KAJIAN PEMANFAATAN ENERGI ARUS LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK STUDY MARINE CURRENT ENERGY FOR POWER GENERATION

ISSN 1978-2365

Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136

KAJIAN PEMANFAATAN ENERGI ARUS LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK STUDY MARINE CURRENT ENERGY FOR POWER GENERATION

1)

Arfie Ikhsan Firmansyah1), Bono Pranoto1), Nasruddin2) Puslitbangtek Ketenagalistrikan, Energi Baru, Terbarukan, dan Konservasi Energi 2) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia [email protected], [email protected]

ABSTRAK

Pemanfaatan energi baru terbarukan (renewable) bisa menjadi salah satu solusi keterbatasan energi fosil.Energi arus laut merupakan energi terbarukan yang diakibatkan oleh pasang surut air laut. Penelitian ini mengkaji Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut) yang sesuai dengan karakteristik arus laut di Indonesia. Data yang digunakan pada peneltian adalah data hasil pengukuran arus laut di selat toyapakeh, selat pantar dan selat larantuka yang dimiliki Puslitbangtek Geologi Kelautan (PPPGL). Berdasarkan studi penentuan lokasi PLT-Arus Laut pada aspek teknis dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi, maka potensi arus laut di selat larantuka memiliki poin tertinggi dikuti selat toyapakeh dan selat pantar. Perancangan turbin dilakukan menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk jenis turbin vertical axis tipe Gorlov dan Darrieus berkapasitas 1 kW dengan memvariasikan kecepatan arus dan putaran bilah turbin. Hasil penelitian menunjukkan rancangan turbin gorlov dapat menghasilkan energi listrik pada kecepatan arus laut rendah (cut in speed) 0.3 m/s dan pada kecepatan arus laut 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan mencapai design capacity sebesar 1 kW. Kata kunci: PLT-Arus Laut, Lokasi, Bilah turbin, CFD ABSTRACT

Renewable energy is used to solve limitation non-renewable energy. The Ocean Currents Energy is renewable energy caused by tides. This study examined the ocean currents power plant that corresponds to the characteristics of ocean currents in Indonesia. The measurement data used in this research is ocean currents in the Toyapakeh, Pantar and Larantuka strait owned R & D Center Marine Geology (PPPGL). Based on a study determining the current location of Ocean Current power plant on the technical aspects and the socio-economic aspects of the three locations, the potential of ocean currents in the strait has the highest points is Larantuka strait. The design of the turbine performed using Computational Fluid Dynamics (CFD), type of turbine were Darrieus and Gorlov turbine with capacity of 1 kW with ocean current speeds and blade rotation variation . The results showed that design of the Gorlov turbine could produce electrical energy at low speed of ocean currents (cut-in speed) 0.3 m / s and the rotor power generated reached the design capacity of 1 kW at the ocean current speed of 1.2 m / s rotor. Keywords: Ocean Current Power Plant, Location, Turbine Blade, CFD.

Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012

123

Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136

1. PENDAHULUAN

terjadi ketika bumi, bulan dan matahari

1.1 Latar Belakang

membentuk sudut tegak lurus. Pada saat itu

Kebutuhan akan energi listrik nasional (1)

akan dihasilkan pasang naik yang rendah dan

terus meningkat hingga sebesar 9% per tahun ,

pasang surut yang tinggi. Pasang laut perbani

tidak sebanding dengan ketersedian energi fosil

ini terjadi pada saat bulan seperempat dan

sebagai sumber energi primer pembangkit

tigaperempat (5).

tenaga listrik yang dimiliki PT. PLN (Persero)

Energi arus laut berupa kinetik dari arus

sebagai penyedia energi listrik di Indonesia.

laut dapat digunakan untuk memutar turbin

Pemanfaatan

energi

menghasilkan energi mekanik yang kemudian

terbarukan yang berasal dari laut mulai

dikonversi oleh generator menghasilkan energi

dilakukan.

listrik.

energi

Hal

ini

ketersediaan energi Indonesia

merupakan

khususnya

diakibat fosil

di

negara

terbatasnya Indonesia.

