwa konsumsi energi dunia akan meningkat 57 persen dari tahun 2002 hingga tahun 2025. Permasalahan lain yang juga membuat kita tidak bisa terlalu mengandalkan sumber daya ini sebagai bahan utama energi kita antara lain, masalah harga pasaran minyak bumi dan batu bara yang terus naik. Selain itu, timbul juga berbagai rekomendasi untuk mengurangi ketergantungan terhadap minyak bumi. Prediksi harga minyak bumi internasional dapat dilihat pada Gambar 1.3.
Pendahuluan
1-2
Gambar 1.3 Prediksi harga minyak bumi internasional Terutama untuk negara berkembang seperti Indonesia dimana minyak bumi merupakan sumber energi utama seperti dapat dilihat pada Gambar 1.4 permasalahan harga minyak bumi di dunia dan batu bara yang terus naik seperti ditunjukkan pada Gambar 1.3 dapat menimbulkan masalah baru yang banyak kepentingan terlibat didalamnya.
Gambar 1.4 Energi mix nasional tahun 2006
Pendahuluan
1-3
Permasalahan harga minyak bumi ini dapat mengganggu ketahanan energi yang akan berpengaruh terhadap ketahanan ekonomi yang pada akhirnya akan mempengaruhi ketahanan nasional, terlebih jika terjadi “oil shock” , seperti ditunjukkan pada grafik harga minyak bumi dari tahun 1971 sampai dengan 2006 pada Gambar 1.5
$90 Awal perang IranIrak
$80
Resesi ekonomi, Non OPEC membanjiri pasar
II
$70
Perang Irak, ekonomi dunia menguat, permintaan meningkat, kapasitas cadangan mengecil, stok terbatas, dll
$ 2005 konstan/barel
$60
III
S Arabia membanjiri pasar $50
OPEC memotong produksi, permintaan Perang Teluk meningkat Selesai
Imported RAC $40
I
Revolusi Iran
$30
$20
Saudi Light Perang IranIrak selesai
Embargo minyak Arab 1973
$10
Invasi Irak ke Kuwait
Serangan 11 Sept,
ekonomi melemah, Krisis ekonomi Asia, pasokan minyak berlebih permintaan turun.
$06 20
04 20
02 20
00 20
98 19
96 19
94 19
92 19
90 19
88 19
86 19
84 19
82 19
80 19
78 19
76 19
74 19
72 19
70 19
OIL SHOCK
Source: EIA
Gambar 1.5 Grafik harga minyak tahun 1971-2006
Pada tanggal 21 November 2007 harga minyak mentah bahkan telah menembus nilai US$ 99.29 per barel merupakan harga tertinggi sepanjang sejarah. Oleh karena itu.kita harus mulai mencoba mencari sumber-sumber energi alternatif yang tidak habis lainnya yang juga bisa kita dapatkan dari alam. Negara-negara maju di dunia terutama negara-negara Eropa dan Amerika Serikat beserta Jepang sudah mulai beralih menuju sumber energi lain yang lebih bersih. Dana besar di sediakan untuk penelitian-penelitian energi alternatif juga untuk penerapannya di lapangan. Penelitian dan penerapan mulai dari pembangkit listrik tenaga angin sampai solar sel masih terus dalam proses perkembangan sampai saat ini. Berbagai jenis energi terbarukan dapat dilihat pada Gambar 1.6 , dan Tabel 1.1 menunjukan potensi energi terbarukan, dimana nilai produksi dari energi terbarukan ini dapat dilihat pada Tabel 1.2
Pendahuluan
1-4
Gambar 1.6 Berbagai jenis energi terbarukan. Tabel 1.1 Penggunaan, potensi teknis dan potensi teoritis dari energi terbarukan The Renewable Energy Resource Base (Exajoules a year) Current use (2001)
Technical potential
Theoretical potential
Hydropower
9
50
147
Biomass energy
50
>276
2,900
Solar energy
0.1
>1,575
3,900,000
Wind energy
0.12
640
6,000
Geothermal energy
0.6
5,000
140,000,000
Ocean energy
not estimated
not estimated
7,400
Total
60
>7,600
>144,000,000
Current use is in primary energy equivalent. For comparison, the current global primary energy use (2001) is 402 Exajoules a year. Source: World Energy Assessment 2001[49]
Pendahuluan
1-5
Tabel 1.2 Nilai produksi energi terbarukan Electricity
2001 energy costs
Potential future energy cost
Wind
4-8 ¢/kWh
3-10 ¢/kWh
Solar photovoltaic
25-160 ¢/kWh
5-25 ¢/kWh
Solar thermal
12-34 ¢/kWh
4-20 ¢/kWh
Large hydropower
2-10 ¢/kWh
2-10 ¢/kWh
Small hydropower
2-12 ¢/kWh
2-10 ¢/kWh
Geothermal
2-10 ¢/kWh
1-8 ¢/kWh
Biomass
3-12 ¢/kWh
4-10 ¢/kWh
Coal (comparison)
4¢/kWh
Heat Geothermal heat
0.5-5 ¢/kWh
0.5-5 ¢/kWh
Biomass - heat
1-6 ¢/kWh
1-5 ¢/kWh
Low temp solar heat
2-25 ¢/kWh
2-10 ¢/kWh
All costs are in 2001 $-cent per kilowatt-hour. Source: World Energy Assessment, 2004 update
Salah satu sumber energi alternatif yang potensial untuk dikembangkan adalah Energi dari gelombang laut.
