JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
1
Penerapan Teknologi Sel Surya dan Turbin Angin Untuk Meningkatkan Efisiensi Energi Listrik di Galangan Kapal Mizza Fahriza Rahman, Ir. Triwilaswandio W.P., M.Sc. Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected]
Abstrak—Tujuan utama tugas akhir ini adalah melakukan studi tentang penerapan sel surya dan turbin angin serta pengaruhnya bagi efisiensi energi listrik galangan kapal. Pertama, menganalisa potensi energi listrik yang tersedia pada cahaya matahari dan angin di daerah galangan kapal. Kedua, menganalisa teknologi yang memanfaatkan potensi energi listrik dari sel surya dan turbin angin. Ketiga, menganalisa kebutuhan energi listrik di galangan kapal yang dibagi menjadi dua kategori yaitu kantor dan bengkel. Terakhir, menganalisa aplikasi sistem sel surya dan turbin angin kemudian diikuti dengan perhitungan pengaruhnya pada efisiensi energi listrik di galangan kapal. Hasil analisis terhadap galangan kapal yang dijadikan sampel di Surabaya menunjukkan potensi energi listrik dengan memanfaatkan angin dan cahaya matahari yang ada di area galangan kapal dapat dipergunakan untuk 205 sistem sel surya yang mampu untuk memenuhi kebutuhan energi listrik 492 lampu LED@ 15 Watt, 69 sistem turbin angin mampu untuk 5 mesin las GMAW @ 12kW dutycycle 60% atau 4 mesin las SMAW @ 15kW dutycycle 60%. Investasi sistem sel surya sebesar Rp. 1,5 miliard pada area seluas 1.815 m2 untuk lampu diprediksi menghasilkan keuntungan kurang lebih Rp. 20 miliard setelah 20 tahun lifetime sel surya. Investasi sistem turbin angin sebesar Rp. 2 miliard untuk mesin las SMAW atau GMAW diperkirakan menghasilkan keuntungan kurang lebih Rp. 6 miliard setelah 15 tahun lifetime turbin angin. Kondisi ini dihitung berdasarkan tarif listrik saat ini. Nilai investasi masing-masing sistem akan kembali pada tahun ke-8 dan ke-9 ketika pada masa yang akan datang tarif dasar listrik naik sebesar 74% dari tarif dasar listrik tahun 2014 yang diperkirakan akan terjadi pada tahun 2016 dengan asumsi kenaikan 32% per tahun. Penerapan sistem sel surya pada kantor diperkirakan memberikan efisiensi sebesar 6,82% sedangkan penerapan turbin angin pada bengkel assembly memberikan efisiensi 1,57%.
teknologi yang dapat mengurangi konsumsi energi listrik PLN di galangan kapal. Angin dan matahari adalah sumber energi potensial yang belum banyak dimanfaatkan. Energi kinetik dari angin dan energi panas matahari dapat dikonversi menjadi sumber energi listrik. Kedua sumber energi tersebut selain tidak polutif juga tersedia dalam jumlah tak terbatas. Untuk mengubah dua sumber energi tersebut menjadi energi listrik maka diperlukan turbin angin dan sel surya.
Kata Kunci— sel surya, turbin angin, galangan kapal, efisiensi, energi listrik.