Jenis turbin pada pemanfaatan energi

kepulauan

arus laut secara umum dapat dibagi menjadi 2,

terbesar di dunia, dimana 63% wilayahnya

yaitu(6) :

terdiri dari laut(2). Laut menyimpan cadangan

 Horizontal-Axis Turbines yaitu bilah turbin

energi di alam semesta, salah satunya energi

dirancang berlawanan arah dengan arah arus

(3)

arus laut . Di Indonesia pemanfaatan energi

laut (Gambar 1), karena kecepatan arus dan

arus laut menjadi pembangkit listrik belum

arah arus maka bilah turbin berputar. Jenis-

banyak dilakukan.

jenis turbin adalah sebagai berikut:

Energi arus laut adalah energi yang sangat dipengaruhi pasang surut air laut. Energi pasang surut (tidal)

ini diakibatkan gaya

gravitasi bulan, matahari dan bumi Energi arus laut dapat juga dipengaruhi oleh faktor lain selain pasang surut, seperti topografi satu tempat dengan lainnya, konfigurasi benua: selat, Tanjung, teluk, kemiringan tanah, dll(3)(4). Pasang surut laut sebagai penyebab

Gambar 1 : Jenis-jenis horizontal-axis turbines(6)

dominan energi arus laut dapat di bagi dua yaitu : Pasang laut purnama (spring tide) terjadi ketika bumi, bulan dan matahari berada dalam

 Vertikal – Axis Turbine yaitu bilah turbin

suatu garis lurus. Pada saat itu akan dihasilkan

dirancang tegak lurus dengan arah arus laut

pasang naik yang sangat tinggi dan pasang

(Gambar

surut yang sangat rendah. Pasang laut purnama

Turbines, sebagai berikut :

2).

Jenis-jenis

ini terjadi pada saat bulan baru dan bulan purnama. Pasang laut perbani (neap tide)

Diterima redaksi : 21 September 2012, dinyatakan layak muat : 17 Desember 2012 124

Vertikal-Axis

Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Pembangkit Listrik

terdiri dari samudra.

Indonesia mempunyai

banyak pulau dan selat sehingga dimungkinkan terbentuk arus laut sebagai akibat interaksi Bumi-Bulan-Matahari

yang

mengalami

percepatan. Pada gambar 3, Indonesia adalah tempat pertemuan arus laut yang diakibatkan pasang surut dominan di Samudra Hindia dengan periode sekitar 12 jam dan pasang surut Gambar 2 : Jenis-jenis Vertikal-axis turbines(6)

yang dominan di Samudra Pasifik dengan periode lebih kurang 24 jam.

Berdasarkan uraian diatas perlu dilakukan

Pasang surut yang dominan di Samudra

kajiaan pemanfaatan energi arus laut sebagai

Hindia diakibatkan gerak Bulan mengelilingi

PLT-Arus Laut.

Bumi, sedangkan pasang surut yang dominan di Samudra Pasifik diakibatkan oleh kecondongan orbit Bulan saat mengelilingi Bumi. Hasil

1.2 Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji PLT-Arus

Laut

yang

sesuai

dengan

kajian, laut mempunyai potensi energi kinetik berupa angin, gelombang, dan arus laut yang mencapai 2,4 MW/m2 (angin dan gelombang),

karakteristik arus laut di Indonesia.

dan 64 KW/m2 (arus laut)(7). 2. METODOLOGI Metodologi

yang

digunakan

pada

penelitian ini seperti ditunjukkan pada Tabel 1 berikut: Tabel 1 : Metode kajian pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus Laut

Gambar 3 : Arah arus laut global (7) Indonesia

memiliki

potensi

untuk

menggunakan arus laut sebagai sumber energi dibandingkan dengan Negara lain. Hal ini disebabkan karena Indonesia dipengaruhi oleh 2.1 Analisis Pemilihan Lokasi PLT-Arus Laut Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia, dimana 63% wilayahnya

Arus Lintas Indonesia ARLINDO yang terjadi karena perbedaan elevasi muka air laut rerata antara Pasifik sebelah barat dengan lautan Hindia.


125


utama penyelidikan kebumian yang mencakup wilayah perairan Indonesia.

Gambar 4 : Skema ARLINDO Proyek INSTANT (8) Arlindo adalah suatu sistem arus yang menghubungkan

samudra

Pasifik

dengan

samudra Hindia (Gambar 4). Jalur Arlindo

Gambar 5 : Potensi Kecepatan Energi Arus Indonesia(9)

dimulai dari perairan antara Mindanao dan Halmahera, mengalir masuk melalui selat

Berdasarkan

meninggalkan perairan Indonesia melalui selat

khususnya data potensi arus laut (Gambar 5),

Lombok dan sebagian besar lainnya berbelok

maka digunakan data-data hasil penelitian dan

melalui laut Flores, laut Banda dan memasuki

pengembangan

.

potensi

dimiliki

dan

ketersedian

samudra Hindia

yang

fungsi

Makassar sebagai jalur utamanya. Setelahnya ia

(8)

data

tugas,

arus

PPPGL,

laut

yang

dilakukan PPPGL pada lokasi, sebagai berikut :

Dinamika Arlindo, pasang surut dan gelombang yang saling berinteraksi akan menyebabkan selat – selat kecil di sekitar Bali dan Nusa Tenggara yang dilalui jalur utama Arlindo memiliki arus kuat.