Energi gelombang laut telah mulai dilirik sejak lama, karakteristik
gelombang di laut memberikan suatu kesimpulan jika suatu mekanisme yang tepat dapat dirancang, maka manusia dapat mengeksploitasi tenaga alam yang tidak terbatas dan gratis ini. Peneliti-peneliti dunia , terutama di negara-negara maju, mengisyaratkan bahwa penelitian di bidang ekstraksi energi gelombang ini masih dalam tahap penelitian sampai didapatnya suatu mekanisme yang efisien, ekonomis , dan ramah lingkungan. Pembangkit listrik tenaga gelombang yang ada sekarang ini , yang telah dipasang di inggris, baru mampu menghasilkan listrik dengan biaya rata-rata 7.5 sen per kWh, sementara listrik yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga batu bara memerlukan 2.5 sen per kWh, dan teknologi Combined-cycled gas turbine (Co-Gen) menghasilkan listrik seharga 3 sen per kWh. Sebuah perusahaan Israel bahkan telah mengklaim bahwa mereka mampu menghasilkan listrik dari tenaga gelombang dengan harga 2 sen per kWh . Penelitian yang diperlukan memang masih lama karena penelitian di berbagai belahan dunia masih dalam tahapan awal, disisi lain potensi yang dimilki oleh Gelombang sebagai salah satu sumber energi listrik sangatlah menakjubkan. David Navarro , pakar dari California Energy Commision , mengatakan pada lokasi yang sesuai energi ombak bisa menghasilkan sekitar 65 Pendahuluan
1-6
megawatt per mil panjang pesisir. Dimana satu megawatt dapat mengalirkan listrik bagi 750 rumah tangga Amerika.
Beberapa tempat pengembangan energi alternatif dari laut di tunjukkan pada Gambar 1.7
Gambar 1.7 Tempat-tempat pengembangan energi dari laut
Indonesia sebagai suatu negara yang mayoritas daerahnya adalah lautan seharusnya bisa menjadikan energi alaternatif dari laut ini sebagi suatu sumber energi terbarukan yang potensial. Sebagai negara dengan panjang pesisir pantai mencapai 95.181 km, maka bisa dikatakan sumber energi terbarukan Indonesia yang berasal dari laut sangatlah melimpah ruah jika kita bisa memanfaatkannya. Oleh karena pengembangan energi alternatif Gelombang laut sangat potensial untuk diteliti dan dikembangkan. Konversi energi dari Gelombang laut ini memerlukan studi dan penelitian yang intensif dan tentu saja tidak dalam waktu yang relatif pendek. Inggris, dengan DTI sebagai pusat pengembangan energi alternatifnya, sebagai salah satu negara yang sangat intensif dalam melakukan penelitian di bidang energi dari laut ini mengatakan bahwa setidaknya proses pengembangan dan penelitian masih akan berlangsung sekitar 10 tahun lagi. Penelitian di Indonesia harus kita mulai melalui penelitian-penelitian yang sederhana, simpel dan prospektif untuk dikembangkan lebih lanjut.
Pendahuluan
1-7
1.2
Rumusan Masalah
Pada tahun 2003, sebuah pembangkit listrik tenaga gelombang telah berhasil dioperasikan di pantai Muaro Penjalinan, Padang, dengan menggunakan bandul untuk menghasilkan energi listrik. Satu unit PLTGL buatan Zamrisyaf ini mampu menghasilkan listrik sebesar 500 kW (Republika, 2 September 2006). Berdasarkan pengalaman tersebut penelitian ini mencoba untuk mendesain suatu perangkat sederhana dari alat ekstraksi energi gelombang yang dapat menyediakan kebutuhan listrik untuk satu rumah. Selain itu, konsep awal dari pembangkit listrik pada penelitian ini, adalah ukuran dari prototip tidak terlalu besar (kurang lebih 2 m), sehingga mudah dibawa dan dipasang, dan generator dipasang di atas permukaan air. Konsep pembangkit listrik sederhana dapat dilihat pada Gambar 1.8.