B. Daya Terserap Pada Turbin Angin Berdasarkan buku “Wind and Solar Power System”, daya yang dapat diserap oleh rotor biasanya dinyatakan sebagai sebagian dari daya angin yang masuk ke bilah rotor sehingga persamaan (4) menjadi sebagai berikut : = (5) Cp merupakan koefisien yang menunjukkan sebarapa besar sebagian dari daya mekanik angin masuk ke bilah rotor yang mampu diserap oleh bilah rotor dan disalurkan ke generator listrik.Daya mekanik angin masuk yang tersisa terbawa
I. PENDAHULUAN Berdasarkan PP no. 70 tahun 2009 tentang konservasi energi, badan usaha dalam hal ini termasuk galangan kapal wajib melakukan upaya konservasi energi. Salah satu upaya konservasi energi adalah dengan efisiensi penggunaan energi listrik. Oleh karena itu diperlukan penerapan
II. STUDI LITERATUR A. Energi Pada Angin Berdasarkan buku “Wind and Solar Power System” , udara yang bermassa m yang bergerak dengan kecepatan V memiliki energi kinetik yang besarnya diberikan oleh formula berikut dalam joule : 1
= mV 2 (1) 2 Daya pada angin adalah aliran energi kinetik per detik dalam watt : =
1 2
(aliran massa per detik)V 2
(2)
Jika massa jenis udara adalah , luasan yang di sapu oleh bilah turbin adalah A dan kecepatan udara adalah V, maka aliran volumetric dapat dituliskan sebagai AV sehingga aliran massa udara perdetik dapat ditulis sebagai AV dan dan daya mekanik pada angin datang diberikan oleh formula berikut dalam watt : 1
1
= (ρAV)V 2 = ρAV 3 (3) 2 2 Potensi daya mekanik angin dari suatu tempat biasanya dinyatakan dalam bentuk daya angin dengan satuan watt per meter luasan yang disapu oleh bilah rotor yang berputar. Bentuk ini dikenal sebagai kepadatan daya yang diekspresikan seperti formula (3) namun dengan menghilangkan elemen luasan sebagai berikut : =
1 2
ρV 3
(4)
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) pergi oleh angin keluar.Cp disebut sebagai koefisien daya dari rotor atau efisiensi rotor. Seperti terlihat pada persamaan daya, daya keluaran dari sebuah turbin angin bervariasi secara linear terhadap luas sapuan bilah rotor. Untuk tipe Turbin angin sumbu horizontal, luas sapuan bilah rotornya adalah = (6) D adalah diameter bilah rotor. A adalah luas. C. Distribusi Kecepatan Angin Data angin biasanya disajikan dalam bentuk kecepatan rata-rata per bulan selama satu tahun. Namun, dalam kenyataannya kecepatan angin tidaklah sama dalam suatu periode waktu tertentu. Variasi kecepatan angin dalam suatu periode tertentu dapat disajikan oleh fungsi distribusi probabilitas. Fungsi distribusi probabilitas yang paling baik mendeskripsikan variasi kecepatan angin adalah fungsi distribusi probabilitas Weibull (h) dengan dua parameter yaitu parameter bentuk (k) dan parameter skala (c). Pada kebanyakan tempat, distribusi kecepatan angin memiliki distribusi Weibull dengan k=2 yang secara spesifik dikenal sebagai distribusi Rayleigh [1]. Distribusi probabilitas Rayleigh bisa menjadi representasi yang sederhana dan cukup akurat terhadap variasi kecepatan angin hanya dengan satu parameter yaitu parameter c [1]. Parameter c dapat dicari dengan formula berikut : (7) , V rata-rata bisa didapatkan dari BMKG. Sedangkan fungsi probabilitas Rayleigh adalah sebagai berikut : ℎ( ) =
(8)
D. Ekstrapolasi Kecepatan Angin Teknik umum yang digunakan dalam studi engineering untuk mengetahui kecepatan angin pada ketinggian diatas 10 meter adalah dengan metode pendekatan [2]. Pendekatan yang paling sering digunakan adalah Hellmann exponential law : =