Kabupaten Nusa Penida, Provinsi Bali Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL

Koordinasi dalam rangka kelancaran pelaksanaan

 Selat Toyapakeh, Kecamatan Nusa Penida,

di selat

toyapakeh selat antara pulau nusa penida

kegiatan Kajian Pemanfaatan

dengan pulau lembongan yang berada di

Energi Arus Laut sebagai Pembangkit Listrik

wilayah Desa toyapakeh Kecamatan Nusa

Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut) dilakukan

Penida Kabupaten Klungkung Provinsi

dengan Pusat Penelitian dan Pengembangan

dengan koordinat lokasi pengukuran arus laut S

Geologi

Kementerian

08o 40.611’ dan E 115o 29.307’. Kecamatan

Energi dan Sumber Daya Mineral. Hal di atas

Nusa Penida merupakan kecamatan terluas dari

dilakukan karena sesuai tugas dan fungsi dari

3 (tiga) kecamatan yang ada di kabupaten

PPPGL

program

Klungkung. Dengan batas disebelah utara dan

penyelidikan geologi dan geofisika kelautan di

barat selat Badung, sebelah timur selat lombok

Indonesia yang merupakan suatu program

dan sebelah selatan samudera Indonesia.

Kelautan

adalah

(PPPGL),

melaksanakan


Bali

Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Pembangkit Listrik Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136

a. Sebelah Utara berbatasan dengan Laut Flores b. Sebelah Selatan dengan Samudera Hindia c. Sebelah Timur dengan Negara Timor Leste d. Sebelah

Barat

dengan

Propinsi

Nusa

Tenggara Barat.

Gambar 6 : Peta lokasi pengukuran potensi arus laut di selat Toyapakeh Hasil dilakukan

pengukuran PPPGL

Kabupaten

di

Klungkung,

arus Selat

laut

yang

Toyapakeh,

Provinsi

Bali,

menunjukan kecepatan rata-rata 1.0303 m/s pada

kedalaman

4m,

1.1380

m/s

pada

kedalaman 6m, 1.2097 m/s pada kedalaman 8

Gambar 7 : Peta lokasi pengukuran potensi arus

m dan 1.2786 m/s pada kedalaman 10m.

laut di selat Pantar

Kecepatan arus laut pada kedalaman 4-10 m ini merupakan

kecepatan

potensial

untuk

Hasil

pengukuran

arus

laut

yang

dilakukan PPPGL di Selat Pantar, Kabupaten

pemanfaatan energi arus laut sebagai PLT-Arus

Alor,

Laut.


 Selat

Provinsi

Nusa

Tenggara

Timur,

Timur,

kedalaman 4m, 1.43 m/s pada kedalaman 6m,

Kabupaten Alor, Provinsi NusaTenggara

1.41 m/s pada kedalaman 8 m dan 1.08 m/s

Timur

pada kedalaman 10m. Kecepatan arus laut pada

Pantar,

Kecamatan Alor

Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL

di Selat

kedalaman 4-10 m ini merupakan kecepatan potensial untuk pemanfaatan energi arus laut

Pantar yaitu selat antara Pulau Alor dengan

sebagai PLT-Arus Laut.

Pulau

kecil

 Selat Larantuka, Kecamatan Adonara Barat,

disekitarnya, Kabupaten Alor Provinsi Nusa

Kabupaten Flores Timur, Provinsi Nusa

Tenggara Timur dengan koordinat lokasi

Tenggara Timur.

Pantar

dan

pulau-pulau

pengukuran arus laut S 08o 16’ 12” dan E 124o 24’ 28,3”.

Pemilihan lokasi penelitian potensi arus laut yang dilakukan oleh PPPGL

di selat

Propinsi Nusa Tenggara Timur (NTT)

Larantuka selat antara Pulau Flores dengan

terletak di selatan katulistiwa pada posisi

pulau adonara yang berada di wilayah Desa

geografis 8o – 12 o Lintang Selatan dan 118 o –

Tanah Merah Kecamatan Adonara

Barat

Kabupaten

Nusa

o

125 Bujur Timur dengan batas-batas wilayah:

Flores

Timur


Provinsi

127


Tenggara Timur dengan koordinat lokasi pengukuran arus laut S 08o 18.995’ dan E 123o

Tabel 2 : Proses analisis pemilihan lokasi PLTArus Laut

01.639’. Kecamatan Adonara Barat salah satu kecamatan yang terletak di Pulau Adonara Kabupaten Flores Timur.

