Perancangan Model Pengangkatan Air Tanah dengan Sumber Energi Terbaharukan (Solar Cell & Small wind turbin) (Studi Kasus: Penanganan Bencana Kekeringan di NTT) Herindra Veriawan, Pratiwi, Yonatan Ardi Hardono dan Noviasari Sabatini Jurusan Teknik Industri, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Jl. Ir. Sutami 36A, Surakarta 57126, Telp/Fax. (0271) 632110
Abstract East Nusa Tenggara is a province that vulnerable to be drought. In addition, natural characteristics of NTT which is a dry regions, the El-Nino also contribute to the occurrence of drought. Like a domino effect, drought is the main cause of crop failure that affect to a food shortages and result on famine. Because drought is a cyclical problem, it would require a root-problem determination that can be the basis of the solution to overcome this problem continuously. The role of industrial engineering here is not only as problem finder, but also problem solver. This study discusses about the use of technology and the potential of renewable-energy sources for groundwater pumping as a wise solution during drought. Key Words: drought, geolistrik, solar cell, , wind turbin.
1. Pendahuluan Nusa Tenggara Timur merupakan provinsi yang rentan terhadap bencana kekeringan. Hal ini ditunjukkan dengan adanya kekeringan yang terjadi hampir setiap tahun. Dalam kondisi normal, curah hujan di NTT berkisar antara 50 mm per satu dasarian. Namun pada tahun 2009 tercatat curah hujan di NTT turun menjadi 40 mm per satu dasarian. Artinya, pada tahun 2009 kondisi curah hujan 80% di bawah normal, atau secara meteorologis termasuk ke dalam daerah kering (Modul LKTI, 2010). Kekeringan ini dipicu oleh fenomena alam El-Nino, yang berlangsung sekitar 12 – 18 bulan. Keadaan ini menyebabkan ketersediaan air untuk kebutuhan hidup, pertanian, kegiatan ekonomi dan lingkungan menjadi kurang. Ketika ketersediaan air untuk pertanian kurang, maka kegiatan pertanian masyarakat akan terhambat. Hal ini akan memicu munculnya rawan pangan di daerah krisis air.
Correspondence :
[email protected]
1
Dilihat dari sisi ekonomi, nilai suatu barang akan cenderung naik ketika barang tersebut langka tetapi permintaan tinggi sesuai hukum permintaan. Dalam suatu daerah bencana, harga kebutuhan pokok akan terus naik seiring dengan permintaan. Ketika masyarakat kelas bawah tidak mampu membeli kebutuhan pokok dan juga tidak dapat bertani maka bencana kelaparan pun tidak dapat dihindari. Untuk mengatasi masalah ini diperlukan suatu upaya penyelesaian yang langsung ke akar permasalahannya, yaitu permasalahan krisis air. Seperti yang telah kita ketahui, mengantisipasi bencana lebih baik daripada menyalurkan bantuan setelah bencana terjadi. Ditinjau dari karakterisik geografis, NTT mempunyai potensi energi terbaharukan yang melimpah yaitu intensitas sinar matahari dan kecepatan angin yang tinggi sepanjang tahun. Sumber energi ini dapat dimanfaatkan untuk membantu menyelesaikan masalah kekeringan tersebut. Berdasarkan uraian diatas, dapat dirumuskan permasalahan yaitu bagaimanakah membangun suatu model reservoir air dengan memanfaatkan energi terbaharukan (sinar matahari dan angin). Usulan program ini ditujukan kepada pihak pemerintah dan diharapkan dapat mengatasi tingkat krisis kekeringan di NTT. Tujuan dari usulan penelitian ini adalah merancang model pengangkatan air dengan sumber energi terbaharukan. Adapun batasan masalah yang digunakan yaitu biaya pengimplementasian dan penentuan titik lokasi gardu tidak dibahas.