(9)
Dengan v adalah kecepatan pada ketinggian H dan v0 adalah kecepatan pada ketinggian pengukuran, yaitu 10 meter dan α adalah koefisien friksi atau Hellmann exponent. Tabel 1 dibawah menunjukkan gesekan koefisien dari berbagai lahan yang diberikan dalam fungsi kekasaran tanah [2]. Tabel 1: Koefisien friksi Hellmann exponential Law
No
Landscape type
1 2 3 4 5
Lakes, ocean and smooth hard ground Grasslands (ground level) Tall crops, hedges and shrubs Heavily forested land City areas with high rise buildings
Friction Coefficient 0,1 0,15 0,2 0,25 0,4
E. Daya pada sel surya Karakteristik performa sebuah sel surya diukur dengan duaparameter paling penting yaitu short sircuit current (Isc)
2
dan open circuit voltage (Voc) pada saat keadaan penyinaran penuh [3]. Isc adah arus yang mengalir melalui circuit eksternal ketika elektrode-elektrode pada sel surya dihubungkan secara singkat. Voc adalah tegangan listrik pada saat tidak ada arus yang mengalir melalui sirkuit eksternal. Daya yang dihasilkan sebuah sel surya adalah hasil perkalian antara arus dan tegangan pada sel surya. Dalam formula dapat dituliskan sebagai berikut : = × (10) Perbandingan antara hasil perkalian arus dan tegangan pada daya maksimum dan hasil perkalian Isc x Voc disebut Fill factor dan dapat diformulasikan sebagai berikut : × = (11) ×
Daya yang dihasilkan sel surya dipengaruhi oleh efisisiensi konversi dan intensitas cahaya matahari. Efisiensi konversi didefinisikan sebagai berikut : = (12) Dengan Φ adalah radiasi matahari dan A adalah luasan sel surya/ modul surya. III. ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Konsumsi Energi Listrik Pada Galangan Kapal Konsumsi energi listrik di galangan kapal dibagi menjadi dua kategori yaitu kantor dan bengkel. Beban listrik kategori kantor yang dianalisa adalah lampu sedangkan kategori bengkel adalah mesin las. Berdasarkan hasil survey pada dua divisi sebuah galangan kapal di Surabaya, lampu kantor kedua divisi menggunakan jenis TL 40 W dengan total jumlah lampu sebanyak 492 lampu. Total energi listrik yang digunakan untuk kebutuhan penerangan seluruh lampu tersebut 157,44 kWh per hari. Mesin las yang digunakan di salah satu divisi antara lain 93 mesin las FCAW 28 kW , 33 mesin las GMAW 12 kW dan 70 mesin las SMAW 15 kW masing-masing dengan dutycycle 60%. Total energi listrik yang digunakan masing-masing 134,4 kWh ; 57,6 kWh ; 72 kWh per hari. B. Potensi Energi Listrik Pada Angin Perhitungan distribusi Rayleigh dari kecepatan angin dilakukan dengan cara mengolah data kecepatan rata-rata dari BMKG. Potensi energi listrik dari angin selama satu tahun totalnya adalah 505,98 kWh per meter persegi luas putaran bilah. Potensi ini terdapat pada ketinggian 10 meter diatas permukaan tanah sesuai dengan data dari BMKG. Perlu diketahui bahwa kecepatan angin akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya ketinggian sehingga untuk ketinggian diatas 10 meter pasti akan memiliki potensi energi listrik yang lebih besar. C. Potensi Energi Listrik Pada Cahaya Matahari Pengukuran potensi energi listrik dari matahari dapat dilakukan dengan data-data antara lain luasan lokasi, radiasi matahari, lama penyinaran. Data radiasi matahari dan lama penyinaran bisa didapatkan dari BMKG setempat sedangkan luasan lokasi bisa didapatkan dari denah atau pengukuran secara langsung. Data radiasi matahari dan lama penyinaran selama satu tahun yaitu tahun 2012 diambil dari BMKG. Pada bulan Oktober, radiasi matahari selama 9 jam di area galangan kapal memiliki potensi energi listrik terbesar