Pulau Adonara

terdiri dari 6 kecamatan, yaitu :  Kecamatan Adonara Timur  Kecamatan Adonara Barat  Kecamatan Klubagolit  Kecamatan Witihama  Kecamatan Watan Ulumado  Kecamatan Ile Boleng

Metode analisis menggunakan KepnerTregoe digunakan untuk merupakan suatu metode atau cara untuk memecahkan masalah yang terjadi dan bagaimana

cara untuk

Gambar 8: Peta lokasi pengukuran potensi arus

pengambilan keputusan. Sasaran dalam metode

laut di selat Larantuka

Kepner-Tregoe

Hasil

pengukuran

pengambilan

keputusan, untuk memperoleh pengetahuan

dilakukan PPPGL di Selat Pantar, Kabupaten

yang diperlukan untuk mengorganisir dan

Alor,

Timur,

meneliti satu tonase dari informasi secara


efisien, sehingga bisa menentukan tindakan

kedalaman 3m, 1,84 m/s pada kedalaman 5 m,

paling sesuai untuk diambil.

Nusa

laut

dalam

yang

Provinsi

arus

yaitu

Tenggara

1.844 m/s pada kedalaman 7 m dan 1.79 m/s

Pada analisis menggunakan metode

pada kedalaman 9m. Pada kecepatan arus laut

Kepner-Tregoe dilakukan Pembobotan pada

pada

merupakan

tiap-tiap parameter pada variabel aspek teknikal

kedalaman potensial untuk pemanfaatan energi

dan aspek sosial ekonomi dimaksudkan untuk

arus laut sebagai PLT-Arus Laut.

memudahkan dalam pengambilan keputusan.

kedalaman

3-9

m

ini

Analisis pemilihan lokasi untuk PLT-

Pembobotan pada tiap-tiap parameter pada

Arus Laut dilakukan dengan metode sebagai

variebel aspek teknikal dan aspek sosial

berikut :

ekonomi tersaji pada table 3, berikut ini:



Tabel 3 : Pembobotan pada parameter uji

Dan arus laut itu ditentukan beberapa faktor antara lain 1. perbedaan temperatur antara permukaan dan dasar laut 2. perbedaan salinitas antar area laut di sekitar situs target 3. arus-arus lain dari perairan sekitarnya yang mempengaruhi arah arus musiman di daerah tersebut Turbin vertical axis memiliki torsi yang kecil pada saat start dikarenakan adanya tahanan dari bilah turbin yang berseberangan dari bilah turbin yang mendapatkan gaya. Sehingga untuk mengantisipasi hal tersebut, turbin jenis ini memerlukan motor untuk start. Sebaliknya,

turbin

horizontal

axis

tidak

membutuhkan motor penggerak awal karena 2.2 Studi Turbin PLT-Arus Laut

tidak ada tahanan saat turbin mulai berputar.

Studi turbin PLT-Arus pada penelitian

Dari sisi desain dan manufakturing,

menggunakan metode reverse engineering dari

turbin vertikal axis lebih sederhana dan lebih

PLT-Arus Laut PPPGL, hal ini dimaksudkan

murah. Hal ini disebabkan oleh kemampuan

untuk meningkatkan performa turbin yang telah

turbin menerima gaya dari berbagai arah.

ada dipasaran.

Sehingga tidak diperlukan mekanisme khusus

Tabel 4 : Metode perancangan PLT-Arus Laut

untuk mengikuti perubahan arah arus. Hal ini yang menyebabkan turbin horizontal axis membutuhkan desain yang kompleks dan biaya pembuatan tinggi. Karena turbin horizontal harus dapat mengikuti perubahan arah dan perubahan inklinasi arus. Alat yang dibutuhkan oleh turbin ini memiliki desain yang komplek dan

biaya

yang

tinggi

dan

beberapa

penyesuaian agar dapat beroperasi dan bertahan di dalam laut. Maka, dapat disimpulkan bahwa turbin Pemilihan jenis turbin horizontal dan

vertikal axis sangat cocok untuk tempat yang

vertikal idealnya berdasarkan kondisi arus laut.

arus lautnya cepat dan sering berubah. Dan


129

Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123Vol. - 136

turbin horizontal axis cocok untuk tempat yang

Tabel 5 : Hubungan tip speed ratio dan jumlah

arus laut stabil dan mudah diprediksi.

bilah turbin

Pada perancangan turbin PLT-Arus Laut perlu

menentukan

rancangan.