2. Tinjauan Literatur Air tanah merupakan air yang terdapat dalam lapisan tanah atau bebatuan di bawah permukaan tanah. Sirkulasi air tanah terdapat di dalam lapisan bumi dinamakan lapisan pembawa air. (id.wikipedia.org) Kondisi air tanah di NTT dapat dibilang melimpah karena di NTT terdapat 31 daerah aliran sungai (DAS). Daerah aliran sungai ini tersebar di 15 kabupaten dan 1 kota yaitu Kupang, Rote-Ndao, Timor Tengah Selatan, Timor Tengah Utara, Belu, Sumba Timur, Sumba Barat, Alor, Lembata, Flores Timur, Sikka, Ende, Ngada, Manggarai, Manggarai Barat dan Kota Kupang. Sungai yang terdapat di Propinsi Nusa Tenggara Timur pada umumnya mempunyai fluktuasi aliran air yang cukup tinggi, pada musim penghujan berair dan banjir, sedangkan pada musim kemarau berkurang bahkan ada yang tidak berair sama sekali. Kecepatan angin rata-rata pada Bulan Nopember sampai April 03-05 Knot dan Angin Musim Timor Tenggara terjadi pada bulan Mei sampai dengan Oktober dengan kecepatan dapat mencapai 06-10 Knot (apabila ditunjang angin permukaan). (www.dephut.go.id)
2
3. Dasar Teori Dalam penentuan titik lokasi air tanah digunakan metode geolistrik. Metode geolistrik merupakan metode geofisika yang didasarkan pada penerapan konsep kelistrikan pada masalah kebumian. Tujuan penggunaan
metode
ini
adalah
memperkirakan formasi batuan bawahpermukaan terutama kemampuannya untuk menghantarkan atau menghambat listrik (konduktivitas dan resistivitas). Ketika aliran listrik dapat mengalir maka dalam formasi batuan tersebut terdapat fluida elektrolit pada pori-pori atau rekahan batu. Tingkat resistivitas formasi batuan bergantung pada porositas batuan serta jenis fluida pengisi pori-pori batuan tersebut. Batuan yang berisi air atau air asin bersifat lebih konduktif (tingkat resistivitas rendah) dibandingkan dengan batuan yang sama yang pori-porinya hanya berisi udara (kosong). (Zakaria, 2010) Hasil pengukuran geolistrik tidak dapat digunakan secara pasti untuk menentukan jenis formasi batuan. Hal ini dikarenakan banyaknya faktor yang dapat mempengaruhi resistivitas suatu formasi batuan. Namun metode geolistrik dapat dimanfaatkan untuk memperkirakan adanya formasi batuan yang mengandung air (akuifer) dalam eksplorasi air tanah dan memperkirakan adanya formasi batuan yang berasosiasi dengan zona mineralisasi dalam eksplorasi mineral. Pengukuran geolistrik di lapangan menghasilkan nilai tahanan semu dari batuan yang ada di dalam tanah. Nilai tahanan semu tersebut kemudian dianalisis untuk menentukan kedalaman dan ketebalan akuifer. Penentuan potensi air tanah dari masing-masing akuifer didasarkan pada jenis batuan, kedalaman dan ketebalan akuifer seperti pada tabel berikut: Tabel 1. Klasifikasi tahanan jenis batuan
Sumber: balitklimat.litbang.deptan.go.id Small wind turbin merupakan generator listrik yang memanfaatkan energi angin untuk menghasilkan energi listrik bebas emisi. Small wind turbin dapat diterapkan di
3
perumahan, pertanian, maupun usaha kecil masyarakat. Satu small wind turbin dapat menghasilkan 1 kilowatt atau setara dengan 1000 watt dengan minimal kecepatan angin . Nilai ekonomis small wind turbin minimal 15 tahun. (http://www.awea.org) Kecepatan angin minimum untuk menggerakkan sebuah turbin angin berskala kecil (10kW), dapat menghasilkan listrik dengan kecepatan angin rata-rata sebesar 3 m/s. Sedangkan untuk turbin angin berskala besar (100 kW) dapat menghasilkan listrik dengan kecepatan angin rata-rata sebesar 5 m/s. (Setyo : 2005). Dilihat dari tingkat kegunaannya serta bebas emisi, small wind turbin sangat cocok untuk diterapkan di NTT. Solar Cell (sel surya) terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia khusus untuk membentuk dasar dari sel surya. Output dari solar cell yang berupa arus listrik dapat langsung digunakan untuk beban yang dimanfaatkan. Tetapi arus listrik tersebut dapat digunakan sebagai pengisian dengan cara disimpan ke dalam
baterai
agar
dapat
dipergunakan
pada
saat
yang
diperlukan.
(http://buletinlitbang.dephan.go.id) Dalam kondisi pancaran sinar yang peak (cerah dan posisi matahari tegak lurus dengan permukaan panel penerima), satu panel surya seluas 1 meter persegi akan menghasilkan daya sebesar 170 watt. (Pikiran Rakyat, Kamis, 22 September 2005)
4. Metode Penelitian Langkah-langkah kerangka pemecahan masalah yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut: Perumusan Masalah dan Tujuan Penelitian
Studi Pustaka
Pengumpulan Data Pembuatan Rancangan Model Kesimpulan dan Saran