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) yaitu 5,027 kWh per meter persegi. Pada bulan Maret dan Juni , radiasi matahari memiliki potensi energi listrik terkecil yaitu 3,449 kWh per meter persegi. D. Potensi Energi Listrik Turbin Angin Data kecepatan angin dari BMKG diambil pada ketinggian 10 meter sesuai standar WMO (World Meteorological Organization). Turbin angin yang direncanakan memiliki tower dengan ketinggian lebih dari 10 meter sehingga perlu dilakukan ekstrapolasi dari data yang ada. Ekstrapolasi dilakukan dengan pendekatan menggunakan Hellmann exponential law dengan koefisien friksi 0,4 Efisiensi menunjukkan kemampuan turbin angin dalam mengubah daya mekanik pada angin menjadi daya listrik. Jika nilai efisiensi diketahui maka daya yang akan dihasilkan dari turbin angin sesuai dengan kecepatan kerja sebenarnya dapat diketahui. Contoh perhitungan efisiensi dari turbin angin A sesuai dengan persamaan (5) adalah sebagai berikut: 1 10000 = ∙ 1,22 ∙ 38,48 ∙ 12 ∙ 2 10000 = 40561 ∙ =
3
listrik selama 24 Jam untuk menjalankan 1 mesin las dengan daya 28 kW dan dutycycle 60% selama 8 jam kerja. E. Potensi Energi Listrik Sel Surya Seperti pada turbin angin, langkah awal adalah dengan menghitung efisiensi dari modul surya. Besarnya daya yang tertulis dalam katalog modul surya adalah pada kondisi standar tes, yaitu radiasi 1000 W/m2 temperatur modul 25º C. Nilai efisiensi tersebut menunjukkan seberapa besar daya yang mampu dihasilkan sel surya dari radiasi matahari yang diterima, sehingga dengan besarnya efisiensi tersebut dapat diketahui berapa daya yang mampu dihasilkan pada radiasi matahari di lapangan. Nilai efisiensi modul dapat diketahui dari spesifikasi di katalog produk atau dari perhitungan. Satu modul surya model S mampu mengumpulkan energi listrik maksimum sebesar 1,259 kWh dari 9 jam penyinaran matahari. Sebagai perbandingan sebuah lampu Mercury 100 Watt yang menyala selama 8 jam kerja mengkonsumsi 0,8 kWh energi listrik. Dua buah lampu jenis LED 39 Watt yang menyala selama 8 jam mengkonsumsi 0,624 kWh energi listrik. F. Perencanaan Sistem Sel Surya Secara skematis konsep sistem sel surya seperti yang tampak pada Gambar 1 berikut :
10000 = 0,247 40561
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa kecepatan angin selama selang waktu tertentu merupakan fungsi probabilitas dan juga dipengaruhi oleh ketinggian sehingga potensi sebuah turbin angin juga merupakan fungsi probabilitas daya yang dipengaruhi oleh ketinggian dan kecepatan angin. Contoh fungsi probabilitas daya turbin angin A dapat dilihat pada Tabel 2 berikut : Tabel 2 : Potensi daya turbin angin
Gambar 1: Skema konsep sistem sel surya
Turbin angin A memiliki kapasitas pabrik 10 kiloWatt namun pada kondisi lapangan probabilitas turbin angin ini untuk bekerja pada kapasitas pabriknya hanya sebesar 0,024855 atau tak lebih dari 2% dari rentang waktu tertentu atau kurang lebih 30 menit dalam kurun waktu 24 jam. Probabilitas tertinggi turbin angin ini adalah 0,123801 yaitu pada daya 723 Watt yang artinya dalam kurun waktu 24 jam turbin angin ini menghasilkan daya sebesar 723 Watt selama kurang lebih 3 jam. Sebuah mesin las dengan daya 28 kW dan dutycycle 60 % akan mengkonsumsi 134,4 kWh energi listrik selama 8 jam kerja. Turbin angin A menghasilkan total 45 kWh dalam kurun waktu 24 jam sehingga membutuhkan 3 turbin angin A yang mengumpulkan energi