Parameter

parameter-parameter perancangan

pada

penelitian ini, sebagai berikut :  Tipe turbin

: vertikal axis

 Rated capacity : 1.0 kW  Rated Ocean Currents Speed : 1.2 m/s

Profil yang dipergunakan adalah profil

 Cut – In Ocean Current Speed : 0.3 m/s

NACA 0020, profil ini umum dipergunakan

 Cut-Out Ocean Current Speed : 2 m/s

pada turbin arus laut, dimana pada kecepatan

Penentuan luas permukaan turbin PLTArus

laut

menggunakan

persamaan

1,

arus rendah dapat menghasilkan energi listrik . Berikut ini adalah gambar profil NACA 0020.

didapatkan hasil sebagai berikut[9] : (1) Gambar 10 : Profil NACA 0020

Dimana : P = 1.0 kW

Perhitungan chord dan bilah turbin setting

v = 1 m/s Dari persamaan 1, maka didapatkan diameter

dilakukan dengan beberapa langkah sebagai

turbin 1 m dan tinggi turbin 1.2 m.

berikut[11] :

Penentuan jumlah bilah turbin pada PLT-Arus Laut Jumlah bilah turbin (B) dipengaruhi oleh nilai tip speed ratio (λ)

 Membagi bilah turbin dengan radius R menjadi beberapa bagian yang sepadan.  Tiap penampang

mempunyai jarak r

desain, yang diperoleh dengan digunakan

terhadap sumbu rotor. Local speed ratio (λr)

persamaan 2[10], sebagai berikut :

dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(2) Dimana R adalah radius turbin arus laut,

(3)  Nilai local speed ratio di atas dipergunakan

n adalah putaran generator dan V adalah

dalam

kecepatan

mendapatkan sudut inklanasi (Ф) untuk tiap

arus

laut.

Berdasarkan

hasil

perhitungan didapatkan tip speed ratio (λ)

persamaan

berikut

penampang bilah turbin.

adalah 3, berdasarkan Tabel 5 yaitu tabel hubungan tip speed ratio dan jumlah bilah turbin, maka jumlah bilah yang digunakan adalah 3.


untuk


 Nilai chord (c) untuk tiap penampang diperoleh dengan rumusan berikut: c = 8 . π. r (1- cos Ф) B. Cl dimana :

B=3

 jumlah bilah turbin

Cl = 0.92  coefficient lift  Dengan rumus berikut, didapatkan bilah turbin setting dengan sudut β untuk tiap penampang bilah turbin. β=Ф–α dimana : α = 5 derajat.

Gambar 12 : Diagram alir simulasi hidrodinamika  Model Geometri Pemodelan geometri pada kajian ini menggunakan bentuk dan ukuran sebenarnya. Gambar 11: Rancangan Turbin PLT-Arus Laut Langkah berikutnya pada studi PLT-

Pemodelan geometri dilakukan secara 3 (tiga) dimensi dengan skala 1 :1, sebagai berikut :

Arus Laut dilakukan analisis performa bilah turbin PLT-Arus Laut. Analisis performa PLTArus Laut dilakukan dengan menggunakan metode

simulasi

Computational

Fluids

Dynamics (CFD). Simulasi dilakukan untuk model aliran viskos turbulen 3 dimensi berbasis pendekatan Finite Volume. Analisis dilakukan

(a)

(b)

untuk berbagai kondisi aliran seperti kecepatan

Gambar 13 :

arus

(a) Model rancangan Gorlov revisi III

laut

dan putaran rotor. Parameter-

parameter desain penting seperti torsi, koefisien

(b) Model rancangan Darieus

daya dan efisiensi Bilah turbin. Diagram alir

 Model aliran

metode analisis hidrodinamika PLT-Arus Laut menggunakan simulasi CFD, sebagai berikut :

Simulasi CFD digunakan sebagai salah satu cara menganalisis aliran fluida pada turbin


131

Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123Vol. - 136

arus

laut.

Analisis

menggunakan

CFD

dibutuhkan pemodelan persamaan-persamaan

 Kecepatan aliran yang ditinjau adalah kecepatan rata-rata.

aliran fluida, diantaranya :

Turbulen merupakan bentuk aliran

a. Persamaan kontinuitas

yang berfluktuasi terhadap ruang dan waktu.

Persamaan

kontinuitas

(konservasi

Turbulen merupakan proses yang kompleks.

massa) secara umum dapat dituliskan, sebagai

Turbulen akan terjadi ketika gaya inersia dalam

berikut :

fluida menjadi sangat dominan dibandingkan gaya (4)

Dimana ρ adalah kerapatan dan U adalah

viskos

Reynolds, Re)

dengan

tingginya

.