Gambar 1. Metodologi Penelitian 5. Hasil dan Pembahasan Berdasarkan data wilayah administratif NTT dibagi menjadi 20 kabupaten dan 1 kota yang terbadi dalam 285 kecamatan, 2.533 desa dan 303 kalurahan. Secara rinci dapat dilihat pada tabel berikut:
4
Tabel 2. Jumlah kabupaten, kecamatan, desa/kelurahan di NTT JUMLAH KABUPATEN, KECAMATAN, DESA/KELURAHAN SE PROVINSI NUSA TENGGARA TIMUR NO KABUPATEN/KOTA KECAMATAN DESA KEL DESA+KEL 1 Kupang 24 160 17 177 2 Timor Tengah Selatan 32 228 12 240 3 Timor Tengah Utara 24 140 34 174 4 Belu 24 196 12 208 5 Alor 17 158 17 175 6 Flores Timur 18 209 17 226 7 Sikka 21 147 13 160 8 Ende 20 191 23 214 9 Ngada 9 78 16 94 10 Manggarai 9 132 17 149 11 Sumba Timur 22 140 16 156 12 Sumba barat 6 45 8 53 13 Lambata 9 137 7 144 14 Rote Ndao 8 73 7 80 15 Manggarai Barat 7 116 5 121 16 Nagakeo 7 84 16 100 17 Sumba Tengah 4 43 43 18 Sumba Barat Daya 8 94 2 96 19 Manggarai Timur 6 104 10 114 20 Sabu raijua 6 58 5 63 21 Kota Kupang 4 49 49 JUMLAH 285 2533 303 2836
Sumber: www.nttprov.go.id
Dari 20 kabupaten, terdapat 10 kabupaten yang mengalami gagal panen akibat kekeringan yaitu Sikka, Flores Timur, Timor Tengah Utara, Ngada, Sumba Timur, Belu, Manggarai, Kupang, Rote Ndao dan Kota Kupang. (Kamis, 15 Februari 2007, detiknews.com). Bencana kekeringan terjadi lagi pada tahun 2008 di kabupaten Alor, Lembata, Ngada, Rote Ndao, Sumba Barat dan Sumba Barat Daya. Kabupaten dan kota yang mengalami kekeringan akibat krisis air (zona merah) akan dijadikan sasaran dalam penelitian ini. Berikut akan dijelaskan tentang pemanfaatan teknologi geolistrik dalam penentuan titik lokasi sumber air tanah serta pemanfaatan sumber energi terbaharukan dengan menggunakan teknologi solarcell dan windturbin. Teknologi geolistrik digunakan dalam penetuan titik lokasi sumber air tanah. Dalam penggunaannya, kedua ujung konektor geolistrik ditancapkan ke dalam tanah dengan jarak sekitar 3-4 meter dan dengan kedalaman maksimal 100 meter. Kedua ujung konektor tersebut ditancapkan secara perlahan hingga didapatkan nilai tahanan jenis 45-300 Wm. Nilai tersebut menunjukkan kalau formasi tanah pada kedalaman tersebut bersifat akuifer. Ketika titik lokasi sumber air tanah sudah ditentukan selanjutnya akan dilakukan pengeboran untuk pemasangan pipa. Pipa tersebut akan terhubung dengan pompa air hybrid. Pemakaian pompa hybrid lebih disarankan daripada pompa air biasa karena angkatan awal tarikan air mengkonsumsi listrik lebih rendah. Berikut akan diberikan
5
rancangan model pengangkatan air tanah menggunakan pompa hybrid dengan sumber energi terbaharukan.
Gambar 2. Model rancangan tampak depan dan atas
Gambar 3. Model rancangan tampak samping Pada rancangan model terdapat satu small wind turbin dengan daya 1000 watt dan solar cell 4,25m x 6,25m dengan daya 4500 watt. 6. Kesimpulan dan Saran Dari penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan, diantaranya : 1. Penelitian difokuskan pada akar permasalahan yaitu permasalahan kekeringan dengan pengangkatan air tanah ke permukaan. 2. NTT mempunyai potensi energi terbaharukan yang melimpah yaitu intensitas sinar matahari dan kecepatan angin yang tinggi sepanjang tahun yang dapat dimanfaatkan untuk membantu menyelesaikan masalah kekeringan. 3. Perancangan model pengangkatan air tanah yang diusulkan menggunakan bantuan sumber energi terbaharukan berupa solar cell dan small wind turbin, dengan teknologi geolistrik dan pompa hybrid. 4. Perancangan model air tanah hanya ditujukan untuk daerah yang kekeringan (zona merah).
6
Adapun saran yang dapat diberikan guna mengembangkan penelitian ini adalah : 1. Penelitian selanjutnya sebaiknya mempertimbangkan biaya pengimplementasian rancangan dimasukkan dalam pembahasan. 2. Adanya pembahasan penentuan titik lokasi gardu sehingga pengimplementasian model lebih optimal.
Referensi Alpen Steel. 2008, Maret. Energi Listrik Dengan Tenaga Surya-Tenaga Listrik Matahari.available[online]:
[3 february 2010]. Departemen Kehutanan. 2010, January 31. Kondisi Umum. Available [online]: [31 January 2010]. Gati, Matilda, et al. 2006. Petunjuk Pemasangan dan Pengembangtan Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLT Angin). Available [online]: [3 February 2010]. Panitia LKTI.2010.MODUL-Pre-Eliminary Stage Lomba Keilmuan Teknik Industri 2010. UI. Depok. Pemerintah Provinsi Nusa Tenggara Timur. 2009. Geografi. Available [online]: [1 February 2010]. Sosiawan, Hendri. 2009, March 16. Survei Investigasi Desain Pengelolaan Sumberdaya Air untuk Mendukung Pengembangan Komoditas Perkebunan. Available [online]: [1 February 2010] Wikipedia Foundation. 2009, Oktober 26. Air Tanah. Available [online]: [31 January 2010].
7