Baterai
Pada sistem ini baterai merupakan penghasil daya listrik DC yang dibutuhkan inverter. Karena kapasitas baterai diukur dengan menggunakan satuan amperehour (Ah) maka satuan energi listrik dari sel surya harus diubah ke dalam bentuk yang mengandung unsur ampere di dalamnya. Berdasarkan persamaan listrik umum P = IV dan dengan tegangan baterai sebesar 12 V untuk menampung energi listrik sel surya selama 9 jam maka kapasitas baterai yang dibutuhkan dapat dihitung sebagai berikut : =
1,020 12
ℎ
× 1000 = 84,98 ℎ
Inverter
Inverter dengan efisiensi 90% artinya jika daya DC yang masuk besarnya 100 Watt maka daya AC yang dihasilkan 90 Watt. Jika variabel yang hendak dicari adalah besarnya daya
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) AC yang dihasilkan maka efisiensi inverter dapat dituliskan dalam persamaan (13) sebagai berikut : = 0,9 (13) Konfigurasi Berdasarkan hasil perhitungan diatas maka didapatkan konfigurasi sebagai berikut : 1 modul surya Sharp ND-250A5 250 W 1 Charge controller 2 Baterai 22Ah 12 V 1 Inverter dengan efisiensi 85% 1 ATS Energi listriknya dihitung sebagai berikut : Energi listrik = 1,019 kWh × 0,85 = 0,866 kWh Kebutuhan energi listrik 492 lampu TL sebesar 157,44 kWh per hari sehingga dibutuhkan 184 modul. G. Perencanaan Sistem Turbin Angin Dengan proses yang sama dengan modul surya, efisiensi konverter 87%, efisiensi inverter 87% maka di dapatkan hasil sebagai berikut : 1 sistem: 1 turbin angin FL 30/30kW - Kapasitas : 30 kW - Kecepatan kerja : 12 m/s - Efisiensi : 0,214 - Tinggi menara : 27 m - Tegangan : 400 V AC - Baterai : 12 x 2 V @ 600 Ah Dirangkai Seri per turbin Energi listriknya dihitung sebagai berikut : Energi listrik = 111,11 kWh × 0,87 = 96,666 kWh Energi listrik yang digunakan mesin las FCAW, GMAW, SMAW masing-masing 134,4 kWh ; 57,6 kWh ; 72 kWh per hari. Sehingga turbin angin digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik GMAW atau SMAW. H. Efisiensi Energi Efisiensi energi dihitung berdasarkan penghematan biaya energi listrik per sistem dalam satu tahun. Sistem ini merupakan pengganti sumber listrik dari PLN jadi besarnya penghematan sama dengan besar biaya energi listrik dari PLN untuk tiap beban sampel. Biaya energi listrik dihitung berdasarkan TDL rata-rata untuk Waktu Luar Beban Puncak (WLBP) tahun 2014 yaitu Rp. 990/kWh. WLBP dipilih karena jam kerja pada galangan kapal sampel adalah jam 07:00-16:00 yang berada pada rentang waktu WLBP. Biaya dihitung sebagai berikut : ℎ = Jika 1 hari waktu kerja 8 jam maka 1 tahun=1920 jam. Contoh perhitungan untuk lampu : ℎ = 0,04 × 1920 × 492 × . 990/ ℎ Setelah perhitungan diperoleh efisiensi yang dihasilkan sistem sel surya pada biaya energi listrik kantor adalah 3,71%, sedangkan pada biaya energi listrik bengkel turbin angin AC 11,86%. Tabel 3 : Biaya energi listrik lampu
Beban
Daya (kW)
pemakai an (jam)
Jumlah
energi (kWh)
Biaya (juta)
Lampu
0,04
1920
492
37.785,6
Rp30
4
Untuk mesin las dengan dutycycle 60% maka jam pemakaiannya 4,8 jam. Tabel 4 : Biaya energi listrik mesin las
Beban
Daya (kW)
GMAW SMAW
12 15
pema kaian (jam) 1152 1152
J ml 16 16
Pemakaia n energi (kWh) 221184 276480