generator Listrik yg dihasilkan
Pembangkit listrik sederhana
Gambar 1.8 Konsep pembangkit listrik sederhana
Pendahuluan
1-8
1.2.1
Mekanisme Kerja PS.Frog
Gambar 1.9 Desain Konsep PS.FROG Penelitian yang dilakukan oleh Robert H. Bracewell di Universitas Lancaster dengan studi yang dilakukan terhadap dua desain konsep mekanisme ekstraksi energi gelombang Frog dan PS.Frog sebagai thesis dalam menyelesaikan PhD –nya, menjadi dasar dari desain sederhana yang dicoba dirancang oleh penulis. Desain Konsep PS.FROG dapat dilihat pada Gambar 1.9. PS.FROG yang didesain Dr. Robert H. Bracewell terdiri dari suatu flap vertikal, yang didesain untuk beroperasi pararel dengan puncak gelombang yang menghantam struktur, dan mengekstraksi energi dengan kombinasi gerakan pitching dan surging akibat hempasan gelombang. Dasarnya di buat lebih tebal yang diperuntukkan suatu ruangan untuk sebuah
internal moving mass , dimana massa ini di tahan sedemikian rupa sehingga bisa berosilasi dengan arah bidang normal dari flap vertikalnya dan harus mempunyai ujung-ujung dengan radius yang besar untuk mencegah vortex-shedding. Pada keadaan resonansi terdapat kecenderungan dari model untuk menyesuaikan gerakannya dengan puncak gelombang jika didesain suatu kondisi mooring yang tepat. Secara sederhana , dapat dilihat bahwa ketika gelombang menghantam flap dan menyebabkan struktur untuk mengalami gerakan pitch, massa akan meluncur ke depan dan
Pendahuluan
1-9
belakang karena gravitasi. Gerakan ini jika ditahan dapat digunakan untuk mengekstraksi energi. Energi akan dibangkitkan melaui suatu mekanisme linear generator yang berfungsi sebagai pembangkit listrik ketika massa internal bergerak bolak-balik. PS.Frog memiliki beberapa bentuk turunan, salah satunya adalah “Flat-plate” bentuk inilah yang kemudian akan diujicobakan dalam percobaan ini. Flat-plate dapat dilihat pada Gambar 1.10
Gambar 1.10 Flat plate. Sumber : Mc Cabe, A.P, et al.Developments in the Design of the PS FROG Wave Energy Converter.
1.2.2
Mekanisme Kerja Benda Uji
Konsep yang dicoba untuk di desain menggunakan cara kerja Flat plate sebagai wave collector dalam
mengekstraksi gelombangnya. Ekstraksi gelombang di fokuskan pada
gerakan pitching yang ditimbulkan oleh hempasan gelombang, modifikasi juga dilakukan di instrumen pembangkit energinya. Secara simpel, mekanisme kerja benda uji bisa dijelaskan sebagai berikut. Ketika gelombang menghantam flap vertikal benda uji , maka struktur akan meresponsnya dengan suatu gerakan pitching. Gerakan ini diteruskan oleh suatu mekanisme rantai yang nantinya akan mentransfer gerakan pitching ke gerakan memutar generator mobil, dan menghasilkan listrik Gerakan yang diperhitungkan adalah gerakan pitching saja. Dimana efisiensi dari perangkat tidak diperhitungkan terlebih dahulu
Pendahuluan
1-10
Dari konsep desain yang dikembangkan, penelitian dilakukan untuk melihat kemungkinan desain dengan 1. Geometri model yang berbeda-beda 2. Berdasarkan perlakuan gelombang dan kedalaman yang berbeda-beda
1.3
Tujuan Penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian tahap 2 yang meneruskan penelitian awal yang dikerjakan secara interdisiplin dan dikerjakan oleh mahasiswa dari dua program studi yang berbeda yaitu program studi Teknik Kelautan dan program Studi Teknik Elektro sebagai tugas akhir untuk memperoleh gelar sarjana dari Institut Teknologi Bandung. Percobaan dilakukan di tangki uji gelombang (wave tank) di Laboratorium Uji Hidrolika, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung. Tujuan yang ingin dicapai penulis dalam penelitian tugas akhir ini adalah : •
Memperoleh karaktristik dari model yang dicobakan akibat perlakuan hidrodinamika
•
Menentukan desain Perangkat Konversi Energi Gelombang Sederhana
Pendahuluan
1-11
1.4
Sistematika Laporan Bab 1 Pendahuluan Memuat latar belakang, rumusan masalah, tujuan, dan sistematika pembahasan dari penelitian ini. Bab 2 Dasar Teori Memuat
teori-teori
yang
berhubungan
dengan
penelitian,
pengolahan data dan desain alat Bab 3 Rencana dan Metodologi Penelitian Bab ini memuat penjelasan mengenai waktu dan tempat penelitian, pelaksana dan organisasi, rencana kerja, metode penelitian yang digunanakan, set up model dan pengambilan data di Laboratorium
Bab 4 Analisa Data Bab ini memuat tentang analisa yang dilakukan terhadap data yang didapat dari hasil penelitian. Bab 5 Kesimpulan dan Saran Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang diperoleh dari percobaan dalam Tugas Akhir ini.
Pendahuluan
1-12