 Variasi simulasi

kecepatan aliran. Pada fluida inkompresibel

Simulasi yang dilakukan adalah dengan

(ρU) = 0 pada keadaan steady.

memvariasikan kecepatan arus laut sesuai

b. Persamaan momentum Persamaan

(dicirikan (11)

dengan hasil pengukuran arus laut yang

gerak

fluida,

dimana

dilakukan PPPGL pada model turbin arus laut.

memenuhi persamaan konservasi momentum,

Turbin

sebagai berikut :

kecepatan angular 5-30 RPM. (5)

arus

laut

divariasikan

memiliki

Putaran bilah

turbin pada PLT-Arus Laut adalah putaran rendah, umumnya putaran turbin arus laut

Dimana P adalah tekanan statik, μ dinamik

berkisar antara 5 sampai dengan 30 RPM(12)

viscositas dan Sm adalah sumber momentum.

 Sistem mesh/ Grid arrangement

Sumber

Sistem mesh dalam simulasi CFD digunakan

momentum

diakibatkan

gaya

diakibatkan gerakan fluida akibat gravitasi.

batasan

analisis

mengubakan

perhitungan numerik pada simulasi. Pada

c. Persamaan turbulen Aliran turbulen merupakan aliran yang sangat kompleks

sebagai

karena didominasi oleh

struktur eddy dengan fluktuasi yang sangat

simulasi ini diasumsikan bahwa Turbin arus laut berada pada water tunnel (terowongan air) dengan ukuran terowongan air sebagai berikut :

tinggi Persamaan pengatur aliran ini dapat diturunkan dari persamaan kontinyuitas dan momentum

yang

akan

menghasilkan

persamaan Navier-Stokes. Beberapa anggapan yang dipakai dalam melakukan penurunan persamaan turbulen adalah sebagai berikut :  Aliran tak mampu mampat (incompressible).  Viscous stress dan Gaya Coriolis diabaikan  Aliran tak berputar (irrotational).

Gambar 14 : Sistem mesh dan Computational domain


Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136 Pembangkit Listrik

mendapatkan data yang valid dan reliable

3.HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis pemilihan lokasi PLT-Arus Laut dilihat dari berbagai kriteria penilaian (tabel 3)

mengenai daerah-daerah penilaian. Tabel 6 : Penilaian lokasi pada tiap kriteria

pada aspek teknikal dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi penelitian yang telah dilakukan PPPGL. Berdasarkan survai lokasi dan studi data sekunder dari laporan penelitian studi potensi arus laut di Selat Toyapakeh, Selat Pantar

dan

Selat

Larantuka

yang

telah

dilakukan PPPGL, maka didapatkan penilaian pada tiap lokasi sebagai berikut :

Pada gambar 16, merupakan visualisasi Gambar 15 : Penilaian pada tiap-tiap lokasi

distribusi tekanan pada bilah turbin

pada

Pada Gambar 15, penilaian pada aspek

kecepatan 1.2 m/s dengan putaran rotor 30

teknikal dan aspek sosial ekonomi pada tiga

RPM. Distribusi tekanan pada masing-masing

lokasi penelitian yang telah dilakukan PPPGL,

permukaan turbin memiliki nilai yang berbeda,

maka potensi arus laut di Selat Larantuka

Teori dasar yang digunakan untuk analisis

memiliki nilai tertinggi dikuti Selat Toyapakeh

turbin air, menyangkut perilaku fluida cair

dan Selat Pantar. Berdasarkan hasil di atas,

(hidrostatika) yang meliputi teori hidrostatika

maka

Larantuka

dan hidrodinamika. Besaran fluida yang terlibat

menjadi calon lokasi pemanfaatan energi arus

dalam perhitungan turbin arus laut adalah

sebagai pembangkit listrik tenaga arus laut.

tekanan (p), massa jenis (ρ) ,viskositas (v atau

direkomendasikan

Selat

Penilaian pada aspek teknikal merupakan

μ) dan luas permukaan bilah turbin. Viskositas

titikberat dari penilaian lokasi ini. Bobot

dikenal ada viskositas kinematik v atau

penilaian pada aspek teknikal 80% dari total

viskositas absolut/ dinamik μ. Perbedaan

penilaian sedangkan aspek sosial ekonomi

tekanan pada bilah turbin dipengaruhi oleh luas

hanya memiliki bobot 20%.

permukaan bilah turbin yang kontak dengan

Bobot penilaian pada analisis lokasi dapat dilihat pada tabel 6. Pada penilaian ini

fluida. Tekanan hidrostatik pada mempengaruhi tekanan pada permukaan bilah turbin.

dilakukan dengan metode penelusuran data

Pada Gambar 17 merupakan visualisasi

hasil pengukuran arus laut, survai ke lokasi dan

kecepatan pada bilah turbin pada kecepatan 1.2

wawancara

m/s dengan putaran rotor 30 RPM. Pada

pada

pejabat

terkait

untuk

visualisasi ini kecepatan diasumsikan seragam


133

Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123Vol. - 136 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136

yaitu

sebesar

12

m/s.