Biaya energi (juta) Rp176 Rp220
Kemudian efisiensi yang dihasilkan dari tiap sistem dihitung sebagai berikut: = × 100% (14) A adalah biaya listrik sebelum, B biaya listrik sesudah. I. Biaya Investasi Perhitungan biaya investasi sistem sel surya didasarkan pada harga per Wattpeak dari installer sel surya lokal sedangkan turbin angin dilakukan berdasarkan konfigurasi sistem dan harga komponen dari katalog di internet. Biaya instalasi dan pondasi turbin angin diambil berdasarkan formula pendekatan dalam jurnal ”Wind Turbine Desain Cost and Scaling Model”. Hasilnya pada Tabel 5 dan 6. Tabel 5 : Investasi sistem sel surya
Sistem
Harga sistem
Jumlah
Total (Juta)
Sel surya
Rp12.500.000
184
Rp2.300
Tabel 6 : Investasi sistem turbin angin
Jenis biaya Biaya pembelian Biaya instalasi Biaya pondasi TOTAL
Rp Rp Rp Rp
Biaya 16.434.720.000 275.054.753 1.190.029.848 17.899.804.601
J. Benefit/Cost Ratio Analisa Benefit/cost ratio dilakukan untuk mengetahui perbandingan penghematan dan investasi yang diperlukan. B/C ratio dihitung berdasarkan penghematan yang didapat selama lifetime dan investasi sistem tersebut. Hasilnya pada Tabel 7. Tabel 7 : Benefit/cost ratio masing-masing sistem
Sistem Sel surya GMAW SMAW
Penghemat an (juta)
Investasi (juta)
B/C ratio
Rp1.630 Rp5.846 Rp7.308
Rp2.300 Rp17.899 Rp17.899
0,71 0,33 0,41
Nilai B/C ratio ini dapat ditingkatkan dengan mengurangi jumlah investasi atau menambah besar penghematan. Oleh karena itu dilakukan analisa berikutnya yaitu analisa sensitivitas penghematan.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) K. Sensitivitas Penghematan Analisa sensitivitas penghematan dilakukan untuk mengetahui sensitivitas penghematan terhadap perubahan variabel penentunya. Pada dasarnya penghematan dari sistem berasal dari besar biaya penggunaan listrik PLN yang digantikan oleh sistem sehingga dapat diambil beberapa variabel penentu antara lain durasi penggunaan energi listrik dan daya beban listriknya. Perubahan variabel tersebut memiliki konsekuensi sebagai berikut: Penambahan durasi akan meningkatkan penghematan biaya listrik dengan konsekuensi investasi bertambah untuk penambahan kapasitas sistem. Pengurangan daya beban akan meningkatkan penghematan biaya listrik dengan konsekuensi investasi bertambah untuk penggantian perangkat listrik hemat energi. Berdasarkan konsekuensi tersebut maka penambahan durasi pembebanan untuk sistem turbin angin tidak mungkin untuk dilakukan karena jumlah sistem turbin angin yang terpasang sudah maksimal. Oleh karena itu analisa sensitivitas ini hanya dilakukan pada sistem sel surya. Penghematan dari analisa durasi dihitung selama lifetime sel surya yaitu 20 tahun. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 8. Tabel 8 :Sensitivitas penghematan sistem sel surya terhadap durasi pembebanan
Durasi (jam) 9 10 11 12
Investasi (juta) Rp4.054 Rp4.505 Rp4.955 Rp5.406
Penghematan (juta) Rp871 Rp968 Rp1.064 Rp1.161
B/C ratio 0,2149 0,2149 0,2149 0,2149
Penghematan sistem sel surya sensitivitasnya rendah. Hal ini terjadi karena penambahan investasinya lebih besar dari penambahan penghematannya sehingga rasionya cenderung menurun. Karena penambahan jam tidak menghasilkan keuntungan ekonomis bagi sistem sel surya untuk lampu maka alternatif berikutnya adalah menghitung sensitivitas penghematan dengan pengurangan daya beban. Daya beban dikurangi dengan mengganti lampu TL menjadi lampu LED. Setelah dilakukan penggantian maka sensitivitas kembali dihitung dan hasilnya seperti pada Tabel 9 : Tabel 9 : Sensitivitas penghematan sistem sel surya + LED terhadap durasi pembebanan
Durasi (jam) 9 10 11 12
Investasi (juta) Rp1.722 Rp1.722 Rp2.058 Rp2.058
Penghematan (juta) Rp962 Rp1.192 Rp1.422 Rp1.652
B/C ratio 0,56 0,69 0,69 0,80
Setelah penggantian lampu TL dengan LED, sensitivitas penghematan sistem sel surya terhadap penambahan durasi pembebanan jadi lebih tinggi. Hal ini disebabkan karena penambahan investasi untuk penggantian lampu LED lebih kecil dari pengurangan jumlah sistem. Jumlah sistem
5
berkurang karena efektifitas sistem dalam memenuhi beban lampu jadi lebih tinggi disebabkan karena konsumsi daya yang rendah. Penghematan yang dapat dihasilkan juga dua kali lipat karena merupakan penghematan dua aplikasi teknologi yaitu penghematan biaya energi listrik lampu TL oleh LED ditambah biaya penghematan biaya energi listrik lampu LED oleh sistem sel surya. Penambahan durasi pembebanan terus dilakukan sampai B/C ratio lebih dari 1. B/C ratio lebih dari satu menandakan bahwa penerapan sistem sel surya menjadi lebih menguntungkan. Setelah dilakukan penambahan maka didapatkan hasil akhir dari lama pembebanan yang menghasilkan B/C ratio lebih dari 1 seperti yang terlihat pada Tabel 10. Tabel 10 : Durasi pembebanan optimum sistem sel surya + LED
Durasi (jam) 20 24
Investasi (juta) Rp3.444 Rp3.276
Penghematan (juta) 3.491 4.411
B/C ratio 1,01 1,35
Penggunaan lampu LED dan penambahan durasi pembebanan merubah jumlah modul pada sistem sel surya sebagai berikut : 0,015
× 24 ℎ × 492 = 204,41 ≈ 205 0,866 ℎ
. L. Net Present Value Investasi untuk penerapan sistem sel surya dan turbin angin dilakukan dengan menghitung nilai Net Present Value (NPV) dari masing-masing total investasi sistem. Perhitungan NPV menunjukkan apakah investasi untuk penerapan sel surya dan turbin angin di galangan kapal layak secara ekonomis. Perhitungan NPV untuk sistem sel surya dilakukan selama 20 tahun sedangkan untuk sistem turbin angin 15 tahun. Berdasarkan tingkat diskon sebesar 12% per tahun maka didapatkan hasil seperti pada Tabel 11 dan 12. Tabel 11: NPV sistem sel surya
Sistem
Beban
NPV (juta)
Sistem sel surya +LED Lampu LED
Rp20.531
Tabel 12: NPV sistem turbin angin
Beban GMAW SMAW
NPV (juta) -Rp 15.299 -Rp 14.649
Setelah dianalisa sensitivitas penghematan dari masingmasing sistem , nilai NPV yang menghasilkan profit hanya sistem sel surya + LED. Hal ini disebabkan karena setelah dilakukan penambahan durasi pembebanan dan pengurangan daya , nilai B/C ratio ketiga sistem yang lain masih dibawah 1. Berdasarkan pemeriksaan hasil perhitungan dan analisa yang telah dilakukan, penyebab tidak layaknya investasi sistem turbin angin disebabkan dua faktor yaitu rendahnya
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2014) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) kecepatan angin dan mahalnya harga turbin angin yang dipilih. Berdasarkan dua faktor ini maka dilakukan perhitungan ulang memilih turbin angin kecil yang lebih murah. Ketinggian yang digunakan dalam perhitungan ulang adalah 25 meter dan turbin angin yang digunakan berdaya 500 Watt buatan China. Penggunaan turbin angin kecil lebih layak karena beberapa hal yaitu : Investasi lebih rendah Biaya perawatan dan konstruksi lebih rendah Resiko penggunaan lebih rendah Penggunaan turbin angin kecil berdiameter 5,7 m memungkinkan digunakan dalam jumlah 69 turbin. Analisa ini kemudian dilanjutkan dengan mempertimbangkan asumsi kenaikan Tarif Dasar Listrik (TDL) berdasarkan Peraturan Menteri ESDM. Data kenaikan TDL dapat dilihat pada Tabel 13 berikut : Tabel 13 :Kenaikan TDL periode 2013-2014