Kecepatan

arus

diasumsikan memutar bilah turbin dengan

permukaan dari turbin merupakan geometri dari simulasi.

kecepatan 30 rpm menumbuk bilah turbin kecepatan

arus dan membentuk pola aliran

kecepatan.

Berdasarkan persamaan 6 dan 7 diatas, dengan perhitungan numerik didapatkan nilai torsi. Nilai torsi hasil perhitungan digunakan untuk menghitung daya bilah turbin. Verifikasi data pada simulasi CFD pada dimensi turbin dan kondisi

yang sama,

dimaksudkan untuk mengetahui performa bilah turbin

PLT-Arus

mengetahui

tingkat

laut

diperlukan

untuk

kepercayaan (standart

Gambar 16 : Visualisasi tekanan pada V = 1.2

error) hasil simulasi dengan hasil pengujian

m/s, 30 RPM

PLT-Arus Laut yang dilakukan oleh PPPGL di Selat Toyapakeh Nusa Penida, Provinsi Bali pada tahun 2009. Model turbin/model acuan yang yang digunakan pada validasi simulasi dan pengujian pada gambar 18 adalah gambar turbin yang telah dilakukan re-drawing dari bentuk PLT-

Gambar 17 : Visualisasi Kecepatan pada V =

Arus Laut yang diuji di Selat Toyapakeh Nusa

1.2 m/s, 30 RPM

Penida, Provinsi Bali pada tahun 2009.

Perhitungan daya yang digunakan pada

Pengujian dimaksudkan untuk mengetahui

simulasi CFD adalah hasil kali torsi yang

kondisi batas dan persamaan yang digunakan

dihasilkan

yang

pada simulasi CFD sudah dapat digunakan

dihasilkan. Torsi dari model di dapatkan dari

pada perancangan turbin PLT-Arus Laut. Pada

persamaan sebagai berikut

validasi ini data hasil uji yang diambil pada

model

dengan

putaran

 = r. F

pengujian adalah nilai daya yang dihasilkan pada putaran turbin 20 rpm. (6)

Sedangkan massa dihitung

menggunakan

persamaan sebagai berikut : A2

mtheoritis 

Dimana

1  A 2 / A 1

tekanan,

merupakan

initial

2



2 p  p2

densitas value



(7)

dan kecepatan sedangkan

luas

Gambar 18 : Validasi simulasi dan pengujian daya vs Kecepatan arus


Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan Pembangkit Listrik Vol. 11 No. 2 Desember 2012 : 123 - 136

Berdasarkan

hasil

uji

statistik

Perancangan

turbin

PLT-Arus

Laut

menggunakan korelasi pearson pada Tabel 6,

dilakukan untuk mendapatkan performa turbin

didapatkan kesamaan antara variabel pengujian

yang baik, sehingga pada kecepatan rendah

yang dilakukan PPPGL dan simulasi dengan

yaitu sebesar 0.3 m/s sudah dapat menghasilkan

tingkat kesamaan antar variabel dengan tingkat

tenaga listrik. Pada kecepatan rated speed

kesalahan 5 %. Kesamaan variabel pengujian

yaitu 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan

dan simulasi mencapai 95%, maka metode

mencapai design capacity yaitu sebesar 1.0

simulasi

kW.

performa

turbin

PLT-Arus

laut

Model acuan pada gambar 19 adalah

menggunakan CFD dapat diterima dengan

turbin yang dimiliki PPPGL, turbin ini jenis

tingkat kesalahan 5 %.

turbin gorlov hasil kerjasama penelitian dengan

Tabel 6 : Hasil uji statistic

Institut Teknologi Bandung (ITB) sedangkan model gorlov revisi III adalah turbin hasil rancangan pada penelitian ini dan model darrieus merupakan pembanding dari tipe vertical axis turbin lainnya. Rancangan model gorlov revisi III

Hasil

simulasi

CFD

untuk

mendapatkan

dengan merubah sudut serang dan twist pada

performa rotor hasil rancangan di sajikan pada

model acuan meningkatkan performa turbin

Gambar 19,20 dan 21 berikut :