Tahu n
TDL (Rp/kWh)
2013 2013 2013 2013 2014 2014 2014 2014
704 728 765 803 872 946 1027 1115
TDL ratarata
Kena ikan
750 32% 990
Persentase kenaikan TDL tersebut kemudian digunakan untuk proyeksi kenaikan TDL di tahun yang akan datang dan pengaruhnya terhadap NPV investasi sistem. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 14 dan 15 berikut : Tabel 14 : NPV sel surya berdasarkan proyeksi kenaikan TDL
Tahu n 2015 2016
TDL (Rp/kWh) Lama Baru 990 1.307 1.307 1.725
Kenaika n TDL
Profit di akhir life time (juta)
32% 74%
Rp20.531 Rp38.738
6
Tabel 16 : NPV sistem sel surya dan turbin angin
n
Tahun
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
NPV Sel surya Turbinangin -Rp1.776.750.000 -Rp2.040.754.110 -Rp1.480.278.966 -Rp1.865.561.590 -Rp1.572.113.488 -Rp1.917.074.369 -Rp1.160.306.146 -Rp1.664.797.140 -Rp1.026.721.036 -Rp1.578.381.658 -Rp454.708.032 -Rp1.215.102.450 -Rp201.180.338 -Rp957.941.938 Rp593.363.235 -Rp434.819.878 Rp1.306.240.221 Rp45.179.041 Rp2.409.885.567 Rp798.474.808 Rp3.532.398.251 Rp1.580.324.312
IV. KESIMPULAN Setelah menyelesaikan penelitian ini didapatkan kesimpulan sebagai berikut : 1. 205 sistem sel surya dengan modul 250 W mampu untuk memenuhi kebutuhan energi listrik 492 lampu LED @ 15 Watt, 69 sistem turbin angin 500 W mampu untuk 5 mesin las GMAW @ 12kW dutycycle 60% atau 4 mesin las SMAW @ 15kW dutycycle 60%. 2. Investasi sistem sel surya sebesar Rp. 1,5 milyar pada area seluas 1.815 m2 untuk lampu menghasilkan keuntungan sebesar Rp. 20 milyar setelah 20 tahun lifetime sel surya. Investasi sistem turbin angin sebesar Rp. 2 milyar untuk mesin las SMAW atau GMAW menghasilkan keuntungan sebesar Rp. 6 milyar setelah 15 tahun lifetime turbin angin. 3. Investasi masing-masing sistem akan lebih layak pada saat TDL naik 74% dari TDL 2014 yang diperkirakan akan terjadi pada tahun 2016. Investasi masing-masing sistem akan kembali pada tahun ke-8 dan ke-9. 4. Penerapan sistem sel surya pada kantor diperkirakan dapat memberikan efisiensi sebesar 6,82% sedangkan penerapan turbin angin pada bengkel assembly memberikan efisiensi 1,57%.
Tabel 15 :NPV turbin angin berdasarkan proyeksi kenaikan TDL
2015
TDL (Rp/kWh) Lama Baru 990 1.307
2016
1.307
Tahu n
1.725
Kenaika n TDL
Profit di akhir life time (juta)
32%
Rp6.408
74%
Rp9.468
DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
Jika skema kenaikan TDL speperti pada tahun 2013-2014 maka kenaikan TDL sebesar 74% ini diperkirakan akan terjadi pada tahun 2016. Tahun profit pada masing-masing investasi dapat dilihat pada Tabel 16.
[3]
Patel, R.M. 2006. Wind and Solar Power System second edition. Boca Raton : CRC Press Taylor and Francis Group. Banuelos-Ruedas, F., Camacho, CA., Rios-Marcuello, S. 2011. “Methodologies Used in the Extrapolation of Wind Speed Data at Different Heights and Its Impact in the Wind Energy Resource Assessment in a Region, Wind Farm - Technical Regulations, Potential Estimation and Siting Assessment”. ISBN: 978-953-307483-2. Jha, A.R. 2010. Solar Cell Technology and Applications. Boca Raton : CRC Press Taylor and Francis Group.