PLT-Arus Laut. Berdasarkan gambar 19, 20 dan 21, turbin gorlov revisi III memiliki performa lebih baik pada kecepatan arus laut rendah maupun kecepatan arus tinggi. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Gambar 19: Hasil simulasi CFD pada 5 RPM

Pada penelitian Kajian Pemanfaatan Energi Arus Laut sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLT-Arus Laut), dihasilkan beberapa kesimpulan diantaranya :  Berdasarkan penilaian pada aspek teknikal

Gambar 20 : Hasil simulasi CFD pada 15 RPM

dan aspek sosial ekonomi pada tiga lokasi penelitian yang telah dilakukan P3GL, maka potensi arus laut di selat larantuka memiliki poin tertinggi dikuti selat toyapakeh dan selat pantar

Gambar 21 : Hasil simulasi CFD pada 30 RPM


135


 Berdasarkan

studi

literatur

dan

data

Development

Status.

Annual

report

pengukuran arus laut jenis turbin vertical axis

Powertech Labs for the IEA-OES. British

lebih tepat digunakan di Indonesia.

Columbia, Canada : Powertech.

 Rancangan turbin PLT-Arus Laut dibuat

[5]. Wikipedia. 2010. Pasang Surut April

2010).

(update

untuk mendapatkan performa turbin yang

24

Tersedia

baik, sehingga pada kecepatan rendah yaitu

http://id.wikipedia.org/wiki/IPasang_laut.

sebesar 0.3 m/s sudah dapat menghasilkan

diakses : 28 Mei 2010

tenaga listrik. Pada kecepatan rated speed

[6]. Solnes, K. 2010. Small –Scale Water

yaitu 1.2 m/s daya rotor yang dihasilkan

Current Turbines For River Application.

mencapai design capacity yaitu sebesar 1.0

Annual Report Zero Emission Resource

kW.

Organization (ZERO). Oslo, Norway. [7]. Buigues, G. et al. 2006. Sea Energy

Saran Perlu dilakukan penelitian lanjutan meliputii

Conversion: Problems and Possibilities.

peralatan

Prosiding ICREPQ'06. Palma de Mallorca,

instalasi

lain

seperti

PLT-Arus

generator,

Laut,

metode

transmisi

dan

distribusi tenaga listrik yang dihasilkan PLT-

Spain

International

Conference

On

Renewable Energy and Power Quality [8]. Ai Yuningsih, Dkk. 2010. Prospek Energi

Arus Laut. UCAPAN TERIMA KASIH

Arus

Penulis mengucapkan terima kasih kepada

P3GLKESDM. Bandung : ISBN No. 978-

Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi

979-551-020-8

Kelautan (PPPGL) atas data-data pendukung

Laut

Di

Perairan

Indonesia.

[9]. . Burton, T. et al. 2001. Wind Energy Handbook.Chichester, John Wiley & Sons.

yang diberikan pada penelitian ini.

[10].

DAFTAR ACUAN

Manwell,

J.,

McGowan,

J.,

and

[1]. ESDM. 2009. Dirut PLN : Diperlukan Rp

Rogers, A. 2002. Wind Energy Explained :

80 Triliun per Tahun Untuk Pengembangan.

Theory. Design and Application. John

Tersedia: http: // www. esdm.go.id/…/2936-

Wiley and Sons, Ltd. [11].

dirut-plndiperlukan.diakses : 10 Juni 2010 [2]. Wikipedia.2010.Indonesia.

Tersedia

di

Kusuma, M. Syahril Badri dkk. 2004.

Studi Pengembangan Model Turbulen Κ-Ε

http://en.wikipedia.org/wiki/Indonesia.

Untuk Sirkulasi Arus I: Aliran Dua Dimensi

diakses : 28 Mei 2010

Pada Sebuah Tampungan Air . PROC. ITB

[3]. Mineral

Management

Service.

Ocean

Energy.http://www.mms.gov/mmsKids /PDFs/OceanEnergyMMS.pdf. diakses : 28

204. [12].

Commission

of

the

European

Communities.1996. Wave Energy Project

Mei 2010 [4]. Khan, Jahangir dan Gouri S. Bhuyan. 2009. Ocean

Sains & Tek. Vol. 36 A, No. 2, 2004, 179-

Energy:

Global

Technology

Results: The Exploitation of Tidal Marine Currents, Report EUR16683EN.


KAJIAN PEMANFAATAN ENERGI ARUS LAUT SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK STUDY MARINE CURRENT ENERGY FOR POWER GENERATION

Recommend Documents